Teramesh Document Complet

SISTEMUL TERAMESH® tip MACCAFERRI® “O solu¡ie pentru consolidarea solului” 1

Sistemul Terramesh® Prima structură care a folosit o combinaţie de gabioane cu sol consolidat pe cale mecanică a fost construită în anul 1979, în Sabah, Malaezia. O “membrană“ verticală de gabioane a fost ancorată de rambleuri folosindu-se benzi metalice. Structură cu o înålţime de 14 metri, susţine o porţiune a drumului ce leagå Kota Kinabula de Sinsuran (figurile 1 şi 2). În următorii trei ani au mai fost construite şi alte ziduri de-a lungul aceluiaşi drum. Prin dezvoltarea ideii de schimbare a suprafeţei secţiunii transversale a consolidårii terenului, a fost luatå în considerare utilizarea planşeelor cu plaså din sârmå de oţel dublu răsucită. Folosirea acestor plase antrenează nu doar frecarea pe suprafaţa sârmei ci, mult mai important, stimuleazå proprietåţile de interblocare mecanicå a rambleului. Aceasta se datorează (figura 3) deschiderii mari a plasei faţå de diametrul sârmei, şi are ca rezultat o creştere a puterii totale de fortificare, lucru imposibil de realizat cu materiale a căror rezistenţă derivă numai din frecarea la suprafaţă. Prin folosirea planşeelor de plasă, consolidarea solului se realizează continuu pe toată lungimea zidului. 1, 2. MALAEZIA –Sabah Primul exemplu de consolidare a solului prin folosirea de gabioane de-a lungul drumului dintre Kota Kinabalu şi Sinsuran.


4, 5. CANADA – Quebec Zid de sprijin Terramesh® în apropierea unei zone urbane. Figura 5 prezintă gradul de acoperire cu vegetaţie după numai 4 săptămâni tratamentul de însămânţare hidrofilă. 6, 7, 8. AUSTRALIA – Victoria Un zid de sprijin cu o înălţime de 6,5 metri, construit pentru prevenirea alunecărilor de teren la sud de R. Wye, de-a lungul drumului Great Ocean.


Avantajele oferite de Terramesh® Permeabilitatea a faţadei, garantând drenarea rambleelor.

Flexibilitate ce permite susţinerea unei zone locuite fără să afecteze integritatea structurală. Izolare fonică (18-28 decibeli)

Uşurinţă în construcţie

Siguranţa structurii în caz de incendiu în apropierea faţadei.


Reducerea impactului asupra mediului prin creşterea vegetaţiei pe faţada exterioară structurii.

Versatilitatea gabioanelor permite construirea unei structuri cu faţadă verticală sau în trepte potrivit cerinţelor, şi reducerea impactului asupra mediului.

1. Construcţie Terramesh® 2. Geoţesătură, dacă este necesar 3. Tăiere 4. Reţea de plasă 5. Material de umplere

1. Construcţie Terramesh® 2. Geoţesătură 3. Sol îmbogăţit 4. Vegetaţie potrivită

1. Construcţie de consolidare Terramesh® 2. Material de umplere 3. Geoţesătură 4. Însămânţare hidrofilă


Sistemul Terramesh® Experienţa acumulată şi dorinţa de asigurare a unor rezultate optime din partea structurii, în condiţiile simplificării construcţiei, au condus la crearea acestui produs, plasă împletită din sârmă dublu răsucită galvanizată şi acoperită cu PVC, destinat special acestui scop. Faţada şi porţiunea de sol consolidat sunt construite dintr-o reţea de sârmă continuă. Există două structuri Terramesh® diferite, în funcţie de tipul faţadei; În cazul primului tip, faţada este compusă din gabioane umplute cu piatră (construcţie Terramesh®) iar în cazul celui de-al doilea tip, acestea sunt integral umplute cu pământ (Construcţie de fortificare Green Terramesh®, de tipul “Apă” sau tipul “Sol”). Construcţia de consolidare Green Terramesh® de tipul “Sol” este utilizată pentru lucrări de consolidare şi/sau pentru reţinerea alunecărilor de teren, în timp ce construcţia de tipul “Apă”, care diferă în funcţie de materialul geosintetic folosit (plasă tridimensională sau un alt material sintetic), poate fi folosită pentru canalizarea cursurilor de apă. Ambele tipuri de construcţii sunt prezentate în continuare. Tabelul mărimilor la construcţia standard (*).

SISTEM Terramesh® Tipul plasei 8 x 10

Acoperit cu zinc şi PVC Sârmă cu diametru 2,7 mm (3,7 mm o/d)

Lungime B (m)

Lăţime L (m)

Înălţime H (m)

3 2 0,50 4 2 0,50 5 2 0,50 3 2 1,00 4 2 1,00

5 2 1,00 (*) interval de toleranţă + 5%

A – Construcţie brevetată Terramesh® cu plasă din sârmă cu ochiuri hexagonale dublu răsucită acoperită cu zinc şi PVC de tipul 8 x 10 diametru 2,7 mm (3,7 mm o/d). B – Diafragmă de plasă din sârmă cu ochiuri hexagonale dublu răsucită acoperită cu zinc şi PVC de tipul 8 x 10 diametru 2,7 mm (3,7 mm o/d). C – Sârmă din oţel acoperit cu zinc şi PVC pentru consolidare ϕi 3,4 mm ϕe 4,4 mm

GREEN TERRAMESH® CONSOLIDAT Tipul plasei 8 x 10

Acoperit cu zinc şi PVC Sârmă cu diametru 2,7 mm (3,7 mm o/d)

Lungime B (m)

Lăţime L (m)

Înălţime H (m)

8 2 0,45 4 2 0,45 5 2 0,45 3 2 1,60 4 2 1,60

5 2 1,60 (*) interval de toleranţă + 5%

A – Construcţie brevetată Green Terramesh® consolidată cu plasă din sârmă cu ochiuri hexagonale dublu răsucită acoperită cu zinc şi PVC de tipul 8 x 10 diametru 2,7 mm (3,7 mm o/d). B – Sârmă de oţel acoperită cu zinc şi PVC pentru consolidare ϕi 3,4 mm ϕe 4,4 mm C – Material biodegradabil (pentru construcţii de tip “sol”) sau georeţea de polipropilenă (pentru construcţii de tip “apă”). D – Reţea de plasă cu sârmă din oţel acoperită cu zinc masiv de tipul 8 x 10 diametrul sârmei 2,70 mm. E – console triunghiulare de oţel, diametru 10 mm legate de construcţia Terramesh® F – inele de fixare din oţel acoperite cu zinc masiv, diametru 3,00 mm.


