Geo Log Data | Studiu geotehnic | Principii de baza ale investigarii geotehnice a terenului de fundare
Studiu geo | Tema de studiu geotehnic | Investigarea geotehnica preliminara
INTRODUCERE
La proiectarea locuintelor unifamiliale sau a constructiilor de dimensiuni uzuale, studiul geotehnic este adesea privit doar ca o formalitate, care trebuie rezolvata impreuna cu celelalte avize pentru inceperea proiectarii. Se urmareste reducerea costurilor legate de studiu, fara a se lua in calcul implicatiile asupra riscului geotehnic si costului edificarii constructiei.
Standardele de referinta care reglementeaza investigarea si incercarea terenului precum si elaborarea documentatiilor geotehnice pentru constructii sunt NP 074/2014 - "Normativ privind documentatiile geotehnice pentru constructii" si SR EN 1997-2:2007 - "Proiectarea geotehnica. lnvestigarea si incercarea terenului".
Riscul geotehnic depinde de doua categorii de factori: pe de o parte, cei legati de teren, dintre care cei mai importanti sunt conditiile de teren si apa subterana, iar pe de alta parte, factorii legati de structura si de vecinatatile acesteia.
CONDITII GEOTEHNICE DIFICILE. IMPACTUL ASUPRA EFICIENTEI ECONOMICE A CONSTRUCTIEI
Conditiile de teren care impun o atenta investigare a terenului de fundare sunt:
pamanturi sensibile Ia umezire: loessurile din anumite zone din Romania prezinta tasari seminificative sub greutatea proprie a stratului, in cazul umezirii ajungand pana Ia 15cm/m, astfel, pentru un strat de loess cu grosimea de 10m, tasarea in cazul umezirii pe intreaga grosime putand ajunge la 1,5m;
pamanturi contractile (cu umflari si contractii mari): prezinta variatii semnificative de volum (ridicari si tasari) ale masivului de pamant, determinate de variatiile sezoniere de umiditate;
nisipuri fine uniforme susceptibile Ia lichefiere: caracterizate de deformatii mari, uneori cu caracter catastrofal, produse de incarcari ciclice sau dinamice (de exemplu, in caz de seism);
pamanturi foarte compresibile: pamanturile argiloase si prafoase de consistenta redusa, malurile (caracterizate de absenta legaturilor de cimentare intre particule), turba (material cu peste 80% materie organica), nisipurile afanate, umpluturile neconsolidate;
terenuri in panta cu potential de alunecare;
terenuri afectate de fenomene carstice (carst), goluri subterane;
terenuri cu contaminare chimica.
Un alt aspect deosebit de important pentru viitoarea constructie il reprezinta prezenta in vecinatate - uneori chiar Ia calcan - a unor cladiri, deoarece realizarea excavatiilor, a epuizmentelor si a lucrarilor de infrastructura aferente constructiei care se proiecteaza poate produce degradari ale constructiilor si retelelor ingropate aflate in vecinatate.
De asemenea, prezenta apei subterane in amplasament, in situatia in care excavatia coboara Ia limita sau sub nivelul acesteia, trebuie investigata prin monitorizarea nivelului piezometric si eventual, prin realizarea de teste de pompare.
Toate situatiile enumerate mai sus impun o deosebit de atenta investigare a terenului de fundare. Acestea au implicatii semnificative asupra sigurantei si costului solutiei de fundare si indirect asupra intregii investitii.
INVESTIGAREA GEOTEHNICA PRELIMINARA
Pentru a asigura eficienta economica a constructiei, se recomanda realizarea unor investigatii geotehnice preliminare asupra terenului de fundare, chiar inainte de achizitionarea lui. Aceste investigatii constau in mod uzual intr-un foraj geotehnic si/sau cateva penetrari in functie de dimensiunea terenului.
Anumite aspecte ale specificului geotehnic al zonei pot fi obtinute si din investigatii geotehnice realizate in apropiere, documentare, inspectia pe teren etc.
ln general insa, pentru cele mai multe dintre proiecte, terenul este deja achizitionat, iar scopul investigatiilor geotehnice este stabilirea cu acuratete a conditiilor geotehnice din amplasament si propunerea solutiilor de fundare adecvate, pentru a evita producerea de degradari structurale pe perioada de exploatare a constructiei.
