CURS CURS 2 – Fund Funda aț ii în cond condiiț ii spec specia iale le
2.1. - Tasarea suplimentară prin umezire a PSU Toate relaţiile semiempirice prin care se determină valorile deformaţiilor probabile ale masivelor sensibile la umezire, sub acţiunea greutăţii proprii, sunt exprimate în funcţie de M deformaţia verticală (tasarea) suplimentară (din greutatea proprie) maximă, I mg . • Tasarea suplimentară prin umezire din greutate proprie se calculează (P7-2000) prin însumarea tasărilor straturilor elementare, cu relaţia (2.1.): n
I = ∑ ( img ) ⋅ hi ⋅ mi M mg
(2.1a)
1
în care: • hi
1,00 (2,00) - grosim grosimea ea stratu straturil rilor or elemen elementar taree în care care se împar împarte te zona zona de deformaţie din greutate proprie; • mi - coeficient al condiţiilor de lucru stabilit ca raport între tasările determinate expe experim rimen enta tale le şi tasă tasăril rilee calc calcul ulat atee (cân (cândd nu exis există tă date date expe experi rime ment ntal alee se consideră mi=1); • img = ε gi − ε gn - sub greutate proprie tasarea specifică prin umezire, a stratului elementar i, dete determ rmin inat atăă pe baza baza me meto tode deii celo celorr două două curb curbee de comp compre resi siun une-t e-tas asar aree (fig.6.62.a), ca diferenţă între deformaţia specifică ε gi a pământului umezit şi ε gn , cea cea a pământului pământului neumezit. neumezit. • img = ε gi − ε gn + 0,01 – când inundarea se produce înainte de realizarea construcţiei (cazul preumezirii), P7-2000. ≤
i
n
Cele Cele dou douăă deform deformaţi aţiii specif specifice ice se determ determină ină pentr pentruu sarcin sarcinile ile geologic geologicee σ γ z , σ γ z corespunzătoare mijlocului stratului elementar, calculându-se cu valoarea greutăţii volumice a pământului în stare de saturaţie ( γ sr ) , în cazul masivului inundat şi cu valoarea greutăţii volumice ( γ ) în cazul masivului neinundat. Împărţirea în straturi elementare şi respectiv însumarea conform relaţiei (2.1.) se extinde până la adâncimea adâncimea corespunzătoare corespunzătoare limitei zonei de deformaţie deformaţie din greutate proprie. proprie.
Figura 2.1. - Definirea tasărilor specifice la umezire umezire
Zona de deformaţie deformaţie din greutate proprie proprie este definită astfel (P7-2000): • zona zona din din cupr cuprin insu sull pach pachet etul ului ui de P.S.U. limitată la partea superioară, de planul corespunzător adâncimii la care tensiunea din greutatea proprie a pământului este egală cu rezistenţa lui structurală, iar la partea inferioară de limita pachetului de P.S.U. ; • zona limitat limitatăă la adâncime adâncimeaa la care tasare tasareaa specifică specifică la umezire umezire im3≤ 2% . • ansam ansamblu blull stratu straturil rilor or limita limitate te de suprafaţ suprafaţaa terenu terenului lui şi adânci adâncimea mea (hinf ) la care im3 ≤ 2% , însumarea făcându-se în următorul mod: - pentru întregul pachet de straturi sensibile la umezire, începând cu suprafaţa terenului (h=0) dacă inundarea se face de la suprafaţă, în mod continuu şi un timp îndelungat; - pentru pentru pachetul pachetul de staturi elementa elementare re situate între adânci adâncimea mea de 5 m şi limita inferioară (hinf ). ). • ansamblul ansamblul stratur straturilor ilor elementa elementare re din cuprinsu cuprinsull pachetulu pachetuluii de P.S.U., pentru care img ≥ 0,01. i Dacă pe adâncime sunt zone în care rezistenţa structurală p0 ≥ σ γ z , valoarea tasării specifice prin umezire se calculează pe baza celor două curbe (fig.2.1 b) cu relaţia: img = ε gi − ε gn + 0,01 (2.1.b) b) Tasarea suplimentară prin umezire sub încărcarea transmisă de fundaţie
În cazul în care pe un pachet de P.S.U. se realizează o construcţie, aceasta transmite prin intermediul fundaţiilor (fig.6.62.), sarcini ce determină o tasare tasare suplimentară la umezire umezire ( I I mp mp). Tasarea suplimentară produsă de încărcările transmise de fundaţii ( I mp mp) se determină cu relaţia (P7-2000): n
I mp = ∑ impi ⋅ hi ⋅ m
(2.2)
1
în care: • imp= ε pi − ε gn - tasarea specifică la umezire a pământului determinată pentru fiecare strat elementar în parte pe baza celor două curbe (fig.2.1.b). Aceasta se determină în funcţie de presiunile σ zn , σ zi , coresp corespunz unzăto ătoare are mijloc mijloculu uluii stratu stratului lui eleme elementa ntar, r, date date de suma suma sarcin sarcinii ii geologice pentru pământul neinundat şi tensiunea verticală σ pz = α ⋅ p indusă de presiunea p transmisă de fundaţie; • hi ≤ 1,00 (2,00 m) - grosimea straturilor elementare din cuprinsul zonei de deformaţie, pe sup inf grosimea cărora diferenţa de presiuni ( ∆σ pz = σ pz − σ pz ) nu va depăşi 1 daN/cm2; • n - numărul de straturi elementare în care este împărţită zona de deformaţie; • m - coeficientul condiţiilor de lucru ce corectează convenţionalitatea metodei celor două curbe şi ţine seama de specificul tasării din zona de deformaţie a fundaţiilor. Coeficien Coeficientul tul condiţiilo condiţiilorr de lucru se consideră consideră (SNIP 2.02.01-8 2.02.01-83;P73;P7-2000 2000); ); în raport raport de lăţimea fundaţiei astfel: • pentru B > 12 1 2 m → m = 1, pent pentru ru toat toatee stra stratu turil rilee din din cupr cuprin insu sull zone zoneii de deformaţie; • pentru B < 3 m, se calculează cu relaţia 6.194.; • pentru 3 < B < 12 m, se dete determ rmin inăă prin prin inte interp rpol olar aree lini liniar arăă între între valo valori rile le corespunzătoare corespunzătoare celor două lăţimi B = 3 m şi B = 12m. Coeficientul m pentru lăţimea B ≤ 3 m s-a stabilit pe baza a 31 de încercări cu placa (suprafaţa lor A = 0,50 - 4,00 m 2), interpretate statistic (coeficientul de corelaţie = 0,87) rezultând rezultând următoare următoareaa relaţie de interpolare interpolare liniară pentru coeficie coeficientul ntul condiţiilor condiţiilor de lucru (fig.6.63.), [55]:
m = 0,50 + 1,50 ⋅
p − p0 p1
Figura 2.2. Stabilirea expresiei coeficientului condiţiilor de lucru pentru calculul tasării I mp
