Cap.2 Terenuri Dificile de Fundare

20
CAP.2 TERENURI DIFICILE DE FUNDARE 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

description

TERENURI DIFICILE DE FUNDARE

Transcript of Cap.2 Terenuri Dificile de Fundare

Page 1: Cap.2 Terenuri Dificile de Fundare

CAP.2 TERENURI DIFICILE DE FUNDARE

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.

Page 2: Cap.2 Terenuri Dificile de Fundare

Figura 2.2 - Crăpături din contracţie [143]

2.5.1. Ipoteze privind contracţia şi umflarea pământurilorContracţia şi umflarea pământurilor argiloase, ca manifestare a

fenomenelor de interfaţă au fost şi sunt încă explicate pe baza următoarelor ipoteze:

a) ipoteza presiunii capilareb) ipoteza atracţiei moleculare.

a) Ipoteza presiunii capilareConform 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

Page 3: Cap.2 Terenuri Dificile de Fundare

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 electromoleculareÎn 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

Page 4: Cap.2 Terenuri Dificile de Fundare

depărteze particulele unele de altele, determinând astfel umflarea pământurilor (fig.2.3.c).

Figura 2.3. Mecanismul umflării [143]

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 şi-au 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).

Page 5: Cap.2 Terenuri Dificile de Fundare

Figura 2.4. Mecanismul contracţiei [143]

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), indicele de plasticitate (Ip), indicele de activitate (IA= Ip / A2),

Page 6: Cap.2 Terenuri Dificile de Fundare

criteriul de plasticitate (Cp), umflarea liberă (UL), limita de contracţie (ws), contracţia volumică (Cv), 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

Activ

.

P.U

.C.M

.

A 2

%

I p %

I A C p UL

%

ws

%

Cv %

q um

ax J

/g

w15

%

p u da

N/c

m2

Tulb

ur

Net

ulb

Foarte active 30 35 1,25 Ip Cp 140

10

100 35 37

18 4

Active 18-3525-35

1,00-1,25

Ip Cp100-140

14-10

75-100

25-35

25-37

13-18

1-4

Puţin active 15-2520-30

0,75-1,00

Ip Cp70-100

16-14

55-75

15-25

12-25

10-13

5-1

Page 7: Cap.2 Terenuri Dificile de Fundare

Figura 2.5 - Răspândirea PUCM pe teritoriul României [87]

2.5.2 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.

Page 8: Cap.2 Terenuri Dificile de Fundare

Activitatea pământurilorLa 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.

Page 9: Cap.2 Terenuri Dificile de Fundare

Figura 2.6 - Variaţia umidităţii cu adâncimea [87]

Variaţiile 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 :

Page 10: Cap.2 Terenuri Dificile de Fundare

- 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 104 cm coloanǎ de apǎ (pF<4) se va folosi relaţia :Δ⋅VV

=Δw⋅γ s

100+w0⋅γ s (2.2)

în care:

γs - este densitatea pǎmântului ;

w0 - umiditatea iniţialǎ ;

ΔVV - variaţia volumului relativ de pǎmânt ;

Δw - variaţia de umiditate faţǎ de umiditatea ini inţialǎ w0.

Relaţia menţionatǎ a fost dedusǎ din relaţia :

Δ⋅VV

=e0−e i1+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 :

Page 11: Cap.2 Terenuri Dificile de Fundare

e0=w0⋅γ sγ⋅w şi

e i=w i⋅γ sγ⋅w (2. 4)

Dacǎ umiditatea se exprimǎ în procente, se obţine relaţia :

Δ⋅VV

=γ s⋅Δw

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 fundaţieUmiditatea 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

Page 12: Cap.2 Terenuri Dificile de Fundare

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.