TEMA DE INVESTIGARE SI STUDIUL GEOTEHNIC
Proiectantul/arhitectul poate crea premizele necesare asigurarii calitatii si utilitatii investigatiilor geotehice, precum si a recomandarilor de fundare, prin elaborarea unei teme de studiu geotehnic adecvata. Aceasta trebuie sa fie adaptata Ia conditiile de teren si Ia structura ce urmeaza a se construi. Tema trebuie intocmita pe baza informatiilor obtinute prin documentarea prealabila si prin recunoasterea amplasamentului. Tema de investigare si investigatiile propuse depind de conditiile specifice ale amplasamentului ca de exemplu, litologia anticipata, utilizarea anterioara a terenului, si constructia ce urmeaza a se realiza. Exista o varietate de tehnici si proceduri care pot fi utilizate la investigarea terenului, iar fiecare proiectant/geotehnician poate adopta o abordare diferita pentru un anumit proiect. Pe parcursul investigatiilor, pot fi necesare modificari ale temei initiale sau chiar ale proiectului concept datorita conditiilor de teren reale relevate de catre investigatiile de teren.
Urmatoarele aspecte minimale trebuie cuprinse in tema de sudiu geotehnic si avute in vedere la verificarea de catre beneficiar a calitatii oricarui studiu geotehnic:
a) Incadrarea preliminara a constructiei in categoria geotehnica, conform NP 074/2014:
Incadrarea preliminara a unei lucrari intr-una dintre categoriile geotehnice trebuie sa se faca inainte de investigarea terenului de fundare. Categoria geotehnica este asociata cu riscul geotehnic. Acesta este redus in cadrul categoriei geotehnice 1, moderat in cazul categoriei geotehnice 2 si mare in cazul categoriei geotehnice 3. Incadrarea unei lucrari intr-o categorie de risc geotehnic sporit impune necesitatea realizarii investigatiilor terenului de fundare si a proiectarii infrastructurii in conditii de exigenta corespunzatoare, spre a atinge nivelul de siguranta necesar pentru rezistenta, stabilitatea si conditiile normale de exploatare a constructiei in raport cu terenul de fundare. De regula factorul cel mai nefavorabil determina nivelul riscului geotehnic si in mod corespunzator, incadrarea in categoria geotehnica cea mai mare. Criteriile de in cadrare in categoria geotehnica sunt redate pe larg in normativul mai sus mentionat.
b) Specificarea numarului punctelor de investigare (conform anexei B a SR EN 1997- 2:2007, punctul B.3 si NP 074/2014 - anexa E, punctul E.1)
Cu privire la interspatiile intre punctele de investigare:
pentru constructii civile si constructii industriale, o retea de puncte la distanta intre 15m si 40m;
pentru contrcutii pe suprafete mari, o retea de puncte la distante nu mai mari de 60m;
pentru constructii liniare (drumuri, cai ferate, canale, conducte, diguri, tuneluri, ziduri de sprijin) distante intre 20 si 200m;
pentru strucutri speciale (poduri, rezervoare, fundatii de masini etc.) 2 pana la 6 puncte de investigare pe fundatie;
pentru baraje si deversoare distante intre 25m si 75m in lungul sectiunilor relevante.
c) Stabilirea adancimii investigatiilor geotehnice (conform anexei B a SR EN 1997- 2:2007, punctul B.3 si NP 074/2014 - anexa E, punctul E.1)
lnvestigatiile geotehnice (foraje geotehnice si penetrari statice / dinamice) trebuie sa depaseasca adancimea zonei active a fundatiei. In cazul prezentei in componenta terenului de fundare a straturilor sensibile Ia umezire (PSU), a pamanturilor contractile (PUCM), a unor straturi foarte compresibile (a nisipurilor susceptibile Ia lichefiere, investigarea trebuie sa depaseasca aceste straturi si sa patrunda intr-un strat portant pe o adancime corespunzatoare implementarii in bune conditii a solutiei de fundare preconizate.
d) Amplasare punctelor de investigare
Punctele de investigare trebuie amplasate in zonele in care se anticipeaza incarcarile cele mai mari, in punctele cele mai joase ale excavatiei si in apropierea vecinatatilor.
e) Furnizarea de date privind constructiile proiectate
Prin tema de studiu geotehnic trebuie sa se puna Ia dispozitia intocmitorului studiului geotehnic planuri de ansamblu si sectiuni ale constructiilor proiectate, cu indicarea principalelor elemente structurale, precum si date generale asupra constructiilor proiectate: categoria de importanta, caracteristici constructive, dimensiuni, incarcari transmise terenului sau Ia cota zero, tasari si deformatii admisibile, procesele tehnologice care ar putea influenta terenul de fundare (actiuni dinamice, surse termice, de umezire, de agresivitate chimica etc).
