CONSITRANS: Cercetari privind imbunatatirea terenului pentru construirea de autostrazi in zonele aluviale ale raurilor din Romania

Prezentam, mai jos, in rezumat, studiul de caz a doua zone din arii separate din albia majora a raului Mures, tratate diferit prin inlocuire dinamica si incluziuni rigide, in scopul imbunatatirii capacitatii portante, pas necesar in folosirea terenurilor slabe ca strat suport pentru terasamente.

Zonele studiate sunt situate in partea de mijloc a raului Mures, localizata in zona centrala a Podisului Transilvaniei, care, datorita miscarilor neotectonice ale Cuaternarului, este asezat in trei fasii mari, fiind raspandite pe 8 niveluri de terase, cu depozitele terasate de origine aluviala.

DESCRIEREA SOLUTIILOR APLICATE

STUDII DE CAZ

In conditii de incarcare din exterior, terenul slab de la baza sufera deformari mari si deseori neuniforme, ceea ce necesita masuri de imbunatatire pentru a putea fi folosit.

Zona I – Inlocuire dinamica

Amplasament

Sectorul experimental a fost amplasat intr-o zona mlastinoasa, inundabila, foarte aproape de raul Mures, in apropierea orasului Deva din judetul Hunedoara.

Caracteristicile terenului de fundare

Zona este caracterizata de urmatoarea stratificare:

• zacaminte aluviale fine reprezentate de nisipuri fine cu liant pulverulent, pana la plastic nisipos moale, maro-galbui, saturat sub adancimea de 2,00 m;
• zacaminte aluviale recente de pe albia raului Mures si lunca de sub stratul de aluviuni fine;
• roca de baza: argile foarte dure si compacte, interceptate sub stratul de aluviune grosiera.

Descrierea solutiei aplicate

Inlocuirea dinamica a fost dezvoltata ca o extensie a compactarii dinamice si este o tehnologie semi-mecanica pentru imbunatatirea proprietatilor mecanice ale solului.

Imbunatatirea prin aceasta metoda nu este conditionata de necesitatea unei umiditati optime de compactare si nu este influentata de nivelul apelor subterane.

Aceasta solutie de imbunatatire poate fi aplicata pentru grosimi maxime ale straturilor slabe de 3-4 m. Pentru adancimi mari de compactare, se recomanda utilizarea unor materiale de admisie mari care favorizeaza perforarea terenului liber si imbunatatirea unei zone cu adancime mai mare. Avantajele acestei tehnologii combina coloanele de piatra si compactarea dinamica, prin compactari profunde si umplere laterala, in stadiul final rezultand coloane de dimensiuni mult mai mari.

Imbunatatirea terenului afanat de baza prin impletirea cu piatra bruta se realizeaza prin:

• crearea unei zone de fundare imbunatatite, formata din piatra bruta, piatra sparta, bolovani de rau, material grosier, prin turnarea materialelor de admisie dinamice;
• efectul lateral si in profunzime al solului (modificarea porozitatii) ca urmare a incarcarii dinamice a materialului de intrare;
• raport de inlocuire a materialelor de pana la 20-25%.

Zona II – Incluziuni rigide

Amplasament

Zona studiata este situata in judetul Mures, in apropierea localitatii Bogata.

Caracteristicile terenului de fundare

Zona selectata traverseaza formatiuni cuaternare holocene vechi. Aceste zacaminte sunt sedimente de lunca, de natura pietrisului si a nisipului, conform hartilor geologice. Zona prezinta urmatoarea stratificare:

• depozite aluviale fine reprezentate de argila subtire, plastic solide, nisip galben-maroniu, saturate la o adancime de 2,50 m cu radacini si resturi vegetale pana la adancimea de 3,00 m;
• zacaminte aluviale recente de pe albia raului Mures si lunca de sub stratul aluvios fin, din nisip si pietris, cu saturatie medie;
• roca de baza: argile gri, foarte rigide, cu lentile de nisip fin, partial cimentate, de la adancimea de 10,00 m.

Descrierea solutiei aplicate

Conceptul de construire a unei fundatii pe un pamant intarit cu incluziuni rigide este una dintre tehnicile moderne de imbunatatire a terenului, consolidarea cu acest tip de incluziune constituind o metoda noua si eficienta.

