Universitatea Tehnica „Gheorghe Asachi” Iasi Facultatea de Constructii si Instalatii
Probleme actuale in mecanica pamanturilor
Fundarea pe pamanturi foarte compresibile
Masterand: Master:
Chirila Alexandru
Inginerie Geotehnica
Fundarea pe pamanturi foarte compresibile
I
Identificarea si caracterizarea pamanturilor foarte compresibile
Pamaturile foarte compresibile sunt pamanturile argiloase si prafoase de consistenta redusa (plastic moi, plastic curgatoare, turba si pamanturile turboase, nisipurile afanate , umpluturile neconsolidate ). Intre pamanturile coezive de consistenta redusa, foarte compresibile, un loc aparte il ocupa malurile. Acestea sunt pamanturi argiloase-prafoase aflate in stadiu initial de formare, caracterizate prin : umiditate in stare naturala mare, aproape sau chiar mai mare decat limita de curgere W L; porozitati mari, de peste 50% in cazul prafurilor argiloase si peste 60% in cazul argilelor; culoare cenusie; unori prezinta materii organice. Structura acestor pamanturi se distinge de celelalte prin lipsa de legaturi de cimentare dintre particule si existenta unor legaturi slabe, datorate atractiei reciproce manifestata prin intermediul invelisurilor de apa legata. Comportarea malurilor la aplicarea incarcarilor depinde de modul de aplicare. O incarcare aplicata brusc poate avea ca urmare anularea coeziunii slabe dintre paricule si transformarea pamantului intr-un lichid vascos prin care fundatia putea patrunde. Daca , insa , la aceeasi incarcare se ajunge in trepte foarte mici, asteptandu-se consumarea deformatiei (consolidarea) sub fiecare treapta, nu mai are loc pierderea de stabilitate, deoarece de la o treapta la alta pamantul este mai indesat, coeziunea lui este mai mare. Un exemplu in sensul acesta il ofera digul de aparare al portului Spezzia (Italia), format dintr-o zidarie de blocuri masive de piatra asezate pe un pat de anrocamente. Sub greutatea anrocamentelor si a zidariei s-au produs tasari mari insotite de o refulare a pamntului in parti. A fost necesara suprainaltarea succesiva a zidariei si protejarea cu alte massive din anrocamente. In decurs de 50 de ani, tasarea digului a atins 18m. Ulterior a fost nevoie sa se prelungeasca digul. Solutia adoptata a fost urmatoarea: s-a realizat un pat de nisip de latime mare si de grosime relative redusa, in decursul a unui an, care a produs o indesare a malului. In continuare patul de anrocamente si zidaria de deasupra sau executat , de asemenea , in etape successive asteptandu-se de fiecare data amortizarea deformatiilor. Tasarea totala a digului executat dupa noua tehnologie a fost de numai 0.50m.
Loessurile si pamanturile loessoide inmuiate sunt pamanturi foarte compresibile. Loessurile si pamanturile loessoide au umiditatea in stare naturala redusa si un grad de saturatie Sr < 0.8, sunt pamanturi sensibile la umezire, adica susceptubile la tasari suplimentare bruste, cand trec la starea de saturare. Cu sau fara consumarea tasarilor suplimentare prin umezire, aceasta este conditionata de aplicarea asupra probei sau stratului a unei presiuni egala cel putin cu rezistenta structurala; loessurile inmuiate nu mai sunt sensibile la umezire, in schimb sunt foarte compresibile. Numeroase amplasamente de terenuri loessoide din grupa A (Galati, Braila si in alte localotati) au in prezent terenul de fundare alcatuit din pamanturi foarte compresibile si nu din pamanturi sensibile la umezire, ca urmare a ridicarii nivelului apei subterane si umezirii pe aceasta cale a stratului loessoid. Turba reprezinta un material de natura organic fibros, partial descompus sau un pamant continand peste 80% materie organic fibroasa. Porozitatea extrem de mare (80(90%) face ca depozitele sau intercalatiile de turba sa fie foarte compresibile). Nisipurile afanate sunt , de asemenea, pamanturi susceptibile de tasari mari. Recunoasterea compresibilitatii mari se poate face atat prin incercari de laborator, cat si prin incercari de teren. Deformatia specifica a probei supusa in edometru unei 2 presiuni de 2 daN/cm , εp=2, constituie un criteriu simplu de identificare a compresibilitatii mari. Pamanturile pentru care εp=2 >6% se considera foarte compresibile. Dificultatea recoltarii din pamanturi moi sau din nisipuri afanate de probe netulburate reduce insa valoarea practica a acestui criteriu. Rezultatele incercarilor de penetrare , desi considerate in prezent mijlocul cel mai edificator de recunoastere rapida a compresibilitatii. Pentru cele mai multe pamanturi , tasarile mari sunt associate cu aplicarea unor incarcari statice. In cazul unor nisipuri, se pot produce deforamtii mari , uneori cu caracter catastrofal la aplicarea unor incarcari ciclice sau dinamice. Este vorba de nisipurile susceptibile la lichefiere. In termini simpli, mecanismul fenomenului de lichefiere a nisipurilor saturate prin solicitare ciclica poate fi descrisa astfel: fiecare repetare a incarcarii produce o usoara reducere a porozotarii care, la randul ei, determina o mica crestere a presiunii in apa din pori. Cand pamanturile au granulatia fina, iar masa este sufficient de mare, incat presiunea in pori sa nu se poata disipa imediat, presiunile in apa din pori se cumuleaza progresiv atingand valori mari. In acest fel, pamantul este slabit, se produc deformatii din
ce ince mai mari, modificari de volum din ce in ce mai mari, presiuni in pori mari pana se atinge stadiul de rupere. Solicitarile ciclice produse de unele masini vibratoare , desi reduse ca intensitate pot induce cresteri treptate ale presiunii apei in pori si pierderea ulterioara a rezistentei pamantului. Efecte similare pot fi produse si de cutremure. Cedarea terenului de fundare al unei cladidi inalte in timpul cutremurului de la Niigata (Japonia) si o mare alunecare de teren declansata in timpul cutremurului de la Anchorage(Alaska), s-au datorat lichefierii nisipului. Principalii factori de care depinde numarul de cicluri necesare pentru a produce lichefierea sunt : starea de indesare initiala a pamantului, marimea treptei de incarcare ( in comparatie cu incarcarea limita), permeabilitatea pamantului, traseul descris de liniile de curent. Cu cat treapta de incarcare este mai mare, iar pamantul mai afanat, numarul de cicluri necesar pentru producerea lichefierii este mai redus.
