A XII-a Conferin Na ional  de Geotehnic  i Funda ii - Iai, 20-22 septembrie 2012
Soluii constructive pentru stabilizarea i protecia malurilor canalelor navigabile din România
C. Avdanei, V. Dumitrescu, S. Vlad S.C. IPTANA S.A.
Cuvinte cheie: argile roii, sensibilitate la ageni atmosferici, scderea rezistenei la forfecare
REZUMAT: Prezena în taluzurile canalelor navigabile Dunre – Marea Neagr   i Poarta Alb  – Midia,  Nvodari, a argilelor roii, afectate de procesele continui de contracii i microfisur ri în contact cu aerul uscat i de umflare în contact cu apa i care capt  prin înmuiere caracteristici fizico-mecanice cu totul defavorabile, a pus numeroase probleme de stabilitate. Articolul de fa  prezint principalele tipuri de lucr ri de protecie i consolidare a malurilor acestor canale, dar i lucr rile avute în vedere pentru impermeabilizarea malurilor i reducerea exfiltraiilor în cadrul proiectului de amenajare a Canalului Dun re
 – Bucureti.
1  INTRODUCERE. CONDIII GEOTEHNICE
Pe sectorul de platou al canalelor Dunre - Marea Neagr   (CDMN) i Poarta Alb  - Midia,  Nvodari (CPAMN), între Basarabi, Agigea i Ovidiu, excavaiile pentru execuia celor dou canale navigabile au scos în eviden depozite de crete, calcare, argile i nisipuri a cror succesiune are un caracter discontinuu, orizonturi de argile cenuii cu bolovni de calcar având grosimi de pân la 3 m, argile roii sau cafenii cu grosimi ce pot depi local 20 m, iar la partea superioar  loessuri i lehmuri cu grosimi cuprinse între 1 ÷ 15 m. Dintre acestea, cele mai mari probleme sunt ridicate de comportarea argilelor roii care reprezint  cca. 3% din totalul suprafeei taluzelor. Argilele roii structurate sunt sensibile la agenii atmosferici i sunt afectate de procesul neîncetat de contracii i microfisur ri în contact cu aerul uscat i de umflare în contact cu apa. În urma încercrilor de laborator a rezultat c argilele roii prezint o scdere pronunat a rezistenei la forfecare în zonele în care se manifest efectul umflrii prin umezire i al destinderii prin descrcarea malurilor.
Pantele generale ale taluzelor în argile roii s-au determinat pe baza unor calcule de stabilitate, în funcie de grosimea stratului i de implicaiile economice ale volumelor de excavaii i mrimii suprafeelor taluzelor. Având în vedere c pantele stabile ale taluzelor în argile roii sunt reduse,
 pentru a nu se mri prea mult ampriza canalului i deci volumul excavaiilor i al exproprierilor, pe sectoarele cu grosime mare a formaiunii de argile roii s-a prevzut acoperirea malurilor cu un strat de loess compactat i pmânt vegetal, operaiune însoit de execuia unor lucr ri de drenare, captare, conducere i evacuare organizat a apelor din pânza acvifer  de la baza pachetului de loess. În condiiile neexecutrii integrale a proteciei cu loess i pmânt vegetal, precum i datorit  neîntreinerii lucr rilor de captare i scurgere a apelor, dup cca. 10 ani de la darea în exploatare a canalelor, pe unele tronsoane au început s  se produc  alunecri în orizontul de argile roii, în special pe malurile mai umede, cu expunere nordic.
În cazul Canalului Dunre – Bucureti, pe sectoarele în care fundamentul rocii de baz coboar , iar grosimea depozitelor de nisip i pietri  se mrete considerabil (pân  la 50 - 60 m), a fost necesar  luarea msurilor de impermeabilizare a malurilor i de scdere a gradientului hidraulic.
2  LUCR RI DE CONSOLIDARE PE CDMN I CPAMN
Principalele lucr ri de consolidare care au fost executate sau sunt în curs de execuie în vederea stabilizrii taluzelor în argile roii constau din: ranfor i izolai din beton simplu cu prism de
929
 
rezisten între ei, ranfor i izolai pe coloane forate, chesoane din beton armat, ziduri de sprijin din  beton armat, protecii cu pmânt armat. Alegerea unuia sau a altuia dintre tipurile de lucr ri s-a f cut în funcie de condiiile geomorfologice locale.
