PROBLEME LEGATE DE PROIECTAREA INFRASTRUCTURII UNUI COMPLEX DE CONSTRUCŢII DE DIMENSIUNI EXCEPŢIONALE: DÂMBOVIŢA CENTER BUCUREŞTI

Dragoş MARCU1 Tudor SAIDEL2 Anatolie MARCU3

REZUMAT: Un complex multifuncţional de clădiri de o anvergură nemaiîntâlnită în România având 6 niveluri de subsol general, parter şi 4 etaje, incluzând şi două turnuri de 35 respectiv 28 etaje, totalizând circa 650.000 m2 suprafaţă desfăşurată, se află în faza de proiectare şi execuţie în centrul Bucureştiului, ca o extindere şi o alipire la construcţia existentă „Casa Radio”. După ştiinţa autorilor complexul va deţine cea mai înaltă clădire de birouri din acest moment în România şi cea mai mare parcare subterană din Europa pe circa 300.000 m2. Se prezintă rezolvări ale unor probleme apărute până în acest stadiu în proiectarea geotehnică a pereţilor de susţinere a excavaţiei adânci, aflată în desfăşurare. Atât datorită dimensiunilor excepţionale şi complexităţii construcţiilor cât şi condiţiilor geotehnice dificile, proprii zonei de luncă de câmpie joasă a râului Dâmboviţa, ansamblul implică o proiectare geotehnică şi o execuţie a lucrărilor de fundaţii speciale cu un înalt nivel de dificultate.

1 Inginer, Director General S.C. Popp & Asociații

2 Inginer, Director S.C. Popp & Asociații – Inginerie Geotehnică

3 Prof. Dr. Ing., Univ. Tehnică de Construcții București, Membru Corespondent al Academiei de Științe Tehnice

din România

1. PREZENTAREA GENERALĂ A COMPLEXULUI „DÂMBOVIȚA CENTER”

În centrul oraşului Bucureşti, pe un teren având o suprafaţă totală de cca. 95.000 m2,

se găseşte o construcţie a cărei execuţie a fost sistată în anul 1989, moment în care structura

de rezistenţă era realizată într-o proporţie importantă. Construcţia avea destinaţia de „Muzeu

Naţional de Istorie”, iar mai târziu a fost cunoscută sub denumirea de „Casa Radio”.

Noul proprietar al ansamblului Casa Radio, grupul Dâmboviţa Center, intenţionează

dezvoltarea unui mare ansamblu de construcţii, cu caracter comercial, socio-cultural, de

locuinţe, care urmează să adăpostească spaţii comerciale, săli de conferinţe, hoteluri, birouri,

zone de recreere, spaţii, rezidenţiale etc., totalizând cca. 65.0000 m2. Este de remarcat

anvergura de excepție a acestei investiții, fiind cu siguranță construcția cu cea mai mare

suprafață desfășurată din Bucureşti, care depășește de aproape două ori suprafața Palatului

Parlamentului, construcție considerată până nu de mult clădirea cea mai mare din Europa și a

doua din lume din punct de vedere al suprafeței construite. Se estimează că lucrările vor dura

cinci ani și vor totaliza o valoare de cca. 800 milioane Euro.

Fig.1 Vedere generală

Ansamblul de construcţii va consta într-un grup de corpuri de construcţie de

caracteristici şi dimensiuni din cele mai diverse, la care se va adăuga o zonă de cca. 50% din

construcţia veche, care urmează să se demoleze parţial, să se consolideze, supraînalţe şi să se

refuncţionalizeze. Noul ansamblu implică proiectarea şi execuţia unor construcţii ale căror

lucrări de fundaţii speciale comportă un nivel ridicat de dificultate, rezultat din dimensiunile

importante şi din complexitatea rezolvărilor.

2. FACTORI IMPLICAŢI PÂNĂ ÎN PREZENT ÎN PROIECTAREA LUCRĂRILOR

Fig. 2 Plan general

Proiectarea se află în curs de desfășurare, o largă echipă internațională fiind implicată

în lucrare. Dintre acestea să amintim companiile Chapman Taylor (Marea Britanie), Ylan

Eldar Architects (Israel) care realizează proiectul de arhitectură, Popp & Asociații (România)

și I. David Eng. LTD (Israel), proiectanții de structură, Popp & Asociaţii- Inginerie

Geotehnică (Ro.) proiectantul lucrărilor geotehnice, Arup Facade Engineering (Marea

Britanie), proiectantul luminatoarelor etc. De asemenea un număr important de experți și

consultanți de renume asigură suportul tehnic.

