6. PROIECTAREA EXCAVATIILOR ADANCI
(1) La proiectarea excavatiei se vor respecta reglementarile tehnice in vigoare referitoare la diferitele tipuri de excavatii, precum: excavatii taluzate in pamant natural, excavatii taluzate in pamant ranforsat, excavatii verticale sprijinite sau excavatii cu elemente autoportante.
(2) Vor fi evaluate deformatiile terenului din zona adiacenta cauzate de excavatie si, daca este cazul, de variatiile nivelului apei subterane in cuprinsul terenului de fundare pentru constructiile existente invecinate. Acestea vor fi comparate cu valorile admisibile pentru constructiile existente. Daca deformatiile estimate sunt inacceptabile, va fi revazuta solutia incintei, se vor lua masuri de mentinere la cota initiala a nivelului apei subterane sub constructiile existente, etc.
(3) Se va tine seama de eventuala ridicare a nivelului apei care conduce la cresterea impingerilor asupra peretelui excavatiei si la sporirea debitelor concentrate care pot afecta negativ stabilitatea generala.
(4) Lucrarile de sustinere a peretilor incintei trebuie sa reziste la actiunea cutremurelor, iar deplasarile acestora nu trebuie sa afecteze constructiile si instalatiile din zona adiacenta.
(5) Excavatia adanca definita la art. 1.1 se incadreaza, de regula, in categoria geotehnica 3, astfel cum aceasta este definita in NP 074. Stabilirea categoriei geotehnice se face in functie de urmatorii factori: conditiile de teren, nivelul apei subterane, incadrarea constructiei in categoria de importanta, vecinatatile si zona seismica.
(6) Proiectul excavatiei adanci va fi verificat de un verificator atestat pentru domeniul Af.
6.1. Stabilirea caracteristicilor geometrice ale excavatiei
6.1.1. Dimensiunile in plan
(1) Dimensiunile in plan ale excavatiei deriva din tema de proiectare, prin care se urmareste, de regula, un grad cat mai ridicat de ocupare cu constructii a amplasamentului, cu respectarea legislatiei in vigoare.
(2) Atunci cand pe conturul amplasamentului se afla cladiri, se va cauta, pe cat posibil, distantarea limitelor excavatiei fata de cladirile invecinate, pentru a se reduce riscurile la care executarea excavatiei le poate expune pe acestea.
(3) Stabilirea distantei noii constructii fata de limita proprietatii se va face cu respectarea spatiului de lucru minim impus de executia peretelui de sprijin (fig. 2).
(4) In conditiile realizarii viitoarei constructii in contact cu peretele de sprijinire a taluzului incintei, dimensiunea spatiului IV din figura 2 se reduce in consecinta.
(5) In cazul in care peretele de sprijinire a taluzului incintei are rol de perete definitiv al noii constructii, spatiile de lucru vor fi modificate corespunzator.
6.1.2. Stabilirea adancimii excavatiei
(1) Adancimea excavatiei rezulta din numarul de niveluri subterane specificate prin tema de proiectare a noii constructii si din solutia de fundare aleasa. Totusi, este necesar ca definitivarea acestei adancimi sa se faca dupa cunoasterea conditiilor geotehnice si hidrogeologice de pe amplasament, in mod particular a nivelului si caracterului panzelor de apa subterana interceptate in forajele de investigare a terenului de fundare. Intrucat dificultatile si riscurile cresc in masura apreciabila prin coborarea cotei finale de excavare sub nivelul apei subterane, trebuie avuta intotdeauna in vedere posibilitatea limitarii numarului de niveluri subterane, pentru reducerea acestor dificultati si riscuri.
(2) Pe parcursul realizarii excavatiilor in pamanturi argiloase, odata cu cresterea adancimii exista riscul umflarii fundului sapaturii, ca urmare a scaderii presiunii geologice (fig. 3). Tendinta de umflare creste odata cu marimea dimensiunilor in plan ale excavatiei.
(3) Prin proiect se va stabili tehnologia de executie a fundatiei noii constructii, astfel incat sa se realizeze fundarea acesteia la cota din proiect. In cazul fundatiei pe radier, atunci cand betonarea nu se poate realiza continuu, una dintre masurile tehnologice indicate este excavarea partiala si executia radierului pe ploturi, evitand descoperirea totala a incintei la cota finala de fundare.
(4) In cazul in care este justificat, inainte de efectuarea sapaturilor se poate recurge la masuri de consolidare prin injectari ale terenului aflat sub cota finala a excavatiei.
(5) In situatia in care sub nivelul cotei inferioare a incintei se gaseste un strat impermeabil de greutate G sub care se afla un acvifer sub presiune de rezultanta S, exista riscul de rupere hidraulica a bazei excavatiei (fig. 4). In acest caz, trebuie efectuata verificarea privind efectul subpresiunii, respectiv la starea limita ultima UPL, in conformitate cu SR EN 1997-1. In cazul unui rezultat nefavorabil, se vor lua masuri de depresionare a acviferului, inainte de inceperea lucrarilor de executie a incintei.
