POPP&ASOCIATII: Monitorizare geotehnica si structurala. Masuratori si instrumente

Realizarea constructiilor, in special a celor cu mai multe subsoluri si construite in zonele aglomerate, este asociata cu multiple riscuri in ceea ce priveste comportarea lor, dar si influenta acestora asupra constructiilor invecinate. Aceste riscuri pot fi reduse atata timp cat exista informatii suficiente, iar ipotezele considerate in proiectare sunt verificate atat inainte de executie, prin investigarea terenului si incercari, cat si in timpul construirii si al exploatarii constructiilor prin masuratori in situ. Practic, riscurile sunt reduse printr-o evaluare mai riguroasa a situatiei reale din teren si prin implementarea mai rapida, din timp, a unor eventuale masuri de interventie rezultate necesare.

In plus, la nivel de activitate de proiectare, monitorizarea furnizeaza date si rezultate foarte importante pentru actualizarea informatiilor despre proiect si realizarea calculelor inverse in vederea imbunatatirii modelelor de calcul si (re)evaluarii riscurilor, conducand spre o proiectare mult mai eficienta. Rezultatele lucrarilor de monitorizare pot sta si la baza „Metodei observationale” de proiectare indicata de codurile de proiectare europene si romanesti.

Conform legislatiei din Romania, in acest moment „urmarirea comportarii in timp se desfasoara pe toata durata de viata a constructiei, incepand cu executia ei si este o activitate sistematica de culegere si valorificare (prin urmatoarele modalitati: interpretare, avertizare sau alarmare, prevenirea avariilor etc.) a informatiilor rezultate din observare si masuratori asupra unor fenomene si marimi ce caracterizeaza proprietatile constructiilor in procesul de interactiune cu mediul ambiant si tehnologic” [1].

Eurocodul 7 [2] prevede ca una dintre ipotezele de proiectare este aceea ca „exista o continuitate si o comunicare adecvate intre personalul implicat in colectarea datelor, proiectarea si executia lucrarilor”. Din acest motiv, printr-o echipa multidisciplinara – proiectant, geotehnician, responsabil cu monitorizarea, ne propunem sa redam succint modalitatea in care implementam urmarirea comportarii constructiilor, exemplificand si printr-o lucrare realizata.

TIPURI DE MASURATORI SI INSTRUMENTE UTILIZATE FRECVENT IN ACTIVITATEA DE MONITORIZARE

In functie de cerintele proiectului (ce elemente si ce parametri trebuie urmariti, domeniul de masurare necesar, precizia acceptata etc.) si de conditiile de instalare a instrumentelor, prin Programul de monitorizare emis de proiectant se prevad diferite tipuri de masuratori si instrumente.

Se redau in continuare cateva dintre tipurile de masuratori si instrumente utilizate frecvent la urmarirea unei cladiri pe perioada de executie si de exploatare a acesteia.

Masuratori ale fisurilor din elementele de constructie

In urma inspectiei unei constructii – constructie invecinata sau constructie urmarita – sunt identificate si monitorizate fisuri reprezentative din elementele structurale. Aceasta activitate se realizeaza cu dispozitive specifice care pot asigura o precizie suficienta raportata la dimensiunile fisurilor urmarite si la valorile de variatie asteptate.

Cel mai frecvent se utilizeaza lupa gradata tip IOR-Bucuresti (domeniu de masurare 10 mm, rezolutie 0,1 mm, precizie de masurare 0,2 mm), impreuna cu un deformetru, cum ar fi deformetrul tip DU II 250/10 Huggenberger (domeniu de masurare 10±5 mm, rezolutie 0,01 mm, precizie 0,04 mm).

Masuratori ale deplasarilor prin metode topografice

Urmarirea deplasarilor constructiilor prin masuratori pe puncte izolate se realizeaza cel mai frecvent prin masuratori topografice: nivelment geometric de precizie pe marci de tasare (cu nivela digitala) si nivelment trigonometric pe marci de deplasare (cu statia totala).

Masuratori ale deplasarilor in lungul unei linii in extensometre

Cea mai frecventa aplicatie de masurare a deplasarii in lungul unei linii (se inregistreaza prin extensometre) este determinarea variatiei deplasarii pe verticala, in adancime, a diferitelor straturi din profilul litologic (tasarea sau umflarea), ca urmare a incarcarii/descarcarii terenului de fundare. Pentru aceasta, se realizeaza foraje in care se introduc senzori, in diferite puncte care pot fi de mai multe tipuri constructive, printr-un sistem denumit tasometru.

Masuratori ale deplasarilor perpendicular pe o linie – in inclinometre

Inclinometrul poate fi utilizat pentru monitorizarea geotehnica, dar si pentru cea structurala, atat pentru masurarea deplasarilor orizontale atunci cand sunt montate vertical in teren sau in elemente structurale, cat si pentru masurarea deplasarilor verticale (tasari sau umflari) atunci cand sunt montate orizontal.

Masuratori ale apei subterane prin piezometre

Determinarea presiunii apei din pori cu piezometre instalate in teren sau a nivelului apei subterane in puturi piezometrice este o aplicatie frecventa in urmarirea lucrarilor geotehnice. Astfel, se monitorizeaza actiunile date de apa subterana asupra terenului si asupra structurilor.

Masuratori ale deformatiilor specifice prin marci tensometrice

Deformatiile specifice (modificarile de lungime) din elementele de constructie se monitorizeaza cu marci tensometrice care se monteaza pe elementele structurale sau in interiorul elementelor turnate.

