-
MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788
bis/29.X.20142
ACTE ALE ORGANELOR DE SPECIALITATE
ALE ADMINISTRAIEI PUBLICE CENTRALE
MINISTERUL DEZVOLTRII REGIONALE I ADMINISTRAIEI PUBLICE
O R D I N
pentru aprobarea reglementrii tehnice Ghid de proiectare
privind lucrrile subterane cu aplicaii n hidrotehnic
i transporturi. Alctuire constructiv, calculul sprijinirii
i cmuielii. Indicativ GP 1252014*)
n conformitate cu prevederile art. 10 i art. 38 alin. 2 din
Legea nr. 10/1995
privind calitatea n construcii, cu modificrile ulterioare, ale
art. 2 alin. (3) i (4)
din Regulamentul privind tipurile de reglementri tehnice i de
cheltuieli aferente
activitii de reglementare n construcii, urbanism, amenajarea
teritoriului i
habitat, aprobat prin Hotrrea Guvernului nr. 203/2003, cu
modificrile i
completrile ulterioare,
avnd n vedere Procesul-verbal de avizare nr. 2/2014 al
Comitetului tehnic
de specialitate nr. 7 Construcii hidrotehnice i hidroedilitare i
Procesul-verbal
de avizare nr. 1/2014 al Comitetului tehnic de coordonare
general,
n temeiul art. 4 pct. II lit. e) i al art. 12 alin. (7) din
Hotrrea Guvernului
nr. 1/2013 privind organizarea i funcionarea Ministerului
Dezvoltrii Regionale i
Administraiei Publice, cu modificrile ulterioare,
viceprim-ministrul, ministrul dezvoltrii regionale i
administraiei
publice, emite prezentul ordin.
Art. 1. Se aprob reglementarea tehnic Ghid de proiectare
privind
lucrrile subterane cu aplicaii n hidrotehnic i transporturi.
Alctuire constructiv,
calculul sprijinirii i cmuielii. Indicativ GP 1252014, prevzut n
anexa care
face parte integrant din prezentul ordin.
Art. 2. Prezentul ordin se public n Monitorul Oficial al
Romniei, Partea I,
i intr n vigoare la 30 de zile de la data publicrii.
p. Viceprim-ministru, ministrul dezvoltrii regionale i
administraiei publice,
Shhaideh Sevil,
secretar de stat
Bucureti, 21 iulie 2014.
Nr. 1.340.
*) Ordinul nr. 1.340/2014 a fost publicat n Monitorul Oficial al
Romniei, Partea I, nr. 788 din
29 octombrie 2014 i este reprodus i n acest numr bis.
-
Anex
Ghid de proiectare privind lucrrile subterane cu aplicaii n
hidrotehnic i transporturi.
Alctuire constructiv, calculul sprijinirii i cmuielii. Indicativ
GP 125-2014
CUPRINS
1. Obiectul ghidului. 2. Domeniul de aplicare. 3. Definiii i
terminologie. 4. Clasificarea masivelor de roc.
4.1. Sistemul RQD. 4.2. Sistemul RMR. 4.3. Sistemul Q.
5. Stabilizarea excavaiilor subterane. 5.1. Mecanisme de
instabilitate. 5.2. Diagrama convergen fretare.
6. Sisteme de sprijinire - clasificare i alctuire. 6.1.
Clasificare. 6.2. Alegerea sistemului de sprijinire. 6.3 Adaptarea
n execuie a sprijinirilor la situaiile din teren.
7. Calculul sprijinirilor. 7.1. Calculul sprijinirilor elastice
prin metoda convergen fretare. 7.2. Calculul sprijinirilor prin
metoda bolii de surpare
8. Elemente specifice cavernelor subterane. 9. Elemente
specifice galeriilor hidrotehnice sub presiune.
Anexa nr.1: Referine tehnice. Anexa nr.2: Exemplu de calcul a
unei sprijiniri elastice-anex informativ.
MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.2014
3
-
Lista figurilor
Nr. crt. Denumire Figura nr.1 Diagrama convergen fretare. Figura
nr.2 Clasificarea sprijinirilor n funcie de diagrama
convergen-fretare. Figura nr.3 Sisteme de sprijinire: (A) cu ancore
i pri-beton; (B) cu cintre metalice. Figura nr.4 Grafic de alegere
a sistemului de sprijinire n funcie de indicele Q. Figura nr.5
Urmrirea stabilizrii excavaiei prin msurtori: a echiparea seciuni
de
msur; b reprezentarea deplasrilor msurate n funcie de timp.
Figura nr.6 Caracteristica rocii n cazul comportrii elastice.
Figura nr.7 Caracteristica rocii n cazul comportrii neliniare a
rocii. Figura nr.8 Formarea bolii de surpare. Figura nr.9
Caracteristica sprijinirii. Figura nr.10 Sprijinirea cu ancore: a -
schema sprijinirii; b rezultatele ncercrii de
smulgere a unei ancore. Figura nr.11 Trasarea caracteristicii
sprijinirilor combinate. Figura nr.12 Notaii pentru relaiile de
calc. Figura nr.13 Faze de execuie la excavarea i sprijinirea
bolii:
a cu galerie direcional central; b cu galerii direcionale la
cuzinei. Figura nr.14 Necesarul de ancorare, exprimat prin raportul
ancp / r , n funcie de
unghiul de frecare intern pe discontinuiti. Figura nr.15
Recomandri privind lungimea ancorelor din zona bolii. Figura nr.16
Prevenirea alunecrilor progresive interstrat:
a mecanismul de instabilitate; b notaii Figura nr.17 Definirea
reaciunii elastice a rocii. Figura nr. A1 Diagrama de
convergen-fretare pentru analiza stabilitii galeriei din
exemplul numeric.
Lista tabelelor
Nr. crt. Denumire Tabelul nr.1 Calitatea masivului n funcie de
RQD. Tabelul nr.2 Indici corespunztori parametrilor caracteristici.
Tabelul nr.3 Clase de roc departajate prin RMR. Tabelul nr.4
Caracterizarea orientrii tunelului n raport cu discontinuitile.
Tabelul nr.5 Coreciile indicelui RMR. Tabelul nr.6 Factorul de
reducere al eforturilor pentru roci masive. Tabelul nr.7 Recomandri
pentru sistemele de sprijinire n funcie de RQD. Tabelul nr.8
Recomandri pentru sistemele de sprijinire n funcie de RMR. Tabelul
nr.9 Recomandri pentru sistemele de sprijinire n funcie de indicele
Q. Tabelul nr.CF1 Calculul coordonatelor caracteristici rocii.
4 MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788
bis/29.X.2014
-
1. Obiectul ghidului
(1) Ghidul de proiectare al lucrrilor subterane cu aplicaii n
hidrotehnic i transporturi se refer la tunele, galerii i caverne
subterane realizate n roc. Ghidul trateaz alctuirea constructiv i
calculul sprijinirilor excavaiilor subterane. Capitole speciale se
refer la specificul cavernelor subterane i la specificul galeriilor
de aduciune a apei sub presiune. (2) n cadrul ghidului:
a) se prezint clasificarea masivelor de roc cu aplicabilitate n
proiectarea lucrrilor subterane. b) se stabilesc metodele de
stabilizare a conturului excavat. c) se definesc sistemele de
sprijinire a excavaiilor n roc i modul de alegere a acestora. d) se
detaliaz modul de calcul al sprijinirilor pentru galerii i tunele.
e) se prezint elementele specifice care caracterizeaz cavernele
subterane n roc i
galeriile hidrotehnice sub presiune. (3) Ghidul servete la
asigurarea unei abordri (principii, metode i modele) unice a
problemelor de siguran a digurilor.
2. Domeniul de aplicare
(1) Ghidul se aplic la alegerea i verificarea prin calcul a
sprijinirilor excavaiilor pentru tunele i galerii realizate n roc.
(2) Ghidul se adreseaz proceselor de decizie inginereasc n domeniul
sprijinirilor excavaiilor subterane prin furnizarea unei corelri
directe ntre caracteristicile masivului de roc i tipul de
sprijinire adecvat. (3) Ghidul servete unei abordri unitare a
conceptelor privind stabilitatea lucrrilor subterane ca fenomen de
interaciune ntre masa de roc i structurile de sprijinire. (4)
Ghidul se aplica i pentru proiectarea i calculul cmuielilor
galeriilor sub presiune. (5) Prezentul ghid se adreseaz tuturor
factorilor implicai n procesul investiional: proiectani,
verificatori de proiecte, experi tehnici atestai, executani,
responsabili tehnici cu execuia, investitori, proprietari,
administratori i utilizatori, personalul responsabil cu exploatarea
obiectivelor, operatori/ageni economici, precum i autoritilor
administraiei publice i organismelor de verificare i control
(verificarea i/sau expertizarea proiectelor, verificarea, controlul
i/sau expertizarea lucrrilor), din domeniul construciilor
hidrotehnice i domeniul apelor.
MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.2014
5
-
3. Definiii i terminologie
Masivul de roc eterogen i discontinuu este mediu de construcie i
parte integrant a lucrrii subterane. Clasificarea masivelor de roc
reprezint departajarea acestora n funcie de gradul de fragmentare i
de anumii parametri caracteristici. Sistemele de clasificare
caracterizeaz comportamentul la excavare al masivului de roc i au
ca principal element prezena i caracterul discontinuitilor.
Lucrrile de sprijinire, denumite n continuare sprijiniri, sunt
lucrrile care intervin n procesul de reechilibrare a rocii,
prevenind surprile i asigurnd securitatea lucrrii, att n faza de
execuie, ct i n perioada de exploatare. Stabilizarea excavaiei
subterane este rezultatul unui proces de interaciune ntre masa de
roc i structurile de sprijinire. Mecanismul de cedare a conturului
excavat este modalitatea prezumat prin care fragmentele de roc din
conturul excavat devin instabile sub greutatea proprie, iniiind
surparea. Structura lucrrii subterane cuprinde golul excavat,
lucrrile de sprijinire/cmuire care asigur stabilitatea excavaiei i
masa de roc nconjurtoare. Deplasare de convergen sau prescurtat
convergen este deplasarea conturului excavat ctre gol n procesul
excavrii. Fretarea este mpiedicarea deplasrilor de convergen dat,
dup caz, de prezena frontului sau de sprijinire. Diagrama
convergen-fretare este redarea grafic a efectul tridimensional
creat de front i mpiedicarea parial a deplasrilor de convergen.
Caracteristica rocii reprezint relaia dintre deplasarea de
convergen produs i efortul normal pe contur. Caracteristica
sprijinirii reprezint relaia dintre deplasarea radial impus
sprijinirii de deplasarea de convergen a rocii i presiunea normal
exercitat de sprijinire pe contur. Sistemul de sprijinire este
ansamblul lucrrilor inginereti care asigur stabilizarea conturului
excavat. Sprijinirea de tip elastic, denumit i sprijinirea cu
ancore, cu pri-beton sau cu ancore i pri-beton, este sprijinirea
care devine activ din momentul instalrii, se deformeaz odat cu roca
i contribuie la reechilibrarea masivului de roc.
6 MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788
bis/29.X.2014
-
Sprijinirea rigid, denumit i sprijinirea cu cintre metalice,
este sprijinirea care devine activ numai dup surparea conturului
excavat, cnd roca ncepe s exercite presiuni asupra extradosului
cintrelor. Bolta de surpare este extinderea spre cheie a conturului
excavaiei prin prbuirea ctre gol, datorit forelor gravitaionale, a
fragmentelor de roc ce se desprind ca urmare a ruperilor locale n
masa de roc. Politica sprijinirilor este procesul de
predimensionare, adaptare i corectare a sistemelor de sprijinire pe
baza msurrii efectelor create de sprijinirile propuse. Caverna
subteran este o excavaie ale crei dimensiuni sunt cu mult mai mari
dect cele ale tunelelor sau galeriilor. Galeria direcional este o
galerie realizat n avans n zona bolii cavernei; galeria direcional
poate fi central, de la care excavaia se lrgete spre cuzinei,
concomitent cu ancorarea, fie lateral, poziionat n zona cuzineilor,
de la care excavaia bolii se face ctre zona central. Cmuiala
definitiv pentru tunele sau caverne subterane este structura de
rezisten final, care asigur stabilitatea pe termen lung a excavaiei
subterane i, n acelai timp, funcionalitatea lucrrii. Interaciunea
cmuial - masiv de roc este procesul prin care roca exercit presiuni
pe extradosul cmuielii, datorate formrii bolii de surpare sau, n
cazuri speciale, umflrii sau curgerii lente a rocii, iar roca
exercit la extrados reaciuni proporionale cu deplasrile ctre masiv
ale cmuielii. Cmuiala galeriilor sub presiune este ansamblul
structural compus din inelul de beton armat i din coroana de roc
injectat din vecintatea acestuia. Reaciunea elastic este presiunea
exercitat de masivul de roc pe extradosul cmuelii galeriilor sub
presiune, fiind mobilizat de deformarea ctre masivul de roc a
cmuielii supuse presiunii interioare a apei.
4. Clasificarea masivelor de roc (1) Comportarea masivelor de
roc ca medii de construcie a lucrrilor inginereti, depinde esenial
de gradul de fragmentare a rocii de ctre discontinuiti i de gradul
de alterare a rocii n zona acestora. Sistemele de clasificare a
masivelor de roc au, deci, ca principal element discontinuitile,
crora, dup caz, li se asociaz i anumii parametri caracteristici.
(2) Dat fiind faptul c determinarea parametrilor caracteristici i
prezentarea acestora se face prin procedee standardizate,
clasificrile masivelor de roc prezint avantajul c pot conduce la
decizii inginereti bazate pe experiena lucrrilor de acelai tip
realizate n roci similare.
MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.2014
7
-
Detalii privind procedeele standardizate prin care se determin
parametrii caracteristici precum i indicii de casificare sunt
prezentai n standardul SR EN ISO 14689-1:2004: Cercetri i ncercri
geotehnice. Denumire i clasificarea rocilor. Partea 1: Denumire i
descriere. Referiri sunt i n SR EN 1997-2:2007-Eurocod 7:
Proiectarea geotehnic. Partea 2: Investigarea i ncercarea
terenului.
4.1. Sistemul RQD
a) Indicele RQD (Rock Quality Designation) se bazeaz pe analiza
carotelor recuperate din foraje de studii. b) Indicele RQD se
definete ca fiind expresia procentual a raportului dintre suma
lungimilor fragmentelor de carot care au lungimea mai mare sau egal
cu 10 cm i lungimea forajului din care s-a extras carota :
RQD = %100cm10
carotatalungimearecuperatefragmente
. (1)
c) Clasificarea rocilor n funcie de indicele RQD este prezentat
n tabelul nr.1.
Tabelul nr.1. Calitatea masivului n funcie de RQD RQD (%) 0 25
25 50 50 75 75
90 >90
Calitatea masivului de roc
Foarte slab
Slab Acceptabil Bun Foarte bun
d) Procedura de determinare a indicelui RQD este foarte sensibil
la calitatea echipamentului i la gradul de calificare a
personalului. Se va avea n vedere ca la extragere sau manipulare s
nu se rup carota, modificnd lungimea fragmentelor.
4.2. Sistemul RMR
a) Clasificarea RMR (Rock Mass Rating) ine cont de cinci
parametri caracteristici : rezistena la compresiune uniaxial a
rocii intacte ; indicele RQD ; interspaiul dintre rosturi
(discontinuiti) ; caracteristicile rosturilor (rugozitate,
alterarea feelor, deschidere, material de umplutur) ; prezena apei
subterane.
b) Fiecruia dintre parametri caracteristici i se ataeaz un
indice numeric parial. Valorile indicilor pariali sunt determinate
conform tabelului nr.2.
8 MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788
bis/29.X.2014
-
Tabelul nr.2. Indici corespunztori parametrilor caracteristici
Parametri Descriere i valori numerice Rezistena punctual /
Rezistena uniaxial
MPa250MPa10
250MPa10010MPa4
100MPa504MPa2
50MPa252MPa1
MPa251
5-25 1-5 2 m 0,6 2 m 20 60 cm 6 20 cm < 6
Indice 3n 20 15 10 8 5
Caracteristica rosturilor
Rosturi discontinue fr
separaie
Perei uor ru goi deschidere
5mm
Indice 4n 30 25 20 10 0 Apa subteran (l/min,10m) Raport /u
Aspect
0 0
uscat
< 10 < 0,1
umezit
10-25
0,1-0,2 umed
25-125 0,2-0,5 picurri
>125 >0,5
debiteaz Indice 5n 15 10 7 4 0
c) Indicele RMR se evalueaz prin sumarea indicilor numerici
pariali. d) Pe baza valorii indicelui RMR rocile se clasific n 5
clase, dup domeniile indicate n tabelul nr.3.
