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

(continuare din nr. 220, decembrie 2024)

COMPACTAREA DINAMICA (CD) APLICATA IN VEDEREA CONSTRUIRII UNEI AUTOSTRAZI

Autostrada care face obiectul analizei urmatoare are aproximativ 23 kilometri. Pentru construirea sa a fost necesara imbunatatirea terenului pe o adancime de 6 m, astfel incat acesta sa suporte terasamentele propuse. Suprafata totala de teren imbunatatit a fost de aproximativ 240.000 m², facandu-l unul dintre cele mai mari proiecte de imbunatatire a loessului.

Obiectivele aplicarii compactarii dinamice au inclus:

• imbunatatirea proprietatilor mecanice ale loessului pe primii 6 m
• limitarea tasarii diferentiale la 25 mm pe 100 m dupa executarea constructiei
• reducerea potentialului de colaps al loessului la saturare

In continuare voi prezenta rezultatele obtinute intr-un program experimental executat pentru acest proiect.

Pentru verificarea eficientei imbunatatirii terenului loessoid prin compactare dinamica, optimizarea procesului tehnologic si stabilirea parametrilor de compactare (forma si greutatea maiului, inaltimea de cadere, numarul de lovituri pe amprenta, numarul de faze de compactare, distanta dintre amprente etc.) a fost realizat un poligon experimental pe o suprafata de aproximativ 260 m².

 Caracteristici geotehnice

In cadrul programului experimental au fost executate, inainte de compactare, foraje si penetrari standard (SPT) la fiecare 0,6 m si 3 penetrari statice cu conul (CPT), rezultand urmatoarele:

Tabel 1: Caracteristicile terenului de fundare

Executia programului experimental

Compactarea dinamica a fost executata cu energie de 340 tone ∙ m pe impact. Dupa executia primei faze de compactare intr-o grila patrata cu distanta dintre centrele amprentelor de 4 m, platforma a fost nivelata cu ajutorul unui buldozer. A doua faza de compactare a fost executata cu latura grilei tot de 4 m, cu amprentele situate intre cele din prima faza. Pentru fiecare lovitura au fost inregistrate adancimea si latimea craterului rezultat, suprainaltarea/tasarea din jurul craterului si tasarea intregii platforme. Dupa incheierea celei de-a doua faze, au fost facute umpluturi cu loess din santier pana la nivelul initial al amplasamentului, acestea fiind compactate cu cilindru compactor de 10 tone.

Dupa finalizarea compactarii dinamice, pentru verificarea imbunatatirii terenului, au fost executate o serie de teste pe teren: teste CPT, SPT si un foraj geotehnic (fig. 2 si 3).

Fig. 2: Reprezentarea grafica a mediei rezultatelor testelor CPT

Fig. 3: Reprezentarea grafica a mediei rezultatelor testelor SPT

Evaluarea imbunatatirii terenului

Eficienta imbunatatirii terenului evaluata pe baza rezultatelor testelor SPT efectuate inainte si dupa compactare:

• de la 0 la -2,7 m: 100 – 210%
• de la -2,7 la -4,5 m: 30 – 68%
• de la -4,5 la -5,7 m: 15 – 30%
• de la -5,7 la -6,9 m: 41 – 45%
• sub -6,9 m nu a fost observata o imbunatatire semnificativa

O analiza similara facuta pe baza rezultatelor testelor CPT arata o imbunatatire asemanatoare cu cea ilustrata de analizarea testelor SPT, dar rezultate mai detaliate in adancime:

• de la 0 la -4,5 m: imbunatatire importanta (> 100%)
• de la -4,5 la -5,2 m: imbunatatire mica
• de la -5,2 la -7,5 m: imbunatatire medie (30%)

Stratul dintre 4,5 – 5,2 m adancime corespunde partii inferioare a stratului de argila prafoasa IB, cum reiese din testele SPT1 si SPT2 efectuate inainte de compactarea dinamica. In final, pe baza unor teste specifice de laborator (i_m300, n, ρ_d) efectuate inainte si dupa compactare, s-a ajuns la concluzia ca riscul de colaps a fost redus.

CONSIDERENTE ECONOMICE

Conform literaturii internationale de specialitate si experientei personale in Romania, CD este cu mult mai putin costisitoare comparativ cu alte tehnici de imbunatatire a terenului. Pentru energia aplicata si eforturile implicate in proiectele mentionate, comparand CD cu alte solutii de imbunatatire a terenului, inclusiv jet grouting, coloane de piatra, incluziuni rigide etc., CD este cu cel putin 30% mai ieftina. Datele publicate de LUKAS (1995) pot fi utilizate in scop ilustrativ.

Pe de alta parte, exista unele limitari in comparatie cu alte metode, limitari legate de adancimea imbunatatirii si de vibratii, din acest motiv fiind necesara o investigare a terenului bine planificata si o vizita a amplasamentului efectuate de catre un inginer cu experienta in acest domeniu.

CONSIDERENTE DE MEDIU

Dupa cum am mentionat mai sus, folosirea acestei tehnologii are multe avantaje din punct de vedere al mediului. In aceasta directie, trebuie subliniat ca:

• Se evita excavarea, transportarea si depozitarea pamantului, transportul la amplasament si construirea de noi straturi de umplutura.
• Pentru umplerea craterelor se poate folosi, de cele mai multe ori, pamant din apropierea santierului.
• Nu este necesara utilizarea apei sau a altor materiale folosite in alte metode.

Din astfel de motive, cand vine vorba de proiecte de excavare si inlocuire cu adancime de imbunatatire mai mare de 4 metri, DC este mai economic.