6.2. Stabilirea solutiei de excavare
(1) In functie de dimensiunile in plan si de adancimea excavatiei, de conditiile geotehnice/hidrogeologice si de vecinatati, excavatiile adanci se pot realiza fara sprijinire (taluzate) sau sprijinite. In ambele situatii se va avea in vedere verificarea la starile limita ultime GEO si STR, conform SR EN 1997-1.
(2) Tinand seama de particularitatile de pe fiecare latura a unei incinte excavate, se pot alege solutii diferite de sprijinire pentru fiecare dintre laturi.
(3) Alegerea solutiei de excavare se va face in urma unui calcul tehnico-economic, in care vor fi comparate diferitele solutii posibil a fi realizate.
(4) Solutia de excavare trebuie sa aiba in vedere concluziile expertizelor tehnice privind starea tehnica a constructiilor si instalatiilor din zona adiacenta, efectuate potrivit legislatiei in vigoare pentru punerea in siguranta a acestora.
6.2.1. Excavatii nesprijinite (taluzate)
(1) Excavatiile taluzate pot fi avute in vedere doar in situatiile in care intre limitele in plan ale constructiei pentru care este necesara excavatia si conturul amplasamentului ramane o zona de teren suficient de mare pentru a se putea inscrie un taluz.
(2) Aceasta solutie de excavare este indicata, indeosebi, in situatia in care nivelul apei subterane se afla sub cota inferioara a sapaturii sau, daca se afla deasupra acestei cote, atunci cand volumul de apa acumulat prin peretii si baza excavatiei este redus si poate fi controlat fara riscuri.
(3) Sursele de risc pot proveni din pierderea stabilitatii taluzului pe zone mai mult sau mai putin extinse, cauzata de factori naturali sau antropici.
(4) In functie de natura terenului si de distanta intre baza excavatiei si suprafata terenului, excavatiile taluzate se pot realiza in doua variante, in pamant natural si, respectiv, in pamant ranforsat.
6.2.1.1. Taluzuri in pamant natural
(1) Prin proiectare se vor stabili pantele taluzurilor, inaltimea acestora, pozitia si latimea bermelor, sistemul de colectare si evacuare a apelor, etc.
(2) Avantajul solutiei consta in simplitatea executiei, indeosebi in cazurile in care nu sunt necesare epuizmente. Dezavantajul il reprezinta volumele mai mari de terasamente.
(3) In figura 5a se prezinta o solutie cu excavatii limitate de un taluz executat in pamant natural, cand nivelul apei subterane este situat sub nivelul excavatiei.
(4) In cazul prezentei apei subterane deasupra cotei de excavare si a unui debit considerabil se prevede, de regula, un ecran de etansare executat in spatele viitorului taluz (fig. 5b). Ecranul poate fi realizat din palplanse, panouri sau piloti secanti din beton, elemente subtiri, voal de etansare, etc.
6.2.1.2. Taluzuri in pamant ranforsat
(1) Pentru reducerea volumelor excavate se pot adopta pante ale taluzului mai apropiate de verticala, obtinute prin ranforsarea terenului cu elemente capabile sa preia solicitari de tractiune. Acestea se introduc cu o usoara inclinare in jos in raport cu orizontala si se realizeaza din bare metalice introduse in pamant prin batere sau in gauri forate si apoi fixate prin injectare (a se vedea standardul SR EN 14490).
(2) Un taluz din pamant ranforsat se realizeaza "de sus in jos", pe masura excavarii, in trepte. Dupa introducerea elementelor de ranforsare, fata taluzului este protejata cu un strat de beton torcretat sau alte solutii care asigura si fixarea capatului tintelor.
(3) Aceasta solutie se poate alege in situatia in care pamantul are o coeziune suficienta, astfel incat fata expusa a sapaturii sa fie stabila in intervalul de timp cuprins intre lucrarile de excavatie si de protectie.
In figura 6 se prezinta cele patru faze de executie ale unei excavatii taluzate in pamant ranforsat.
6.2.1.3. Taluzuri in teren consolidat
(1) Pentru reducerea amprizei sapaturilor necesare excavatiei pot fi avute in vedere solutii de consolidare a terenului de pe conturul viitoarei incinte prin injectare, vibrare de adancime sau prin malaxare a pamantului, rezultand o structura de pamant-ciment (a se vedea standardele SR EN 12715, SR EN 12716, SR EN 14731 si SR EN 14679).
(2) Injectarea se poate face cu presiune joasa sau inalta (jet grouting). La proiectare vor fi avute in vedere tehnologia, precum si reteta care trebuie aplicata pentru realizarea unui masiv de pamant stabil.
(3) Daca nivelul apei subterane se afla deasupra nivelului excavatiei, este obligatorie obtinerea unei permeabilitati cat mai reduse.
(4) Procedeul de malaxare poate fi combinat cu cel de injectare cu presiune inalta. De asemenea, se pot introduce bare de armatura.
(5) La executia lucrarilor exista surse de risc provenite din impactul negativ asupra constructiilor din zona adiacenta, respectiv patrunderea suspensiei in subsoluri, cresterea deformatiilor, etc.
(6) In cazul unor defecte care sunt sesizate in timpul sapaturii, sub nivelul apei subterane, este foarte dificila interventia pentru reparare.
