CAPITOLUL 3. METODE DE IMBUNATATIRE A TERENURILOR DIFICILE DE FUNDARE

3.1 Generalități Dezvoltarea volumului lucrărilor de construcții și a suprafețelor destinate acestora impune realizarea unora dintre aceste construcții pe terenuri slabe de fundare, cu rezistențe mecanice reduse, ce conduce la adoptarea unor soluții de fundare complicate și costisitoare.Terenurile slabe sau dificile de fundare pot fi puternic compresibile, pământuri cu rezistență la forfecare redusă, cu un grad de umiditate ridicat sau sensibile la umezire, dintre care se pot menționa argilele și prafurile slab consolidate, mâlurile, nisipurile fine în stare afânată, loessurile, pământurile cu umflări și contracții mari, terenurile sensibile la lichefiere, etc.Pentru îmbunătățirea terenurilor slabe de fundare în vederea reducerii compresibilității acestora și a creșterii rezistenței la forfecare se pot folosi mai multe soluții tehnice care urmăresc:1. creșterea indicelui porilor și implicit reducerea porozității pământurilor prin utilizarea de procedee mecanice de îmbunătățire prin compactare;2. Reducerea umidității pământului ce conduce la creșterea valorilor parametrilor la forfecare;3. modificarea structurii pământului, în special în cazul PUCM, în scopul reducerii sau eliminării potențialului de umflare – contracție;4. Realizarea de amestecuri de pământuri sau din pământ cu alte materiale care, prin modificarea structurii acestuia conduce la creșterea rezistenței la forfecare, reducerea compresibilității și reducerea potențialului de umflare- contracție.5. înlocuirea terenului foarte compresibil sau cu umiditate crescută pe toată grosimea acestuia sau numai pe o anumită zonă cu un pământ bun de fundare, obținându-se o pernă de pământ.3.2. COMPACTAREA PĂMÂNTURILOR3.2.1. Principiile compactăriiLa execuția lucrărilor de compactare a pământului se urmărește reducerea volumului porilor care conduce la creșterea capacității portante a acestuia și la consumarea parțială a tasărilor.Prin compactare se înțelege îndesarea pe cale mecanică a pământurilor și aducerea acestora la un volum de goluri cât mai mic. Întrun strat de pământ nesaturat supus compactării, îndesarea se face pe seama reducerii volumului porilor neocupați de apă.La pământurile saturate sau aproape de limita de saturație, compactarea nu este posibilă decât dacă se asigură eliminarea apei din porii pământului [157].Având drept scop reducerea volumului golurilor, pentru realizarea compactării se consumă un lucru mecanic necesar micșorării distanței dintre particule. Producerea acestui lucru mecanic se realizează prin folosirea unor dispozitive și utilaje .Eficacitatea lucrărilor de compactare a stratelor de pământ este influiențată de mai mulți factori printre care cei mai importanți sunt: umiditatea pământului, granulozitatea acestuia și tehnologia de compactare. Determinarea influienței acestor factori, în vederea stabilirii celei mai eficiente metode și

tehnologii de compactare se face prin încercări de laborator și organizarea unor platforme experimentale pe șantier.Dintre proprietățile fizice care caracterizează mărimea compactării pământurilor necoezive se evidențiază capacitatea de îndesare Ci și gradul de neuniformitate Un. Capacitatea de îndesare este proprietatea pământurilor necoezive de a-și micșora volumul porilor prin aplicarea unei încărcări exterioare. Pentru realizarea unui grad de compactare ridicat se recomandă ca pământul nisipos utilizat să aibă o capacitate de îndesare Ci ˃ 0,60 [157]. Mărimea gradului de compactare este influiențată, în cazul pământurilor necoezive și de compoziția granulometrică respectiv gradul de neuniformitate Un. Pământurile cu grad de neuniformitate mic se compactează greu iar influiența favorabilă a umidității optime de compactare se resimte la grade de neuniformitate mai mari de 7,0.Pentru studiul de laborator al compactării se folosește încercarea Proctor. Scopul acestei încercări de laborator este de a stabili, pentru un anumit lucru mecanic de compactare L, umiditatea optimă Wopt, la care trebuie adus pământul ce urmează a fi compactat, astfel încât să se obțină un grad maxim de compactare, caracteristică definită prin greutatea volumică în stare uscată, maximă, γd max. ( figura 4.1.)O influiență deosebită asupra compactării pământurilor o are natura pământurilor. Se constată că unele pământuri resimt mai mult influiența umidității decât altele. Efectul modificării umidității este mult mai redus în cazul nisipului decât în cel al unui amestec de nisip-argilă.

Figura 3.1 – relația dintre umiditate w și γd în urma încercării Proctor. [157]

În general umiditatea optimă de compactare (wopt ) în cazul pământurilor coezive, pote fi aproximată cu relația:

wopt = wp ± ( 1 ... 3)% (3.1)

Compactarea stratelor funcție de grosimea lor poate fi executată prin metode de compactare de suprafață și metode de compactare de adâncime.

3.2.2. COMPACTAREA DE SUPRAFAȚĂCompactarea de suprafață se realizează prin aplicarea asupra pământului a unor presiuni statice sau/și vibrații sau șocuri care să conducă la îndesarea unor strate de pământ de grosime mică (0,30 ... 0,80 m)Prin această metodă se realizează o îndesare a terenului natural aflat pe loc fără nici un adaos de material sau lianți.Tot o compactare de suprafață se poate realiza prin compactarea unui pământ adus dintrun depozit care înlocuiește pe o anumită adâncime terenul natural, metodă cunoscută sub denumirea de pernă de pământ compactat.

3.2.2.1. – Compactarea prin cilindrare (presiune statică)Se realizează prin trecerea unor cilindri compactori pe suprafața ce trebuie compactată. Tehnologia de lucru constă în:

- așternerea unui strat de pământ cu grosimea de 10 ... 35 cm, adus la umiditatea optimă de compactare;

- realizarea de treceri succesive ale utilajului de compactat peste acest strat.Controlul calității compactării constă în verificarea granulozității materialului utilizat, a umidității acestuia, a grosimii stratului și a numărului de treceri suprapuse a utilajului de compactat.Verificarea compactării se face prin determinarea următoarelor caracteristici ale materialului compactat:

- greutatea volumică pe teren γ (KN/m3);- umiditate w (%);- greutatea volumică în stare uscată γd (KN/m3);- gradul de compactare :

D = γd / γd max (3.2)

Pentru compactarea pământurilor coezive se recomandă folosirea cilindrilor compactori picior de oaie care, prin presiunea lor specifică mai mare, cași prin acțiunea de frământare a pământului, produc o îndesare mai pronunțată permițând ieșirea aerului din stratul compactat.

3.2.2.2. – Compactarea prin batere - Compactări cu maiul greu şi supergreu Este o metodă utilizată destul de frecvent în zone în care energia mare dezvoltată la impactul maiului cu suprafața terenului poate provoca ruperea structurii macroporice a terenului și, ca urmare, reducerea volumului porilor. În zonă terenul este alcătuit din pământ macroporic sensibil la umezire, constituit din prafuri argiloase nesaturate a căror structură ruptă ca urmare a impactului maiului cu suprafața terenului conduce la reducerea volumului porilor.Având în vedere că influiența compactări prin batere cu mai de 10 tf se resimte până la aproximativ 5m adâncime și cunoscând că grosimea terenului loessoid în zonă este de 5-8m, apar două situații:

În cazul zonelor cu grosime de până la 5m compactarea cu maiul se realizează într-o singură etapă, cu următoarele faze de lucru:- îndepărtarea stratului vegetal- verificarea parametrilor terenului natural- executarea compactării intensive a terenului 10 tf prin aplicarea unui număr de 9 lovituri/urmă, repartizate în 5 cicluri de batere.După fiecare din ciclurile de batere pe toată suprafața, se nivelează cu buldozerul, fără adaos sau îndepărtare de material, iar după ciclul V, se execută compactarea stratului frământat de aprox 25-30 cm, prin 4 treceri cu cilindrul compresorcu pneuri.- verificarea în final a parametrilor realizați prin compactareÎn cazul straturilor cu grosimi cuprinse între 5 și 8m, compactarea cu maiul se face în două etape:Etapa I:- se execută o săpătură generală cu taluz 1:1 a cărui adâncime este astfel aleasă încât grosime stratului de compactat să rămână de max 5m- se execută compactarea cu maiul supergreu de 10 tf pe fundul săpăturii executate anterior- se verifică parametrii terenului compactat de pe fundul gropiiEtapa a II-a- se execută umpluturi succesive de max. 2,5m grosime, bătute cu maiul de 5 tf- se verifică umplutura compactată după fiecare strat și la cota definitivă de umplutură, care este cota aplroximativă a platformei uzinale.Verificările obligatorii care se fac la începutul compactării în terenul natural și în final, în terenul compactat, sunt următoarele:- se verifică cotele de teren prin mijloace topometrice- se efectuează sondaje de penetrare statică

- se efectuează foraje mecanice cu autoforeza, cu prelevări de probe din 0,5 în 0,5m.