O serie întreagă de studii, teste și cercetări asupra construcției existente dar și a

terenului pe care se vor construi noile structuri au fost efectuate de către Universitatea

Tehnică de Construcții București şi ISPIF- studiul geotehnic, hidrogeologic și studiul de

hazard seismic, TERRASOND şi FUGRO GERMANIA- foraje geotehnice şi penetrări CPT,

ALDI M-A. S.A. şi G. Smeyers N.V. din Olanda, studiul lucrărilor de drenaj din Bucureşti şi

INCERC și Ultratest – încercări, teste și măsurători asupra construcției existente și a celor din

vecinătate, Politehnica din Milano – Studiul în tunelul de vânt etc.

De câteva luni au fost demarate lucrările de execuție a incintei de pereți mulați

(HBM – Ungaria).

3. CONDIŢIILE DE FUNDARE PE AMPLASAMENT

Investigarea terenului de fundare a fost începută cu foraje geotehnice de 30…60 m

adâncime, dintre care unele au fost echipate ca foraje hidrogeologice de studiu.

În urma „închiderii” straturilor acvifere s-au determinat nivelurile piezometrice ale

apei subterane cantonate în cele două orizonturi acvifere principale şi permeabilitatea

acestora.

Investigaţiile geotehnice au fost detaliate prin foraje cu adâncimea maximă de 70 m şi

prin sondaje de penetrare („statică”) cu con – CPT, realizate până la adâncimi

corespunzătoare cotei +19,00 RMN (utilizând tehnica preforării şi a executării penetrărilor în

baza forajelor, pe intervale de adâncimi).

În figura 4 se prezintă un profil geotehnic caracteristic, în care se remarcă stratificaţia

neuniformă proprie zonei de luncă a râului Dâmboviţa, şi parametrii de rezistenţă relativ

coborâţi (a se vedea diagrama de variaţie a rezistenţei unitare pe con – qc) ai straturilor din

adâncime, în care apar frecvente orizonturi prăfoase.

Pe această bază s-a trecut la proiectarea incintei pentru excavaţia generală şi a

sistemului de fundare pentru diferitele obiecte ale complexului, aşa cum se arată în

paragrafele următoare.

Fig. 4 Profil

geotehnic

caracteristic

prin

amplasament

4.

LUCRĂRILE

PROIECTATE CA INTERVENŢIE ASUPRA

CONSTRUCŢIEI EXISTENTE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50

Înainte de anul 1989 a început execuţia (rămasă nefinalizată) a proiectatului „Muzeu

Naţional”, mai târziu „Casa Radio”. Această construcţie, care ocupă o suprafaţă în plan de

cca. 120x180 m a fost alcătuită din mai multe corpuri de clădire: Corpurile A1, A2, A3, A6,

A7, B şi C a căror structură a fost executată integral, având regim de înălţime 2S+P+5E, o

adâncime totală a infrastructurii de 10,45 m şi o înălţime totală a suprastructurii de cca. 31 m;

corpurile A4 şi A5 din care au fost executate cele două subsoluri şi parţial parterul; corpul D,

din care s-au executat numai subsolurile. Dintre acestea, au fost demolate corpurile A1, A4,

A5 şi D.

Peste corpurile A2, A3, A6, A7, B şi C urmează a se realiza patru noi niveluri parţiale,

ridicând astfel înălţimea la cornişă la cca. 45 m. Aceste corpuri vor adăposti birouri, spaţii de

recreere, hotel, apat hotel, Spa-uri etc. O soluţie îndrăzneaţă şi spectaculoasă o reprezintă

supraînălţarea cu cele patru etaje în sistem pod, cu deschiderea de cca. 70 m, rezemarea

făcându-se pe nucleele din beton armat cu armătură rigidă din extremităţile construcţiilor

existente, neexistând conexiune directă între stâlpii din zona de dedesubt (existentă) şi cei din

zona de deasupra care constituie supraînălţarea propriu-zisă. De asemenea, în zona existentă,

nivelele care au fost realizate cu o înălţime de 8 m (muzeu) se demolează, în timp ce se

adaugă planşee noi, la alte cote, rezultând astfel înălţimi de etaj de 6 m si 4 m, proprii

funcţiunilor preconizate.

Cota relativă +/- 0.00 m a construcţiei nou proiectate, egală cu cea a corpului vechi de

clădire, reprezintă cota absolută +78.00 RMN.

