GT GROUND ENGINEERING & CONSTRUCTION SERVICES: Compactarea dinamica – solutie de imbunatatire a terenului pentru proiecte ecologice in Romania (I)

De-a lungul timpului, am fost implicat in mai multe proiecte majore care au inclus Compactarea Dinamica (CD) in Romania si in Statele Unite. Conduc o companie contractanta care detine echipamente (macarale speciale de mare tonaj si greutati) pentru executia CD. In Romania, am fost responsabil cu executarea celor mai mari proiecte de CD care au avut loc in ultimii ani. Aceste lucrari au inceput in anul 2009, pe baza bunei colaborari cu domnul Jose MARTINEZ SALAZAR (manager de proiect pentru antreprenorul spaniol FCC) si cu sprijinul stiintific al profesorului Romeo CIORTAN si al altor experti locali si internationali. Pe baza acestei vaste experiente acumulate, voi aduce in discutie, in cele ce urmeaza, tehnologia compactarii dinamice si aplicabilitatea acesteia in proiecte tinand cont de specificul terenurilor din Romania.

Compactarea dinamica este o tehnologie semiempirica de imbunatatire a proprietatilor mecanice ale terenului in adancime. A inceput sa fie utilizata pe scara larga din prima parte a anilor ‘70, odata cu aparitia macaralelor capabile sa reziste la incarcari ciclice mari. Odata cu cresterea economica de la mijlocul anilor 1990 si dezvoltarea centrelor comerciale, care aveau nevoie de amplasamente cu suprafete plate foarte mari, compactarea dinamica a dobandit o popularitate in continua crestere. Pana in prezent, in intreaga lume au fost executate mii de proiecte care implica aceasta tehnologie.

In esenta, imbunatatirea se realizeaza prin indesarea terenului prin eforturi de forfecare obtinute din impacturi de energie ridicata aplicate la suprafata terenului. Asemenea impacturi rezulta din lasarea unei greutati de 10 – 20 tone sa cada liber (controlat) de la o inaltime de 10 – 20 metri.

Socul provocat de aceste impacturi produce o serie de fenomene:

• reducerea imediata a golurilor si indesarea terenului
• cresterea presiunii interstitiale si dislocarea structurii granulare prin producerea undelor de compresiune, pamantul tinzand spre lichefiere
• indesarea prin rearanjarea particulelor pamantului in urma producerii undelor de forfecare si de suprafata
• formarea cailor de drenare a apei, care ajuta la disiparea presiunii apei din pori, prin producerea planurilor de forfecare

Executie CD

DEPOZITE DE LOESS

Depozitele de loess se gasesc, in general, in sudul si sud-estul Romaniei, acoperind aproximativ 19% din teritoriul acesteia (fig. 1). Pe scara globala, depozitele de loess acopera aproximativ 10% din suprafata continentala, fiind intalnite in principal in SUA, Rusia, China, Bulgaria, Africa de Sud, dar si in alte zone. In ultimii 40 de ani, CD a fost utilizata in aceste tari pentru imbunatatirea capacitatii portante si reducerea potentialului de tasare suplimentara ale pamanturilor loessoide care prezinta capacitate de colaps la umezire. In general, este cunoscut ca pamanturile cu particule fine sunt mai greu de imbunatatit (SCHAEFER, 1997). In acest caz, sunt necesare teste geotehnice si experienta, control strict, buna organizare si echipament special.

Cum dezvoltarea continua in Romania necesita cladiri, autostrazi si alte structuri, o mare parte dintre acestea sunt construite pe terenuri cu potential de colaps. Pamanturile cu potential de colaps au compresibilitate medie in stare uscata si se pot mentine sub forma unor maluri verticale pe inaltimi de zeci de metri, dar la contactul cu apa acestea sufera modificari bruste si ireversibile ale structurii interne, reflectate prin tasari suplimentare semnificative. Aceste tasari pot duce la necesitatea unor reparatii costisitoare daca pamantul nu este imbunatatit inaintea executiei constructiei.

Fig. 1: Raspandirea pamanturilor loessoide in Romania (NP 125/2010)

PRINCIPII DE PROIECTARE

In procesul de proiectare trebuie sa se tina cont de patru parametri principali:

• Adancimea de compactare

Pe baza experientei, a fost dezvoltata urmatoarea formula:

D = a (MH)^1/2

unde:

D = adancimea de compactare (in metri)

a = coeficient empiric al conditiilor de teren din amplasament, care depinde de natura terenului, stratificatie, grad de saturare, porozitate, greutate volumica etc., cu valori de la 0,4 la 0,7 pentru pamanturi relativ saturate si respectiv pamanturi cu granulozitate mare

M = greutatea maiului (in tone)

H = inaltimea de cadere (in metri)

• Distanta dintre amprente

De obicei, amprentele sunt localizate potrivit unei grile patrate. Distanta dintre cratere este determinata pe baza a diferiti parametri, cum ar fi adancimea imbunatatirii si numarul de fraze de compactare.

