Lichefierea pamantului in regiunea Dobrogea
Lichefierea pamantului descrie un fenomen prin care pamantul îi pierde în mod substanial rezistena i rigiditatea , ca rspuns la stres , de obicei cutremure sau alte modificri brute într-o stare de stres, facandu-l sa se comporte ca un lichid. În mecanica pamantului , termenul "lichefiate", a fost folosit prima dat de Hazen cu referire la eecul din 1918 a barajului Calaveras în California. El a descris mecanismul de lichefiere,de curgere a terasamentului barajului, dup cum urmeaz: În cazul în care presiunea apei în pori este suficient de mare pentru a efectua toate sarcina, aceasta va avea ca efect al exploataiei în afar particule i de a produce o condiie care este, practic, echivalent cu cel al nisipurilor mictoare ... circulaia iniial de o parte a materialului ar putea conduce la acumularea de presiune, în primul rând asupra unui singur punct, i apoi pe un alt, succesiv, ca puncte de concentrare. Acest lucru se datoreaz faptului c o parte din nisip are o tendinta de a comprima atunci când o sarcin este aplicat; nisipurile dense prin contrast tind sa se extinda in volumul sau " dilatat ". Daca solul este saturat de ap, astfel cum exist în cazul în care solul este mai jos de apa subterana sau de nivelul mrii, apa umple golurile dintre boabele solului ("spaiile porilor"). Ca rspuns la solutia de comprimare, aceast ap duce la creteri ale presiunii i încearc s curg de la sol în zonele de joas presiune (de obicei, în sus fa de suprafaa solului). Cu toate acestea, în cazul în care încrcarea este rapid aplic i suficient de mare, sau este repetat de mai multe ori (de exemplu, cutremur tremurturi, val de încrcare furtun), astfel încât s nu curg în timp înainte de urmtorul ciclu de încrcare. Aceast pierdere a structurii solului îl face s-i piard toata puterea (capacitatea de a transfera) i aceasta poate fi observat knd tinde s curg ca un lichid (de aici "lichefiere"). Dei efectele de lichefiere au fost mult timp înelese, erau mai bine aduse în atenia inginerilor dup cutremurul Niigata 1964 i 1964 cutremur Alaska . A fost, de asemenea, un factor major în distrugere în San Francisco 's Marina District în timpul cutremurului 1989 Loma Prieta , i în portul Kobe în 1995 Marele cutremur
Hanshin . Mai recent lichefierea a fost în mare msur responsabila pentru daunele extinse la proprieti rezideniale în suburbiile de est i localitile satelit din Christchurch , Noua Zeeland în timpul cutremurului Darfield 2010 i mai pe larg din nou în urma cutremurelor Christchurch care a urmat la începutul anului i la mijlocul anului 2011. Codurile din construcii, în multe ri dezvoltate necesit inginerilor s ia în considerare efectele de lichefiere a solului în proiectarea de noi cldiri i infrastructur, cum ar fi poduri, baraje terasament i a structurilor de retinere. [1]
O stare de "lichefiere a pamantului", apare atunci când stresul efectiv a unui sol este redus la zero, în esen, ceea ce corespunde la o pierdere completa de forfecare. Acest lucru poate fi iniiat fie de încrcari monotone (de exemplu, singur apariie brusc de o schimbare in stres - exemplele includ o cretere a sarcinii pe un rambleu sau pierderea brusc a sprijinului) sau de încrcare ciclic (de exemplu, schimbarea repetat într-o stare de stres - exemplele includ val de încrcare sau cutremur agitare). În ambele cazuri, un sol într-o stare vrac saturata, i unul care ar putea genera o presiune semnificativ porilor de o schimbare în sarcin sunt cele mai probabile pentru a lichefia. Deoarece presiunea apei in pori crete, o pierdere progresiv a rezistenei solului apare stresul eficient fiind redus. Este mai probabil s apar în solurile nisipoase sau non-plastice, dar poate, în cazuri rare, apar în pietriuri i argile. "Lichefieri ciclice" Termenul se refer la apariia unei stri de sol atunci când tulpini mari de forfecare s-au acumulat, ca rspuns la încrcarea ciclic. O tulpina de referin tipic pentru apariia aproximativa de stres efectiv zero, este de 5%.Acesta este un test bazat, de obicei, prin intermediul ciclurilor triaxiale, ciclului forfecare direct simpla, sau ciclurilor aparatelor de torsiune de tip forfecare. Aceste teste sunt efectuate pentru a determina o rezistenta la lichefiere prin observarea numrului de cicluri de încrcare, la o amplitudine anumita. Eecul aici este definit de criteriile menionate anterior - tulpina de forfecare. "Mobilitate ciclice" Termenul se refer la mecanismul de reducere progresiv a stresului eficient datorit încrcrii ciclice. Acest lucru poate aprea la toate tipurile de sol, inclusiv soluri dense. Cu toate acestea la atingerea unei stri de stres eficiente zero, solurile se dilata si isi recapata puterea. [2]