Cel mai adesea, acestea se folosesc la instrumentarea pentru incarcari de proba ale structurilor (cum ar fi pilotii de fundare), la transfer de sarcini pe elemente, dar si pentru verificarea nivelului de solicitare al unui element nou, mai ales daca acesta este mai sensibil sau calculele prezinta incertitudini.

Masuratori ale eforturilor sectionale prin celule de forta

Atunci cand se doreste masurarea directa a fortei dintr-un element structural, se instaleaza celulele de forta. Dintre aplicatiile cele mai frecvente ale acestora mentionam ancorajele in teren, pilotii incarcati de proba, dar si alte elemente structurale. Practic, prin acestea se inregistreaza direct compresiunea sub incarcare a celulei propriu-zise care coincide cu efortul din elementul structural.

Masurarea actiunii seismice asupra constructiilor prin accelerometre

Cele mai multe dintre constructiile amplasate in zone seismice si incadrate intr-o clasa superioara de importanta-expunere trebuie instrumentate pentru masurarea valorilor de acceleratii induse de aceasta solicitare severa. Codul de proiectare seismica pentru cladiri valabil in prezent in Romania [3] mentioneaza explicit acest lucru pentru constructiile incadrate in clasele I si II de importanta – expunere. Prelucrari matematice ulterioare ale valorilor inregistrate permit determinarea precisa a raspunsului seismic al structurilor si compararea/confirmarea cu raspunsul asteptat sau proiectat.

Sistemul de instrumentare seismica este compus din senzori triaxiali de acceleratie pozitionati in interiorul constructiei si la exteriorul acesteia (de camp liber). Senzorii sunt conectati la o statie de achizitie a datelor in regim dinamic (cu densitate foarte mare la momentul declansarii unei actiuni). Acestea, cel mai adesea, sunt  setate sa si transmita datele inregistrate prin internet intr-o baza de date disponibila de la distanta.

STUDIU DE CAZ

Monitorizarea unei excavatii adanci din Bucuresti si corelarea rezultatelor cu estimarile din proiectare. Masuri de interventie

Se prezinta in continuare procesul de monitorizare a unui ansamblu de trei cladiri de birouri din Bucuresti, inclusiv lucrarile aferente realizarii excavatiei adanci (cu adancimea intre 11 m si 13,35 m). Mai multe informatii despre acest proiect, dar si despre lucrarile de monitorizare in raport cu premisele din proiectare au fost redate in articolul sustinut la Conferinta AICPS din 2019 [4].

Activitatea de monitorizare a inceput inaintea demararii lucrarilor in santier – pentru constructiile invecinate – si a fost continuata pe parcursul executiei, precum si pe perioada de exploatare a constructiei.

Lucrarile de monitorizare pe perioada de executie au constat din:

• Inspectare si masuratori de fisuri ale constructiilor invecinate;
• Masuratori topografice ale constructiilor invecinate, ale sistemului de sustinere si ale constructiilor noi prin marci de tasare si marci de vizare;
• Masuratori de inclinare ale zidurilor de sprijin invecinate;
• Masuratori ale nivelului apei subterane in 16 puturi piezometrice in interiorul si in exteriorul excavatiei;
• Masuratori ale deplasarilor verticale ale terenului de fundare in 5 tasometre cu repere magnetice;
• Masuratori ale deplasarilor orizontale ale peretelui mulat in 13 coloane inclinometrice;
• Masuratori ale efectelor seismice prin 12 senzori de acceleratie.

REZULTATE DIN MONITORIZAREA EXCAVATIEI

Rezultatele obtinute prin activitatea de monitorizare au fost in permanenta comparate cu estimarile din proiectare. Astfel, a fost posibil ca pe zonele pe care s-au identificat evolutii diferite fata de estimarile din proiectare sa se reia calculele si sa se prevada masuri de interventii.

Dupa finalizarea peretelui mulat, prin intermediul masuratorilor piezometrice s-a inregistrat cresterea nivelul apei subterane in exteriorul incintei, fiind necesara recalcularea si verificarea sistemului de sustinere a excavatiei adanci.

Deplasarile sistemului de sustinere s-au incadrat in limitele considerate prin proiectare, deplasarile inregistrate fiind cu 20÷55% mai mici decat cele estimate.

Una dintre zone a fost proiectata prin Metoda Observationala inca de la inceput, ceea ce implica realizarea unei monitorizari de incredere pentru a decide in fiecare etapa scenariul de proiectare care se aplica. Valorile masurate intr-o prima etapa au fost apropiate de valoarea limita impusa si s-a dispus pregatirea sistemului de sprijinire suplimentar impreuna cu re-etapizarea lucrarilor.

Analizand variabilitatea rezultatelor inregistrarilor, in conditii bune de masurare, se confirma existenta unor incertitudini importante in proiectare si necesitatea realizarii monitorizarii.

Proiectul este un exemplu reprezentativ in care monitorizarea atenta si corecta a permis analiza rapida a datelor si implementarea solutiilor de adaptare a proiectului, reducand riscurile asociate acestui tip de lucrari.

REFERINTE

1. P 130-1999. Normativ privind comportarea in timp a constructiilor;
2. SR EN 1997-1:2004. Eurocod 7: Proiectarea geotehnica. Partea 1: Reguli Generale;
3. P 100-1/2013. Cod de proiectare seismica. Partea 1 – Prevederi de proiectare pentru cladiri;
4. Ene A., Marcu D., Ionescu I., Popa H., Diferente si similitudini intre estimarile din proiectare si masuratorile in situ ale unei excavatii adanci. Utilizarea datelor obtinute in vederea evaluarii fiabilitatii lucrarii si a riscurilor asociate, XXIX-a Conferinta Nationala AICPS, Eforie, Romania – mai 2019.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 163 – octombrie 2019, pag. 80