6.2.2. Excavatii sprijinite (verticale)
(1) Excavatiile verticale sprijinite sunt excavatii realizate la adapostul unor lucrari de sustinere. Proiectarea geotehnica a lucrarilor de sustinere se va face in conformitate cu prevederile normativului NP 124.
(2) Se disting doua categorii principale de lucrari de sprijinire utilizate pentru realizarea in zone urbane de excavatii adanci verticale: cu folosirea de elemente prefabricate sau cu pereti ingropati.
(3) In cazul in care peretele nu este autoportant, impingerea pamantului este transferata unui sistem de sustineri interioare format din filate si spraiture/tiranti de ancorare.
(4) La realizarea excavatiilor sprijinite trebuie asigurate cerintele specifice de rezistenta si etanseitate.
6.2.2.1. Sprijiniri folosind elemente prefabricate
Sprijinirile la care se folosesc elemente prefabricate sunt, de regula, sprijiniri cu caracter temporar, la care se urmareste recuperarea si reutilizarea elementelor utilizate.
6.2.2.1.1 Sprijiniri cu dulapi, filate si spraiture
(1) Aceasta solutie poate fi aplicata doar in cazul in care excavatia nu implica realizarea de epuizmente.
(2) In cazul folosirii spraiturilor inclinate, un dezavantaj al utilizarii acestui sistem il reprezinta faptul ca reclama o suprafata in plan relativ mare, care reduce din suprafata disponibila pentru constructia definitiva.
(3) In figura 7 se prezinta o sprijinire cu dulapi verticali, filate orizontale si spraiture inclinate.
(4) In cazul utilizarii sprijinirilor cu dulapi, filate si spraiture, sursele de risc pot proveni din scurgerea materialului din terenul adiacent prin rosturile dintre dulapii verticali, precum si la dezafectarea sprijinirii, care trebuie facuta in corelare cu executia noii constructii si prezenta constructiilor din zona adiacenta.
6.2.2.1.2 Sprijiniri cu palplanse
(1) Palplansele sunt elemente din lemn, din profile metalice sau din material plastic, introduse in teren prin batere sau vibrare pentru a forma un perete vertical impermeabil (a se vedea si standardul SR EN 12063).
(2) Peretii din palplanse se utilizeaza mai ales in situatiile in care nivelul apei subterane este situat deasupra cotei finale de excavare.
(3) In figura 8 se prezinta un perete din palplanse la care, pe masura excavarii, sustinerea este completata prin filate si spraiture.
(4) La extragerea palplanselor se va urmari sa nu se produca deteriorari ale hidroizolatiei noii constructii.
(5) In cazul utilizarii sprijinirilor cu palplanse in zone urbane, sunt unele riscuri de care trebuie sa se tina seama:
a) la introducerea palplanselor, vibratiile propagate in teren pot afecta cladirile si retelele de utilitati din zona, iar zgomotul produs este un factor de poluare sonora care poate atinge limite inacceptabile;
b) in exploatare, din cauza realizarii necorespunzatoare a rosturilor, poate sa apara un aflux de apa care antreneaza particulele fine de pamant din exterior;
c) la extragerea palplanselor, se pot crea goluri in terenul de sub constructiile existente, in cazul in care terenul contine straturi de pamant cu coeziune mare.
6.2.2.1.3 Sprijiniri in "sistem berlinez"
(1) "Sistemul berlinez" consta in introducerea pe conturul peretelui, la distante care rezulta prin calcul, a unor elemente metalice cu profil dublu T, introduse sub cota finala de excavare.
(2) Introducerea profilelelor poate fi realizata prin batere sau in gauri de foraj betonate.
(3) Pe masura excavarii, pe aripile profilelelor metalice sau in spatele acestora sunt impanati dulapi orizontali din lemn.
(4) Utilizarea "sistemului berlinez" se poate face in pamanturi care poseda suficienta coeziune pentru a-si mentine stabilitatea pe inaltimea de excavare corespunzatoare dulapilor care se introduc, pe amplasamente in care nivelul apei subterane este situat sub cota finala de excavare, fie in mod natural, fie printr-o coborare generala a acestui nivel.
(5) In locul profilelelor metalice se pot executa piloti forati, intre care se executa o protectie a terenului prin torcretare, cu sistemul de drenaj aferent.
(6) In figura 9 se prezinta o sectiune orizontala printr-un perete realizat cu "sistemul berlinez" cu utilizarea de profile metalice.
(7) In cazul utilizarii sprijinirilor in "sistem berlinez", riscurile pot fi cauzate de marimea deformatiilor orizontale care apar la partea superioara a sprijinirii si care pot conduce la tasari ale terenului si, implicit, ale constructiilor din zona adiacenta. Fenomenul este accentuat de posibilitatea scurgerii materialului fin printre dulapi.
6.2.2.2. Sprijiniri cu pereti ingropati
(1) Peretii ingropati sunt lucrari de sustinere executate direct in amplasament pe conturul viitoarei incinte, sub protectia carora se realizeaza excavatiile adanci. Uneori, peretii ingropati pot servi si ca fundatii de adancime sau pereti portanti avand caracter definitiv. In acest caz trebuie adoptate detaliile necesare impuse de conlucrarea cu structura si de cerintele specifice. Proiectarea, executia, monitorizarea si receptia peretilor ingropati se face in conformitate cu prevederile normativului NP 113.