unde: • p0 este rezistenţa structurală determinată conform §.4.2.6.; • p1=1 daN/cm2; • p - presiunea medie pe talpa fundaţiei în daN/cm 2. La eliminarea parţială a sensibilităţii prin îndesare sau consolidare, m=1,00 . Zona de deformaţie a fundaţiei este definită ca ansamblul straturilor elementare cuprinse între talpa fundaţiei şi adâncimea corespunzătoare unei tasări specifice imp≤ 0,01 sau adâncimea sub talpa fundaţiei în limitele căreia tensiunea verticală însumată - tensiunea transmisă de fundaţie însumată cu cea din greutatea proprie a pământului depăşeşte sau este cel puţin egală cu rezistenţa structurală ( p0) a P.S.U. (fig.6.64.). În funcţie de grupa pământului ( A/B), sub talpa fundaţiei se deosebesc următoarele trei zone (fig.2.3): • zona de deformaţie a fundaţiei ( I ) în care tasările suplimentare prin umezire se produc sub i acţiunea tensiunilor verticale însumate din greutate proprie ( σ γ z ) şi din presiunea transmisă de fundaţie ( σ pz ). Tasarea la partea superioară a acestei zone este egală cu I mg +I mp iar la partea inferioară a acestei zone este I mg ; i • zona pasivă ( II ) în care tensiunile cumulate ( σ γ z + σ pz < p0 ) sunt mai mici decât rezistenţa structurală şi deci nu se produc tasări suplimentare. Tasările pe această zonă sunt constante şi egale cu I mg . • zona de deformaţie din greutatea proprie în care sarcina geologică depăşeşte rezistenţa structurală (σ γ z > p0 . Tasarea pe această zonă are valoarea maximă la limita sa superioară ( I mg ) şi scade până la valoarea zero la limita stratului sensibil la umezire. Faţă de acest caz general se pot întâlni următoarele cazuri particulare în funcţie de grupa P.S.U., de lăţimea suprafeţei de încărcare (fundaţiei) şi intensitatea presiunii transmise. •
•
Pentru P.S.U. încadrabile în grupa A pot apare următoarele cazuri: • se întâlneşte numai zona I de deformaţie când lăţimea fundaţiei este mare, presiunea transmisă este redusă şi grosimea pachetului de P.S.U. mică; • când lăţimea fundaţiei este mică, presiunea transmisă de fundaţie redusă şi grosimea pachetului de P.S.U. mare, poate apare numai zona a II -a de deformaţie; Pentru P.S.U. încadrabile în grupa B se pot întâlni cazurile: • apar numai în zonele I şi III în cazul în care presiunea pe teren şi lăţimea fundaţiei sunt mari; • se întâlnesc zonele II şi III de deformaţie când lăţimea suprafeţei de încărcare (fundaţiei) este redusă iar presiunea transmisă este mică; • apare numai zona I când lăţimea fundaţiei şi intensitatea presiunii transmise sunt mari.
Figura 2.3. - Zonele de deformaţie într-un teren de fundare sensibil la umezire
2. Pământuri sensibile la lichefiere Pământurile susceptibile la lichefiere sunt acele pământuri care, submersate şi supuse unor acţiuni dinamice (seisme, explozii, etc.), îşi pierd capacitatea de a suporta sarcini, ca urmare a creşterii presiunii apei din pori, ce are drept consecinţă anularea frecării dintre granulele pământului, şi prin urmare scăderea bruscă a rezistenţei la forfecare, chiar cu transformarea acestuia într-o masă fluidă. Sunt susceptibile la lichefiere (SREN ISO 14688-2 / 2005): - nisipurile uniforme, în special nisipurile fine având diametrul corespunzător fracţiunii de 50%, d 50= 0,075- 0,20 mm ; - nisipurile având gradul de îndesare I D= 50…70%; - nisipurile saturate sau chiar cele aflate deasupra nivelului apei subterane, dacă zona inferioară se poate lichefia; - nisipurile la care penetrarea dinamică prezintă R p < 30 lovituri / 30 cm; - nisipurile care au permeabilitatea mică. După SREN ISO 14688-2 / 2005 şi Normativ P125-84 unul dintre primele criterii de apreciere a susceptibilităţii la lichefiere îl constituie compoziţia granulometrică, respectiv pământurile a căror curbă se situează în întregime în domeniile specificate în tabelul 2.4. Tabel 2.4 - Criterii granulometrice privind susceptibilitatea la lichefiere a pământurilor[143]
Diametrul caracteristic sau fracţiune granulometrică diametrul mijlociu d50 (mm) diametrul efectiv d10 (mm) fracţiunea argilă (A%) fracţiunea pietriş mic (%)
Pământuri lichefiabile 0,025 - 2,00 > 0,005 < 10 < 50
Pământuri uşor lichefiabile 0,075 - 0,5 > 0,025 0 < 10
fracţiunea pietriş mare cu d >10 mm (%)
< 10
0
Lichefierea este privită ca fiind fenomenul ce se manifestă într-un pământ necoeziv sau semicoeziv saturat prin pierderea capacităţii de a prelua sarcini şi este pus în evidenţă prin scăderea temporară, parţială sau totală a rezistenţei sale la forfecare, din cauza creşterii presiunii apei din pori în timpul unei solicitări monoton crescătoare sau ciclice. Luncile râurilor sunt amplasamente cu aluviuni nisipoase şi nivel al apei subterane aproape de suprafaţă, având sau nu un strat de acoperire subţire din pământ coeziv, astfel încât pot deveni susceptibile la lichefiere şi în consecinţă pot apărea forme caracteristice de manifestare. Se disting două tipuri de fenomene de lichefiere: a. Lichefierea propriuzisă este fenomenul prin care un pământ necoeziv saturat afânat î și pierde o mare parte din rezisten ța la forfecare și poate curge ca un lichid, datorită unei solicitări monotone sau ciclice. b. Lichefierea ciclică este fenomenul de cedare progresivă a unui nisip saturat, afânat, cu îndesare medie sau îndesat, supus unei solicitări cu variație ciclică în condiții de volum constant. Deformația finală rezultă din cumularea deformațiilor produse în timpul fiecărui ciclu de încărcare iar în cazul nisipurilor afânate deformația poate fi nelimitată, fenomenul devenind similar lichefierii propriu-zise. Linia stării staționare (P 125-84) (figura 3.8) , reprezentată în diagrama de stare a nisipurilor, reprezintă locul geometric al punctelor corespunzătoare stărilor în care pământul poate curge păstrându-și nemodificat indicile porilor sub efort unitar principal minim ( σ 3ˊ) constant și sub efort unitar de forfecare (τ) constant. Punctelor de pe curbă le corespund stări ale pământului necoeziv pentru care variația de volum este nulă când se produce cedarea prin forfecare în condi ții drenate. Lichefierea propriuzisă este rezultatul cedării în condi ții nedrenate a unui nisip saturat. Borchis (chisai) lichefiere ciclica curgere cu volum co nstant lichefiere propriu-zisa Q C e , r o l i r o p e l e c i d n i
A B
l i n i a s t ar ii s ta t io n a re D