Tabelul nr.3. Clase de roc departajate prin RMR
RMR = ni1
5
0.25
25 40
40 - 60
60 80
80 - 100
Clasa V IV III II I
Caracterizare Foarte slab Slab Medie Bun Foarte bun
Coeziune c (Mpa) < 0,1 0,1-0,12 0,12-0,3 0,3 -0,4 >
0,4
Unghi de frecare
interioar < 15 15 -25 25 -35 35 45 > 45
MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.2014
9
-
e) Pentru fiecare clas din tabelul nr.3 se atribuie i estimri
globale ale coeziunii i unghiului de frecare interioar pentru
masivul de roc. f) Indicele global RMR poate fi corectat n funcie
de orientarea stratificaiei i cderea discontinuitilor n raport cu
direcia de avans a tunelului sau galeriei. g) Caractrizarea
situaiei lucrrii n funcie de direcia i orientarea discontinuitilor
rezult din tabelul nr.4.
Tabelul nr.4. Caracterizarea orientrii tunelului n raport cu
discontinuitile Direcia stratificaiei Cderea discontinuitilor
fa de sensul excavrii Caracterizarea
Perpendicular pe axa galeriei
Cderea 450 ... 900 n sensul excavrii
foarte favorabil
Cderea 200 ... 450 n sensul excavrii
favorabil
Cderea 450 ... 900 invers fa de sensul excavrii
acceptabil
Cderea 200 ... 450 invers fa de sensul excavrii
defavorabil
Paralel cu axa galeriei Cderea 500 ... 900 foarte defavorabil
Cderea 200 ... 450 acceptabil
Oricare Cderea 00 ... 200 defavorabil
g) Coreciile indicelui global RMR n funcie de orientarea
stratificaiei i cderea discontinuitilor sunt cele din tabelul
nr.5.
Tabelul nr.5. Coreciile indicelui RMR Orientarea i cderea Tipul
lucrrii
Foarte favorabil
Favorabil
Acceptabil
Defavorabil
Foarte defavorabil
Excavaii subterane
0 -2 -5 -10 -12
4.3. Sistemul Q
a) Clasificarea Q ine cont de ase parametri caracteristici :
indicele RQD ; numrul de familii de rosturi (Jn) ; rugozitatea
pereilor discontinuitilor cu efect direct asupra stabilitii (Jr) ;
gradul de alterare a pereilor discontinuitii i eventual prezena
umpluturii (Ja) ; prezena apei (Jw) ; factorul de relaxare a
eforturilor (SRF).
10 MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788
bis/29.X.2014
-
b) Indicele de calitate Q al masivului de roc se determin din
expresia :
Q =
SRFJw
JaJr
JnRQD
.. . (2)
c) Factorii produsului ce definete indicele Q au fiecare o
semnificaie fizic distinct. Raportul RQD / Jn caracterizeaz
dimensiunile blocurilor, raportul Jr / Ja caracterizeaz rezistena
la forfecare interblocuri, iar raportul Jw / SRF caracterizeaz
efortul efectiv pe contactul dintre blocuri. d) Fiecruia dintre
indici i se atribuie o valoare numeric, pe criterii cantitative sau
calitative. e) Pentru RQD valoarea numeric este dat de relaia (1),
cu singura corecie c pentru RQD < 10 se atribuie RQD = 10 (%).
f) Pentru numrul de familii de rosturi valorile numerice ale
indicelui parial Jn se atribuie pe baza inventarului
discontinuitilor din amplasament :
Roc cu foarte puine rosturi (N1) Jn = 0,5 1 O familie de rosturi
(N2,a) Jn = 2
O familie de rosturi nsoit de rosturi rare pe alte direcii
(N2,b)
Jn = 3
Dou familii de rosturi (N3,a) Jn = 4 Dou familii de rosturi
nsoite de rosturi rare pe alte
direcii (N3,b) Jn = 6
Trei familii de rosturi (N4) Jn = 9 Patru sau mai multe familii
de rosturi nsoite de
rosturi i pe alte direcii care fragmenteaz masivul n blocuri de
dimensiuni reduse (N5)
Jn = 15
Roc foarte fracturat Jn = 20 g) Pentru rugozitatea pereilor
valorile numerice ale indicelui parial Jr se atribuie n funcie de
continuitatea i aspectul feelor rostului :
Rosturi discontinue Jr = 4 Rosturi neregulate, ondulate Jr = 3
Rosturi lise, ondulate Jr = 2 Rosturi splate, ondulate Jr = 1,5
Rosturi plane, neregulate Jr = 1,5 Rosturi plane, lise Jr = 1,0
Rostrui plane, splate Jr = 0,5
n cazul rosturilor cu material de umplutur alctuit din minerale
argiloase, n grosime suficient ca s mpiedice contactul dintre fee,
se atribuie o valoare Jr = 1. n oricare dintre situaiile
anterioare, dac interspaiul mediu dintre rosturi este mai mare de 3
m, Jr se majoreaz cu o unitate.
MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.2014
11
-
h) Pentru gradul de alterare valorile indicelui Ja se evalueaz
difereniat pentru trei cazuri distincte, definite de contactul
dintre feele rosturilor : 1. Feele rostului sunt n contact :
Rosturi cimentate, cu liant cuaritic sau similar Ja = 0,75
Rosturi cu perei nealterai, cu pete numai n suprafa Ja = 1,0
Rosturi cu perei uor alterai, avnd umpluturi cu minerale rigide sau
cu particule nisipoase fr argil Ja = 2,0 Rosturi cu fee acoperite
de argile prfoase sau nisipoase Ja = 3,0 Rosturi cu fee acoperite
de minerale argiloase cu caolinit, talc, mic, gips sau grafit n
grosimi de maxim 1 2 mm Ja = 4,0
2. Feele rostului intr n contact la forfecri de maxim 10 cm
:
Rosturi cu umplutur din nisip sau roci dezintegrate Ja = 4,0
Rosturi cu material de umplutur din minerale puternic consolidate
cu grosime < 5 mm Ja = 6,0 Rosturi cu material de umplutur mediu
sau slab consolidat,
din minerale argiloase cu grosime < 5 mm Ja = 8,0 Rosturi cu
umpluturi din argile cu proprieti
de umflare, de tip montmorillonit, cu grosime < 5 mm Ja=
8,0..12,0
3. Feele rostului nu sunt n contact : Rosturi cu zone sau benzi
de roc dezintegrat Ja = 6,0 Rosturi cu umplutur din fragmente de
roc Ja = 6,08,0 Rosturi cu umplutur din materiale argiloase,
n funcie de gradul de consolidare Ja=8,012,0 Rosturi cu umplutur
din argile nisipoase sau prfoase, fr nmuiere Ja = 5,0 Rosturi cu
umplutur argiloas Ja=13,020,0
g) Pentru influena dat de prezena apei valorile indicelui Jw se
determin n funcie de afluxul de ap la deschiderea excavaiei sau/i n
funcie de presiunea apei interstiiale. Astfel :
Excavaii uscate sau cu aflux minor de ap, local sub 5 l /min ;
presiune interstiial < 0,1 MPa Jw = 1,0
Aflux mediu de ap, cu splri ocazionale ale rostului; presiune
interstiial n gama 0,1 0,25 MPa Jw = 0,66
Aflux mare de ap : presiune interstiial mare n gama 0,25-1 MPa
Jw = 0,5
Aflux mare de ap, cu splarea materialului din rost ; presiuni
interstiiale n gama 0,5 1 MPa Jw = 0,33
Aflux foarte mare de ap la deschiderea excavaiei cu diminuare n
timp ; presiune interstiial > 1 MPa Jw= 0,10,2
Aflux foarte mare de ap, constant n timp Jw= 0,05..0,1
12 MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788
bis/29.X.2014
-
h) Pentru factorul de reducere a eforturilor, valorile indicelui
parial SRF se determin diferit, n trei situaii posibile.
1. n cazul n care excavaia n roc intersecteaz o zon slab,
susceptibil de a produce
surpri :
- Zone slabe extinse, coninnd argile sau roci descompuse SRF =
10,0 Zone cu multiple rupturi prin forfecare SRF = 7,5 - O singur
zon slab, cu coninut argilos SRF= 2,55,0 O singur zon de forfecare
n roc masiv SRF = 2,5 2. n cazul rocilor masive, n funcie de starea
de efort in situ (efort principal 1 ), comparat cu
rezistenele la compresiune ( c ) i la ntindere ( t ), conform
tabelului nr.6.
