Terasamente rutiere și feroviare: noi caracteristici introduse în GeoStru Loadcap

Proiectarea lucrărilor de terasamente, adică a structurilor construite din pământ liber, are ca obiectiv principal realizarea unor construcții care să rămână stabile în timp, garantând marje de siguranță adecvate. Performanțele necesare variază în funcție de tipul de lucrare: de exemplu, pentru un baraj de pământ sau un dig fluvial este esențial să se asigure impermeabilitatea hidraulică, în timp ce pentru digurile rutiere sau feroviare este necesar să se garanteze un pasaj sigur.
În general, în construcția terasamentelor rutiere, se preferă utilizarea materialelor care posedă în mod natural caracteristici adecvate. Pe de altă parte, nu se iau în considerare materialele care nu sunt conforme în mod natural, dar care ar putea fi făcute adecvate prin tratamente cu aditivi. În prezent, reglementările privind proiectarea și construcția digurilor prescriu utilizarea materialelor care îndeplinesc cerințe naturale specifice, fără a lua în considerare modificările mecanice care pot fi obținute prin prelucrare sau tratament. Acest lucru reprezintă o provocare, deoarece este adesea complex să se găsească soluri selectate, de calitate, pentru construcția de diguri, ceea ce face necesară optimizarea pe cât posibil a mișcării pământului.

Mișcarea pământului se referă la transportul materialelor de la carieră la șantierul unde vor fi utilizate. Pentru a reduce costurile asociate cu aceste operațiuni, reglementările evoluează treptat pentru a permite utilizarea materialelor neconforme, care anterior erau considerate deșeuri. Aceste materiale, după ce sunt tratate cu aditivi și supuse la compactare, își pot îmbunătăți proprietățile mecanice și devin adecvate pentru utilizarea în terasamentele rutiere.

Caracteristici geometrice

Figura prezintă o secțiune transversală schematică a unui terasament standard

Un rambleu rutier constă din următoarele elemente structurale:

• Plan de fundație;
• Corpul terasamentului (miezul central);
• Substratul drumului;
• Suprastructura sau pavajul.

Stabilitate și tasare

Stabilitatea digurilor, ca și în cazul altor lucrări de terasament, este strâns legată de interacțiunea cu solul de fundare. Sarcinile transmise de la terasament la sol pot ajunge la câteva zeci de tone pe metru pătrat, afectând chiar și straturile foarte adânci de sol. Dacă suprafața de pozare este înclinată, riscul de alunecare poate crește. Pe soluri cu proprietăți mecanice bune (de exemplu, roci sau soluri granulare cimentate), stabilitatea terasamentului depinde în principal de structura sa. Cu toate acestea, dacă este construit pe soluri slabe, trebuie evaluat riscul de instabilitate și trebuie luate în considerare posibilele cedări, atât imediate, cât și în timp, datorate comprimării solului.

Instabilitatea digurilor poate apărea atunci când solul de fundație are o rezistență scăzută. Așa-numita „sarcină limită” este punctul dincolo de care solul nu mai poate susține greutatea terasamentului, provocând o cedare generală, caracterizată printr-o suprafață de alunecare în sol care cedează sub greutatea terasamentului. Stabilitatea este evaluată prin metode geotehnice și necesită un coeficient de siguranță stabilit de proiectant.

Pământurile argiloase saturate neconsolidate sunt deosebit de vulnerabile la fenomenele de alunecare, în special în primele etape ale construcției terasamentului, din cauza presiunilor interne care au nevoie de mult timp pentru a se disipa. În aceste cazuri, remediile comune includ reducerea înălțimii terasamentului, înmuierea pantelor sau construirea de contragreutăți laterale.

O altă problemă este tasarea, care poate apărea după construcția terasamentului din cauza compactării materialului, a vibrațiilor cauzate de trafic și a tasării solului de fundație. Factori precum compactarea necorespunzătoare sau utilizarea de materiale neadecvate pot provoca deformări excesive, compromițând structura rutier.

Fenomenul de consolidare a solului de fundație poate determina apariția tasării pe perioade variabile, de la câteva luni la mulți ani, în funcție de caracteristicile pământului și de înălțimea terasamentului. Atunci când subsidența nu este uniformă, aceasta poate deteriora suprastructura drumului. În astfel de cazuri, este necesar:

• Să se analizeze cu atenție caracteristicile pământului și să se prevadă tasările;
• să se decidă dacă să se accelereze tasarea pentru a stabiliza terasamentul sau să se încerce reducerea acesteia.