p am an tu ri contractive (afanate)
p a m a n tu ri dilatative (indesate) 3f 3 c
3c
Efortul unitar principal minim efectiv, 3c
Figura 3,8. - Diagrama de stare la nisipuri
Lichefiabilitatea propriu-zisă este posibilă în cazul unui pământ granulometric lichefiabil numai dacă stările de îndesare și de eforturi situiază punctul corespunzător din diagrama de stare deasupra liniei stării staționare. Se poate defini potențialul de lichefiere (PL) cu relația: PL = (σ3c - σ3f ) / σ3f = ( Δu )f / σ3f ˊ
ˊ
ˊ
ˊ
(3.10)
Unde:
σ3cˊ
este efortul unitar principal minim efectiv inițial, respectiv cel de consolidare; σ3f ˊ este efortul unitar principal minim efectiv în timpul curgerii în regim staț ionar, respectiv abscisa punctului de pe linia stării staționare corespunzătoare indicelui porilor inițial; ( Δu )f creșterea de presiune a apei din pori. Pericolul de lichefiere devine efectiv numai când potențialul de lichefiere ia valori mai mari de 5 ... 10. Din diagrama de stare la nisipuri se constată că pentru un grad de îndesare (indice al porilor) dat pericolul de lichefiere crește odată cu creșterea eforturilor unitare normale efective. 2.1. - Determinări pentru estimarea potențialului de lichefiere
Pentru determinarea potențialului de lichefiere se realizează atât încercări de laborator cît și de teren. Încercări de laborator Pentru determinarea curbei stării staționare se efectuiază încercări prin care se stabilește poziția unor puncte de pe curbă prin perechi de valori e - σˊ (indicile porilor – efort unitar efectiv) Se efectuiază încercări de forfecare drenate fiind posibile două procedee. - Determinarea indicelui porilor critic corespunzător la diferite presiuni de consolidare. Se efectuiază mai multe încercări de forfecare drenată cu diverși indici ai porilor după consolidare (figura 3.10 a). - Efectuarea de determinări păstrând indicile porilor după consolidare constant dar utilizând diverse presiuni de consolidare. Se obțin presiuni critice, cărora le corespund variații de volum nule la atingerea rezistenței de vârf ( figura 3.10 b); - Prin încercări edometrice se determină curba caracteristică compresiune-porozitate; Încercări de teren Încercările de teren urmăresc de regulă aprecierea stării de îndesare a depozitelor ca principal factor care condiționează sensibilitatea la lichefiere. Aceste încercări pot fi: - penetrare dinamică standard; - penetrare dinamică cu con; - penetrare statică. Aprecierea potenţialului de lichefiere a unui pământ necoeziv conţinut într-o anumită succesiune litologică pe amplasamentul unei viitoare construcţii se poate realiza folosind mai multe metode de calcul: 1. metode deterministe: a. empirice - bazate fie pe explozii simulate / experimentale sau alte surse de solicitări ciclice artificiale, fie bazate pe observaţii rezultate în timpul producerii cutremurelor; b. semiempirice - fie cu tensiuni ciclice controlate (tensiune impusă – deformaţie măsurată), fie cu deformaţii specifice ciclice controlate (deformaţie impusă – tensiune controlată); c. analitice, prin metoda tensiunilor efective; 2. metode probabiliste: de risc, stocastice, statistice. Întrucât numai construcţiile amplasate pe terenuri lichefiabile, când terenul neîncărcat se lichefiază, pot fi afectate de producerea acestui fenomen (încărcarea terenului prin construcţie având efect stabilizator), cercetările au fost îndreptate spre studiul potenţialului de lichefiere a amplasamentelor neconstruite. Pe baza cunoaşterii fenomenului de lichefiere a pământurilor, se pot realiza intervenţii, în sensul prevenirii sau limitării efectelor lichefierii asupra construcţiilor, dintre care enumerăm: • corectarea curbei granulometrice pământului cu potenţial de lichefiere (amestecuri de pământ); • creşterea gradului de îndesare prin metode specifice compactării de suprafaţă; • scoaterea terenului din starea de saturaţie;
creşterea tensiunii verticale (prin suprasarcini cu ramblee de pământ sau prin coborârea apei subterane); • îmbunătăţirea condiţiilor de drenare în terenul iniţial; • mărirea coeziunii pământului, ca o componentă a rezistenţei la forfecare (prin injectări). Metodele de îmbunătăţire a terenului natural sunt costisitoare, dat fiind volumul de pământ ce trebuie stabilizat, faţă de limita construcţiei cu o bandă de lăţime egală cu grosimea stratului lichefiabil. •
2.3. Pământuri cu umflări şi contracţii mari
Pământurile cu umflări şi contracţii mari (P.U.C.M.) (SR EN ISO 14688-2 / 2005 şi Codul NE 0001-96 sunt pământurile argiloase mai mult sau mai puţin active, care prezintă proprietatea de a-şi modifica sensibil volumul, atunci când variază umiditatea lor. Din punct de vedere geologic P.U.C.M. sunt de două tipuri : - formaţiuni de zonă temperată (de la sfârşitul terţiarului şi începutul cuaternarului) constituite din depozite glaciare, lacustre sau marine vechi, de natură marnoasă calcaroasă, decalcefiate prin spălare si îmbogaţite în coloizi, reprezentate prin formaţiuni eluviale, coluviale sau aluviale ; - formaţiuni de climă caldă, bogate în materii organice,provenite din evoluţia biodinamică a solului de origine glaciară sau aluvionară, care a suferit în timp o importantă evoluţie pedologică devenind argile fisurate,cu porozitate si plasticitate foarte mare (prezentând o structura secundară, alcatuită din reţele de fisuri care separă masa lor în bucaţi poliedrice cu feţe lustruite).Din această categorie fac parte depunerile argiloase si organice din Lunca si Delta Dunării, de pe cursurile unor râuri si depunerile argiloase lacustre (argile grase). La variaţiile de umiditate P.U.C.M. se comportă astfel : - în perioadele secetoase apar în teren crăpături de contracţie, de obicei sub forma unei retele poligonale, fenomenul este mai pronunţat la temperaturile puternice însorite, mai ales acolo unde apele atmosferice (ochiuri de apă, bălti de mică adâncime) (Figura 2.2); - în perioadele ploioase crăpaturile încep sa se închidă, închiderea lor porneşte atât de jos, datorită umezirii prin apa care s-a infiltrat prin straturile superioare, cât si de sus unde straturile superioare se umflă prin umezire uniformă.