Adâncimea hc pe care se resimte compactarea cu maiul greu și supergreu se poate determina cu relația:hc = k d (3.3)

în care: - d este diametrul bazei maiului; - k coeficient care depinde de natura terenului compactat și este egal cu: 1,55 la nisipuri; 1,45 la pământuri prăfoase; 1,20 la umpluturi de pământuri argiloase și 1,0 la argilă.Masa maiului și dimensiunile bazei acestuia se aleg astfel încât să se dezvolte o presiune pe teren de cel puâin 15 KPa, la pământuri nisipoase și de 20 KPa la pământuri prăfoase și argiloase.

3.2.2.3 Perne de pământ Procedeul constă în realizarea unor perne compactate din pământ, balast, piatră spartă, cu grosimea cuprinsă între 1 și 7m sub cota de fundare ( uneori putând fi considerate și consolidări de suprafață), care reprezintă stratul de fundare a construcției.Pernele de pământ se prevăd de regulă când fundarea se face pe loessuri sensibile la umezire din grupa A sau pe pământuri prăfoase, argiloase-nisipoase sau argiloase, fără sensibilitate la umezire, dacă în

zonă nu există surse locale de materiale pentru realizarea pernelor din balast, piatră spartă. Pământul care se pune în operă trebuie să fie mărunțit și fără bulgări.Pernele de balast, piatră spartă sunt indicate în cazul terenurilor de fundare alcătuite din nisipuri afânate, prafuri și argile moi, pământuri turboase, umpluturi omogene și neomogene și nu sunt indicate în cazul pământurilor sensibile la umezire cu umiditate scăzută.Balastul folosit la realizarea pernelor trebuie să fie în stare pură, fără materii organice înglobate sau alte resturi de materiale.La pernele de balast sau piatră spartă, compactarea rezultă cu atât mai bună, cu cât materialul folosit are o granulație mai neuniformă și continuă.Compactarea pernei se realizează cu cilindriii compresor cu rulouri netede, cu pneuri sau cu crampoane și cilindrii vibratori.Tehnologia de realizare a pernelor este următoarea:- îndepărtareastratului vegetal și săparea până la cota prevăzută în proiect pentru cota inferioară a pernei care se execută- extragerea pământului din care se formează perna, în cazul terenurilor loessoide- așternerea materialului pentru pernă în staturi succesive și compactate fiecare în parte prin trecerea cilindrului compresor sau vibrator după două direcții perpendiculare- verificarea compactării realizate în fiecare strat elementar și continuarea cilindrării, dacă este cazul, până la atingerea gradului de compactare prescris în proiectÎn cazul fundării construcțiilor pe perne de pământ trebuiesc stabilite următoarele caracteristici referitoare la pernă:

- capacitatea portantă la suprafața pernei;- grosimea pernei;- extinderea în plan a pernei;- natura pământului folosit;- tehnologia de realizare a acesteia.

Capacitatea portantă la suprafața pernei se determină având în vedere proprietățile fizico-mecanice ale pământului din pernă.Stabilirea grosimii pernei de pământ se realizează pornind de la condiția ca presiunile transmise de fundație pernei să nu producă depășirea capacității portante a terenului natural de la baza pernei sau refularea acestuia pe înălțimea pernei:

σz0 ≤ ptr (3.4)în care:

- σz0 – efortul unitar de la baza pernei datorat încărcării transmise de fundație;- ptr - capacitatea portantă a stratului de pământ de la baza pernei.

Problema de rezolvat este cea a determinării valorilor lui σz0 . La calculul acestuia se va ține seama de faptul că modulul de elasticitate liniară al materialului din pernă este mai mare decât cel al terenului natural umezit ( figura 3.2.) Calculul se poate realiza considerând un teren bistrat având modulii de deformație liniară E1 ˃ E2 .În această situație o primă rezolvare poate fi obținută folosind relația lui Odemark pentru determinarea grosimii stratului echivalent.

Ideea soluției aproximative constă în modificarea grosimii stratului 1 (h1 hechivalent), astfel încât sistemul bistrat să poată fi considerat ca un singur strat omogen și izotrop, căruia să i se poată aplica relațiile stabilite anterior. Astfel, considerând sistemul bistrat din fig.3.2., înălţimea echivalentă a stratului (1) este dată de relaţia [143]:

2.

Tensiunile se vor determina cu relațiile specifice semiplanului sau semispațiului, pentru fiecare tip de încărcare în parte, considerându-se sistemul de coordonate O z x ,′ ′ ′ coeficienții de influență calculându-se în funcție de adâncimea z′.

Trecerea de la sistemul de coordonate O x z ′ ′ ′ la sistemul Oxz şi invers se face prin intermediul relaţiilor:

xi=x′i; z′i=α⋅zi⋅

n√ E1

E2

⋅γ 2

γ 1 ⇒ zi=

zi'

α⋅n√ E1

E2

⋅γ 2

γ 1

(3.6)

şi prin urmare valorile z calculate pentru adâncimea z′i se vor transpune grafic pentru adâncimea corespunzătoare zi, rezultând diagramele din fig.3.3.

Figura 3.3. Aplicarea soluției aproximative în cazul sistemului bistrat [143] DE REVAZUT

Se constată că în cazul când E1E2 hech. h1 şi deci tensiunile se concentrează în stratul din suprafaţă, cu rigiditate mai mare. Din contră, dacă E1E2, atunci hech.h1 şi deci tensiunile vor fi mai mici în cuprinsul stratului (1) decât în cazul stratului omogen.Prin introducerea înălțimii echivalente, tensiunea verticală la baza pernei se determină cu relația:

σz0 = k pef + γp (hp + Df ) (4.7)

în care:

- k – este un coeficient de influiență, adoptat funcție de rapoartele : a / b și 2(hp + hech) / b.

Unde γp este greutatea volumică a materialului din pernă.În general grosimea pernei trebuie să fie de cel puțin 100 cm, fără a depăși din motive de execuție 300 ... 400 cm.

hech .=α⋅h1⋅n√ E1

E2

⋅γ 2

γ 1

(3.5.)

în care:

• E1- modulul de deformaţie liniară a stratului (1) ;

• E2- modulul de deformaţie liniară ale stratului (2) ;

• 1,2- greutăţile volumice ale straturilor (1) şi (2) ;

• - un coeficient, egal cu 0,90 pentru pământ şi 0,83 pentru beton ( în cazul îmbrăcăminţilor de drumuri);

• n=2 3 (obişnuit 2,5).

Ca urmare, suprafaţa reală a

Extinderea în plan a pernei trebuie să asigure stabilitatea laterală a terenului de fundare. Dimensiunile în plan se iau funcție de dimensiunile fundației și configurația lor în plan. În general dimensiunile în plan, la talpa pernei se adoptă considerând un unghi α = 30 - 45º (figura 3.4.). În același timp perna se extinde lateral în jurul fundației, pe ambele direcții, pe o lățime egală cu jumătate din latura fundației, dar nu mai puțin de 1,00 m.

Figura 3.4. – Stabilirea extinderii în plan a pernei de pământ [105]

3.2.3. – COMPACTAREA DE ADÂNCIMEÎn cazul în care stratul slab de fundare se extinde pe o adâncime mai mare și îmbunătățirea lui nu se poate realiza prin compactare de suprafață se impune compactarea pământului în adâncime. Aceste situații apar atât la pământurile sensibile la umezire (PSU) cât și la nisipuri afânate, terenuri slabe saturate cu grosimi mai mari de 4-6 m, terenuri cu compresibilitate mare, depozite neconsolidate, etc.

