Sistem de sprijinire adaptat in vederea realizarii unei excavatii cu adancime marita de la 15.70 m la 22.20 m

Realizarea excavatiilor adanci in zone urbane presupune in sine depasirea unor provocari de proiectare si executie deosebite. Un bun exemplu este cazul de fata, care ilustreaza adaptarea sistemului de sprijinire temporar al unei incinte adanci din Cluj-Napoca pentru o adancime de excavatie de 20.70 m. Intr-o varianta anterioara de proiect, incinta de perete mulat a fost dimensionata la o adancime de excavatie de 15.70 m, folosind un sistem temporar de sprijin alcatuit din trei randuri de spraituri orizontale, iar peretele mulat a fost executat in intregime conform acelui proiect. In momentul in care s-a impus reproiectarea sistemului de sprijin – suplimentar aparand cerinte de a integra si doua base pentru ascensoare pana aproape de limita inferioara a peretelui mulat – a rezultat o configuratie cu sase, respectiv sapte randuri de spraituri orizontale si o retea de grinzi ingropate sub radier, care a impus si o monitorizare riguroasa a eforturilor si deplasarilor structurii de sustinere. Lucrarile de sprijinire si excavatie au fost finalizate, imobilul fiind la momentul actual in faza finisajelor interioare.  

DESCRIERE GENERALA SI CONDITII GEOTEHNICE

Proiectul prezinta o solutie de sprijinire a excavatiei adanci pentru construirea structurii unui imobil cu functiuni mixte, cu o forma aproximativ dreptunghiulara cu dimensiunile in plan de 96 x 23.40 m si o suprafata 1.840 mp, cu un regim de inaltime 5S+P+Mezanin+20E+R .

Amplasamentul, in suprafata de aproximativ 5.930 mp, se afla in partea central-estica a orasului Cluj-Napoca (Piata Abator nr. 1), judetul Cluj, ce a cunoscut in ultimul deceniu lucrari extinse de dezvoltare rezidentiala, pe fondul cresterii rapide a mai multor industrii, predominant fiind sectorul IT. Ca vecinatati, are Parcul Feroviarilor la nord, un teren viran liber pentru care exista planificata o dezvoltare viitoare la est, o sosea cu patru benzi (Piata Abator) spre sud si Raul Somesul Mic spre vest, la o distanta de aproximativ 20 m.

Terenul pe amplasament este aproximativ orizontal, situat pe malul drept al Somesului Mic, la o cota absoluta de aproximativ +335 m rMN.

Tabelul 1: Stratificatie teren

Nivelul hidrostatic al apei subterane a fost interceptat la adancimi cuprinse intre 5.20 .. 6.20 m fata de cota de incepere a forajelor.

Tabelul 2: Parametrii geotehnici ai terenului

SOLUTIA INITIALA

 Date de proiectare

Proiectul initial consta in 5 subsoluri de aproximativ 2.80 m inaltime fiecare si un radier general de 1.00 m grosime, rezultand o adancime generala de excavare de 15.70 m. Solutia de sprijinire aleasa a fost aceea de perete mulat cu grosimea de 60 cm, cu o adancime de 23.75 m, sprijinit pe trei randuri cu spraituri metalice orizontale la adancimea 5.00 m, 8.00 m si 12.50 m.

Executia si monitorizarea

Peretele mulat si grinda de coronament au fost executate integral. De asemenea, s-a inceput excavatia generala, aproximativ un sfert din totalul lucrarilor de excavatii fiind finalizate. Sprijinirile temporare au fost, de asemenea, partial instalate pe primul, al doilea si al treilea rand, impreuna cu portiunea in semicerc de pe zona de nord-est.

Excavatia a fost monitorizata folosind 10 inclinometre instalate in peretele mulat pana la baza acestuia. Deplasarile maxime inregistrate au fost de 32 mm, la o adancime de 10.50 m, in conformitate cu calculele.

SITUATIA NOUA PROIECTATA 

Motivul modificarii

In timpul procesului de autorizare a suprastructurii, autoritatile locale au cerut o crestere a numarului de locuri de parcare. Dupa un studiu de fezabilitate, dezvoltatorul a decis sa aleaga o configuratie a structurii cu subsolurile 4 si 5 adancite si un sistem automatizat de parcare.