zinele de lichefiere este mai probabil s apar în vrac a solurilor moderat saturate cu granule slabe , cum ar fi nisipuri sau nisipuri i pietriuri reduse sau care conin custurile de impermeabilitate - sedimente . În timpul de încrcare , de obicei de încrcare ciclic nescursa, de exemplu, seismic de încrcare , nisipurile libere tind s scad în volum , care produc o cretere a presiunilor i, în consecin o scdere a forfecarii , i anume reducerea stresului eficace . U
În funcie de aceasta solul poate rspunde la încrcare, fie tulpina de inmuiere sau tulpina-intarire. De exemplu, nisipuri moi, pot fi declanate la colaps, fie monoton sau ciclic, în cazul în care stresul de forfecare statica este mai mare decât rezistena la forfecare finala sau la starea de echilibru a solului. În acest caz, fluxul de lichefiere apare, în cazul în care solul se deformeaz la o tensiune constant sczuta de forfecare reziduala. În cazul în care tulpina sol-se intareste, de exemplu, o densitate moderata de nisip dens, lichefierea fluxului nu va aprea, în general. Cu toate acestea, înmuierea ciclic poate aprea ca urmare a încrcrii ciclice nescurse, de exemplu, cutremur de încrcare. Deformarea în timpul încrcrii ciclice va depinde de densitatea solului, amploarea i durata încrcrii ciclice, precum i cantitatea de inversare a stresului de forfecare. Dac se produce inversarea stresului, stresul efectiv de forfecare ar putea ajunge la zero, apoi lichefierea ciclic poate avea loc. Dac inversare de stres nu se produce, la zero stresul eficient nu este posibil s apar, apoi mobilitatea ciclic are loc. Presiunile generate în timpul cutremurelor mari, cu multe cicluri de scuturare pot provoca nisipuri lichefiate i excesul de ap pentru a fora drumul spre suprafaa solului de la cativa metri sub pmânt. Acest lucru este observat adesea ca "fierbere de nisip", de asemenea, numit "lovituri de nisip" sau " vulcani de nisip "(aa cum apar ele pentru a forma mici cratere vulcanice), de la suprafata solului. Fenomenul poate s includ atât fluxul de nisip deja lichefiat dintr-un strat sub pmânt, i un nisip miscator .Lichefierea solului indusa prin agitarea cutremurului este, de asemenea, o contributie majora la risc seismic urban . Efectele de lichefiere a solului asupra mediului construit pot fi extrem de duntoroare. Cldiri ale cror fundaii suport în mod direct pe nisip, care lichefiaz vor experimenta o pierdere brusc a sprijinului, care va duce la soluionarea drastic i neregulata a cldirii provocând pagube structurale, inclusiv de deteriorare a structurii cladirii in sine, sau poate prsi structura inutilizabil dup aceea, chiar i fr daune structurale. Poduri i cldiri mari construite pe fundaii gramada isi pot pierde sprijinul din sol.[*]
Terenul în pant i de la sol de lâng râuri i lacuri poate aluneca pe un strat de sol lichefiat,de deschidere fisuri mari sau fisuri în pmânt, i poate provoca daune importante cldiri, poduri, drumuri i servicii, cum ar ar fi apa, gaze naturale, canalizare, energie i telecomunicaii instalate în sol. Rezervoarele îngropate i cminele de vizitare pot pluti în sol lichefiat din cauza flotabilitatii . Digurile i barajele de pmânt isi pot pierde stabilitatea în cazul în care materialul tinde sa se lichefieze. Nisipurile mictoare se formeaz atunci când apar acizi grai saturai. Când apa din nisip nu poate scpa, aceasta creeaz soluri lichefiate, care nu mai pot susine greutatea. În cazul în care curge apa subterana, debitul de ap se opune forei de gravitaie, determinând granule de nisip. În caz de cutremure, fora de scuturare poate crete presiunea de ap subteran de mic adâncime. În ambele cazuri, suprafaa lichefiata pierde din rezistenta, cauzand cldirii sau altor obiecte pe suprafaa sa o scufundare.
