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

Consolidarea i conservarea podului natural de la Ponoarele din rezervaia Geoparc Mehedini

Eugeniu Marchidanu Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti, Facultatea de Hidrotehnic, Departamentul de Geotehnic i Fundaii

Adrian Simescu S.C. S Engineering Design S.R.L.

Petre U S.C. GEOSOND S.A.

Cuvinte cheie: carst, pod natural, injecii, ancoraje, consolidare, conservare

REZUMAT. Podul Ponoarele, declarat monument al naturii, este situat n zona platoului carstic din judeul Mehedini, pe drumul judeean DJ670 care face legtura ntre localitile Baia de Aram i Marga. Podul reprezint vechiul portal al peterii care face legtura ntre lacurile carstice Ztonul Mare i Ztonul Mic. ntre podul natural i lacul Ztonul Mare se interpune o dolin rezultat din prbuirea peterii, pe o lungime de cca. 60 - 80 m. Iniial, podul natural Ponoarele a funcionat ca pod pietonal i mult mai trziu ca pod rutier pe DJ670. Traficul intens de pe drumul judeean a dus la degradarea foarte avansat a podului, punnd n pericol sigurana n exploatare a acestuia. Proiectarea lucrrilor de consolidare a podului a trebuit s ndeplineasc dou condiii principale: refacera rezistenei la parametrii necesari exploatrii acestuia n condiii de siguran; lucrrile de reabilitare s se execute astfel nct, din punct de vedere arhitectural, podul s se nscrie ct mai bine n peisajul natural. Proiectul de reabilitare a cuprins 3 etape: Etapa 1. Expertiza geologic - tehnic a strii de siguran a podului i efectuarea unui program adecvat de studii geotehnice i geomecanice pe baza crora s se elaboreze proiectul de consolidare i conservare, lucrare efectuat de Universitarea Tehnic de Construcii Bucureti. Etapa 2. Proiectarea propriu zis, la faza unic, efectuat de S.C. S ENGINEERING DESIGN S.R.L. Etapa 3. Executarea de ctre S.C. GEOSOND S.A. a lucrrilor de investigaii geomecanice i a celor de consolidare a masivului de roc prin injecii de ciment i ancoraje. Lucrrile de investigaii geomecanice prin foraje, teste in-situ pentru ancore i injecii de ciment i analizele de laborator au nceput imediat dup expertiza geologic (Etapa 1), au continuat pe toat perioada de proiectare (Etapa 2) i dup finalizarea proiectului, pn la executarea tuturor lucrrilor, conform soluiei adoptat la proiectare. Lucrrile au fost realizate n cadrul investiiei: Modernizare i consolidare DJ670 Marga Baia de Aram, km 21+350 km 56+650, al crei antreprenor general a fost firma S.C. CONFORT S.A. Programul de studii, proiectare i executare a lucrrilor de consolidare s-a desfurat pe parcursul anilor 2010 i 2011. Articolul prezint sintetic modul n care s-au derulat lucrrile de studii, proiectare i execuie i rezultatele obinute.

1 DATE GENERALE

Podul Ponoarele, cunoscut i sub numele de Podul lui Dumnezeu, este declarat monument al naturii, protejat prin lege. Este situat pe teritoriul localitii Ponoarele i pn nu demult a fost utilizat ca pod rutier pe DJ 670 Marga Baia de Aram Judeul Mehedini.

Datorit solicitrilor dinamice produse de circulaia intens a autovehiculelor, inclusiv a celor de mare tonaj, podul a suferit degradri care puneau n pericol stabilitatea acestuia. Prbuirea podului ar fi nsemnat nu numai pagube generate de ntreruperea circulaiei pe DJ 670 pentru o perioad de timp necesar construirii unui nou pod, ci i pierderea unui monument natural de mare valoare, unic n Romnia i printre puinele din Europa.

n acest context, Consiliul Judeen Mehedini a fcut toate demersurile necesare pentru conservarea podului i meninerea acestuia n ansamblul zonei carstice din care face parte, zon de o importan excepional pentru turismul romnesc.

897

2 CONDIIILE GEOLOGICE GENERALE DIN ZONA PODULUI PONOARELE

Zona se caracterizeaz printr-o mare diversitate de structuri geologice n care un loc important l ocup rocile calcaroase, acestea contribuind n mod decisiv la formarea actualului relief carstic att de caracteristic Podiului Mehedini.

