Metode de aparare impotriva inundatiilor. Sector experimental pe raul Capus

Metoda de imbunatatire a pamantului prin adaugarea de liant hidraulic s-a dezvoltat, incepand cu anul 1920, in Statele Unite [1], [2]. A fost, in acea vreme, un mijloc de stabilizare a pamanturilor locale cu ciment, pentru a produce un strat de baza (fundatie) la drumuri, ca o alternativa la importul de pietris. In anii `40 ASTM (Asociatia Americana de Testare si Materiale) a experimentat mai multe proiecte de cercetare realizate de PCA (Portland Cement Association).

Factorii de baza care au fost analizati la mixtura sol – ciment au fost urmatorii:

• continut de ciment;
• umiditate adecvata;
• compactare corespunzatoare.

In timpul construirii mai multor baraje din pamant, majoritatea in zona centrala din Statele Unite ale Americii, U.S. Department of the Interior-Bureau of Reclamation a constatat ca au aparut probleme din cauza costurilor ridicate ale materialului pentru protectia taluzurilor amonte.

In urma studiilor de laborator s-a ajuns la concluzia ca mixtura pamant – ciment poate produce sectiuni durabile si rezistente la eroziune [3]. In aceste conditii U.S. Department of the Interior-Bureau of Reclamation a decis sa construiasca o sectiune pentru testare la scara 1:1 (in situ). Locatia aleasa a fost malul sudic al lacului de acumulare Bonny, in estul statului Colorado, avand ca principal obiect incercarea sectiunii la conditii extreme, cum ar fii valuri, gheata si un numar de 140 de cicluri inghet – dezghet pe an.

Avem enumerate mai jos categoriile si numarul de proiecte realizate din fiecare categorie cu mixtura pamant – ciment:

• Baraje si diguri – Protectie taluz (57)
• Autostrazi, cai ferate si indiguiri – Protectie taluz (29)
• Diferite indiguiri – Protectie taluz (15)
• Indiguiri cu sol-ciment – Protectie taluz (2)
• Baraje – Fundatii (3)
• Baraje – Deversoare (3)

Sector experimental pe raul Capus

In ultima perioada s-au intensificat fenomenele climatice extreme, ceea ce a avut ca efect cresterea frecventelor de aparitie a viiturilor pe diversele cursuri de apa. Din acest motiv a aparut necesitatea modernizarii infrastructurii de aparare impotriva inundatiilor si realizarea de constructii hidrotehnice noi. Pentru a veni in intampinarea rezolvarii acestor probleme, Administratia Nationala „Apele Romane”, prin Administratia de Apa Somes – Tisa, impreuna cu Universitatea Tehnica Cluj-Napoca si Universitatea din Petrosani au format un grup de cercetare in vederea realizarii unui sector experimental de constructii de aparare impotriva inundatiilor.

Sectorul experimental se afla pe raul Capus in proximitatea localitatii Gilau si consta dintr-un dig si o aparare de mal executate din material de umplutura stabilizat. Pentru stabilizarea materialul de umplutura s-a folosit liant hidraulic produs de Holcim. Apararea de mal a fost executata pe malul drept, iar digul pe malul stang al cursului de apa Capus.

Prin stabilizarea materialului de umplutura cu liant hidraulic, ca urmare a amestecarii cu liant hidraulic si apa, urmata de compactarea amestecului, s-a obtinut imbunatatirea proprietatilor fizico-chimice si mecanice.

De-a lungul timpului, producatorii de lianti au produs diferite combinatii de materiale care sa asigure obtinerea parametrilor mecanici satisfacatori pentru toate tipurile de pamant. In cadrul studiului experimental de pe raul Capus s-a optat pentru un alt tip de liant hidraulic decat cel folosit de U.S. Department of the Interior-Bureau of Reclamation.

Materialul de umplutura folosit la apararea de mal a fost nisipul argilos iar pentru stabilizarea acestuia s-a utilizat Dorosol C30. La dig, ca material de umplutura, s-a folosit nisip cu pietris iar stabilizarea s-a facut cu Doroport TB 25 [4], [5].

