A XII-a Conferin Naional de Geotehnic i Fundaii - Iai, 20-22 septembrie 2012

Procedee de mbuntire a terenurilor dificile de fundare din zona Moldovei

Ancua Rotaru Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din Iai Facultatea de Construcii i Instalaii, Departamentul de Ci de Comunicaii i Fundaii

Cuvinte cheie: terenuri dificile de fundare, procedee de mbuntire, pmnturi sensibile la umezire

REZUMAT: Dezvoltarea construciilor inginereti innd seama de sistematizarea urban i rural oblig realizarea construciilor pe unele amplasamente impuse, care n multe situaii au fost ocolite datorit existenei unor terenuri de fundare necorespunztoare. Lucrarea propune identificarea a dou terenuri dificile de fundare din zona Moldovei prin cunoaterea proprietilor fizico-mecanice i folosirea unor procedee i tehnologii de mbuntire a acestor pmnturi dificile de fundare. Se prezint unele probleme legate de schimbarea caracteristicilor terenului de fundare, ce conduc la creterea capacitii portante i la diminuarea tasrilor i deformaiilor concomitent cu creterea siguranei n exploatare i a duratei de via a construciei. Alegerea soluiei de mbuntire este n funcie nu numai de considerente privind exploatarea construciei, ci i de ceea ce poate oferi terenul ales. Aceasta nu trebuie s absolutizeze nici msurile pentru mpiedicarea umezirii terenului de fundare i nici pe acelea pentru protejarea construciilor executate.

1 INTRODUCERE

mbuntirea proprietilor terenurilor de fundare se face prin diferite metode, dintre care: compactare, perne de pmnt sau material granular, injectarea unor substane n porii pmntului prin cimentare, silicatizare, argilizare, bituminizare, metode termice i electrice de mbuntire, metode de eliminare a coninutului de ap din pmnt. Metodele termice i electrice de mbuntire sunt: arderea, electroosmoza i electrosilicatizarea.

n prezent, studiile geotehnice se bazeaz pe mbuntirea metodelor existente, pe gsirea altor metode, mai eficiente i pe elaborarea de noi metode de prospectare a principalelor caracteristici geotehnice ale pmnturilor.

2 INVESTIGAII GEOTEHNICE. STUDII DE CAZ

2.1 Caracteristici geotehnice ale terenului - staia de tratare a apei Mgura, judeul Bacu Terenul este situat n comuna Mgura, judeul Bacu i propus pentru executarea unei staii de tratare a apei. Amplasamentul este liber de construcii i este ocupat cu culturi agricole. Terenul de fundare se afl la 60-70 m altitudine, la confluena dintre rul Bistria i rul Siret, pe versantul drept. Aria studiat este plan nspre vest i are aspect de platou de culme, iar nspre est coboar cu o pant de 4%.

n august 2005, ntr-o perioad cu temperaturi caniculare i cu precipitaii abundente, au fost executate 8 foraje geotehnice cu adncimea de 10,00 m fa de cota terenului natural, din care s-au recoltat probe tulburate i netulburate ce au fost analizate din punct de vedere al caracteristicilor fizice i mecanice n condiii de laborator.

Stratificaia amplasamentului este de vrst cuaternar, din Pleistocenul Superior, fiind format din roci detritice fine, coezive: prafuri argiloase, prafuri nisipoase, argile prfoase, nisipuri

385

prfoase, pe o adncime de 20-30 m, avnd umiditatea mai mare dect n mod obinuit, stratificat, dup media celor 8 foraje, astfel:

ntre 0,40 m i 0,70 m strat de praf argilos brun-cafeniu foarte umed, plastic consistent pn la plastic vrtos;

de la 0,70 m pn la 1,5 m o argil prfoas cu 37% fraciune de argil; - de la 1,50 m pn la 2,50 m adncime a fost ntlnit un strat de praf argilos loessoid cafeniu

glbui cu plasticitate medie (IP = 18 19%), plastic consistent (IC = 0,55 0,62), poros (n = 42 44 %) i compresibil (M2-3 = 6190 6290 kPa). Pmntul are umiditate mare (Sr = 0,79 0,85), fiind practic saturat i prezentnd o tasare suplimentar prin umezire de doar 0,17%.