Tabelul nr.6. Factorul de reducere al eforturilor pentru roci
masive Caracteristica 1/c 1/t SRF RMR redus > 200 > 13 2,5
Eforturi medii 200 10 13 0,5 1,0 Eforturi mari 10 5 0,5 0,3 0,5 2,0
Roci mediu fracturate 5 2,5
0,3 0,15 5 10
Roci puternic fracturate < 2,5 < 0,15
10 20
3. n cazul rocilor cu dilatan major sau cu potenial de umflare :
mpingerea muntelui este moderat SFR = 5 10 mpingerea muntelui este
ridicat SFR = 10 20 umflarea rocii este moderat SFR = 5 10 umflarea
rocii este semnificativ SFR = 10 15
5. Stabilizarea excavaiilor subterane
(1) n procesul de excavare starea de efort preexistent n masiv
este perturbat, iar n zona golului creat apar concentrri de
eforturi. Roca din vecintatea conturului excavat poate deveni
instabil i pot apare surpri, uneori de mare amploare. Lucrrile de
sprijinire sunt cele care trebuie s intervin n procesul de
reechilibrare a rocii, prevenind surprile i asigurnd securitatea
lucrrii, att n faza de execuie, ct i n perioada de exploatare.
5.1. Mecanisme de instabilitate a) n cazul rocilor omogene i
izotrope instabilitatea conturului excavat este generat de
concentrrile de efort care apar n zona conturului ca urmare a
redistribuirii eforturilor iniiale din masiv.
MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.2014
13
-
b) Creterea eforturilor tangeniale n vecintatea conturului
excavat poate conduce uneori la expulzarea unor fragmente de roc
sau chiar a unor blocuri de roc din contur. Instabilitatea are un
caracter fragil, cu cedare instantanee, favorizat de combinaii
defavorabile ale discontinuitilor preexistente. c) n cazul rocilor
stratificate apar mecanisme de cedare specifice. n cazul rocilor cu
stratificaie nclinat, afectat de fisuraia perpendicular pe
stratificaie, conturul excavat devine instabil prin desprinderea de
blocuri cauzat n principal de cmpul gravitaional. Dac stratificaia
este orizontal, atunci la cheie se produce ncovoierea unor lespezi
de roc, care se rup succesiv prin ntinderea fibrei inferioare cu
propagare spre masiv. Dac stratificaia este vertical cedarea se
produce prin flambarea unor coloane verticale la perei urmat de
formarea unei boli de surpare, ca urmare a cedrii naterilor. d) n
cazul n care masivul de roc este afectat de plane de
discontinuitate major, nsoite adesea de fisuraie, n cheie are loc o
surpare prin cedarea naterilor i cderea de blocuri de roc sub
propria greutate. La cheie, sau n zona pereilor laterali, apar
blocuri de roc instabile, care se pot desprinde din conturul
excavat.
5.2. Diagrama convergen - fretare (1) Structura unei lucrri
subterane cuprinde golul excavat, lucrrile de sprijinire/cmuire
care asigur stabilitatea excavaiei i masa de roc nconjurtoare.
Excavarea este un proces care se desfoar n spaiu i n timp, iar
redistribuirea eforturilor iniiale din masiv i interaciunea dintre
masa de roc (care sufer deformaii) i structurile de sprijinire
(care tind s limiteze aceste deformaii i se ncarc odat cu propria
deformare) sunt, de asemenea, fenomene ce evolueaz pe msura
progresului excavrii. a) Deplasarea conturului excavat ctre gol n
procesul excavrii poart denumirea de deplasare de convergen sau
prescurtat convergen. b) mpiedicarea deplasrilor de convergen se
numete fretare. Frontul excavaiei mpiedic parial producerea
deplasrilor de convergen prin masa de roc neexcavat i, ca urmare,
prezena frontului are efect de fretare. Pe msur ce efectul de
fretare indus de frontul excavaiei descrete n timp ce excavaia
progreseaz, n spatele frontului sprijinirea instalat intervine la
rndul ei n mpiedicarea deformaiilor mobiliznd un nou efect de
fretare. c) Efectul tridimensional creat de front i mpiedicarea
parial a deplasrilor de convergen pot fi puse n eviden printr-o
reprezentare grafic denumit diagrama convergen - fretare (figura
nr.1). n ordonat se reprezint efortul radial normal pe conturul
excavat. Sunt dou abscise. Prima corespunde deplasrilor de
convergen ru , iar a doua poziiei frontului, respectiv poziiei
sprijinirii.
14 MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788
bis/29.X.2014
-
Figura nr.1. Diagrama convergen - fretare
d) Curba nr.1 din diagrama convergen - fretare, denumit curba
caracteristic a rocii, reprezint relaia dintre deplasarea radial
produs i efortul radial pe contur. Cnd frontul este situat chiar n
dreptul seciunii, deplasarea radial este fru , , iar efortul radial
fr, este o cot parte din efortul
iniial 0 . Pe msur ce frontul avanseaz, efectul de fretare dat
de roca neexcavat descrete. Dac masivul de roc are capacitatea de a
se reechilibra singur, se atinge o situaie de echilibru dat de
max,rr uu i 0r . Dac ns, datorit deplasrilor de convergen excesive
excavaia devine instabil (ramura 3 a curbei nr.1), atunci
contribuia sprijinirii este absolut necesar. e) Curba nr.2 din
diagrama convergen - fretare, denumit curba caracteristic a
sprijinirii, reprezint relaia dintre deplasarea radial impus
sprijinirii de deplasarea de convergen a rocii i presiunea radial
exercitat de sprijinire pe contur, sp , care se opune deplasrii
radiale. f) Intersecia celor dou curbe din diagrama convergen -
fretare corespunde situaiei de echilibru, n care sprijinirea preia
efectul de fretare indus pn acum de front, deplasarea de convergen
se stabilizeaz la sru , , iar pe conturul excavat interaciunea
roc-sprijinire este caracterizat de presiunea de fretare sp .
Legend: r - efortul normal pe conturul excavat 0 - efortul
iniial din masivul de roc r,f - cota parte din efortul iniial
existent ps - presiunea exercitat de sprijinire la momentul
activrii susinerii ur - deplasarea de convergen ur,f - deplasarea
de convergena produs ur,s - deplasarea spre gol a sprijinirii pn la
activarea susinerii ur,max - deplasarea de convergen d - distana fa
de front a sprijinirii maxim la reechilibrare fr sprijinire D -
distana fa de front unde nu se mai resimte influena frontului
MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.2014
15
-
6. Sisteme de sprijinire - clasificare i alctuire
6.1. Clasificare a) n funcie de efectele structurale ale
sprijinirilor sunt dou sisteme:
sprijinirea de tip elastic, cu ancore, cu pri-beton sau cu
ancore i pri-beton, care devine activ din momentul instalrii, se
deformeaz odat cu roca i contribuie la reechilibrarea masivului de
roc;
sprijinirea rigid, cu cintre metalice, care devine activ numai
dup surparea conturului excavat; roca rmas stabil este un element
pasiv n raport cu sprijinirea i exercit ncrcri asupra cintrelor la
deformarea ctre conturul excavat.
b) Suportul grafic al clasificrii este dat de diagrama
convergen-fretare din figura nr.2, iar alctuirea constructiv este
schiat n figura nr.3.
Figura nr.2. Clasificarea sprijinirilor n funcie de diagrama
convergen-fretare
16 MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788
bis/29.X.2014
-
Cintru metalic
Plas de armare
Rigol
A
Torcret
Ancore
Rigol
B
Figura nr.3. Sisteme de sprijinire: (A) cu ancore i pri-beton;
(B) cu cintre metalice
6.2. Alegerea sistemului de sprijinire
a) Dimensionarea lucrrilor de sprijinire este posibil numai n
cazul rocilor omogene, neafectate de discontinuiti. Complexitatea
de comportare a maselor de roc a impus formularea unor reguli
empirice de alegere i predimensionare a sistemelor de sprijinire,
avnd la baz clasificrile uzual folosite pentru masivele de roc:
RQD, RMR, i Q. 6.2.1. Alegerea sistemului de sprijinire n funcie de
RQD
Tabelul nr.7. Recomandri pentru sistemele de sprijinire n funcie
de RQD
Calitatea
rocii Metoda de excavaie
Sistemul de sprijinire Ancorare pri-beton Cintre metalice
Foarte bun RQD > 90
Forare Explozivi
Ocazional Ocazional
Ocazional, local Local, 6...8 cm
Ocazional 0...0,2 B Ocazional 0...0,3 B
Bun 75
-
25
-
6.2.3. Alegerea sistemului de sprijinire n funcie de
clasificarea Q e) n funcie de indicele Q i de dimensiunile
excavaiei subterane sunt definite 38 de categorii de sprijinire. n
lucrarea de fa s-au reinut numai sistemele de sprijinire (cu
numerotarea original) specifice galeriilor i tunelurilor
(deschideri sub 6 ... 10 m). f) Sinteza recomandrilor este
prezentat n tabelul nr.9 i n figura nr.4.
