Probleme geotehnice la realizarea excavatiilor adanci in Cluj-Napoca. Studiu de caz

Necesitatea unuia sau mai multor niveluri de subsol pentru constructiile rezidentiale sau de birouri executate in Cluj-Napoca a devenit un fapt obisnuit. Pentru realizarea acestora sunt necesare excavatii adanci, asa cum sunt ele definite de normele in vigoare [1]. Realizarea unei structuri subterane implica o excavatie, care necesita un sistem de sprijinire de tipul peretilor ingropati sau peretilor din piloti. Alegerea solutiei optime presupune atat satisfacerea conditiilor de rezistenta si stabilitate, cat si optimizarea executiei, dar nu in ultimul rand eficienta economica. Riscurile geotehnice cele mai mari in zonele intens construite din Cluj-Napoca provin din vecinatatile excavatiilor, care uneori sunt cladiri vechi, cu o structura de rezistenta neconformata pentru a prelua solicitari suplimentare din tasari diferentiate, din nivelul apei subterane care variaza destul de mult, precum si din neomogenitatea accentuata a terenului.

Prezentul studiu de caz se refera la un amplasament situat in vestul municipiului Cluj- Napoca, intr-o zona cu o intensa dezvoltare in ultimii 10 ani, pe care s-a realizat un imobil cu functiune mixta, spatii de birouri si rezidentiale. Datorita acestor functiuni, a rezultat necesitatea unui subsol, care din geometria amplasamentului are un nivel pentru zona de birouri si doua niveluri pentru zona rezidentiala. Pentru realizarea excavatiei, sistemul de sprijinire adoptat este unul cu pereti mulati. Proiectarea si executia sistemului de sustinere a excavatiei, precum si a sistemului de fundare, au fost puternic influentate de natura terenului de fundare.

Vom descrie, in cele ce urmeaza, programul de investigare geotehnica, precum si solutiile tehnice de fundare si sprijinire a excavatiei. Realizarea unui sistem de sustinere este de cele mai multe ori un proces laborios, delicat uneori, care implica colaborarea multor specialisti: ingineri, constructori, arhitecti, ingineri geologi, hidrogeologi etc. Optimizarea economica a unui sistem de sustinere implica insa corelarea tuturor aspectelor, de la cele structurale pana la cele tehnologice.66

Programul de investigare geotehnica

Amplasamentul se afla in municipiul Cluj-Napoca, care este situat la contactul a trei mari unitati geografice: Campia Transilvaniei, Podisul Somesan si Muntii Apuseni. Zona studiata este situata pe un teren terasat natural cu cadere NE-SV, pe care, la momentul inceperii investigatiei geotehnice, existau constructii cu functiuni comerciale, diferenta maxima de nivel pe amplasament fiind de aproximativ 6 m.

Lucrari de investigare geotehnica initiale

Pentru identificarea structurii actuale a terenului, a stratigrafiei, litologiei si a indicilor de structura, au fost executate lucrari de cercetare geotehnica, conform prevederilor Normativului NP 074-2014 [2]. Conform categoriei geotehnice preliminare rezultate, categoria geotehnica 2, acestea cuprind: observatii pe amplasament, foraje geotehnice si penetrari dinamice grele, pozitia investigatiilor geotehnice fiind redata in planul de amplasare a forajelor (fig. 1). Pozitia forajelor a fost influentata de cladirile existente pe amplasament la momentul inceperii investigatiei geotehnice [3].

Conform materialelor de arhiva, roca de baza in acest perimetru este reprezentata de marne si marne prafoase, peste care apar depozite de terasa alcatuite din pietrisuri si nisipuri acoperite cu intercalatii de argile prafoase si prafuri. Apa subterana a fost interceptata in forajele executate la cote cuprinse intre -4,00 m si -6,00 m de la cota terenului natural, in perioadele cu precipitatii abundente fiind posibila ridicarea nivelului apei subterane pana la nivelul terenului natural. Conform investigatiilor specifice, apa prezenta agresivitate chimica foarte slaba asupra betoanelor.