Pământuri gelive ( sensibile la îngheţ )Pământurile gelive (sensibile la îngheţ) sunt pământurile care în urma fenomenelor de îngheţ - dezgheţ îşi modifică esenţial structura şi proprietăţile lor. După gradul de sensibilitate la îngheţ, stabilit pe baza indicelui de plasticitate Ip şi a alcătuirii granulometrice, pământurile se clasifică conform tabelului 2.6 (SR EN ISO 14688-2/2005).Tabel 2.6 -. Clasificarea pământurilor gelive după plasticitate şi granulometrie

Grupa de sensibilitatela îngheţ

Categoria pământului

Ip

GranulozitateDiametrul particulelor

Procente din masa uscată a probei

Sensibile

Necoezive, cu liant argilos

10sub 0,002sub 0,2sub 0,1

max. 6max. 20max. 40

Argilă şi argilă grasă

35- -

Foarte sensibile Coezive 10 - 35sub 0,002sub 0,2sub 0,1

max. 6max. 20max. 40

Pământuri sărăturatePământurile sărăturate prezintă un comportament special în cadrul terenului de fundare, ce se caracterizează prin [143]:

Page 13: Cap.2 Terenuri Dificile de Fundare

apariţia unei tasări suplimentare, numită tasare sufozionară în cazul unei umeziri de lungă durată, ca urmare a scăderii compresibilităţii şi rezistenţei la forfecare;

unele fenomene de variaţie a volumului, în special fenomene de umflare înregistrate la argilele sărăturate, în cazul creşterii umidităţii;

o acţiune agresivă asupra elementelor de infrastructură cu care vin în contact, ca urmare a soluţiilor ce iau naştere în aceste pământuri, în prezenţa apei subterane.

În cadrul cercetărilor geotehnice realizate pe teren şi în laborator, pentru identificarea şi caracterizarea unor astfel de pământuri trebuie precizate următoarele aspecte (S.N.I.P. 2.02.01-83) :

elemente de stratigrafie indicând prezenţa stratului de pământ sărăturat prin grosime, particularităţi litologice, extinderea acestuia în plan orizontal şi vertical;

compoziţia chimică a apelor de suprafaţă şi subterane, cât şi caracterul mişcării lor (gravitaţional, capilar, osmotic), importantă fiind de asemenea şi o prognoză asupra variaţiei nivelului apei subterane în cazul exploatării viitoarelor construcţii sau a umezirii de lungă durată a terenului de fundare;

elemente geometrice privind zona de pământ sărăturat, însoţite de aprecierea gradului de dispersie a sărurilor şi a solubilităţii lor, o evaluare a capacităţii de schimb ionic a fazei solide a pământului, în raport cu cationii de schimb;

caracteristici fizico-mecanice ale pământului care a devenit sărăturat, cât şi efectul levigării sărurilor asupra acestuia;

o prognoză asupra potenţialelor procese de sărăturare sau desărăturare ca urmare a influenţei condiţiilor climatice şi geomorfologice precum şi efectul factorului antropic pe amplasament.

Calculul terenului de fundare alcătuit din pământuri sărăturate se face la starea limită de deformaţii şi la starea limită de capacitate portantă. Starea de deformaţie neuniformă în terenul de fundare ce cuprinde un pământ sărăturat, ca urmare a neomogenităţilor de textură de pe amplasament se poate preveni prin [143]:

măsuri de evitare a umezirii terenului de fundare;

Page 14: Cap.2 Terenuri Dificile de Fundare

fundarea într-un strat de pământ nesărăturat subiacent; procedee mecanice sau/şi chimice de îmbunătăţire a terenului de fundare; conformarea structurală a construcţiei pentru o adaptare la deformaţiile

neuniforme din terenul de fundare.

PAMÂNTURI SENSIBILE LA UMEZIRE COLAPSIBILE

Normativului NP125 ( pribncipiile SREN 1997-1:2004 şi SREN1997-2/2008) cuprinde o serie de reguli referitoare la fundarea constructiilor pe terenuri alcătuite din pământuri a căror structură şi comportare mecanică se modifică substanţial în contact cu apa, denumite generic pământuri sensibile la umezire colapsibile – PSUC.Comportamentul specific al PSUC poate genera degradări ale construcţiilor fundate pe acestea şi fenomene de instabilitate generală. Prin măsuri specifice se urmăreşte menţinerea siguranţei construcţiilor şi a stabilităţii masivelor de pământ.PSUC sunt pământuri coezive macroporice nesaturate, care la contactul cu apa sugeră modificări bruşte şi ireversibile ale structurii interne, reflectate prin tasări suplimentare cu caracter de prăbuşire ( colaps ) şi scăderi ale valorilor parametrilor geotehnici de comportament mecanic.-