Un rol important in comportarea complexa a pamanturilor il reprezinta factorul climatic, deoarece in perioadele calde (secetoase) are loc o evaporare a  apei din pamantul care compune digul, ceea ce conduce la contractia si apoi la fisurarea sa. Procesul invers, si anume acela de  umflare, are loc in perioadele ploioase, atunci  cand, din cauza infiltrarii apei in dig, fisurile se inchid. Acest fenomen nu conduce neaparat si la disparitia totala a contractiei pamantului aparuta in perioadele calde.

Mod de punere in opera

In functie de natura si umiditatea pamantului care trebuie imbunatatit, dupa efectuarea testelor preliminare de laborator, se alege tipul de liant hidraulic ce va fi folosit in procesul de stabilizare. In functie de testele efectuate in laborator, cei doi lianti hidraulici folositi au fost Dorosol si Doroport, in proportie de 5% din masa pamantului in stare uscata cu care s-a facut amestecul.

In cadrul programului experimental s-au propus urmatoarele determinari de laborator, in vederea stabilirii unor concluzii legate de modul de realizare a lucrarilor cu pamant stabilizat:

• Determinarea curbei granulometrice si a tipului de pamant [6];
• Determinarea umiditatii optime a pamantului, prin metoda Proctor [7];
• Determinarea caracteristicilor de compresibilitate, prin incercarea edometrica [8];
• Determinarea parametriilor efectivi (ø’, c’), prin incercarea la forfecare [9];
• Determinarea rezistentei la compresiune, la 7 si 28 de zile [10].

Procedeul folosit pentru realizarea constructiilor de aparare impotriva inundatiilor a fost asternerea pamantului stabilizat in straturi egale si succesive, urmate de o compactare corespunzatoare a fiecarui strat.

Liantii hidraulici Dorosol si Doroport au fost folositi respectandu-se urmatoarele etape:

• imprastierea direct peste materialul cu care se face amestecul;
• amestecarea acestuia „in situ” cu echipamente specializate – reciclatoare;
• profilarea cu echipamente specifice (autogreder, buldozer etc.);
• compactarea cu cilindrul compactor.

La incheierea lucrarilor de executie a umpluturii stabilizate, s-a protejat taluzul dinspre cursul de apa cu material vegetativ.

Concluzie

Dupa analizarea mixturii dintre materialul de umplutura si liantul hidraulic, in comparatie cu pamantul in stare naturala, putem constata urmatoarele:

• Imbunatatirea in procente mari a parametrilor geotehnici Ø, c, E;
• Marirea factorului de siguranta;
• Reducerea geometriei corpului digului;
• Rezistenta buna la eroziune impotriva valurilor sau a vitezelor mari de pe cursurile de apa;
• Reducerea, cu pana la 50%, a costurilor fata de alte metode de protectie, materialul folosit fiind cel din excavatia terenului din amplasament.

Biblografie
[1] Dennis L. Richards and Hans R. Hadley, WEST Consultants, Inc., Soil-Cement Guide for Water Resources Applications, Portland Cement Association, 2006;
[2] William B. Dinchak, Soil-cement: it’s not just for highways anymore, Energy and Water Resources Department, 1989;
[3] Bureau of Reclamation – Managing Water in the West (2013), Embankment Dams, Capitolul 17 Soil-cement Slope Protection, Design Standards No. 13, U.S. Department of the Interior-Bureau of Reclamation;
[4] Fisa tehnica – Dorosol;
[5] Fisa tehnica – Doroport;
[6] Stas 1913/5-85 Determinarea granulozitatii 2. SR EN 14688-2:2005;
[7] Stas 1913/13-83 Determinarea caracteristicilor de compactare;
[8] STAS 8942/3- 90, C 232-89 Modulul de deformatie lineara – E;
[9] STAS 8942/2- 82, C 232-89 Unghiul de frecare interioara efectiva – Ø’, Coeziunea efectiva – c’;
[10] STAS 10473-2-86, Straturi rutiere din agregate naturale sau pamanturi stabilizate cu lianti hidraulici sau puzzolanici. 

Autori:
drd. ing. Vlad-Costel Ciubotaru,
drd. ing. Alexandru-Petru Circu,
drd. ing. Bogdan-Mihai Craciunescu,
drd. ing. Nagy Andor-Csongor,
drd. ing. Gelu Topan,
ing. Adrian Dargau 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 156 – martie 2019, pag. 58