(2) In functie de alcatuirea constructiva, peretii ingropati se clasifica in: pereti din panouri si pereti din piloti forati.
6.2.2.2.1 Pereti din panouri
(1) Peretii din panouri pot fi realizati din beton monolit (pereti mulati) sau din elemente prefabricate.
(2) Peretii mulati sunt realizati prin turnarea in teren a betonului, dupa ce in prealabil a fost excavata, sub protectia noroiului bentonitic, o transee in care se introduce carcasa de armatura (fig. 10). Etanseitatea rostului dintre panouri este asigurata prin elemente speciale.
(3) Peretii ingropati din elemente prefabricate se obtin prin lansarea unor elemente prefabricate intr-o transee, excavata sub protectie de noroi bentonitic, substituiti apoi de noroi autointaritori, sau excavata direct sub protectie de noroi autointaritori (a se vedea si NP 124). Etanseitatea este asigurata prin intarirea noroiului autointaritor si prin profile de material plastic introduse in rostul dintre elemente.
(4) Dezavantajele utilizarii panourilor prefabricate rezida din greutatea mare a elementelor care trebuie introduse in transee si din dificultatile de amenajare a rostului.
(5) In cazul utilizarii peretilor din panouri, sursele de risc, in special la executie, provin din:
a) deprecierea caracteristicilor noroiului bentonitic prin actiunea de spalare de catre apa subterana in miscare;
b) prezenta unor pamanturi macrogranulare, terenuri cu permeabilitate mare sau cavitati care pot cauza pierderea brusca a fluidului stabilizator sau o cadere brusca a betonului in timpul turnarii;
c) prezenta bolovanilor sau a oricaror obstacole subterane, care pot cauza dificultati la excavare;
d) viteza de scurgere prea mare a apei subterane, care poate antrena particulele fine din betonul proaspat turnat, creand astfel zone neetanse;
e) neasigurarea unei diferente suficiente intre nivelul noroiului in transee si nivelul apei subterane;
f) neasigurarea unui flux neintrerupt al fazelor de executie (saparea panoului, lansarea carcasei de armatura si a pieselor de rost, betonarea) si nerespectarea intervalelor de timp admise intre faze;
g) imersarea insuficienta in beton a tubului cu palnie pentru betonare si manevrarea gresita a acestuia;
h) utilizarea de panouri prea lungi, care reduce numarul de rosturi, dar poate conduce la o betonare necorespunzatoare, cu formarea de incluziuni de noroi in masa betonului, prin care se pot produce scurgeri importante de apa, mai ales sub presiuni hidrostatice mari (la un nivel ridicat al apei subterane asociat cu o excavatie foarte adanca); de asemenea, scade gradul de siguranta al excavatiei executate langa calcanul unei constructii adiacente. In acest caz, se limiteaza lungimea unui panou la dimensiunea cupei de excavare, iar trecerea la executia unei noi transee trebuie sa se faca numai dupa betonarea panourilor adiacente;
i) modul de realizare a rosturilor verticale dintre panouri, precum si a rosturilor intre perete si radier;
j) extragerea necontrolata a elementelor de rost.
6.2.2.2.2 Pereti din piloti forati
(1) Peretii ingropati din piloti forati cu interspatii (fig. 11a) sau dispusi practic tangenti se utilizeaza in amplasamente in care nu se impun conditii de impermeabilitate a peretelui.
(2) Atunci cand se impun asemenea conditii, se folosesc pereti din piloti secanti, dintre care pilotii primari sunt nearmati, din beton, mortar sau din alt material cu rezistenta scazuta, iar cei secundari sunt armati (fig. 11b). In cazul peretilor ingropati cu caracter definitiv, care fac parte din structura viitoarei constructii, pilotii primari vor fi dimensionati in consecinta.
(3) Alegerea tipului de pilot se face in functie de conditiile de teren, de nivelul apei subterane si de vecinatati, utilizand metode de excavare continua sau discontinua, si aplicand, acolo unde este necesar, metode de sustinere a peretilor forajului.
(4) Se vor realiza astfel, in principal, piloti forati in uscat si netubati, piloti forati sub noroi bentonitic, piloti forati cu tubaj recuperabil sau piloti forati cu snec continuu.
(5) Pentru sustinerea peretilor excavatiei pot fi utilizati micropiloti doar daca nivelul apei subterane este sub cel al excavatiei, din cauza dificultatii de secantare la diametre mici (a se vedea standardul SR EN 14199).
(6) In cazul utilizarii peretilor din piloti forati, sursele de risc pot proveni din urmatoarele situatii:
a) numarul mare de rosturi verticale dintre piloti;
b) lipsa unui element de rost;
c) zona secantata se poate reduce la lungimi mari ale pilotilor;
d) executia succesiva poate produce deteriorari ale pilotilor adiacenti;
e) existenta unui strat afanat, moale, aflat aproape de partea superioara a pilotului, care poate conduce la formarea de cavitati la extragerea tubajului;
f) extragerea prea rapida a snecului intr-un pamant necoeziv;
g) daca viteza de extragere a tubajului nu este suficient de redusa poate produce vibratii care pot sa afecteze constructiile din zona adiacenta;
h) in cazul forarii sub protectia noroiului bentonitic, vor fi avute in vedere aspectele prezentate la peretii din panouri.