Tehnica de imbunatatire a terenului cu incluziuni rigide are rolul de a reduce compresibilitatea solului. Obiectivul este de a reduce sedimentarea generala si diferentiata, reducand efortul transmis direct de structura catre fundatie.

Conform principiului sau fundamental, tehnica de armare folosind incluziuni rigide introduce o intreaga secventa de interactiuni complexe de la structura care este sustinuta pana la stratul de sub invelis. Principiul de baza al incluziunilor rigide se bazeaza pe efectul de grup, iar efectul acestora creste pe masura ce reteaua devine mai densa.

In cadrul unor structuri incarcate uniform, precum platforme si pante, transferul de sarcina se realizeaza printr-o platforma de distributie a incarcaturii intre capatul pilelor si structura care trebuie sustinuta. Aceasta platforma (perna de distributie) este fabricata din material local cu lianti hidraulici cu o grosime de 0,50 m, compactata in straturi.

Sectiunea experimentala si etapele tehnologice

Pentru sectorul experimental s-a ales o parcela de 170 de metri patrati, intr-o zona care face parte din amplasament, cu cea mai mare incarcare si au fost executate un numar de 38 de incluziuni.

Etapele sectorului experimental au fost urmatoarele:

a) etichetarea si desenarea punctelor conform planului de desen;
b) calibrare burghiu, viteza de foraj, criteriu de refuz, confirmarea stratificarii studiului geotehnic, raport electronic transmis;
c) executarea penetrarilor dinamice inainte de incluziune si dupa executarea acesteia, la o distanta de 10 cm de la marginea incluziunii;
d) incercarea capacitatii de incarcare prin aplicarea unei forte verticale de 500 KN, utilitatea folosita drept „masa de reactie”, avand sarcini controlate in fiecare etapa;
e) executarea pernei de distributie locala imbunatatita cu lianti hidraulici in proportii diferite si verificarea capacitatii de rulare cu placa Lucas, criteriul de calitate fiind E_v2 ≥ 45 MN/m2.

Rezultate

a) Penetrarea dinamica a fost realizata conform standardelor, iar rezultatele au evidentiat o usoara imbunatatire, confirmand astfel teoria aplicata.
b) Testul capacitatii de incarcare a incluziunilor a fost efectuat conform normei NP 045-2000. Testul de compresie cu forte statice verticale a fost tipul deformarii masurate la efort. Aplicarea etapelor de incarcare a fost efectuata cu o presa hidraulica, incarcand pana la 500 KN in 8 trepte de 62,5 KN si descarcand pana la 0 KN in 4 trepte de 125 KN.
La sarcina maxima aplicata de Q = 500 KN, deplasarea maxima a fost s = 5,46 mm, iar la descarcarea finala Q = 0 KN. Deplasarea reziduala a fost s = 3,39 mm.
c) Modulul de deformare liniara cu placa Lucas deasupra pernei de distributie a fost realizat conform standardelor in doua cicluri de incarcare/descarcare folosind placa ø = 300 mm. Valorile obtinute au fost E_v1 = 67,1 MPa, E_v2 = 73,6 MPa iar raportul E_v2 /E_v1 = 1,09.

Concluzii

Cele doua solutii aplicate in studiul de caz au avut aproximativ aceleasi conditii de amplasament (langa raul Mures), dar conditii geotehnice diferite. Din aceasta observatie se poate concluziona ca, in cazul unui sol foarte comprimabil (maluri) cu o grosime mai mica (1-3 m), se pot aplica solutii pentru imbunatatirea acestuia; in cazul grosimilor mai mari (5-6 m) trebuie analizate solutii de fundatie mai adanca, precum  pile de beton, coloane de piatra, grinzi etc.

In ce priveste ambele solutii alese in cele doua proiecte, rezultatele au fost peste asteptari.

(Articolul integral in volumul ECSMGE-2019 Reykjavík, Islanda)

Autori:
Malancu – SC Consitrans, UTCB, Romania
C. Olteanu, C. Tomsa – Technical University of Civile Enginnering Bucharest, Romania 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 162 – septembrie 2019, pag. 32