3.2.3.1. Compactarea de adâncime a pământurilor loessoide sensibile la umezireCompactarea de adâncime a pământurilor loessoide sensibile la umezire se poate realiza prin folosirea coloanelor sau piloților de pământ, preumezirea terenului, prin explozii, etc.3.2.3.1.a – Coloane sau piloți de pământSe realizează prin executarea unor găuri prin batere care obligă masa de pământ dintre găuri să se îndese lateral. În aceste găuri se introduce pământ loessoid, la umiditatea optimă de compactare, care se compactează cu același berbec folosit la realizarea găurilor.Adâncimea de compactare cu coloane de pământ va fi mai mare de 5-6 m.Distanța dintre axele coloanelor de pământ se stabilește pornind de la condiția realizării, pe întreg masivul de pământ consolidat a unei greutăți volumice în stare uscată γd med egală cu 16,5 KN/m3. Distanța d dintre axele coloanelor se determină cu relația:

hech .=α⋅h1⋅n√ E1

E2

⋅γ 2

γ 1

(3.5.)

în care:

• E1- modulul de deformaţie liniară a stratului (1) ;

• E2- modulul de deformaţie liniară ale stratului (2) ;

• 1,2- greutăţile volumice ale straturilor (1) şi (2) ;

• - un coeficient, egal cu 0,90 pentru pământ şi 0,83 pentru beton ( în cazul îmbrăcăminţilor de drumuri);

• n=2 3 (obişnuit 2,5).

Ca urmare, suprafaţa reală a

(3.8)

În care: D este diametrul coloanei de pământ (D = 0,42 cm ),

γd – greutatea volumică în stare uscată inițială.Coloanele de pământ se dispun în plan ca o rețea cu ochiurile în formă de triunghi echilateral cu distanța de 0,5d, după o direcție și 0,87d, după cealaltă direcție (figura 3.5).

Figura 3.5. – Dispunerea coloanelor de pământ în plan [105]Suprafața compactată cu coloane de pământ trebuie să depășească în plan dimensiunile tălpii fundației cu o lățime b egală cu cea mai mare dintre valorile ( figura 3.6.)

- η B, unde B este lățimea fundației iar η un coeficient egal cu 0,50, la fundații izolate și continui și 0,35 în cazul radierelor;

- (hc -3B) / 6 , unde hc este adâncimea compactată măsurată de la talpa fundației.- b ≥ 1,5 m.

Figura 3.6. – Stabilirea dimensiunilor în plan a suprafeței compactate [105]

3.2.3.1.b – Compactarea de adâncime a pământurilor loessoide prin preumezireAcest procedeu poate fi aplicat pentru consolidarea în adâncime a PSU aparținând grupei B cu grosimea stratului de 8-10 m.Preumezirea se aplică în două procedee și anume:- preumezire simplă;- preumezire combinată cu efectul exploziilor de adâncime.Preumezirea simplăSe realizează prin inundarea abundentă, din suprafață a stratului de loess (figura 3.7.). Prin slăbirea legăturilor structurale loessul se îndeasă sub acțiunea greutății proprii. Îndesarea se produce începând de la adâncimea hc pentru care greutatea proprie a loessului inundat (γ hc) depășește rezistența structurală (po). Incinta inundată va avea adâncimea de minim 50 cm. (figura 3.7)

Figura 3.7 - Compactarea prin preumezire - a. Fără inundare prin foraje; b- cu inundare prin foraje. [105]Pentru grăbirea procesului de umezire a masivului de pământ se pot prevedea foraje drenante cu diametrul de 25 ... 40 cm și cu adâncimea egală cu 0,5 ... 0,80 din grosimea pachetului de loess (figura 3.7.b). Forajele dren vor fi dispuse mai des către marginile incintei (la 3 .. 5 m interax) și mai rare spre centru ( la 5 ... 10 m interax).Preumezirea cu exploziiRealizează inundarea masivului de pământ consolidat cu foraje dren executate prin forare sau percuție (figura 3.8), cu diametrul de 40 cm, pe o adâncime egală cu 65 – 70% din grosimea pachetului de loess, dispuse întro rețea rectangulară cu distanța interax de 3 ... 5 m, pe toată suprafața de consolidat.Forajele dren vor servi și ca foraje de explozie fiind echipate cu șevi metalice cu diametrul de 150 mm (figura 3.8) având lungimea cu cca 1,0 m mai mare decât a forajelor.În prma fază forajele dren vor servi pentru umezirea terenului, apoi în țevi se introduce încărcătura de material exploziv.

3.2.3.2. - Compactarea de adâncime a pământurilor argiloase-prăfoase de consistență redusăPrincipala metodă de îmbunătățire folosită la aceste pământuri este cea a realizării unor coloane de material granular (nisip, balast sau piatră spartă). Realizarea acestor coloane în pământul de consistenșă redusă conduce la mărirea capacității portante a terenului consolidat prin: - drenarea apei din pământ;- îndesarea pământului dintre coloane;- rigiditatea coloanei propriuzise.3.2.3.2.a - Coloane de balast sau de pământ

Coloanele de balast se pot clasifica după modul de execuție prin: batere, vibropresare, vibroflorare, forare. Executarea colonelor de balast prin batereSe utilizează soneta Franki care poate realiza colone cu lungime de până la 13m. Balastul trebuie să aibă umiditate mare, să nu conțină incluziuni organice, iar mărimea granulelor să fie de max. 60mm.Încercările terenului consolidat sunt:- încercări de penetrare dinamică în colone și între coloane- încercări de penetrări statice între coloane- încercări prin încărcare cu placaExecutarea coloanelor de balast prin vibropresareSe utilizează instalația AVP, care poate realiza coloane în lungimi până la 9m, prin simplă sau dublă vibropresare.Executarea colonelor de balast prin vibroflotareSe utilizează utilaje de tip Keller, care poate realiza colone cu adâncimi până la 25m.Dacă procedeul de aplicare în terenuri necoezive ( nisipuri de diferite consistențe ) se obține o vibroîndesare prin creșterea capacității portante la 3-4 daN/cm2 și o uniformizare a ndesării terenului.Dacă procedeul se aplică în terenuri slb coezive ( argile, prafuri ) se obține o vibroînlocuire la care materialul de adaos difuzează în masa terenului rezultând coloane cu diametrul cu cât mai mare, cu cât consistența terenului este mai mică.3.2.3.3. - Compactarea de adâncime a pământurilor nisipoase afânatePământurile nisipoase afânate reprezintă ocategorie de pământ ce nu poate fi folosit ca teren de fundare datorită deformațiilor mari ce se produc sub sarcini exterioare. Pentru îmbunătățirea comportării lui sub încărcări acest tip de pământ trebuie adus întro stare îndesată. Realizarea îndesării se face prin folosirea efectului vibrării întreținute și dirijate asupra pământului. Sub efectul vibrațiilor, pământurile nisipoase sunt lichefiate pe o anumită zonă, reducânduse forțele de frecare dintre particule și provocând reașezarea pariculelor obținându-se o structură îndesată. Combinarea efectului vibrării cu acțiunea unui jet de apă mărește efectul de îndesare al pământului, realizând coloane de nisip îndesat.Procedeul se aplică prin vibroîndesare sau vibroînlocuire. În ultimul caz adăugându-se o cantitate de pământ necoeziv de adaos pentru realizarea îndesării.Dintre metodele cel mai des folosite în România se evidențiază vibroflotația și vibroîndesarea.Vibroflotația constă în introducerea în teren a unui vibrator de formă cilindrică acționat electric sau hidraulic, concomitent cu un jet de apă sub presiune. Sub acțiunea combinată a jetului de apă și a vibrațiilor se realizează îndesarea nisipului. Pentru completare și compactare se adaugă baladst sau piatră spartă realizându-se coloane de balast cu diametrul de cca 1,0 m.Acest procedeu se aplică pentru:

- vibroândesarea pământurilor necoezive, cu un conținut de maxim 15% particule fine (sub 0,06 mm). Se produce o creștere a îndesării terenului (volumul materialului de aport ajungând la 7 – 25%), creșterea capacității portante, creșterea modulului de deformație liniară, etc)

- vibroânlocuirea pământurilor coezive. Creșterea capacității portante se realizează prin înlocuirea terenului slab, de consistență scăzută, cu material de adaos.

