UNIVERSITATEA TEHNIC GHEORGHE ASACHI DIN IAI FACULTATEA DE CONSTRUCII I INSTALAII

Ing. GHEORGHI ARITON

mbuntirea proprietilor terenurilor de fundare

Rezumatul tezei de doctorat

Conductor doctorat: Prof.univ.dr.ing. PAULIC RILEANU

Iai, 2010

1

]

2

Mulumiri

Sincere mulumiri conducerii Facultii de Construcii i Instalaii, Iai care mi-a oferit posibilitatea de a m forma i perfeciona n domeniul Ingineriei Civile.

Exprim recunotin catedrei Ci de Comunicaii i Fundaii al disciplinei Geotehnic i Fundaii, n mijlocul cruia am gasit mediul propice realizrii acestei lucrri, precum i celorlalte catedre de la Facultatea de Construcii i Instalaii, Iai pentru permanenta susinere.

Profund recunotin domnului prof. univ. dr. ing. Paulic Rileanu pentru timpul acordat, sfaturile oferite pe parcursul acestor ani de doctorat i contribuia adus la formarea mea tiinific.

Mulumiri referenilor tiinifici pentru efortul i timpul acordat analizei lucrrii de doctorat.

n final vreau s mulumesc familiei i prietenilor care mi-au neles pasiunea i timpul acordat elaborrii tezei.

Ing. Gheorghi Ariton

3

CUPRINS

CAPITOLUL 1. Introducere........................................................................................................6

CAPITOLUL 2. Terenuri dificile de fundare, descriere, unele proprieti..................................10 2.1. Introducere..............................................................................................................................10 2.2. Pmnturile dificile de fundare...............................................................................................15 2.2.1. Pmnturi marnoase..........................................................................................................15 2.2.2. Pmnturi macroporice.....................................................................................................16 2.2.3. Pmnturi sensibile la umezire colapsibile.......................................................................21 2.2.4. Pmnturi cu umflari i contracii mari............................................................................27 2.2.5. Pmnturi susceptibile la lichefiere..................................................................................36 2.2.6. Pmnturi gelive...............................................................................................................37 2.2.7. Pmnturi cu coninut de materii organice.......................................................................41 2.2.8. Pmnturi eluviale............................................................................................................44 2.2.9. Pmnturi srturate.........................................................................................................47 2.2.10. Pmnturi de umplutur..................................................................................................49 2.2.11. Pmnturi din amestecuri................................................................................................53

CAPITOLUL 3. Proprietile fizico-mecanice ale terenurilor de fundare...................................55 3.1. Proprietile fizico-mecanice generale ale terenurilor de fundare..........................................55 3.2. Proprieti specifice pmnturilor dificile de fundare............................................................68 3.2.1. Pmnturile sensibile la umezire colapsibile....................................................................68 3.2.2. Pmnturile cu umflari i contracii mari.........................................................................75 3.2.3. Pmnturile susceptibile la lichefiere...............................................................................81 3.2.4. Pmnturile din amestecuri...............................................................................................83

CAPITOLUL 4. Starea de tensiune i deformaii n masivele de pmnt...................................85 4.1. Starea de tensiune n masivele de pmnt..............................................................................85 4.1.1. Introducere........................................................................................................................85 4.1.2. Starea de tensiune n semispaiu.......................................................................................89 4.1.2.1. For concentrat acionnd la suprafaa semispaiului..............................................89 4.1.2.2. Semispaiul acionat de mai multe fore concentrate..................................................92 4.1.2.3. Semispaiul acionat de fore distribuite pe planul de separaie..................................93 4.1.3. Determinarea tensiunii z de-a lungul unei verticale oarecare. Metoda punctelor de col...............................................................................................................93 4.1.4. Starea de tensiune n semiplan......................................................98 4.1.4.1. Semiplan ncarcat cu o for liniar distribuit.............................................................99 4.1.5. Starea de tensiune n condiiile neomogenitii i anizotropiei terenului de fundare.............................................................100 4.1.5.1. Starea de tensiune n sistemul stratificat......................................................102 4.2. Starea de deformaii n masivele de pmnt.Calculul tasrilor....................103 4.2.1. Calculul tasrii pe baza legii ndesrii................................................................103 4.2.2. Calculul tasrii probabile prin metoda nsumrii pe straturi elementare (STAS 3300/2-85).......................................................................................................................104 4.2.3. Calculul tasrii probabile prin metoda Egorov sau metoda stratului deformabil de