In baza forajelor executate pe amplasament si a penetrarilor dinamice grele a rezultat o stratigrafie incrucisata si foarte diversa, formata din nisipuri – pietrisuri si prafuri, cu stare de indesare care variaza de la afanata la foarte indesata, respectiv prafuri de la moi la vartoase. Straturile studiate ce par oarecum omogene prezinta, in adancime, interferari dese de concretiuni de calcar, injectii de nisip, precum si intruziuni angulare, schimbarile de straturi fiind numeroase in fiecare foraj, iar variatia parametrilor geotehnici este in consecinta. Practic, in fiecare dintre forajele executate stratigrafia a fost diferita (fig. 2).

Avand in vedere rezultatele investigatiei geotehnice, solutia de fundare propusa a fost radier general, realizat pe un teren imbunatatit. Intrucat constructia se afla in apropierea limitei de proprietate, si constructiile invecinate se gasesc in zona de influenta a excavatiei necesare pentru realizarea subsolului, conform [1], a fost necesara realizarea unei expertize tehnice [4], pentru stabilirea influentei constructiei si a conditiilor in care se poate realiza excavatia. Conditiile impuse de aceasta pentru realizarea in apropiere de limita de proprietate a constructiei, cu o adancime de fundare propusa variind intre -4,85 m si -6,85 m de la C.T.N., sunt: realizarea unei incinte de pereti mulati, pe conturul excavatiei propuse, sprijiniti pe inaltime cu spraituri orizontale si inclinate, cu rolul de a reduce deformatiile orizontale ale peretelui. Tasarea indusa de executarea sapaturii este limitata la B/5000, unde B este latura cladirii, pentru a nu afecta rezistenta si stabilitatea cladirilor invecinate. Metoda de calcul impusa pentru sistemul de sprijinire (MEF/MCR) a facut necesara realizarea unui studiu geotehnic de detaliu, care sa furnizeze parametrii geotehnici suplimentari necesari in aceste metode de calcul.

Studiul geotehnic de detaliu

Pozitionarea forajelor pentru studiul geotehnic de detaliu s-a facut in centrul amplasamentului, pentru a completa studiul geotehnic executat initial pe amplasament. Conform forajelor geotehnice cu adancimea de 15,00 m executate [5], stratigrafia identificata este: umplutura – pietris si bolovanis in matrice coeziva, negricioasa, mal cenusiu-negricios, turba neagra, argila cu intercalatii de pietris, gri-cenusie (fig. 3), si argila marnoasa cu intercalatii de pietris, gri-cenusie. Nivelul apei freatice a fost interceptat la aproximativ -7,00 m de la C.T.A., cu infiltratii incepand de la 1,50 m.

Stratigrafia obtinuta difera de aceea din studiul geotehnic realizat initial pe amplasament, fapt ce a impus ca proiectarea structurii de sprijin si a sistemului de fundare sa se faca cu mare atentie.

Sistemul de sprijinire a excavatiei adanci. Sstemul de fundare

Sistemul de sprijinire a excavatiei adanci [6]

Pentru proiectarea peretelui mulat s-au luat in considerare urmatoarele aspecte geotehnice ale amplasamentului:

• Constructiile invecinate sunt imobile cu regim de inaltime variabil: P, D+P+E/2E+M, S+P+8E, respectiv strada intens circulata;
• Excavatia coboara sub nivelul apei subterane, fiind necesare epuizmente normale;
• Stratigrafia terenului este neomogena.

Avand in vedere aceste aspecte, incinta proiectata are o inaltime variabila, intre 9,00 m si 13,50 m, si o grosime de 60 cm. La interior, aceasta este sustinuta printr-un rand de spraituri, rezemate in grinda de coronament si in blocuri de beton simplu, pentru cele inclinate (fig. 4). Cota excavatiei variaza intre -4,80 m si -5,50 m. Prin solutia tehnica de realizare a peretelui mulat, cu etapele de executie clar definite, incinta asigura conditiile de rezistenta si stabilitate in timpul executiei noului imobil si nu afecteaza vecinatatile, inclusiv in caz de seism, zona adiacenta excavatiei fiind limitata la nivelul peretilor incintei, care constituie un ecran cu rol de rezistenta si etansare.