Lucr rile de consolidare au fost completate cu refacerea proteciei cu loess i pmânt vegetal i a lucr rilor de captare i scurgere a apelor (drenuri, anuri, rigole, descrctori).
Unele dintre lucr rile de captare a apelor de infiltraie au i rol de consolidare, fiind realizate sub form  de cordoane drenante i gabioane la baza taluzelor, iar la baza pachetului de loess s-au
 prevzut drenuri ventuz i mti drenante.
2.1   Ranfor   i izola  i din beton simplu cu prism de rezisten  între ei
Acest tip de lucrare de consolidare a taluzurilor cu ranfor i din beton i prism din piatr  brut s-a executat la baza argilelor roii, acolo unde grosimea acestora depete 15 m, iar la nivelul inferior cantoneaz apa, ceea ce ar putea afecta în mod grav stabilitatea întregului taluz. (vezi Figura 1).
Lucrarea se compune din ranfor i de beton simplu executai la distane interax variabile între 8 i 11 m, cu înlimea elevaiei de 8 m. În spaiul dintre ranfor i este executat un prism din piatr  brut 
 pe un radier din beton simplu prevzut cu pant de scurgere spre mijloc. Pentru evacuarea apei din spatele susinerii sunt prevzute tuburi din beton, atât în seciunea ranfor ilor, cât i în radierul
 prismului. Ranfor ii au fost fundai în stratul de argil cenuie.
Figura 1. Ranfor i din beton simplu.
2.2   Ranfor   i pe coloane forate
În zona km 57+400 – 57+900 mal stâng CDMN s-au executat lucr ri pentru consolidarea taluzurilor în argile roii, sub forma unor ranfor i pe coloane forate (vezi Figura 2).
P R I S M D I N P I A T R A B R U T A (II - II)
R A N F O R T D I N B E T O N S I M P L U (I - I)
II I
II I
 
 
Soluia constructiv executat const din 16 ranfor i fundai pe coloane din beton armat Φ 108 cm, amplasai la 12 m distan între ei, la nivelul cotei +38,0 mrMB (cota superioar  a radierului ranfor ilor).
Structura unui ranfort este urmtoarea: a) trei coloane verticale izolate (cota +35,5 la cota +24) executate la distana de 1,83 m interax
 b) o coloan înclinat la 140 (cota +35,5 la cota +19,50) amplasat în aval (spre ax canal) de cele verticale.
Coloanele sunt încastrate în formaiunea sarmatic, respectiv bolovniuri în masa argiloas, argile verzi, calcare în alternane cu nisipuri.
În captul coloanelor s-a executat un radier din beton armat de sec iune dreptunghiular   cu lungimea de 7,50 m, limea de 1,30 m i înlimea de 3 m.
Figura 2. Ranfort izolat pe coloane din beton armat.
2.3  Chesoane din beton armat
Soluia consolidrii taluzelor instabile cu chesoane a fost aplicat  în spatele unor lucr ri de consolidare existente cu ranfor i i a fost aleas pentru a se putea prelua împingerea pmântului din spatele ranfor ilor împini. Se menioneaz c împingerea s-a produs pe talpa ranfor ilor, iar acetia nu prezint deplasri importante i nu sunt afectai în structura lor. Soluia s-a impus prin faptul c  nu presupune s pturi deschise i deci exclude riscul alunecrii terenului peste s ptur . Deasemenea, chesoanele prezint  avantajul drenrii apelor de infiltraie prin filtrele aciculare introduse în masa alunecat dintre ele i prin drenurile din beton monogranular executate în spatele chesoanelor (vezi Figura 3).
931
 
Dezafectarea unora dintre ranfor ii împini ar fi fost inoportun datorit faptului c, aa cum s-a  precizat, ei nu au fost afectai de alunecare, iar demolarea lor ar fi fost costisitoare, foarte dificil i ar fi prezentat riscuri de stabilitate.
Lucr rile de consolidare în spatele ranfor ilor au început în toamna anului 2003 i constau din execuia unui sistem format din opt chesoane deschise cu contrafor i, executate din beton armat, fundate în stratul de argil verde i calcar.
