Necesitatea dezvoltarii continue a infrastructurii la nivel global face uneori necesara construirea retelelor de transport pe terenuri slabe. Fundarea pe terenuri slabe poate ridica probleme pentru orice structuri rutiere − de la drumurile de acces sau servitute, pana la terasamentele de autostrazi − si necesita masuri pentru imbunatatirea distributiei incarcarilor si limitarea deformatiilor.
Una dintre solutiile adoptate cu succes in ultimele doua decenii implica folosirea geogrilelor si geocompozitelor. Functia standardizata a acestor materiale este cea de armare, care a fost definita, conform DIN EN ISO 10318-1:2010 (Geosintetice – Partea 1: Definitii – Armare) ca „folosirea comportamentului efort-deformatie al unui material geosintetic pentru a imbunatati proprietatile mecanice ale unui pamant sau altor materiale de constructii”.
Activarea armarii se produce atunci cand geogrila sau geocompozitul sunt supuse unor eforturi ce genereaza deformatii relativ mari, uzual peste 2%. Cu toate acestea, ele lucreaza si inainte de activarea armarii si, oricum, deformatiile sunt de regula inferioare pragului de 2% in cele mai multe terasamente de drumuri, cai ferate si autostrazi, cu exceptia cazurilor in care stratul de fundare este foarte slab si trebuie sa suporte incarcari mari din trafic.
La deformatii de sub 2%, geogrilele si geocompozitele indeplinesc functia de stabilizare, definita de acelasi DIN EN ISO 10318 ca fiind „imbunatatirea comportamentului mecanic al unui strat de material granular necoeziv prin includerea unuia sau mai multor straturi de geosintetice astfel incat deformatia sub sarcina sa fie redusa prin minimizarea miscarii agregatelor materialului granular”.
Aceasta functie a geogrilelor si geocompozitelor poate fi usor vizualizata prin intermediul experimentului facut la Bauhaus Universitat Weimar, in 2010, in cadrul caruia o furgoneta a fost asezata pe patru coloane din piatra sparta, echipate cu trei straturi de geogrile (nesustinute in niciun alt mod). Coloanele au fost capabile sa sustina greutatea furgonetei datorita straturilor de geogrila care au stabilizat piatra sparta, mentinand agregatele impreuna, inclestate in ochiurile lor, in conditiile unor deformatii minime.
Fig. 1: Demonstrarea efectului de stabilizare − experimentul cu coloane din piatra sparta de la Bauhaus Universitat Weimar
In mod similar cu armarea, stabilizarea este influentata de doua mecanisme:
- frecarea la interfata dintre barele geogrilei / geocompozitului si agregate
- inclestarea agregatelor in ochiurile geogrilei / geocompozitului, care produce un efect de confinare
Fig. 2: Mecanismele care contribuie la stabilizare: inclestarea agregatelor si frecare
Datorita confinarii agregatelor prin inclestarea in ochiurile geogrilei, libertatea lor de miscare este semnificativ restransa, ceea ce previne deplasarea lor laterala la aparitia incarcarilor.
Confinarea a fost definita de ISO TC 221 / WG6 / PG5 ca fiind mecanismul dominant de stabilizare la deformatii reduse si este influentata de:
- rigiditatea barelor geogrilelor si geocompozitelor (influentata pe de-o parte de polimerul din care sunt fabricate si pe de alta parte de tehnologia de fabricatie)
- stabilitatea ochiurilor
- dimensiunea ochiurilor corelata cu marimea agregatelor materialului de umplutura
Au fost numeroase discutii, in comitetele tehnice si de standardizare, cu privire la nivelul de deformatie care defineste stabilizarea. In cele din urma a fost agreat ca „deformatii reduse” inseamna de regula mai putin de 1%, posibil pana la 2%.
Pentru a investiga deformatiile din barele geogrilelor, Naue GmbH & Co. KG a initiat un program de monitorizare si a furnizat role echipate cu senzori de deformatie pentru proiectul unei centuri ocolitoare a unui municipiu din sud-vestul Romaniei, construita pe terenuri slabe.
Centura ocolitoare are 8,5 m latime la nivelul carosabilului, inclusiv acostamentul, si a fost construita cu taluzuri de 1 v:1,5 h, executate din material local cu granulometrie 0-200 mm, avand la baza un strat de agregate 0-63 mm, imbracat intr-un geotextil de separare si filtrare de 150 g/m2 si stabilizat cu o geogrila biaxiala, rigida, cu jonctiuni sudate. Sub perna de balast se afla un strat de umplutura din material local, de 40 cm grosime, separat de stratul de fundare prin intermediul unui geotextil de separare si filtrare de 300 g/m2.
Stratul de fundare a fost format in principal din argile prafoase si nisipoase, neomogene, cu capacitate portanta redusa, care pe alocuri au necesitat excavarea si inlocuirea cu pamanturi cu caracteristici mai favorabile.