Monitorizarea amplasamentului a constat in monitorizarea topografica a imobilelor invecinate si monitorizarea geotehnica a peretelui de sprijin prin metoda inclinometrica [7]. La masuratorile din martie – mai 2020, dupa realizarea planseului peste subsolul 2, atat deplasarile peretelui, cat si tasarile constructiilor invecinate erau mai mici decat cele calculate (fig. 5).

Sistemul de fundare [9]

Constructia propusa are o forma in plan rectangulara, cu o suprafata de aproximativ 2.800 m2. Regimul de inaltime este variabil, pentru zona de birouri fiind S+P+5E+Er, respectiv 2S+P+4E+Er pentru zona rezidentiala (fig. 6). Sistemul de fundare propus, avand in vedere regimul de inaltime, caracteristicile terenului si sistemului de sprijinire, este de tip radier general, cu grosimea de maximum 80 cm, realizat din beton armat de clasa C25/30 si amplasat pe o perna de balast cu grosime de minimum 80 cm (fig. 7) [9].

La realizarea excavatiei si verificarea caracteristicilor de compresibilitate ale terenului natural prin incercari cu placa pe terenul natural, s-a constatat ca terenul de fundare are o variabilitate mare, iar sondajele suplimentare realizate pe amplasament au confirmat acest lucru. Ca urmare, solutia de fundare a fost adaptata la situatia din amplasament, pentru zona rezidentiala optandu-se pentru o imbunatatire a terenului cu incluziuni rigide, iar pentru zona de birouri, unde incarcarile sunt mai mari, iar terenul de fundare a prezentat cele mai scazute proprietati geotehnice, alegandu-se solutia de fundare cu radier pe piloti (fig. 8).

Aspecte tehnologice ale realizarii substructurii

Realizarea unei excavatii adanci si a sistemului de sprijinire a acesteia aduce dupa sine aspecte tehnologice care nu sunt foarte evidente in etapele de investigare a terenului sau de proiectare. Proiectele de inginerie geotehnica sunt complexe, chiar daca la o prima evaluare ele par a fi simple.

Proiectul constructiei prezentate parea un proiect simplu, insa aspectele tehnice si tehnologice aparute au impus decizii de modificare a solutiilor propuse initial, cu implicatii in durata de executie a proiectului, dar mai ales cu implicatii economice. Aspectele particulare rezultate din neomogenitatea accentuata a terenului de fundare au condus la modificarea sistemului de fundare propus initial.

Conditiile existente pe amplasament (constructii in vecinatate, pe limita de proprietate, accesul la organizarea de santier dintr-o artera intens circulata din oras, spatiu limitat pentru organizarea de santier etc.) au impus optimizarea tehnologiei de executie a lucrarilor, astfel incat executia sa fie realizata in conditii optime (fig. 9).

• In etapa I-a s-au realizat peretele mulat si montarea spraiturilor orizontale;
• In etapa a II-a s-au realizat partial excavatia, spraiturile inclinate, sistemul de fundare si nivelurile de subsol pentru partea rezidentiala a constructiei;
• In etapa a III-a s-au realizat excavatia, sistemul de fundare si nivelul de subsol pentru zona de birouri a constructiei.

Realizarea in ultima etapa a substructurii pentru zona de birouri fost benefica din punctul de vedere al comportarii excavatiei, pe aceasta zona terenul avand cele mai slabe caracteristici. Se poate aprecia ca mentinerea pamantului si a sistemului de spraituri pe zona indicata (fig. 10), a facut ca deformatiile peretelui sa fie mult mai mici decat cele calculate.

