GEOSTUD: Analiza riscurilor geotehnice ce pot aparea in timpul executiei tunelului Balota

Tunelul Balota are o lungime de aproximativ 513 m si este parte integrata a Sectiunii 2 (Boita ‒ Cornetu) a Autostrazii Sibiu ‒ Pitesti. Pentru a identifica riscurile geotehnice, in baza temei de proiectare, a fost realizata cercetarea geotehnica pentru tunelul Balota. Aceasta cuprinde 17 foraje geotehnice cu adancimi cuprinse intre 20 si 70 m, 4 profile seismice de tip MASW si 7 profile geoelectrice de tip ERI. Dintre acestea, 6 foraje au fost echipate cu tubulatura inclinometrica si 4 foraje au fost echipate cu tubulatura de monitorizare piezometrica.

Fig. 1: Traseul Tunelului Balota (vedere din Google Earth)

Fig. 2: Model digital al terenului

Analiza riscului geotehnic a fost realizata in conformitate cu tipul lucrarii si cu prevederile normativului NP 074/2014 ‒ Normativ privind documentatiile geotehnice pentru constructii, pe baza factorilor de definire a riscului geotehnic. Au fost luate in considerare ipotezele prin care executia tunelului si hazardul geologic ce poate genera riscuri geotehnice ridicate in raport cu acesta se pot datora mediului geologic traversat.

APRECIERI PRIVIND STABILITATEA VERSANTILOR DIN ZONA TUNELULUI

In timpul cartarii geologice si geomorfologice au fost identificate sectoare cu potential de instabilitate in zona celor doua portaluri (nordic si sudic). In zona mediana a tunelului (km 40+900) a fost identificata o vale abrupta, orientata transversal pe directia tunelului. Aceasta constituie un risc geotehnic pentru stabilitatea lucrarii, deoarece calitatea rocilor este slaba, iar acoperirea tunelului in aceasta zona este mai mica de 15,00 m.

Un factor al instabilitatii versantilor il reprezinta natura rocilor intalnite pe traseul tunelului. Intreg masivul de roca strabatut de tunel este afectat tectonic de sisteme de fracturi si falii care au legatura cu sistemul de falii al zonei (falia Oltului si falia Cozia). O alta cauza a instabilitatii versantilor este legata de curgerea apelor de suprafata si sistemul de fracturi si discontinuitati prin care acestea se infiltreaza in masiv.

Fig. 3: Model conceptual de fracturare

APRECIERI PRIVIND STABILITATEA VERSANTULUI DIN ZONA PORTALULUI NORDIC

Pentru a furniza aprecieri cu privire la potentialul de instabilitate din zona portalului nordic al tunelului Balota pe un profil transversal tunelului (km 40+638) a fost realizat un calcul de stabilitate, in conditii statice, prin metoda elementului finit, folosind programul GEO5, pe baza datelor obtinute din forajele BH-297Bi, BH-296Ci, BH-298, BH-297A.

Fig. 4: Profil geolitologic transversal Tunel Balota – zona portalului nordic

Factorul de stabilitate obtinut a fost F_s = 1,01, indicand ca versantul se afla la limita stabilitatii. Se observa ca suprafata critica de alunecare este la contactul formatiunilor acoperitoare cu roca metamorfica puternic degradata, care, din punct de vedere al comportarii mecanice, se incadreaza ca un pamant.

Fig. 5: Rezultatele obtinute in urma analizei de stabilitate (rezultanta deplasarii)

In cazul portalului nordic, analiza potentialului de instabilitate a fost facuta si pe baza rezultatelor obtinute in urma monitorizarii inclinometrice a forajelor BH-296Bi, BH-296Ci, BH-297Bi.