• Energia totala de compactare

Energia totala se masoara in tone ∙ m /m² si este in functie de:

• tipul pamantului care trebuie imbunatatit
• adancimea de compactare
• cerintele finale ale proiectului

• Indicele tasarii specifice la umezire (de tasare suplimentara)

Este diferenta de tasare specifica la presiunea de 300 kPa pe curba presiune ‒ tasare, obtinuta pe proba cu umiditate naturala (ε_n) si respectiv inundata initial (ε_i), in cadrul unor incercari duble in edometru:

i_mσ = ε_σi – ε_σn (%)

unde:

i_mσ – tasarea specifica la umezire (%)

ε_σn – tasarea specifica a probei cu umiditatea naturala (%)

ε_σi – tasarea specifica a probei inundate de la inceput (%)

Cu Prof. Dr. Ing. Romeo CIORTAN in vizita pe santier

PROIECTE DE CD EXECUTATE IN ROMANIA INAINTE DE 2009

Imbunatatirea terenului este bine prezentata in Romania de CIORTAN (1982), MARINESCU (1982) si in publicatii IPTANA, INCERC si ISPIF. Cele mai multe proiecte au fost executate la inceputul anilor ‘80, dar de atunci aceasta metoda a fost aplicata sporadic. Amintesc, in continuare, cateva proiecte din literatura de specialitate:

• La portul Constanta a fost executata o imbunatatire a terenului prin CD pentru mai mult de 350.000 m², incluzand Malul II, in 1977, terenul de fundare al cladirilor terminatului de minereu, ale Bazei Tehnice, in 1984, Malul IS in 1992 si altele. Energiile folosite au fost intre 80 si 150 tone ∙ m pe impact pentru imbunatatirea terenului pe 6 – 7 m adancime, pe uscat si in apa.
• In Cernavoda a fost construit un pod pe un depozit de loess de 12 m grosime. Mai intai a fost excavat terenul pe o adancime de 4 m, a fost executata CD, urmata de umplere cu straturi de loess compactat pana la 2,5 m inaltime, unde a fost construita fundatia podului.
• In Sulina, CD a fost utilizata pentru construirea unui santier naval. Suprafata amplasamentului imbunatatit a fost peste 4.500 m², si energia intre 50 – 150 tone ∙ m pe impact.
• In Midia a fost necesara imbunatatirea unei suprafete de teren de circa 4.500 m² pentru construirea unui pasaj peste DN 22B. Solutia de imbunatatire a constat in inlocuirea stratului superficial al terenului cu piatra si apoi aplicarea CD cu energie de 150 tone ∙ m pe impact.
• ISPIF a efectuat lucrari experimentale in 1981 la Combinatul Chimic Giurgiu, cu energie de 250 tone ∙ m pe impact, care au aratat cresterea densitatii relative a loessului de 15 – 20%.
• DC a fost utilizata pentru construirea mall-ului Carrefour in Agigea, in anul 2005.

PROIECTE DE CD EXECUTATE DUPA 2009

Mai recent, aceasta metoda a fost aplicata pentru imbunatatirea terenului a trei autostrazi: Centura Ocolitoare Constanta, Constanta ‒ Medgidia si Deva ‒ Orastie, impreuna acoperind o suprafata de teren imbunatatit de peste 400.000 m². Aceste autostrazi au fost date spre folosinta acum mai bine de 10 ani si tasarile inregistrate sunt in limitele permise.

In a doua parte a articolului vor fi prezentate cateva rezultate ale testelor executate pentru un proiect de CD.

(va urma in februarie 2025)

Cratere rezultate in timpul executiei CD

REFERINTE BIBLIOGRAFICE

[1] DUMITRU (cas. TSITSAS), M. (2013). Geotechnical testing for certification of loess improvement by dynamic compaction. Fifth International Young Geotechnical Engineering Conference ‒ 5iYGEC’13;

[2] GONG C. (2001). Finite Element Analysis of Dynamic Compaction of a stack of four B-25 Boxes (U). Engineering Development Section, WSRC-TR-2011-00320;

[3] LUKAS R.G. (1995). Dynamic Compaction. Geotechnical Engineering Circular No. 1;

[4] MANEA S., CIORTAN R., TSITSAS G., DUMITRU (TSITSAS), M. (2012). Verificarea imbunatatirii caracteristicilor geotehnice ale pamanturilor sensibile la umezire prin compactare dinamica intensiva. Proceedings, 12^th National Romanian Conference of Foundation and Geotechnical Engineering, vol. 1, pp. 77-85;

[5] MENARD L., BROISE Y. (1975). Theoretical and practical aspects of dynamic consolidation. Géotechnique, London U.K., 15(1), pp. 3–18;

[6] NP 125 (2010). Normativ privind fundarea constructiilor pe pamanturi sensibile la umezire;

[7] Vernon R. SCHAEFER, (editor), Lee W. ABRAMSON, (editor), Joe C. DRUMHELLER, (editor), (Pres., Densification, Inc., Paeonian Springs, VA), and Kevan D. SHARP, (editor) (1987 – 1997). Ground Improvement, Ground Reinforcement and Ground Treatment: Developments. Geotechnical Special Publication, GSP, No. 69;

[8] TSITSAS, G, DIMITRIADI, V, ZEKKOS, V, CIORTAN, R, MANEA, S, DUMITRU (TSITSAS), M (2015). Compactarea dinamica a pamanturilor colapsibile – Studiu de caz de la un proiect de autostrada din Romania. Lucrarile Conferintei XVI ECSMGE, Edinburgh, Scotia;

[9] TSITSAS, G, CIORTAN, R, KONSTANTAKOS, D, DUMITRU (TSITSAS), M (2014). Aspecte tehnice si economice ale tehnologiilor prevalente de imbunatatire a terenului in Romania pentru lucrari costiere. Lucrarile celui de-al 33-lea Congres International PIANC din San Francisco, SUA (in engleza);

[10] TSITSAS, G. Consolidarea terenului loessoid prin compactare dinamica intensiva, Teza de Doctorat, Universitatea Ovidius, Constanta (2016).

Autor:

dr. ing. George D. TSITSAS ‒ GT Ground Engineering & Construction Services Romania

https://www.gtengineering.ro/ro/

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 220 – decembrie 2024, pag. 128-130