Calcarele din zona Ponoarele, de vrst jurasic, se dezvol n facies recifal, fiind alctuite din bancuri masive, uor stratificate, de culaoare alb- cenuie, cu numeroase diaclaze, multe dintre acestea, n special la partea superioar, n zona de contact cu depozitele superficiale, fiind colmatate cu material argilos, de culoare glbuie rocat n care se remarc prezena limonitului, ca produs de alterare chimic.

n zonele de fluctuaie a apelor subterane precum i n reeaua hidrografic de suprafa s-au dezvoltat numeroase procese de dizolvare chimic a calcarului, n urma crora s-au format cele mai variate forme sculpturale: lapiezuri, canioane, chei, avene, doline, peteri .a. Una dintre cele mai interesante i spectaculoase forme sculpturale de carstifiere este Podul natural de la Ponoarele, pe care localnicii l-au denumit simbolic Podul lui Dumnezeu, considerndu-l probabil ca un dar primit de la divinitate (Fig. 1 i 2).

Figura 1. Vedere panoramic dinspre amonte a zonei carstice n care este inclus Podul natural.. n prim plan, dolina care a rezultat n urma prbuirii peterii

Figura 2. Vedere general a podului dinspre lacul Ztonul Mic (aval)

898

2.1 GENEZA PODULUI NATURAL n schia din figura 3 este redat amplasamentul formelor de relief carstic n care este inclus i podul natural. Cu muli ani n urm, probabil cteva mii, n acest loc era o peter orientat pe direcia ENE VSV, ntre lacurile Ztonul Mare i Ztonul Mic.

Gura peterii era aproximativ pe locul actualului pod natural. n urma prbuirii tavanului peterii, pe o distan de cca. 60 80m, s-a format o dolin care

separ fosta intrare n peter, care a rmas ca o relicv de forma unei arcade (Podul lui Dumnezeu), de actuala intrare n peter.

Acest splendid ansamblu structural, Podul lui Dumnezeu, inclus n Rezervaia natural Complexul Carstic Ponoarele, cuprinde (Fig. 3):

Figura 3. Schia cu amplasamentul Podului natural din Complexul Carstic Ponoarele

Dolina, de form circular oval, asemntoare unui amfiteatru n aer liber, mrginit de perei de calcar, cu nclinare mare, pe alocuri aproape de vertical, cu nlimi de cca. 10 - 12 m n zona podului i peste 10 15 m n partea opus, la intrarea n peter.

Intrarea n peter, situat pe peretele opus podului. Petera are o lungime de cca. 735 m i este n legtur cu Lacul Ztonul Mare, situat dincolo de Dealul Peterii.

Podul lui Dumnezeu, de forma unei arcade, care reprezint un rest din fosta intrare n peter. Prin arcada de sub pod, dinspre dolin se vede lacul Ztonul Mic. Podul are o lungime total de cca. 60 m i nlimea de ordinul a 12 13 m. Golul de sub pod, de form relativ semi eliptic, are deschiderea la baz de aproximativ 25m i nlimea de cca. 8 10 m.

Pachetul de roci de deasupra bolii acestui gol, este format din strate de calcar sub forma unor plci cvasiorizontale sau slab nclinate ctre dolin i nsumeaz o grosime minim n bolt de cca 5 m.

Lacurile Ztonul Mare, situat dincolo de Dealul Peterii i Ztonul Mic situat dup Podul lui Dumnezeu.

n cadrul expertizei geologice (Etapa 1), S.C. GEOSOND S.A. a efectuat lucrrile de investigare geologic prin foraje mecanice cu carotaj continuu, pn la adncimi de 5-7 m, teste in-situ de permeabilitate tip Lugeon i injecii de ciment, teste de ancoraje, analize geomecanice de laborator.

Cercetrile au fost concentrate n cea mai mare parte pe latura podului dinspre dolin unde starea de degradare a rocilor prezenta riscul cel mai mare de prbuire (Fig. 4.).

899

Figura 4. Vedere amonte a podului. Blocuri de roc prbuite datorit degradilor i traficului

3 PROIECTAREA I EXECUTAREA LUCRRILOR DE CONSOLIDARE I CONSERVARE A PODULUI

Lucrrile de consolidare i conservare a podului au cuprins urmtoarele etape:

3.1 Etapa 1. Expertiza geologic - tehnic a strii de siguran a podului n cadrul expertizei geologice tehnice s-au efectuat urmtoarele lucrri:

cartare geologic detaliat; prelevarea de probe de roc din structura geologic a podului i analize geomecanice de

laborator pe epruvetele confecionate; probe de permeabilitate n guri forate, de mic adncime, executate de pe pod i injecii cu

mortar de ciment efectuate la presiuni reduse (1 - 2 atm); teste de ancorare i smulgere a ancorelor.

n urma cercetrilor geologice efectuate pe teren s-a constatat c rocile care intr n structura masivului n care este sculptat Podul natural, sunt n exclusivitate calcare dispuse n bancuri cu grosimi de ordinul decimetrilor i metrilor, uor nclinate ctre VSV (ctre dolin), puternic dislocate, n principal la partea superioar, datorit vibraiilor produse de traficul rutier, i afectate de procese avansate de degradare, n mod deosebit n culeea dinspre direcia drumului ctre localitatea Marga.