Materialul furnizat pentru poligonul de testare a fost identic cu cel din proiect, anume o geogrila biaxiala din poliester, de modul inalt, cu rezistenta la intindere la limita de rupere de 120 kN/m. Geogrila a fost echipata cu 8 senzori de deformatie, din care 6 au fost plasati pe o bara a geogrilei perpendiculara pe axa drumului si alti 2, pe o bara paralela cu axa drumului. Distanta intre senzori a fost de 1 m. Senzorii au fost conectati la cabluri, cu terminatiile accesibile intr-o cutie de protectie ingropata in terasament, de la care se putea face conexiunea la o interfata seriala cuplata la un computer portabil. Senzorii de deformatie au fost de tipul celor cu functionare pe principiul modificarii rezistivitatii in functie de alungire.
Fig. 3: Terasamentul drumului si pozitia senzorilor de deformatie
Instalarea a constat in desfasurarea geogrilei si acoperirea senzorilor cu gramajoare de nisip, pentru a-i proteja impotriva deteriorarii accidentale in faza de imprastiere si compactare a materialului de umplutura. Cablurile de la fiecare senzor au fost stranse intr-un manunchi si dirijate la marginea terasamentului, unde au fost introduse in cutia de protectie.
Foto 1, 2: Geogrila desfasurata pe pozitie si senzorii de deformatie acoperiti cu gramajoare de nisip ca protectie impotriva deteriorarii accidentale
Odata ce geogrila echipata cu senzori a fost instalata, s-a trecut la citirea zero pentru fiecare senzor, valorile citite reprezentand valorile de referinta pentru citirile ulterioare.
Foto 3, 4: Cablurile de la senzori trase intr-un manunchi, in afara terasamentului, si citirea de referinta
Dupa efectuarea citirii de referinta, materialul de umplutura a fost imprastiat deasupra geogrilelor si compactat.
Foto 5, 6: Instalarea umpluturii deasupra geogrilelor
Citirile au fost facute la intervale de timp corelate cu instalarea straturilor din terasamente. Citirea zero a fost efectuata in decembrie 2021 si a fost urmata de citiri efectuate in februarie, septembrie si noiembrie 2022.
Valorile deformatiilor din barele geogrilei, obtinute prin citirile succesive, sunt prezentate in fig. 4. Din pacate, in ciuda tuturor precautiilor luate, o parte dintre cabluri au fost deteriorate in timpul instalarii straturilor de pamant din terasamentul drumului si citirile senzorilor de deformatie SG2 si SG3 nu au fost posibile.
Fig. 4: Deformatiile masurate pe o perioada de 335 de zile
Se poate observa din graficul din fig. 4 ca deformatiile aproape ca s-au stabilizat: in timp ce deformatia totala a crescut in timp, magnitudinea cu care deformatiile au crescut de la o masuratoare la alta a fost din ce in ce mai redusa, ceea ce era de altfel previzibil datorita consolidarii terasamentului. Cea mai mare deformatie inregistrata a fost la senzorul SG6, amplasat in apropierea acostamentului. Senzorii SG7 si SG8, amplasati pe o bara paralela cu axa drumului, au inregistrat deformatii foarte mici prin comparatie cu ceilalti, ceea ce nu a fost neasteptat, eforturile fiind mai mari in directia perpendiculara pe axa drumului decat de-a lungul acesteia.
Cea mai mare valoare a deformatiei, de altfel foarte mica, de doar 0,25%, inregistrata de SG6, se incadreaza foarte bine in intervalul teoretic in care era de asteptat pentru stabilizare „…de regula mai putin de 1%…”.
Centura ocolitoare a fost supusa exclusiv traficului cu utilaje de santier pe parcursul celor 335 de zile de-a lungul carora au fost efectuate masuratorile. A patra masuratoare corespunde stadiului in care terasamentul a atins cota finala si s-au turnat straturile de asfalt. Vor mai fi citiri ulterioare ale senzorilor de deformatie, odata cu deschiderea centurii ocolitoare pentru trafic normal, insa este putin probabil sa fie observate cresteri semnificative ale deformatiilor din barele geogrilei, pentru ca terasamentul a ajuns la cota finala proiectata si este consolidat.
Foto 7, 8: Stadiul final al constructiei, la care a fost efectuata citirea nr. 4
Rezultatele obtinute prin programul de monitorizare au confirmat nivelul foarte scazut de deformatie la care lucreaza geogrilele si geocompozitele folosite in stabilizarea terasamentelor de drumuri si autostrazi. Cu cat ele sunt mai rigide, cu atat mai eficiente sunt inclestarea cu agregatele din terasament si efectul de confinare. In final, acestea se traduc prin minimizarea deformatiilor din terasament si asigurarea longevitatii structurii rutiere.
Geogrilele si geocompozitele biaxiale fabricate de Naue GmbH & Co. KG au primit recent marcajul CE pentru functia de stabilizare, decizia fiind publicata in Jurnalul Oficial al Uniunii Europene (OJEU) in luna februarie a acestui an.
Autor:
dipl. ing. Bogdan TRONAC, Naue GmbH & Co. KG
NAUE ROMANIA SRL
Soseaua Oltenitei nr. 257 Y, sector 4, Bucuresti, cod 041311
T: 021-222.63.42
F: 021-222.63.44
romania@naue.com
…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 208 – noiembrie 2023, pag. 25-27
Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Lasă un răspuns