Figura 2.2 - Crăpături din contracție [143] Ipoteze privind contracţia şi umflarea pământurilor Contracţia şi umflarea pământurilor argiloase, ca manifestare a fenomenelor de interfaţă au fost şi sunt încă explicate pe baza următoarelor ipoteze: a) ipoteza presiunii capilare b) ipoteza atracţiei moleculare. a) Ipoteza presiunii capilare
Conform acestei ipoteze, contracţia pământurilor s-ar datora, deformabilităţii scheletului mineral sub acţiunea presiunilor capilare induse în masa lor de meniscurile capilare. Procesul de contracţie s-ar desfăşura în următorul mod : • prin reducerea umidităţii, la valoarea corespunzătoare apariţiei meniscurilor capilare, scheletul mineral al pământului capătă poziţii succesive de echilibru, sub acţiunea presiunilor capilare până când tensiunile care iau naştere în schelet, prin deformarea sa, echilibrează presiunile capilare; • atunci când tensiunile din scheletul solid, apărute prin deformarea sa, egalează valoarea maximă a presiunilor capilare (corespunzătoare razei minime a meniscurilor) deformaţia pe verticală încetează şi meniscurile capilare pătrund în interiorul scheletului • prin pătrunderea în structură a meniscurilor capilare se creează posibilitatea apariţiei unor meniscuri capilare pe direcţia orizontală, care prin presiunile pe care le dezvoltă, provoacă apariţia microfisurilor şi respectiv a macrofisurilor în teren; Umflarea terenului, conform acestei ipoteze s-ar datora revenirii elastice a scheletului solid, prin dispariţia meniscurilor capilare odată cu saturarea probei. Totuşi, prin prisma acestei ipoteze nu se poate explica de ce pământurile prezintă umflări mai mari decât contracţiile când acestea, ca reveniri elastice, ar trebui să fie mai mici datorită deformaţiilor remanente. De asemenea, prin imersare în apă o dată cu dispariţia meniscurilor capilare, proba de pământ ar trebui, prin prisma acestei ipoteze, să se desfacă în scurt timp în particule componente, fapt însă infirmat de experienţă. b) Ipoteza atracţiei electromoleculare În baza acestei ipoteze, umflarea şi contracţia sunt determinate de modificarea distanţelor interparticulare, prin efectul de pană dat de creşterea sau micşorarea grosimii învelişurilor de apă adsorbită, ca urmare a tendinţei de echilibrare a sistemului, în sensul realizării aceluiaşi grad de neutralizare a câmpurilor electrostatice din jurul particulelor şi implicit a se ajunge la grosimi egale a anvelopelor de apă adsorbită ale acestora. În consecinţă, mecanismul umflării pământurilor se desfăşoară astfel (fig.2.3.): • în pământuri cu umiditate redusă (fig.2.3.a), grosimile învelişurilor de apă adsorbită fiind subţiri, rezultă câmpuri de forţe electromoleculare nesaturate în jurul particulelor, fapt ce determină o adsorbţie a apei în masa pământurilor (fig.2.3.b) spre asigurarea saturării lor; • acest proces de migrare a apei continuă până la atingerea în jurul tuturor particulelor a grosimii învelişului de apă adsorbită necesară a asigura neutralizarea forţelor electromoleculare; • prin creşterea grosimilor peliculelor de apă adsorbită interparticulare, apa asemenea unei pene, (fig.2.3.b) tinde să depărteze particulele unele de altele, determinând astfel umflarea pământurilor (fig.2.3.c).
Figura 2.3. Mecanismul umflării
Mecanismul contracţiei, invers decât al umflării, este următorul (fig.2.4.): Dacă într-o zonă a masei de apă adsorbită, are loc micşorarea grosimii peliculei de apă adsorbită prin evaporare (fig.2. 4.a), atunci în jurul particulelor din această zonă intensitatea câmpului de forţe electromoleculare nesaturate devine mai mare în raport cu al particulelor ce nu şiau modificat grosimea învelişului de apă adsorbită. Ca urmare a acestei apariţii a diferenţei de potenţial electric, dipolii de apă şi cationii hidrataţi vor fi atraşi din zonele vecine particulelor cu grosimi mai mici ale învelişului de apă adsorbită; deci va rezulta, din aproape în aproape, o migrare a apei adsorbite din zonele cu grosimi mari spre zonele cu grosimi mai mici de apă peliculară, pentru a se asigura egalizarea lor (fig.2.4.b).
Figura 2.4. Mecanismul contracţiei Prin această nouă repartizare a apei adsorbite, deci prin micşorarea generală a grosimilor învelişurilor de apă adsorbită, distanţa dintre particule (legate între ele prin însăşi apa adsorbită) se micşorează (fig.2.4.c), determinând în consecinţă contracţia pământurilor. Conform acestei teorii, migrarea apei peliculare se produce pe direcţiile în care intensitatea forţelor electromoleculare este mai mare şi prin urmare şi contracţia va avea valorile maxime pe aceste direcţii. Astfel, la argilele compacte se constată desfăşurarea procesului de contracţie pe toate cele trei direcţii şi nu numai pe direcţia verticală cum indică ipoteza presiunii capilare. Totuşi, având în vedere vâscozitatea sporită a apei peliculare rezultă că procesul de contracţie nu se desfăşoară instantaneu ci în timp, timp suficient ca în volume relativ mici, grosimile peliculare să se egaleze şi deci să nu apară discontinuităţi (fisuri) în masa probelor, lucru neconfirmat de realitate. Răspândirea acestor tipuri de pământuri pe teritoriul României este prezentată în figura 2.5. În funcţie de procentul de argilă cu diametrul mai mic de 0,002mm ( A2 µ ), indicele de plasticitate ( I p), indicele de activitate ( I A= I p / A2 µ ), criteriul de plasticitate (C p), umflarea liberă (U L), limita de contracţie (w s), contracţia volumică (C v), căldura maximă de umezire ( qumax), umiditatea corespunzătoare sucţiunii la 15 bari ( w15) şi presiunea de umflare ( pu), se deosebesc trei categorii de pământuri conform tabelului 2.5., (SR EN ISO 14688-2/2005 şi NE 0001-96). Tabel 2.5. -. Clasificarea pământurilor cu umflări şi contracţii mari . v i t c A . M . C . U . P
C v % % % µ p 2 A I
A I
%
p
C
Foarte active > 30 > 35 > 1,25 I p> C p Active 18-35 25- 1,00- I p> C p
L
U
t % a r u s b w l u T
t g / a r J u x a b l m u u t q e N
2
m c % / N 5 1 a w d u p
140 < 10 > 100 > 35 > 37 > 18 > 4 100- 14- 75- 25- 25-37 13- 1-4
>
35 20Puţin active 15-25 30
1,25 140 10 100 35 18 0,7516151055-75 12-25 5-1 I p> C p 70-100 1,00 14 25 13
Factori care influenţeaza variaţiile de volum ale P.U.C.M.
Variaţiile de volum cauzate de variaţiile de umiditate ale P.U.C.M. sunt influienţate de : - activitatea pământurilor ; - condiţiile hidrogeologice ; - variaţiile de umiditate ; - presiunea transmisă de fundaţie ; - grosimea stratului ; - suprafaţa umeziă ; - proprietaţile fizice si chimice ale lichidului care produce umezirea pământului. Activitatea pământurilor La baza adsorbţiei sunt fenomene de natură electromoleculară, a căror explicaţie trebuie căutată în natura mineralogică a particolelor argiloase, forma si fineţea lor, natura polară a apei şi cationii combinaţiilor chimice disociate, care se gasesc în apa din natură. Mineralele principale din care este alcatuită scoarţa terestră în proporţie de 59,5% sunt reprezentate prin feldspaţi, care sunt alumino-silicaţi a unor metale mono şi bivalente. Mineralul argilos care prezintă cele mai intense măriri de volum este montmorillonitul, iar variaţia de volum este legată de fenomene moleculare şi electromoleculare, reflectate prin existenţa apei peliculare şi a celei capilare, mărimea lor va depinde de natura mineralogică a particulelor care alcătuiesc fracţiunea argiloasă şi de natura ionilor absorbiţi. Conditiile hidrogeologice - cazul 1 : nivelul hidrostatic subteran este la o adâncime mai mare de 10m. Diagrama de variaţie a umidităţii cu adâncimea de la suprafaţa terenului, determinată prin măsurători periodice de teren, arată că la adancimea de cca 2,00m umiditatea se menţine practic constantă în tot timpul anului ; - cazul 2 : nivelul hidrostatic subteran este la o adâncime mai mică de 2,00m. Diagrama arată un orizont de iarnă si altul de vară, adâncimea de la care umiditatea rămâne practic constantă fiind de cca 1,40m. De la această adâncime fundaţiile nu mai sunt influenţate de uscăciune ; - cazul 3 : nivelul hidrastatic subteran este la o adâncime intermediară, între 2 şi 10 m în cazul când diagrama rezultă ca o combinaţie a celor două cazuri precedente. Din ea rezultă că zona AB nu este supusă variaţiilor de umiditate. Punctele C şi D corespund adâncimilor maxime de variaţie ce se ating vara (D), respectiv iarna (C). Fundarea în zona AB sau sub punctul D când zona AB lipseşte, se face în condiţii sigure. Punctele A, B, C, D se stabilesc prin observaţii sezoniere in teren.