Spre deosebire de drenurile verticale, coloanele de balast realizate prin vibroflotație contribuie la consolidarea terenurilor atât prin efectul de dren cât și prin compactarea globală datorată rezistențelor mai ridicate ale coloanelor, care îndeplinesc următoarele funcții [105]:- sporesc capacitatea portantă a masivului de pământ consolidat prin concentrarea încărcărilor pe coloane;- sporesc rezistența la forfecare a pământului consolidat;- conduc la creșterea coeziunii pământului argilos datorită consolidării radiale și a drenării apei.Vibroînțeparea este una din metodele eficiente de îndesare a nisipurilor afânate saturate de grosime relativ mică (max 6,0m).Metoda utilizează o carcasă metalică alcătuită dintr-o tijă cilindrică verticală lungă de 6 ... 8 m ce are dispuse lateral la intervale egale bare orizontale așezate în cruce. La partea superioară este fixată o placă prin intermediul căreia se fixează un vibrator.Creșterea gradului de îndesare prin vibroânțepare este în medie de 20 ... 25%.Procedeul constă în consolidarea terenurilor nisipoase prin transmiterea de vibrații dispersate spațial pe toată grosimea stratului, obținându-se astfel creșteri ale gradului de îndesare datorită reașezării particulelor.Se recomandă la terenuri slabe de fundare de grosime mică, când nivelul apei subterane este ridicat și terenurile sunt formate din nisipuri naturale fine sau umpluturi de nisip cu îndesare slabă care nu pot prelua sarcini din fundații.Datorită vibrațiilor care se fac într-un volum de pământ și nu la suprafață ca în celelalte procedee, se produce o bună compactare a straturilor de nisip ( mai ales câd este saturat cu apă), platforma devine o zonă cu rezistențe mecanice sporite, stabilă, unde se poate funda direct și în foarte bune condiții.Pe porțiunile de teren la care rezultă din încercări o compactare sub cea prevăzută în proiect, se aplică o vibroânțepare suplimentară, realizându-se în acest mod o dublă vibroânțepare.

3.3. - CONSOLIDAREA PĂMÂNTURILOR PRIN METODE DE MODIFICARE A STRUCTURII 3.3.1. METODE CHIMICE Metodele chimice se bazează pe îmbunătățirea calitativă a pământului, prin interacțiunea chimică și fizică a unor substanțe cu particulele solide din teren, precum și cu apa din complexul de absorție. Această acțiune se realizează fie prin injectarea în porii pământului a unor substanțe care gelifică și se întăresc în timp fie prin obținerea unor reacții chimice între materialele introduse și particulele de pământ sau între substanțele introduse și sărurile aflate în interiorul masivului de pământ.Această interacțiune produce o mărire a forțelor interioare de legătură și conduce la o micșorare a permeabilității datorită umplerii golurilor între particule. Metodele folosite sunt: cimentarea, argilizarea, silicatizarea, bituminizarea.3.3.1.1.- Cimentarea. Constă în injectarea sub presiune a unei suspensii de ciment cu un grad de diluare din ce în ce mai scăzut, care îndepărtează apa din pori. Se folosește în terenuri nisipoase, pietrișuri cu granulație cât mai uniformă, la roci tari fisurate, pentru prevenirea circulației apei sau la roci dezagregate, precum și la consolidarea fundațiilor existente, la remedierea defectelor constatate la construcții subterane, la lucrări de subzidire, având însă câmpul cel mai larg de aplicare la executarea unor ecrane impermeabile la construcții hidrotehnice în vederea împiedicării infiltrațiilor sub baraje sau prin versanții bazinului [5] .Se mai aplică și la colmatarea și închiderea de fisuri și canale la elementele de beton greșit executate.

Domeniul de aplicare a acestei metode este condiționat de compoziția granulometrică a materialului consolidat, permeabilitatea, porozitatea, viteza curenților de apă, etc.Condițiile de granulometrie pentru realizarea injectării se exprimă prin raportul dintre diametrul celor mai mici particule ale materialului de injectat D și al celei mai mari particule ale suspensiei de ciment d : 10 ˂ D/d ˂ 20. Pentru ca cimentarea să poată fi realizată trebuie respectată condiția.D90% ciment ˂ 1/5 d10% teren (4.9)Condiția arată că pentru ca cimentarea să aibă efectul scontat majoritatea granulelor de ciment trebuie să aibă diametrul cel mult egal cu dimensiunile golurilor dintre particulile solide ale pământului.Tehnica injectării constă în executarea unor găuri de foraj cu diametrul de 35 – 65 mm sau chiar până la 80-100 mm și apoi injectarea sub presiune, prin intermediul unor tuburi metalice prevăzute la partea inferioară cu orificii, a unui lapte sau mortar de ciment. Suspensia de ciment se injectează cu o presiune de 2-5 atm.Modul de execuție a injectării este legat de natura rocii, de gradul și forma fisurilor.Se utilizează trei metodede execuție: injectarea descendentă, injectare ascendentă, injectare totală.Metoda descendentă împarte întreaga adâncime de injectare în zone care corespund unei roci de o anumită permeabilitate, dar nu mai mult de 5m. Avantajul pricipal al acestei metode este că cimentarea zonelor inferioare se execută după terminarea lucrărilor de cimentizare din zonele superioare, putându-se astfel aplica presiuni mai mari la injecție și totodată varia adâncimea de cimentare în funcție de condițiile locale. Are însă dezavantajul că produce întreruperi în procesul de forare și injectare.În metoda ascendentă forajele se execută de la început până la cota finală din proiect, iar injectarea se face tot pe zone, însă de jos în sus.Această metodă permite o folosire mi rațională a utilajului și o înaintare mai rapidă a lucrărilor de cimentare, evitând totodatăvforarea repetată pe același amplasament. Are dezavantajul că zonele superioare nu prezintă sigutanță la presiunea de injectare, prin fisurile naturale existente la suprafață lichidul de injecție revărsându-se afară, în loc să se răspândească pe orizontală în masa rocii.Metoda de injectare totală se realizează prin executarea forajelor până la cota finală stabilită prin proiect și cimentarea o dată pe toată înălțimea forajului. Se întrebuințează numai pentru ecrane de adâncime redusă unde roca are o fisurare puțin pronunțată.Pentru crearea unei impermeabilități superficiale a unor straturi de pământ stabilizat se mai folosește cimentarea de suprafață care este indicată la căptușiorea exterioară a pereților de la rezervoarele îngropate de beton armat, a pereților canalelor de irigații.3.3.1.2 - ArgilizareaFolosește aceleași principii ca și cimentarea, adică injectarea unor suspensii de argilă coloidală cu o compoziție granulometrică mai mică decât lărgimea fisurilor sau a porilor din material..Metoda se utilizează în vederea obținerii unei impermeabilități aîntregului masiv sau a unor perdele etanșe de protecție sub construcție.3.3.1.3. SilicatizareaAceastă metodă constă în introducerea în porii pământului a silicatului de sodiu, Na2OsiO2, care prin contactul cu altă soluție introdusă, clorura de calciu, acid fosforic etc, dă naștere unui gel silicic, bioxid de siliciu, care leagă particulele de pământ.Procedeul folosește două variante și anume: silicatizarea cu două soluții și silicatizarea cu o soluție.