In conditii de incarcare dinamica,cand eforturile de forfecare variaza ciclic, se produce o tendinta de indesare a pamantului si evacuarea in consecinta a apei continuta in masa acestuia.Astfel, in situatia greutatii de evacuare a apei, presiunea acesteia creste mult in dauna efortului efectiv initial.In conditii de limita, presiunea apei din pori devine eventual egala cu efortul efectiv, fapt ce determina pierderea rezistentei depozitelor nisipoase si transformarea acestora intr-o masa vascoasa. In aceasta situatie, se poate considera ca permeabilitatea este unul din factorii de baza care favorizeaza producerea lichefierii.Aceasta concluzie este bazata pe rezultatele din practica, care confirma ca pamanturile cu o permeabilitate ridicata sunt mai putin susceptibile la influenta solicitarilor dinamice.Un factor la fel de important ca si permeabilitatea pentru favorizarea lichefierii il constituie grosimea masei nisipoase si conditiile de margine din punct de vedere al drenarii.
In foarte multe cazuri , lichefierea terenului de fundare aluvionare a condus la degradarea terasamentelor de pamant ± ramblee.Degradarea rambleelor din pamant coeziv, ca urmare a lichefierii unor straturi din terenul de fundare prezinta diferite aspecte in functie de modul in care efectul principal al lichefierii este de aparitie a tasarii suprafetei sau deplasari orizontale care tind sa produca largirea bazei rambleului.Aceste deplasati orizontale se explica prin crearea unor conditii de solicitare statica diferita sub diverse parti ale rambleului de pamant coeziv, cu
tensiuni tangentiale initiale mari si tensiuni ciclice suplimentare mici sub partile inferioare ale taluzurilor care intarzie lichefierea in aceste zone.Fisurile longitudinale apar preponderant si se justifica prin starea neuniforma de tensiuni ce determina deplasari orizontale in planul sectiunii transversalea rambleului atunci cand se reduce rezistenta la forfecare a terenului de fundare. Prezenta unui strat acoperitor de pamant coeziv la terenul de fundare nisipos susceptibil la lichefiere nu este de natura a impiedica degradarea corpului terasamentului si este fragmentat de actiunea combinata a sarcinii vertical a rambleului cu scaderea rezistentei la forfecare in multiple puncte in zona subadiacenta acestuia.Un fenomen mai rar intalnit dar foarte spectaculos s-a produs in timpul cutremurului din Vrancea, 1977, in lunca Dunarii, in apropierea orasului Giurgiu, respectiv au avut loc prabusiri cu dimensiuni in plan ajungand la zeci de metri si pereti practic verticali, datorita curgerii nisipului din stratul aluvionar in fisuri sau goluri carstice din roca de baza calcaroasa. Astfel a avut loc o crestere a presiunii apei din pori la stratul de nisip ca urmare a cutremurului reprezentand o lichefiere partiala, iar prin oscilatiile presiunii apei din pori s-a realizat o decolmatare a cailor de comunicare intre acviferul superior si acviferul inferior corespunzator golurilor carstice, urmata de curgerea nisipului in fisuri. O dovada a viabilitatii acestui mecanism propus o constituie si faptul ca la cateva ore dupa producerea prabusirii (gropii), nivelul liber al apei era mult mai coborat decat in mod obisnuit in teren, in timp ce la cateva zile s-a revenit treptat la vechiul nivel. Fenomene similar celui prezentat au fost semnalate si in alte locatii, in conditii litologice comparabile, in unele cazuri sub efectul seismului, in alte cazuri, ca urmare a exploziilor miniere. Atunci cand rambleele de drumuri si cai ferate sunt alcatuite din material necozive exista riscul lichefierii lor ca urmare a vibratiilor din trafic sau in timpul cutremurilor numai in conditiile in care acestea sunt saturate sau macar partial saturate. Aceste situatii de saturare partiala pot aparea in conditii de baltire, din precipitatii atmosferice cand apa subterana este la suprafata sau cand rambicul este creat pe un versant cu apa subterana la suprafata. Crearea rambleelor din material necoeziv de tipul cenusilor, cu o permeabilitate relativ scazuta si care pot ajunge la o stare de saturare ca urmare a unui regim de precipitatii mare, in timpul cutremurelor se pot degrada prin scaderea rezistentei la forfecare, ceea ce induce pierderi de stabilitate, fisuri longitudinale la coronament, burdusiri sau chiar distrugerea lor completa.