Figura 2.6 - Variația umidității cu adâncimea [87] Variațiile de umiditate Variaţiile de umiditate pot apărea din următoarele motive : - datorită infiltraţiilor de apă atmosferică sau din instalaţii industriale sau prin ridicarea nivelului hidrostatic ; - acumularea umidităţii sub constucţii intr-o zonă limitată ca adâncime prin perturbarea condiţiilor naturale de evapo-transpiraţie ; - umflări şi contacţii în partea superioară a zonei de aeraţie din cauza schimbării regimului hidro-termic provocat de variaţiile climatice ; - prezenţa vegetaţiei perene lângă constucţii. La evaluarea distribuţiei de echilibru a umiditaţii distingem următoarele două situaţii : - prima în care nivelul apei subterane se găseşte la mică adâncime (sub 6m) faţă de nivelul terenului şi când starea de echilibru a umidităţii este condiţionată de nivelul apei subterane ; - a doua în care nu există un strat de apă subterană şi când starea de echilibru a umidităţii este condiţionată în principal de condiţiile climatice ale regiunii considerate. Pentru situaţiile intermediare când există un strat de apă subterană la adâncime mare, se consideră zona de aeraţie subîmpărţită în două zone : - una inferioară în care este predominant efectul stratului de apă subterană ; - una superioară în care starea de echilibru a umidităţii este determinată de condiţiile climatice ale amplasamentului considerat precum şi de condiţiile de dirijare a apelor în vecinătatea imediată a construcţiei. În terenul de sub îmbrăcămintea impermeabilă se realizează un echilibru al stării de umiditate corespunzător unor sucţiuni determinate de condiţiile şi natura pământului. Cunoscând distribuţia umididǎţii în perioada executǎrii construcţiei şi distribuţia finalǎ de echilibru a umiditǎţii se pot estima în mod aproximativ modificǎrile de volum aferente schimbǎrilor de umiditate. Tinând seama de faptul cǎargilele rǎmân practic saturate pentru sucţiuni mai mici de 10 4 cm coloanǎ de apǎ (pF<4) se va folosi relaţia : ∆ ⋅ V
V
=
în care: γ s - este densitatea pǎmântului ; w0 - umiditatea iniţialǎ ;
∆w ⋅ γ s
100 + w0 ⋅ γ s
(2.2)
∆V
V - variaţia volumului relativ de pǎmânt ; ∆w - variaţia de umiditate faţǎ de umiditatea ini inţialǎ w0. Relaţia menţionatǎ a fost dedusǎ din relaţia : ∆ ⋅ V
V
=
e 0 − ei 1 + e0
(2. 3)
în ipoteza cǎ pǎmântul a fost iniţial saturat, în final este saturat şi pe tot timpul în care a avut loc variaţia de volum a rǎmas de asemenea saturat. In aceastǎ situaţie, indicii porilor pot fi exprimaţi funcţie de umiditate : w ⋅ γ w ⋅ γ e0 = 0 s şi ei = i s (2. 4) γ ⋅ w γ ⋅ w Dacǎ umiditatea se exprimǎ în procente, se obţine relaţia : ∆ ⋅ V
V
=
γ s ⋅ ∆w
100 + w0 ⋅ γ s
(2. 5)
Factorul climatic şi variaţiile de temperatură în pământ influienţează prin regimul lor alternant pe anotimpuri şi chiar zilnic umflarea, respectiv contracţia pământului. Zonele cu P.U.C.M. din România au precipitaţii de 500..700mm/an cu regim torenţial şi ecarturi mari de temperatură între vară şi iarnă şi între zi şi noapte în timpul verii (peste 10 – 20 grade C) care provoacă fenomene repetate de umflare şi contracţie pâna la o adâncime de cca 2,00 m. Variaţii mult mai importante de umiditate au loc în timpul exploatării construcţiei atât prin efectul de acoperire a suprafeţei terenului şi prin efectul ciclic sezonier dat de factorul climatic, cât şi prin procesele tehnologice care pot modifica temperatura şi umiditatea terenului de fundare. Presiunea transmisă de fundaţie Umiditatea şi îndesarea influenţează în sensul că odată cu creşterea umidităţii iniţiale se reduce umflarea, iar la o umiditate egală cu umiditatea de umflare, deformaţia de umflare nu are loc. Cu mărirea îndesării iniţiale, creşte umflarea. Presiunea de umflare este independentă de suprasarcină, de umiditatea iniţială, gradul de umuditate şi grosimea stratului şi creşte cu creşterea densităţii iniţiale a pământului în stare uscată. Grosimea stratului Cu cât stratul este mai gros, cu atât există posibilitatea ca să aibă loc o umflare mai mare rezultată din însumările umflârilor ce au loc în diferite puncte. Suprafaţa umezită Cu cât suprafaţa umezită sub construcţie va avea dimensiuni mai reduse, cu atât creşte neuniformitatea deformaţiilor care vor avea loc sub aceasta, mărind gradul pericolului apariţiei unor degradări în construcţia respectivă. Proprietăţile lichidului infiltrat şi procesele tehnologice din constucţiile respective În cazul construcţiilor industriale, unele reziduri chimice pot provoca umflarea terenului care nu prezintă creşteri importante de volum la sporirea umidităţii. Procesele tehnologice cu surse puternice de căldură sau de frig, pot conduce la variaţii importante de umiditate şi de volum ale terenului de fundare. Principalele caracteristici fizice și mecanice specifice pământurilor cu umflări și contracții mari sunt prezentate în Tabelul 3.6 Tabelul 3.6 - Caracteristici fizice și mecanice specifice pământurilor cu umflări și contracții mari Caracteristici Caracteristici fizice
Simbol Definiț ie
Granulozitate Indice de plasticitate
Se referă la conţinutul procentual de granule, având diametrul egal şi mai mic decât 0,002 mm. I p
Ip = wL - wp
Indice de activitate
IA
Unde: wL – limita superioară de plasticitate w p - limita inferioară de plasticitate Caracterizează contracția unui pământ IA = Ip / A2
Criteriul de plasticitate
C p
Unde: I p – indicele de plasticitate A2 – procentul de particule cu diametrul ≤ 0,002 mm. Caracterizează contractilitatea unui pământ atunci când I p ≥ C p Cp = 0,73(WL – 20)
Umflarea libeară
UL
Reprezintă diferența dintre volumul final și volumul inițial raportată la volumul inițial UL = (Vf – Vi) 100 / Vi
Capacitate de adsorbție
CA
(%)
Vf – volumul final, Vi = volumul inițial Reprezintă raportul procentual dintre masa de apă adsorbită prin sucțiune și masa de pământ uscat CA = WL / Mu
Căldura maximă de umezire
qu
Este dezvoltată de unitatea de masă, şi este cantitatea de căldură degajată la umezirea până la saturaţie a unui gram de pământ uscat în etuvă la 105 oC. Se foloseşte logaritmul zecimal al acestei cifre notat p.F. Sucţiunea de 15 bari este aproximativ egală cu 15000 cm coloană de apă.
wS
Umiditatea sub care nu mai au loc variații importante de volum ale pământului la variații de umiditate.
