UNIVERSITATEA TEHNICA DE CONSTRUCTII BUCURESTI

HIDROTEHNICA – INGINERIE GEOTEHNICA

Geotehnica Mediului Inconjurator

Stabilizarea alunecarilor de teren

prin dispunere de ancoraje

-2013-

Cuprins

Page | 1

Stabilizarea alunecarilor de terenprin dispunere de ancoraje

Introducere………………………………………………………...……………..3

Descrierea mecanismului de producere a alunecarilor de teren…………..3

Stabilizarea alunecarilor de teren…………………………………………...…5

Principiul de functionare al ancorajelor……………………………………..…5

Proiectarea ancorajelor………………………………………..………………..7

Alcatuirea ancorajelor………………………………………….……………….8

Executia ancorajelor…….……………………………………………………..10

Utilizarea ancorajelor pentru stabilitatea pantelor……….………………....11

Bibliografie……………………………………………………………………...14

Stabilizarea alunecarilor de teren

Page | 2

prin dispunere de ancoraje

Introducere

Aceasta lucrare va modul de stabilizare a pantelor prin dispunerea unei retele de ancoraje. Se va detalia modul in care se produce o alunecare de teren iar apoi solutiile pentru combaterea si stabilizarea ei. Se vor prezenta alcatuirea si modul de executie al acestora.

Scopul acestei lucrari este de a arata faptul ca stabilizarea prin ancoraje este o metoda competenta din punct de vedere tehnic dar si mai economica fata de alte tehnologii.

Proiectarea si executia ancorajelor au fost detaliate conform normelor in vigoare si anume SR EN 1537 – 2004 si NP 114 – 2004.

Descrierea mecanismului de producere a alunecarilor de teren

Alunecarile de teren reprezinta fenomene fizico-geologice sub forma deplasarii unor mase de roci pe pantele versantilor datorita unor cauze naturale sau provocate de activitatea umana.

Starea de echilibru a unui versant depinde de raportul dintre fortele care actioneaza in favoarea stabilitatii si fortele care actioneaza in sensul producerii alunecarii.

Gradul de stabilitate al unui versant se cuantifica printr-un coeficient de siguranta sau factor de stabilitate care reprezinta raportul dintre momentul fortelor rezistente si momentul fortelor active.

Page | 3

Pentru cazul cel mai simplu, admitand ca suprafata de rupere este circular-cilindrica, cu raza de rupere in punctul O, raza suprafetei de rupere fiind R, verticala ce trece prin punctul O imparte masa alunecatoare in doua prismuri:

- Prismul activ, care actioneaza in favoarea alunecarii- Prismul pasiv, sau rezistent, care se opune alunecarii

Considerand ca masa de roca alunecatoare este formata din fasii verticale, prismatice, fortele principale care actioneaza asupra unei fasii sunt forta de greutate G si rezistenta rocii la forfecare S.

Rezistenta la forfecare a rocii, S, actioneaza in lungul suprafetei de rupere, este tangenta la aceasta in orice punct si orientata in sens invers sensului de alunecare.

Page | 4

Din descompunerea fortei de greutate, G, rezulta componenta normala N=G*cosα si componenta tangentiala T=G*sinα. Componenta normala N a fiecarei fasii este perpendiculara pe tangenta la suprafata de rupere in punctul respectiv si indreptata catre interiorul masivului. Aceasta componenta lucreaza in favoarea stabilitatii.

Componenta T este tangenta la suprafata de rupere si indreptata catre verticala ce trece prin centrul de curbura a suprafetei de rupere. Componenta tangentiala T actioneaza in favoarea producerii alunecarii in prismul activ (+) si in favoarea stabilitatii in prismul pasiv (-).

Pentru o fasie cu baza de latime l, rezistenta la forfecare a rocii este:

S=N ∙ tgφ+c ∙ l

unde φ este unghiul de frecare interna si c este coeziunea rocii. Rezistenta la forfecare a rocii se calculeaza ca si o forta de frecare ce se opune miscarii – alunecarii.

Scriind raportul momentelor fortelor care actioneaza asupra masei alunecatoare fata de punctul O, factorul de stabilitate va fi:

Fs= ΣN ∙ tgφ∙ R+c ∙Σl ∙ RΣT ¿¿ = ΣN ∙tgφ+c ∙Σl

ΣT ¿¿

Starea de echilibru a unui versant se analizeaza in functie de valoarea factorului de stabilitate. Cand Fs = 1, versantul se afla in stare de echilibru la limita. Daca Fs < 1, versantul isi pierde stabilitatea, producandu-se alunecarea. Versantul este stabil numai in conditiile in care Fs > 1.