ntre 2,50 m i 5,40 m se afl un strat de argil prfoas cafeniu-glbuie loessoid cu incluziuni de calcar, cu plasticitate medie-mare (IP = 19 20 %), plastic vrtoas (IC = 0,78 0,82), poros (n = 42 45%), compresibil (M2-3 = 8478 10833 kPa). Stratul are umiditate mare (Sr = 0,64 0,71), prezentnd o tasare suplimentar prin umezire de doar 1,1 1,4%, fiind practic insensibil la umezire.

de la 5,40 m pn la 6,20 m s-a interceptat un strat de argil prfoas cafeniu rocat, cu plasticitate mare (IP = 21 25 %), plastic consistent pn la plastic vrtos (IC = 0,61 0,88), umed (w = 17 24 %).

- de la adncimea de 6,20 m pn la 8,90 m apare un strat de praf argilos cafeniu glbui, loessoid, cu frecvente concreiuni calcaroase, cu plasticitate medie (IP = 15 19 %), plastic tare (IC > 1,0), umed (w = 13 15 %).

Forajele s-au oprit ntr-un strat de nisip prfos cafeniu-glbui fin, umed, ndesat, aflat la 10,00 m adncime fa de CTN.

- depozite necoezive fine i grosiere reprezentate de nisipuri i pietriuri parial cimentate la o adncime mai mare de 20-30 m;

- lentile de pietriuri neuniforme cu bolovani sau lentile de nisipuri, parial saturate, ce apar aleatoriu n masa depozitelor prfoase.

n stratul de nisipuri este cantonat un strat freatic acvifer discontinuu. Valorile medii multianuale ale precipitaiilor prezint un maximum n perioada mai august i

un minimum n perioada decembrie martie. Dei nu s-a manifestat tasarea suplimentar prin umezire, din faptul c unele lucrri geotehnice

anterioare din vecintate au evideniat o tasare suplimentar prin umezire im = 2 3 %, terenul a fost ncadrat n categoria terenurilor macroporice cu sensibilitate la umezire din grupa A.

2.2 Caracteristici geotehnice ale terenului - cldire edilitar P + 1, Vorona, judeul Botoani Zona considerat se afl n intravilanul comunei Vorona din judeul Botoani, pe amplasamentul pieei din localitate i este analizat geotehnic n vederea realizrii unei cldiri edilitare P + 1. Terenul este situat n lunca major, inundabil, a prului Voronca i are o stratificaie ncruciat specific zonelor de lunc, cu umiditate excesiv i depozite neconsolidate.

Amplasamentul aparine geomorfologic Platformei Moldoveneti, fcnd parte din subunitatea Dealul Mare.

Depozitele aparin cuaternarului i sunt formate la suprafa din prafuri nisipoase argiloase i argile prfoase, macroporice, susceptibile la tasri importante i difereniate, iar n adncime din nisipuri prfoase, nisipuri argiloase, zone mloase cu umiditate n exces, insuficient consolidate.

Pe amplasament s-au efectuat 10 foraje cu diametrul de 4, la adncimea de 8,00 m fa de CTN, din care s-au recoltat probe tulburate i netulburate. Cea mai defavorabil stratificaie este urmtoarea:

- 0,00 m 0,10 m balast antropic; - 0,10 m 0,90 m sol vegetal cafeniu, plastic vrtos; - 0,90 m 2,40 m praf nisipos-argilos, mlos, vnt-negricios, plastic consistent la vrtos;

386

- 2,40 m 5,90 m praf nisipos-argilos, mlos, vnt, plastic moale; - 5,90 m 8,00 m argil mloas vnt plastic consistent la vrtoas cu intercalaii de

nisip.

Tabel 1 Indicii de plasticitate i granulometria din cel mai defavorabil foraj - Vorona Plasticitate Granulometrie Cot

strat m

Strati- ficaie Descriere

Gro-sime strat

PL %

LL %

IP w %

IC A %

P %

N %

0,10 ooooo Balast antropic

0,90

4

Sol vegetal cafeniu, plastic vrtos 0,80 15,24 48,66 33,41 28,75 0,59 20 52 28

2,40

///_///_///_//

/_///_///_///

_///_///_///_

///_///_///_//

/_///_///_///

_///_///_///_

///_///_///_//

/_///_///_///

Praf nisipos argilos, mlos vnt negricios plastic consis-tent la vrtos 1,50 15,10 39,10 24,00 28,41 0,45 19 53 28