Tabelul nr.9. Recomandri pentru sistemele de sprijinire n funcie
de indicele Q Categoria sprijinirii Q RQD/Jn Jr/Jn
Deschi-derea (m)
Presiune de
fretare (MPa)
Sistemul de sprijinire
17 10-4
>30 - 3,5...9 0,1 - ancorare ocazional, ancore libere sau
betonate
10-30
-
- ancorare sistematic, ancore libere sau betonate, la 1..1,5
m
6
- ancorare sistematic, ancore libere sau betonate, la 1..1,5 m i
pri-beton 2..3 cm
5
- 2...6
0,3
- ancorare sistematic la 1m i pri-beton 5 cm
MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.2014
19
-
0,1
-
Figura nr.4. Grafic de alegere a sistemului de sprijinire n
funcie de indicele Q.
j) Tipurile de sprijinire, a cror numerotare apare n figura nr.4
sunt: (1) - nesprijinit; (2) - ancorare ocazional; (3) - ancorare
sistematic; (4) - ancorare sistematic i pri-beton nearmat sau, dup
caz, armat cu plasa, n
grosime de 4-10 cm; (5) - ancore i pri-beton armat cu fibre de
5-9 cm; (6) - ancore i pri-beton armat cu fibre de 9-12 cm; (7) -
ancore i pri-beton armat cu fibre de 12-15 cm; (8) - ancore,
pri-beton armat cu fibre 15 cm i cintre uoare; (9) - cmuial de
beton armat. k) Sprijinirea prin ancorare utilizeaz de obicei
ancore libere pe gaura de foraj, blocate n adncimea forajului, fie
prin despicare, fie prin sistemul conexpan. Acestea prezint
avantajul unei instalri rapide i nu necesit o tehnologie dificil.
l) Ancorele sunt confecionate din fier beton cu diametrul de 25 sau
30 mm. Lungimea este uzual cuprins ntre 2 i 4 m, dar cel mai
adesea, dac nu sunt condiii geologice speciale, se utilizeaz
MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.2014
21
-
ancore de 2,50 m lungime. n mod normal, lungimea trebuie s fie
proporional cu deschiderea excavaiei, pentru a mri grosimea
inelului de roc autoportant pe msur ce deschiderea crete. O
recomandare empiric, frecvent utilizat, specific lungimea ancorei
la 3/14/1 din deschidere.
6.3 Adaptarea n execuie a sprijinirilor la situaiile din
teren
a) La execuia lucrrii subterane se impune adaptarea continu a
sprijinirii la condiiile din front. Adaptarea se face pe baza
experienei dar, n egal msur, i pe baza msurrii efectelor create de
sprijinirile propuse. Procesul de predimensionare, adaptare i
corectare a sistemelor de sprijinire poart denumirea de politica
sprijinirilor.
b) Pe msur ce frontul avanseaz se stabilesc seciuni de msur care
se echipeaz cu sisteme de monitorizare a deplasrilor rocii i ale
eforturilor de contact ntre roc i sprijinire. Seciunile de msur
corespund unor zone caracteristice cu condiii geologice similare i
cu parametri geomecanici asemntori. c) Echiparea minim a unei
seciuni de msur cuprinde reperi pentru msurarea convergenei i
extensometre de foraj. Direciile de msur sunt radiale, cel puin una
la cheie i cte una la nateri. d) Deplasrile de convergen sunt
principalul indicator al stabilizrii sistemului roc-sprijinire.
Msurarea lor se face cu distometru cu fir de invar tensionat sau,
mai simplu, cu banda de oel. e) Deplasrile de convergen, ca i cele
de la extensometre, se msoar la anumite intervale de timp i se
reprezint pe grafice care au n abscis timpul (figura nr.5).
Frecvena msurtorilor se reduce n timp, de la o msurtoare la cteva
ore, la o msurtoare la cteva zile i apoi la una la cteva sptmni. f)
Dac deplasrile se stabilizeaz n timp (cazul-din figura nr.5) nseamn
c ansamblul roc-sprijinire a atins o nou stare de echilibru i deci
c sprijinirea propus este potrivit. Dac exist tendina de
amplificare n timp a deplasrilor (cazul nr.2-din figura nr.5)
atunci, pe de o parte trebuie intervenit cu armoferme sau cintre n
zona deja sprijinit, iar pe de alt parte, n zonele urmtoare ce
urmeaz a fi sprijinite se va reconsidera sprijinirea propus,
ndesind ancorele, mrind lungimea acestora, ngrond pri-betonul
etc.
Figura nr.5. Urmrirea stabillizrii excavaiei prin msurtori: a
echiparea seciuni de msur;
b reprezentarea deplasrilor msurate n funcie de timp.
22 MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788
bis/29.X.2014
-
g) Pe baza datelor obinute n seciunea de msur se face validarea
sprijinirii propuse sau se procedeaz la corectarea acesteia.
Decizia este extrapolat pentru ntreaga zon caracteristic. h) n
cazul tunelelor sau galeriilor de mari dimensiuni, realizate n roci
mai slabe, aplicarea simultan a sprijinirii odat cu deschiderea
golului impune excavarea n trepte sau cu galerii direcionale. Dup
excavarea unei trepte sau odat cu progresul galeriilor direcionale,
se procedeaz la ancorarea conturilor care sunt comune cu cele ale
excavaiei finale i la aplicarea de pri-beton. i) In cazul unor
deplasri de convergen mari, datorit croroa nu se mai poate asigura
gabaritul interior al galeriei, se recurge la reprofilarea
conturului. j) Adaptarea tehnologiei de excavare la condiiile
rocii, la dimensiunile excavaiei i la posibilitatea de
reechilibrare a acesteia dup excavare este parte integrant a
politicii sprijinirilor.
7. Calculul sprijinirilor (1) Stabilirea soluiei de sprijinire a
excavaiilor subterane este bazat n principal pe nelegerea
fenomenelor de interaciune, pe intuiie i pe experien. n cadrul
fazelor de proiectare se impune ns dimensionarea lucrrilor de
sprijinire. Dimensionarea servete organizrii tehnologice a execuiei
i, n special, estimrii costurilor proiectelor. Datorit dificultilor
de modelare prin calcul a fenomenelor i de determinare prin ncercri
a multitudinii de parametri care intervin n calcule, dimensionarea
sprijinirilor are numai un caracter preliminar i orientativ.
7.1. Calculul sprijinirilor elastice prin metoda convergen -
fretare (1) Calculul sprijinirilor elastice se refer la verificarea
unei soluii de sprijinire propuse avnd la baz caracteristicile
rocii, presiunea de fretare necesar echilibrrii masivului i
capacitatea portant a sprijinirii. a) Etapele de calcul sunt: -
trasarea curbei caracteristice a rocii pe baza proprietilor
mecanice ale acesteia; - stabilirea unei anumite alctuiri a
sprijinirii, pentru care se traseaz curba ei caracteristic.
- definirea noii stri de echilibru la intersecia dintre cele dou
curbe caracteristice i determinarea presiunii de fretare
necesare.
- compararea presiunii de fretare necesare cu presiunea maxim
care poate fi exercitat de sprijinire i validarea sau invalidarea
sprijinirii propuse:
i. dac presiunea de fretare necesar este egal sau apropiat de
presiunea capabil a sprijinirii atunci sprijinirea propus este
satisfctoare;
ii. dac presiunea de fretare necesar este mai mare dect
presiunea capabil a sprijinirii atunci sprijinirea se
suplimenteaz.
MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.2014
23
-
7.1.1. Curba caracteristic a rocii a) Caracteristica rocii n
cazul comportrii liniar elastice este o dreapt (figura nr.6). n
dreptul frontului efortul radial are valoarea aproximativ 0, 7,0 fr
. Deplasarea maxim are valoarea: dat de relaia nr.(2).
)2(1 0max, REur
unde: 0 este efortul iniial din masiv; E este modulul de
elasticitate al rocii; este coeficientul Poisson al rocii.
Figura nr.6. Caracteristica rocii n cazul comportrii
elastice
b) Caracteristica rocii n cazul comportrii neliniare
(elastoplastice sau elasto fragil plastice) are trei zone,
departajate de intrarea n stadiu plastic (punctual B n figura nr.7,
caracterizat de parametrul e) i de declanarea surprii (punctual C n
figura nr.7, caracterizat de parametrul lim).