Stabilizarea alunecarilor de teren

Stabilizarea alunecarilor de teren consta in micsorarea efectului alunecarilor prin crearea diverselor proiecte pe pante ce sunt vulnerabile. Alunecarile pot fi provocate de mai multe cauze ce actioneaza concomitent. Pe langa fenomenele de eroziune sau reducerea rezistentei la forfecare datorate ploilor se mai includ si cauzele antropice cum ar fi depozitarea unei mase excesive pe deasupra pantei, saparea la mijlocul sau la baza pantei. De obicei instabilitatea este produsa de fenomene ce actioneaza concomitent.

Page | 5

Astfel nu are sens sa se analizeze instabilitatea doar dupa un singur criteriu. Trebuie sa se descrie toate cauzele care contribuie la producerea alunecarii.

Prin urmare metodele de stabilizare a pantelor se grupeaza in 3 categorii:

- Metode geometrice – presupun schimbarea geometriei pantei- Metode hidrogeologice – se incearca coborarea nivelului apei subterane sau

reducerea continutului apei din pamant- Metode chimice si mecanice – metode prin care se urmareste cresterea

rezistentei la forfecare a masei instabile sau introducerea unor forte externe active (ancore sau tinte – soil nailing) sau pasive (piloti) pentru a combate fortele de destabilizare

Aceasta lucrare prezinta stabilizarea pantelor prin dispunerea ancorajelor.

Principiul de functionare al ancorajelor

De-alungul istoriei, ancorele au fost folosite ca solutii temporare pentru constructii. Dar tehnicile de protectie anticoroziva si o experienta vasta fac astfel incat ancorele sa fie o solutie fiabila pentru stabilizarea efectiva si economica a pantelor.

Ancorele sunt elemente structurale proiectate sa absoarba forte de intindere provenite din greutatea pamantului alunecator.

Acestea trebuie sa strabata zona potentiala de cedare (plastica) si sa patrunda o anumita adancime intr-un pamant cu proprietati mecanice bune.

Masa de pamant alunecatoare va exercita asupra ancorei eforturi de intindere proportionale cu greutatea ei. Eforturile trebuie sa fie preluate de armatura pretensionata a ancorei si apoi transmisa mai departe.

In cazul in care tehnologia de executie a ancorei impune realizarea unui bulb, acesta are scopurile de a fixa armatura si de a transmite mai departe prin frecare incarcarile terenului bun. Natura rugoasa a materialului bulbului (fie ca e beton slab, mortar sau suspensie de ciment – “grout”) se va opune deplasarii prin frecare.

Reteaua de ancoraje va fi dimensionata pentru a putea combate intreaga greutate a masivului alunecator.

Page | 6

Proiectarea ancorajelor

Proiectarea ancorajelor se va face prin parcurgerea urmatoarelor etape:

    ▪ stabilirea conditiilor pe care trebuie sa le indeplineasca elementul ancorat si stabilirea dimensiunilor principale ale acestuia pe baza conditiilor functionale si constructive, sau a unor lucrari similare;     ▪ evaluarea informatiilor geotehnice disponibile; stabilirea si efectuarea studiilor geotehnice suplimentare necesare;     ▪ evaluarea fezabilitatii utilizarii ancorajelor;     ▪ definirea criteriilor de stabilitate generala pe care sistemul de ancoraje trebuie sa le indeplineasca;     ▪ stabilirea starilor limita ultime si ale exploatarii normale la care trebuie verificate ancorajele;     ▪ stabilirea incarcarilor corespunzatoare acestor stari limita

Page | 7

    ▪ determinarea solicitarilor din ancoraje si precizarea geometriei elementului ancorat si a ancorajelor;     ▪ determinarea solicitarilor in structura ancorata si optimizarea solutiei;     ▪ verificarea ancorajelor si detalierea caracteristicilor acestora;     ▪ stabilirea nivelului de protectie anticorosiva pentru ancoraj pe baza duratei de viata estimate si a agresivitatii mediului determinata prin analize ale probelor de pamant si apa subterana;     ▪ evaluarea necesitatii monitorizarii comportarii in exploatare a ancorajelor si prevederea masurilor necesare daca este cazul;     ▪ precizarea cerintelor si criteriilor de incercare pentru:    - comportarea interfetei bulb-teren;    - materialele si dispozitivele ce se vor utiliza;    - protectia anticorosiva;     ▪ precizarea incercarilor ce urmeaza a fi realizate;     ▪ realizarea si incercarea ancorajelor de proba; analizarea rezultatelor si modificarea solutiei initiale daca este cazul;

   

