POPP&ASOCIATII INGINERIE GEOTEHNICA: Proiectarea geotehnica aferenta extinderii si consolidarii unei constructii din municipiul Cluj-Napoca

Extinderea si consolidarea unei constructii din mediul urban adeseori prezinta provocari, atat din punct de vedere structural, cat si din punct de vedere al realizarii lucrarilor geotehnice. Conditiile de vecinatate, coroborate cu limitarea spatiului realizarii lucrarilor, conduc la situatii complexe ce trebuie analizate pentru neafectarea vecinatatilor, avand in vedere in acelasi timp ca solutia propusa sa fie oprima din punct de vedere tehnico-economic.

In continuare, vom descrie proiectarea geotehnica a extinderii si consolidarii unei constructii din Cluj-Napoca, care a prezentat unele dificultati de concepere si realizare, atat din cauza pozitionarii constructiei in vecinatatea unui versant natural de circa 10 m inaltime, a constructiilor existente in adiacenta, cat si din cauza situatiei pamantului identificat in amplasament.

SCURTA PREZENTARE A PROIECTULUI

In amplasament se afla o cladire proiectata si executata intre anii 2006 – 2009, cu regimul de inaltime S+P+5E+6r. Prin noua tema de proiectare se propune extinderea subsolului pe doua laturi si a suprastructurii pe trei laturi si supraetajarea imobilului, noul regim de inaltime urmand sa fie S+P+6E.

Amplasamentul constructiei se invecineaza cu urmatoarele constructii si amplasamente:

• la nord – trotuar si strada;
• la vest – cladire cu regimul de inaltime D+P+7E (constructia se va extinde cu subsolul pana la limita acesteia, alipit demisolului pe o zona de circa 13 m);
• la sud – versant sprijinit la partea inferioara cu un zid de sprijin din beton armat. La partea superioara a versantului se afla o constructie cu regimul de inaltime P+6E;

Zidul de sprijin are inaltime variabila (intre 1 m si 3 m), iar diferenta de nivel intre coronamentul versantului si cota terenului natural din amplasament este de aproximativ 10 m cu o panta medie de circa 1:2,6. Amprenta viitoarei constructii se va extinde aproximativ 1,75 m in spatele zidului de sprijin, fiind necesara demolarea sprijinirii actuale a versantului si realizarea uneia noi, atat pentru etapa de executie, cat si pentru perioada de exploatare. Din analizele efectuate, versantul, in starea actuala, este – la limita – stabil, gradul de utilizare fiind aproximativ unitar;

• la est – alee de acces pietonal, urmata de un parc format din spatiu verde, alei si o fantana.

Lucrarea a fost incadrata in categoria geotehnica 2-3 (GK 2 – GK 3), corespunzand unui risc geotehnic moderat-major, si a fost proiectata in consecinta in conformitate cu standardele europene si normativele romanesti actuale [1], [2], [3], [4].

INVESTIGATIILE GEOTEHNICE

In amplasament au fost realizate trei Studii Geotehnice in anul 2006 si in anul 2018, iar in anul 2021 s-a realizat si un Studiu Geotehnic de Detaliu.

Studiul Geotehnic realizat in anul 2018 a cuprins executia a patru foraje geotehnice si patru penetrari dinamice super grele cu adancimi cuprinse intre 6 m si 16 m. Apoi, pentru reducerea incertitudinilor si, implicit, a riscului asociat lucrarilor geotehnice, s-au suplimentat investigatiile geotehnice din amplasament, pentru a defini cu mai mare acuratete variatia si proprietatile terenului de fundare pe amplasamentul noii constructii.

Astfel, in anul 2021, s-a realizat un Studiu Geotehnic de Detaliu bazat pe investigatiile anterioare completate cu sase foraje geotehnice, cu adancimi cuprinse intre 6 m si 30 m si sase penetrari dinamice super grele cu adancimi cuprinse intre 13,6 m si 18 m.