f) Exigente privind modul de realizare a investigatiilor in amplasament
Forajele trebuie realizate cu prelevare de probe tulburate si netulburate. Probele netulburate se preleveaza din straturile coezive de consistenta ridicata (argile, prafuri, nisipuri argiloase) Ia interval de aproximativ 2m si Ia fiecare schimbare de strat. In straturile necoezive (nisipuri, pietriuri) sau in straturile coezive de consistenta redusa din care nu se pot preleva probe netulburate (acestea nu se pot retine in prelevator fara a deranja structura naturala a pamantului) trebuie realizate,determinari SPT (penetrare dinamica standard) in gaura de fora Ia interval de 1,5-2 m si prelevare de probe tulburate pentru incercari de identificare. Daca executantul investigatiilor de teren nu are posibilitate realizarii incercarilor SPT, acestea pot fi inlocuite cu realizarea, adiacent forajului a unei penetrari statice CPT sau dinamice (PDG, PDM sau PDU). Se precizeaza ca metodele geofizice (sondaje electrice verticale, tomografii electrice etc.) pot fi de asemenea luate in considerare ca investigatii complementare pentru imbunatatirea considerabila a acuratetii datelor pe o suprafata mai mare de teren. De asemenea, in cazul terenurilor unde sunt suspectate goluri subterane, terenurilor cu depozite de umpluturi in suprafata, de asemenea in cazul depozitelor de deseuri si terenurilor cu alunecari de teren active, investigatiile geofizice ofera informatii pretioase, pe o suprafata mare, pe care investigatiile geotehnice le ofera doar punctual. In straturile stancoase sau in marne se realizeaza carotaj continuu si trebuie precizat recuperajul carotelor (in procente) si indicele RMR (rock mass rating).
Pentru a asigura buna calitate a rezultatelor de laborator geotehnic, probele netulburate trebuie sa aiba un diametru de cel putin 90 mm (pentru a putea pemite prelevarea de probe pentru incercarea edometrica si de forfecare directa) si o lungime cuprinsa intre 30 si 50 mm - o lungime mai mica nu ofera material suficient pentru realizarea incercarilor mecanice, iar o lungime mai mare poate conduce Ia indesarea probelor in timpul prelevarii. Probele netulburate trebuie izolate cu parafina pentru a conserva umiditatea naturaIa a probei pana Ia testarea in laboratorul geotehnic. Coloana litologica extrasa din foraj trebuie depozitata in ladite special confectionate, la care trebuie realizate fotografii care trebuie incluse in studiul geotehnic.
Daca nivelul apei subterane este interceptat in cadrul investigatiilor geotehnice si aceasta intra in contact cu structurile de fundare preconizate, trebuie prelevata o proba de apa, pentru care se va realiza analiza de agresivitate asupra betoanelor si metalelor. De asemenea, atunci cand in compozitia terenului de fundare se regasesc straturi necoezive (nisipuri, pietrisuri) sau straturi coezive de consistenta redusa, forajele geotehnice se pot completa cu lucrari de penetrare CPT - penetrare statica cu con sau PD - penetrare dinamica (PDU - usoara, PDM - medie, PDG - grea).
lnainte de contractare, executantul lucrarilor de investigare in amplasament trebuie sa faca dovada dotarii cu echipamente de foraj care respecta cerintele SR EN 1997-2:2007 si SR EN ISO 22475-1:2007. De asemenea, unitatea / unitatile care vor realiza investigatiile de Iaborator geotehnic vor pune Ia dispozitia intocmitorului temei de investigare sau a beneficiarului o copie dupa certificatul de autorizare si o lista a dotarilor laboratorului.
g) Exigente privind incercarile de laborator geotehnic
Determinarile de laborator uzuale sunt:
determinari de identificare a naturii terenului: analiza granulometrica (granulometrie), determinarea indicilor de plasticitate, determinarea umiditatii, eventual de determinare a continutului de materii organice, carbonat de calciu etc.;
determinari de identificare a parametrilor mecanici ai terenului: compresibilitatea in edometru pana Ia o sarcina cel putin egala cu efortul geologic plus incarcarea adusa de suprastructura, determinarea parametrilor rezistentei Ia forfecare in aparatul de forfecare directa sau in aparatul triaxial.
