În conformitate cu Eurocod 7 Partea 1, atunci când predicția comportamentului geotehnic este dificilă, poate fi oportună aplicarea abordării cunoscute sub numele de „metoda observațională„, în care proiectul este revizuit în timpul construcției.
Această metodă se aplică prin următoarea procedură:
- trebuie stabilite limitele de acceptabilitate a valorilor anumitor mărimi reprezentative pentru comportamentul complexului structură-sol;
- trebuie să se demonstreze că soluția aleasă este acceptabilă în raport cu aceste limite;
- trebuie avute în vedere soluții alternative (în cazul în care se presupune că se vor atinge limitele declarate), care să fie congruente cu proiectul, și trebuie definite sarcinile economice relevante;
- trebuie stabilit un sistem adecvat de monitorizare în curs de desfășurare, cu planurile de control asociate, astfel încât una dintre soluțiile alternative să poată fi adoptată în timp util în cazul în care se ating limitele stabilite.
Primele două puncte se referă la definirea limitelor de acceptabilitate.
Limitele acceptabile sunt acele valori ale anumitor mărimi care sunt reprezentative pentru comportamentul complexului structură-sol.
Celelalte trei puncte, pe de altă parte, se referă la monitorizarea complexului de lucru pe teren descris în secțiunea următoare.
Supravegherea complexului de lucru pe teren
Monitorizarea complexului de lucru și a intervențiilor are loc prin instalarea de instrumente adecvate și prin măsurarea unor mărimi fizice semnificative:
deplasări, tensiuni, forțe și presiuni interstițial-înainte, în timpul și/sau după la construcția lucrării de proiect.
Monitorizarea trebuie să verifice corespondența dintre ipotezele de proiectare și comportamentul observat și să verifice funcționalitatea artefactelor în timp.
Ipoteze de proiectare ↔ Comportamente observate
În cadrul metodei observaționale, scopul monitorizării este de a confirma validitatea soluției de proiectare adoptate sau, în caz contrar, de a identifica soluția cea mai potrivită dintre celelalte soluții avute în vedere în cadrul proiectului.
Dacă este prevăzut, programul de monitorizare trebuie definit și ilustrat în raportul geotehnic.
Evoluția istorică a modelului observațional
Părintele metodei observaționale este Terzaghi, care a scris în 1945:
Mecanica Pământului, din câte știm astăzi, ne oferă o a treia metodă pe care o putem numi metoda observațională. Procedura care trebuie urmată este următoarea:
- Bazează-ți proiectul pe orice informație pe care o poți obține.
- Faceți o listă preliminară a posibilelor diferențe între realitate și ipotezele formulate.
- Calculați apoi, pe baza ipotezelor inițiale, diverse cantități care pot fi măsurate la fața locului.
În 1969, Peck a revizuit metoda observațională și a propus:
- explorare preliminară suficientă pentru a stabili, cel puțin în general, natura, stratigrafia și proprietățile zăcământului, dar nu neapărat detaliată;
- definirea celor mai probabile condiții și a celor mai nefavorabile abateri imaginabile de la aceste condiții; geologia joacă adesea un rol important în această etapă;
- dimensionarea și proiectarea lucrărilor pe baza unor ipoteze privind comportamentul solului în cele mai probabile condiții;
- selectarea mărimilor care trebuie măsurate, de importanță strategică, în timpul construcției și calcularea valorii estimate a acestora în funcție de ipotezele formulate;
- calcularea valorilor acelorași cantități în condițiile cele mai nefavorabile preconizate pe baza datelor de subsol disponibile;
- definirea prealabilă a intervențiilor și a modificărilor proiectului inițial pentru orice posibilă abatere semnificativă a rezultatelor experimentale de la valorile așteptate în urma calculelor;
- măsurarea cantităților alese și evaluarea timpurie, prin interpretarea acestora, a condițiilor reale de pe șantier în timpul construcției;
- modificarea proiectului pentru a-l adapta la condițiile reale.
Considerațiile lui Peck asupra metodei observaționale arată cum criteriul probabilistic de cunoaștere a terenului și de evaluare a caracteristicilor fizice și mecanice ale acestuia apare în timpul fazei preliminare de explorare.
În anii ’60, s-a răspândit Noua Metodă Austriacă (NATM; Rabcewicz, 1964, 1965) în construcția de tuneluri, ceea ce a reprezentat o etapă importantă în dezvoltarea metodei observaționale. NATM a revoluționat filozofia excavării și a susținerii tunelurilor, pe baza experienței dobândite în construcția tunelurilor alpine austriece.
