Injecatrea-Pamantului

8/18/2019 Injecatrea-Pamantului

1/42

Terenuri dificile de fundare

INJECTAREA PAMANTURILOR

1. Aspecte definitorii ale metodelor de injectare

În tehnica construcţiilor prin injectarea terenurilor se înţelege introducerea în teren prin

foraje, cu ajutorul presiunii, a unor canităţi controlate de substanţe capabile să-i modificecaracteristicile constructive.

Sunt injectabile numai anumite tipuri de terenuri. Pentru procesul de injectare eleconstituie un mediu cu caracteristici date, iar tratamentul necesar este subordonat acestorcaracteristici şi scopului urmărit.

Interacţiunea dintre substanţa injectată şi pământ este un proces complex deoareceinclude acţiuni mecanice şi chimice ce au loc în condiţiile variate determinate de granulozitateaşi compoziţia chimico-mineralogică a terenului.

Din punctul de vedere al mecanismului de pătrundere al substanţelor de injectare în terense disting trei cazuri caracteristice:

pătrunderea acestor substanţe în porii pământului (îmbibarea pământului); pătrunderea substanţei în fisuri formate prin hidrofracturarea (clacarea) terenului, datorită

presiunii de injectare; pătrunderea substanţei în discontinuităţile preexistente ale terenului cu sau f ără presarea şi

îndesarea pământului din jur.

Obiectivele frecvente ale injectării sunt:

îmbunătăţirea caracteristicilor de rezistenţă şi deformabilitate ale terenurilor;

reducerea permeabilităţii terenurilor; umplerea unor goluri subterane.

Efectul de întărire, posibil de obţinut prin injectare, poate să varieze considerabil. Ca limită inferioară se poate considera obţinerea unei cimentări slabe, dar suficiente pentru a conferimaterialului granular coeziune, o oarecare rigiditate şi insensibilitate la acţiunea apei (inclusiveliminarea desfacerii în apă), precum şi o rezistenţă la compresiune de minimum 1 – 2 daN/cm2.

Prin injectare pot fi rezolvate unele probleme dificile, cum ar fi:

evitarea decopertării în cazurile în care ea constituie o operaţie dificilă sau periculoasă

(excavaţii în terenuri instabile, mai ales sub nivelul apei subterane sau în apropierea şisub nivelul unor fundaţii existente);

consolidarea terenului sub fundaţii existente (subzidiri);

impermeabilizări pe conturul infrastructurii unor construcţii existente;


2/42


executarea de lucrări de infrastructură în perimetrul unor construcţii existente f ără întreruperea exploatării acestora (de exemplu consolidarea terenului de fundare al unorclădiri de locuit sau social – culturale, cu menţinerea lor în funcţiune);

realizarea voalurilor de etanşare sub baraje prin injectare, în timpul construcţiei sau al

exploatării (în cazul rocilor fisurate injectarea constituie practic unica soluţie).

Principalele elemente care frânează larga aplicare a injectării terenurilor în tehnica

construcţiilor sunt urmatoarele:

fiecare foraj de injectare are o rază de acţiune de 0,5 – 1 m în cazul mediilor granulare şide 1 – 5 m în cazul rocilor fisurate. Partea lor superioară rămâne inactivă, deoarece estenecesar un strat de acoperire de minimum 1,5 – 2 m care să permită utilizarea unorpresiuni minime de injectare şi să împiedice ieşirea fluidului de injectare spre suprafaţaterenului; în cazul în care zona de injectat se află la o adâncime mai mare, porţiunea de

injector inactiv este şi mai mare; raza relativ redusă de acţiune conduce la un număr ridicat de puncte de injectare, iar

porţiunile inactive măresc lungimea totală de forare;

în lipsa unor foreze sau altor dispozitive de mare eficienţă tehnico-economică, instalareaunui număr mare de injectori şi cu o lungime totală mare poate determina eliminareasoluţiei de injectare a terenului;

costul unora din componentele fluidelor de injectare este foarte ridicat (de exemplu alrăşinilor sintetice, al acetatului de etil utilizat pentru silicatizarea cu gel de silice pe bază

de reactivi organici);

costul unitar al unor fluide de injectare poate ajunge de 5 – 10 ori mai mare decât cel alsuspensiilor de argilă – ciment care se numără printre cele mai ieftine fluide de acest fel.Costul injectării unui metru cub de pământ este cel puţin egal cu cel al unui metru cub debeton simplu cu dozaj de 100 – 200 kg ciment / m3 şi poate ajunge de 5 – 10 ori maimare.

2. Interactiunea dintre teren si fluidul de injectare

Luând în considerare interacţiunea mecanică între pământ şi fluidul injectat, se

pot întâlni mai multe situaţii:

în raport cu permeabilitatea terenului, fluidul este prea vâscos pentru a pătrunde în poriipământului; întreaga presiune se transmite prin fluidul de injectare pe pereţii forajului şise poate astfel obţine compactarea în adâncime a unor terenuri puternic compresibile;

presiunea exercitată de fluidul de injectare depăşeşte eforturile interne din teren, iniţiază astfel un proces incipient de fisurare (clacare) a acestuia, iar vâscozitatea fluidului este


3/42


suficient de redusă pentru a permite pătrunderea fluidului în fisuri şi propagarea lor încontinuare;

Fig.1. Dezvoltarea fisurilor de clacaj in functie de starea de eforturi din teren

existenţa unor căi preferenţiale (de mai mică rezistenţă la circulaţia fluidului de injectare)direcţionează pătrunderea fluidului în teren. Aceste căi preferenţiale pot fi de exemplufisuri preexistente în teren sau intercalaţii de mai mare permeabilitate. Dacă pe traseulunei astfel de căi preferenţiale fluidul întâlneşte un obstacol (de exemplu o zonă colmatată), presiunea exercitată de fluid poate provoca deblocarea bruscă a căii sauerodarea treptată a obstacolului;

în cazul terenurilor foarte omogene şi a unei injectări suficient de lente şi uniforme, îmbibarea terenului se propagă uniform în toată masa lui, depărtându-se treptat de forajulde injectare;

Fig.2. Ridicarea suprafetei terenului datorita fisurilor de clacaj.

în cazul pământurilor puţin permeabile (cu permeabilităţi de circa 10-3 cm/s sau maimici), cum sunt nisipurile fine, cele prăfoase, loessurile, fluidul de injectare poatepătrunde mai greu


4/42


Fig.3. Schelet alcatuit din vine de pamant cimentat prin injectare in pamanturi putin permeabile

în funcţie de permeabilitatea mediului injectat, presiunea de injectare se poate propagapână la mai mulţi metri de la forajul de injectare. Prezenţa unor căi preferenţiale (fisuri

sau alte goluri preexistente în teren sau provocate de procesul de injectare) favorizează propagarea presiunii de injectare la distanţe mari. În cazul în care mediul injectat estelimitat de elemente de construcţie, acestea pot fi dislocate şi degradate sub efectulpresiunii.

Fig.4. Dislocarea unor elemente de constructie datorita presiunii exercitate de fluidul in curs deinjectare

3. Regimul de injectare

Parametri de injectare. Injectarea consta in introducerea fortata a unui fluid interen. Ritmul de patrundere al fluidului in teren , exprimat de exemplu prin debitul de injectare,depinde de presiunea de injectare si de reactia terenului la patrunderea fluidului.

Patrunderea fluidului injectat in teren este un proces in regim nepermanent.Volumul de pamant imbibat de fluid creste pe masura continuarii injectarii.


5/42


Injectarea în roci fisurate

Se disting trei faze principale care apar în procesul injectării unei suspensii instabile înfisurile unei roci, şi anume:

faza de acumulare, caracterizată printr-o presiune aproape constantă, în care are locumplerea fisurilor terenului cu fluid de injectare. În această fază se pompează cantitateacea mai mare de material în teren, consumul specific de ciment, exprimat în kg/m foraj înunitatea de timp, fiind maxim;

faza de îndesare, când capacitatea de absorbţie a terenului scade, presiunea de injectarecreşte încet şi constant, iar debitul injectat scade încet. Prin creşterea presiunii pot fideschise sau spălate fisuri noi, astfel încât este posibil să se repete faza I;

faza de saturare, caracterizată prin creşterea sensibilă a presiunii şi reducerea debituluiinjectat; această ultimă fază este scurtă ca durată.

Fig.5. Fazele injectarii unei suspensii

La roci cu stratificaţia orizontală, injectarea cu presiuni mari a primilor 7 – 8 m provoacă clacarea şi ca urmare ridicarea terenului. Apropierea forajelor, care să compenseze limitareapresiunilor la valori scăzute, nu dă rezultate bune. Singura metodă utilizabilă la injectareasuspensiilor instabile, pentru evitarea ridicării terenului, este supraîncărcarea.