Chesoanele au dimensiuni în plan de 7,00 x 14,00 m i adâncimi de 15,00 m, dispuse la 10,50 m interax i sunt prevzute în partea dinspre amonte cu câte doi contrafor i tubulari cu seciunea liber   de 1,00 x 1,00 m care au rolul de colectare a apei dintre chesoane.
Circulaia apei colectate în lungul frontului consolidat este asigurat în zona fiecrui cheson prin canalul colector, continuitatea între chesoane fiind realizat prin evi de oel colectoare introduse în masa de pmânt nedecapat dintre chesoane, cu ajutorul unor prese.
Camerele de lucru ale chesoanelor, se umplu în final cu beton simplu, iar cele dou  incinte de evacuare, cuprinse între pereii verticali, se umplu cu pmânt compactat pe toat înlimea lor.
Figura 3. Chesoane din beton armat.
2.4   Ziduri de sprijin din beton armat fundat pe coloane forate, cu protec  ie la partea superioar  
din pmânt armat
Aceast  soluie a fost aplicat, cu unele adaptri locale, pentru consolidarea taluzurilor de pe CDMN, pe trei sectoare afectate de fenomene de instabilitate de amploare (vezi Figura 4).
932
 
 
Zidul de sprijin, executat cu înlimea de cca. 5,5 m, pe tronsoane de 17,5 m, îndeplinete rolul de lucrare de rezisten pentru consolidarea bazei taluzului alunecat, fiind fundat pe coloane forate tip Benoto, dispuse pe dou rânduri.
În spatele zidului de sprijin s-au executat umpluturi permeabile din piatr  spart peste care s-a realizat o protecie cu pmânt armat tip green terramesh ridicat pân la creasta taluzului în loess care urma s fie protejat.
Figura 4. Zid de sprijin din beton armat fundat pe coloane forate, cu protecie din pmânt armat la partea superioar .
3  LUCR RI DE CAPTARE A APELOR CU ROL DE CONSOLIDARE PE CDMN I CPAMN
3.1   Drenuri ventuz  
Drenurile ventuz au fost executate transversal pe taluzele cu pante de 1:1÷1:2,5 acolo unde exist   un aflux de ap în strat; drenurile ventuz au limi reduse (1,5 m) i cap de evacuare .
Figura 5. Dren ventuz.
 
Pe malul sudic al Canalului Dunre – Marea Neagr , aceste drenuri lucreaz în condiii foarte  bune i deverseaz apele captate în rigola de la baza taluzului.
Corpul drenant este alctuit din piatr  spart aezat pe un radier elastic format din folie PVC de 1 mm i un strat de nisip care înlocuiete radierul rigid din beton.
Capacul de dren este alctuit din loess compactat, aezat pe un strat de nisip sau din zidrie de  piatr  brut cu mortar de ciment pe un strat de nisip.
3.2  Cordoane drenante
Cordoanele drenante sunt executate de regul la baza argilelor roii pe unele tronsoane de pe malul drept al CDMN, între km 54+000 i km 59+500 i au atât rol de captare i evacuare controlat a apelor de exfiltraie, cât i rol de consolidare. Cordoane drenante s-au executat i în cazul unor alunecri de teren, la piciorul alunecrii.
Cordonul drenant are 4 m înlime (înlimea unei trepte de excavaii) i este alctuit dintr-o umplutur  de piatr  spart spre versant i zidrie uscat spre faa vzut, pe un radier cu contrapant  de beton ciclopian.
Cordonul este fundat în argila verde, nisip sau calcar. La partea superioar  are un capac din loess compactat i pmânt vegetal.
3.3   M ti drenante
Mtile drenante au fost executate de regul la partea superioar  a argilelor roii, la contactul dintre loess i argila roie, în situaiile în care s-a constatat apariia unor exfiltraii pe taluzuri (vezi Figura 6). La fel ca în cazul cordoanelor drenante, pe lâng funciunea de captare i evacuare a apelor din versant, mtile drenante au i rol de stabilizare a taluzurilor.
Masca drenant  are corpul din piatr   spart  acoperit  cu un strat de loess i pmânt vegetal  pentru impermeabilizare.