Conform lui LUKAS (1995), CD poate fi folosita si pentru amplasamente dificile, cum ar fi:

• depozite de deseuri, vechi sau noi
• depozite de moloz si alte deseuri provenite din constructii
• pamant provenit din mine
• formatiuni cu goluri mari, cum ar fi cele carstice, care sunt aproape de suprafata si influenteaza negativ resursele de apa
• depozite de deseuri speciale, inclusiv deseuri nucleare

Pentru a ilustra mai bine aplicabilitatea acestei metode la depozitele de deseuri, mai jos voi prezenta pe scurt reabilitarea unui depozit de deseuri din afara Romaniei, lucrare pentru care am fost responsabil. Programul de reabilitare a avut ca scop refolosirea amplasamentului ca spatiu comunitar pentru imbunatatirea conditiilor de viata din acest cartier puternic poluat, prin dotarea cu constructii usoare, parcuri, zone de recreere etc.

Proiectul, constand in imbunatatirea a aproximativ 54.000 m² de teren, este situat in vecinatatea unei capitale aglomerate. Amplasamentul a fost folosit mai intai drept cariera si apoi ca depozit pentru deseuri. In timpul construirii retelei de metrou a orasului, zona a fost folosita si pentru depozitarea materialelor excavate. Forajele executate pana la adancimi de 50 m au aratat existenta unor straturi de deseuri de 4 – 5 m grosime intercalate cu straturi de 1 m grosime de pietris, beton si otel. Aceste straturi slabe au fost supraincarcate cu materialele provenite de la metrou. Ulterior, aceste materiale au fost partial inlaturate si a fost aplicata CD pentru imbunatatirea terenului pe o adancime de aproximativ 10 m.

Suprafata imbunatatita a inclus zona superioara a depozitului, de 42.500 m², si zonele unde au fost construite drumuri si parcari, de 5.000 si respectiv 6.000 m². CD a fost executata in trei faze, primele doua de adancime, cu o energie de 70 tone/m², si a treia constand intr-o compactare continua cu energie mica a stratului de suprafata (ironing). Terenul a fost reabilitat cu succes si restituit pentru folosinta publica.

Dupa cum este ilustrat in literatura, CD poate fi aplicata pentru umpluturi neomogene. In aceste cazuri, aditional compactarii, se uniformizeaza terenuri cu grad de compactare diferit. In acest fel, tasarile diferentiale sunt limitate.

In cazul depozitelor de deseuri, CD este aplicata pentru reducerea golurilor si marirea timpului in care se degradeaza deseurile (mai putin oxigen). Oricum, tasari si degradari ulterioare sunt de asteptat. Conform lui LUKAS, pana in 1995, CD a fost aplicata la 14 depozite si 3 mine in SUA. De asemenea, conform lui SCHAEFER (1997), mai multe depozite ale otelariilor au fost imbunatatite in SUA, zgura de otel raspunzand foarte bine la CD.

Un raport pregatit pentru Departamentul de Energie SUA (GONG, 2001) foloseste metoda elementului finit pentru a studia aplicarea CD pentru reducerea migrarii materialului din deseuri nucleare cu radioactivitate mica depozitate in containere de otel-carbon. Conform autorului, containerele sunt asezate in transee si sunt acoperite cu 1,2 metri de pamant si cu un capac pentru a impiedica contactul apei cu deseurile. Inaintea construirii capacului, CD poate fi utilizata pentru a accelera reducerea golurilor dintre containere si deseuri. Alte publicatii, inclusiv de la ASTM, prezinta compactarea dinamica a diverse materiale care au devenit contaminate cu materiale radioactive de nivel scazut.

O problema din punct de vedere al mediului pot fi vibratiile rezultate. De aceea, CD este folosita de obicei in afara zonelor urbane. In proiectele prezentate mai sus vibratiile au fost masurate, iar in apropierea structurilor existente (conducte, cheiuri, poduri si altele) au fost luate masuri pentru reducerea efectului acestora.

CONCLUZII

Articolul descrie principiile CD si da cateva exemple de aplicare a acesteia. Din 2009, am utilizat cu succes aceasta metoda pentru imbunatatirea economica a terenului cu suprafete mari. Beneficiile din punct de vedere al mediului sunt semnificative, incluzand evitarea excavarii, refolosirea materialelor de pe santier si aplicabilitatea pentru depozite de deseuri, mine si alte terenuri dificile sub aspect ecologic. In Romania, disponibilitatea actuala a echipamentelor speciale si a inginerilor experimentati, combinata cu nevoia de a construi si a imbunatati infrastructura tarii, pot conduce la aplicarea mai frecventa a acestei tehnologii versatile. Asemenea cazurilor intalnite in alte tari, ar fi interesant ca aceasta tehnologie sa fie utilizata si in Romania nu numai pentru autostrazi, ci si pentru terenuri dificile din punct de vedere ecologic, ca depozitele de deseuri, mine si altele, unde experienta a demonstrat ca metoda are avantaje importante in ce priveste mediul si costurile.

GT Ground Engineering detine toate resursele necesare pentru executia proiectelor care necesita aplicarea DC precum si experienta aferenta (peste 800.000 m² de compactare dinamica). Resursele cuprind personal specializat atat la birou, cat si pe teren, macarale grele cu module speciale pentru DC, maiuri, seismografe si alte unelte. Pentru proiecte complexe colaboram cu experti locali si internationali si am publicat rezultatele acestor colaborari in conferinte si reviste internationale.

REFERINTE 

[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 (cas. 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);

[11] TSITSAS, M. Criterii de verificare a imbunatatirii terenurilor sensibile la umezire stabilite prin incercari geotehnice specifice, Teza de Doctorat, UTCB, Bucuresti (2020).

Autor:

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

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

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 221 – februarie 2025, pag. 76-78