Silicatizarea cu două soluții se aplică pentru consolidarea și impermeabilizarea artificială a nisipurilor fine, a pământurilor cu granule mai mari (nisipuri mijlocii și mari), pietrișuri, deasupra sau sub nivelul apei subterane.Soluția de silicat de sodiu se introduce în teren prin injectarea acesteia cu ajutorul unor tuburi perforate la partea inferioară. Soluția de clorură de calciu se introduce în timpul ridicării injectoarelor. Aceasta va întâlni particulele de pământ învelite în silicatul de sodiu, producându-se reacția chimică între cele două soluții. Prin aceasta se produce o cimentare a particulelor prin intermediul gelului de acid silicic hidratat.Silicatizarea cu o singură soluție este folosită la pământurile bogate în săruri de calciu și la care electrolitul se găsește în pământ. Este cazul pământurilor loessoide.3.3.1.4. BituminizareaEste o metodă în care permeabilizarea se asigură prin umplerea porilor sau a fisurilor cu bitum sau, în unele cazuri, se produce o întărire a întregii mase de pământ datorită aderenței filmelor de bitum la suprafața particulelor solide.Bitumul este sensibil la acțiunea agenților agresivi pe care îi conâin pământul sau apele subterane și de aceea se folosește în cazurile în care cimentarea nu dă rezultate : în terenurile cu agresivitate mare sau unde viteza curentului de apă subterană este mare, iar injecția cu ciment poate fi spălată înainte de întărire.Bituminizarea se execută prin două metode:- bituminizarea cu bitum cald- bituminizarea cu emulsii de bitum rece3.3.1.5. – Injectarea cu suspensii stabile ciment – argilă (bentonită) Injectarea cu suspensii stabile ciment – argilă au fost folosite în România încă din perioada 1976-1978 odată cu construcția metroului din București.Caracteristicile definitorii pentru suspensiile stabile autoîntăritoare pe bază de ciment-argilă sunt:- capacitatea de a se menține în suspensie timp îndelungat cu o decantare foarte redusă;- transformarea întregului volum al suspensiei în piatră prin întărire;- posibilitatea dirijării caracteristicilor, atât înainte de întărire cât și după întărire prin dozajul principalilor componenți (ciment, argilă) și a unor adaosuri, cu un spectru foarte larg de influiențare a comportării suspensiei. Una dintre posibilile substanțe de adaos este silicatul de sodiu.Injectarea noroiului autoîntăritor în teren are drept scop unul din următoarele obiective:- umplerea unor goluri în teren;- cimentarea și reducerea permeabilității rocilor fisurate, nisipurilor grosiere și pietrișurilor (cu permeabilități de minim 10-2 - 10-4 cm/s) sau umpluturilor, prin îmbibarea lor cu noroi autoîntăritor sau prin clacarea pământurilor mai puțin permeabile.Injectarea în forajeFuncție de natura și starea rocii, amplasament, natura stratului acoperitor, scopul injectării, nivelul apei subterane, etc. Se utilizează două tehnologii de injectare, și anume:- tehnologia ascendentă sau prin retragere (figura 4.8.a) care presupune execuția prealabilă a forajului pe întreaga lungime a acestuia și injectarea pe rând, prin retragere, a unor tronsoane de foraj, numite pași de injectare, în general limitați între 0,33 m și 1,5 m, pentru a permite controlul injectării.

Figura 3.8.- Tehnologii de injectare specifice rocilor [5]:a. injectare ascendentab. injectare descendenta1. conducta cu NA;2. manometru;3. teava de injectare;4. obturator;5. injectie in curs;6. zona injectata;Zona inferioară este blocată la primul tronson de talpa forajului, iar la următoarele de fluidul injectat anterior. Această tehnologie are avantajul de a permite separarea execuției forajelor de procesul de injectare dar prezintă inconvenientul că nu este aplicabilă pe zonele unde se produc prăbușiri ale pereților găurii sau în cazul rocilor puternic fisurate, care permit crearea unei circulații de ocolire prin teren a fluidului de injectare.- tehnologia descendentă sau prin avansare (figura 3.8.b ) care presupune forarea primului tronson de injectare, injectarea acestuia, reforarea primului tronson și forarea celui de al doilea tronson urmată de injectarea acestuia și repetarea operațiilor în adâncime. Această tehnologie are dezavantajul economic al imobilizării instalației de foraj în timpul injectăriiși face necesară reforarea zonelor injectate anterior, mărind lungimea forajelor. Are avantajul că asigură un acoperiș protector pentru zonele nou injectate permițând realizarea unei calități superioare a lucrării creând posibilitatea utilizării unor presiuni de injectare mai mari.Injectarea prin lănci.Cea mai simplă tehnologie de injectare în pământuri este injectarea prin utilizarea injectorilor tip lance ( figura 3.9. ). Se folosește pentru adâncimi de maximum 10-15m, datorită dificultăților de introducere și în special de extragere a injectorului. Injectarea poate fi realizată fie prin introducerea treptată a injectorului, fie prin retragerea treptată a acestuia deci printr-o tehnologie descendentă sau una ascendentă.

Figura 3.9. -Injectarea cu injector metalic tip lance [5]:a. descendent; b. ascendent1. conducta cu NA;2. manometru;3. berbec de batere;4. lance de batere;5. teava perforata;5'. cap pierdut;6. zona injectata;7. zona in curs de injectare.

Avantajul acestui procedeu este acela că injectarea se poate executa imediat după introducerea injectorului în teren iar dezavantajul principal îl constituie faptul că fluidul beneficiază de calea preferențială de curgere spre exterior, pe lângă peretele injectorului. Drept urmare acest procedeu poate fi utilizat pentru debite și presiuni de injectare mici.- Injectarea simultană cu execuția forajului. (figura 3.10 )Acest procedeu permite injectarea pământurilor fără a se limita adâncimea de tratare. Pomparea fluidului de injectare se face prin intermediul garniturii de foraj, fie înlocuind din când în când noroiul de foraj cu fluidul de injectare, fie forând sub protecția suspensiei de injectare. În timpol injectării forajul trebuie închis etanș pentru a permite creșterea presiunii.- Injectarea prin tuburi cu manșete. ( figura 3.11.)O tratare a pământurilor stratificate s-a realizat după realizarea procedeului de injectare cu tuburi cu manșete. Procedeul permite injectarea în ordinea dorită a oricărei zone de-a lungul forajului precum și reluarea injectării prin același foraj. În cazul terenurilor stratificate permite injectarea cu prioritate a zonelor cu teren mai grosier, cu permeabilitate mare, iar ulterior injectarea zonelor cu permeabilități mai mici.

Figura 3.10 -Injectare simultana cu executia forajului [5]1. conducta cu NA;2. manometru;3. presetupa;4. burlan de protectie;5. conducta de sterp;6. coloana de foraj;7. zona injectata;8. zona in curs de injectare.

Echiparea forajului cu tub cu manșete se execută în gaura de foraj protejată cu noroi sau cu un burlan de protecție provizoriu. Tubul cu manșete propriu-zis este format dintr-o țeavă de PVC cu diametrul de 30-60 mm, având câte 4-8 perforații de cca. 3 mm diametru. Aceste perforații sunt acoperite cu un inel de cauciuc numit manșetă. Injectarea în tuburile cu manșetă se execută cu ajutorul unui obturator dublu, cel mai des utilizat fiind obturatorul autoblocant de cauciuc tip clopot. Prin creșterea presiunii manșetele din cauciuc se lărgesc și este permisă pătrunderea fluidului de injectare în teren.

Figura 3.11.-Injectare prin tub cu mansete cu ajutorul obturatorului dublu autoblocant cu garnituri tip clopot [5]a. tub cu mansete instalat in teren1. foraj de instalare d=9-12cm;2. teaca din NA;3. tub cu mansete perforat d= 4-6 cm;4. mansete de cauciuc 2-3 buc./m 1 tub;5. obturator dublu ancorat ( se introduce in tubul cu mansete pentru injectare);b. obturator dublu autoblocant;1. tub central perforat d= 1-2 cm;2. garnituri clopot de cauciuc (2-3 buc. la fiecare clopot);l= lungimea de obturare 1/3 -1/5 m;c. faza injectarii:1. foraj de instalare d=9-12cm;2. teaca din NA;3. tub cu mansete perforat d= 4-6 cm;4. mansete de cauciuc 2-3 buc./m 1 tub;5. obturator dublu ancorat ( se introduce in tubul cu mansete pentru injectare);6. garnitura clopot deschisa de presiunea fluidului de injectie si lipita de tubul cu mansete;7. manseta deschisa de presiune de injectie;8. teaca perforata;9. fluidul de injectie patruns in teren.- Injectarea prin tub broșat. ( figura 3.12. )La acest procedeu echiparea forajului se realizează la fel ca la procedeul tubului cu manșete însă în locul acestuia se prevede un tub din material plastic. Injectarea se execută concomitent cu șlițuitea țevii de material plastic pe două generatoare, șlițuire realizată cu un aparat de broșat atașat la capătul garniturii prin care se realizează injectarea.

Figura 3.12 - Injectare prin foraje echipate cu tuburi brosate [5]1. conducta cu NA;2. manometru;3. presetupa;4. tub PVC;5. garnitura de injectie;6. teaca plastica de etansare;7. cutit de brosare;8. injectie in curs;9. zona injectata.