Blocurile de roc dislocate, n special cele dinspre dolin, se gseau la limita de stabilitate, multe dintre acestea cu volume de ordinul metrilor cubi, fiind deja prbuite (Fig. 4 i 5). Rezultatele analizelor geomecanice obinute prin teste de laborator efectuate pe epruvete confecionate din carote extrase din foraje arat urmtoarele valori ale parametrilor determinai (Tabelul 1).

Testele de smulgere a ancorelor s-au efectuat n dou foraje cu adncimea de 7,5 m, executate de pe partea carosabil dinspre colin, unde masivul de roc este mai puternic fragmentat.

n gurile de foraj s-au introdus ancore autoforate, cu = 30/16 mm, pn la adncimea de 7,50 m. Ancorele au fost cimentate pe toat lungimea. Testul de smulgere s-a efectuat la 30 zile dup cimentare.

900

ncrcarea ancorelor s-a fcut n trepte, din 20 n 20 kN, pn la 250 kN (25 t), fr s se ating limita elasticitii oelului din care au fost confecionate.

Tabelul 1. Caracterizarea calcarelor dup valorile parametrilor geomecanici determinate n laborator Parametrul Simbol U.M. Domeniul de variaie a valorilor

Valoare medie

Caracterizarea rocilor dup STAS 5090-83

Densitate aparent g/cm3 2,67 - 2,70 - Grele Absorbie de ap a % 0,1 - 0,3 - Foarte puin absorbante

Porozitatea aparent n % 0,3 - 1,9 - Foarte puin poroase

Rezistena la com-presiune n stare

natural rcu daN/cm2 600 - 920 762 Cu rezistene mijlocii

Rezistena la ntindere rt daN/cm2 52 - 78 60,9 Rezistente

Coeficientul de nmuiere dup

saturare s % 9,22 - 36,75 24,27 Rezistente - slab rezistente

Coeficientul de nmuiere dup

nghe - dezghe g % 3,17 - 30,9 17,01 Rezistente - slab rezistente

Unghi de frecare o Grade 58,21 * 64,09 x Coeziune c daN/cm2 104,2 * 146,6 x

Coeficient de frecare roc/roc -

1,65 * 2,13 x

Observaii: * - Rezultate obinute pe probe gelivate x - Rezultate obinute pe proba n stare

uscat Parametrii de forfecare s-au obinut prin testul brazilian (rezistena la despicare) i

rezistena la compresiune monoaxial

Deformaiile elastice nregistrate la limita maxim a ncrcrii (25 t) au fost de 6,03 mm ntr-o ancor i 7,01 mm n cea de a doua. Solicitarea la smulgere a fost limitat la 25 t pentru a evita o eventual cedare a rocii i a crea un deranjament suplimentar n masivul de roc.

Teoretic, o ancor cu capul de fixare ntr-un masiv omogen de roc, la limita de cedare a masivului, poate smulge un masiv de roc de forma unui con, cu unghiul la vrf de 90o i vrful situat n capul de fixare al ancorei. n realitate, masivul de roc este afectat de fracturi cu orientare spaial haotic, care mpart masivul n blocuri cu dimensiuni variabile, astfel c volumul de roc pe care l poate susine o ancor va fi mult mai mic dect cel teoretic.

* Caracteristiceile geomecanice determinate n laborator corespund eantioanelor n stare bun care au putut fi prelevate. n masivul de roc valorille caracteristicilor geomecanice sunt mai mici, n funcie de starea de degradare a rocilor. Pe baza datelor obinute n urma expertizei geologice tehnice s-au formulat urmtoarele recomandri cu privire la soluiile de consolidare a podului:

Realizarea unei variante de drum de ocol pentru autovehiculele cu greutate total mai mare de 3 tone pentru protejarea podului

Decopertarea carosabilului, stratului de balast din fundaia acestuia i ndeprtarea pturii de roc puternic dezagregat i alterat de sub carosabil.