Alcatuirea ancorajelor

Ancorele sunt proiectate in principal sa absoarba forte de intindere. Pentru a putea respecta aceasta cerinta, ancorele sunt alcatuite din 4 parti:

- Bulbul: transmite eforturile de tractiune la teren prin frecare laterala- Zona libera: situata intre zona de ancorare si capul ancorei, unde nu se

transmit niciun fel de eforturi catre teren, permitand bulbului sa se afle intr-o zona stabila, in afara suprafetei de alunecare

- Capul ancorei – conecteaza structura si trebuie sa absoarba complet eforturile de intindere din armatura

- Armatura ancorei – transmite eforturile de la cap la bulb, trecand prin zona libera

Page | 8

Armaturile trebuie sa fie conforme cu normele in vigoare.

Capul ancorajului trebuie sa permita ca armatura sa fie tensionata si daca este necesar eliberata si retensionata. Acesta trebuie sa sa distribuie forta la structura ancorata sau la teren in concordanta cu proiectul.

Dispozitivele de cuplare trebuie sa fie conform normelor si nu trebuie sa compromita rezistenta la intindere a armaturii. Se recomanda evitarea cuplarii armaturii in zona de fixare a ancorajului.

Pentru ancorarea armaturii in zona de fixare se utilizeaza bare profilate,nervurate, toroane cu 7 sarme sau tevi care lucreaza in compresiune

Toate armaturile puse in opera trebuie sa aiba o acoperire de minimum 10 mm de fluid de injectare fata de peretele forajului. Acest lucru poate fi obtinut cu ajutorul distantierilor sau elementelor de centrare.

Fluidele de injectare din interiorul protectiei sunt suspensii de ciment, sunt in permanent contact cu armatura si trebuie sa fie conforme normelor. Mai pot fi utilizate ca fluide de injectare si rasini sintetitice.

Page | 9

Toate elementele metalice pretensionate trebuie sa fie protejate impotriva coroziunii pe toata durata lor de viata. Nu se poate identifica cu precizie viteza de corodare a otelului in pamant. Elementele ce asigura protectia coroziva trebuie sa fie capabila sa transmita eforturile din armatura acolo unde este cazul. Protectia anticoroziva se alege in functie de durata de viata prevazuta pentru ancoraj. Cele mai uzuale metode de protectie sunt tecile si tuburile de material plastic.

Executia ancorajelor

Pentru a realiza o ancora trebuie sa se parcurga mai multe etape distincte. Acestea se vor realiza in urmatoarea ordine

- Forarea gaurii- Inserarea armaturii - Injectarea ancorajului- Tensionarea armaturii- Testarea armaturii- Blocarea armaturii la incarcarea proiectata

Procedeul de forare se va stabili in functie de natura terenului si se va corela cu tipul de ancoraj adoptat. Se va alege in functie de conditiile de teren cu scopul de a produce o deranjare minima a pamantului. Diametrul forajului trebuie sa permita

Page | 10

realizarea acoperirii minime cu fluid a armaturii pe toata lungimea zonei de fixare. Se recomanda verificarea deviatiei dupa forarea primilor 2 m.

Injectarea urmareste realizarea mai multor functii: - formarea zonei de fixare a ancorajului astfel incat eforturile sa poata fi transferate la terenul inconjurator- protejarea armaturii impotriva coroziunii- imbunatatirea caracteristicilor terenului din vecinatatea zonei de fixare- impermeabilizarea terenului in vecinatatea zonei de fixare pentru a limita pierderile de suspensie

Injectarea forajelor se poate face in varianta descendenta sau ascendenta. Varianta descendenta este necesara cand se traverseaza zone care au tendinte de prabusire.

Tensionarea trebuie sa evalueze si inregistreze comportarea ancorajului sub incarcari iar apoi sa tensioneze armatura si sa o fixeze la tensiunea de blocare.

Ancorajele pot fi puse in opera echipate cu un dispozitiv de monitorizare. In cazul miscarilor terenului, acest dispozitiv poate urmari comportarea ancorajului pe intreaga sa durata de viata.

Utilizarea ancorajelor pentru stabilitatea pantelor

Ancorele penetreaza suprafata de cedare si aplica direct o forta de rezistenta intregii mase alunecatoare. Exista un avantaj posibil in materie de cost fata de peretii de beton si excavatii. Ancorele pot fi instalate cu un minim necesar de excavare si apoi acoperite cu umplutura.

O ancora de teren este elementul structural capabil sa transmita forte de tractiune unui strat capabil sa preia incarcari.

Ancorajele pot stabiliza majoritatea alunecarilor de teren existente si preveni alunecarea pantelor deoarece acestea penetreaza stratul de cedare si aplica forta necesara sa stabilizeze masa alunecatoare.