24 MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788
bis/29.X.2014
-
Figura nr.7. Caracteristica rocii n cazul comportrii neliniare a
rocii c) n cazul comportrii neliniare criteriul de plasticizare
este criteriul Mohr - Culomb:
pp ck 31 , (3) unde:
sin1sin1
pk ;
sin1cos2c
cp (4)
cu - unghiul de frecare intern al rocii i c - coeziunea. iar 1 i
3 reprezint eforturile principale maxime i minime. d) Parametrul e
care definete intrarea n zona plastic este dat de expresia:
0111 p
pp
ec
kk (5)
iar ramura BC a curbei caracteristice (figura nr.7) se
construiete dnd valori n domeniul 0,60 ... 0,95 i calculnd ordonata
(1-) 0 i abscis
121
1max,
RRu
u pere
r (6)
unde: n
pp
RR
1
1
1/2
1
0
pp
p
knsi
kc
p
(7)
iar este dilatana rocii.
MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.2014
25
-
e) Curba caracteristic se modific atunci cnd zona plastic se
extinde i apare bolta de surpare. nalimea bolii de surpare este
(figura nr.8):
2 fbhbs
Figura nr.8. Formarea bolii de surpare unde b = 2R este
deschiderea excavaiei, iar f este coeficientul de trie a rocii. f)
Delimitarea zonei de valabilitate a curbei caracteristice este dat
de lim, care rezult din egalitatea:
bs
n
p hRpRR
lim1
(8)
g) Dup apariia bolii de surpare, materialul desprins acioneaz
asupra sprijinirii cu o presiune maxim bsrm hp , unde r este
greutatea specific a rocii. 7.1.2. Curba caracteristic a
sprijinirii a) Caracteristica sprijinirii (denumit i curba
efectului de fretare) este relaia dintre creterea deformaiei
radiale, ru i sporul de efort radial exercitat de sprijinire asupra
conturului excavat,
sp . Conform figurii nr.9, relaia are abscis iniial ur, a , care
ine seama de momentul instalrii i de interspaiul dintre conturul
excavat i sprijinire (ca la armoferme) i are forma general:
Ruk
p rss
, (9)
n care sk este rigiditatea sprijinirii, iar R raza echivalent a
golului excavat.
26 MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788
bis/29.X.2014
-
Figura nr.9. Caracteristica sprijinirii b) Rigiditatea
sprijinirii cu torcret are expresia:
ReE
kt
ts 2)1( (10)
unde: e este grosima torcretului, Et este modulul de
elasticitate al torcretului, iar t este coeficientul Poisson al
acestuia. c) Relaia (10) este valabil numai dac inelul de pri-beton
se nchide n vatr. Dac inelul rmne deschis, rigiditatea acestuia se
reduce corespunztor. d) Valoarea maxim a presiunii de fretare
exercitat de sprijinirea cu torcret se limiteaz la:
Rep tct ,max, , (11)
unde c,t este rezistena la compresiune a torcretului. n
evalurile numerice ns, se alege uneori c,t 6Mpa, limitare care
reduce riscul de voalare a inelului de torcret. Dei torcretul se
muleaz pe o plas de armare, efectul acesteia se neglijeaz, dat
fiind faptul c inelul lucreaz n compresiune. e) Ancorarea
conturului excavat se face cu ancore nebetonate, blocate la capul
dinspre masiv i fixate pe faa excavaiei cu plcue. La fixare, prin
rotirea pe filet a plcuei, se obine, pe lng blocare i o
pretensionare a ancorei. e) Rigiditatea sprijinirii cu ancore are
expresia:
MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.2014
27
-
Q
Edlee
Rk
a
Lrs
24
1 (12)
unde, conform figurii nr.10, semnificaia termenilor este:
R - raza excavaiei; er - distana dintre ancore pe contur; eL -
distana dintre ancore n lungul tunelului; d - diametrul ancorei; l
- lungimea efectiv a ancorei; Ea - modulul de elasticitate al
ancorei; Q este factorul de proporionalitate aferent ncercrii de
zmulgere a ancorei (conform
diagramei i notaiilor din figura nr.10,b):
12
)()( 1,1,22aa
eeTT
uuuuQ
(13)
Figura nr.10. Sprijinirea cu ancore: a - schema sprijinirii;
b rezultatele ncercrii de smulgere a unei ancore. f) Valoarea
maxim a presiunii de fretare exercitat de sprijinirea cu ancore se
limiteaz la:
Lr
ras ee
Tp ,max, , (14)
28 MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788
bis/29.X.2014
-
unde raT , este fora maxim din ancor la smulgere, determinat
prin ncercri proprii sau asimilat pe baza datelor din literatura de
specialitate referitoare la ncercri de smulgere pentru acelai tip
de roc i aceleai dimensiuni ale ancorei. g) Trasarea curbei
sprijinirii n cazul sistemelor de sprijinire combinate (torcret i
ancore) ine seama de faptul c instalarea elementelor sprijinirii se
face secvenial. Dac se noteaz cu
1,aru deplasarea radial suportat de roc pn cnd devine activ
componenta nr.1 a sistemului de sprijinire i cu
2,aru deplasarea radial la contur pn cnd devine activ componenta
nr.2 (figura nr.11), atunci se pot scrie relaiile:
Figura nr.11. Trasarea caracteristicii sprijinirilor
combinate.
ss
arr pkR
uu1
1, pentru 21 ,, arrar uuu (15,a)
sss
arr pkkR
uu21
2, pentru 2,arr uu (15,b)
Deplasarea radial maxim pe care o poate prelua sistemul de
sprijinire este egal cu deplasarea maxim admisibil pentru prima
component a sistemului. h) Valorile maxime ale presiunilor de
fretare bazate pe date experimentale i msurtori n execuie sunt:
pentru sprijinirea cu torcret, cu grosimi cuprinse ntre 5 i 20
cm, presiunea de fretare poate ajunge la 0,5 MPa n tunele/galerii
circulare cu diametrul sub 4 m, respectiv pn la 0,2 MPa n cazul
tunelelor/galeriilor circulare cu diametrul de 10 m.
MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.2014
29
-
pentru sprijinirea cu ancore, n funcie de distana dintre ancore,
lungimea acestora i rezistena rocii n zona de ancorare, presiunile
de fretare variaz ntre 0,05 MPa i 0,2 MPa;
7.2. Calculul sprijinirilor prin metoda bolii de surpare
(1) Metoda bolii de surpare se aplic la calculul sprijinirilor
rigide, cu cintre grele. Cintrele i plasa sau elementele
longitudinale pozate pe extradosul cintrelor (ntre acestea i
conturul excavat) trebuie s preia ncrcrile date de roca desprins
din contur surpri sau blocuri.
(2) n prezentul ghid relaiile de calcul se bazeaz pe teoria
bolii de surpare a lui Protodiaconov, care asimileaz roca
considerat puternic fisurat i fragmentat de excavarea cu exploziv -
cu un mediu pulverulent. Deasupra excavaiei se formeaz o bolt de
surpare, iar materialul de peste bolt i transmite ncrcrile ctre
pereii laterali, printr-o zon comprimat, denumit bolt de descrcare
(figura nr.12). ncrcarea vertical este egal cu greutatea
materialului surpat, iar ncrcarea orizontal este dat de mpingerea
activ exercitat pe pereii laterali.
Figura nr.12. Notaii pentru relaiile de calcul
a) nlimea bolii de surpare se evalueaz n funcie de deschiderea b
a excavaiei:
fb
h2
(16)
unde f reprezint coeficientul de frecare intern, denumit
coeficient de trie sau coeficient Protodiaconov.
b) Mrimea lui f se evalueaz pe baza datelor culese n teren
pentru galerii excavate, prin asimilare, n funcie de condiiile
geologice reale. ncadrarea n baza de date i selecia coeficientului
de trie, se recomand s se realizeze de inginerul geolog. Cu titlul
informativ, sunt prezentate valorile lui f pentru cteva tipuri de
roci.
30 MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788
bis/29.X.2014
-
Roca Granite Calcare Conglomerate Calcare fisurate Marne
argiloase f 10 8 4 2 1
n multe situaii se utilizeaz i o evaluare estimativ a
coeficientului de trie f = Rc / 10, n funcie de rezistena la
compresiune a rocii cR , unde cR este exprimat n MPa. c) Ordonata
maxim a mpingerii verticale asupra sprijinirii i respectiv
mpingerea medie sunt date de expresiile:
fb
p rv 2max, f
bp rmedv 3,
(17)
d) mpingerea lateral total are valoarea:
)2/45(tg)2(21 2 HqH r , (18)
care se poate distribui liniar (cu distribuie trapezoidal sau
constant pe nlimea excavaiei). Valoarea unghiului de frecare
interioar rezult din farctg . Presiunea lateral este mult mai mic
dect presiunea vertical. Ea nu apare dect n roci moi (cu )2f , n
care este posibil formarea planurilor de alunecare. e) n cazul
rocilor stratificate sau cu planuri de i stuozitate bine definite
teoriile bazate pe bolta de surpare sunt practic neaplicabile.
ncrcarea transmis sprijinirilor rigide depinde de direcia i cderea
planurilor de discontinuitate, de frecvena i distana dintre acestea
i de efectele induse de excavarea cu explozivi. ncrcarea vertical
este exprimat sub forma greutii nlimii coloanei de roc ( hp rv ).