- Injectarea cu packer gomflabil și cu packer tip clopot. (figura 3.13 și 3.14.)În terenurile stabile (uscate) se poate realiza injectarea prin packere gonflabile fixate pe pereții găurii de foraj. Se forează terenul până la cota necesară, se introduce în coloana de injectare un pocker gonflabil care se fixează prin injectare de aer sau apă și se injectează sub acesta cu presiuni moderate la fel ca la injectorii tip lance. Pockerul gonflabil poate fi înlocuit și cu două garnituri de etanșare tip clopot.

Figura 3.13 - Injectare cu pacher gonflabil [5]

1. conducta cu NA;2. manometru;3. teava pentru injectia apei sau aerului;4. robinet pentru apa sau aer;5.coloana de injectie;6. pacher gonflabil;7. injectie in curs;8. zona injectata.

Figura 3.14 - Injectare cu garnituri de etansare tip clopot [5]

1. conducta cu NA;2. manometru;3. teava pentru injectia apei sau aerului;4. robinet pentru apa sau aer;5.coloana de injectie;6. pacher gonflabil;7. injectie in curs;8. zona injectata.

3.3.1.6. – Tehnici de injectare a pământurilor tip “Jet Grouting” “Jet Grouting” este un termen general folosit de specialiști pentru a descrie diferite tehnici de modificare a proprietăților pământurilor sau imbunatatirea acestora. Aceste metode constau în general în injectarea în pământ a unor fluide sau lianți cu presiune și viteze mari. Lianții fărâmițează și penetrează structura pământului amestecându – se cu particulele de pământ și formand o masa omogenă , care în final se solidifică. Această modificare/îmbunătăţire a pământului joacă un rol important în domeniul stabilității fundațiilor , în particular în tratamentul stratului de pământ de sub fundațiile clădirilor existente sau noi, în impermeabilizarea în profunzime a pământurilor cu umiditate ridicată , în construcția tunelurilor și în atenuarea tasării terenurilor slabe de fundare

Tehnici de “intarire” a pământului1.Infiltrarea - Mortarul este injectat în pământ cu presiune joasă și umple golurile fară a modifica semnificativ structura și volumul zonei . Pentru această tehnică se poate folosi o largă varietate de lianți, alegerea fiind dictată în principal de permeabilitatea pământului. Pentru pământuri cu permeabilitatea mai mare de 1x10-6 cm/sec se folosesc amestecuri de apă cu ciment. Pentru pământuri cu permeabilitatea mai scăzută (până la 1x10-6 cm/sec) se folosesc mortare mai scumpe pe bază de rășini.

Pentru pământuri cu permeabilitatea mai mică de 1x10-6 în mod normal nu se poate aplica aceasta tehnică. 2.Compactarea - Se injectează în pământ un mortar cu viscozitate foarte mare .Acesta acționează radial , efectul putand fi asimilat acțiunii unor pistoane hidraulice , dislocând particulele de pământ. In felul acesta se poate controla densitatea dorită a pământului. 3.Clacajul - Mortarul este injectat în pământ cu presiune ridicată printr–un tub prevăzut cu o supapă specială. Pământul este hidrofracturat și fisurile rezultate se încarcă cu mortar rezultand un pământ cu densitate mare. 4.Injectia de mortar - Pământul este complet fărâmițat și amestecat în profunzime cu liant , rezultand un amestec omogen care în final se întăreste. Această tehnică este aplicabilă indiferent de tipul pământului, de permeabilitatea sau distribuția granulometrică a acestuia.Teoretic se pot îmbunatăți aproape toate tipurile de pământ: de la argile moi până la nisipuri și pietrișuri. De asemenea se poate injecta orice tip de liant, în practică folosindu–se amestecul de apă–ciment. In cazul impermeabilizărilor se folosesc amestecuri apă – ciment – bentonită. In prezent se folosesc trei tipuri de injectie: a.) monofluid : fragmentarea și amestecarea pământului sunt realizate prin injectarea unui singur fluid , liantul. Se folosește o pompă de mare presiune pentru dirijarea liantului prin coloana de foraj către un set de duze situate puțin deasupra sapei de foraj. Jetul de fluid iese prin duze cu viteză și energie foarte mari , farămițând pământul din jurul coloanei de foraj și amestecănd–ul cu liantul. Rezultă o coloană de pământ stabilizat ce poate atinge diametre de 400 – 1200 mm.Echipamente necesare

1. Pompă fluid (70 Mpa – 300 l/min); 2. Un utilaj de foraj specializat prevăzut cu o coloană de foraj cu duze pentru injecție de mortar și

un sistem de control al extragerii coloanei de foraj în corelare cu desfășurarea injecției de mortar;

3. Un echipament de producere a liantului cu capacitate suficientă pentru a asigura șarjele necesare în timpul injecției.

Se forează pană la adancimea prevazută prin metode rotative sau rotativ – percusive cu circulație de fluid de foraj (apă, aer comprimat, bentonită sau chiar liant). Când se atinge adâncimea maximă, se intrerupe circulația fluidului de foraj și se pompează liant prin coloana de foraj cu presiuni de 20 – 60 Mpa. Liantul este injectat în pământ prin duzele situate pe coloana de foraj deasupra sapei. In același timp coloana de foraj se roteste (10 – 30 rpm) și se extrage (20 – 50 cm/min).b.)bifluid : metoda intermediară, dezvoltată pentru a extinde domeniul de aplicabilitate a metodei monofluid.Metoda “Bifluid” - Este o metodă ce combină cele două metode descrise pană acum. Se bazează pe principiile metodei monofluid, dar pentru mărirea razei de acțiune a jetului de liant se injectează suplimentar, concentric cu acesta, un jet de aer comprimat sau apă. Se pot obține astfel creșteri ale diametrului coloanei de pământ stabilizat de pană la 50 – 60 mm. Echipamentele folosite sunt aceleași ca la metoda monofluid, plus coloana de foraj cu două căi și un compresor de aer.c.) trifluid (Kajima) Fragmentarea și amestecarea pământului sunt realizate prin injectarea de aer și apă; în acest fel o parte din particulele mai fine de pământ sunt substituite; cele trei fluide : apă , aer și

liant sunt injectate separat prin duze speciale. Dislocarea pământului din jurul coloanei de foraj se face cu ajutorul unui jet de apă , ajutat de un jet de aer comprimat concentric la exteriorul jetului de apa . Cele două fluide sunt pompate printr –o duza comuna.Aerul comprimat marește raza de influență a jetului de apă și ridică la suprafață, prin spatiul inelar dintre coloana de foraj și gaură , apa în exces și particulele mici de pământ. In același timp , printr–o duză situată sub duza apă/aer , se pompează liant cu o presiune de circa 5 Mpa. Rezultă astfel o coloana de pământ stabilizat ce poate atinge diametre de peste 2000 mm.Echipamente necesare- Pompa apă/aer (70 Mpa – 300 l/min);- Pompă liant (7 Mpa – 120 l/min); - Coloana de foraj cu trei căi coaxiale , sapa de foraj , adaptor sapă de foraj , ieșire cu adaptor pentru duza de ciment , ieșire cu adaptor pentru duza coaxială de mare presiune apă/aer , prăjina de foraj și adaptor cu trei căi pentru capul rotativ al utilajului de forat;- Un utilaj de foraj specialixat prevăzut cu un sistem precis de control al extragerii coloanei de foraj în corelare cu desfasurarea injecției de mortar;- Un echipament eficient de producere a liantului cu capacitate suficientă pentru a asigura șarjele necesare în timpu injectiei.- Un rezervor de apa. Se forează pană la adâncimea prevazută prin metode rotative sau rotativ – percusive cu circulație de fluid de foraj (se folosește calea de liant). Cînd se atinge adâncimea prevazută , se injectează apă și aer prin duza corespunzatoare simultan cu rotirea coloanei de foraj. Jetul apă/aer începe să disloce pământul din jurul coloanei de foraj , particulele mici de pământ fiind expulzate către suprafață .Odată cu inceperea injecției de mortar se extrage treptat coloana de foraj.Diferența fundamentală dintre cele două metode (monofluid și trifluid) constă in diametrul coloanei de pământ stabilizat și prin urmare în volumul de pământ tratat/gaură . Metoda trifluid este avantajoasă acolo unde pământurile sunt dificil de forat , deoarece sunt necesare mai puține găuri pentru același volum de pământ stabilizat. Pe de altă parte, metoda este mai complexă și necesită echipamente suplimentare. De asemenea, volumul de pământ dislocat este mai mare , ceea ce implică costuri suplimentare și potențiale probleme când se forează în pământuri slab permeabile. Metoda monofluid este mai versatilă și poate fi folosită la orice înclinație , de aceea are o largă aplicație în consolidarea structurilor déjà existente și la tuneluri unde spațiul de lucru este restricționat.Timpul de finalizare este considerabil mai scurt și costurile mai mici. Este o metodă mai curată și mai puțin zgomotoasă decât metoda trifluid.3.4. – METODE ELECTRICE ȘI ELECTROCHIMICEMetodele se bazează pe efectele create de trecerea unui curent electric continuu prin masa de pământ cu ajutorul unor electrozi.La trecerea curentului electric se disting două fenomene:- Electroosmoza în care apa este orientată spre catod și poate fi îndepărtată producând astfel scăderea nivelului apei în pământ.- Electroforeza , în care particulele solide, din cauza mărimii și structurii lor interne, migreză spre anod, ceea ce duce la o schimbare a structurii pământului și totodată la o deshidratare a lui, deci la o consolidare prin mărirea consistenței lui.Datorită fenomenului de electroosmoză se pot executa săpături sub nivelul apei în pământuri care nu pot fi uscate prin alte metode.