Injectarea de îmbibare a pământurilor saturate

La limita inferioară a permeabilităţilor care permit injectarea se află pământurilefine. Rezistenţa opusă pătrunderii fluidului în teren stimulează tendinţa de grăbire a injectăriiprin mărirea presiunii de injectare. Rezistenţa redusă la fracturare hidraulică a acestor pământuriface însă ca o astfel de mărire să ducă frecvent la clacaj şi pierderea de sub control a procesuluide injectare.


6/42


De aceea se consideră oportună analiza injectării unui foraj în trei regimuridiferite de injectare, respectiv menţinând constante: presiunea, debitul sau viteza periferică (viteza de avans a limitei de separaţie între terenul injectat şi cel natural).

Variaţia celor trei parametri, funcţie de regimul de injectare, este:

în regim de injectare sub presiune constantă , debitul şi viteza periferică scad pemăsura avansării injectării;

în regimul de injectare cu debit constant, presiunea de injectare creşte, iar vitezaperiferică scade în timpul injectării;

în regimul de injectare cu viteză periferică constantă, presiunea şi debitul deinjectare cresc simultan.

Fig. 6 Variatia presiunii si a debitului de injectare , precum si a vitezei perifericede avadns a fluidului , pentru diverse regimuri de injectare.

4. Domeniul de aplicare a injectării funcţie de natura terenurilor

Posibilitatea de injectare a terenurilor este condiţionată de caracteristicile acestorterenuri, dar şi de cele ale fluidului şi tehnologiei de injectare. Stabilirea domeniului deaplicare a injectării ar trebui să ţină seama simultan de aceşti trei factori.

Injectarea terenurilor este o tehnologie în care adaptarea la condiţiile concrete afiecărui caz în parte este esenţială, iar o bună parte din aceste condiţii se manifestă numai peparcursul desf ăşurării lucrărilor.

Extinderea tipurilor de fluide de injectare şi apariţia unor noi tehnologii intervenite înultimii ani au influenţat considerabil concepţiile cu privire la utilizarea injectării terenurilor

în tehnica construcţiilor, simultan crescând considerabil volumul şi diversitatea aplicării ei.În concepţia curentă injectarea aplicată în lucrările de construcţii are în vedere

tehnologii care au drept rezultat îmbibarea terenului cu fluid de injectare sau pătrundereaacestuia în teren prin clacări locale. Sunt însă şi tehnologii mai recente, care constau înpresarea pământului prin injectare sau realizarea de voaluri injectate în teren prin clacaredirecţionată.


7/42


În funcţie de tehnologia de injectare, domeniul de aplicare a injectării terenurilor esteprezentat în următorul tabel:

Tehnologia de injectare Tipul de teren injectabil

Injectare prin îmbibarea pământului,cu sau f ără clacarea lui locală

Terenuri cu permeabilităţi peste10-3 – 10-4 cm/s

Injectare prin îmbibarea pământului,cu tratarea simultană cu curent electric

continuu

Pământuri fine cu conţinut de prafsau argilă cu permeabilităţi de

10-3 – 10-5 cm/s

Injectare de presare a terenuluiTerenuri afânate (naturale sau

umpluturi) cu permeabilităţi sub10-1 – 10-2 cm/s

Injectare prin clacarea direcţională aterenului

Terenuri cu permeabilităţi sub10-1 – 10-2 cm/s

Aplicarea injectării este condiţionată de: posibilităţile pătrunderii fluidului în teren; producerea în pământ a reacţiei de întărire; aderenţa dintre fluidul injectat şi scheletul terenului; durabilitatea efectului injectării.Pătrunderea fluidului în teren constituie prima etapă a injectării, dar, în cele mai

frecvente cazuri, ea este şi etapa decisivă pentru reuşita injectării. De aceea, clasificărileuzuale se bazează pe caracteristici ale pământurilor care exprimă, direct sau indirect,accesibilitatea faţă de pătrunderea fluidelor în el: permeabilitatea (faţă de apă), diametre

caracteristice sau curba granulometrică şi suprafaţa specifică a scheletului mineral.Este general acceptată aproximarea curgerii subterane prin legea lui Darcy, exprimată

prin următoarea formulă:

ik v ⋅= în care:v – viteza medie (imaginară) de curgere, rezultată din debitul raportat la secţiunea

totală (goluri şi plinuri) a probei;

k – coeficientul de permeabilitate;i – gradientul hidraulic, adică raportul dintre diferenţa de sarcină hidraulică h şi

lungimea l a liniei de curent.

Coeficientul de permeabilitate k , numit şi coeficientul lui Darcy, coeficient deinfiltraţie sau conductivitate hidrauluică, are dimensiunile unei viteze şi depinde atât decaracteristicile mediului permeabil, cât şi de cele ale lichidului care curge:


8/42


fl

fl d k η

γ λ

2⋅

=

în care:

λ – numărul adimensional al lui Schlichter care depinde de forma porilor;

fl – greutatea specifică a fluidului;

d – diametrul mediu al porilor, care se ia de obicei egal cu diametrul caracteristic

10d ;

flη – coeficientul de vâscozitate dinamică a fluidului.

Cu ajutorul diametrului caracteristic 10d , pentru nisipuri cu granulozitate uniformă,

adică 5


9/42


Fig. 7. Domeniul de aplicare al fluidelor de injectare functie de dimensiunile granuleloracestora si permeabilitatea terenului

În 1975 C. Caron a luat în considerare la clasificarea injectabilităţii fluidelor înfuncţie de natura terenului, coeficientul de permeabilitate al acestuia, diametrul caracteristic

10d şi suprafaţa specifică. Limitele de aplicabilitate ale unor fluide de injectare suntprezentate în tabelul următor:

Tipul de pămânCaracteristicilepământului

Pietrişuri şi nisipurigrosiere

Nisipuri mijlocii şifine

Nisipuri prăfoasesau argiloase,

prafuri

Diametrul granulelor mmd 55,010 > mmd 5,002,0 10 > smk / 10 5−<

Tipul de fluidSuspensii

binghamieneSoluţii coloidale

(geluri)Soluţii (răşini)

Injectare deconsolidare

Ciment

( smk / 10 2−< )Fluide spumate

Geluri de silice:injecţie dublă:

Joosten

( smk / 10 4−> )injecţie simplă:

Gel Caron

GlyoxalSiroc

Răşini aminice

Răşini fenolice

Injectare deimpermeabilizare

Fluide spumateGel bentonitic

Gel argilosArgilă ciment

Gel bentoniticlignocromat

Gel slab CaronGel moale de silice

Uleiuri vulcanizabile

Răşiniacrilamidice

Răşini aminiceRăşini fenolice

0,1

1

10

100

1000

10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1Permeabilitatea [m/s]

D i a m e t r u l m e d i u a l g r a n u l e l o r f l u i d u l u i

d e i n j e c t a r e [ µ ]

Ciment

Argila - ciment

Gel dur de siliceGel semidur de silice

Gel de silice foarte diluat

Rasini sintetice


10/42


Domeniul de aplicabilitate al fluidelor de injectare determinat în laboratorulInstitutului de Cercetări Hidrotehnice din Bucureşti (I.C.H.), funcţie de permeabilitateaterenurilor, este prezentat în următoarea figură:

Fig. 8. Domeniul de aplicabilitate al fluidelor de injectare determinat in laborator

Problema durabilităţii efectului injectării se pune în mod deosebit în urmatoarelecazuri:

• în prezenţa apei subterane în mişcare pentru substanţe cu solubilitate în apă saususpensii diluate;

• în prezenţa unor ape subterane chimic agresive faţă de substanţele care asigură efectul tratării;• în cazul unor deformaţii suficient de mari ale masivului injectat care să provoace

fisurarea lui, ceea ce poate avea ca urmare:• reducerea inacceptabilă a rezistenţei masivului;• mărirea gradului de permeabilitate prin deschiderea unor căi de

infiltraţie;• facilitarea accesului apei sau altor agenţi în corpul masivului, capabili

să altereze efectul calităţii injectării.

5. Imbunatatirea terenurilor prin injectare cu lianti sau substante chimice.

Principiul imbunatatirii terenurilor de fundatie prin injectari consta in a introduce in terensub presiune un liant sau o substanta chimica care sa lege fragmentele solide ale terenului. Inacest fel se realizeaza o sporire a capacitatii portante si stabilitatii terenului respectiv, precum oscadere a permeabilitatii.

Suspensii ciment - bentonita

Silicatizare cu doua solutii (Sil + Cl2Ca)

Gel simplu de silice cu reactivi organici

Gel mixt de silice cu reactivi organici

Silicatizare cu reactiv gazos (CO2)

Rasini fenol formaldehidice

Rasini ureo formaldehidice

Electrosilicatizare

Rasini rezorcinol formaldehidice

Rasini acrilamidice formaldehidice

1 0 - 5

2 5 1 0 - 4

1 0 - 3

1 0 - 2

1 0 - 1

2 5 2 5 2 5 2 5 1k [cm/s]

Domeniu indicatDomeniu eventual posibil


11/42


Posibilitatea de patrundere a substantei injectate este determinata de proprietatilesubstantei si de permeabilitatea pamantului.