In urma acestor investigatii, a rezultat ca terenul din amplasament este alcatuit dintr-un strat de umplutura, din pietris cu nisip/piatra sparta cu bolovanis, in matrice argiloasa cu resturi de materiale de constructii pana la cote cuprinse intre -0,50 m si -7,50 m fata de cota terenului natural din amplasament, urmat de un strat de pietris cu bolovanis / pietris cu nisip / nisip cu pietris mediu indesat la indesat, pana la -10 m … -30 m (adancimea investigata) fata de cota terenului natural pe amplasament.

PROIECTAREA LUCRARILOR GEOTEHNICE

Excavatia adanca si lucrarile de sustinere

Sistemul de sustinere a excavatiei a fost prevazut din piloti cvasi-tangenti cu diametrul de 620 mm, autoportanti sau sprijiniti cu un rand de spraituri metalice orizontale sau cu un rand de ancoraje in teren. In plus, pentru demolarea zidului de sprijin existent pe latura de sud, versantul va fi mentinut in siguranta prin ranforsarea cu tinte metalice injectate.

Ca urmare a variabilitatii litologiei precum si a conditiilor de vecinatati, s-au luat in considerare 6 sectiuni caracteristice pentru calculul lucrarilor de sustinere a excavatiei adanci.

Calculele au fost realizate prin modele 2D utilizand metoda elementului finit prin programul de calcul PLAXIS 2D (fig. 3) considerand pentru pamant legea de comportare elasto-plastica cu rigiditate variabila in functie de nivelul de eforturi, precum si prin metoda echilibrului limita prin programele de calcul Geo5 – Slope Stability si Geo5 – Nailed Slope (fig. 4). Pentru analiza stabilitatii versantului din zona sudica s-a utilizat metoda fasiilor, cu suprafata de cedare circular-cilindrica, enuntata de Fellenius-Petterson, modificata astfel incat sa ia in considerare efectul stabilizator al tintelor.

In cadrul proiectarii s-a tinut cont de etapele de executie din teren, pentru a permite o evaluare cat mai apropiata de realitate a comportarii sistemului de sustinere, in situatiile normale si seismice de proiectare.

In cazul sectiunii din zona sudica a amplasamentului, inspre versantul existent, etapele de executie considerate in proiectare au fost:

1. Versant – stare actuala;
2. Demolare zid de sprijin existent pana la piciorul taluzului torcretat, concomitent cu realizarea tintelor forate. Nu se va desface o zona mai mare din zidul de sprijin existent decat zona in care se realizeaza imediat taluzul ranforsat;
3. Realizare piloti forati cu grinda de coronament, ancoraje/spraituri metalice. Ancorajele vor fi pretensionate etapizat, tensionarea ancorajelor se va realiza in mod alternativ;
4. Excavatie la cota finala;
5. Realizarea sistemului de fundare si detensionarea ancorajelor.

Deplasarile verticale rezultate la coronamentul versantului sunt de circa 12 mm, iar deplasarea orizontala a peretelui de sustinere este de circa 17 mm, in etapa de detensionare a ancorajelor.

Deplasarile verticale rezultate sub constructia invecinata (D+P+7E), fundata la -5,60 m, sunt de circa 1 mm, in etapa de excavatie finala, iar in etapa de finalizare a constructiei noi, deplasarile verticale ale acestei constructii sunt de circa 7 mm, rezultand o tasare relativa de pana la 1/2735 (0,00037).

Verificarea fundatiilor constructiei

Avand in vedere conditiile litologice, respectiv grosimea stratului de umplutura care se extinde in adancime sub cota de fundare, precum si faptul ca fundatia constructiei existente reazema pe o perna din balast compactat cu grosimea de circa 80-90 cm, s-a prevazut ca extinderea constructiei sa se fundeze tot pe o perna de balast cu rolul de uniformizare a terenului de fundare, cu grosimea de 1 m.

Fundarea constructiei pe zona de extindere se va realiza prin grinzi de fundare, care se vor conecta la fundatia constructiei existente, reprezentata printr-un radier de 80 cm grosime. S-a prevazut un rost de circa 2 cm intre fundatii, iar pentru preluarea diferentelor de tasare intre cele doua fundatii, se va instala un sistem de dornuri de forfecare.

Pentru a verifica influenta extinderii pe verticala a constructiei existente si a noii constructii, precum si conlucrarea dintre fundatia existenta si cea noua, s-au efectuat verificari la Starea Limita de Serviciu.