Cele mai importante degradari au fost observate la rambleele fundate pe pamanturi slabe (maloase), care desi nu au cedat, au determinat amplificarea miscarilor seismice. Cele mai susceptibile pamanturi la fenomenul de lichefiere in timpul actiunilor monoton crescatoare sau ciclice sunt considerate a fi nisipurile fine si cele prafoase.Fractiunile fine de praf si argila confera pamanturilor care le contin o plasticitate si o rezistenta structurala de tip coeziv care are resurse de a se opune lichefierii, chiar daca cresterile de presiune ale apei din pori pot determina deformatii semnificative.Pe de alta parte pamanturile necoezive alcatuite din fragmente mari au o permeabilitate suficient de mare pentru a asigura o disipare rapida a presiunii apei din pori, chiar pe masura generarii ei de actiunea dinamica.[**] Din studiile efectuate pe amplasamente diferite bazate pe indicatiile mentionate la fisele forajelor se poate mentiona urmatoarea clasificare din punct de vedere al lichefiabilitatii: y
y
Pamanturi lichefiabile sunt considerate a fi: nisip,nisip fin, nisip mediu,nisip prafos, nisip care contine fragmenturi de sisturi, nisip cu intercalatii de pietris; Pamanturi care sunt considerate a fi nelichefiabile: pamant vegetal, umplutura de suprafata, argila, praf, pamant organic,pietris.
Lichefierea propriu zisa este rezultatul cedarii in conditii nedrenante a unui (nisip) pamant necoeziv saturat. Lichefierea(mobilitatea)ciclica este evolutia pamantului necoeziv saturat ,cand ii este aplicata o incarcare cu crestere constanta(statica) ,in conditii nedrenante. Aprecierea potentialului de lichefiere a unui pamant necoeziv continut intr- o anumita succesiune litologica pe amplasamentul unei viitoare constructii se poate realiza folosind mai multe metode de calcul: metode deterministe si metode probabilistice.
Cel mai simplu mod de a avea o orientare de ordin calitativ asupra producerii lichefierii la un amplasament al unei viitoare constructii se face parcurgand criterii recomandate pentru aprecierea potentialului de lichefiere. Criteriul granulometric este reintrodus in ideea in care daca pamantul de pe amplasament se incadreaza in zona delimitata de pe anumite grafice,existand posibilitatea lichefiierii lui. Asupra suscebilitatii la lichefiere criteriul gradului de indesare are un rol determinant. Criteriul la penetrare standard ,este corelat cu starea de indesare a pamantului studiat din punct de vedere al suscebilitatii la lichefiere,dar rezultatele sunt discutabile datorita diferitelor tipuri de penetrometre utilizate la incercare;se poate calcula gradul de indesare al pamantului respectiv prin valoarea numarului de lovituri in relatie cu tensiunea geologica efectiva la nivelul la care a avut loc determinarea;lichefiabilitatea pamanturilor ce au fost considerate granulometric susceptibile la lichefiere poate fi apreciata si pe baza unor grafice. Criteriul pozitiei stratului de pamant din punct de vedere al lichefiabilitatii este delimitat in suprafete de separatie orizontale si respectiv inclinate. Criteriul conditiilor de drenare este construit prin influenta pe care o are ritmul de disipare a presiunii apei din pori pe durata seismului asupra producerii lichefierii,fapt ce este dictat de permeabilitatea straturilor adiacente celui studiat.[1]
Concluzii privind comportarea pamanturilor necoezice susceptibile la lichefiere:
Prevenirea sau limitarea efectelor lichefierii asupra constructiilor poate fi realizata prin interventii asupra terenului stabilit ca lichefiabil ce se pot rezuma ca fiind :corectarea curbei grnulometrice (amestecuri de pamant);marirea indesarii prin compactare de suprafata ,vibrare etc.; scoaterea terenului din starea de saturatie;cresterea teniunii verticale(prin suprasarcini cu rambleede pamant sau prin coborarea apei subterane); imbunatatirea conditiilor de drenare;marirea rezistentei la forfecare ce este creata de insasi coeziunea acelui pamant(prin injectari). Metodele de imbunatatire a terenului natural sunt costisitoare dat fiind volumul de pamant ce trebuie stabilizat . Lichefierea poate sa se produca numai daca pamanturilor necoezive li se aplica o incarcare sufficient de mare. Cu cat nisipurile sunt caracterizate de stari initiale defavorabile ,cu atat deformatiile acumulate si asociate lichefierii vor fi mai mari.Un pamant necoeziv susceptibil la lichefiere va avea o rezistenta nula dupa producerea acestui fenomen. [2]
Bibliografie: 1. [Bancila I. ± ³Geologie Inginereasca´, 1980][1] 2. [Dron Andre ± ³Probleme de fundatii in practica amenajarilor hidroameliorative´, 2002][2] 3. *Internet ± ³www.referatele.com/relieful si solul din Dobrogea´ 4. **Internet ± ³www.wikipedia.org/wiki/Dobrogea´