In general folosind presiuni ridicate pana la 10 atm. Se pot imbunatati prin injectarepamanturi cu coeficienti de filtrare mai mari de 0.1 m/zi.

Cimentarea este o metoda des intrebuintata pentru marirea capacitatii portante aterenului , precum si pentru micsorarea permeabilitatii.

Metoda consta in injectarea sub presiune in pamant a unei suspensii de ciment cu un gradde diluare din ce in ce mai scazut , indepartand apa din pori care se umple cu piatra de ciment.

Cimentarea se foloseste pentru consolidarea terenurilor nisipoase, roci tari patrunse defisuri pentru prevenirea circulatiei apei, prin acestea si pentru cimentarea rocilor dezagregate.

Metoda cimentarii se aplica in executarea unor lucrari impermeabile la constructii

hidrotehnice in vederea impiedicarii infiltrarilor sub baraje si prin versantii bazinului si areducerii presiunii pe talpa barajului. Domeniul de aplicare a cimentarii este limitat de marireaporilor sau a fisurilor din roca, in raport cu diametrul particulelor de ciment, de viteza curentuluisubteran de apa, care ar putea impiedica procesul de intarire a cimentului precum si deagresivitatea apei fata de ciment.

Pentru ca injectarea cu ciment sa reuseasca este necesar ca marimea granulelorcimentului si a aceea a particulelor de teren sa indeplineasca urmatoarea conditie:

90% 10%

1

5

ciment terend d ≤

Aceasta relatie arata ca pentru ca cimentarea sa aiba un efect bun, majoritatea granulelorde ciment trebuie sa aibe diametrul cel mult egal cu dimensiunile granulelor din teren, al caror

diametru este evaluat la a cincea parte a diametrului granulei 10%terend

Pentru efectuarea injectarilor de ciment este nevoie de urmatoarele utilaje:

-utilajul de forat, injectorul de suspensie, instalatia de preparare a liantului, statia de pompare asuspensiei si un compressor.

Introducerea suspensiei de ciment in teren se face prin tuburi prevazute cu orificii lapartea inferioara. Tuburile se introducc in teren prin forare sau batere.

Diametrul tuburilor este de la 38 pana la 65 mm, putand merge pana la 80 -100 mm.suspensia de ciment in timpul injectarii are un grad de diluare variabil. Se incepe cu o proportie1:10-1:8 (ciment:apa, in unitati de greutate), si treptat se mareste pana la 1:0.8; o proportie maimare da o suspensie prea vascoasa care se pompeaza greu.


12/42


13/42


Silicatizarea se bazeaza pe legarea fragmentelor solide si umplerea totala sau partiala aporilor cu gel silicic obtinut dintr-o solutie de silicat de sodiu( sticla solubila), si o sare (clorurade sodiu, sulfat de calciu).

In functie de procedeul prin care se realizeaza separarea bioxidului de siliciu adica a

gelului din silicatul de sodiu dupa introducerea acestuia prin injectare se deosebesc douaprocedee:

Silicatizarea cu doua solutii Silicatizarea cu o solutie

Silicatizarea cu doua solutii se aplica pentru consolidarea si impermeabilizarea nispurilorfine, cu coeficient de permeabilitate de 2-80 m/zi. Sticla solubila se dilueaza cu apa functie depermeabilitatea pamantului de injectat. La pamanturi cu permeabilitate mai mica se folosescsolutii mai diluate.

Ca o a doua solutie se foloseste clorura de calciu. Injectarea de face prin tuburi cu diamteru19-38 mm, perforate la partea inferioara cu o presiune maxima de 5 atm.

Solutia de sticla solubila se injecteaza in mod descendent pe toata grosimea stratului prevazutpentru consolidare. Dupa aceea ascendent se injecteaza clorura de calciu, reactia dintre cele douasolutii fiind instantanee, se formeaza gelul silicic.Cantitatea de solutie de clorura de calciu esteegala cu cea din silicatul de sodiu. Viteza de injectare trebuie sa fie uniforma si astfel reglata cadebitul pompelor sa nu intreaca urmatoarele valori:

Pentru nisipuri cu permeabilitate mica , intre 1 si 3 l/min;

Pentru nisipuri cu o permeabilitate mai mare intre 3 si 5 l/min

Argilizarea consta in astuparea golurilor din terenuri cu materialul separat printr-o suspensiede argila. Spre deosebire de cimentare in cazul argilizarii nu se realizeaza decat oimpermeabilizare fara sa se mareasca capacitatea portanta. Introducerea suspensie in teren seface prin forarea unei gauri si umplerea acestora cu o pasta de argila sau prin introducerea uneisuspensii de argila sub presiune.

Bitumizarea se foloseste pentru a crea ecrane impermeabile in teren. Bitumul adera laparticulele solide ale terenului, umple golurile, coaguleaza si prin acesta reduce totalpermeabilitatea. Bitumul nu este sensibil fata de apele agresive si marimea particulelor coloidaleale bitumului fiind mica se pot impermeabiliza si pamanturi compuse din particule fine.

Bitumizarea se executa dupa doua metode:

Cu bitum cald; Cu emulsie de bitum rece.


14/42


La prima metoda bitumul se incalzeste la 180 grade si se injecteaza prin tuburi cu diametrulde 75-100mm, aplicand o presiune de 25-30 atm.

Pentru mentinerea temperaturii ridicate a bitumului injectat se intrebuinteaza dispozitiveelctrice de incalzire a gaurii de foraj.

Pentru executare, bitumizarea se foreaza cu metodele obisnuite puturi vertical cu diametru de75 -100 mm. Dupa terminarea forarii, a probelor de permeabilitate si a spalaraii gaurii de foraj seintroduce tubul de forare cu diametru interior de 38 mm care este prevazut cu gauri de 14 -18mm, in partea mijlocie.

La partea superioara se executa in jurul conductei de injectare de ciment pentru a impiedicaiesirea bitumul la suprafata. Daca bitumul incalzit trece prin porii terenului dislocuind apa, incontact cu particulele reci bitumul se intareste formand o pelicula in jurul lor.Se formeaza o reteade canale in pamant care permite trecerea curentului de bitum cald. Prin racirea bitumului se

intareste, inchide porii si leaga particulele intre ele. Pentru umplerea golurilor mai mari seadauga in bitumul incalzit materiale inerte, praf de piatra, nisip , etc.

La metoda cu emulsie de bitum , acesta se amesteca in proportie de 1:4 cu apa.

Pentru a impiedica coagularea in decursul manipularii emulsiei se introduce un anticoagulant,iar in teren coagularea sub efectul sarurilor care se gasesc in teren.

6. Exemple de solutii constructive aplicate la diferite lucrari ingineresti utilizand

injectarea pamanturilor

6.1. Voaluri de etansare. Ecranele etanse injectate, denumite curent voaluri de etansare, seexecuta pentru reducerea debiltelor de infiltratie, evitarea pericolului de eroziune interna prinsufozie, diminuarea subpresiunilor pe fundatiile constructiilor aflate in aval, deplasareasuprafetei de aplicare a presiunilor hidrostatice si hidrodinamice inspre amonte in vedereamaririi stabilitattii.

Voalurile de etansare se utilizeaza in special in fundatiile constructiilor hidrotehnice deretinere a apei, unde impreuna cu sistemul de drenaj, trebuie sa asigure reducerea presiunilor siasigurarea stabilitatii constructiei.

In functie de pozitia lor aceste voaluri se impart in doua categorii:

Voaluri frontale situate sub constructiile de retentie, Voaluri de larg situate in versanti sau lateral constructiilor, in scopul lungirii drumului de

infiltratie al apelor subterane.

In cazul barajelor, voalurile frontale se executa in general, din galerii special amplasate inzona de contact baraj-fundatie, pe cand voalurile de larg se executa de la suprafata terenului


15/42


16/42


In cazul amplasarii barajului pe o roca cu caracteristici deosebite, foarte alterata peadancime sau sensibila la erodare, precum si pentru barajele situate pe aluviuni, esterecomandabila voalul de etansare sa fie executat pana la nivelul unei roci cu permeabilitateredusa, daca acest lucru este posibil dpdv tehnologic.

E. Marchidanu (1983), citeaza doua exemple semnificative si anume:

- Barajul Mica din America de Nord, cu inaltimea de 244 m, cu un voal de etansare denumai 55 m adancime (45 m in aluviuni si numai 10 m in roca de baza foarte impermeabila),care functioneaza in conditii normale

- Barajul Kasseb din Tunisia cu inaltimea de 58 de m, fundat pe roci calcaloare fisurate, carea necesitat coborarea voalului pe versantul drept la adancimea de 220 m.