Valoarea coloanei h nu poate depi bh 5,0 n cazul stratificaiei/ i
stuozitii orizontale, respectiv bh 25,0 n cazul stratificaiei/ i
stuozitii verticale.
8. Elemente specifice cavernelor subterane a) Excavarea
cavernelor nu se face la seciune plin ci etapizat, n faze
succesive, care asigur condiii de stabilitate mult mai bune.
Datorit deschiderilor i nlimilor mari, se excaveaz iniial bolta
cavernei, ntr-o succesiune care s permit permanent controlul
stabilitii. b) Pentru sprijinirea din zona bolii se utilizeaz
curent dou variante privind secvenele de excavare i sprijinire
(figura nr.13):
- n prima variant (figura nr.13,a) se realizeaz iniial o galerie
direcional central, sprijinit cu pri-beton, dup care excavaia se
lrgete spre cuzinei, concomitent cu ancorarea;
- n a doua variant (figura nr.13,b), excavarea se ncepe cu dou
galerii direcionale n zona cuzineilor, sprijinite prin ancorare.
Deschiderea excavaiei bolii se face ctre zona central, utiliznd
roca neexcavat de sub bolt pentru suportul cofrajului bolii.
MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.2014
31
-
Figura nr.13. Faze de execuie la excavarea i sprijinirea bolii:
a cu galerie direcional central; b cu galerii direcionale la
cuzinei.
c) Deschiderea excavaiei bolii, n lungul cavernei se face n
sistemul cu lamele campioane alternante, pstrnd ntre ele roca
neexcavat cu rol de suport. Excavarea lamelelor rmase se face numai
dup execuia bolii de beton armat aferent lamelelor excavate, care
are astfel i rol de sprijinire pentru excavarea din a doua faz. d)
Instalarea ancorrii se face imediat dup fiecare etap de deschidere
a excavaiei din zona bolii, ct de repede permite tehnologia de
excavare. n cazul rocilor cu %50RQD , aa cum sunt cele din
amplasamentele marilor caverne subterane, predimensionarea ancorrii
se face admind c presiunea de fretare pe care trebuie s o asigure
la limit ancorarea este de Bp ranc )2,0...1,0( , unde r este
greutatea specific a rocii, iar B este deschiderea cavernei. e) n
cazul n care roca este fragmentat cu rosturi lise, cu frecare
redus, dimensionarea ancorrii se face n funcie de unghiul de
frecare pe discontinuiti, conform graficului din figura nr.14.
32 MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788
bis/29.X.2014
-
Figura nr.14. Necesarul de ancorare, exprimat prin raportul ancp
/ r , n funcie de unghiul de frecare intern pe discontinuiti.
f) Lungimea ancorelor din zona bolii se stabilete n funcie de
deschiderea cavernei. n figura nr.15, domeniul haurat servete
pentru dimensionarea preliminar. n grafic se prezint i tendina
actual, bazat pe experiena lucrrilor executate n ultima
perioad.
dimensionare preliminar
Figura nr.15. Recomandri privind lungimea ancorelor din zona
bolii.
MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.2014
33
-
g) Excavarea zonei inferioare a cavernei propriu-zise se atac
dup ce se betoneaz integral bolta, cu rol de cmuial definitiv. h)
Dac prin excavarea pereilor cavernei se formeaz blocuri instabile,
decupate de stratificaie, ancorele sau ancorajele pretensionate
trebuie astfel plasate nct s majoreze rezistena la forfecare
mobilizat pe suprafaa de alunecare (figura nr.16). Majoritatea
ancorelor trebuie s traverseze planul de alunecare, urmnd s se
reduc la minim ancorele ce traverseaz planurile de separare.
Orientarea primei categorii de ancore trebuie s formeze cu planul
de alunecare un unghi
030...15 , pentru a asigura rezistena la forfecare maxim.
Figura nr.16. Prevenirea alunecrilor progresive interstrat:
a mecanismul de instabilitate; b notaii
i) Ancorarea trebuie s asigure o presiune normal, sp , care s
menin rezistena la forfecare interstrate. Mrimea acestei presiuni
echivalente, date de ancorare, este:
)(tgtg
tsp , (19)
unde t este efortul tangenial la perete, este unghiul de frecare
ntre strate, iar este nclinarea stratelor fa de vertical. 9.
Elemente specifice galeriilor hidrotehnice sub presiune
(1) Cmuiala galeriilor sau tunelelor (bolt, bolt-perei sau
contur integral betonat) este tratat ca fiind o structur
hiperstatic. Reaciunile mobilizate pe conturul de rezemare a
cmuielii se evalueaz admind c roca este un mediu continuu i
elastic. La evaluarea ncrcrii active exercitate de roc, denumit
mpingerea muntelui, se face abstracie de efectul stabilizator al
sprijinirilor, care sunt considerate lucrri provizorii. mpingeriea
muntelui se calculeaz conform subcapitolul 7.2, referitor la
evaluarea ncrcrilor asupra sprijinirilor rigide.
34 MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788
bis/29.X.2014
-
(2) n cazul galeriilor sub presiune, fenomenele de interaciune
au un caracter special, impus de concepia diferit a cmuielilor
acestor structuri. De aceast dat principala ncrcare este dat de
presiunea interioar a apei. Principalul rol al cmuielii l
constituie asigurarea condiiilor de curgere, cu rugozitate
controlat, n timp ce presiunea interioar este transferat, n cea mai
mare msur, masivului de roc n care este realizat galeria. a)
Cmuiala galeriei sub presiune se realizeaz sub forma unui inel
relativ subire din beton armat, cu grosimi de 15...30 cm, care
supus presiunii interioare, este solicitat la ntindere i fisureaz i
o coroan de roc injectat cu lapte de ciment sub presiune n jurul
cmuielii care asigur etaneitatea. b) Se admite ipoteza
simplificatoare conform creia roca este un material continuu,
elastic i izotrop, caracterizat prin modulul de elasticitate
(deformaie) rE i prin coeficientul Poisson r . c) Reaciunea elastic
a rocii, q , este mobilizat de deformarea ctre masivul de roc a
cmuielii supuse presiunii interioare a apei, ip . (figura nr.17).
Ea acioneaz n egal msur att la extradosul cmuielii, ct i pe
conturul (suprafaa) excavat al rocii.
Figura nr.17. Definirea reaciunii elastice a rocii
Valoarea reaciunii elastice este:
)1(2)1()1(222 b
ibaaR
pq
(20)
unde notaiile sunt cele din figura nr.21, E i semnific modulul
de deformare i respectiv coeficientul Poisson, cu indicii b -
beton, r - roc, iar abrevierile sunt:
i
eRR
a , denumit grosimea relativ a cmuelii,
r
b
b
rEE
R
11
, denumit rigiditat relativ cmuial-masiv.
MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.2014
35
-
d) n cazul rocilor mai puin deformabile ( 5R ) cmuiala este puin
solicitat, o bun parte din presiunea interioar fiind preluat de
masiv. Cnd roca este mai deformabil ( )10R este raional s se prevad
cmuieli mai subiri pentru a majora transferul presiunii ctre
masiv.
e) Grosimea inelului de beton al cmuelii se alege pe criterii
constructive, la un minim tehnologic raional, iar armarea are rol
de control al fisuraiei inelului ntins centric care trebuie s-i
menin o continuitate la limit, fr ns ca deschiderea fisurilor s fie
o stare limit de dimensionare. f) Injeciile de
impermeabilizare/consolidare realizate la presiuni mari foreaz masa
de roc s se deplaseze ctre cmuiala de beton armat producnd
comprimarea acesteia; efectul, fiind premergtor punerii galeriei
sub presiune de ap, este denumit de precomprimare. g) Efectul de
precomprimare se include n calcule fiind asimilat cu exercitarea pe
extrados a unei presiuni suplimentare injp , cu 1 , unde .injp este
presiunea de injectare. Mrimea lui depinde de raportul E r / E
dintre modulul de deformare al masei de roc i modulul de deformare
a rocii propriu-zise. variaz ntre 0,1 pentru E r / E = 1 i 0,4
pentru E r / E = 0,1.
36 MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788
bis/29.X.2014
-
Anexa nr.1
Referine tehnice A. Standarde:
Nr. crt.