In forajul BH-296Bi, la adancimea de aproximativ 8,00 m, in data de 26.06.2024, deplasarea a depasit limita de precizie a aparatului, fapt ce confirma potentialul de instabilitate. Desi viteza de deplasare este una mica, pe ultimele 3 citiri se poate observa tendinta de deplasare. Pe langa acest potential plan de cedare, un alt aspect foarte important care trebuie mentionat este ca in toate citirile inclinometrice se observa un salt la adancimea de aproximativ 14,00 m, indicand ca suprafetele de alunecare se pot dezvolta si in roca de baza, atunci cand aceasta se incadreaza in grupa W5-W6 de alterare.

APRECIERI PRIVIND STABILITATEA VERSANTULUI DIN ZONA PORTALULUI SUDIC 

Pentru a furniza aprecieri cu privire la potentialul de instabilitate din zona portalului sudic al tunelului Balota pe un profil transversal tunelului (km 41+104) a fost realizat un calcul de stabilitate, in conditii statice, prin metoda elementului finit, folosind programul GEO5, pe baza datelor obtinute din forajele BH-299Bi, BH-300, BH-301Ai.

Fig. 6: Profil geolitologic transversal Tunel Balota – zona portalului sudic

Factorul de stabilitate obtinut este egal cu F_s = 1,00, ceea ce ne indica faptul ca masivul este la limita echilibrului.

Se observa ca suprafata critica de alunecare este la contactul formatiunilor acoperitoare cu roca metamorfica puternic degradata (W5-W6), care, din punct de vedere al comportarii mecanice, se incadreaza ca un pamant. Zona critica apare in suprafata, in depozitele sedimentare, afectate si de fenomene erozionale. Desi zonele de cedare sunt in suprafata, acestea pot conduce la o destabilizare generala, cu potentiale planuri de cedare in roca alterata (W5-W6), asa cum reiese din fig. 7, care pune in evidenta aparitia zonelor de deformatii plastice de forfecare in corpul de roca alterata (W5-W6). Acest fenomen este confirmat si de masuratorile inclinometrice care in forajul BH-301i prezinta deformatii pana la o adancime de aproximtiv 25,00 m.

Fig. 7: Deformatii plastice de forfecare ‒ portal sudic

FENOMENE EROZIONALE. ACTIUNEA TORENTILOR

Un alt factor de risc asociat proiectarii si executiei tunelului este dat de fenomenele erozionale. In zona tunelului Balota au fost observate numeroase zone de eroziune (ravene si torenti) create de apele pluviale. Este de precizat faptul ca adancimea acestor vai se poate modifica sezonier, in functie de nivelul de precipitatii si de cantitatea de material transportat. O alta particularitate intalnita in amplasament este prezenta unor depozite prafoase (nisipuri prafoase, prafuri nisipoase, prafuri nisipoase argiloase) si a unor siltite slab consolidate, litologie ce favorizeaza producerea fenomenelor erozionale, prepondenderent in zona portalului sudic, si a fenomenelor de instabilitate.

Fig. 8: Siltite si depozite prafoase ce favorizeaza producerea de fenomene erozionale si de instabilitate

POTENTIALUL DE INFILTRATII AL APELOR IN TUNEL

In zona vaii torentiale de la km 40+900 se poate considera ca potentialul de infiltratii de apa in tunel este ridicat, atat din cauza faptului ca actiunea erozionala face ca grosimea copertei de deasupra tunelurilor sa fie relativ mica, cat si deoarece pe aceasta zona exista mai multe sisteme de fracturi ce favorizeaza circulatia apei in corpul de roca.

Fig. 9: Zona cu potential de infiltratii ‒ extras din profilul geolitologic longitudinal Tunel dreapta, km 40+900

 CONCLUZII 

In urma studiului geotehnic, elaborat de echipa GEOSTUD, pe baza rezultatelor obtinute pentru tunel prin investigatii de teren si laborator, au fost stabilite caracteristicile geotehnice si hidrogeologice ale terenului din amplasament si relatia structurii cu mediul geologic, iar tunelul a fost incadrat in categoria geotehnica 3, risc geotehnic major. Pentru a identifica riscurile geotehnice, au fost realizate calcule de stabilitate in zona portalurilor, care au pus in evidenta faptul ca masivul este la limita echilibrului si ca orice factor antropic, cum ar fi realizarea excavatiilor necesare realizarii tunelului, poate conduce la activarea fenomenelor de instabilitate si producerea de alunecari generale de teren.