Printre principiile NATM introduse de Mueller (1978) (sunt 22 în total, dintre care doar 7 îl caracterizează în mod substanțial în comparație cu alte metode de construcție a tunelurilor), un rol important îl joacă măsurarea deformației și a stării de tracțiune în jurul tunelului: scopul măsurătorilor este de a obține din experiența acumulată în construcția primelor secțiuni ale tunelului informații despre comportamentul masivului de rocă și, prin urmare, de a actualiza continuu dimensionarea structurilor de susținere.
În timpul dezvoltării NATM, au fost perfecționate instrumente de măsurare importante, care au devenit de uz comun.
Fig. 1 – Exemplu de echipament de măsurare a unui tunel NATM
NATM a favorizat dezvoltarea metodei observaționale datorită marelui interes acordat comportamentului masei de rocă, care a devenit ea însăși un element fundamental de susținere a golului creat, mobilizând rezistența reziduală.
Structurile flexibile de susținere prevăzute de NATM aveau ca unică sarcină controlul închiderii cablului și reglarea mobilizării rezistenței reziduale a masivului de rocă.
În prezent, măsurătorile în timpul procesului sunt o rutină în planificarea fiecărui proiect, iar computerele moderne sunt capabile să înregistreze (chiar și de la distanță) și să f a c i l i t e z e interpretarea în timp util a măsurătorilor de cantități de toate tipurile.
Măsurătorile la fața locului trebuie să fie planificate cu atenție în prealabil, iar succesul acestora este legat de posibilitatea de a le interpreta corect prin intermediul modelului de calcul adoptat. Tocmai pe baza modelului de calcul presupus pentru simularea masei de rocă și a structurilor realizate trebuie definită campania de măsurare detaliată.
Scopul măsurilor din timpul construcției este de a obține factori de siguranță adecvați în timpul și după construcție, la un cost minim (optimizarea proiectului).
Deci:
- controlul siguranței: în cele mai multe cazuri, structurile subterane finalizate au grade de siguranță excesive; pe de altă parte, în timpul fazei de construcție, au existat dezastrele din trecut care evidențiază importanța unei monitorizări continue a siguranței; măsurătorile pot fi considerate, în acest caz, ca un sistem de alarmă care face posibilă conștientizarea anticipată a riscului și, prin urmare, pregătirea contramăsurilor adecvate; în acest sens, înregistrarea măsurătorilor în timp, în special a derivatei în timp a mărimii măsurate, este fundamentală;
- determinarea proprietăților materialului și, dacă este posibil, a stării de tensiune neperturbată (obținută prin tehnici de analiză retrospectivă);
- determinarea caracteristicilor fizico-mecanice ale masei de rocă în această etapă prezintă un interes deosebit, deoarece se referă la problema în mărime reală, spre deosebire de testele preliminare, care, pe de altă parte, se referă la o porțiune limitată din masa de rocă;
- verificarea validității alegerii structurale în raport cu metoda de construcție;
- optimizarea caracteristicilor geometrice și mecanice ale structurii de susținere și a momentului operațiunilor la fața locului se realizează pe baza măsurătorilor efectuate la fața locului; proiectul inițial este actualizat în permanență până când rezultatele experimentale sunt satisfăcătoare (atât din punct de vedere al siguranței, cât și din punct de vedere economic);
- compararea predicțiilor teoretice cu comportamentul structural real;
Deoarece modelul de calcul dezvoltat nu poate simula perfect condițiile reale, există întotdeauna o anumită diferență între rezultatele calculelor și măsurătorile efectuate; chiar și o analiză parametrică precisă poate doar să urmărească parametrii mecanici și fizici care fac ca diferența dintre rezultatele calculelor și măsurătorile efectuate să fie minimă.
REZULTATE DE CALCUL ≠ MĂSURĂTORI
Atunci când abaterea devine semnificativă, este necesar să se reconsidere ipotezele făcute în modelul de calcul, pe baza evaluărilor comportamentului masei de rocă constatat în timpul construcției.
Exemplu de aplicare a metodei observaționale pentru o săpătură
Metoda constă în următoarele puncte:
- Explorarea pentru a construi modelul geologic și geotehnic al zăcământului;
- Identificarea celor mai probabile condiții și a celor mai nefavorabile abateri imaginabile de la condițiile modelului;
- Dimensionarea și proiectarea lucrărilor pe baza ipotezelor privind comportamentul solului în cele mai probabile condiții;
- Selectarea cantităților care urmează să fie observate în timpul construcției și calcularea valorii estimate a acestora în funcție de ipotezele formulate;
- Calcularea valorilor acelorași cantități în condițiile cele mai nefavorabile preconizate pe baza datelor de subsol disponibile;
- identificarea prealabilă a intervențiilor și a modificărilor proiectului inițial pentru orice posibilă abatere semnificativă a rezultatelor experimentale de la valorile așteptate în urma calculelor;
- Măsurarea mărimilor alese și evaluarea în timp util, prin interpretarea acestora, a condițiilor reale de pe șantier în timpul perioadei de construcție (în curs);
- Modificarea proiectului pentru a-l adapta la condițiile reale.