Voalurile de etansare trebuie sa realizeze o reducere a permeabilitatii terenului care este functiede permeabilitatea lui initiala si de conditiile amplasamentului, dar depinde si de tipul de baraj.In

anul 1933 , Lugeon considera ca injectarea este necesara daca permeabilitatea terenuluidepaseste 1 lugeon.

Criteriu Lugeon

Acest criteriu a fost formulat de catre M. Lugeon ca o solutie de evaluare calitativa rapida,a permeabilitatii terenului, printr-un test simplu care consta din delimitarea unui tronson delungime L (m) din gaura forajului, în care se injecteaza cantitatea de apa Q (l) la presiunea P (at), în intervalul de timp t (min.).

poarta numele de absorbtie de apa.

Exemple si caractersitici principale ale unor voaluri de etansare executate in conditiigeologice dificile.

Voalul de etansare al barajului Durlassboden (Austria), este executat pe straturialuvionare permeabile ce ating 50 m adancime. Barajul din balast cu nucleu de argila are oinaltime de 70 m, si realizeaza o acumulare de 52.5 milioane m3 apa. Sedimentarea stratuluide aluviuini din fundatie a fost neregulata, nisipurile si pietrisurile alternand pe inaltime silateral cu nisipuri prafoase si straturi prafoase de grosimi neuniforme.


17/42


Fig.10. Voalul de etansare al barajului Durlassoboden

Intre 30 si 50 m se afla un praf practic impermeabil sau un nisip fin cu permeabilitateorizontala de 10-3 - 10-5 cm/s, in care a fost incastrat voalul de etansare.

Studii geotehnice amanuntite au probat injectabilitatea aluviunilor, acceptandu-se realizareaunui voal injectat cu urmatoarele conditii:

Reducerea permeabilitatii aluviunilor la 10 -4 cm/s Evitarea oricarei avarii a perdelei de etansare datorita tasarii terenului; Sa fie posibila completarea voalului dupa executia barajului din pamant si dupa epuizarea

tasarilor.Voalul de etansare a fost alcatuit din 8 siruri de foraje totalizand 20600 m dintre care 5siruri cu adancimi de 15-21 m si trei siruri mediane duse pana in stratul prafos.Distanta

dintre sirurile de foraje este de 3 m.Umerii stancosi ai barajului au fost consolidati partial prin injectare clasica cu suspensiide ciment si partial prin metoda descrisa in continuare .Injectarea s-a executat in 4 faze diferite, in primele doua faze injectandu-se suspensie deargila-ciment, in faza a treia s-a injectat bentonita (gel de bentonita), amestecul fiindalcatuit din bentonita, monofosfat de sodium, silicat de sodium, si apa; in faza a patra s-ainjectat un gel pe baza de silicat de sodium (Algonit gel), Presiunea finala de injectare , laadancime, a atins 50-60 daN/ cm2.Dupa injectare, in urma controlului, coeficientul de permeabilitate Darcy scazuse lak=3*10-3 cm/s.

Voalul de etansare al barajului Ferden executat sub un baraj din beton in arc, de 67 minaltime, aflat pe valea raului Lonza, (Elvetia), se sprijina pe partea superioara a versantuluidrept pe o culee dupa care inchiderea ei este realizata pe 70 m lungime de aluviuni. Acestealuviuni , precum si cele de sub baraj, sunt constituite din nisip de morena, material afanat de


18/42


morena, si aluviuni afanate de rau.Pentru etansare umarului drept s-u analizat trei solutii: peretidin beton , pereti mulati, sau injectii in aluviuni.

Prima variant a fost parasita din cauza dificultatilor de realizare si a manoperei insemnate pecare ar fi necesitat-o, la a doua variant s-a renuntat din cauza terenului eterogen, dar mai ales din

cauza stratului gros care ar fi trebuit excavat pana la etansarea propriu-zisa.

Pentru injectare existau doua solutii: injectarea de la suprafata sau injectarea dintr-o galeriesubterana.

Fig.11. Voalul de larg de pe versantul drept al barajului Ferden

S-a ales urmatoarele solutie:

Pe primii 18 m de la culee s-au realizat pereti din beton, caci pentru injectare nu exista un

strat de acoperire, iar permeabilitatea terenului in aceasta zona era mare. Urmatorii 47 m pana la stanca s-au etansat prin injectare de jos in sus dintr-o galerie

Permeabilitatea naturala a aluviunilor a variat intre 10-2 – 10-3 cm /s. Voalului de etansare I s-a impus conditia realizarii unei permeabilitati medii k=2*10-4 cm/s,

Voalul s-a executat din trei siruri de foraje, dispuse la 3 m, distanta in fiecare sir.

Injectiile s-au executat in urmatoarea ordine:

Injectii din galerie in roca pana la intrarea in aluviuni cu suspensii de ciment;

Injectii de contact roca – aluviuni cu suspensii de ciment; injectii in aluviuni cu suspensii ciment- bentonita; injectii in aluviuni prin forajele central cu algonit gel.

Pentru controlul executiei s-au executat 5 puturi in care s-au efectuat pompari de control.


19/42


Studiu de caz din Romania:

Impermeabilizarea terenului de fundare în versantul stâng la barajul Gura Apelor –

Retezat:Localizare, caracteristici constructive, particularitatile terenului de fundareBarajul este amplasat într-o sectiune geomorfologica asimetrica a vaii Râul Mare.

Versantul drept are o panta de ordinul a 2:1, iar versantul stâng o panta mediede 1:3. Barajul are înaltimea maxima de 168,00 m, latimea coronamentului 12,00 m,lungimea coronamentului de 464 m, iar latimea maxima la nivelul fundatiei de 574 m.

Barajul este fundat pe roci metamorfice; Din punct de vedere geologic, zona estecomplexa datorita numeroaselor unitati tectonice si tipurilor de roci (sedimentare, eruptive,metamorfice) existente asa cum rezulta din sectiunile geologice I-I


20/42


Acumularea apei în lacul de acumulare a început în anul 1986, exploatareahidroenergetica fiind facuta cu restrictii de cota a nivelului lacului, deoarece voalul deetansare în versantul stâng era executat pâna în jurul cotei 980,00 m (aproximativ la jumatatea adâncimii maxime a lacului NNR 1072,50 m).

Infiltratiile mari de apa care s-au produs la depasirea acestei cote, în intervalul980,00 ÷ 1014,00 m, a necesitat o analiza ampla a situatie, analiza care a durat circa 10ani (1994 ÷ 2004). Analizând aceasta situatie s-a hotarât ca trebuie efectuat un voal deinjectii. Executia voalului de injectii a început în anul 2004 urmând a fi finalizat în anul

2011.Prevederile proiectului de etansare a versantului stâng, prin injectii de ciment, pe

tronsonul de voal situat între cotele 960,00 ÷ 1078,50 m.d.M.Proiectul de etansare realizat prevede urmatoarele lucrari:

Zona de sisturi, între cotele 960,00 ÷ 1021,73 m, cu o lungime de 146,00 m.injectii pentru bulbul de contact nucleu de argila – teren de fundare, executatedin galerii de injectii, cu foraje înclinate amonte-aval, pâna la adâncimea maximade 15,00 m.Foraje de injectii pentru voalul propriu-zis, cu adâncimi de 35,00 m, dispuse pe 3siruri, cu distanta de 0,50 m între siruri si 2,00 m între forajele de pe acelasi sir.

Zona de brecie, cuprinsa între cotele 1021,73 ÷ 1028,20 m cu lungimea de 23,30 m.injectii pentru bulbul de contact.injectii pentru voal, cu foraje de 35,00 m adâncime, dispuse pe 3 siruri.

Zona de granitoide, cuprinsa între cotele 1028,20 ÷ 1078,50 m cu lungimea de circa150,00 m din care aproximativ 80,00 m în galeria perimetrala, 15,00 m pe platformade la cota 1078,50 m si circa 50,00 m în galeria de injectii de la cota 1078,50 m,extindere voal si versant. Forajele de injectii, dispuse pe 3 siruri, au adâncimi de55,00 m în zona galeriei perimetrale si 70,00 m pe platforma si în galeria de la cota


21/42


1078,50 m.Criterii de evaluare a calitatii lucrarilor de injectii

Principalele prevederi ale proiectului de injectii si ale caietului de sarcini sunturmatoarele:

- probele de permeabilitate si injectiile de ciment sa se execute în sistemascendent, daca este posibil si numai când situatia impune sa se execute însistem descendent;- lungimea tronsoanelor, de regula sa fie de 5,00 m, cu exceptia primului, eventualcelui de-al doilea tronson de la suprafata, pentru care lungimea poate fi de 1,00 ÷3,00 m;- presiunile de injectie pornesc de la 3 ÷ 5 bari pentru primii 5,00 m adâncime,cresc din 5 în 5 bari pâna la atingerea presiunii maxime de 20, 25 sau 30 bari înfunctie de calitatea rocii, dupa care ramâne constanta;- de regula, consistenta suspensiilor injectabile, exprimata prin raportul ciment:apa(C:A) în functie de permeabilitatea rocilor, nu sunt mai mici de 1:5, majoritatea

fiind 1:2, 1:1 sau 1:0,8.