Pe langa determinarile enumerate mai sus, pentru pamanturile loessoide sensibile Ia umezire (PSU - loess) trebuie sa se realizeze incercari de compresiune edometrica cu inundarea probei Ia 300 kPa si incercari de forfecare directa, atat pe probe Ia umiditatea naturala cat si pe probe inundate Ia inceputul testului. Pentru pamanturile cu umflari si contractii mari trebuie determinata presiunea de umflare, acesta fiind criteriul care prezinta cel mai ridicat nivel de acuratete pentru identificarea acestor pamanturi. Prezenta pamanturilor cu contaminare chimica impune realizarea de determinari specifice, care sa cuantifice efectul asupra materialelor de constructie.
h) lnvestigarea terenului de fundare se finalizeaza printr-un studiu geotehnic
Studiu geotehnic preliminar (SGP) - este documentatia geotehnica necesara pentru faza preliminara de proiectare, denumita Studiu de pre-fezabilitate (S.PF.). Studiul geotehnic peliminar se intocmeste, in principal, pe baza unor date tehnice specifice amplasamentului - investigatii sumare coroborate cu date de arhiva. Recomandari privind continutul - cadru al sudiului geotehnic preliminar sunt prezentate in anexa C a normativului NP 074/2014. Studiul geotehnic preliminar nu se substituie studiului geotehnic necesar la proiectarea lucrarilor.
Studiu geotehnic (SG) - reprezinta documentatia tehnica obligatorie pentru proiectarea oricarei constructii in fazele de proiectare Studiu de fezabilitate (S.F.) si Documentatie tehnica pentru autorizarea constructiilor (D.T.A.C), inclusiv in etapa Proiect Tehnic (P.Th.), asa cum sunt acestea definite in legislatia nationala in vigoare. Studiul geotehnic face parte din Documentatie tehnica pentru autorizarea constructiilor (D.T.A.C).
Orice studiu geotehnic trebuie sa cuprinda doua capitole principale:
prezentarea informatiilor geotehnice: caracteristicile geologice, hidrogeologice si seismice ale amplasamentului, date relevante privind constructia, litologia interceptata in foraj.
evaluarea informatiilor geotehnice: stratificatia de calcul si stabilirea parametrilor de calcul ai fiecarui strat, calcul de tasare, indicarea coeficientului de pat, stabilirea solutiilor de fundare si a masurilor referitoare Ia structura (sporirea rezistentei si rigiditatii spatiale a constructiei, sporirea capacitatii de adaptare a constructiei Ia deformatii mari si neuniforme etc.). In cazul terenurilor in panta, studiul geotehnic trebuie sa includa un calcul de stabilitate a versantului.
In anexa C a normativului NP 074/2014 sunt prezentate in detaliu cerintele asupra continutului unui studiu geotehnic.
Studiu geotehnic de detaliu (SG-D) - se elaboreaza pentru faza de Detalii de executie (D.E.) in cazul in care pentru aceasta faza de proiectare sunt necesare elemente suplimentare fata de cele furnizate de Studiul geotehnic elaborat pentru fazele Studiu de fezabilitate (S.F.), Documentatie tehnica pentru autorizarea constructiilor (D.T.A.C) si Proiect Tehnic (P.Th.). Studiul geotehnic de detaliu este recomandat pentru amplasamentele cu potential de alunecare sau pe care s-au produs deja alunecari, in cazurile prezentei carstului sau a altor accidente subterane pe amplasament, precum si la studii de optimizare a solutiilor de fundare, mai ales pentru obiective importante, cu dezvoltare mare in plan si/sau in adancime.
Solutiile de fundare variaza, in functie de structura ce se proiecteaza si de natura terenului de fundare de Ia fundatii directe (izolate, pe talpi continue sau pe radier general) amplasate pe terenul natural, Ia fundatii directe pe teren imbunatatit in suprafata sau in adancime sau fundatii de adancime (piloti). Pentru a fi valabil pentru proiectare, studiul geotehnic va fi in mod obligatoriu verificat de un verificator atestat in domeniul "Af" - rezistenta si stabilitatea terenului de fundare.
CONSIDERATII FINALE
Toate investigatiile descrise mai sus implica un cost care poate fi considerat ridicat fata de costurile asociate studiilor geotehnice "formale" (studii realizate din birou, fara nicio investigatie pe teren, dar vandute beneficiarilor ca studii autentice - acest subiect va fi detaliat intr-un articol viitor). In schimb, costurile de remediere ale degradarilor structurilor afectate de neadaptarea solutiilor de fundare Ia conditiile de teren datorita neidentificarii in cadrul studiului geotehnic a terenurilor cu probleme depasesc semnificativ costurile unei investigari geotehnice corecte, realizate de la bun inceput Ia standardele cerute de normativele tehnice in vigoare in Romania.