Prin calcul, s-a estimat ca extinderea pe verticala a constructiei va induce o tasare suplimentara de circa 1 cm – 1,5 cm, iar pe zona de extindere in plan, unde constructia noua va avea un singur subsol, s-au estimat tasari de aproximativ 5 mm.

O particularitate a reprezentat-o latura vestica a constructiei existente, unde, ca modernizare, se vor realiza elemente de tip brise-soleil pe toata inaltimea suprastructurii, din profile metalice si tencuiala. Din cauza incarcarilor semnificative pe care le aduce acest sistem la terenul de fundare, respectiv a tasarilor mai mari, in aceasta zona s-a adoptat solutia de fundare pe radier, pentru distribuirea eforturilor si limitarea tasarilor, in special a tasarilor diferentiate.

Lucrari de monitorizare prevazute

Prezenta versantului din zona sudica, precum si lungimea mare a elementelor metalice (spraituri, ancoraje si tinte) genereaza posibile sensibilitati in perioada de executie; astfel, pentru controlul acestora, s-au prevazut, prin proiect, elemente de monitorizare a sistemului de sustinere pe perioada realizarii excavatiei adanci, monitorizare care va fi realizata prin intermediul:

• inspectiei constructiilor invecinate si masuratori ale deschiderii fisurilor relevate in acestea;
• masuratori ale deplasarilor verticale ale structurilor invecinate, structurii existente din amplasament si ale noii structuri prin metode topografice;
• masuratori ale deformatiilor si deplasarilor sistemului de sustinere a excavatiei adanci prin coloane inclinometrice si prin metode topografice;
• masuratori ale deplasarilor verticale si orizontale ale terenului si constructiei, prin masuratori in coloane taso-inclinometrice.

Masuratorile se vor executa conform programului pentru urmarirea comportarii in timp a constructiilor emis de proiectant.

CONCLUZII

Lucrarile geotehnice, in mediul urban, inclusiv in cazul extinderii si consolidarii unei cladiri existente, pot fi complexe deseori si trebuie tratate pe baza unei judecati ingineresti aprofundate, unitar, impreuna cu minimizarea cat mai multor incertitudini ale terenului din amplasament, dar si cu analizarea comportarii constructiilor invecinate pe durata lucrarilor de excavatie, cat si pe durata de exploatare a noii constructii.

Informatiile despre conditiile de teren prezentate in Studiul Geotehnic initial, desi cuprinzatoare, nu au reusit sa elimine incertitudinile aparute in faza de proiectare; astfel, pentru elucidarea acestora a fost necesara realizarea unor investigatii suplimentare.

La proiectarea lucrarilor de sustinere a excavatiei adanci, precum si a sistemului de fundare a constructiei extinse, s-au luat in considerare atat litologia amplasamentului, cat si conditiile invecinate (teren si constructii).

Evaluarea prin calcul a tasarilor consumate ale constructiei existente, dar si a tasarilor suplimentare, cauzate de extindere/suprainaltare, au permis adoptarea unui sistem de fundatii optim din punct de vedere tehnico-economic (grinzi de fundare si, local, radier, solidarizate de fundatia existenta prin dornuri de forfecare).

Lucrarile de monitorizare prevazute, atat pentru durata executiei, cat si pentru durata exploatarii, vor permite urmarirea comportarii sistemului de sustinere a excavatiei adanci si a sistemului de fundare.

REFERINTE

1. NP 074-2014. Normativ privind documentatiile geotehnice pentru constructii;
2. SR EN 1997-1:2004. Eurocod 7: Proiectarea geotehnica. Partea 1: Reguli Generale;
3. NP 124:2010. Normativ privind proiectarea geotehnica a lucrarilor de sustinere;
4. NP120 – 2014. Normativ privind cerintele de proiectare, executie si monitorizare a excavatiilor adanci in zone urbane.

Autori:

ing. Despina Dorneanu,
ing. Ionela Ionescu,
ing. Alexandra Ene,
ing. Dragos Marcu – Popp & Asociatii Inginerie Geotehnica, Bucuresti, Romania

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 186 – noiembrie 2021, pag. 38