6.2. Radiere etanse.

La executia gropilor mari de fundatii in special in mediu urban, unde subsolurile sunt din cein ce mai solicitate se pun adesea problema pastrarii uscate , cu tot nivelul ridicat al apei freatice.

Coborirea nivelului apei subterane in mediu urban poate conduce in anumite conditiigeotehnice la avarii grave ale cladirilor si cailor de comunicatie, datorita tasarilor insemnate pecare le poate provoca.

Pentru evitarea lor si pentru mentinerea totusi uscata a gropilor de fundatie, a inceput sa seaplice o slutie constind din realizarea unui grup perimetral etans (din pereti mulati, mai rar dinplanse, piloti secanti sau prin injectare) si injectarea terenului pentru inchiderea incintei cu unradier impermeabil.

Injectari pentru ecrane orizontale se executa daca nu este posibila incastrarea peretilor etansiverticali intr-un strat impermeabil.

Solutia poate fi aplicata si daca coborirea nivelului apelor subterane este prea costisitoare saudaca exista temerea ca s-ar putea epuiza apa din adancime.

Este de mentionat ca injectarea permite realizarea unei forme dorite pentru radier siincastrarea peretilor verticali, de obicei din beton in radierul general.

Proiectul de injectare trebuie sa aibe in vedere indeplinirea a doua conditii de baza: reducereapermeabilitatii terenului prin injectare astfel sa se obtina denivelarea dorita si asigurarea lasubpresiune si la antrenare hidrodinamica.Din aceste consideratii rezulta adancimea ,permeabilitatea si grosimea zonei injectate


22/42


Grosimea zonei injectate , calculate cu ajutorul legii lui Darcy poate rezulta de ordinalcentimetrilor dar din motive constructive se ia minim un metru. Grosimea radierului injectatdepinde de mai multi factori, printer care: gradientul hidraulic, calitatea mai slaba a injectarii inzonele marginale, eventual crestere a permeabilitatii in timp, intervalul dintre forajele deinjectare, neomogenitatea zonei tratate.

Prin radierul injectat se infiltreaza un debit mic de apa care prin folosirea silicatului desodium de exemplu, poate avea un caracter alcalin. Injectarea se executa , cand este posibil , prinutilizarea injectorilor tip lance, datorita simplitatii tehnologiei. Introducerea injectorilor poate fifacut aprin batere, vibrare sau forare. Distanta dintre injectori depinde de tipul terenului, tipulfluidului de injectare, dimensiunile gropii, tipul injectorilor, etc.

Lucrarea de injectare este bine sa fie inceputa dintr-o margine si continuate in front pentru ainlocui in mod continuu apa cu substanta injectata. La injectare nesimetrica se pot forma cuiburide apa care prin injectare ulterioara pot sparge zona injectata.

Studii de caz:

Osende (1976), prezinta executia radierului unei statii de metrou din Barcelona, realizat prininjectarea de geluri dure, in scop de impermeabilizare si consolidare. Dupa executiatratamentului , prin excavare s-a constatat ca terenul s-a consolidate numai pe 2/3 din suprafatainjectata, iar pe 40 m2 s-au gasit zone neconsolidate prin care a patruns nisip cu apa in statie.Investigarile efectuate pentru gasirea cauzei au cuprins si analize chimice si bacteriologiceefectuate pe apele subterane din zona, iar acestea au indicat o contaminare cu ape uzate, (din

reteaua de canalizare), in zona neconsolidata.

Prezenta materialelor organice si a acizilor aminosi in proportie ridicata a perturbat procelulde gelifiere . ulterior , zona respectiva a fost injectata in doua faze: intai cu o suspensie debentonita si ciment pentru a umple golurile mari , si apoi cu emulsie de bitum in amestec curasini acrilice, insensibila la apa contaminata.

Un exemplu deosebit de voal orizontal il reprezinta ecranul proiectat pentru protejarea unorconstructii de pe o platforma industriala situate in lunca Dunarii, pentru care s-au executat douaploturi experimentale de injectare si proiectul de executie. Conditiile geologice de pe

amplasament sunt urmatoarele: pe circa 20 de m se afla depozite aluvionare constituite dinnisipuri cu rar pietris, si intercalatii subtiri de prafuri argiloase , iar dedesubt au fost identificatecalcareal caror orizont superior este afectat de fenomene carstice. Nivelul apelor subterane a fostgasit la aproximativ 5 m de la suprafata terenului . Majoritatea constructiilor combinatuluiindustrial sunt fundate pe piloti prefabricati flotanti , pare se opresc la 7 m deasupra calcarului ,intr-un strat de nisip mai dens.


23/42


Fig. 12. Solutii constructive ale ecranului orizontal propuse pentru protejarea unorconstructii

6.3. Cuve etanse.

Executia cuvelor etanse injectate presupune realizarea atat a peretilor , cat si a radierelor prininjectare.

Welsh (1983), prezinta o cuva etansa executata intr-o hala industriala din SUA peretiilaterali injectati au constituit o perdea de etansare impotriva apei subterane, dar si un zid desprijin al excavatiei si tot odata o consolidare a terenului de fundare a peretilor din beton al halei.

Fig.13. Sectiune printr-o cuva etansa realizata intr-o hala industriala.

Peretii cuvei , injectati intr-un nisip mediu sub nivelul apei subterane, au fost executati dintrei siruri de foraje, echipate cu tuburi cu mansete dispuse la un interval de 0.9 m.Gelul pe baza

de silicat de sodiu a fost injectat prin limitarea volumetrica.Trebuie mentionat ca executia cuvelor etanse injectate nu are si nu poate avea in vedere

realizarea unei impermeabilizari perfecte , ci numai reducerea debitelor infiltrate, la valori ce potfi pompate in mod economic din incinta.


24/42


6.4. Consolidarea terenului sub fundatii existente

Consolidarea terenului sub fundatii existente poate aparea din mai mult motive, principalelefiind urmatoarele: tasarea neamortizata a unor constructii care afecteaza structura de rezistenta siimpiedica exploatarea in conditii normale a constructiei; subspalarea fundatiilor de poduri ,

ecluze, cheuri, ; realizarea unor excavatii sub cota de fundare in apropierea unor fundatii.

Exemple practice:

Cladirea Operei din Timisoara , construita in perioada 1874-1876, pe un teren mlastinos, afost fundata pe piloti de lemn. Prin construirea canalului Bega a avut loc o scadere generala anivelului apei subterane, fapt care a condus la putrezirea partii de piloti ramase deasupra apei sila dezvoltarea unor tasari insotite de fisuri si crapaturi in ziduri.In anul 1924 s-a executat inanumite portiuni ale fundatiei continue o subzidire din zidarie de caramida cu mortar si var.

Impunandu-se renovarea generala a cladirii pentru a corespunde cu cerintele actualede

desfasurare a activitatii artistice, s-a inceput cu consolidarea terenului de fundare.

S-a injectat o suspensie de ciment stabilizata cu bentonita pentru umplerea golurilor rezultatedin putrezirea pilotilor si pentru consolidarea zidariei de caramida degradata din care erauexecutate fundatiile, iar ulterior s-a injectat gel dur, nisipul subiacent pentru a asigura otransmitere mai avantajoasa a incarcarilor prin realizarea unor evazari de teren consolidate.

Fig. 14 Consolidarea terenului de fundare la Opera din Timisoara.

Blocul S3 din Constanta este o cladire P+4 pe cadre de beton armat, fundarea fiind facutaprin intermediul unui radier general din beton armat elastic de 25 cm grosime, asezat pe oumplutura. Deformatii ale cladirii au aparut imediat dupa terminarea ei in anul 1960 astfel catasarea blocului a fost urmarita in continuare,la inceput prin trei reperi, iar mai tarziu prin 5reperi plasati in constructive.


25/42


Fig. 15. Sectiune longitudinala schematica prin fundatia blocului S3 din Constanta

S-au pus astfel in evident tasari diferentiale neamortizate dupa 20 de ani care au condus la

producerea de fisuri si crapaturi in cladire, mai ales ca blocul era lipit de o cladire alaturata, multmai rigida , in care s-a sprijinit.Tasarea maxima pe unul din reperi este de 180 mm. Radierulgeneral al cladirii rezema pe o umplutura neomogena, afinata , de grosime variabila(de la 1 la 5m), care a cauzat tasarea.