Acest lucru a dus la cresterea substantiala a adancimii de excavare, de la 15.70 m la 20.70 / 21.20 m. In completare, au fost amplasate doua base mari pentru a gazdui un sistem automatizat de ascensoare, rezultand astfel o adancime locala de excavare de 22.20 m.

Dispunere spraituri: a) sectiune caracteristica, b) sectiune prin basa lift

Conceptul proiectarii

Au fost efectuate o serie de noi calcule si studii de stabilitate folosind Plaxis 2D si un software pentru interactiunea teren-structura pentru noua situatie de proiectare. Diferite modele de calcul au dat rezultate semnificativ variabile in ceea ce priveste deplasarile, stabilitatea bazei peretelui mulat si eforturile din peretele mulat, in principal din cauza dificultatilor in estimarea rezistentei la forfecare a argilei prafoase (teren supraconsolidat).

Avand in vedere aceste incertitudini de proiectare si riscurile implicite, a fost aleasa metoda observationala ca metoda primara de proiectare, pe baza unui model 2D in element finit cu parametrii terenului calibrati utilizand rezultatele monitorizarii de la excavatia initiala. Dupa mai multe iteratii, parametrii de forfecare ai argilei prafoase au fost calibrati la valori de ϕ’= 15 si c’ = 200 kPa, pentru a produce deplasari potrivite cu deplasarea maxima din timpul sapaturii initiale.

Sistemul de sprijinire

In urma studierii mai multor configuratii, s-a ales un sistem de sprijinire temporar combinat folosind sase randuri generale de spraituri metalice orizontale cuplate in filate conectate perimetral cu peretele mulat al incintei, un rand de grinzi de beton armat ingropate, iar in zona ascensorului, un al saptelea rand de spraituri orizontale.

Sectiunile tipice ale spraiturilor variaza de la TV508x8 mm la TV711x8 mm, clasa de otel aleasa fiind S235, cu spraiturile mai mari utilizate in zonele cele mai incarcate si filate de tip HEA300 S235 pana la HEB550 S355.

Solutia a fost configurata tinand seama de necesitatea de a mentine momentele incovoietoare din peretele mulat in cadrul capacitatii structurale a peretelui mulat si de a evita deplasarile excesive care ar putea provoca fisuri, infiltratii de apa sau chiar cedarea unui sprait.

Grinzile ingropate au fost proiectate pentru a asigura stabilitatea bazei peretelui mulat in stadiul excavatiei finale. Conform calculelor, fara un suport suplimentar, deplasarile catre interior ale bazei peretelui mulat ar fi fost excesive, in plus fata de momentele de incovoiere care depaseau capacitatea structurala a peretelui mulat si fortele de compresiune ar fi fost foarte mari in ultimul rand de spraituri. Pentru a preveni flambajul, au fost executati doi piloti sub fiecare grinda (cate unul la fiecare capat).

Spraiturile au fost dispuse la o distanta maxima de 5.00 m, cu unele variatii pentru a nu exista intersectii cu viitorii pereti structurali ai subsolurilor (lucru ce ar fi complicat turnarea acestor elemente, din cauza armaturilor verticale).

Configuratia spraiturilor a fost adaptata pentru a lasa zone libere necesare coborarii armaturilor de 12 m necesare lucrarilor de structura si elementelor spraiturilor aferente nivelurilor inferioare, creand astfel trei zone de spraituri independente.

Metoda observationala

Implementarea metodei observationale a constat in monitorizarea deplasarilor orizontale folosind cele 10 inclinometre (deja monitorizate in timpul sapaturii initiale) si masuratori ale fortelor in spraituri pe fiecare nivel, pentru fiecare etapa de excavare. Limita de deplasare a fost setata la 75 mm comparativ cu noua masurare „0” dinaintea lucrarilor de excavatie de la -4.00 m. Fortele din spraituri au fost setate sa nu depaseasca valorile calculate.

Executia si monitorizarea

In timpul procesului de executie, planul de monitorizare a fost urmat riguros. Antreprenorii independenti au furnizat rezultatele monitorizarii pentru inclinometre instalate in peretii mulati si tensometrele montate pe spraiturile metalice.

Deplasarea maxima masurata a fost de 55 mm intr-un singur inclinometru, in timp ce in celelalte au fost masurate valori maxime de 25 mm.

Pe parcursul lucrarilor de excavatie, montare si demontare spraituri s-au masurat si eforturile in spraituri cu ajutorul unor marci tensometrice. Masuratorile au aratat forte maxime de aproximativ 4.500 kN in spraituri, valori ce confirma calculele efectuate.