Curarea prin suflare cu aer a suprafeei rocii decopertate. Consolidarea blocurilor mari de roc, parial dislocate, prin ancore autoforate i cimentate Refacerea feelor laterale ale masivului de roc prin lucrri de zidrie sub form de ziduri de

sprijin, executate din blocuri de calcar, astfel nct aspectul masivului de roc consolidat s fie ct mai apropiat de cel natural.

Realizarea a dou iruri de ancore cimentate, dispuse pe prile laterale ale carosabilului. Aceste iruri de ancore cimentate au avut dublu rol: consolidarea masivului de roc i

901

realizarea unor ecrane care s npiedice dispersia suspensiilor de ciment care s-au injectat ulterior la presiunea de 1 - 2 atm.

Turnarea unei plci de beton armat cu grosimi de ordinul a 30-40cm, pe toat suprafaa viitorului carosabil. Placa de beton armat s-a realizat pe masivul de roc prin ancore autoforate i injectate cu lapte de ciment, precum i injecii efectuate n guri forate cu adncimi de 1,5 3,00m.

Placa de beton i ancorele laterale realizate prin ancore i injecii de ciment au constituit o incint n interiorul creia s-au putut efectua injeciile de consolidare.

3.2 Etapa 2 - Proiectarea lucrrilor

3.2.1 Soluia constructiv de consolidare Cu toate investigaiile care au fost fcute, a rmas totui un anumit grad de necunoatere a

alctuirii intime a pachetului de roci. Nu au fost cunoscute traseele i mrimea fisurilor, rezistena materialului alterat din fisuri i, n ansamblu, punctele de ncletare a blocurilor ce aveau tendina s cad, datorita poziiei lor n consol, etc.

Din acest motiv s-au avut n vedere toate msurile de precauie, privind alegerea soluiei dar i de protecie a muncii.

S-a fcut o analiz preliminar pentru alegerea soluiei, urmrindu-se dou ipoteze : ndeprtarea blocurilor nestabile pentru evitarea degradarii instantanee a drumului, ca urmare

a prbuirii lor; conservarea situatiei actuale, spectaculoase pentru privitori venii aici special pentru ineditul

ntregii zone. Varianta de soluie privind ndeprtarea blocurilor mari, cu greuti de pn la 50-60 t, aezate

haotic unele peste altele, cu ajutorul unor utilaje de mare tonaj prezenta un mare pericol de declanare a unor prbuiri n serie.

n urma analizei fcute de specialitii tuturor prilor implicate s-a optat pentru consolidarea blocurilor n poziia existent.

Soluia constructiv proiectat s-a realizat cu ntreruperea total a circulaiei , pe ntreaga perioad de lucru, traficul fiind deviat pe o variant ocolitoare realizat special pentru aceast investiie.

Soluia de consolidare i conservare a constat din: Consolidarea primar a blocurilor n consol i a pereilor laterali n partea dinspre dolin, n zona superioar a bolii podului, blocurile de roc, cu

dimensiuni mari, se aflau ntr-o poziie de stabilitate labil. Echilibrul volumului de roci dislocate era dependent, n principal de un bloc dislocat i deplasat, fixat ntr-o poziie astfel nct n orice moment putea s se desprind i s provoace o prbuire n lan a blocurilor de deasupra (Fig. 5 i 6).

902

Figura 5. Schema de consolidare primar cu ancore a blocurilor instabile

Figura 6. Profil transversal tip consolidare cu ancore i injecii

Consolidarea primar a blocurilor de calcar care erau ntr-o stabilitate la limit s-a fcut prin betonarea golului din spatele blocului rsturnat, realizndu-se o prim legtur ntre acesta i masivul de roc. Astfel s-a realizat un reazem suplimentar pentru cele dou dale din roc de deasupra. Pentru consolidarea primar s-au prevzut prin proiect i s-au realizat urmtoarele lucrri:

1. S-a decopertat calea pe pod (straturile asfaltice) i s-a ndeprtat materialul granular (balast) pn la roc dup care s-a fcut o curire a suprafeei.

2. nainte de realizarea betonrii s-a fcut o prindere a blocului rsturnat cu ajutorul unui jug pentru a crea o stabilitate pe perioada execuiei lucrrilor (Fig. 7).