Pentru oprirea tasarilor s-a executat consolidarea prin injectarea a umpluturii umede subfundatie. S-au executat 70 de foraje echipate cu tuburi cu mansete din polietilena cu diametrul de50 mm cu mansetele la un interval de 33 cm pentru consolidarea unei suprafete de aproximativ200 mp, in medie revenind 2.5 mp la un foraj. Injectarea umpluturii s-a realizat cu o suspensie deciment stabilizata cu bentonita si silicat de sodium, astfel incat decantarea apei sa nu depaseasca

2% si rezistenta la compresiune a suspensiei intarite sa fie limitata la 20 daN/cmp pentru a nutransmite o solicitare prea mare punctuala a stratului de loess umezit subiacent umpluturii dupatratare.Injectarea a fost condusa prin limitarea volumetrica a cantitatii introduse pe un foraj siprin intermediul presiunilor de refuz stabilite la 5 atm pe primii 2 m si la 10 atm pe urmatorii 2m.

Masuratorile de tasare efectuate ulterior au pus in evidenta o stagnare totala a miscarilorblocului.

Uzina “Oltcit” Craiova. A fost consolidat terenul de fundare al unor masini grele dintr-ohala a uzinei pentru evitarea tasarilor. Realizarea subsolului respectivei hale a necesitat o

excavatie generala la o adancime de circa 7 metri , executata cu taluza natural.Ulterior a fostexecutat un zid de sprijin in spatele careia a fost rambleeata o umplutura nisipoasa , insuficientcompactata.Sub 4 fundatii ale unor masini grele cu socuri in functionare, amplasate la margineazidului de sprijin, au fost necesare lucrari de consolidare. Functionarea ulterioara normal aacestor utilaje a demonstrate eficienta tratamentului efectuat . Operatia a fost conceputa sirealizata in doua etape si anume:


26/42


forarea de gauri orizontale in zidul subsolului si injectarea cu obturator fixat in beton aunei suspensii ciment bentonita. Pe aceasta cale s-a urmarit umplerea golurilor existentein extradosul zidului de sprijin si umplutura si compactarea umpluturii prin efectulpresiunii de injectare. S-au injectat in medie cam 0.5 m3 suspensie/ m2 zid.

Consolidarea terenului nispos cu gel dur de silice prin injectare cu ajutorul forajelor

vertical realizata prin dala de fundatie, si echipate cu tuburi cu mansete. Aceasta injectarea fost limitata volumetric la 160 l/m foraj, astfel incat s-au realizat coloane de terenimbunatatit .

Fig. 16. Consolidarea terenului sub o fundatie la uzina Oltcit Craiova

6.5 Consolidarea pamanturilor in vederea executarii unor galerii subterane

Consolidarea pamanturilor prin injectare in vederea executarii unei galerii subterane se face,de regula, in doua situatii, si anume:

in cazul pamanturilor necoezive situate sub nivelul apelor subterane, cand excavareatrebuie asigurata contra refularilor de nisip cu apa;

in cazul in care nu sunt admise tasari ale suprafetei terenului in timpul executiei galerieipentru a nu afecta constructiile aflate deasupra sau in apropiere.

In primul caz, injectarea are scopul de a consolida si etansa terenul si reprezinta o solutiealternativa cu depresionarea nivelului apelor subterane, procedeu in general mai economic dar nutotdeauna aplicabil, fie datorita conditiilor naturale, fie datorita faptului ca poate provoca tasariinadmisibile ale constructiilor sub care are loc coborarea nivelului freatic.Consolidarea

pamanturilor prin injectarea prealabila a frontului galeriilor subterane a devenit un procedeucurent, necesar realizarii si extinderrii lucrarilor de metrou si tuneluri in unele tari din lume.


27/42


Pentru executia tunelurilor pe un tronson al metroului din Budapesta in care zonasuperioara a galeriilor patrundea in nisipuri situate sub nivelul freatic, s-a adoptat solutiaconsolidarii si impermeabilizarii terenului prin injectare de la suprafata cu gel dur, prin

intermediul tuburilor cu mansete


28/42


Fig. 17. Consolidarea si impermeabilizarea terenului in vederea executiei tunelurilor demetrou la Budapesta.

O solutie similara s-a utilizat si pentru etansarea rosturilor imperfecte ale panourilor de peretemulat la executia tronsonului I al metroului din Bucuresti . Aici au fost utilizate mai multetehnologii de injectare si anume:

Injectori metalici tip lance, introdusi in teren cu ajutorul instalatiei de infigere prinpresare ICH, care au prezentat avantajul trecerii imediate la injectare;

tuburi cu mansete care asigurau o tratare foarte buna a terenului , dar necesitau un timpde asteptare de la forare pana la injectare de 2-3 zileInjectarea s-a executat cu gel de silice cu reactiv organic .

6.6. Marirea capacitattii portante a fundatiilor de adancime

Pentru marirea capacitatii portante sau a capacitatii de ancorare a fundatiilor de adancime inspecial a pilotilor forati de diametru mare si a coloanelor forate, se utilizeaza cu succesinjectarea. Initial , s-a utilizat injectarea numai la baza elementului de fundare. Aceasta injectareare doua efecte favorabile , si anume:

produce o imbunatatire generala a rezistentei terenului si a contactului teren-fundatie, carezultat al umplerii golurilor prin penetrarea fluidului de injectare;

produce o precomprimare a terenului sub varful elementului de fundatie datorita presiuniide injectare , fenomen ce are ca efect o descrestere sensibila a tasarilor;

La inceput injectarea sub varful pilotului sau a coloanei era realizata intr-un strat de pietrisasezat sub varful fundatiei, asa numita “celula Freyssinet”, care avea un dublu rol, si anume:

de a colecta noroiul de foraj care produce, in general, inmuierea terenului sub elementulforat si prin aceasta o scadere a rezistentei pe varf;


29/42


de a permite penetrarea fluidului de injectare astfel incat sa se realizeze un fel de elementde beton precomprimat prin injectarea unei suspensii groase de ciment sau mortar deciment dupa executarea pilotului.

Schmitt(1971) descrie realizarea pilelor la doua poduri de cale ferata la Freiburg unde

in vederea evitarii producerii de tasari inadmisibile , s-a proiectat si realizat o injectare cu mortarde ciment sub varful unor piloti forati de 1800 mm diametru. Sub varful pilotilor s-au prevazutcelule Freyssinet formate dintr-un strat de bolovanis de 20 -30 cm grosime, cu granulatie relativuniforma de 100 mm. Injectarea s-a efectuar prin tevi metalice prinse de carcasa de armare apilotilor si betonate in piloti. Injectarea s-a realizat cu ajutorul unei pompe ZMP II , cu un debitde 2, 5 m3 / h, pana la presiuni de 18 atm si de 1.2 m3 /h, la presiunea de 42 atm, s-au injectat , lafiecare pilot, 9 sarje de 41 l de mortar

Schmitt subliniaza importanta alegerii judicioase a presiunii de injectare , care trebuie sarealizeze”precomprimarea” terenului. La Freiburg injectarea s-a inceput cu presiuni de 5 atm, in

final ajungandu-se la 20 atm. Consolidarea unui pilot s-a executat in circa o ora.

Fig.18 Schema injectarii terenului de fundare sub pilotii executai la Freiburg.

Littlejohn (1983), descrie un caz special de injectare a terenului sub varful unor pilotiforati , utilizand o solutie de rasina sintetica ca fluid de injectare.Pilotii forati cu diametru de 960si 1200 mm si forati la 11 m adancime executati sub “Corniche centre” in Jeddah (ArabiaSaudita), si amplasati intr-un nisip prafos, au fost proiectati pentru capacitati portante de

minimum 5800 kN, la o tasare maxima de 80 mm, incarcarile de proba au aratat ca datoritaprocedeului de executie al pilotilor s-a produs o afanare a terenului si rezistenta pe varfpreconizata nu poate fi atinsa.

Capacitatea portanta a pilotilor a fost marita prin prevederea unui tub cu mansete sub varfulfiecarui pilot, prelungit cu o teava de injectare pana la suprafata, prin care s-a injectat o solutierezorcinol-formaldehidica de vascozitate redusa, in vederea consolidarii nisipurilor fine prafoase.


30/42


Incercarile initiale de permeabilitate efectuate prin tuburile cu mansete instalate sub piloti aupus in evidenta valori ale coeficientului Darcy cuprins intre 10-3- 10-5 cm/s. In scop de asigurare ,pentru cazul in care prin manseta nr 4 nu se vaputea introduce cantitatea de fluid de injectarepreconizata, s-au prevazut doua fluide suplimentare, in partea interioara a forajului.Astfel au fostexecutati 349 de piloti injectati sub varf cu circa 338000 l de solutie .

Fig. 19. Marirea capacitatii portante a pilotilor

forati prin injectare cu ajutorul unui bulb cu mansete central6.7. Consolidarea terenului de fundare al platformelor fixe de foraj marin

Incarcarile orizontale mari, precum si pericolul producerii tasarilor diferentiale laplatforme marine, fac necesara realizarea unui foarte bun contact intre fundatie si terenul marin.