Principalele faze ale construcţiei

Sistem Terramesh® a. Unitate individuală produsă în fabrică, pliată şi

gata pentru a fi instalată. b. Unitate poziţionată desfăşurată de-a lungul

colţului pliat c. Reţele de separare (diafragme) legate prin

cablare la toate marginile d. Gabioane umplute cu piatră şi legate cu sârmă.

Geo-ţesătura este amplasată şi umplerea rambleelor poate începe.

e. Aşezarea următorului gabion deasupra celui deja amplasat.

1. Piatră (mărime medie 100 – 200 mm) 2. Geo-ţesătură 3. Teren compactat

Consolidare Greet Terramesh® a. Unitate individuală produsă în fabrică, pliată şi

gata pentru de instalare, inclusiv materialul geosintetic. Suplimentar există reţele de plasă D/T, şi console de oţel triunghiulare pentru consolidare.

b. Unitatea este poziţionată şi desfăşurată în funcţie de unghiul necesar

c. Deschiderea şi pivotarea consolelor triunghiulare de susţinere

d. Umplerea rambleului până la nivelul dorit e. Plierea părţii superioare exterioare.

Amplasarea următoarei unităţi şi legarea acesteia de unitatea de dedesubt prin inele de aluminiu.

1. Pietre completate cu pământ (pentru Green Terramesh® de tipul “apă”). Pentru Green Terramesh® de tipul “sol” se foloseşte numai pământ compactat.

2. Pământ compactat


Specificaţii privind materialul

Rezistenţa, durabilitatea şi siguranţa sunt principalele cerinţe privind structurile de consolidare. Acesta trebuie să asigure următoarele:

Protecţie împotriva coroziunii generată de: - soare şi/sau apă; - curent electric parazitar; - condiţii meteo nefavorabile;

Siguranţă împotriva deteriorărilor generate de: - atacuri din partea animalelor sau acte de vandalism; - incendiu;

Rezistenţa consolidării terenului şi a faţadei.

Consolidare şi faţadă

Construcţiile Terramesh® pot îndeplini toate aceste cerinţe. Acestea sunt produse din plase de oţel dublu răsucite, cu ochiuri hexagonale de tip 8x10 (potrivit UNI 8018) care au în pământ compactat o rezistenţă la tracţiune de până la 47 kN/m (fără să cedeze lent) şi care nu se desfac după ruperea accidentală a uneia sau mai multor sârme. Reţeaua de ochiuri este de asemenea dotată cu sârme-cadru, ataşate mecanic, care au un diametru mai mare decât sârma din reţea.

Galvanizare şi acoperire cu plastic

Toate sârmele folosite în producerea Sistemului Terramesh® precum şi toate acelea folosite împreună cu acestea (sârmă cu diametru minim de 2,20 mm) îndeplinesc cele mai ridicate standarde internaţionale (UNI 3598, BS 1052/80, AFNOR N.F. A91-82 Clasa 3, DIN 1548-70, ASTM A 641-82 Clasa 3). În plus, sârma este acoperită cu zinc masiv care asigură protecţie împotriva coroziunii, (UNI 8018/79, ASTM A 641-82, BS 443-82; AFNOR NF A 91-131 Clasa C, DIN 1548-70; ABNT NBR 8964-85) şi în plus faţă de galvanizare, sunt acoperite cu un strat de PVC având o grosime nominală de 0,50 mm. Caracteristicile tehnice şi rezistenţa PVC-ului împotriva deteriorării în timp îndeplinesc standardele în materie. Principalele valori ale materialului PVC sunt după cum urmează:

Culoare: gri – PAL 7037 potrivit ASTM D 1482-57T; Greutate specifică: între 1,30 şi 1,35 dN/dm3, potrivit ASTM D 792 –91; Duritate: duritate Shore D între 50 şi 60, potrivit ASTM D2240-91; Rezistenţă la rupere: peste 210 dN/cm2, potrivit ASTM D412-92; Elongaţie: între 200% şi 280% potrivit ASTM D412-92; Pierderea greutăţii : sub 5% după 24 de ore la o temperatură de 105ºC, potrivit Astm D2287-92; Cenuşă reziduală: sub 2%, potrivit ASTM D2124-62T; Rezistenţă la abraziune: pierdere în volum de sub 0,30 cm3, potrivit ASTM D1242-56(75), metodă de testare A;

Probele de îmbătrânire artificială sunt: Probă în ceaţă salină: durata de testare 1.500 ore, metodă de testare ASTM B 117-90;

Expunerea la raze UV: durata de testare 2.000 ore la 63ºC, metodă de testare aparat ASTM D 1499-92 şi ASTM G23-93 tip E; Expunerea la temperaturi ridicate: durata de testare 24 ore la 105ºC, metodă de testare ASTM D1203-89 şi ASTM D2287-92; Expunerea la temperaturi scăzute: încercare de îndoire la rece: -30ºC metodă de testare BS2782-104 A; probă de încovoiere la rece +15ºC potrivit BS 2782-151A.

Materialul PVC este considerat corespunzător dacă, în urma probelor, variaţiile de la specificaţiile iniţiale menţionate mai sus sunt după cum urmează: - nu există rupturi, fisuri sau bule de aer, iar culoare nu s-a schimbat apreciabil; - greutatea specifică: variaţiile să nu depăşească 6%;


- duritate: variaţiile să nu depăşească 10%; - rezistenţa la rupere şi întindere: variaţiile să nu depăşească 25%; - abraziune: variaţiile să nu depăşească 10%; - expunerea la temperaturi scăzute: încercare de îndoire la rece să nu depăşească –20ºC;

proba de încovoiere la rece să nu depăşească +18ºC;

Sârma de oţel acoperită cu PVC asigură o protecţie excelentă împotriva incendiilor. Acesta nu este şi cazul altor produse acoperite cu plastic, care sunt distruse integral în caz de incendiu. În plus, învelişul de PVC asigură o izolare electrică, asigurând astfel protecţia corespunzătoare împotriva coroziunii provocată de curentul parazitar. Rezistenţa în timp a materialului este demonstrată de experienţa acumulată în mulţi ani de utilizare a gabioanelor şi a cleionajelor Reno cu plasă de sârmă dublu răsucită, zincată şi acoperită cu PVC. Acestea au fost utilizate în mediu acvatic şi în alte condiţii agresive.