Indicativ Denumire standard
1. SR EN ISO 14689-1:2004 Cercetri i ncercri geotehnice.
Denumire i clasificarea rocilor. Partea 1: Denumire i
descriere.
2. SR EN 1997-2:2007-Eurocod 7 Proiectarea geotehnic. Partea 2:
Investigarea i ncercarea terenului.
3. SR EN 1997-2:2007/NB:2009 Eurocod 7: Proiectarea geotehnic.
Partea 2: Investigarea i ncercarea terenului. Anexa naional
4. SR EN 1997-2:2007/AC:2010
Eurocod 7: Proiectarea geotehnic. Partea 2: Investigarea i
ncercarea terenului
Not: 1. Referinele datate au fost luate n considerare la data
elaborrii prezentei reglementri tehnice. 2. La data utilizrii
reglementrii tehnice se va consulta ultima form n vigoare a
referinelor legislative i tehnice.
MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.2014
37
-
Anexa nr.2 - anex informativ Exemplu de calcul a unei sprijiniri
elastice
1. Datele problemei
Pentru a se pune n eviden modul n care se dimensioneaz,
respectiv se verific un sistem de sprijinire prin metoda convergen
fretare (CF), n cele ce urmeaz se trateaz cazul unui tunel ovoidal
excavat n isturi cristaline uor alterate, la o adncime 40aH m. n
anexa informativ se fac referiri la relaiile matematice din
prezentul ghid, cu respectarea numerotrii acestora. Forma excavaiei
se asimileaz cu una circular cu raza echivalent
4R m. Masa de roc este caracterizat de: greutatea specific r 27
kN/m
3 unghiul de frecare interioar 029 coeziunea aparent 12,0c MPa
modulul de deformaie la descrcare 1200E MPa dilatana 4,1 efortul
iniial din masiv, izostatic 08,10 MPa coeficientul de trie
(Protodiaconov) 65,0f
2. Definirea caracteristicii rocii.
n prim instan se determina deplasarea elastic maxim teoretic, cu
relaia nr.(2):
432,0m10432,0408,11200
2,011 20max
RE
ue cm
Parametrii caracteristici ai criteriului de plasticizare
Mohr-Coulomb, conform relaiilor nr.(3) i (4) au valorile:
40,0sin1cos2
882,2sin1sin1
cc
k
p
p
Cota e din deplasarea elastic maxim teoretic care se realizeaz
efectiv n stadiul elastic se determin cu relaia (5):
58,008,14,0
882,1882,311
011
pp
pe
ck
k
i de aici:
38 MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788
bis/29.X.2014
-
250,0432,058,0max eeer uu cm.
Pe baza acestor prime valori se determin coordonatele punctelor
A i B ale caracteristicii rocii (vezi figura nr.7 i figura
nr.A1):
Figura nr.A1.
Diagrama de convergen-fretare pentru analiza stabilitii galeriei
din exemplul numeric.
!"
!#$
cm129,0432,03,0
MPa756,07,0
,
0,
Ar
Ar
uA
!"
!#$
cm250,0
MPa453,0)1(
,
0,
erBr
eBr
uuB
Pentru trasarea poriunii BC a caracteristicii, care corespunde
comportrii elasto-fragil plastice, se determin o serie de perechi
de valori rr u, , dnd valori parametrului n domeniul (0,60 ...
0,95). Relaiile de calcul nr.(7) pentru determinarea razei zonei
plastice, respectiv nr.(6) pentru evaluarea deplasrii radiale, se
rescriu sub forma:
MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.2014
39
-
n
pp
RR
1
i:
4,02124,21
RR
ARR
Au ppr ,
unde:
104,01
531,01
419,0/2
max,
1
1
0
ere
p
p
p
uA
kn
kc
p
n tabelul nr.A1 sunt prezentate rezultatele calculelor pentru
cele patru valori caracteristice ale parametrului care au servit la
trasarea zonei BC a curbei caracteristice.
Tabelul nr.CF.1. Calculul coordonatelor caracteristici rocii
0)1( r
531,0
1419,0
RRp
4,02104,0
4,2
RR
u pr
(MPa) (m) (cm) 0,7 0,8 0,9 0,95
0,324 0,216 0,108 0,054
4,776 5,923 8,559
12,300
0,360 0,575 1,33 3,12
Limita de la care comportarea plastic genereaz formarea bolii de
surpare (punctul C al caracteristicii) se determin din condiia (8),
care se rescrie sub forma:
bs
nhR
pR
1
unde nlimea bolii de surpare are valoarea calculat conform
relaiei (16):
25,665,02
82
fb
hbs m .
Din relaia de condiie rezult:
40 MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788
bis/29.X.2014
-
07,0
425,10
419,01 883,1/1
n
bsRhR
p
Coordonatele punctului C vor fi:
cm53,24,0425,10
2104,0
MPa0756,007,0
4,2
0
r
r
u
Ramura DE a caracteristicii rocii este o paralel la axa ru i are
ordonata:
168,0mkN
16825,627 2 bsrs hp MPa
Caracteristica complet a rocii ABCDE se poate urmri n figura nr.
A1.
3. Determinarea caracteristicii sprijinirii
n conformitate cu ipoteza comportrii liniar elastice a
sprijinirii, caracteristica acesteia este o dreapt a crei ecuaie
este:
Ruu
kp arrss, .
Pentru fiecare tip de sprijinire trebuie deci determinat
rigiditatea sk i deplasarea liber a rocii aru , pn vine n contact
cu sprijinirea. n continuare sunt analizate, pe rnd, dou tipuri de
sprijinire.
4. Verificarea sprijinirilor propuse 4.1. Sprijinirea cu pri
beton. Se admite realizarea unui inel de torcret cu grosimea cm10e
. La momentul ntririi, caracteristicile elastice ale materialului
sunt MPa20000Et i 16,0sb . Din relaia (10) rezult:
595484,0
1,020000)1(
R
eEksb
sbs
MPa ,
iar de aici dreapta caracteristic:
rs up 48,1 (MPa)
cu ru exprimat n centimetri.
MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.2014
41
-
n diagrama convergen-fretare din figura nr.A1 aplicarea
torcretului se face la 2 m n spatele frontului ( )m2 dx , iar
contactul cu roca este imediat ( )0, aru . Echilibrarea excavaiei
se obine n punctul de intersecie a caracteristicii sprijinirii cu
caracteristica rocii, 1E . Din diagram rezult 28,0sp MPa. innd
seama c presiunea maxim ce poate fi exercitat de pri beton nu poate
depi valoarea determinat conform relaiei (11):
15,041,0
MPa6,lim, Re
p sbcsbs MPa,
rezult c torcretul nu este o sprijinire fezabil dect dac este
asociat i cu ancorare. 4.2. Sprijinirea cu ancore Ancorarea se
realizeaz cu ancore nebetonate, cu lungimea 2l m, din bare de oel
cu diametrul
25d mm, dispuse ntr-o reea de 11 LR ee m2. Din ncercrile de
smulgere au rezultat fora
maxim din ancor, 220smulgere, aT kN, i coeficientul de
proporionalitate din relaia (13),
12,0
aTu
Q mm/kN.
Rigiditatea sprijinirii se calculeaz conform relaiei (12):
3212,0
000210)025,0(14,32,4
114
41
22
Q
Edlee
Rk
a
Lrs MPa.
Pe baza acesteia se exprim apoi ecuaia dreptei
caracteristice:
rrs
s uuRk
p 08,0 (MPa),
cu ru exprimat n centimetri, i n acest caz, instalarea ancorelor
se face la 2 m n spatele frontului, iar efectul de interaciune se
manifest imediat ( 0, aru ). Origina caracteristicii sprijinirii n
diagrama convergen-fretare din figura nr.A.1 este aceeai ca n cazul
sprijinirii cu pri-beton. Echilibrarea excavaiei se obine n punctul
2E , de intersecie ntre caracteristica sprijinirii cu ancore i
caracteristica rocii. Din grafic rezult 09,0sp MPa.
42 MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788
bis/29.X.2014
-
innd seama c presiunea maxim ce poate fi exercitat de ancore
poate atinge valoarea limit determinat conform relaiei (14):
22,0smulgere,lim, Lr
aancs ll
Tp MPa
rezult c ancorarea asigur o sprijinire adecvat a golului
excavat. n mod similar se poate face analiza sprijinirii combinate
ancore i torcret. O asemenea variant se impune n cazul n care
excavaia va rmne descoperit o perioad lung de timp, pn la
instalarea cmuielii definitive, deci existnd riscuri legate de
alterarea rocii i coroziunea ancorelor.
MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.2014
43