Radierul existent are grosimea de cca. 1,20 m şi este aşezat pe o egalizare de beton

simplu de 25 cm grosime, astfel încât cota inferioară a vechii construcţii a fost +67,10 m. Deşi

radierul existent cu grosimea de circa 1,20 m este rigidizat de pereţii deşi din subsolul 2,

groşi de circa 1 m şi de planşeul de la cota -5,70 cu grosimea de 40 cm, calculul acestuia

considerând modelul Winkler şi suprasarcina datorată supraetajării în gruparea specială a

condus la momente încovoietoare care depăşesc capacitatea structurii existente. Pentru o

proiectare optimă a consolidării necesare a terenului de fundare sub nucleele existente

încărcate suplimentar s-a impus detalierea investigaţiilor geotehnice sub acestea. Ţinând cont

de caracterul pronunţat heterogen al amplasamentului situat în lunca râului Dâmboviţa, pus în

evidenţă de toate stadiile efectuate anterior s-a cerut câte o penetrare CPT până la adâncimea

de 30 m (depăşind limita zonei active) în zona fiecărui nucleu. Preliminar, până la

recepţionarea rezultatelor penetrărilor suplimentare, s-a predimensionat îmbunătăţirea

pământului prin tehnologia injectării cu înaltă presiune „jet-grouting” pe o adâncime de circa

10-20 m, pătrunzând cel puţin 1,5 m în stratul de nisip aflat sub cota +59 RMN.

-9,25

-10,45

-10,70

+68,75

+67,55

+56,55

+58,05

6,00

6,00

7,30

6,007,30

+56,05

11,00

min

1,5m

1,55 1,40 1,40 1,40 1,56

8,86

8,56

Fig. 5 Ranforsarea nucleului structural existent cu coloane „jet-grouting”

Pentru o soluţie economică s-a ales în locul unui bloc compact injectat o reţea de

coloane primare continue de 100 cm, dispuse ca în figura 5, completate de o reţea de coloane

secundare scurte care unesc coloanele principale în baza acestora. Coloanele se vor executa

prin găuri cu diametrul de 150÷200 mm efectuate prin carotaj rotativ în radierul existent.

Astfel radierul va rezema în contact direct pe o reţea discontinuă de coloane jet-grouting care

reazemă la rândul ei în adâncime pe suprafaţa aferentă continuă, ca în cazul unui bloc injectat,

însă necesitând cantităţi substanţial reduse de suspensie injectată.

Pentru a nu afecta structura existentă în timpul lucrărilor de jet-grouting s-a propus

utilizarea unui sistem de monitorizare „on-line” a tasărilor radierului existent.

5. SPRIJINIREA EXCAVAŢIEI GENERALE ADÂNCI

Ansamblul de construcţii nou proiectat ce urmează a se realiza ca o extindere şi alipit

de „Casa Radio”, pe terenul delimitat de aceasta şi de Splaiul Independenţei şi imobilele de

locuinţe situate pe str. Constantin Noica şi Calea Plevnei din Bucureşti este prevăzut cu un

subsol general pe 6 niveluri care necesită realizarea unei excavaţii până la cota aproximativă

+57 m. Ţinând seama de nivelul actual al terenului pe conturul acestei incinte, care se situează

între cotele +75…+76 m pe laturile spre Calea Plevnei şi str. Constantin Noica şi +72 m pe

latura spre Splaiul Independenţei rezultă excavaţii cu adâncimi cuprinse între 15 și 19 m.

Nivelul apei subterane, determinat în studii anterioare şi în forajele executate pe

amplasament în cadrul investigaţiilor pentru elaborarea prezentului proiect se situează la cota

aprox. +72 m, coborând spre râul Dâmboviţa (Splaiul Independenţei) la cota aprox. +69 m,

rezultând o adâncime a excavaţiei generale cuprinsă între 15 şi 12 m sub NAS.

În consecinţă, excavaţia generală, prevăzută pentru execuţia noilor corpuri de clădire,

excavaţie având o suprafaţa de cca 50000 m2, trebuie susţinută cu un perete mulat etanş

perimetral având lungimea desfăşurată de peste 1000 m.

Cu aproximativ 6500 locuri de parcare, 6 niveluri subterane şi o suprafaţă pe nivel de

circa 50000 m2, după ştiinţa autorilor, parcarea subterană care urmează a se executa va fi cea

mai mare din Europa.

Din cauza adâncimii mari a excavaţiei şi a nivelului ridicat al apei subterane (la circa

2-3 m sub CTN) rezultă împingeri mari pe pereţii mulaţi de susţinere. Întrucât utilizarea

pereţilor mulaţi în consolă (autoportanţi) s-a dovedit imposibilă, s-au analizat celelalte

posibilităţi de sprijinire a pereţilor mulaţi în plan orizontal.