Umiditatea corespunzătoare sucțiunii de 15 bari Limita de contracție
ws = wi – (Vi – Vf ) ρw 100 /md
Vf – volumul final, Vi = volumul inițial; wi – umiditatea inițială, egală cu umiditatea de saturație wsat, în cazul probelor netulburate ș i respectiv wL în cazul probelor remaniate aduse la limita de curgere. Contracția volumică
CV
Reprezintă raportul procentual dintre variația de volum datorită uscării unui pământ saturat și volumul final. Cv = ( Vi – Vf ) 100 / Vf
Indicele de contracție - ICU umflare
Vi – Volumul inițial al probei înainte de uscare; Vf – Volumul final al probei după uscare. Stabilește tendința de variație a volumului când umiditatea pământului variază între limita de contracție (Icu = 1) și umiditatea de saturație (Icu=0) Icu = (wsat – w) / (wsat – wS)
Dacă: Icu = 0 - posibil numai fenomene de contracție; 0 ˂ Icu ˂ 1 - posibile fenomene de contracție și de umflare; Icu = 1 – posibile doar fenomene de umflare. Caracteristici mecanice
Presiunea de umflare
pu
Presiunea dezvoltată de un pământ în urma inundării de către un pământ aflat într-o incintă având umiditatea apropiată de valoarea limitei de contracție
Limita de contracţie În cadrul pământurilor argiloase se definesc trei umudităţi caracteristice şi anume: - limita de plasticitate – wP - limita de curgere – wL - limita de contracţie – wS Limita de contracţie, când umiditatea scade sub limita de plasticitate, pierderea apei se manifestă prin formare de meniscuri capilare, până când argila trece de la starea unui corp cvasisolid în starea unui corp tare. Reprezentarea variaţiei de volum în raport cu variaţia umidităţii, este util să fie reprezentată în raport cu volumul unei mase de 100g de pământ uscat. Volumul unui pământ saturat este alcătuit din volumul ocupat de schelet şi volumul ocupat de apă. V t
=
V s
+ V w
în care,
(3.3)
V t - este volumul total ; V s - volumul ocupat de schelet ; V w - volumul ocupat de apǎ. Limita de contracţie se obţine pe abscisă la intersecţia celor două ramuri rectilinii a curbei de contracţie-umiditate. La limita de contracţie, pământul respectiv are greutatea volumică maximă. Limitele de variaţie a umidităţii se iau : - pentru probe netulburate, umiditatea de saturaţie (wsat) şi limita de contracţie (wS) ; - pentru probe tulburate, limita de curgere (w L) şi limita de contracţie (wS) ; Pentru primul caz se poate scrie : wS = w L −
V i − V f ⋅ 100 M s
(3.4)
în care, V i - este volumul iniţial al probei de pǎmânt ; V f - volumul final al probei de pǎmânt ; M s - masa de pǎmânt uscat. S-a constatat că micşorarea volumului probei nu este egală cu volumul de apă evaporat,deoarece porii rămân plini cu vapori de apă saturaţi şi că umiditatea iniţială influenţează micşorarea de volum a probei.
V100
10 0
90
80
70
60 ß 50
45
40 Ws
Wp
W m ax
WL
30 10
20
30
40
W
Figura 3. 5 – Curba de contracție – umiditate Indici geotehnici deduşi din curba de contracţie-umiditate : - contracţia volumică care se calculează cu relaţia : V − V C V = i f ⋅ 100 V f
(3.5)
La terenuri argiloase obişnuite C v=10%. Probabilitatea producerii unor variaţii de volum importante a pǎmântului poate fi apreciatǎ cu ajutorul inegalitǎţii: ∆ ⋅ V V
=
V L − V V
=
e L − e
1+ e
>
0,3 în care,
(3.6)
V şi e – este volumul specific, respective indicele porilor corespunzǎtorstǎrii naturale; VL şi eL – volumul specific, respective indicele porilor corespunzǎtor limitei superioare de plasticitate (wL). - Umiditatea la sucţiune Prin sucţiune se înţelege deficitul de presiune înraport cu presiunea atmosferică care apare în apa din porii materialelor hidrofile nesaturate. Sucţiunea este condiţionată de factorii care influenţează interacţiunea dintre apă şi faza solidă,natura şi alcătuirea scheletului, conţinutul de săruri din apă, starea termică şi electrică. Sucţiunea osmotică îşi are originea în fenomenul de osmoză, datorită concentraţiei variate de săruri din apa peliculară. Ea se evidenţiază prin presiunea osmotică care se calculează cu relaţia : p = R ⋅ T ⋅ (C 1 − C 2 )
în care, p - este presiunea osmoticǎ ; R - constanta gazelor ; T - temperatura în grade Kelvin ;
(3.7)
C 1 , C 2 - concentraţiile celor douǎ soluţii. Sucţiunea osmotică apare datorită presiunii osmotice a două lichide ce conţin săruri în concentraţii diferite. Sucţiunea poate să aparq în materiale cu schelet rigid, materiale cu granule relativ mari (prin capilaritate) şi granule mici (prin adsorbţie). p F
7
6
5
4
3
2
1
0 10
20
30
40
50
W
Figura 3. 6 - Curba sucțiune – umiditate [87]
La un pământ compresibil unde o parte din presiunea exterioară este preluată de schelet, relaţia este : U = − S + α cm⋅v ⋅ p
(3.8)
în care, U - este presiunea apei din pori ; S - nsucţiunea ; p - presiunea exterioarǎ ; α cm⋅v - factor de compresibilitate. Pentru fiecare pământ se poate stabili corelaţia între mărimea sucţiunii şi umidiatea sa. Se foloseşte logaritmul zecimal al acestei cifre notat p.F. Sucţiunea de 15 bari este aproximativ egală cu 15000cm coloană de apă. Căldura maximă de umezire Este dezvoltată de unitatea de masă, şi este cantitatea de căldură degajată la umezirea până la saturaţie a unui gram de pământ uscat în etuvă la 105 oC. În funcţie de procentul de argilă cu diametrul mai mic de 0,002mm ( A2 µ ), indicele de plasticitate ( I p), indicele de activitate ( I A= I p / A2 µ ), criteriul de plasticitate (C p), umflarea liberă (U L), limita de contracţie (w s), contracţia volumică (C v), căldura maximă de umezire ( qumax), umiditatea corespunzătoare sucţiunii la 15 bari ( w15) şi presiunea de umflare ( pu), se deosebesc trei categorii de pământuri conform Tabel 3.7. (STAS 1243-88 şi NE 0001-96) Tabel 3.7. Clasificarea pământurilor cu umflări şi contracţii mari [87] A
2
A
µ
p A I % I