Pastrarea contactului dintre fundatie si teren in timpul exploatarii este esential. Nu poate fitolerata aparitia eroziunii sau coroziunii chimice, trebuie evitata orice infiltratie intre fundatii sifluidul injectat precum si intre suspensia injectata si teren. Ca urmare suspensia nu trebuie saprezinte contractii sau umflari, si trebuie sa fie rezistenta la actiunea chimica a apei de

mare.Avand in vedere presiunile hidrostatice mari, si curenti maritimi, materialul injectat trebuiesa aibe permeabilitate si porozitate redusa.

Un exemplu in acest sens este platforma de foraj Ninian Central (Anglia), fixata dupaconsolidarea terenului prin injectare, alegandu-se o suspensie formata din apa de mare, ciment sicenusa zburatoare, care prezenta urmatoarele avantaje tehnice: caldura de hidratare redusa, timpide priza lungi, rezistenta la atac sulfatic, o buna lucrabilitate care previne o coroziune prematuraa pompelor si conductelor, continut de material fin care asigura stabilitatea si realizarea uneipermeabilitati reduse.

Fig.20. Realizarea lucrarilor de injectare la consolidarea terenului de fundare al platformeimarine Ninian Central


31/42


Incheierea injectarii unei celule era dictata de unul din urmatoarele criterii:

atingerea unei presiuni suplimentare de 1,5 atm. Masurata cu traductori amplasati peperetele celulei;

limitarea presiunii de injectare, functie de etapa de injectare, la 10-20 atm; limitarea volumului de suspensie injectata la un volum egal cu cel al celulei plus un

volum de siguranta variabil in functie de faza de injectare.

6.8 Reducerea deformabilitatii terenului de fundare loessoid

Silicatizarea prin presiune sau prin electrosilicatizare, este o metoda cunsocuta si aplicatapentru reducerea deformabilitatii loessurilor cu umididate mare sau pentru desensibilizarealoessurilor relativ usoare care sunt amentitate ca sunt umezite.

Prin silicatizare, loessul umezit, puternic deformabil , se intareste suficient pentrudeformarea lui, sub incarcarea de pana la 3-4 daN/cmp, sa inceteze complet. De mentionat casilicatizarea loessurilor cu umiditatea mare nu duce la obtinerea unor rezistente mari decompresiune, eficienta tratarii rezultand din eliminarea deformabilitatii precum si a tendinteilui de desfacere rapida in apa.

Silicatizarea si electrosilicatizarea loessurilor cu umididate mare a fost aplicata inRomania la constructii datorita inundari accidentale sau cresterea generale a apelor subterane.Cresterea umiditatii a provocat deformarea suplimentara a pamantului sub incarcarea data deconstructie.

Consolidarea loessului in zona situata imediat sub talpa fundatiei are doua efectefavorabile esentiale: intareste pamantul in zone de concentrari de eforturi eliminand peaceasta cale deformatiile plastice si creste suprafata de distributie a presiunilor, reducandastfel presiunea pe terenul neconsolidat subiacent.

Consolidarea se poate aplica , in principiu, fie inainte de realizarea constructiilor, fie camasura de interventie, pentru oprirea tasarilor unor constructii existente in caz de avarie.

Consolidarea terenului de fundare al Teatrului National din Iasi. In decursul anilorcladirea a suferit tasari mari si neuniforme care au provocat degradari importante in structura.

Prospectarea conditiilor de fundare a teatrului au evidentiat urmatoarele: cladirea este fundatape un teren loessoid in care intervin umeziri intense , fie accidentale, fie ca ridicare anivelului apei subterane; conturul fundatiilor are o forma foarte neregulata in plan ;adancimea de fundare este foarte variabila, intre 2 si 7 m de la suprafata terenului astfel incatstratul de loess in grosime de 9-10 m, are la randul lui adancimi variabile sub talpafundatiilor, presiunile transmise terenului au valori de 2,5 – 4 daN/cmp

S-au examinat mai multe posibilitati de combatere a tasarilor si anume:


32/42


mentinerea apelor subterane la un nivel inferior printr-un sistem de drenaj corespunzator, subzidirea fundatiilor si consolidarea terenului prin electrosilicatizare.

S-a folosit a doua solutie, deoarece permitea o mai buna adaptare la sistemul complex defundare al cladirii si mentinerea ei in functiune pe durata lucrarilor de injectare a terenului.

Injectarea s-a realizat cu ajutorul injectorilor metalici de tip lance, infipti prin batere de lasuprafata terenului sau din subsolul teatrului. Injectorii au fost folositi alternativ drept anozisi catozi pentru tratarea electrica.

Fig. 21. Detalii de executie a electrosilicatizarii terenului de fundare al teatrului national dinIasi

Debitul injectat a fost de 1 – 1, 5 l/min*m, la presiuni medii de 1,5 atm. Pe langa efectul deintarire si eliminare a deformabilitatii pamantului s-a obtinut si o reducere a neuniformitatiiadancimii de fundare.

Exemplul dat este insa instructiv si sub un alt aspect decat cel al eficientei consolidariiterenului . nivelul apei subterane, temporar coborat in perioada efectuarii injectarii a fostlasat sa se ridice ulterior din nou ajungand sau chiar depasind nivelul talpii fundatiilor.Infrastructura constructiei nu era prevazuta cu izolatie hidrofuga. Treptat in zidarie auinceput sa apara eflorescente cu efect nefavorabil , atat din punct de vedere al aspectului catsi din faptul ca atacau mortarul din constructie. Analiza lor a evidentiat un continut ridicat de

ioni de SO4 si Na. Primii proveneau din apa subterana, dar ionii de sodiu fusesera introdusi interen predominant prin injectarea silicatului de sodiu.. Pentru combatere s-a instalat o bariereelectroosmotica activa si pasiva pentru interceptia afluxului ascendent de absortie a apei dinteren de catre zidarie


33/42


6.9. Compactarea prin injectare

Injectarea prin compactare a fost utilizata pentru imbunatatirea terenurilor coezive putinpermeabile, de la argile prafoase moi pana la nisipuri si la indesarea umpluturilor eterogeneafanate

Principalele avantaje ale procedeului sunt urmatoarele:

realizeaza o tulburare minima a terenului inconjurator si a constructiilor sub care seexecuta

realizeaza o imbunatatire a terenului sub cladiri existente cu un risc minim de accidentarea personalului muncitor

este economica daca este aplicata la adancimi rezonabile.

Principalul dezavantaj al acestor tehnici este incapacitatea de a imbunatati terenul dinapropierea suprafetei din cauza imposibilitatii utilizarii unor presiuni de injectare necesare

pentru asigurarea compactarii

Warner(1978) prezinta o injectare de compactare executata pentru stabilizarea terenului defundare in vederea reducerii tasarilor cladirii judecatoriei din West Orange City (California),cladirea cu structura din cadre de beton armat si zidarie de umplutura, era fundata pe piloti decca 5 m adancime.

Pentru oprirea tasarilor s-a considerat ca cea mai buna solutie o constituie compactarea prininjectarea , deoarece permite un control eficient al raspandirii materialului injectat datoritarigiditatii acestuia, precum si o tehnica de executie relativ simpla.

Injectarea s-a efectuat din 162 de foraje pompind 916 m3 suspensie. Dupa injectare cladirea,nu a mai prezentat tasari.

6.10. Renivelarea unor imbracaminti rutiere, pardoseli, dale etc.

Injectii sub presiune pentru repararea unor pardoseli sau pavaje s-au efectuat de mai binede 40 de ani, utilizand ca fluide de injectare numeroase materiale, ca: suspensii de argila,


34/42


ciment-argila, bitum cald, suspensii si mortare de ciment. Aceste materiale aveau cel mai adeseao consistenta si vascozitate mare, fiind descrise in general, ca “paste”.

Procedeul s-a dezvoltat mult in ultimii ani in SUA, echipamentul si tehnologia fiindde inalt nivel, iar inginerii specializati in astfel de lucrari au trecut de la simpla umplere agolurilor, la ridicarea cu precizie a oricarei fundatii, planseu din beton sau pavaj rigid.

In prezent in SUA, ridicarea si nivelarea pavajelor rutiere este o tehnica curentapentru intretinerea autostrazilor. Se utilizeaza suspensii subtiri cand este vorba numai deumplere sau paste consistente cand se doreste si ridicarea pavajelor.

Procedeul de renivelare a unor elemente de constructii prin injectare are urmatoareleavantaje principale:

– econimicitate, ridicarea prin injectare fiind frecvent cea mai economica metoda;– durata de executie scurta, injectarea fiind un procedeu rapid in comparatie cu alte solutii

posibile de utilizat;– accesibilitatea datorata faptului ca echipamentul de pompare sau alte instalatii de gabarit

mai mare pot fi plasate la zeci sau chiar sute de metri de punctul de lucru, unde se ajungedoar cu un furtun;– mentine textura suprafetei elementului liftat;– marirea capacitatii portante a pavajului prin umplerea golurilor subterane.