Sistemul de evacuare a apelor captate de masca drenant  a fost conceput sub forma unui prism din zidrie uscat  din piatr   brut  i barbacane din tuburi PVC, cu radier din loess stabilizat cu ciment în cazul evacurii apelor în rigole de suprafa, sau cu baz din folie PVC în cazul evacurii apelor în drenuri.
Figura 6. Masc drenant.
4  LUCR RI PENTRU IMPERMEABILIZAREA MALURILOR I REDUCEREA INFILTRAIILOR PE CANALUL DUNRE - BUCURETI (CDB)
Pe CDB s-au difereniat dou tipuri de apr ri de mal: unele impermeabile pe sectoarele din avalul  biefurilor unde sunt diguri de retenie cumulate cu ecrane de etanare la baza acestora, cu scopul de a nu lsa apa s se exfiltreze din canal prin dig spre terenurile înconjur toare care sunt mai jos decât
 NNR-ul din canal i apr ri de mal permeabile realizate pe sectoarele din amonte ale biefurilor, acolo unde lucrarea este realizat în s ptur , digurile rezultând f r  ecrane de etanare la baz.
Protecia permeabil  este realizat  din piatr   brut  aezat  pe un filtru invers din material drenant, care sprijin la baz pe o grind din beton simplu.
Pentru micorarea pierderilor de ap  i asigurarea stabilitii hidrodinamice a malurilor, se  propune impermeabilizarea digului la piciorul versantului dinspre ap, prin execuia unor ecrane de etanare (K max=10-7 m/s), de mai multe tipuri:
- ecran din amestec bentonit-ciment încastrat în stratul impermeabil de baz, realizat cu instalaie tip Kelly, având limea cupei de cca. 500 ÷ 600 mm. Panourile pot ajunge la o adâncime de max. 35 m.
- ecran subire executat din diafragme etane realizate cu instalaia de vibroînfigere (grind  vibrant), grosimea proiectat fiind de 60 ÷ 80 mm, adâncimile realizate fiind cuprinse între 6 – 15 m; (*)
- ecran de beton cu adâncimea 5 m, traneea fiind executat cu excavator cu cup invers. (*) Alternativ ecranele de adâncime medie (H <16 m) vor putea fi executate cu tehnologia “soil-
mixing”.
Figura 7. Ecrane etane (K < 10-7 m/s) pentru micorarea pierderilor de ap i asigurarea stabilitii hidrodinamice a malurilor.
935
5  CONCLUZII
La aproape 30 de ani de la punerea în funciune a CDMN i CPAMN, se constat  c  lucr rile executate se prezint în condiii bune. Soluiile adoptate au fost corecte. Problemele de stabilitate care au aprut de-a lungul timpului s-au datorat fie neexecutrii integrale a lucr rilor propuse, fie lipsei de întreinere. Executarea corect  a consolidrilor, adaptarea soluiilor la condiiile locale, finalizarea lor potrivit proiectelor i întreinerea lor corespunztoare, au ca efect o bun comportare a lucr rilor în timp i îndeplinirea rolului pentru care acestea au fost concepute.
În cazul CDB, trebuie f cut precizarea c, în urma sistrii i pr sirii lucr rilor, ecranele de etanare (ca dealtfel tot amsamblul de lucr ri), pe lâng  deficienele de execuie, au suferit un
 proces amplu de degradare i distrugere. În cazul relurii acestor lucr ri, se propune refacerea acestora cu tehnologii de execuie disponibile in prezent.
6  BIBLIOGRAFIE
1. IPTANA Bucureti (1977-2011) Proiectele tehnice i de execuie pentru consolidarea taluzurilor pe zona cu argile roii a Canalului Dunre-Marea Neagr . 2. ISPIF Bucureti (1975-1985) Studii geologice i geotehnice pe traseele Canalului Dunre-Marea Neagr , Canalului Poarta Alb – Midia, Nvodari i Canalului Dunre - Bucureti. 3. ICB Catedra de Geotehnic i Fundaii (1980) Condiii tehnice preliminare pentru studiul, proiectarea i urmrirea comportrii taluzurilor pe zonele cu argile roii ale Canalului Dunre-Marea Neagr  i Canalului Poarta Alb - Midia,
 Nvodari.
936