p
C
L
U %
s
w % C v %
u
q
x a m
1
w 5
u
p
. v i t c . M . C . U . P
%
Foarte active
>
Active
18-35 25-35 1,00-1,25 I p> C p
30
t a r u b l u T
>
35
>
1,25
I p> C p
Puţin active 15-25 20-30 0,75-1,00 I p> C p
>
140
<
10
100-140 14-10
>
100
75100
>
t a r u b l u t e N
g / J
35
>
2
%
37
>
18
m c / N a d
>
4
25-35
25-37 13-18 1-4
70-100 16-14 55-75 15-25
12-25 10-13 5-1
Activitatea unui pământ poate fi evidențiată funcție de IA; qu, max și W15 conform Tabelului 3.8. iar aprecierea potențialului de umflare se poate face funcție de wL; ws; w p conform Tabelului 3.9 Tabel 3. 8 – Activitatea pământurilor funcție de I A; qu, max și W 15 [87]
Activitatea pământurilor
IA
qu, max (J/g)
W15 (%)
Puțin activ
≤ 0,75
≤ 12
˂
Cu activitate medie
0,76 ... 1,25
13 ... 25
5 ... 10
Activ
-
26 ... 37
-
Foarte activ
˂
1,25
˂
37
˂
5
10
Tabelul 3.9 – Aprecierea potențialului de umflare / contracție al pământului pe baza limitelor w L; w s; w p. (U. S. Bureau of Recalmation – Preluat din [14 3]
Fracțiunea A2 % I p % ˂ 15 ˂ 18 13 – 23 15 – 28 20 – 31 25 – 41 ˂ 28 ˂ 35
ws % ˂ 15 10 – 16 7 – 12 ˂ 11
wL % ˂ 39 39 – 50 50 – 63 ˂ 63
Potențial de umflare Redus Mediu Mare Foarte mare
Pentru identificarea și caracterizarea, prin mijloace grafice a PUCM s-a propus în STAS 1913/12-88 și în Cod N.E. 0001-96 reunirea într-o singură diagramă (figura 3.6) diagrama de identificare a abacei de plasticitate Casagrande, curba de granulozitate și diagrama lui Skempton. Prin reprezentarea pământului pe fiecare din aceste trei diagrame și prin unirea punctelor caracteristice (P1 ... P4) rezultă o figură geometrică, numită amprenta pământului, concepută de pofesorul Andrei Silvan. Cu cât aria amprentei este mai mare se consideră că pământul este mai activ. Presiunea de umflare În cazul în care umflarea pământului ar fi împiedicată atunci asupra elementului, ce împiedică umflarea se exercită presiuni numite presiuni de umflare ( pu), cu atât mai importantă (2-3 daN/cm2) cu cât gradul de umiditate iniţial al pământului este mai redus şi grosimea învelişului de apă adsorbită corespunzătoare tipului de pământ este mai mare. Acestea se determină utilizând edometrul (metoda Holt) conform procedurilor din STAS 1913/12-88 şi respectiv Cod N.E. 0001-96. Chen (1975) analizând factorii care influenţează presiunea de umflare a constatat:
• •
presiunea de umflare creşte odată cu greutatea volumică uscată ( γ d ); pentru roci netulburate, ( pu ) poate fi definită presiunea necesară menţinerii constante a valorii ( γ ); pu nu depinde de sarcina geologică ( σ γ z ), de gradul de saturaţie ( S ) şi grosimea • stratului. Presiunea de umflare, potenţială, poate fi estimată prin relaţii de tipul (3.9) (Popescu – 1983), [166]: d
r
log pu
= −2,182 + 0,0208 ⋅ wL + 0,000665 ⋅ γ d − 0,0269 ⋅ w
(3.9.)
unde:
• pu - presiunea de umflare (daN/cm2); • w L - limita superioară de plasticitate (%); • γ d - greutatea volumică în stare uscată (daN/mc); • w - umiditatea naturală (%). Aceste presiuni de umflare, puv , egale cel mult, în cazul fundaţiilor, cu presiunile ce se transmit terenului de fundare, pot determina prin valori neuniforme, deteriorări ale construcţiilor datorită stării de tensiune suplimentară indusă în acestea, precum şi importante sporuri ale împingerii ( puh ) exercitate de către pământ asupra elementelor de susţinere (culei de pod, ziduri de sprijin, pereţi de subsol, etc.).
Pământuri argiloase saturate, puternic compresibile
Pământurile argiloase saturate cu apă sunt acele pământuri care pentru un interval de variabilitate a presiunii efective cuprins între 0,5 şi 2,5 daN/cm2, prezintă un modul de deformaţie mai mic de 50 daN/cm2 şi un grad de umiditate mai mare de 0,8. [143] În această grupă se includ pământurile aluvionare marine, lacrustre şi din limanuri, pământurile de deltă, de mlaştină şi alte forme de sedimentare deluviale şi pluviale sau care provin din procese litogene ce prezintă o puternică compresibilitate. După compoziţia litologică şi criteriul texturii, din această grupă fac parte mâlurile, intercalaţiile de argilă, argile nisipoase sau prăfoase, precum şi unele pământuri loessoide saturate cu apă, ca şi alte tipuri de pământuri neconsolidate, aflate în general sub nivelul apei freatice. Pentru pământurile de provenienţă aluvionară este caracteristică constanţa compresibilităţii şi a reristenţei pe adâncime. Adesea, în aceste pământuri apar incluziuni de natură organică. În grupa pământurilor argiloase saturate slabe intră şi pământuri diferite ca compoziţie mineralogică, structură, provenienţă etc, rezultând astfel foarte clar că este deosebit de dificil de stabilit pentru acestă extrem de mare variabilitate de pământuri metode generale de consolidare, apreciindu-se însă că metodele utilizate pentru o anumită categorie pot fi folosite într-o formă relativ corespunzătoare şi în cazul altor categorii de pământuri ce aparţin acestei grupe. Se poate observa că după stabilirea unor principii generale pentru întreaga grupă, vor trebui precizate metode particulare de consolidare, valabile pentru unul sau mai multe cazuri concrete, care vor trebui studiate în vederea utilizării unui anumit fel de pământ ca teren de fundare. Din studii rezultă pentru fiecare categorie de teren aspectele specifice care duc la dificultăţi de fundare care, în cazul pământurilor argiloase saturate cu apă, se pot rezuma în următoarele [143]: - deoarece modulul de deformaţie este redus ( sub 50 daN/cm2 ) apar tasări mari determinate de compresibilitatea stratelor, uneori neuniform, producând fie înclinări, fie degradări ale construcţiilor, care au impus lucrări de consolidare ulterioară; - ştiut fiind că pământurile argiloase saturate au caracteristici de rezistenţă scăzute.