18. Unul dintre laboratoarele unde se efectuează controlul de calitate al sârmei.

1. Oţel 2. Zincat 3. Acoperit cu PVC


Rambleu structural

Rambleul ce formează structura solului consolidat trebuie să fie format din material granulat selectat, să asigure drenarea liberă şi să aibă un unghi ridicat de frecare interioară. În timp, solul nu trebuie să prezinte nici o deteriorare a acestor caracteristici. Localizarea şi compactarea umpluturii trebuie să îndeplinească toate specificaţiile locale privind construcţiile. Testele efectuate de Transport Research Laboratory din Marea Britanie (1993) şi în cadrul programului de cercetare al Federal Highway Autority (1989 – Chicago) au arătat intervalul obişnuit de nivelare pentru umplerile rambleelor. Agregatele testate au avut mărimi cuprinse între mai puţin de 0,02 mm (mărime procentuală de până la 10%) şi 200 mm. Cele mai bune rezultate au fost obţinute în intervalul 0,02 şi 6 mm (straturi 100%). Poate fi folosită şi clasificarea mărimilor până la 200 mm, aceasta trebuind însă testată, în special în cazul deteriorărilor suferite la învelişul de PVC. Nu este recomandată folosirea de materii cu grad ridicat de material, peste 100 mm (10-15%) deoarece necesită compactare suplimentară. Alegerea materialului de umplere potrivit recomandărilor de mai sus, va asigura o capacitate suficientă de ancorare chiar dacă este supus unor variaţii ale conţinutului de apă. După compactarea materialului poate fi obţinut un unghi de frecare de 36º. Pot fi folosite şi ale materiale neincluse în clasificarea de mai sus, cu condiţia să îndeplinească caracteristicile de rezistenţă şi să nu afecteze durabilitatea construcţiei. În anumite cazuri este mai economică folosirea pământului existent la locul construcţiei şi amestecarea lui cu alte materiale (nisip, pietriş, stabilizatori chimici, etc.) pentru a se obţine un material de umplere corespunzător. În toate cazurile, cel mai important parametru ce trebuie luat în considerare este unghiul de frecare interioară, minimul recomandat fiind de (28º-30º). Rambleul structural trebuie construit în straturi care să nu depăşească (250 – 300 mm), iar gradul de compactare să fie conform specificaţiilor. În scopuri de proiectare este de obicei necesară o compactare cu o densitate minimă de 1800 kg/m3. O compactare masivă este recomandată în cazurile în care zone locuite pe termen lung pot afecta structurile de deasupra zidului. În apropierea faţadei structurii vor fi folosite numai plăci vibrante sau role de conducere manuale. 19 - 22. Diferite faze ale construcţie rambleului structural


Date experimentale

Pentru determinarea rezistenţei la întindere şi capacităţii de ancorare a plasei de sârmă dublu răsucită în soluri compactate precum şi comportamentul general al construcţiilor Terramesh®, a fost realizată o serie de probe pe mostre de plasă (fotografia 23) şi pe o structură la scară 1:1. Pe baza acestor teste s-a putut determina capacitatea de ancorare şi rupere a plasei de sârmă dublu răsucită Maccaferri. În plus, a fost posibilă verificarea prin analiză numerică a metodelor de proiectare ce au fost propuse spre aplicare. Capacitatea de ancorare

Cu privire la caracteristicile de rezistenţă şi ancorare ale plasei cu sârmă dublu răsucită au fost efectuate teste în Australia, Academia Forţelor de Apărare din Australia , Canberra şi în SUA, de în cadrul Programul de Cercetare al Federal Highway Administration. În Australia, a fost folosit nisip fin, acesta asigurând cele mai bune rezultate ale analizei iniţiale. Analiza efectuată a fost orientată spre două aspecte: - capacitatea de ancorare (proba de smulgere), schiţele 25a şi 26. - Valoare de rezistenţă a rambleului, schiţele 25b şi 27.


Forţa maximă de rezistenţă a rambleului este:

Ta = 2 A σn tanϕ*

În care: Ta Rezistenţa maximă de ancorare A zone de consolidare activă σn Presiunea verticală asupra structurii ϕ* Unghiul de frecare interioară al solului.

Din schiţa 26, se obţine coeficientul de smulgere (Cs) al structurii de fortificare cu plasă din sârmă dublu răsucită.

Cs = (Ts/A)/ σn ≅ 0,91

Analiza rezultatelor confirmă ipoteza potrivit căreia consolida solului şi a plasei sporeşte gradul de rezistenţă a acesteia. Forţa maximă ce o poate suporta structura este:

Tpmax = rezistenţa la smulgere a plasei + 0,25 (σn - 20)A

(valabil pentru σn > 20kpa şi Tpmax < 47 kN)

25. Aparat obişnuit de testare 26. sarcini la ancorarea 27. Rezistenţa la smulgere a plasei cu sârmă dublu răsucită în sol compactat

Schiţa 25 1. Reţea de

plasă 2. Nisip 3. Cutie de

separare 4. Supapă de

siguranţă 5. Diafragmă

de cauciuc 6. Alimentare

presiune hidraulică

7. Încărcare 8. Ancorare 9. Ţesătură

cauciucată

SSchiţa 26 x Sol compactat • Sol necompactat * Rezistenţă la întindere Pmax = Forţă maximă As = Suprafaţa reţelei σn = Efort obişnuit