grosime finit (STAS 3300/2-85)...........................................................................107 4.2.4. Calculul tasrii pe baza curbelor de compresiune-tasare................................................108 4.2.5. Metoda stratului echivalent.............................................................................................109 4.2.6. Metoda dispersiei unghiulare a tensiunilor normale verticale........................................109

4

CAPITOLUL 5. Metode i tehnologii folosite la mbuntirea terenurilor de fundare.........................................................................................................................................111 5.1. Clasificarea metodelor i tehnologiilor de mbuntire a terenurilor de fundare.........................................................................................................................................111 5.2. Metode i tehnologii folosite pentru mbuntirea terenurilor de fundare..........................114

CAPITOLUL 6. mbuntirea terenurilor de fundare prin perne (saltele) de pmnt, de balast i alte materiale......................................................................................................................181

6.1. Pernele de pmnt.................................................................................................................184 6.2. Pernele de balast...................................................................................................................193

CAPITOLUL 7. Studii de caz....................................................................................................200 7.1. Amplasament zona Viziru, Brila.........................................................................................200 7.1.1. Consideraii geotehnice...................................................................................................200 7.1.2. Soluii de fundare............................................................................................................206 7.1.3. Concluzii.........................................................................................................................209 7.2. Centrul de marketing pentru produse agro-alimentare Cluj.................................................213 7.2.1. Elemente generale...........................................................................................................213 7.2.2. Consideraii geotehnice...................................................................................................213 7.2.2.1. Date geomorfologice....................................213 7.2.2.2. Date geologice.............................................................................................................213 7.2.2.3. Date hidrologice (ap subteran).................................................................................213 7.2.2.4. Soluii de fundare.........................................................................................................215 7.2.2.5. Principii de calcul........................................................................................................217 7.2.2.6. Recomandri................................................................................................................220 7.2.2.7. Concluzii......................................................................................................................221

CAPITOLUL 8. Concluzii........................................................................................................223 8.1. Contribuii personale..........................................................................................................230 8.2. Lucrri publicate de autorul tezei.....................................................................................232

BIBLIOGRAFIE .......................................................................................................................233

n rezumatul tezei de doctorat se prezint pe scurt capitolele, studiile de caz, concluziile generale i bibliografia selectiv. La redactare, pentru capitole, paragrafe, formule, figuri i tabele s-au pstrat notaiile utilizate n textul tezei de doctorat.

5

CAPITOLUL 1. INTRODUCERE

Construciile, indiferent de natura, destinaia i importana lor, reprezint n lume simbolul progresului, al dezvoltrii, dovada unor economii puternice, a folosirii eficiente a resurselor obinute prin munca i efectul creator al omului [107],[148].

Primul material de construcie pe care la avut la ndemn omenirea a fost pmntul, cu ajutorul cruia s-au realizat construcii ndrznee, dar limitate ca dimensiuni i performane datorit caracteristicilor fizico-mecanice ale acestui material natural [107]. Aceste construcii transmit scoarei terestre, pe care se sprijin, aciunile din ncarcarea permanent, util i accidental. Sarcinile transmise produc n zona de sub fundaie o stare de tensiune i de deformaie, zona influenat de construcia considerat formeaz terenul de fundare. La rndul lor deformaiile din terenul de fundare, prin deplasrile provocate n punctele de sprijin ale construciei, produc o schimbare, o redistribuire a eforturilor n elementele de rezisten ale construciei. Aceast interaciune dintre construcie i terenul de fundare se evideniaz, mai ales, la construciile static nedeterminate. Cunoaterea strii de tensiune i a deformaiilor din terenul de fundaie este necesar pentru a determina capacitatea portant a terenului i pentru a putea asigura stabilitatea construciei pe tot timpul exploatrii ei [95].