6.3 Sustinerea peretilor excavatiei
(1) Sustinerea peretilor excavatiei, se poate face in interior, prin spraituire sau prin plansee de beton armat, sau in exterior, prin ancorare.
6.3.1 Sustineri interioare prin spraituire
(1) Principalele elemente constructive care alcatuiesc sistemul prin spraituire sunt: filatele dispuse perimetral (elemente incovoiate), spraiturile (elemente comprimate) si popii, acolo unde este necesara reducerea lungimii de flambaj a spraiturilor.
(2) La contactul cu peretele excavatiei, spraiturile trebuie impanate sau precomprimate, astfel incat sa fie impiedicata deplasarea spre incinta a peretelui sprijinit.
(3) Dezavantajul sistemului il reprezinta aglomerarea incintei cu spraiture, contravantuiri, popi etc., ceea ce ingreuneaza excavarea si, in general, activitatile de constructie asociate lucrarii subterane.
(4) In figura 12 se prezinta in plan si in sectiuni verticale diferite moduri de realizare a unor sustineri prin spraituire.
(5) Tehnologia de sustinere prin plansee de beton armat, cunoscuta si sub denumirea de "metoda milaneza" sau "metoda de sus in jos", implica turnarea la suprafata terenului a unui planseu din beton armat in care se lasa goluri care vor servi, ulterior, la accesul lucratorilor si echipamentelor, la evacuarea pamantului si la ventilarea zonei de lucru din incinta.
(6) Saparea se face sub planseu, care indeplineste rolul de sprait pentru peretii ingropati. Prin proiectare vor fi stabilite tehnologia de lucru, modul de legatura a planseelor si radierului cu peretele ingropat, rezistenta peretelui sub planseu pana la turnarea planseului inferior, precum si deformatiile peretelui intre doua plansee consecutive. Inainte de turnarea planseului, se pot introduce in teren piloti care sa sustina planseul.
6.3.2. Sustineri interioare prin plansee de beton armat
(1) In figura 13 sunt prezentate etapele de executie ale infrastructurii unei cladiri inalte cu subsoluri multiple, realizata prin "metoda de sus in jos".
(2) Metoda "de sus in jos" este indicata in situatiile in care se impun limitari severe ale deplasarilor peretilor ingropati sau in cazul unor deschideri mari ale incintei. La utilizarea sustinerilor interioare prin plansee de beton armat apar, totusi, dificultati la realizarea sapaturii si betonarii sub plansee.
6.3.3. Sustineri exterioare prin ancoraje in teren
(1) Ancorajele in teren (fig. 14) reprezinta elemente structurale capabile sa transmita la un strat portant de pamant fortele de intindere care le sunt aplicate, prin intermediul unui bulb. In acest caz, pentru ancorare pot fi folosite sarme, toroane sau bare.
(2) Alegerea sistemului de sustinere prin ancoraje in teren depinde de numerosi parametri, intre care:
a) respectarea legislatiei in vigoare pentru executia ancorajelor in teren in afara limitelor proprietatii;
b) natura terenului si comportarea in timp a acestuia;
c) regimul apei subterane in momentul executarii ancorajelor si, ulterior, in faza de excavare;
d) agresivitatea mediului, inclusiv a apei subterane;
e) pozitia fundatiilor si a subsolurilor cladirilor invecinate, ca si a retelelor de utilitati existente.
(3) La proiectare vor fi analizate si urmatoarele aspecte:
a) caracterul definitiv sau permanent al ancorei;
b) necesitatea efectuarii in timp a unor interventii la sistemul de ancoraj;
c) conditiile in care este obligatorie scoaterea ancorajelor provizorii de sub constructiile din zona adiacenta, in conformitate cu legislatia in vigoare;
d) efectul fortei de tensionare si a presiunii de injectare asupra constructiilor din zona adiacenta;
e) efectele pe care realizarea ancorajelor le poate avea asupra acestor constructii (de exemplu tasari in faza de forare, ridicari in faza de injectare a suspensiei sau mortarului, efectul asupra apei subterane etc). In cazul ancorelor definitive se recomanda efectuarea de evaluari asupra comportarii in timp a acestora, facandu-se precizari asupra modalitatilor de intretinere si de interventie in cazul aparitiei unor defectiuni.
(4) Nu se recomanda folosirea ancorajelor in cazul in care nivelul hidrostatic se afla deasupra punctului de pornire al forajului, atunci cand acest nivel nu poate fi coborat sau cand nu se dispune de o tehnologie adecvata care sa permita prevenirea curgerii apei, cu antrenarea particulelor de pamant.