Calcularea terasamentului

Începând cu versiunea 2025 a GeoStru Capacitatea portantă și tasări – LoadCap, este posibilă efectuarea tuturor verificărilor necesare pentru stabilitatea terasamentelor. Acestea includ:

Verificări de siguranță cu privire la SLU (Stare Limită Ultimă):

• Calculul capacității portante
• Verificarea la strivire
• Verificarea la alunecare
• Verificarea stabilității globale

Verificări SLD, SLE (Stare Limită de Deformare, Stare Limită de Exploatare):

• Calculul tasărilor elastice și edometrice (inclusiv din curba edometrică) în x, y, z
• Evoluția tasărilor în timp

Intervenții de consolidare:

• Piloți de pietriș: recalcularea sarcinii limită și a tasărilor
• Coborârea pânzei freatice prin aplicarea piloților de pietriș (sistem de drenaj)

Toate verificările sunt efectuate conform NP 112-2014, SR EN 1997-1, SR EN 1997-2

Aplicarea terasamentelor rutiere în GeoStru Loadcap face ca abordarea problemei interacțiunii terasament-sol să fie complet diferită de interacțiunea fundație-sol: relațiile geotehnice utilizate pentru terasamente sunt create special pentru acest tip de problemă.

Configurarea terasamentului

Din meniul „Date generale”, așa cum am menționat, este posibil să se ajungă la noul instrument:

După introducerea stratigrafiei terenului, de aici este posibilă dimensionarea terasamentului și, foarte important, eventual introducerea unor coloane de drenaj sub formă de piloți de pietriș pentru a reduce sarcina hidraulică și, astfel, a consolida mai rapid solul care formează terasamentul nostru.

De fapt, cele mai comune soluții pentru a face față tasării includ:

• Creșterea supraîncărcării: construirea terasamentului la o înălțime mai mare decât cea necesară și apoi reducerea acesteia după stabilizarea tasării. Aceasta este o tehnică ieftină, dar lentă.
• Sisteme de drenaj: instalarea de drenuri verticale sau orizontale pentru a facilita evacuarea apei din sol, reducând timpul de consolidare. Drenurile verticale, realizate din pietriș, sunt cele mai frecvent utilizate.

Ca și proprietăți, pot fi stabilite caracteristicile geotehnice ale terasamentului:

• Descriere: o scurtă descriere liberă care identifică lucrarea și, alături de aceasta, posibilitatea de a seta culoarea acesteia în modelul de calcul;
• Greutatea specifică exprimată în KN/m3;
• Unghiul de frecare exprimat în °;
• Coeziune exprimată în kPa.

La secțiunea „ Geometrie terasament ” este posibil să se definească lungimea longitudinală, baza superioară, inferioară și înălțimea, toate exprimate în m.

Sub Profilul terenului și al stratului acvifer este posibil să se indice în m cât de mult trebuie să se extindă solul de sub terasament la stânga și la dreapta terasamentului: EL și ER.

Opțiunea Piloți de pietriș, activi vă permite să activați sau să dezactivați prezența piloților de drenare. Prin selectarea acesteia, următoarea secțiune Piloți din pietriș va fi activată.

În această secțiune, dacă este activă, veți introduce și veți seta toți parametrii care descriu piloții de pietriș pentru efectul de drenaj, cum ar fi:

• Diametrul și lungimea exprimate în m;
• Culoarea piloților care urmează să fie afișată în modelul de calcul;
• Poziția primului și ultimului pilot X: în cele două casete de introducere, distanța, exprimată în m, la care trebuie să fie poziționat primul (celula din stânga) și, respectiv, ultimul pilot (celula din dreapta) față de originea diagramei terasamentului (adică de la extrema din stânga jos de-a lungul axei X);
• Poziția Z a primului și a ultimului pilot: în cele două casete de introducere, se introduce distanța, în m, la care trebuie poziționate primul (celula din stânga) și, respectiv, ultimul pilot (celula din dreapta) în raport cu originea diagramei terasamentului (deci din extrema inferioară stângă de-a lungul axei Z normală la ecranul PC);
• distanța X,Z: după ce a fost definită poziția primului și a ultimului pilot de-a lungul direcțiilor X și Z și, prin urmare, după ce a fost creată întinderea amprentei piloților, de aici este posibil să se introducă distanța dintre aceștia de-a lungul X (intrarea din stânga) și Z (intrarea din dreapta) exprimată în m;
• Modulul de elasticitate exprimat în MPA într-un interval de la 250 la 500;
• Sarcina limită a unui singur stâlp: exprimată în KN.