5,90

///_///_///_//

/_///_///_///

_///_///_///_

///_///_///_//

/_///_///_///

_///_///_///_

///_///_///_//

Praf nisipos argilos, mlos vnt negricios plastic moale 2,50 15,67 41,90 26,20 31,20 0,40 18 39 43

8,00

------- -------

Argil mloas vnt, plastic consistent la vrtoas, cu intercalaii de nisip

2,10 21,74 70,10 48,30 39,18 0,63 65 33 2

Din punct de vedere hidrologic, nivelul apei subterane este situat la adncimi de aproximativ 0,70 m fa de CTN. n perioadele ploioase nivelul hidrostatic ajunge aproape de suprafa, provocnd bltiri. Apele pluviale au direcia de curgere spre amplasament, existnd pericolul inundrii acestuia.

Terenul are potenial redus la alunecare. Adncimea de nghe a judeului Botoani este cuprins ntre 1,05 1,10 m.

3 REZULTATE. DISCUII

3.1 Staia de tratare a apei Mgura, judeul Bacu Staia de tratare a apei const din obiecte aflate pe suprafaa terenului i din obiecte construite subteran la adncimile de 3 m, 4 m, respectiv 5 m fa de CTN.

Sistemul de fundare recomandat pentru realizarea pe amplasament a obiectelor staiei de tratare a apei este fundarea direct n teren mbuntit prin procedee mecanice, cu fundaii continue sub ziduri, iar sistemul de fundare recomandat pentru obiectele ngropate ale staiei de tratare a apei const din fundarea direct n teren mbuntit prin procedee mecanice, cu fundaii tip radier din beton armat.

387

n ambele situaii, pentru mbuntirea terenului de fundare macroporic se execut o pern de pmnt, conform normativului C 29 85, n prealabil fundul spturii fiind compactat cu maiul greu.

Perna de pmnt se realizeaz att pentru reducerea tasrilor difereniate, ct i pentru micorarea permeabilitii de sub construciile n care va circula i se va stoca ap. Prezena permanent a apei n aceste construcii poate conduce la infiltrarea sa accidental n depozitele macroporice, saturarea masei de pmnt i inducerea unei stri de dezechilibru n versant.

Perna de pmnt se poate realiza din argila prfoas local, adic din chiar materialul excavat din sptura general dac acesta este omogen. Media limitei inferioare de plasticitate determinat din cele 8 foraje este wP = 15%, media indicelui de plasticitate este IP = 19%, iar umiditatea natural medie este de w = 21 23%, superioar fa de umiditatea optim de compactare recomandat, wopt = 19%. Din acest motiv, materialul excavat va fi uscat, ajungnd la o densitate aparent maxim de 1,77 g/cm3.

Perna de pmnt a obiectelor ngropate ale staiei de tratare se aeaz, din considerente constructive i de asigurare a capacitii potante a terenului de fundare, pe stratul de argil prfoas cafeniu rocat aflat la adncimea de 5,40 m, excavndu-se n ntregime stratul de argil prfoas cafeniu-glbuie loessoid cu incluziuni de calcar aflat ntre 2,50 m i 5,40 m. n plus, se excaveaz nc 15 20 cm din stratul de argil prfoas cafeniu rocat aflat la adncimea de 5,40 m, pentru asigurarea planeitii stratului. Adncimea de fundare pentru toate obiectele ngropate este de 5,60 m. Astfel, perna de pmnt are 0,60 m grosime ntre 5,60 m i 5,00 m, 1,60 m grosime ntre 5,60 m i 4,00 m, respectiv 2,60 m grosime ntre 5,60 m i 3,00 m.

Terenul de fundare recomandat pentru obiectele construite suprateran este stratul de argil prfoas cafeniu-glbuie loessoid cu incluziuni de calcar ce s-a interceptat ncepnd cu adncimea de 2,50 m. Astfel, din considerentul fundrii sub adncimea de nghe, pentru zona judeului Bacu talpa fundaiei se aeaz la 1,00 m adncime, realizndu-se o pern de pmnt de 1,70 m, lundu-se n considerare i excavarea a nc 15 20 cm din stratul de argil prfoas cafeniu-glbuie loessoid cu incluziuni de calcar ce va forma stratul suport pentru perna de pmnt.