(5) In cazul folosirii unor ancoraje (tiranti) definitive in pamanturi argiloase, se va tine seama de consistenta acestor pamanturi. Va fi considerata adecvata acea tehnologie care a fost gasita corespunzatoare in toate fazele de executie a ancorajului (forare, armare, injectare), pe baza unor incercari in situ.
(6) Alegerea solutiei cu ancoraje implica o serie de surse de risc provenite, in principal, din suprapunerea unor factori, cum ar fi: nivelul ridicat al apei subterane, influenta variatiei nivelului acestei ape, prezenta unor strate de pamanturi usor antrenabile de apa in miscare, intalnirea unor cavitati, curgerea lenta a terenului in care se afla bulbul, lungimea mare a ancorajelor, prezenta unor cladiri si retele de utilitati in apropiere.
6.4. Stabilirea solutiei de epuizment
6.4.1. Aspecte generale
(1) Prezenta apei subterane pe amplasamentul excavatiei adanci reprezinta un factor de care trebuie sa se tina seama la proiectarea si executia lucrarii.
(2) In scopul indepartarii apei din excavatie si al asigurarii conditiilor de lucru in uscat este necesara efectuarea de lucrari de epuizment.
(3) Principalele metode prin care se asigura executarea excavatiilor adanci in prezenta apei subterane sunt urmatoarele:
a) pomparea directa a apei care patrunde prin peretii si fundul excavatiei;
b) coborarea generala a nivelului apei subterane, prin filtre aciculare sau puturi-filtre, realizata inainte de excavare;
c) realizarea unor bariere etanse, care sa impiedice apa subterana sa patrunda in excavatie.
(4) Alegerea metodei celei mai eficiente depinde de numerosi factori, dintre care: dimensiunile in plan si adancimea excavatiei; grosimea si natura straturilor de pamant; marimea presiunii apei in fiecare strat; prezenta in vecinatate a unor constructii si retele de utilitati; perioada de timp cat va ramane deschisa excavatia.
(5) In cazul in care nivelul apei subterane este situat deasupra cotei inferioare a sapaturii, se va intocmi un Proiect de epuizmente, in care se vor detalia lucrarile de dirijare, colectare si evacuare din incinta a apelor infiltrate si a apelor provenite din precipitatii (a se vedea si NP 134). Proiectul va contine toate masurile necesare coborarii nivelului apelor subterane sub cota finala a excavatiei si mentinerea acestui nivel coborat pe perioada de executie a lucrarilor in incinta. Se vor efectua verificari la starile limita ultime GEO, HYD si UPL, conform SR EN 1997-1.
(6) Pentru colectarea apelor pluviale sau a unor infiltratii reduse, se va executa un sistem de rigole care sa adune apele in interiorul unor base, de unde acestea vor fi evacuate prin pompare si conduse in sistemul de canalizare al zonei. Acest sistem de rigole va fi amplasat cat mai departe posibil de baza ecranului incintei.
(7) Rigolele vor fi captuste cu materiale filtrante, pentru a se evita antrenarea excesiva a materialului fin din terenul de fundare. In acelasi scop, basele din care se evacueaza apa vor fi amenajate pentru pompare cu pompe de material fin.
(8) Solutiile tehnice de realizare a epuizmentelor se vor alege functie de particularitatile amplasamentului si se vor corela cu tehnologia de executie a lucrarilor din interiorul incintei.
(9) Programul de pompare se va intocmi inainte de inceperea lucrarilor si se va adapta in perioada de executie, in functie de necesitati.
(10) La alegerea si aplicarea metodei de epuizment este necesara indeplinirea unor conditii de baza, care se refera la:
a) nivelul coborat al apei subterane, care trebuie monitorizat in permanent, pentru evitarea variatiilor care pot afecta atat stabilitatea excavatiei si continuitatea lucrarilor de constructie, cat si stabilitatea constructiilor invecinate;
b) excavatie, care trebuie sa ramana in permanenta stabila, fara sa se produca alunecari ale malurilor sau umflari excesive ale bazei;
c) stratul purtator de apa care, in cazul in care este un pamant granular neuniform, se poate comporta ca un filtru invers, capabil sa previna pierderea de pamant prin pompare; daca acest lucru nu se intampla, in jurul putului de descarcare trebuie realizat un filtru invers, pentru a impiedica antrenarea unor pamanturi cum sunt prafurile nisipoase, nisipurile prafoase si nisipurile fine;
d) instalatia de pompare, care trebuie prevazuta cu capacitati si surse de energie de rezerva.
(11) In cazul utilizarii epuizmentelor, riscurile pot apare in cazul diferentelor mari intre nivelul apei subterane si cota inferioara a sapaturii, cand debitele prea mari necesar a fi evacuate conduc la antrenarea excesiva de material sau nu pot fi stapanite. De asemenea, aceasta situatie poate determina scaderea nivelului apei subterane si in afara incintei, ceea ce poate provoca tasari ale terenului din zona adiacenta.
6.4.2. Epuizment prin pompare directa
(1) In fig. 15 sunt prezentate scheme de utilizare a pomparii directe in cazul unei excavatii taluzate. Apa infiltrata este colectata prin santuri sau drenuri si dirijata la un sistem de pompare amplasat intr-o zona special amenajata (basa).