n privina problemelor legate de terenul de fundaie mecanica construciilor a artat o rmnere n urm. Aceasta s-a datorat n mare msur caracterului complex i neomogen pe care-l are terenul i care face ca o serie de legi ale mecanicii construciilor, aplicabile pentru diverse materiale de construcie, s nu fie valabile i pentru pmnt. De exemplu, legea lui Hooke este valabil numai n cazul maselor continuie; n cazul maselor discontinue, terenuri afnate, legea lui Hooke nu mai este aplicabil.

nainte de apariia mecanicii pmnturilor, proiectarea, respectiv dimensionarea elementelor de fundaie, s-a facut prin metoda analogiilor, fr a introduce n calcul caracteristicile fizice i mecanice ale pmntului folosit ca teren de fundaie. Evident ca o astfel de metod, n unele cazuri, a dus la o supradimensionare a fundaiilor, deci la o soluie neeconomic, de exemplu piramidele executate de sclavi, risipa de materiale nu se lua n considerare, iar n alte cazuri la o subdimensionare soldat cu compromiterea stabilitii construciei respective. Prima lucrare care a tratat pe baze tiinifice o problem de mecanic a pmnturilor, i anume determinarea mpingerii pmntului asupra unui zid de sprijin, a aparut n 1773 i a aparinut cercettorului Coulomb, apoi a fost ntregit i dezvoltat de ctre Rankine, Culmann i alii.

Coulomb a fost arhitect la curtea regilor Franei ndeplinind i funcia de rezolvare a problemelor inginereti privind stabilitatea rmurilor Franei unde acostau vasele care veneau din colonii. Cu aceast problem a mpingerii pmntului i a stabilitii s-a confruntat, motiv pentru care a facut studii pe modele privind mpingerea pmnturilor. Acesta s-a mai ocupat de studiul n electricitate privind sarcina electric, problema n fizic, unde a fost recunoscut. Rezult ca n perioada vieii lui sec al XVIII- lea cercettorii abordau domenii diferite de studiu, atunci cnd cercetarea era pus n slujba activitii practice.

O tiin ns care s in seama de caracteristicile terenului foarte variate, poart numele de Geotehnica i mecanica pmnturilor, ale crei baze au fost puse de prof. Karl Terzaghi. Pentru dezvoltarea mecanicii pmnturilor o importan mare a avut-o lucrarea lui Ghersevanov, Bazele dinamicii maselor de pmnt. Contribuii importante au adus i ali cercettori i profesori de valoare, cum ar fi: Ttovici, Abelev, Denisov i alii.

n 1939 s-a nfiinat primul laborator geotehnic, inginerii i tehnicienii fiind trimii n strintate pentru specializare.

n anul 1950 s-a constituit pe lang Institutul de mecanic aplicat al Academiei un colectiv de geotehnicieni, care sub ndrumarea academicianului Profiri, a cercetat o serie de probleme ridicate de mecanica pmnturilor [110].

6

Terenul de fundare este format din roci care au rezultat n decursul erelor geologice, printr-o serie de procese tectonice. Pentru cercetarea calitilor fizico-mecanice ale rocilor i a comportrii lor sub sarcini este necesar s se cunoasc n primul rnd geneza acestor roci i procesele lor de transformare. Totodat este necesar cunoaterea condiiilor echilibrului tectonic n care se gasete formaia respectiv i a modului n care acest echilibru este influenat prin schimbarea raportului de solicitri care se produce prin executarea construciei respective. De aceea, se impune o strns colaborare ntre geotehnicieni, geologi, ingineri proiectani i executani ai lucrrilor de construcii [95].