Compactarea pernei de pmnt se face n straturi de 20 cm grosime cu cilindrul compactor, verificndu-se cu o prob la fiecare 100 m2 de terasament compactat.

3.2 Cldire edilitar P + 1, Vorona, judeul Botoani Lund n considerare faptul c adncimea de nghe a amplasamentului analizat este cuprins ntre 1,05 1,10 m, se deduce c adncimea de fundare trebuie s fie de minimum 1,10 m, fapt ce ar situa talpa fundaiei n stratul de praf nisipos-argilos, mlos, vnt, plastic consistent la vrtos, strat incapabil de a asigura capacitatea portant necesar, datorit proprietilor geotehnice slabe: compresibilitate foarte mare, porozitate foarte mare. Presiunea de calcul pentru stratul de fundare ce se consider la adncimea de 2,00 m fa de CTN este de doar ppl = 80 KPa, neputndu-se conta pe o cretere a presiunii odat cu adncimea din cauza indicilor geotehnici slabi pe care i dezvolt straturile pn la 6,00 m.

Soluia stabilizrii terenului de fundare prin realizarea unei perne de balast sau de pmnt nu mai este o soluie economic, avnd n vedere faptul c perna ar trebui s coboare pn la adncimea de 6,00 m, fiind necesar s se ating stratul de argil mloas vnt plastic consistent. Astfel, perna ar trebui s aib o grosime de 4,90 m. n cazul n care s-ar alege realizarea pernei pe stratul de praf nisipos-argilos, mlos, vnt, plastic moale, strat slab i cu o consisten redus, perna ar trebui armat cu geogrile pentru a se evita ruperea acesteia i infiltrarea apelor subterane. n plus, soluia de mbuntire a terenului de fundare prin perne de balast se folosete n special la pmnturile ce nu sunt sensibile la umezire.

Sistemul de fundare recomandat se bazeaz pe una din urmtoarele metode: - coloane de piatr spart n amestec cu balast executate prin vibroflotare; - coloane de piatr spart n amestec cu balast executate prin vibropresare;

388

- mbuntirea terenului de fundare prin electrosilicatizare. Executarea coloanelor de balast prin vibroflotare se aplic n terenul slab coeziv obinndu-se o

vibronlocuire la care materialul de adaos difuzeaz n masa terenului rezultnd coloane cu diametrul cu att mai mare cu ct consistena terenului este mai mic. De regul, se realizeaz o coloan de balast la 2-3 m2. Dac terenul nu rezult consolidat suficient se intercaleaz ntre coloanele existente alte coloane de balast, dupa care se refac verificrile. n cazul n care n locul coloanelor de balast se execut coloane de pmnt, acestea constau din realizarea unor goluri prin batere pn la cota prevzut n proiect, care se umplu apoi cu cantiti de pmnt dozate i compactate prin batere. Coloanele de pmnt au diametrul de 0,42 m i se aplic n cazul pmnturilor sensibile la umezire cu grosimi n jur de 8 m i deasupra apelor freatice. Este cazul amplasamentului studiat. Pmnturile folosite sunt pmnturi loessoide care trebuie s aib umiditatea optim corespunztoare compactrii. Aplicarea procedeului de consolidare cu coloane de pmnt realizeaz stabilitatea prin nlturarea sensibilitii la umezire a terenului de fundare.

Executarea coloanelor de balast prin vibropresare se realizeaz utiliznd instalaii care pot realiza coloane cu lungimi de pn la 9 m prin simpla sau dubla vibropresare. Executarea coloanei dublu vibropresate se face introducnd tubul ntr-o coloan executat anterior. Prin extragerea tubului se introduce balast formnd astfel o coloan mai groas. Cantitatea de material introdus trebuie s fie, pentru verificare, aproape dubl fa de cazul vibropresrii simple.