Sistemul de ancorare depinde de materialele din proiect. Toate rocile sunt considerate adecvate, desi capacitatea portanta variaza cu structura. Alte pamanturi adecvate includ toate pamanturile necoezive cu rezistenta data din SPT (Standard Penetration Test) fiind mai mare decat 10 (N>10). Pamanturile moi si medii nu sunt

Page | 11

recomandate pentru performante de lunga durata datorita nesigurantei capacitatii lor portante.

Se considera improprie folosirea ancorajelor in urmatoarele conditii de teren: pamanturi sensibile la umezire, argile cu contractii si umflari mari, pamanturi maloase si pamanturi care contin materii organice.

Ancorajele sunt susceptibile curgerii lente daca sunt instalate in pamanturi cu continut ridicat de materie organica, argile consolidate normal sau pamanturi coezive ce au o rezistenta la compresiune neconfinata mai mica decat 0.83 kN/m2.

Un indicator al adecvabilitatii folosirii ancorelor este indicele de consistenta, Ic. Daca Ic este mai mare decat 0.8, atunci un pamant in general este potrivit pentru instalarea ancorajelor.

Forajele si informatiile aditionale din investigarea terenului vor constata un plan de cedare, care va fi catalogat in functie de cum va fi cel mai usor analizat. Planele de cedare se clasifica in plane circulare, necirculare sau planare.

Alunecarile de teren circulare au o anumita caracteristica si anume ca atunci cand cedeaza, masa de alunecare isi pastreaza forma. Masa de alunecare se va imparti in fasii pentru analiza. Astfel se va stabili raza curburii si apoi prin analiza se calculeaza momentele ce produc alunecarea si cele ce actioneaza in sensul stabilitatii. Figura urmatoare prezinta pozitionarea unei ancore intr-un plan circular de cedare.

Page | 12

Alunecarile planare de obicei consta in sedimente coluviale sau residuale pe un munte si au loc atunci cand pamantul se afla pe un strat de roca. Daca apa este prezenta, interfata dintre pamant si roca este slabita si are loc o alunecare de grosime uniforma. Lungimea alunecarii trebuie determinata precis in timpul investigarii terenului pentru a putea realiza o analiza corecta. Cea mai obisnuita metoda de analiza presupune divizarea planului de alunecare intr-un numar finit de fasii si apoi calculul fortelor ce produc alunecare si cele ce se opun. Aceste forte apoi se insumeaza pe intreaga lungime a planului de alunecare.

Dupa ce a fost determinata forta de rezistenta necesara, trebuie sa se determine fortele din ancore si distantele intre ele.

Sabatini et al. (1999) descrie 2 metode pentru a modela ancorajele de teren in programe computerizate. Prima metoda presupune aplicarea unei forte concentrate la fata pantei. Deoarece majoritatea programelor de analiza de stabilitate ce lucreaza cu metoda echilibrului limita impart masivul intr-un numar finit de fasii, forta din ancoraj va fi aplicata unei singure fasii. Acest lucru produce un factor de stabilitate mare ceea ce este nerealist pentru acea fasie si nu poate relata sigur modul in care eforturile sunt distribuite in planul de alunecare.

A doua abordare propune ca incarcarile ancorelor sa fie modelate prin aplicarea unei forte concentrate la baza fasiei unde suprafata de cedare intersecteaza ancora. In aceasta abordare, ancora este considerata ca o armatura puternica iar forta axiala variaza liniar de-alungul ancorei.

In cazul in care planul de alunecare este adanc, ancorajele se amplaseaza perpendicular pe suprafata de cedare. Acest lucru mareste fortele normale. Sunt necesare panouri separate pe capetele ancorelor.

Page | 13

Bibliografie

Eugeniu Marchidanu (2005) – Geologie pentru ingineri constructori

Department of Civil and Architectural Engineering University of Wyoming (2003) - Performance of permanent ground anchors for landslide stabilization

Weatherby, D.E. and Nicholson, P.J. (1982) – Tiebacks used for landslide stabilization

Schnabel, H. Jr. (1982). – Tiebacks in Foundation Engineering and Construction

Sabatini, P.J., Pass, D.G., and Bachus, R.C. (1999) – Ground Anchors and Anchored Systems

Cruden D. M. & Varnes D. J. (1996) – Landslide types and process

NP 114 – 2004 - Normativ privind proiectarea şi execuţia ancorajelor în teren

SR EN 1537 – 2004 – Executia lucrarilor geotehnice speciale. Ancoraje in teren

Pliant prezentare TERRATEST - 2013

Page | 14