Terenurile de fundare slabe sau dificile de fundare sunt acele terenuri care, sub ncrcri exterioare sau interioare, capt deformaii mari i neuniforme. Din categoria terenurilor de fundare slabe, fac parte pmnturile puternic compresibile, cu rezisten redus la forfecare cum ar fi: loessurile i pmnturile loessoide sesibile la umezire, argile moi sau cele cu umflri i contracii mari, nisipurile fine n stare afnat umede, mlurile, umpluturile eterogene, terenurile alunectoare etc.

Pentru utilizarea lor ca terenuri de fundare slabe necesit msuri de mbuntire a proprietilor fizico-mecanice ale pmntului. Aceast mbuntire const n utilizarea unor metode care modific structura natural a pmntului pe o poriune din grosimea stratului de pmnt slab, sau pe toat grosimea sa, n funcie de natura terenului, de grosimea stratului de pmnt slab, de ncrcrile transmise acestuia etc.

Proiectarea fundaiilor pe terenuri slabe este legat ntotdeauna de necesitatea studierii i analizrii factorilor care exercit o anumit influen asupra rezistenei, deformabilitii i stabilitii terenurilor de fundare alctuite din pmnturi cu structuri nestabile. Cedarea terenurilor slabe de fundare se produce sub ncarcarea exterioar dat de construcie sau numai sub presiune geologic, cum ar fi n cazul loessurilor supuse umezirii, sau nisipurilor fine umede supuse lichefierii. Ca urmare, terenul slab cedeaz sub aciunea unei anumite stri interioare de eforturi care conduc la o deformare exagerat a acestuia, sau la epuizarea capacitii sale de rezisten . Sunt unele terenuri de fundare slabe care au caracteristicile de rezisten reduse, care conduc la dificulti nc de la nceperea executrii construciilor.

Un rol important n dezvoltarea deformaiei terenului de fundare l are conlucrarea dintre construcie i teren. Aceast conlucrare se poate rsfrnge nefavorabil asupra construciei, dac deformaia terenului se produce brusc, nepermind adaptarea structurii ei la noua stare a terenului de fundare. Conlucrarea dintre construcie i teren este cu att mai intim cu ct rigiditatea construciei este variabil i cu ct se apropie mai mult de cea a terenului. n acest caz elementul determinant este construcia deoarece deformaiile rezultate din conlucrarea ei cu terenul de fundare pot deveni inacceptabile pentru buna ei exploatare.

n cazul cldirilor care urmeaz a fi amplasate pe terenuri bune de fundare, riscul de distrugere sau avariere, datorit cauzelor legate de terenul de fundare, se consider de obicei egal cu zero, deoarece posibilitatea modificrii calitii terenului de fundare n timp este foarte redus, dac nu se fac intervenii ce le pot deteriora. Nu acelai lucru se poate spune despre cldirile care trebuie realizate pe terenuri slabe, sensibile la umezire. n cazul acestor terenuri, evenimentele care conduc la situaii de comportare nefavorabil a construciilor sunt cunoscute.

Geologii i geotehnicienii considerau cu ani n urm, c amplasarea construciilor pe terenuri dificile nu era recomandabil, dar n prezent constructorii folosesc aceste terenuri att n mediul urban, ct i n cel rural.

n prezent, prin diversificarea problematicii de studiu, domeniul ingineriei geotehnice reunete direciile bine conturate care prin gradul de cunoatere permit o corect abordare tehnic a cercetrii i investigrii terenului, a mbuntirii calitii acestuia, a proiectrii i execuiei fundaiilor de suprafa i adncime, a asigurrii stabilitii locale i generale a amplasamentelor, a proiectrii i execuiei structurilor cu rol de sprijin, ranforsare i stabilizare a masivelor de pmnt, rambleelor, barajelor i excavaiilor n incinte adnci, etc.[103]

7

CAPITOLUL 2.