Pământuri cu conţinut de materii organice (slab sau ridicat, mâluri, nămoluri; pământuri turboase, turbe )
Pământurile cu conţinut de materii organice sunt pământuri de formaţie relativ recentă (câteva mii de ani) care conţin materii organice; din această categorie fac parte: mâlurile, nămolurile, pământurile turboase şi turba . Mâlurile sunt pământuri cu un conţinut de materii organice (SR EN ISO 14688-2/2005, STAS 7107/1 - 76) sub 5%. Sunt depozite aluvionare conţinând în general mai mult de 90% elemente inferioare dimensiunii de 0,20 mm, alcătuite din particule argiloase foarte fine (corespunzătoare stării coloidale), afânate, puţin consolidate, prezentând în general limite de curgere w L = 60 - 120% indice de plasticitate I p = 30 - 80%, umiditatea naturală fiind apropiată de limita de curgere. Nămolurile sunt pământuri asemănătoare mâlurilor, cu un conţinut de materii organice între 5-10% putând conţine resturi de plante carbonizate. Pământurile turboase sunt pământuri cu un conţinut de materii organice între 10 - 60%, formate în urma descompunerii incomplete a resturilor vegetale într-un mediu saturat cu apă, dar neoxigenat. Turba este un pământ cu un conţinut de materii organice de peste 60%, format într-un mediu similar pământurilor turboase, reprezintă o îngrămădire de resturi vegetale cu un grad de descompunere variabil, de culoare brună - neagră, cu o structură fibroasă, în cantitate importantă de substanţe minerale (nisip, argile, calcar), putând reţine cantităţi importante de apă: 400 - 1000 % (şi chiar mai mult). În mod esenţial, aceste pământuri se caracterizează prin faptul au o compresibilitate mare şi foarte mare şi prezintă o rezistenţă la forfecare foarte redusă, ambele proprietăţi fiind puternic anizotrope, S.N.I.P.2.02.01-83. Procesul de consolidare decurge foarte lent şi neomogen, iar permeabilitatea prezintă de asemenea o variabilitate şi anizotropie accentuată. Mâlurile, prin consistenţa lor redusă şi natura chimico-mineralogică a particulelor se mai caracterizează printr-o proprietate reversibilă numită tixotropie (trecerea din gel în sol, în urma unor agitaţii mecanice) şi proprietăţi reologice foarte pronunţate (curgere lentă). Prezenţa materiei organice induce o denumire specială pământurilor care le conţin pământuri turboase, conţinutul fiind diferenţiat cantitativ pe categorii: în cantitate mai mare de 3% la pământuri nisipoase şi mai mari de 5% la pământuri argiloase. Prezenţa acestor pământuri turboase poate fi semnalată sub forma unui strat continuu sau sub formă de lentile. Caracterizarea materiei organice prezentă în pământ se realizează în funcţie de conţinutul procentual faţă de scheletul mineral şi de gradul de descompunere al acesteia. În funcţie de conţinutul procentual, variaţia se înregistrează între 3% şi 40% la nisipuri şi între 5% până la 40% la argile. În ceea ce priveşte gradul de descompunere, evaluarea cantitativă presupune impunerea unui coeficient de reducere asupra presiunilor acceptabile ale terenului de fundare, în acest sens considerându-se că dacă acesta este mai mic de 30%, presiunile convenţionale ca presiuni acceptabile pot fi aplicate la valoarea lor întreagă, fără a le afecta cu un coeficient de reducere [143]. Încercările de laborator pentru studiul compresibilităţii acestor pământuri vor ţine cont de procesele reologice care au loc sub sarcină iar modulii de deformaţie se vor stabili pe intervale mici de presiuni, pentru a putea efectua un calcul de tasare corespunzător condiţiilor de comportare specială a acestor pământuri. În urma studiilor efectuate, s-a propus ca la o diferenţă a caracteristicilor de rezistenţă şi deformabilitate determinate pe direcţie verticală şi orizontală mai mică de 40%, se poate neglija anizotropia. Succesiunea litologică de pe amplasamentul în care este prezent un mâl este considerată importantă, în sensul în care un strat de mâl cuprins între două straturi de pământ având proprietăţi fizico-mecanice superioare, are o comportare mai bună decât acelaşi strat aflat la suprafaţa terenului. De asemeni şi la aceste pământuri cu comportament special, calculul terenului de fundare se va face la cele două stări limită: de deformaţii şi de capacitate portantă. Următoarele aspecte au importanţă deosebită la calcul [143]:
viteza de aplicare a încărcării pe teren; forţele hidrodinamice ale apei, care pot apărea prin aplicarea încărcării; variaţia tensiunilor efective prin dinamica fenomenul de consolidare; anizotropia proprietăţilor mecanice. În cazul în care nu sunt îndeplinite restricţiile de verificare a terenului de fundare se pot adopta soluţii tehnice referitoare la (S.N.I.P. 2.02.01-83): • îmbunătăţirea terenului de fundare în vederea reducerii şi uniformizării deformaţiilor; • conformarea structurii pentru a se putea adapta la interacţiunea cu terenul de fundare; • asigurarea funcţionării fără defecţiuni a reţelelor tehnico-edilitare. Pentru a reduce deformaţiile terenului de fundare în timpul de exploatare a construcţiei se pot adopta soluţii tehnice ce cuprind: • alegerea adâncimii de fundare astfel încât să se asigure depăşirea integrală sau parţială a stratului necorespunzător; • realizarea de perne de balast / nisip, ca înlocuire totală sau parţială a stratului necorespunzător fundării directe, cu materiale cu permeabilitate mare; • măsuri de accelerare a fenomenului de consolidare (coloane drenante de nisip sau balast, tranşei drenante, saltele drenante, coborârea nivelului apei subterane) urmate de compactări de suprafaţă. • • • •
Pământuri de umplutură
Ca urmare a unor depuneri aluvionare neconsolidate, recente, sub influenţa majoră a factorului antropic s-au format pământurile de umplutură, o altă categorie de pământuri speciale într-o succesiune litologică potenţială a terenului de fundare la o construcţie nouă. În general, acestea se caracterizează printr-o mare neomogenitate de textură, ceea ce induce o compresibilitate neuniformă, relevantă fiind posibilitatea autoîndesării sub greutate proprie, în special în cazul unor acţiuni dinamice (S.N.I.P. 2.02.01-83). O influenţă semnificativă asupra comportării acestor pământuri sub sarcină o au şi variaţia condiţiilor hidrogeologice, a descompunerii incluziunilor organice prezente, atunci când depăşesc valori de 3% la pământurile nisipoase şi 5% la cele argiloase. Asocierea pământurilor argiloase cu materiale granulare artificiale de tipul zgurilor de termocentrală poate rezulta în apariţia unor fenomene de umflare. Prin modul de formare particular şi aspectele specifice ale comportamentului acestor pământuri, la descrierea şi prospectarea terenului ce le conţine trebuie avut în vedere următoarele: • structura şi textura acestor pământuri; • modul în care a luat naştere respectiva zonă de umplutură; • natura chimico-mineralogică a particulelor solide din care este realizată umplutura. Terenul de fundare alcătuit din pământuri de umplutură se calculează la starea limită de deformaţii şi starea limită de capacitate portantă. Adoptarea unei soluţii de fundare la construcţiile inginereşti, amplasate pe terenuri ce conţin pământuri de umplutură se poate realiza în următoarele condiţii [143]: • folosirea terenului de umplutură în calitate de teren natural pentru construcţii uşoare, atunci când: – umplutura este rezultatul aplicării unei metode specializate şi are obţinut un grad de îndesare corespunzător fundării directe; – umplutura este de tip haldă din pământuri nisipoase, deşeuri de producţie, pietrişuri, piatră spartă, zguri granulate; – umplutura este formată din acumularea de materiale depozitate în vrac şi se foloseşte numai la construcţii provizorii (pe durata a 10…15 ani), proiectarea acestora fiind bazată pe evoluţia tasărilor. • luare unor măsuri constructive pentru reducerea compresibilităţii straturilor de pământ de umplutură din terenul de fundare; – compactarea terenului de fundare de suprafaţă sau de adâncime fără adaos de material, în funcţie de localizarea şi extinderea pe verticală a umpluturii;
– compactarea terenului de fundare cu adaos de material, prin realizarea unor perne de nisip, pietriş, la umpluturi în halde necompactate suficient, având S > 0,7 , la acumulări de materiale depozitate în vrac, în prezenţa a mai mult de 5% materii organice – gradul de compactare a pământului din pernă recomandându-se a fi de cel puţin 95%; – alegerea unei soluţii de fundare în adâncime, care să străbată straturile cu pământ de umplutură. r