Particularitatile structurale ale rocilor care apar pe traseul tunelului Balota sunt anizotropia structurala data de prezenta planelor de sistozitate si aspectul cataclazat al rocilor indus de prezenta mai multor sisteme de fisuri si fracturi care fragmenteaza aceste roci.

Tunelul Balota este situat intr-o zona in care ‒ din cauza sistemului de falii generat de intersectia faliei Oltului cu falia Cozia ‒ masivul este extrem de fragmentat, putand fi caracterizat din punctul de vedere al calitatii rocilor ca fiind slab, iar comportamentul rocii poate fi considerat anizotrop. Comportamentul ca mediu discontinuu al rocii are efecte importante si asupra distributiei eforturilor in masa de roca si deci si asupra eforturilor de contact. Cele mai importante trasaturi structurale ale rocilor din perimetrul tunelului sunt: sistuozitatea, milonitizarea, fracturarea si transformarile in zone de falie.

Avand in vedere riscul geotehnic major, este recomandat ca in timpul executiei lucrarilor aferente tunelului Balota sa se adopte metoda cunoscuta sub numele de metoda observationala, ceea ce inseamna ca, in cazul in care se vor constata diferente fata de cele preconizate, trebuie sa se evidentieze masurile prin care comportarea reala a structurilor geotehnice este readusa in limite acceptabile, iar proiectul sa se poata revizui pe parcursul executiei.

BIBLIOGRAFIE

[1] GEOSTUD (2024), Studiu geotehnic PROIECTARE SI EXECUTIE – Autostrada Sibiu – Pitesti, Sectiunea 2: Boita – Cornetu, TUNEL BALOTA;

[2] A. STANCIU, I. LUNGU (2006), Fundatii – Fizica si mecanica pamanturilor, Vol. 1, Editura Tehnica, Bucuresti;

[3] D-T. JURAVLE (2009), Geologia Romaniei, Vol. 2: Geologia Orogenului Carpatic, Editura Stef, Iasi;

[4] M. SANDULESCU (1984), Geotectonica Romaniei, Editura Tehnica, Bucuresti;

[5] I. STELEA (2016), Comments on the Supragetic Nappe in the central-eastern South Carpathians. Oltenia Journal for Studies in Natural Sciences, Vol. 32, No. 1/2016, Muzeul Olteniei Craiova;

[6] S. ANDREI, Mecanica Rocilor – curs si aplicatii, UTCB, Bucuresti, 1983;

[7] I. BANCILA & colaboratorii, Geologie inginereasca, Vol. 1, Cap. 3, subcap. 3.6 si 3.7;

[8] F. GRUDNICKI si I. CIORNEI, Bazine hidrografice torentiale – curs, Universitatea Stefan cel Mare Suceava, Facultatea de Silvicultura, 2006;

[9] Geomorphology – Studies Weathering and Slope Movements [Geologos];

[10] S. PENG, J. ZHANG, Engineering Geology for Underground Rocks, Springer, 2007, BBS;

[11] K. TERZAGHI, B. R. PECK, G. MESRI (1995), Soil Mechanics in Engineering Practice, Third Edition, John Wiley&Sons, Inc., New York;

[12] F. ZAMFIRESCU, R. COMSA, L. MATEI (1985), Rocile argiloase in practica inginereasca, Editura Tehnica, Bucuresti.

Autori:

drd. ing. Florin Sebastian MUSTATEA, sef Departament Geotehnica II, SC GEOSTUD SRL

ing. geolog Ovidiu FLINTASU, Dep. Geotehnica II, SC GEOSTUD SRL

ing. geolog Irina BARBU, Dep. Geotehnica II, SC GEOSTUD SRL

 www.geostud.ro

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 219 – noiembrie 2024, pag. 50-53