La rubrica Nivel freatic se va specifica dacă aceasta este prezentă sau nu prin adâncimea pânzei freatice exprimată în m, dacă este diferită de 0 se va indica prezența acesteia și se va activa opțiunea Calcularea coborârii pânzei freatice: făcând clic cu mouse-ul, se va calcula scăderea pe care o va suferi pânza freatică în funcție și de ceilalți doi parametri care trebuie introduși, cum ar fi debitul total extras în m3/s (în cazul prezenței puțurilor de extracție) și permeabilitatea solului exprimată în m/s în intervalul 10^-9 – 10^-2.

Opțiunea „Calculați greutatea proprie și adăugați-o la sarcina netă” vă permite să luați în considerare în calcule și greutatea proprie a terasamentului în sine, pe lângă alte sarcini.

Stâlpi și micropiloți de fundație MP este un software pentru calcularea capacității portante a solului de fundație pentru un stâlp „tronconic, forat, elicoidal și elicoidal continuu” sau un micropiloți grevat de orice distribuție a sarcinii (moment, tensiune normală și forfecare); de asemenea, efectuează calculul structural prin dimensionarea armăturii longitudinale și a stâlpilor. Calcul de ridicare cu formule statice și dinamice. Flambaj cu Fleming 1992, Poulos și Davis 1968. Sarcina critică la flambaj. Capacitatea portantă a grupului de piloți.

Cu MP puteți calcula sarcina limită a piloților de pietriș.

Calculul sarcinii limită

Din meniul Calcul , făcând clic pe Sarcină limită , se va deschide fereastra obișnuită de calcul a sarcinii limită.

Trebuie remarcat faptul că, în cazul terasamentelor, secțiunea privind sarcinile este diferită de celelalte cazuri: de fapt, este necesar să se indice doar presiunea normală de proiectare în kN/m3 și tipul de sarcină aplicată între starea limită de proiectare sau de serviciu.

Rezultatele vor fi afișate pentru fiecare autor și starea cea mai nefavorabilă va fi evidențiată.

Calculul tasărilor

Caracteristica specială a noii actualizări constă, de asemenea, în calculul tasării terasamentului: de fapt, abordarea de calcul este tridimensională. Acest lucru poate fi verificat cu ușurință accesând Calcul și apoi Tasări edometrice și Schmertmann.

În imaginea de mai jos, diagrama reprezintă vederea în plan a schemei de calcul, unde partea galbenă este zona ocupată de terasament, iar în alb este terenul rămas. Făcând clic pe butonul stâng al mouse-ului și menținându-l apăsat, utilizatorul se poate deplasa planimetric, adică de-a lungul X și de-a lungul Z, și poate vizualiza valoarea tasării Wt (care ar reprezenta axa Y).

Calculele de tasări tridimensionale sunt, de asemenea, efectuate prin aplicarea de piloți de pietriș ca drenaj

Analiza stabilității globale a terasamentelor cu Slope și exportul geometriei pentru a fi importată în GFAS

Este de asemenea foarte importantă interoperabilitatea cu celelalte programe GeoStru.

În meniul Output se găsește instrumentul dedicat „Exportă Slope“: odată apăsat, va fi generat un fișier cu extensia „LoadcapToSlope“, care, după ce este salvat, poate fi deschis cu modulul Slope/Loadcap pentru a efectua analiza stabilității globale.

În mod similar, interoperabilitatea datelor dintre Loadcap și Analiza elementelor finite în geotehnică – GFAS, pentru analiza terasamentului prin elemente finite, inclusiv analiza pe etape constructive, permite generarea unui fișier în format *txt, care conține geometria ce urmează să fie importată, așa cum a fost menționat, în GFAS.

Vizualizare 3D

Diagrama terasamentului, cu eventualele drenuri, poate fi vizualizată tridimensional

Loadcap este un software pentru întocmirea de rapoarte geotehnice profesionale. Acesta permite calcularea capacității portante și a tasării fundațiilor în soluri libere și stâncoase în conformitate cu metodele lui: Terzaghi (1955), Meyerhof (1963), Hansen (1970), Vesic (1975), Brinch-Hansen (1970), Richards et al. (1993) și Meyerhof și Hanna (1978) și multe altele.

Începând cu versiunea 2025, LoadCap realizează proiectarea de terasamente rutiere și feroviare. Verificările efectuate includ: Capacitate portantă, Cedare (3D), Cedare în timp, Consolidare cu piloți de pietriș și Drenaj

Ați putea fi interesat și de