La realizarea excavatiei pe zona mentionata, s-au gasit ingropate cateva chesoane, care au facut parte din sistemul de fundare al constructiilor existente pe amplasament, despre a caror existenta nu se stia (fig. 11). Ele demonstreaza ca pe amplasamentul luat in considerare terenul era unul dificil, dar informatia nu a fost disponibila. Pentru amplasamentele din zona terenul a fost ori teren bun de fundare, pietris, ori unul dificil, cu alternante similare cu cele prezentate.

Concluzii

Realizarea unei constructii cu unul sau mai multe niveluri de subsol, in zone intens locuite din Cluj-Napoca, poate fi deosebit de dificila, atat din cauza restrictiilor impuse de vecinatati (restrictii ale deplasarilor maxime orizontale dar si verticale), cat mai ales din cauza neomogenitatii terenului de fundare, care, ca si in studiul de caz prezentat, este foarte mare. Sistemul de sprijinire si sistemul de fundare au fost influentate de aceste aspecte, fiind necesara adaptarea la conditiile gasite in amplasament.

Realizarea sistemului de sprijinire, realizarea excavatiei in etape diferite, corelate cu realizarea sistemului de fundare, amplasarea organizarii de santier, a macaralei, au conditionat tehnologic proiectul. Optimizarea tuturor acestor aspecte astfel incat proiectul sa fie operational, strans legata de costurile punerii in opera, au fost o provocare, dar experienta acumulata si prezentata in aceasta lucrare poate reprezenta o sursa importanta de cunoastere, utila atat specialistilor, cat si investitorilor. De subliniat este importanta existentei unei baze de date la nivelul autoritatilor locale, cu informatii despre stratigrafia diferitelor zone din localitati, prin care sa se poata preconiza situatii precum cele prezentate mai sus, dar si informatii despre terenul si sistemele de fundare ale constructiilor existente pe amplasament.

Bibliografie

1. *** Normativ privind cerintele de proiectare, executie si monitorizare a excavatiilor adanci in zone urbane, NP 120 – 2014;
2. *** Normativ privind intocmirea si verificarea documentatiilor geotehnice pentru constructii, NP 074-2014;
3. *** Studiu geotehnic – Elaborare proiect pentru autorizarea executarii lucrarilor de desfiintare a constructiilor existente si construirea unui imobil cu functiune mixta, imprejmuire proprietate, amenajari interioare si exterioare, racorduri si bransamente la utilitati, operatiuni notariale, ETA Proiect S.R.L.;
4. *** Raport de expertiza tehnica – Desfiintarea constructiilor existente si construirea unui imobil cu functiuni mixte 2S+P+4E+Er – S+P+5E+Er, Popa A.;
5. *** Studiu Geotehnic de Detaliu Incinta de pereti ingropati din amplasamentul str. Teodor Mihali, nr. 47-51, Cluj-Napoca, jud. Cluj, GeoHidroConsult S.R.L.;
6. *** Proiect tehnic Structura de sprijin – pereti mulati, GeoHidroConsult S.R.L.;
7. *** Raport de monitorizare al cladirilor invecinate si al structurii de sprijin, GeoHidroConsult S.R.L.;
8. *** Elaborare proiect pentru autorizarea executarii lucrarilor de desfiintare a constructiilor existente si construirea unui imobil cu functiune mixta, imprejmuire proprietate, amenajari interioare si exterioare, racorduri si bransamente la utilitati, operatiuni notariale, Arhimar Birou de arhitectura si urbanism;
9. *** Proiect tehnic – Elaborare proiect pentru autorizarea executarii lucrarilor de desfiintare a constructiilor existente si construirea unui imobil cu functiune mixta, imprejmuire proprietate, amenajari interioare si exterioare, racorduri si bransamente la utilitati, operatiuni notariale, SDC Proiect S.R.L.

Autori:
conf. dr. ing. Nicoleta Maria Ilies, asist. drd. ing. Sebastian Palacean, prof. dr. ing. Augustin Popa, conf. dr. ing. Vasile-Stelian Farcas – Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca
ing. Calin Muresan – Punctual Invest S.R.L.
ing. Dan Sofronie – SDC Proiect S.R.L.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 187 – decembrie 2021, pag. 72