Tensiuni în structura Terramesh® Au fost efectuate o serie de probe cu ajutorul analizei numerice lineare (schiţa 28) pe baza metodei Elementului Finit şi al analizei unei structuri prototip la scară 1:1 (schiţa 29), pentru stabilirea comportamentului unui zid de reţinere Terramesh®. Analizele efectuate au condus la presupunerea că deteriorarea unui bloc de consolidare Terramesh® ar conduce la împărţirea acestuia în două părţi: a) zona activă unde efortul de forfecare este

orientat spre faţada structurii; b) zona reactivă unde efortul de forfecare este

orientat spre partea din spate a structurii. Graniţa între cele două zone se află în zona producerii efortului maxim. Rezultatele obţinute de pe urma analizei elementelor finite, în care poate fi luată în considerare o interacţiune nelineară a fortificării solului, au demonstrat că există o linie de efort maxim. Aceasta trebuie vizualizată ca o linie teoretică în locul unde solul adoptă starea plastică, potrivit schiţei 30. În cazul sistemului Terramesh® această linie teoretică poate fi reprezentată analitic printr-o expresie logaritmică de forma: R = R0 exp[(θ0 - θ)k] Amplasarea acestei curbe, care este o funcţie a caracteristicilor solului (k=tanv) permite determinarea zonei de efort maxim. Pentru un proiect preliminar se poate lua în considerare, prin simplificare, o linie de separare dreaptă între zona activă şi cea reactivă, după cum este prezentat în schiţele 31 şi 32. Pentru o analiză mai detaliată contactaţi organizaţia Maccaferri. Pentru ziduri cu faţadă verticală se poate considera următoarea expresie: Xp = (H – z) tan(45 - ϕ*/2) în care: Xp distanţa de la faţada interioară H greutatea zidului z înălţimea solului consolidat deasupra nivelului rambleului ϕ* unghiul de frecare interioară al rambleului consolidat Pentru faţade în trepte, distanţa între faţada interioară şi graniţa între zona activă şi cea reactivă la vârful zidului este: X = R0 tan845 - ϕ*/2)(H – z) în care: R0 (θ - ϕ*) / (π/2 - ϕ*) ϕ* unghiul de frecare interioară al rambleului consolidat θ panta faţadei exterioare (>70°)

a) Configuraţie I – Termeni de referinţă b) Configuraţie II – Es = Eso/5

a) Locul efortului maxim în zid 1. Analiză greutăţii 2. Plan 3. Elemente finite 4. Date

reale 5. Distanţa de la faţada interioară b) Distribuirea efortului maxim pe toată lungimea zidului 1. Măsurat 23/12/87 2. Măsurat 12/04/87 3. Elemente

finite 4. Simplificat c) Distribuirea efortului pe diferite nivele de consolidare 1. distanţa de la faţada exterioară a zidului 2. Măsurat 3.

Calculat


Proiectarea structurii Terramesh® - Concepte generale

Este posibilă proiectarea structurii Terramesh®, utilizând una dintre cunoscutele metode din literatura de specialitate, prin care se obţin coeficienţi de siguranţă la diferite grade de aproximaţie. Testele efectuate au demonstrat că efortul în cadrul fiecărui strat al rambleului atinge într-un anumit punct valoarea maximă. Locul şi efortul de forfecare corespondent suprafeţei cilindrice, cu formă rotunjită, similară unui arc circular în cazul unei faţade înclinate (schiţa 30).

a) Continuitate structurală între faţadă şi elementul de consolidare, deoarece unitatea este construită dintr-o reţea de plasă formând partea frontală, partea dorsală şi calota.

b) Similaritate geotehnică între solul compactat, formând blocul de consolidare şi piatra umplută în gabioanele din faţadă, creând o structură relativ omogenă. Cele două materiale au trăsături, densităţi şi grade de frecare similare, fiind astfel caracterizate printr-un raport de sarcină similar. Ca rezultat, are loc o distribuire uniformă atât în sol cât şi în rambleu a forţelor ce acţionează.

Clasificarea variatelor abordări ale proiectării se poate realiza pe baza următoarelor aspecte: A) Ziduri de sprijin (Coulomb, Rankine) B) Echilibru limită (Bishop, Jambu, Sarma, etc.) C) Metode combinate: echilibru limită / plastic (spre exemplu: proiect efort, etc.) D) Analiza elementului finit

Experienţa acumulată prin aplicarea teoriilor clasice de proiectare a zidurilor de reţinere, tipul (A), pentru proiectarea şi construirea structurilor de sol consolidat, precum şi rezultatele testelor, au condus la structuri extrem de stabile cu un înalt grad de siguranţă.

Aceste teorii sunt însă limitate datorită abordărilor relativ simple (rambleu individual din material necoeziv şi cu pantă constantă). În plus, faţada trebuie menţinută într-un unghi aproape vertical (α < 5° - 10°) pentru a mobiliza compresia activă. În situaţiile în care solul alunecă din faţa zidului, trebuie verificată stabilitatea de ansamblu a pantei. Aceasta nu se poate realiza cu ajutorul acestor metode. Chiar şi proiectele potrivit tipului (B) de mai sus, cunoscute în literatura de specialitate ca “metoda feliilor” au ca rezultat factori de siguranţă ce depăşesc cifrele “reale”. Totuşi, în comparaţie cu tipul (A), mecanismul de alunecare (circular, cilindric) este mult mai exact permiţând realizarea de metode de încărcare şi profiluri. Aceste teorii sunt limitate prin faptul că presupun deteriorarea incipientă în cadrul intervalului de elasticitate; ele nu iau în considerare deformarea plastică a solului şi congruenţa deformării solului şi a rambleului care există, până când consolidarea este distrusă. Există de asemenea câteva limitări ale ipotezelor propuse în aceste metode de proiectare, clasificate ca fiind tipul (C), inclusiv consideraţii privind poziţia şi forma suprafeţei alunecătoare, caracteristicilor solului, etc. În esenţă se presupune că există o zonă critică în vecinătatea suprafeţei ipotetice a rupturii, şi care poate suferi o deformare plastică în locul unde se dezvoltă capacitatea de ancorare a rambleului. Este locul unde se presupune că ar avea loc congruenţa deformării solului şi a plasei de consolidare. Algoritmii sunt în general relativ simpli, bazându-se pe principiile cunoscute privind echilibrul limită. Totuşi, există necesitatea unei verificări amănunţite a valabilităţii ipotezelor de bază, raportul efort – deformare a solului având diverse trăsături geomecanice. Din punct de vedere analitic, metoda de tipul (D) reprezintă cu siguranţă cea mai completă soluţie, stimulând în modul cel mai realist comportamentul structurii în cauză. Singura limitare constă în necesitatea descrierii complete a datelor problemei analizate (informaţii privind solul, gradul de omogenitate, anizotropii, etc). Este normal să întâlniţi o lipsă de acurateţe a datelor în timpul stadiilor de proiectare care, împreună cu complexitatea relativă a algoritmilor dezvoltaţi prin această metodă (crearea plasei, limite, etc.) fac din aceasta o metodă puţin cunoscută. Metoda este în general aplicată unor structuri existente sau în scopul realizării unei analize numerice sau de testestare.