O primă posibilitate, foarte frecvent folosită cu succes în afara României ar fi fost

utilizarea ancorajelor pretensionate. Întrucât excavaţia adâncă se întinde de la Casa Radio

până foarte aproape de limita de proprietate, ancorajele ar fi pătruns în afara limitei de

proprietate, sub fondul învecinat construit şi sub străzile învecinate aflate pe domeniul public.

Pentru a evita avizele necesare care în ultimii ani se obţin foarte greu şi ţinând seama de

experienţa negativă la o lucrare din Bucureşti, la care au apărut avarii la construcţiile

învecinate ca urmare a execuţiei necorespunzătoare a ancorajelor, beneficiarul a renunţat la

folosirea ancorajelor în afara limitei de proprietate.

Din cauza întinderii excepţionale a incintei soluţia utilizării şpraiţurilor metalice nu a

putut fi luată în considerare. De menţionat, că după o perioadă îndelungată de studii şi analize

s-a luat decizia ca aceste niveluri subterane să fie executate în sistem top-down, concomitent

urmând a se realiza construcţiile supraterane ale turnurilor de birouri, ale mall-ului, precum şi

clădirile rezidenţiale.

Pentru asigurarea accesului utilajelor de excavare şi de transport sub planşeele de

subsol (realizate „de sus în jos”) a fost elaborată de către proiectant o soluţie deosebită, prin

utilizarea unor rampe metalice mobile , aşa cum se arată în figura 6.

16.5%

17.75%

16,7%

Fig. 6 Rampe mobile pentru accesul utilajelor, în fazele de excavare

sub planşeele de subsol

Calculul pereţilor de incintă susţinuţi de planşeele de subsol, betonate pe măsura

adâncirii excavaţiei s-a realizat cu ajutorul programului PLAXIS v 8.5 cu metoda elementului

finit, utilizând pentru straturile de pământ modelul elasto-plastic „hardening-soil”.

În cele mai multe secţiuni caracteristice, adâncimea pereţilor mulaţi a fost aleasă din

condiţia de „închidere” a incintei într-un orizont mai puţin permeabil (prăfos-argilos) în

vederea reducerii debitului epuismentelor din excavaţie. Această alegere a influenţat şi

mărimea eforturilor care dimensionează panourile din beton armat ale incintei.

În figura 7 sunt reprezentate deplasările verticale antecalculate în masivul de pământ

care conlucrează cu incinta, rezultând şi mărimea tasărilor pe care le pot suferi construcţiile

existente, situate în zona de influenţă a incintei.

Fig. 7 Deplasările calculate în zona incintei, în etapa

finală de excavare

Pentru coborârea nivelului pe măsura excavării pământului s-au prevăzut lucrări de

epuismente prin puţuri filtre amplasate în interiorul incintei, care vor prelua debitul infiltrat pe

sub incintă în zonele în care nu a fost posibilă „închiderea” acesteia (din cauza discontinuităţii

orizonturilor coezive în cadrul complexului de straturi nisipoase).

De asemenea, pe latura incintei spre Calea Plevnei şi orientată perpendicular pe

direcţia de curgere a apei subterane spre Dâmboviţa, s-a prevăzut un şir de puţuri exterioare

auto-descărcătoare (care vor colecta şi evacua apa subterană în sistem gravitaţional) în

vederea prevenirii ridicării nivelului hidrostatic în urma barării, prin incinta realizată, a

curgerii apei subterane spre sistemul de drenaj existent în vecinătatea râului.

6. FUNDAREA CONSTRUCŢIILOR NOI

Structura subsolului general pe 6 niveluri va fi constituită din stâlpi metalici introduşi

în piloţi foraţi, pe care reazemă planşeele din beton armat care vor fi executate descendent, pe

măsura realizării excavaţiei. După atingerea cotei finale a excavaţiei se va betona radierul

general, care va conlucra cu piloţii (devenind un „radier pilotat”) în fazele finale de execuţie a

structurilor.

Pentru preluarea încărcărilor axiale

transmise de stâlpii subterani în faza de

excavare au rezultat necesari piloţi foraţi cu

diametre cuprinse între 1,50 şi 2,00 m, şi

fişa activă (măsurată de la talpa radierului)

de 30…35 m.