(2) La o diferenta redusa intre nivelul initial al apei subterane si cota de excavare si la un taluz suficient de lin (fig. 15a), riscul de pierdere a stabilitatii malului excavat este mic. Daca diferenta de nivel este mare iar taluzul este mai apropiat de verticala (fig. 15b), apa in miscare poate provoca deplasarea particulelor de pamant si pierderea stabilitatii taluzului prin eroziune, mai cu seama in pamanturi de tipul nisipurilor fine sau nisipurilor uniforme.
(3) Stabilitatea unui astfel de taluz se poate imbunatati prin asternerea unei "saltele" din pietris sau piatra sortata, cu rol de filtru invers (fig. 15c). In terenuri neuniforme alcatuite din pietrisuri cu nisip, riscul de instabilitate este mai redus, intrucat pamantul insusi actioneaza ca un filtru.
(4) In figura 16 sunt aratate conditiile epuizmentului prin pompare directa in cazul unei excavatii la adapostul unui perete etans, a carui baza se opreste in stratul purtator de apa.
(5) Liniile de curent ocolesc baza peretelui, dirijandu-se apoi spre baza excavatiei. Se creeaza, astfel, conditiile unei curgeri "de jos in sus" prin raport cu excavatia, ceea ce reprezinta o sursa de risc, putand produce antrenarea hidrodinamica a pamantului si pierderea stabilitatii terenului de la baza excavatiei (fig. 17). Pentru prevenirea acestui fenomen trebuie asigurata o fisa "t" care sa confere siguranta ceruta sau trebuie sa se recurga la epuizment prin coborarea generala a nivelului apei subterane. In acest caz, va fi efectuata verificarea la starea limita HYD, conform SR EN 1997-1.
6.4.3. Epuizment prin coborarea generala a nivelului apei subterane
(1) In figura 18 este aratata schema de principiu a coborarii generale intr-o singura treapta a nivelului apei subterane, iar in figura 19 schema coborarii in mai multe trepte, folosind filtre aciculare sau puturi filtre dispuse pe conturul unei excavatii taluzate.
(2) In figura 20 sunt aratate cateva situatii de utilizare a coborarii generale a nivelului apei subterane in cazul unor excavatii verticale sprijinite.
(3) Figura 20a se refera la cazul unui perete vertical permeabil, care patrunde intr-un strat de argila. Instalatia de coborare generala, amplasata in exteriorul excavatiei, asigura epuizarea apei din stratul permeabil si, totodata, reducerea presiunii exercitate asupra peretelui. Apa infiltrata in interiorul excavatiei este eliminata prin pompare directa.
(4) Figura 20b se refera la cazul unui perete vertical etans oprit cu baza in stratul permeabil. Prin amplasarea instalatiei in interiorul excavatiei, se urmareste coborarea nivelului apei subterane sub baza excavatiei.
(5) Figura 20c se refera la acelasi caz ca si cel din figura 20b, diferenta constand din plasarea instalatiei in exteriorul peretelui etans, ceea ce conduce la reducerea presiunii asupra peretelui.
(6) Figura 20d se refera la cazul unui perete vertical intersectand un strat de argila in care se afla baza excavatiei, sub care se gaseste un acvifer sub presiunea gamma_w*H, unde H este diferenta de nivel intre talpa stratului de argila si nivelul hidrostatic iar gamma_w este greutatea volumica a apei. In acest caz, coborarea generala a nivelului hidrostatic are ca efect evitarea ruperii hidraulice a stratului de argila de la baza excavatiei (starea limita UPL), intrucat presiunea gamma_w*h a apei la baza argilei este mai mica decat presiunea datorata greutatii stratului argilos.
(7) La coborarea generala a nivelului apei subterane in exteriorul excavatiei apare un dezavantaj, si anume faptul ca presiunea efectiva creste cu marimea gamma_w*H, unde H este coborarea nivelului apei subterane in punctul considerat. Cresterea greutatii pamantului este insotita de tasarea terenului, cu consecinte defavorabile asupra constructiilor din zona.
(8) De asemenea, o durata indelungata de mentinere a nivelului scazut al apei in zona adiacenta poate conduce la uscarea vegetatiei existente, cu efecte defavorabile asupra mediului inconjurator.
(9) Aspectele mentionate la alin. (7) si (8) reprezinta surse de risc ale utilizarii acestor solutii.
(10) Pentru a nu perturba regimul hidrodinamic al zonei, poate fi avuta in vedere o solutie prin care apa patrunde in incinta prin curgere dinspre exterior. In acest sens, se pot executa incinte cu pereti verticali permeabili, de exemplu piloti distantati, care permit patrunderea apei freatice. Intre acesti piloti se prevede un filtru invers (dren vertical - a se vedea standardul SR EN 15237), realizandu-se astfel o incinta drenanta, iar pentru captarea apei se prevede un dren perimetral sau un sant in interiorul incintei, care dirijeaza apa infiltrata intr-o basa, de unde este evacuata. In acest mod, nu se realizeaza o crestere a nivelului apei in exteriorul incintei, care sa conduca la o marire a presiunii pe ecran.
In figura 21 se prezinta schema unei incinte drenante.