Din acest motiv, această publicaţie limitează proiectarea de structuri Terramesh® la metodele indicate, de tipul (A) şi (B). Următorul capitol tratează proiectul preliminar aplicând metoda de tipul (A), luându-se în calcul toate limitările. Celelalte capitole abordează metoda de tipul (B), aplicând un program computerizat creat de organizaţia Maccaferri. 30. Efortul de întindere într-un bloc Terramesh®.

Proiect preliminar al structurii Terramesh® ca zid de sprijin

În legătură cu conceptele explicate în capitolul anterior şi cu limitele de valabilitate ale metodei propuse, un proiect preliminar presupune două analize principale:

Stabilitatea interioară Stabilitatea exterioară

Stabilitatea exterioară Analiza stabilităţii exterioare se realizează luându-se în considerare forţele exterioare (presiunea solului, suprasarcini, etc.) ce acţionează asupra blocului de consolidare. Sunt efectuate trei teste:

- Alunecare; - Răsturnare; - Capacitatea portantă a fundaţiei.

Se presupune că presiunea solului este egală cu compresia activă, şi poate fi calculată în modul obişnuit:

Pa = 1/2γs x H2 x ka

în care: γs greutatea unitară a solului natural H2 înălţimea ipotetică a zidului ka coeficientul compresiei active, egal cu

1. Zona efortului maxim de forfecare 2. Distribuirea efortului de întindere în cadrul structurii


în care: ϕ = unghiul de frecare interioară al solului natural ε = unghiul pantei la solul de deasupra zidului. Compresia activă are un unghi de înclinaţie ε faţă de linia orizontală. Forţa de răsturnare este componenta orizontală a compresiei active, fiind egală cu:

ΣV = WG + Wt + EO + Pasinε

în care:

Pasinε = componenta verticală a compresiei active

Momentul de răsturnare

Mi = PasinεH√3

Momentul de restabilire

Excentricitatea rezultantei este:

e = B/2 – (Ms – Mi)/ΣV Efortul vertical maxim la fundaţie este calculat cu ajutorul formulei Meyerhof (schiţa 33), presupunând o distribuţie uniformă a efortului pe o lăţime B-2e

31,32. Secţiunea unui proiect preliminar al unui zid Terramesh® cu faţadă verticală şi cu faţadă în trepte: linia efortului maxim. 33. Forţele ce acţionează asupra blocului Terramesh®. 34. Forţele ce acţionează asupra stratului n.


35. ITALIA – Veneto Parcul Padova, satul Camin (Padova) 36. AUSTRALIA – New South Wales Strada Lawrence Hargrave (Clifton)

Pentru un proiect preliminar al unui bloc Terramesh se recomandă de obicei atribuirea unei valori iniţiale B = 0,6-0,8 H, astfel încât să se poată calcula forţele mai sus menţionate precum şi următorii factori:

Alunecarea

ηs = ΣV tanϕ / ΣH > 1,3 Răsturnarea

ηr = Ms/Mi > 1,5

Capacitatea portantă a fundaţiei

ηb = σamm/σmax > 1,5-2

unde: σall = presiunea admisibilă a fundaţiei

Stabilitatea internă a fundaţiei

Testele de stabilitate interioară sunt necesare pentru determinarea lungimii minime şi a distanţei verticale a consolidării (reţele de plasă). Calculul include două teste ce trebuie efectuate la fiecare nivel de consolidare:

- Rezistenţa la întindere a reţelelor de plasă - Capacitatea de ancorare a reţelelor de plasă

Cu privire la lungimea minimă de ancorare ce trebuie atribuită reţelelor de plasă, se presupune existenţa unei linii rectliniare între zonele active şi cele reactive, după cum este prezentat în schiţele 31 şi 32. Aceasta este o ipoteză sigură. O astfel de linie, reprezentând locul efortului maxim din cadrul structurii de fortificare, se presupune a porni din partea inferioară a faţadei. Această presupunere poate fi considerată conservativă pentru un proiect preliminar, deoarece reţeaua de plasă traversează continuu solul şi faţada (conform explicaţiilor din capitolul anterior) şi astfel transferul de efort către /dinspre structura consolidată este distribuit pe toată lungimea, inclusiv pe faţadă. Valoarea efortului Ts exercitat asupra structurii la stratul n (schiţa 34) este dată de relaţia:

Ts = σvn ka* x ∆H

în care: ka* = coeficientul compresiei active σvn = efortul obişnuit ce acţionează asupra stratului n


∆H = distanţa verticală a fortificării În ceea ce priveşte valoarea ka’, în cazul unei faţade verticale sau aproape verticale (θ>85°),

în care: ε = unghiul pantei ascendente ϕ = unghiul de frecare al rambleului

În cazul unei faţade în trepte cu pantă θ < 85°, valoare ka’ poate fi presupusă:

în care: θ = treapta faţadei (ref. Vertical) ϕ = unghi de frecare al rambleului Odată ce valoarea Ts a fost determinată, trebuie efectuate următoarele teste:

Testare împotriva ruperii plasei

ηbreak = Cr/Ts în care Cr reprezintă rezistenţa la întindere a plasei introduse în sol

Testare împotriva smulgerilor plasei

ηpull = CaLr/Ts în care: Ca = sarcina de ancorare egală cu σvLr 0,91 la stratul n Lr = lungimea de ancorare în zona reactivă, egală cu B – b – X.

Când cerinţele de proiectare impun îmbunătăţirea factorului local de siguranţă împotriva ruperii reţelei, următoarea procedură este exprimată: a) reducerea distanţei între reţele (creşterea densităţii structurii); aceasta va reduce efortul

fortificării; b) plasarea a două sau mai multe reţele pe strat, dacă este necesar; probele au demonstrat că

puterea de ancorare a mai multor reţele nu creşte, în timp ce rezistenţa la întindere poate fi exprimată ca sumă a rezistenţei tuturor reţelelor.