Principalele dezavantaje si limitari ale procedeului sunt:– costul; daca este vorba de suprafete relativ mici (sub 100 m 2), utilizarea procedeului este

nerentabila, caci costul este mai mare decat prin refacere sau alte reparatii.– provoaca fisuri si distrugeri vizibile, caci majoritatea pavajelor care s-au tasat au si fisuri,

care prin injectare sunt deschise sau apar chiar fisuri noi.

6.11. Piloti radacina

Pilotii radacina, propusi pentru prima data de catre F. Lizzi si brevetati in anul1952 ca procedeu de subzidire si utilizati ca atare pentru prima data in perioada 1952-

1953 pentru consolidarea unei scoli vechi din Napoli, s-au extins ulterior si pentru imbunatatireaterenului de fundare inainte de realizarea constructiilor sau ca masura de consolidare aversantilor. Schema tipica a acestui procedeu este prezentata in figura alaturata.


35/42


Fara a intra in detalii tehnice, principalele aspecte ale pilotilor radacina utilizati in lucrari de

subzidire sunt urmatoarele:– forarea rotativa hidraulica cu circulatie puternica si injectarea conduc la realizarea unei

suprafete laterale neregulate si rugoase care confera pilotului o legatura foarte buna cuterenul. Tehnologia de executie face ca pilotul radacina sa fie prin esenta un pilot defrecare;

– forarea se executa prin structura existenta in teren, pilotul de beton realizand in modautomat o solidarizare constructie-teren de fundare;

– executia, utilizand forarea cu diametre relativ mici (10-20 cm), nu comporta nici un riscpentru stabilitatea constructiei, neintroducand eforturi suplimentare, insemnate instructura sau in teren;

– injectarea se recomanda sa se execute cu un mortar de ciment cu dozaj de aproximativ600 kg ciment/m 3, rezultand un beton cu rezistente foarte mari;

In ultimii ani au aparut diferite variante ale procedeului. De exemplu marirea capacitatiiportante prin utilizarea injectarii de clacare a terenului in jurul pilotului; renuntarea la armare lapiloti de dimatru mic, realizarea unei largiri la baza cu ajutorul unui dispozitiv special etc.

In figura de mai jos se ilustreaza utilizarea pilotilor radacina (1980) la lucrarile derestaurare a catedralei din sec. XIII de la Nicosia (Sicilia), procedeul fiind conceput initial tocmaipentru consolidarea cladirilor vechi, monumentale. Proiectul de consolidare a avut in vedereactualele solicitari de calcul, inclusiv actiunea seismica.


36/42


37/42


Tehnici de “intarire” a solului 1.Infiltrarea

Mortarul este injectat in sol cu presiune joasa si umple golurile fara a modificasemnificativ structura si volumul zonei . Pentru aceasta tehnica se poate folosi o larga varietatede lianti , alegerea fiind dictata in principal de permeabilitatea solului.Pentru soluri cu

permeabilitatea mai mare de 1x10-6 cm/sec se folosesc amestecuri de apa cu ciment.Pentrusoluri cu permeabilitatea mai joasa(pana la 1x10-6 cm/sec) se folosesc mortare mai scumpe pebaza de rasini. Pentru soluri cu permeabilitatea mai mica de 1x10-6 in mod normal nu se poateaplica aceasta tehnica.

2.Compactarea Se injecteaza in sol un mortar cu viscozitate foarte mare .Acesta actioneaza radial ,

efectul putand fi asimilat actiunii unor pistoane hidraulice , dislocand particulele de sol. In felulacesta se poate controla densitatea dorita a solului.

3.Clacajul

Mortarul este injectat in sol cu presiune inalta printr – un tub prevazut cu o supapaspeciala.Solul este hidrofracturat si fisurile rezultate se incarca cu mortar rezultand un sol cudensitate mare.

4.Injectia de mortar Solul este complet faramitat si amestecat in profunzime cu liant , rezultand un amestec

omogen care in final se intareste.Aceasta tehnica este aplicabila indiferent de sol , depermeabilitatea sau distributia granulara a acestuia.Teoretic se pot imbunatati aproape toatetipurile de sol:de la argile moi pana la nisipuri si pietrisuri.De asemenea se poate injecta orice tipde liant , in practica folosindu – se amestecul de apa – ciment.In cazul impermeabilizarilor sefolosesc amestecuri apa – ciment – bentonita.

In prezent se folosesc trei tipuri de injectie:a.)monofluid

fragmentarea si amestecarea solului sunt realizate prin injectarea unui singur fluid ,liantul.b.)bifluid

metoda intermediara , dezvoltata pentru a extinde diomeniul de aplicabilitate a metodeimonofluid.c.)trifluid(Kajima)

fragmentarea si amestecarea solului sunt realizate prin injectarea de aer si apa ; in acestfel o parte din particulele mai fine de sol sunt substituite ; cele trei fluide : apa , aer si liant suntinjectate separat prin duze speciale.


38/42


Metodele Jet Grouting se folosesc cu succes pentru:

- fundarea indirecta pe coloane- ecrane si voaluri de etansare in orice categorii de teren- consolidarea structurilor instabile aflate in executie sau in exploatare- cresterea substantiala a portantei fundatiilor- ancorere de mare capacitate în soluri moi- tuneluri- stabilizarea și consolidarea pantelor- protecț ie contra eroziunii

Factorii care influenteaza rezultatele tratamentului solurilor prin Jet Grouting sunt:• Tipul de sol• Consistenta solului• Densitatea generala• Distributia granulara• Continutul de apa• Limitele Atterberg

Aplicatii ale Tehnologiei Jet Grouting in domeniul constructiilor.

Temporare - Etansare


39/42


Ancoraje in soluri moi

consolidari pentru tuneluri

2. Permanente - sprijiniri, consolidari de fundatii

Consolidari de soluri slabe pentru drumuri, cai ferate, autostrazi, rezervoare Consolidari de incinte pentru depozitarea deseurilor/reziduurilor

Pereti din coloane de sol imbunatatit, secante


40/42


- protectie la eroziune

Lucrari reprezentative:1. Un exemplu in acest sens al utilizarii tehnologiei jet grouting la tuneluri il reprezinta

realizarea unui tunel de 2160 m langa Zurich, Elvetia. Aeschertunnel este un tunelmare noncircular, excavat cu ajutorul realizarii unui arc de jet mortar cu rol de sprijinpentru faza primara a excavatiei, unde au fost intalnite morene glaciare.

Deformarile de suprafata au fost monitorizate in timpul tehnologie de jet groutingobservandu-se faptul ca prin jet “chituirea” arcului s-a limitat pierderea de volum la0,35%, similar cu cel atins de utilajul de forat tuneluri TBM EBP.

În soluri moi construcţia de tuneluri mari non-circulare este deosebit de dificilă.Metoda de construcţie trebuie să ofere siguranţa lucrătorilor, precum şi să îndeplinească cerinţele stricte de proiectare.

Planul amplasamentului Aeschertunnel, de langa Zurich

Tunelul a fost excavat cu o suparafata de top (75m2), care a utilizat 39 de coloane sub-orizontale jet grouting pentru sprijinirea excavarii primare. A fost conceput pentru a se potrivi cutraficul de autostrada cu o arie completa a secţiunii transversale de 135m2. Tunelul a fost excavat în morene glaciare (un nisip uscat relativ lutos, mediu-dens), la o adâncime care a cauzat

depunerile de sedimente.


41/42


Cele doua intrari ale tunelului Aeschertunnel

Numarul coloanelor de jet grouting in sectiunea tunelului

Bolta a fost formata prin instalarea a 39 coloane de jet grouting. Coloanele au avut undiametru de 600mm specificat, cu o distanţă de 450 mm între găurile de foraj de la faţa tuneluluipentru a se asigura suprapunerea coloanelor.

Tehnica de excavare utilizata pentru realizarea în terenul glaciar a tunelului, poate firezumata în următorii 3 paşi:1. Instalarea de coloane jet grouting pentru a forma arcul de protec ţie. Acestea sunt înclinate cu11o departe de axa tunelului pentru a forma o serie de secţiuni care se suprapun parţial in formade con. Fiecare coloană este de 13m lungime cu 2m de suprapunere între etape, rezultând într-unavans de 11m pe etapa. Această etapă durează aproximativ 3-5 zile.2.Partea frontala este excavata şi suportul de sprijin temporar de sus este instalat în 3 etapepentru un avans 5.5m. Suprafata obtinuta este inchisa cu plasă de sârmă şi grinzi cu zăbrele deoţel şi un strat de 400mm de torcret.3. Pasul 2 se repetă pentru a finaliza 11m intr-o etapa. În urma acestei etape se dispune un stratde 200mm de torcret pe fata tunelului.


42/42

Injecatrea-Pamantului

Documents

Transcript of Injecatrea-Pamantului