Schimbări în structura pământului se produc și datorită fenomenului de electroliză care ia naștere la nivelul învelișului de apă din jurul particulelor solide. Aceasta coduce la formarea de argile deshidratate în jurul anodului cu caracteristici mecanice favorabile și rezistențe la acținea apei.Un exemplu practic este întărirea pământului din jurul piloților prin tratare cu curent electric, piloții fiind îmbrăcați într-o tablă subțire de aluminiu și joacă rolul de anod.Metodele electrochimice folosesc fenomenul de electroosmoză pentru introducerea soluțiilor în porii pământurilor nisipoase sau argiloase, prin electrozii formați din tuburi perforate.Prin anozi se introduc în mod succesiv cele două soluții: silicatul de sodiu și clorura de calciu folosite la procedeul silicatizării. Electroosmoza, prin procedeul de deshidratare, ajută la întărirea gelului care începe să se formeze odată cu introducerea celei de a doua soluții.Aceste metode sunt relativ simple, folosesc aparate obișnuite, aplicarea lor nu prezintă dificultăți însemnate, sunt ieftine și dau rezultate bune în cazul nisipurilor fine sau la argile turboase, unde sa observat o îmbunătățire considerabilă.Se aplică în general la combaterea alunecărilor de teren, la executarea perdelelor protectoare de la construcțiile hidrotehnice unde natura terenului nu permite întrebuințarea metodelor obișnuite.3.5. TRATAREA TERMICĂ A PĂMÂNTURILOR ( clincherizarea ) Arderea sau tratarea termică a terenului se utilizează la loessuri, prin încălzirea până la 600- 800 C, temperatură la care acestea se pietrifică și se desensibilizează total față de acțiunea apei. Aceste temperaturi elimină din pământ nu numai apa liberă sau adsorbită, dar și pe cea de constituție inclusă în rețeua cristalină a minereurilor argiloase.În general, tratarea termică a terenului este un procedeu neeconomic și mare consumator de combustibil în raport cu efectele de consolidare pe care le produce.Se prezintă totuși 3 modalități de utilizare a metodei, în toate tratarea pornind de la executarea unor foraje netubate. Astfel:1).Sursa de încălzire o constituie o serpentină prin care circulă agentul termic menținut la temperatura prescrisă într-un cuptor exterior. Propagarea căldurii se face prin difuzie, la care se adaugă și curenții de aer cald care se formează în mod natural din cauza diferenței de temperatură.2).Arderea se produce direct în foraj cu ajutorul unui injector care asigură și oxigenul necesar atât arderii, cât și creării unei suprapresiuni pentru intensificarea transmiterii căldurii prin convecție. Procesul de încălzire se poate intensifica prin maontarea în paralel cu injectorul de combustibil a unui injector de aer comprimat, care produce o suprapresiune în foraj.3).Arderea se produce tot direct în foraj, dar pe o farfurie, pe care se lasă să cadă prin picurare combustibilul. Pentru intensificarea tirajului necesar arderii, a îmbunătățirii procesului de propagare în masa pământului a căldurii produse, precum și a evacuării mai ușoare a vaporilor de apă ce se degajă din pământ, se execută un al doilea foraj alăturat care are legătură subterană cu forajul de ardere.Toate cele 3 modalități arătate au avantaje și dezavantaje unele față de altele, prezentând și dezavantajul comun al consumului mare de combustibil și al încălzirii neuniforme pe înălțimea forajului de ardere, care determină o consolidare diferită a straturilor din masivul de pământ.

3.6. EXEMPLE

Problema 3.1.

Un radier având dimensiunile 8,80x5,00m2 transmite o presiune de 2daN/cm2 . În amplasament stratificația este alcătuita în suprafață dintr-un strat vegetal și o umplutura în grosime de 0,50m după care urmează un pământ loessoid în grosime de 8,0m sensibil la umezire grupa B.Porozitatea medie a acestui pământ loessoid este de 48% umiditatea de 12% și limita inferioară de plasticitate 14%. Pentru reducerea sensibilității la umezire se prevede realizarea unei îmbunătățiri a proprietăților acestui pământ prin compactare de adâncime folosind coloane de pământ executate cu ajutorul sonetei percutante tip «Galați »(Instalația O.P.L.20). Se preconizează ca porozitatea medie finală să fie de 43%.Coloanele de pământ realizate prin această metoda de îmbunătățire au un diametru de 42cm.Distanța dintre axele acestor coloane realizate prin dispunerea lor în plan după unghiuri echilaterale se calculează cu relația

l=0,95∗d∗√ 1−nm

n−nm

=0,95∗0,42∗√ 1−0,430,48−0,43

=1,35 m

d - diametrul coloaneinm - porozitatea medie finalăn - porozitatea medie inițialăS-a adoptat distanța de 1,25m între axele verticale ale coloanelor.Coloanele se dispun pe mai multe rânduri, distanța dintre rânduri fiind

dr=l∗√3

2=1,17 m

S-a adoptat distanta de 1,10m.Schema de calcul pentru determinarea distantei dintre coloane se arata în figura 3.10.

Fig. 3.10 Distanța dintre coloaneDispunerea coloanelor în plan orizontal și vertical este arătată în figura 3.11.

Pentru determinarea dimensiunii zonei de garda se adopta condiția ca lățimea ei să nu fie mai mică decât 0,35b, « b » fiind lățimea radierului și să fie cel puțin egala cu 1,5m. De asemenea lățimea ei nu va fi mai mică de 1/3 din grosimea pachetului sensibil la umezire, măsurata de la nivelul tălpii radierului.În cazul nostru lățimea zonei de gardă având în vedere și zona de influență a coloanelor din șirurile marginale este de 2,40m, respectându-se astfel toate condițiile arătate.

2,40>1,50 ;2,40>1,75;2,40≅ 8,0/3=2,66

Cantitatea de pământ exprimata în greutate necesara pentru umplerea găurii pe metru din lungimea ei se adopta de cca 0,06m3 . Umiditatea optimă de compactare w opt =s-a luat de 16%.Cantitatea de pământ pe metru de coloană se calculează cu relația:q=K∗A∗γ dc=(1+w /100) în care K este un coeficient care se ia pentru loessuri argiloase egal cu 1,1A secțiunea coloanei γ dc greutatea volumică a pământului compactat

γ dc=ρs (1−n ) (1+w )=26,8 (1−0,43 ) (1+0,16 )=17,7kN /m3

A=π∗de

2

4=0,139 m2

q=1,1∗0,39∗17,7∗(1+ 16100 )=3,13 kN

Deoarece la realizarea coloanelor se produce în suprafață o refulare a terenului natural după ce s-a efectuat decaparea stratului vegetal și de umplutură pe o adâncime de 0,50m se efectuează o compactare de suprafață cu maiul greu. Adâncimea pe care se obține această compactare trebuie să fie egala cu 3d respectiv 1,26m grosime, grosime care este realizabilă prin compactarea cu maiul greu.

Problema 3.2.