Analiza privind stabilitatea structurii Terramesh® Analiza stabilităţii descrisă în continuare se bazează pe “metoda feliilor” elaborată de Bishop. Analiza se realizează prin luare în calcul a unui număr potrivit de suprafeţe de alunecare neliniară. În cazul fiecărei suprafeţe, solul existent deasupra acesteia este împărţit în “n” părţi verticale, după cum este prezentat în schiţa 37. Rezultanta forţelor exterioare ce acţionează asupra fiecărei părţi (forţe mutuale, greutatea proprie, suprasarcini, efort de forfecare) trebuie să fie egală cu zero, pentru a crea un echilibru. Totalitatea condiţiilor de echilibru constituie un sistem de ecuaţii lineare, a căror soluţie permite determinarea factorului de siguranţă FS pentru fiecare suprafaţă, dat de raportul dintre momentul de rezistenţă, datorat efortului de forfecare care acţionează împotriva alunecării şi momentul de răsturnare, datorită forţelor destabilizatoare (greutate, suprasarcină, etc.) Din analiza amănunţită a ecuaţiilor privind echilibrul fiecărei părţi (figurile 37 – 38) se pot concluziona următoarele:

Echilibrul în direcţia verticală: Tmsinα + (N’ +U)cosα - (W + kyW + Q) + (Xr + Xl) = 0 (1) Egalitatea eforturilor de forfecare: Xr – Xl = 0 (2) Pe baza criteriului de rupere, este posibilă exprimarea valorii efortului de forfetare Tl ca funcţie a parametrilor de rezistenţă:

Tl = C’ + N’tanϕ’ (3) Efortul de forfecare permisibil antrenat Tm ca funcţie a efortului maxim:

Tm = Tl/FS (4) Prin înlocuirea ecuaţiilor 2,3,4 în ecuaţia 1, se obţine:

[(C’ + N’tanϕ’)/FS]sin α + (N’ + U)cosα - (W + kyW + Q) = 0

Efortul obişnuit se poate exprima în următorul fel:

N’ = [(W + kyW + Q) – ((C’ + N’tanϕ’)/FS)sinα] * 1/(cosα + sinα + tanϕ’/FS) (5) Luând în considerare echilibrul de ansamblu al întregului sistem, care se roteşte în jurul polului P:

Mm + MN + Mr + ME = (MT/FS) + MN + Mr – ME = 0 (6) în care:

Mm = MT/FS = Σ(TlbT)/FS = Σ[(C’ + N’ tanϕ’)bT]/FS =

contribuţia rezistenţei antrenate de-a lungul planului de alunecare.

Mm = Σ[(N’ + U)bN] = contribuţia efortului obişnuit

Mm = Σ[(Try’r) = contribuţia fortificării

ME = Σ[(W + kyW)x’w + (kxW)y’w] + Qx’q = contribuţia efortului exterior (greutate, activitate seismică, sarcină distribuită, etc.)

În ceea ce priveşte ecuaţia 6, bT şi bN sunt pârghiile efortului de forfecare şi efortului obişnuit iar x’ şi y’ sunt pârghiile efortului vertical şi orizontal.

FS = MT / (ME – MN – Mr)

Trebuie menţionat că: 1) în cazul planelor circulare de alunecare în care polul se află în centrul cercului, momentul

MN este zero;


2) Momentul de rezistenţă Mr este o funcţie a efortului normal N’, pentru care este necesar factorul de siguranţă FS (ecuaţia 5). Din acest motiv trebuie procedat cu atenţie pentru determinarea factorului FS.

Eforturi datorate prezenţei reţelelor de plasă

Contribuţia fortificării prin reţelelor este luată în calcul numai acolo unde se intersectează cu planul de alunecare, presupunându-se că acţionează orizontal. Magnitudinea acestor eforturi reprezintă valoarea mai redusă a rezistenţei la întindere a plasei Tb, şi rezistenţa la smulgere a plasei Tr. Cea dintâi valoarea este constantă, fiind stabilită prin caracteristicile plasei, iar cea de-a doua valoare variază linear în funcţie de adâncime şi de lungimea de consolidare dincolo de suprafaţa de alunecare:

Tr = ℑrCLr (8)

ℑr = fr x σ’vr = fr x γ’r x Zr (9) în care: Ar = zona activă a ranforsării; C = lăţimea efectivă; Lr = lungimea structurii dincolo de suprafaţa de alunecare; ℑr = rezistenţa la smulgere a plasei, per lăţime; σ’vr = efortul vertical; fr = coeficientul de frecare la suprafaţa de contact; γ’r = greutatea unitară a solului compactat; Zr = ridicare ranforsării aferentă pantei ascendente.

Sarcina maximă de întindere care poate fi suportată de plasă se presupune a fi egală cu 4,7/1,24 = 3,8t/m, în care 4,7 reprezintă rezistenţa la întindere a reţelei de plasă introdusă în solul compactat, şi 1,24 reprezintă factorul de siguranţă parţial care este introdus pentru luarea în calcul a eventualelor deteriorări suferite de stratul de PVC datorită alegerii incorecte a materialului pentru umplerea rambleului. Materialul de umplere compus din pietre mari poate rupe învelişul de PVC, provocând coroziune locală iar după mai mulţi ani aceasta poate conduce la ruperea a unei sau a două sârme. Printre suprafeţele infinite care stimulează mecanismele de alunecare potenţiale, cea cu factorul de siguranţă minim corespunde cazului celui mai critic. Structura este considerată stabilă când factorul minim de siguranţă nu este mai mic de 1,3 după cum este specificat.