6.4.4. Bariere etanse pentru prevenirea patrunderii apei subterane in excavatie
6.4.4.1. Bariere verticale
(1) In cazul excavatiilor adanci in zone urbane, barierele verticale se realizeaza, de regula, din pereti ingropati care trebuie sa patrunda cu partea terminala intr-un strat de argila practic impermeabil.
(2) Atunci cand stratul de argila se afla la adancime mare, este indicata utilizarea de "pereti compusi", avand la partea superioara dublul rol de rezistenta si etansare si o alcatuire in consecinta, iar la partea inferioara, care asigura racordarea cu stratul de argila, doar rol de etansare (a se vedea si NP 124).
(3) In figura 22 se prezinta sectiuni verticale prin cateva tipuri de pereti compusi.
(4) In situatii speciale, barierele verticale se pot realiza prin injectare, utilizandu-se, in functie de conditiile de teren, fie injectarea la presiuni normale de lapte de ciment sau de amestecuri argila-ciment, fie injectarea cu suprapresiune (jet grouting). Uneori, barierele realizate prin injectare se plaseaza in spatele peretelui ingropat pentru a se evita astfel necesitatea unei coborari generale a apei subterane, care poate produce tasari ale cladirilor din zona.
6.4.4.2. Bariere orizontale
(1) La grosimi mari ale stratului sau straturilor permeabile, cand peretii verticali etansi (cu rol de bariere) nu pot atinge stratul impermeabil, se poate recurge la formarea unei bariere orizontale care sa inchida accesul apei prin baza excavatiei. In functie de conditiile de teren, bariera orizontala se poate realiza prin injectare cu supra-presiune (jet grouting) sau prin injectare de argila-ciment la presiuni normale. Uneori, barierele de grosime redusa realizate prin injectare se ancoreaza cu ajutorul unor micropiloti sau prin ancoraje verticale.
(2) In figura 23a se prezinta o bariera orizontala executata prin injectare cu suprapresiune (jet grouting), iar in figura 23b o bariera prevazuta cu elemente de ancorare.
(3) In ambele cazuri, este necesara efectuarea verificarii la starea limita ultima de subpresiune UPL, in conformitate cu SR EN 1997-1.
6.5 Evaluarea si limitarea deplasarilor terenului produse de excavatie si de coborarea nivelului apei subterane
(1) Caracteristica pentru proiectarea si executia excavatiilor adanci in zone urbane este cerinta de evaluare si limitare a deplasarilor terenului, impusa de prezenta in imediata vecinatate a unor cladiri si retele de utilitati, care reprezinta regula si nu exceptia.
(2) Principalii factori care trebuie avuti in vedere la evaluarea deplasarilor pe verticala si pe orizontala ale terenului in jurul si sub excavatie sunt urmatorii:
a) dimensiunile excavatiei;
b) caracteristicile terenului;
c) starea initiala de eforturi orizontale ("starea de repaus") in teren;
d) modificarea starii de eforturi in cuprinsul terenului;
e) regimul apei subterane si modificarea acestuia, in special in cazul cand taluzul este in teren consolidat iar apa subterana este drenata;
f) rigiditatea peretelui si a sprijinirii;
g) efectele preincarcarii spraiturilor si ancorajelor in teren;
h) caracterul temporar sau definitiv al peretelui sprijinirii;
i) metodele de executie.
(3) Pentru reducerea la minimum a deplasarilor terenului, se pot adopta, in principal, urmatoarele masuri:
a) realizarea unei structuri de sustinere cat mai rigide;
b) asigurarea unei fise corespunzatoare a peretelui intr-un strat cu caracteristici mecanice ridicate;
c) asigurarea unui numar corespunzator de puncte de sustinere pe inaltimea peretelui;
d) prevederea ultimului nivel de sustinere cat mai aproape de cota finala a excavatiei;
e) preincarcarea spraiturilor sau pretensionarea ancorajelor in teren;
f) evitarea utilizarii de echipamente si tehnologii care produc vibratii;
g) evitarea de solutii si tehnologii de executie care pot duce la pierderi de pamant in spatele peretelui;
h) prevenirea antrenarii particulelor fine de pamant prin pomparea apei;
i) evitarea perturbarii regimului hidraulic al apelor subterane, cum ar fi coborarea generala a apei in spatele peretelui;
j) evitarea ridicarii nivelului apei subterane a carei scurgere era asigurata printr-un sistem de drenaj;
k) imbunatatirea pamanturilor cu caracteristici mecanice nefavorabile aflate la si sub cota finala de excavare, pentru sporirea rigiditatii si asigurarea unei rezistente adecvate;
l) utilizarea, ori de cate ori este posibil, a unor berme, in interiorul si pe conturul excavatiei;
m) utilizarea injectarii care sa compenseze modificarea tensiunilor in teren si pierderile de pamant.
(4) Daca sprijinirile taluzurilor incintei au un rol temporar, trebuie avut in vedere ca, in exploatare, noua constructie sa asigure stabilitatea acestor taluze si sa aiba rol de zid de sprijin avand deplasari cu valori sub cele admise pentru lucrarile existente aflate in zona adiacenta.