II
Masuri care se adopta la fundarea pe pamanturi foarte compresibile
Masuri referotoare la terenul de fundare. In cazul in care verificarile la starile limita de deformatie si de capacitate portanta arata ca fundarea directa pe un pamant foarte compresibil, cu caracteristicile naturale ale acestuia, nu este posibila, se impune imbunatatirea acestor caracteristici prin aplicarea unei metodele de consolidare. Un criteriu principal pentru alegerea metodei de consolidare il constituie grosimea H a stratului foarte compresibil, masurata de la suprafata terenului.
La grosimi reduse, H=3…8m, se pot aplica metode de consolidare de suprafata: compactarea cu maiul greu, perne de balast sau piatra sparta, compactarea prin explozii de adancime (in cazul nisipurilor afanate, saturate). La grosimi mari, H>8m, se poate recurge la una din metodele de consolidare in adancime: coloane de balast nisip sau piatra sparta, vibroflotoare, nuclee de beton simplu cu adaos de cenusa , coloane de var , compactarea cu maiul supergreu, preincarcare etc. Alaturi de grosimea stratului foarte compresibil, la alegerea metodei de consolidare trebuie sa se tina seama de natura constructiei (sistem static, incarcari,
dimensiuni in plan etc.), de pozitia amplasamnetului (apropierea fata de constructii sau dotari edilitare existente, distanta fata de sursele de material de aport etc.), de nivelul de dotare si de experienta in acest gen de lucrari a unitatii de executie etc. O cerinta obligatorie a oricarei metode de consolidare a terenului o constituie organizarea pe amplasament, inainte de trecerea la executarea defasurata a lucrarilor, a unui poligon experimental in care sa se verifice eficacitatea urilizarii unei sau mai multor metode, punandu-se la punct tehnologia si precizandu-se elementele de proiectare la nivelul detaliilor de executie. Masuri referitoare la constructie. Constructiile fundate pe terenuri foarte compresibile trebuie puse in situatia de a putea suporta, fara prejudicii pentru structura de rezistenta sau pentru conditiile de exploatare normal, tasarile mari si neuniforme care sunt de asteptat pe asemenea pamanturi. Masuri care se adopta:
--sporirea rezistentei si rigiditatii spatial a constructiei prin: - centuri de beton armat, atat la nivelul fundatiei, cat si in structura (la cladiri cu zidarie portanta); in figura 1 se arata trei tipuri de fundatii continue sub ziduri , cu diferite latimi B si adancimi totale H, iar in figura 2 o fundatie pentru o cladire cu subsol.
- impartirea constructiei, prin rosturi de tasare in tronsoane de lungime limitata; -armarea suplimentara a structurii , pe baza solicitarilor obtinute prin aplicarea unor scheme de calcul care sa ia in consideratie deformatiile probabile ale structurii, ca urmare a tasarii terenului; -sporirea lungimilor de ancorare a armaturilor la monolitizarea elementelor prefabricate; -realizarea unei infrastructuri rigide, prin legea fundatiilor pe cele doua directii; -prevederea subsolului sau a subsolului tehnic, atunci cand este necesar in exploatare, sub intreaga suprafata a constructiei sau tronsonului de constructie. Sporirea capacitatii de adaptare a constructiei la deformatiile mari si neuniforme ale terenului prin:
-adoptarea de sisteme statice adecvate (de exemplu la constructiile de tip hala se prefera structuri static determinate, la care tasarile inegale ale reazemelor nu introduce eforturi suplimentare);
-marirea suprafetelor de rezemare ale diferitelor elemente structurale (grinzi, plansee etc); -fundarea in trepte sau adoptarea de fundatii cu latime variabila, cand grosimea stratului foarte compresibil este neuniforma; -prevederea unor dispositive care sa permita readucerea la nivel a unor elemente de constructie sau utilaje tehnologice. Readucerea influentei pe care o exercita asupra constructiei, pe parcursul executiei, tasari mari ale terenului, prin:
-incarcarea in trepte de intensitate si durata, corelate cu ritmul de consolidare-tasare in timp (sub incarcare constanta) a terenului; -monolitizarea imbinarilor la constructii din elemente prefabricate sau la structure mixte din beton armat monolit si prefabricat, cat mai tarziu cu putinta, fara a se pierde insa siguranta in timpul montajului, pentru a permite consumarea unei cote cat mai mari din tasarea inainte de rigidizarea structurii si, implicit, reducerea eforturilor suplimentare pe care tasarile neuniforme le introduce in structura; -adoptarea unei succesiuni rationale de executie a tronsoanelor de constructive diferite prin inaltime si prin intensitatea incarcarilor transmise la teren; -racordarea la conductele de alimentare cu apa sau retelele tehnologice numai dupa ce se considera ca tasarile ulterioare nu vor conduce la degradarea lor: utilizarea, in caz contrar, a unor racorduri flexibile etc.