37. Analiza “feliilor verticale” potrivit Bishop 38. Eforturi calculate prin metoda Bishop


Analiza rezultatelor

Alegerea celei mai critice suprafeţei de alunecare şi bucata de sol analizată se realizează de obicei de către proiectant pe baza următoarelor criterii generale. Suprafaţa de alunecare de analizat trebuie să reprezinte un mecanism de rotire, deoarece calculul se bazează pe ipoteza potrivit căreia poate apărea situaţia teoretică de rupere incipientă a unui bloc compact. Principala ipoteză a acestor proceduri de calcul constă de fapt în considerarea ecuaţiilor echilibrului static de-a lungul unei potenţiale suprafeţe de rupere. Cu cât suprafaţa este mai reprezentativă pentru un mecanism potenţial, cu atât calculele creează o situaţie mai reală. În ipoteza solurilor izotrope se poate presupune că o suprafaţă circulară reprezintă, în 90% din cazuri, o aproximaţie a unui mecanism real de alunecare (schiţa 39). Într-unele din cazurile în care cercetarea suprafeţelor critice se face în strânsă legătură cu profilul extern al solului, poate fi mult mai realistă prin luarea în calcul a suprafeţei cilindrice (schiţa 40). Stabilitatea interioară a structurii cu faţadă verticală sau aproape verticală ar fi un exemplu potrivit. În ceea ce priveşte alegerea corectă a solului de analizat, se sugerează de regulă procedarea în etape succesive. Pentru început, analiza trebuie efectuată prin selectarea unei zone în care toate suprafeţele pornesc de la baza structurii Terramesh®. Capătul acestor suprafeţe trebuie să se afle într-un interval selectat prin încercări (schiţele 39-41). Odată ce a fost localizată o suprafaţă critică pornind de la baza structurii, se impune o extindere descendentă a razei de cercetare, prin extinderea ascendentă sau descendentă a punctului de pornire al suprafeţelor, pentru a se testa structura împotriva altor situaţii de alunecare (vezi schiţa 42). Cercetarea poate fi considerată de succes dacă a fost analizată o suprafaţă aproximativ egală cu înălţimea structurii de-a lungul profilului descendent şi cu dublu înălţimea acestuia de-a lungul profilului ascendent. Factorul minim de siguranţă determinat nu trebuie să fie inferior valorii minime necesare din specificaţiile locale. O valoare de 1,2 – 1,3 este de obicei considerată corespunzătoare.

39, 40. Suprafeţe circulare şi cilindrice 41, 42. Analiza stabilităţii interne şi externe la o structură de consolidare


39. SUPRAFEŢE CIRCULARE (Rază constantă) 40. SUPRAFEŢE CILINDRICE (Rază variabilă şi arc) 41. STABILITATE INTERINĂ (Sol afectat de potenţialele mecanisme de alunecare) 42. STABILITATE EXTERNĂ (Sol afectat de potenţialele mecanisme de alunecare)

Exemplu – proiect preliminar

Un rambleu trebuie construit pentru lărgirea unei suprafeţe de depozitare. Pentru a asigura o suprafaţă cât mai întinsă, este necesară o structură de reţinere cu o faţadă aproape verticală (α = 6°). Zidul are o înălţime de 8 metri, peste nivelul solului, şi o fundaţie de 1.00 metri. Solul existent are următoarele caracteristici: - unghi de frecare interioară ϕ = 32° - Greutate unitară γt = 1,9 t/m3 - Coeziune c = 0 σamm = Plim / 3 = 6,6 kg/cm2 (pe baza formulei lui Hansen) - unghiul pantei ascendente ε = 0° Este luată în considerare o suprasarcină de 1,9 t/m2 (care corespunde unei înălţimi echivalente a solului Hs = 1,9 / γt = 1,00 m)

Probele sunt efectuate pe o structură Terramesh® având o lăţime a bazei de B = 6,00 m (schiţa 43), inclusiv faţada externă de gabioane. După cum s-a menţionat, faţada are o înclinaţie de 6°. Solul utilizat pentru rambleul structural este granulat şi uşor de drenat, fiind compactat la o densitate de 1,9 t/m3, luându-se în considerare un unghi de frecare interioară ϕ* = 36°. Structura propusă se compune din elemente Terramesh® - plasă de sârmă cu ochiuri hexagonale dublu răsucite de tipul 8 x 10, utilizând sârmă de oţel galvanizată şi acoperită cu PVC (2,7 mm diametru, o/d 3,7 mm). Se presupune că rezistenţa la întindere permisibilă a plasei este egală cu:

Cr = Crupt ult/f = 4,7/1,24 = 3,8t/m

Greutatea unitară a faţadei cu gabioane este de 1,82 t/m3. Calculele se referă la o lăţime unitară a structurii. Distanţa orizontală între faţada exterioară a zidului şi linia ce separă zona activă de cea reactivă (locul efortului maxim din consolidare), este (în vârful zidului):

X = H tan(45 - ϕ*/2) – H tanα = 3,64 m


Stabilitatea exterioară

Stabilitatea blocului consolidat este calculată prin luarea în considerare a capacităţii de răsturnare, alunecare şi susţinere. Pentru simplificare se face abstracţie de stabilitatea de ansamblu a structurii. Compresia blocului de consolidare Terramesh® este

Pa = 1/2γtH2(1 + 2Hs/H)ka

în care, potrivit formulei de la pagina 14, coeficientul compresiei active este ka = 0,269, în condiţiile în care

α = 6° ε = 0° ϕ = 32°

Compresia activă Pa acţionează orizontal. Astfel obţinem:

Pa = 0,5 x 1,9 x 92 x 0,269 x (1 + 2x1/9) = 25,30 t/m

Pârghia Pa este:

D = H/3 [(H + 3Hs)/(H + 2Hs)] = 3,27

Greutate blocului consolidat este:

WW = Wt + Wg + W0 = 111,38 t/m

în care: Wt = (B – 1)γtH =85,50 t/m (pârghie = 3,97 m) Wg =1γgH = 16,38 t/m (pârghie = 0,97 m) Wo = (B – 1)1,9 = 9,50 t/m (pârghie = 4,44 m)

Probă împotriva răsturnării

Momentul de răsturnare

Mr = Pad = 82,70 tm/m

Momentul de revenire

Ms = Wt 3,97 + Wg 0,97 + Wo 4,44 = 397,90 tm/m ηr = Ms/Mi = 4,8

Probă împotriva alunecării

T = Pa = 25,3 t/m N = WW = 111,38 t/m ηs = N tanϕ / T = 2,75

Proba de presiune pe rezeam

e = B/2 – (Ms – Mr)/N = 0,17 m σv = N/(B-2e) = 111,38/(6-2x0,17) = 19,67 t/m2 = 1,97 kg/cm2 ηb = σall/σv = 6,6/1,97 = 3,35

Stabilitatea interioară

Efortul exercitat asupra fiecărei structuri de consolidare este:

T = ka*∆Hσvn

în care: ka = coeficientul compresiei active asupra rambleului (ϕ*) ∆H = distanţare verticală a rambleului σvn = presiunea verticală la nivelul n al rambleului (γtzn + Po) P0 = suprasarcină

Factorul de siguranţă împotriva ruperii plasei este:


ηplasă = rezistenţa permisibilă la întindere / T

Factorul de rezistenţă la smulgere al plasei este

ηtragere = σvn Lr 0,91 /T

în care: 0,91 = coeficientul de frecare al plasei metalice dublu răsucite din blocul de consolidare. Valorile coeficienţilor de tragere şi rupere a plasei pentru fiecare structură de consolidare sunt prezentaţi în tabelul de mai jos (vezi tabel pagina 19) Lungimea de ancorare la fiecare strat este:

Lr = (B-b) + ztanα - ztan(45° - ϕ*/2)

44. USA – Vermont Construcţia unui zid Terramesh® la Burlington


Lista lucrărilor de referinţă 45, 46. AUSTRALIA – New South Wales Reconstrucţia drumului principal Lawrence Hargraeve lângă Clifton. În forma finală, construcţia va avea o înălţime de 13,00 metri şi va fi compusă din două structuri Terramesh®, cea peste nivelul drumului având 3,00 metri iar cea de dedesubt, 6,00 metri. Schiţa 45. 1. Gabioane 2. Plasă din sârmă de oţel dublu răsucită 3. Geo-ţesătură 4. Rambleu 5. Sol natural 49 – 51. ITALIA – Veneto Lucrări de consolidare în Parco di Padova la Camin (Padova). În această situaţie a fost selectată din motive economice şi pentru protejarea mediului, o structură Terramesh® cu o înălţime de 6 metri 52. ITALIA – Campania Structură de reţinere de-a lungul unui drum lângă SS 90 până la S. Giorgio în zona Molara (Benevento). 53 – 56. AUSTRALIA – Australia de Sud, de-a lungul Golden Way la 17 km nord de Adelaide. Departamentul South Australia Highway a aplicat o combinaţie de ziduri Terramesh® de-a lungul unui podeţ tubular pentru construirea podului Cobbler Creek. Trei astfel de structuri au fost deja construite pe acest drum. 57 – 59. ITALIA – Campania Lucrări de consolidare a pantei sub satul S. Mango sul Calore (Avellino) cu o structură Green Terramesh®. Proiectul includea şi lucrări de amenajare a râului prin structuri de ancorare şi gabioane. Noul profil al pantei este redat de terasele Green Terramesh® permiţând susţinerea unui strat frontal exterior din sol consolidat, necesar pentru stabilitatea de ansamblu. Soluţia nu includea schimbări majore ale profilului pantei existente având un unghi de 45°. A fost folosit un bio-cleionaj pentru reţinerea faţadei (fotografia 57). Creşterea foarte rapidă a vegetaţiei este prezentată în fotografia 58. Cea mai înaltă secţiune transversală (40,00 m) a fost construită cu ziduri de 5,00 m. Construcţia (fotografia 59) includea pante consolidate prin sistemul Green Terramesh® precum şi câteva zone laterale protejate printr-o finisare brută. 60 – 63. BOLIVIA Sistemul Terramesh®, utilizat pentru construcţia acestui baraj are două funcţii. Cea dintâi constă în consolidarea corpului principal al barajului prin legare zidului superior şi a celui inferior. Cea de-a doua funcţie constă în consolidarea zidului pe partea în amonte de baraj utilizând plase dublu răsucite, conform schiţei. Schiţa 60. 1. Gabioane 2. Plasă cu sârmă de oţel dublu răsucită 3. Umplutură de piatră 4. Strat acoperitor de beton 64 – 68. ITALIA – Sicilia Ameliorarea cursului râului Rocco Creek la Librizzi (Messina). Matca râului necesita stabilizarea cu ajutorul sârmelor (fotografia 64). Malurile râului au fost protejate printr-o structură Terramesh® având faţada în pantă (fotografia 65). Deoarece întreaga faţadă a fost acoperită cu sol, s-a utilizat un geo-cleionaj tridimensional. Protecţia excelentă, stabilizarea şi creşterea vegetaţie sunt deja vizibile după câteva săptămâni. 69 – 70. SUA – Washington Staţie telescaun la Crystal Mountain. A fost selectată o structură Terramesh® datorită construcţiei uşoare, utilizându-se pentru umplere, pietrele existente. 71 – 72. FRANŢA – Rhone Aples Rambleu de-a lungul autostrăzii R.N. 102 lângă Monte de Combes din regiunea Ardeche (sectorul Pignatelle). 73 – 75. ITALIA – Sardinia autostradă între Nebida şi Portubanda (Cagliari). Stabilizarea pantei cu ajutorul zidurilor Terramesh®. 76 – 80. ITALIA – Sardinia Construcţie de reţinere pentru protejarea autostrăzii de mare viteză Bitti-Lula (Nu) care leagă autostrăzile SS 131 şi SS 389. Fotografia 76 prezintă secţiunea transversală a uneia dintre construcţiile de reţinere din această zonă. Celelalte fotografii prezintă procedurile de instalare ale construcţiilor de reţinere cu unităţi Green Terramesh®. 81 – 82. PORTUGALIA Structură de reţinere construită în Porto Salvo. 83. PORTUGALIA – Funchal – Madeira Protejarea pantei într-o zonă rezidenţială 84 - 85. PORTUGALIA Construcţia unei structuri de reţinere pentru protejarea rambleului de pe autostrada A1 Alhandra. 86. NOUA ZEELANDĂ Construcţia Broad Oaks din Christchurch. 87 – 88. NOUA ZEELANDĂ Wainuiomata şi Normandale Hill. Wellington. Construcţia unei structuri de reţinere Terramesh® cu faţadă externă din lemn. 1. elemente structurale – faţadă din lemn 2. unităţi de consolidare din plasă cu sârmă dublu răsucită, acoperită cu zinc şi PVC 3. geo-ţesătură 89. PAPUA NOUA GUINE – Southern Highlands 90. AUSTRALIA – New South Wales Construcţia unui zid de reţinere pentru protejarea unui podeţ tubular aflat de-a lungul autostrăzii Tarcutter Hune. 91 – 92 – 93. ITALIA – Sicilia Structură de reţinere amplasată pe una dintre părţile unui sistem de alimentare cu apă. Au fost utilizate unităţi Terramesh® şi Green Terramesh® pentru stabilizarea pantelor şi construirea unor structuri de salt hidraulic.

Documents

Teramesh Document Complet