Fig. 1. Coloane vibropresate din balast/ piatr spart

Silicatizarea se aplic, n general, la nisipuri fine i const n solidarizarea particulelor minerale cu ajutorul unui liant rezistent, format artificial prin reacia chimic dintre silicatul de sodiu solubil care are rol de coagulant i un electrolit (clorur de calciu sau hidroxid de calciu) care are rol de impermeabilizare. Introducerea acestor substane n pmnt se face prin mijloace corespunztoare porozitii acestuia, respectiv prin injectare sub presiune sau folosind curentul electric (electrosilicatizare). n cazul pmnturilor cu granulaie fin, cum este cazul amplasamentului studiat, introducerea prin presiune a soluiei este dificil, iar raza de aciune este redus. Pentru uurarea difuziei soluiilor n pmnt se folosete curentul electric (electrosilicatizarea) care nu are numai rol de agent de transport, ci contribuie n mod sensibil la intensificarea procesului de formare a substanelor liante, deci, la mrirea eficienei consolidrii

Pentru protejarea viitoarei construcii contra inundaiilor n perioadele de viituri, se va executa un sistem de drenuri.

4 CONCLUZII

Alegerea soluiei de mbuntire a terenului de fundare se face innd seama de muli factori, ntre care principalii sunt: importana construciilor care vor fi amplasate pe terenurile respective, natura terenului, sarcinile pe care acesta trebuie s le preia, costul total i durata de execuie a soluiei alese. Fa de aceti factori principali apar i o serie de ali factori care stabilesc date legate de amplasament, precum: distanele fa de sursele de materie prim, utilajele existente i adecvate

389

pentru natura amplasamentului, sursele de ap i de energie. La alegerea i definitivarea soluiei de mbuntire a terenului de fundare, proiectantul trebuie s in seama n plus i de cerinele i posibilitile beneficiarului i ale constructorului. Rezultatele studiilor de caz prezentate pot fi folosite prin extrapolare pentru amplasamente ce cuprind terenuri dificile asemntoare cu cele studiate.

Alegerea metodei de consolidare se face n urma unor studii aprofundate de teren, a programului lucrrilor experimentale preliminare, pe baza crora se ntocmesc caietele de sarcini pentru execuie specifice fiecrui amplasament studiat i calculul de eficien economic. Studiile de teren trebuie s duc la cunoaterea tuturor factorilor care condiioneaz caracteristicile mecanice i fizice ale pmntului i influena pe care o are variaia acestor factori asupra caracteristicilor diverselor straturi din compoziia masivului. Studiul soluiei de mbuntire a terenului de fundare trebuie s foloseasc la maximum proprietile naturale ale terenului, pentru ca metoda de mbuntire aleas s prezinte avantaje majore, reale, att din punct de vedere economic i al uurintei n realizare, ct i al duratei de execuie

5 BIBLIOGRAFIE

1. Chirica, A. [1995]. Tasarea i cedarea pmnturilor macrostructurate, Editura UTCB. 2. Dianu V., Dianu F. [1992]. Fundare eficient n condiii de teren dificile, Editura Tehnic. 3. Pop V., Popa A., Roman F., Fosti V. [1990]. Fundaii n condiii speciale de fundare, Editura IP Cluj-Napoca. 4. Rileanu P., Rotaru A., [1995]. Analiza unor fenomene ce apar n terenul de fundare, Editura UT Iai. 5. Rotaru A., [2005]. Procedee i tehnologii de mbuntire a proprietilor terenurilor dificile de fundare n vederea creterii siguranei i durabilitii infrastructurii construciilor inginereti, Revista de Politic i Scientometrie, Numr special 2005. 6. Rotaru A., Rileanu P., Muat V. [1997]. Some Methods and Proceedings of Foundation Soil Improvement and Foundation Consolidations, Buletinul IPI, secia VI, Construcii. Arhitectur, Tomul XLIII, Fasc.1-2, p. 91-94. 7. Rotaru A., Rileanu P., Nicu A. [1996]. Influena stratificaiei terenului n determinarea strii de tensiuni i alegerea sistemului de fundare, A VIII-a Conferin Naional de Geotehnic i Fundaii, Iai, 25 - 28 septembrie 1996, vol.2, p. 625-628. 8. Stanciu A. [2002]. Probleme speciale de geotehnic i fundaii, Editura Junimea. 9. Suman R., Ghibu M., Gheorghiu N., Oar C., Oel A. [1988]. Tehnologii moderne n construcii, Editura Tehnic. 10. x x x Studiu geotehnic pentru Staie de tratare a apei Mgura, judeul Bacu. 11. x x x Studiu geotehnic pentru Cldire edilitar P + 1, Vorona, judeul Botoani.

390