Fotografie aeriana incinta partial excavata (2020)

 Se observa valori diferite ale eforturilor masurate la cele doua capete ale aceluiasi rand de sprijinire, fenomen pentru care au fost identificate urmatoarele motive:

– variatii de temperatura

– modul de rigidizare a nodurilor

– comportarea spatiala a sistemului de sprijin rigidizat in ambele planuri

CONCLUZII

Am prezentat, in cele de mai sus, proiectarea, executia si monitorizarea unei excavatii adanci, conceputa initial pentru o adancime de 15.70 m, si ulterior adaptata pentru o adancime de excavare de 20.70 m, respectiv 22.20 m.

Proiectarea s-a bazat in mare masura pe metoda observationala, cu parametrii pamantului calibrati in functie de masuratorile inclinometrului dintr-o excavare partiala in vechea configuratie a incintei.

A fost intreprinsa o monitorizare extinsa pentru a se asigura ca deplasarile si fortele din spraituri sunt mentinute in limitele predefinite.

Prin adoptarea solutiei prezentate, s-a urmarit obtinerea unui sistem structural eficient din punct de vedere al executiei, al productivitatii si al tehnologiilor de realizare a lucrarilor, optim adaptat particularitatilor proiectului.

Proiectul din Cluj-Napoca este unic in contextul ingineriei geotehnice din Romania şi al proiectarii excavatiilor adanci, atat prin prisma limitarilor şi constrangerilor intalnite pe parcursul dezvoltarii sale, cat şi din punct de vedere al abordarii unui proiect deosebit şi atipic. Incinta realizata cu pereti mulati din beton armat conform proiectului initial era dedicata unei excavatii de -15,00 m sub cota terenului de fundare. Particularitatea proiectului consta in utilizarea aceluiasi perete mulat, insa pentru o excavatie avand adancimea de -21,50 m, adancime record pentru un proiect imobiliar din Romania.

Astfel, configurarea sistemului de sprijinire a devenit o provocare dificila din punct de vedere ingineresc, atat din cauza adancimii considerabile a excavatiei, ce depaseste cu aproximativ 50 – 80 % adancimile uzual proiectate in orasele mari, cat şi din cauza necesitatii alegerii unor solutii alternative, rareori intalnite sau documentate in Romania.

Totodata, monitorizarea şi investigarea geotehnica reprezinta puncte-cheie ale proiectului, iar studierea rezultatelor obtinute in urma executiei constituie o sursa valoroasa de informatii pentru dezvoltari viitoare de acest tip.

BIBLIOGRAFIE

[1] Eurocod 7: Proiectarea geotehnica. Partea 1: Reguli generale, SR EN 1997-1:2004;

[2] Eurocod 7: Proiectarea geotehnica. Partea 1: Reguli generale. Anexa Nationala, SR EN 1997-1:2004/NB:2007;

[3] Executia lucrarilor geotehnice speciale. Pereti mulati, SR EN 1538+A1:2015;

[4] Normativ privind cerintele de proiectare şi executie a excavatiilor adanci in zone urbane, NP 120-2014;

[5] Normativ privind proiectarea geotehnica a lucrarilor de sustinere, NP 124-2010;

[6] Executia lucrarilor geotehnice speciale. Piloti forati, SR EN 1536+A1:2015;

[7] Normativ privind proiectarea geotehnica a fundatiilor pe piloti, NP 123-2010;

[8] Proiect geotehnic elaborat de S.C. SBR Soletanche Bachy Fundatii SRL (2019 / 2020);

[9] Expertiza geotehnica elaborata de catre prof. univ. dr. ing. Augustin POPA (2019 / 2021);

[10] Rapoarte de monitorizare inclinometrica a incintei elaborate de catre S.C. Parament SRL (2019 – 2021);

[11] Rapoarte de monitorizare eforturi in sprijiniri metalice elaborate de catre Sixense Soldata SAS Nanterre Sucursala Bucuresti (2019 – 2021).

Autori: ing. SATA Lorand, dr. ing. Trifan HULPUS, ing. Catalin VINTILA, ing. Emanuel POPA – SBR Soletanche Bachy Fundatii SRL, prof. univ. dr. ing. Augustin POPA, dr. ing. Olimpiu MURESAN – Universitatea Tehnica Cluj-Napoca

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 201 – aprilie 2023, pag. 56-58