903

Figura 7. Montarea jugului metalic de susinere a blocului instabil pe perioada execuiei lucrrilor

Prinderea blocului n consol s-a fcut cu cabluri ancorate la nivelul drumului. Tipul, dimensiunile i poziia de prindere au fost stabilite mpreun cu constructorul, n funcie de tehnologia folosit. Jugul de prindere a blocului n consol a avut o structur realizat din profile metalice i a fost ancorat prin intermediul unor cabluri metalice. Cablurile au fost ancorate la capete n blocuri de beton care au fost legate de masivul de roc prin cte dou ancore. nainte de tensionarea cablurilor s-a fcut o mpnare a spaiilor dintre jug i roc pentru ca legtura ntre cele dou s se fac ct mai continuu. Tensionarea cablurilor s-a fcut treptat i numai ct s susin blocul fr ns a-l disloca de pe poziia pe care o ocupa n acel moment.

3. Betonarea golurilor din spatele blocului rsturnat s-a fcut prin realizarea n lateral a unor cofraje mai nalte dect partea superioar a golului i betonarea printr-o plnie (Fig. 8).

4. Realizarea ancorelor de fixare a blocurilor de roc instabile s-a fcut de firma de specialitate S.C. GEOSONG S.A. conform schemei prevzute n proiect i prezentate mai sus. Lungimea ancorelor a fost aleas astfel nct partea lor inferioar s ajung la pachetul de roc stabil.

Figura 8. Schema de consolidare primar betonarea zonei din jurul blocului instabil i ancorajele

Marga

904

Figura 9. Ancorele de susinere a blocurilor instabile

5. Tot n cadrul consolidrii primare s-a realizat curirea feelor laterale (dinspre dolin) de blocurile de roc instabile.

3.2.2 Injectarea de monolitizare a masivului de roc n bolta podului 1. S-a realizat o plac din beton armat (Fig. 10). Aceast plac are rolul de nchidere a prii

superioare (capac) pentru realizarea injeciilor dar i de a se putea realiza cotele necesare pentru linia roie a drumului. n placa de beton au fost lsate tuburi din PVC cu diametru de 60mm pentru injectarea ulterioar.

Figura 10. Placa din beton armat

2. Injectarea masivului de roc S-au realizat nti injecii de contur pentru a crea a barier impermeabil prin colmatarea fisurilor din zona marginal i apoi s-au realizat injecii pe zona central. De asemenea pe marginea dinspre amonte a podului s-au realizat ancoraje pentru a lega blocurile de la partea superioar (mai puin stabile) de masivul de roc de la partea inferioar care este stabil (Fig. 11).

905

Figura 11. Acorarea i injectarea bolii podului

3.2.3 Amenajarea feelor vzute Dup finalizarea lucrrilor de injecii s-au curat suprafeele de material instabil i s-a realizat zidria pe partea amonte a podului. Pentru ncadrarea lucrrii n mediul nconjurtor zidria a fost realizat cu piatr natural provenit din blocurile czute (Fig. 12).

Figura 12. Amenajarea feelor amonte cu zidrie din piatr

3.2.4 Refacera structurii rutiere din zona podului n final s-a refcut structura rutier pe pod realizndu-se dou straturi de asfalt turnate pe placa din beton. Se fcut o analiz a scurgerii apei pluviale de pe drum n urma creia s-au luat masurile necesare de drenare a acestora.

Astfel podul a fost redat n exploatare ns numai pentru trafic uor i pietonal. n urma lucrrilor de consolidate i conservare efectuate podul a putut fi repus n exploatare

pentru trafic pietonal i auto uor, restricionat la 3 tone. Pentru trafic greu exist deja realizat drumul nou, care ocolete podul natural.

906

4 CONCLUZII

Consolidarea i conservarea podului natural de la Ponoarele reprezint unul dintre prea puinele proiecte de protecie a mediului geologic cu destinaie turistic, finalizate pn n prezent n Romnia.

Un mare numr de monumente naturale, care privesc mediul geologic, asociate uneori i cu monumente istorice valoroase, ateapt un semnal de salvare nainte de a fi pierdute, iremediabil (vezi Complexul balnear turistic Slnic Prahova, Vulcanii noroioi, Focurile vii, Lacurile terapeutice din Cmpia Joas Buzu - Brila etc.).

Din punct de vedere legislativ, n domeniul geotehnicii nu exist nici un normativ, ghid, instruciune .a. destinat cercetrii i conservrii monumentelor naturale care au legtur cu mediul geologic i industria turistic.

Subiectul rmne deschis, cu sperana c ntr-un viitor nu prea ndeprtat acest domeniu va fi reabilitat i pus n valoare la adevratul potenial de care dispune.

907