Este necesar să se execute o umplutura de pământ în grosime de 7,50m pe un strat de argilă moale compresibilă saturată cu apa în grosime de 7,6m. După consumarea procesului de consolidare tensiunea efectivă medie în această argilă va creste de la 86kPa la 204kPa.Argila compresibilă se caracterizează prin coeficienți de consolidare egali pe verticală și orizontală având valoarea de 0,0699mm2 /s. Coeficientul de compresibilitate de volum a acestei argile pentru intervalul de presiuni menționat este de 0,00023 m2/kN. Argila are o limita de curgere wL de 60% și o limită de plasticitate egala cu 20%. Durata de construcție a acestei umpluturi este de 4 luni, iar tasarea admisă care să mai aibă loc după aceasta data este de 25 mm la intervalul de timp de un an de la începerea realizării ei.Deoarece timpul de consolidare a acestei umpluturi va fi foarte îndelungat trebuie găsita o soluție pentru accelerarea lui în cazul în care consolidarea are loc numai după o singura direcție timpul de consolidare ar rezulta pe baza următorului calcul pentru un procent de consolidare egal cu 90%.Gradul de consolidare U v pe verticală pe o singură direcție este egal cu :

U v=f 1 (T v ) în care:

T v este factorul timp al consolidării egal cu:

T v=cv∗t

d2 în care:

cv este coeficientul de consolidare în direcția verticală;d este lungimea traseului de filtrație verticală care se ia, având în vedere filtrația pe o singură direcție.În cazul concret analizat valoarea factorului timp al consolidării este :

T v=0 , 0699 mm2/s∗t

76002 și U v=90 %=0 , 0699∗t

76002

De unde t=76002∗0,90,0699

=743,69∗106 s= 743,69∗106

365∗24∗602 =23,65 ani

Pentru accelerarea procesului de consolidare se prevede executarea unor coloane de balast având diametrul de 380mm, așezate la o distanta de 2,15m într-un caroiaj de forma pătrata. O alta soluție ar fi așezarea lor într-o rețea de triunghiuri echilaterale. (fig. 3.12 și 3.13.)

Fig. 3.12 Rețea pătrată Fig. 3.13 Rețea triunghiulară

Raza efectivă pe care are loc drenarea pe orizontala se poate calcula cu relația:

π∗R2=l2de unde R= l

√ π=0,564∗l

În cazul nostru: R=2,15∗0,564=1,21 m

Raportul ¿1,210,19

=6,38 s-a luat 6,4

Pentru direcția radială, factorul timp al consolidării va fi egal cu:

T R=cv∗t

4∗R2 =0,0699∗305,24∗602

4∗12102 =0,315 respectiv U R=93 %

T v=cv∗t

d2 =0,699∗305,24∗602

76002 =0,0319 respectiv U v=20 %

Gradul de consolidare total având în vedere efectul atat al filtratiei verticale cat și al celei radiale va fi:

100−U= 1100

∗(100−U v )∗(100−UR )=100−(100−20 )∗(100−93 )=94,4 %

În paralel cu accelerarea procesului de consolidare se va obține și o îndesare a acestei argile care are porozitatea inițială egală cu 45%.La distanța de 2,15m între coloanele de balast având diametrul de 380mm se va obține o porozitate medie finală de :

l=0,95∗d∗√ 1−nm

n−nm

=0,95∗0,38∗√ 1−0,430,45−0,43

=2,15 m

nm=43 %

Umiditatea argilei dinaintea îmbunătățirii terenului a fost :

Sr=w∗γ s

e∗γ w

=1= w∗27,00,82∗10

=0,30 respectiv 30%

e= n1−n

= 0,451−0,45

=0,82

Prin îndesarea argilei și eliminarea apei prin coloanele de balast umiditatea se va reduce argilă rămânând saturată.

Sr=w∗γ s

e∗γ w

=1= w∗27,00,75∗10

=0,28 respectiv 28%

e= n1−n

= 0,431−0,57

=0,75

Indicele de consistenta înainte de îmbunătățire a fost :

I c=wL−w

wL−wP

=60−3060−20

=0,75

După îmbunătățire indicele de consistență este :

I c=wL−w

wL−wP

=60−2860−20

=0,80

Tasarea finală a acestui pământ argilos este de:S f=(204−86 )∗0,00023∗7,6=0,206 m=20,6 cm Gradul de consolidare asigură o tasare de :

St=Sf∗U=20,6∗0,944=19,45 cm

Rămâne ca în timp să se mai producă o tasare de :∆ S=20,6−19,45=1,15 cm

Tabel 3.5 Gradul de consolidare pentru filtrație verticalăTv U Tv2 U3 Tv4 U5 Tv6 U7

0,0010 0,03751 0,0100 0,112840,1000 0,35682

1,0000 0,93126

0,0015 0,04458 0,0150 0,138200,1500 0,43695

1,5000 0,97998

0,0020 0,05090 0,0200 0,159580,2000 0,50409

2,0000 0,99417

0,0025 0,05665 0,0250 0,178410,2500 0,56223

2,5000 0,99830

0,0030 0,06193 0,0300 0,195440,3000 0,61324

3,0000 0,99951

0,0035 0,06682 0,0350 0,211100,3500 0,65819

3,5000 0,99986

0,0040 0,07140 0,0400 0,225680,4000 0,69788

4,0000 0,99996

0,0045 0,07571 0,0450 0,239370,4500 0,73295

4,5000 0,99999

0,0050 0,07980 0,0500 0,252310,5000 0,76395

5,0000 1,00000

0,0055 0,08369 0,0550 0,264630,5500 0,79135

5,5000 1,00000

0,0060 0,08741 0,0600 0,274600,6000 0,81556

6,0000 1,00000

0,0065 0,09097 0,0650 0,28768 0,650 0,83697 6,500 1,00000

0 0

0,0070 0,09441 0,0700 0,298540,7000 0,85589

7,0000 1,00000

0,0075 0,09772 0,0750 0,309020,7500 0,87262

7,5000 1,00000

0,0080 0,10093 0,0800 0,313150,8000 0,88740

8,0000 1,00000

0,0085 0,10403 0,0850 0,328980,8500 0,90047

8,5000 1,00000

0,0090 0,10705 0,0900 0,338510,9000 0,91202

9,0000 1,00000

0,0095 0,10998 0,0950 0,347790,9500 0,92223

9,5000 1,00000

Gradul de consolidare pentru filtrație radială Tab.3.6.

UcrFactorul timp Tr

5 10 15 20 25 30 40 50 60 80 100

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

5 0 0 0 0 0 00,019

0,020

0,021

0,023

0,025

100,012

0,021

0,026

0,032

0,039

0,042

0,044

0,048

0,051

150,019

0,032

0,040

0,050

0,060

0,064

0,068

0,074

0,079

200,026

0,044

0,055

0,062

0,069

0,092

0,088

0,092

0,101

0,107

250,034

0,057

0,071

0,081

0,089

0,106

0,114

0,120

0,131

0,139

30 0,04 0,70 0,08 0,10 0,11 0,11 0,13 0,14 0,14 0,16 0,17

2 0 8 1 0 8 1 1 9 2 2

350,050

0,850

0,106

0,133

0,143

0,158

0,170

0,180

0,196

0,260

400,060

0,101

0,125

0,158

0,170

0,198

0,202

0,214

0,232

0,246

450,070

0,118

0,147

0,185

0,198

0,220

0,236

0,250

0,291

0,291

500,091

0,137

0,170

0,210

0,230

0,255

0,274

0,290

0,315

0,334

550,094

0,157

0,197

0,240

0,265

0,294

0,316

0,334

0,363

0,365

600,107

0,180

0,226

0,283

0,304

0,337

0,362

0,383

0,416

0,441

650,123

0,207

0,250

0,325

0,348

0,386

0,415

0,439

0,477

0,506

700,137

0,231

0,289

0,330

0,362

0,389

0,431

0,463

0,490

0,532

0,564

750,162

0,273

0,342

0,391

0,429

0,460

0,510

0,548

0,479

0,629

0,668

800,188

0,317

0,397

0,453

0,498

0,534

0,592

0,636

0,673

0,730

0,775

850,222

0,373

0,467

0,534

0,587

0,629

0,697

0,750

0,793

0,861

0,914

900,270

0,455

0,567

0,649

0,764

0,847

0,911

0,963

1,046

1,110

950,351

0,590

0,738

0,844

0,994

1,102

1,185

1,360

1,444

990,539

0,907

1,135

1,290

1,423

1,528

1,693

1,821

2,200

100

Fig. 3.13 Accelerarea consolidării terenului de fundare cu piloți de balast

Problema cu perna

Cartea galbena