În zona mediană a noului subsol,

urmează a se realiza două corpuri de clădire

(să le denumim Turnul de Est G1, respectiv

Turnul de Vest G2), cu destinaţia de birouri,

primul urmând a avea o înălţime totală

supraterană de 135 m (cca. 35 de niveluri)

iar cel de al doilea 120 m (cca. 28 de

niveluri). Structura acestora va fi de tip tub

în tub şi va fi realizată din cadre metalice

contravântuite diagonal. Contravântuirile

perimetrale sunt de tip „diagrid” sau

megabracings. Cele două turnuri vor avea

sisteme de fundare independente, practic

subsolurile lor fiind mărginite de incinte

proprii de pereţi mulaţi cu baze la cota

+22,00…+27,00 RMN. Fundarea

elementelor structurale interioare se va Fig. 8 M odelul de calcul pentru tunul G1

realiza pe barete având aceeaşi adâncime ca şi pereţii perimetrali (figurile 9 şi 10).

Toate elementele verticale de fundare (pereţii perimetrali şi baretele) vor fi unite

printr-un radier cu grosimea de circa 2,50 m (faţă de circa 1,00 m cât este grosimea radierului

în celelalte zone de subsol).

Fig. 9 Sistemul de fundare al turnului G1

În sfârşit în zona dinspre strada Constantin Noica, peste parcaje, s-a prevăzut

realizarea a două corpuri ample de clădire cu destinaţia de locuinţe, urmând ca acestea să aibă

un regim de înălţime suprateran alcătuit din parter şi 6 etaje. Structura acestora va fi de tip

dual, alcătuită din pereţi structurali, dispuşi în sistem celular şi cadre de beton armat, fundarea

structurii realizându-se pe radierul pilotat descris anterior.

Fig. 10 Secţiune verticală prin incintă şi prin infrastructura turnului G1

Important de reţinut din conceptul acestui ansamblu este faptul că la nivelul

infrastructurii, tot parcajul de 50000 mp va fi alcătuit dintr-un singur corp fără rosturi de

tasare, în timp ce de la cota -6.50m în sus corpurile mai sus amintite şi în particular cel al

mall-ului şi cele de locuinţe vor fi alcătuite din mai multe secţiuni, despărţite între ele prin

rosturi antiseismice.

7. ÎNCERCĂRI IN SITU ŞI MONITORIZAREA LUCRĂRILOR PENTRU

STRUCTURA SUBTERANĂ A COMPLEXULUI

În cadrul proiectului de execuţie a infrastructurii Complexului se află în curs de

definitivare programul de încercări pe teren şi de monitorizare a lucrărilor noi şi al

construcţiilor existente în „zona de influenţă” a acestora

Principalele componente ale acestui program se referă la:

– încercări pe piloţi-model (având aceeaşi fişă cu cei din lucrare şi diametrul redus cu

circa 50%) instrumentaţi,

– măsurători tensometrice şi înclinometrice pentru determinarea eforturilor şi a

deformaţiilor în peretele de incintă, în toate fazele de execuţie a excavaţiei şi a infrastructurii,

– măsurători privind deformarea straturilor de fundarea, atât în faza de excavare cât şi în

cea de reîncărcare a terenului, cu ajutorul „tasometrelor” montate în foraje,

– măsurători topografice de precizie privind tasările construcţiilor învecinate şi ale

structurilor noi,

– încărcări de probă pe piloţi din lucrare,

– măsurători în piezometre privind variaţia nivelului apei subterane, debitul solid extras

prin pompări din sistemul de epuizment etc.

În aceste activităţi de monitorizare, proiectantul contează pe angrenarea unor echipe de

specialişti cu experienţă în domeniu.

SPECIAL ISSUES REGARDING THE INFRASTRUCTURE DESIGN OF A BUILDING COMPLEX HAVING EXCEPTIONAL DEIMENSIONS ABSTRACT: A multifunctional building complex having 6 underground general levels, ground floor and 4 storyes including as well two towers of 35 and 28 storyes, about 650000 m2 overall constructed area is under design and construction phase in the center of Bucharest, as an extension to the existing building “Casa Radio”. According to authors information, the complex will have two of the highest office buildings at this moment in Romania and probably, the largest underground parking in Europe. Solutions of some problems occurred until now in the geotechnical design of the retaining walls of the deep excavation and of the foundation system being under development in parallel with the construction activities are presented. Due to the exceptional large size and the complexity of the buildings as well as the difficult geotechnical conditions particularly as those existing in the proximity of the Dâmboviţa River, the design and construction of the building complex implies a high level of difficulty for the geotechnical works.