Fig. 2 – Schema conceptuală metoda observațională
Pentru fiecare cantitate selectată (punctul d), diferența dintre valorile măsurate în timpul excavației și cele prevăzute în proiect trebuie să se mențină în limitele de atenție predefinite.
Depășirea acestor niveluri (praguri) identifică intervențiile prevăzute la litera (f), care sunt clasificate sub termenul de „contramăsuri” dacă au ca efect îndepărtarea activității de condițiile evaluate ca fiind periculoase (condiții periculoase de linie) sau, în schimb, pot fi definite ca „raționalizări” dacă permit soluții de proiectare mai puțin oneroase, ca urmare a unui comportament observat care este mai puțin oneros decât cel prevăzut.
Raportul geotehnic și metoda observațională
Așa cum este descris și în Eurocod 7 (Proiectare geotehnică – Partea 1: Reguli generale UNI . UNI ENV 1997-1), raportul geotehnic trebuie să includă un plan de supraveghere și control. Raportul trebuie să identifice în mod clar părțile lucrării care necesită inspecție în timpul construcției sau întreținere după finalizare. Dacă verificările necesare au fost efectuate în cursul lucrărilor, acestea trebuie să fie raportate într-un raport suplimentar.
În ceea ce privește supravegherea și controalele, raportul geotehnic trebuie să indice:
- Subiectul fiecărui set de observații sau măsurători;
- Părțile structurii care urmează să fie verificate și locurile în care trebuie efectuate observațiile;
- Frecvența cu care trebuie efectuate măsurătorile;
- Modul în care trebuie evaluate rezultatele;
- Intervalul de valori în care trebuie luate în considerare rezultatele;
- Perioada de timp în care controalele trebuie să continue după finalizarea lucrărilor;
- Persoanele responsabile de efectuarea măsurătorilor și a observațiilor, de interpretarea rezultatelor și de verificarea și întreținerea instrumentelor.
Supravegherea procesului de construcție și a calității construcției, precum și controlul comportamentului structurii în timpul și după construcție trebuie să se realizeze în conformitate cu specificațiile stabilite în raportul geotehnic.
Planul de supraveghere cuprins în raportul geotehnic trebuie să identifice limitele acceptabile pentru rezultatele care vor fi obținute în timpul supravegherii.
Este necesar ca planul de supraveghere să indice tipul, calitatea și frecvența activităților de supraveghere, care la rândul lor sunt legate de:
- gradul de incertitudine al ipotezelor de proiectare;
- complexitatea condițiilor de sol și de sarcină;
- riscul potențial de rupere în timpul construcției;
- posibilitatea de a introduce modificări în proiect sau de a face corecții pe parcursul derulării proiectului
Fig. 3 – Organigrama operațională pentru programarea unui plan de măsuri
Aplicarea metodei observaționale pe scurt
- Justificarea utilizării: incertitudini care pot fi rezolvate numai în timpul fazei de implementare.
- Modalități:
- Trebuie identificate unele cantități semnificative
- Definiți limitele de acceptabilitate ale acestor cantități
- Acceptabilitatea soluției preconizate în raport cu limitele de la punctul 2
- Monitorizare continuă
Care sunt avantajele metodei observaționale?
În concluzie, în plus față de cele deja discutate, avantajele metodei sunt:
- optimizarea utilizării resurselor naturale
- o mai bună înțelegere a interacțiunii sol-structură (de exemplu, din cauza impactului unui cutremur, a sarcinilor produse de vânt etc.)
- utilizarea eficientă a spațiilor subterane
- îmbunătățirea sănătății și a siguranței
- reducerea riscurilor de mediu naturale și antropice
- cunoștințe bazate pe construcții de înaltă tehnologie
- o bună reputație în domeniul geologiei și geotehnicii
Preluat din prelegerea de la cursul de masterat de nivel 2 în geologie inginerească de la Centrul de Geotehnologie al Universității din Siena: „Metoda observațională” de Prof. Eros Aiello.
Ground Investigation Testing – GIT
GIT este software-ul care vă permite să calculați estimarea volumului geotehnic semnificativ în conformitate cu: Lancellotta și Calavera, Eurocod 7.