TERENURI DIFICILE DE FUNDARE, DESCRIERE, UNELE PROPRIETI

2.1. Introducere Pentru un geolog, ansamblul de materiale care constituie scoara terestr este denumit

roc, termenul de pmnt fiind rezervat parii superficiale care suport vegetaia. Pentru inginerul constructor, aceti termeni au o alt semnificaie [103]:

- pmntul este un agregat natural de granule minerale care pot fi separate prin aciuni mecanice uoare;

- roca este un agregat natural de granule minerale legate de fore de coeziune puternice i permanente..

O alt clasificare a pmnturilor este grupat astfel [93],[148]: - pmnturi necoezive; - pmmanturi coezive. Pmnturile necoezive se clasific dup granulozitate, n tabelul 2.1.

Tabel 2.1. Clasificarea pmnturilor necoezive [148] Denumirea pmntului

Necoeziv Mrimea fraciunii predominante

( > 50%), mm Nisip fin 0,05 0,25 Nisip mijlociu 0,25 0,50 Nisip mare 0,50 2,0 Pietri mic 2,0 20 Pietri mare 0,20 70 Bolovni 0,70 200 Blocuri > 200

Pmnturile coezive se clasific n funcie de plasticitate i granulozitate, pe baza unei reprezentri ternare a compoziiei granulometrice, date n fig. 2.1 [93].

Fig. 2.1. Diagrama ternar [93]

8

2.2. Pmnturi dificile de fundare Exist pmnturi care din punct de vedere granulometric se ncadreaz n diagrama

ternar, dar avnd proprieti specifice, necesit o clasificare distinct. Din aceast categorie fac parte urmtoarele pmnturi:

2.2.1. Pmnturi marnoase; 2.2.2. Pmnturi macroporice; 2.2.3. Pmnturi sensibile la umezire colapsibile; 2.2.4. Pmnturi cu umflari i contracii mari; 2.2.5. Pmnturi susceptibile la lichefiere; 2.2.6. Pmnturi gelive; 2.2.7. Pmnturi cu coninut de materii organice; 2.2.8. Pmnturi eluviale; 2.2.9. Pmnturi srturate; 2.2.10. Pmnturi de umplutur; 2.2.11. Pmnturi din amestecuri.

2.2.1. Pmnturi marnoase Pmnturile marnoase sunt pmnturi argiloase cu coninut de carbonat de calciu (CaCO3) mai mare de 5%. Acestea sunt considerate ca fiind terenuri bune de fundare, rezistena i stabilitatea crete pe masur ce coninutul este mai bogat n (CaCO3). Ele se clasific n funcie de coninutul (CaCO3), prezentate n tabelul 2.2.[148]

Tabel 2.2. Clasificarea pmnturilor marnoase [148] %(CaCO3) %Argil Numele pmntului Comportament

Argil Plastic Argil marnoas Marn argiloas

Marn

Mai mult sau mai puin rigid

Marn calcaroas

0 5 20 35 66 75 100

100 95 80 66 35 25 0 Calcar

Rigid

2.2.2. Pmnturi macroporice Pmnturile macroporice prezint numeroase canale verticale foarte fine, ceea ce face ca porozitatea lor s fie neuniform distrbuit. Canalele sunt vizibile cu ochiul liber i dau natere unei poroziti mai mari dect cea normal, denumit macroporozitate (fig.2.2). Aceste pmnturi sunt reprezentate prin loessuri i pmnturi loessoide [93],[119],[145],[195].

Fig. 2.2. Structura loessului [93]

9

Metode de recunoatere n teren a loessurilor i pmnturilor loessoide: pori vizibili cu ochiul liber; un bulgre de loess se depune ntr-un pahar cu ap sub un unghi ca o movili, sub unghiul natural i degaj bule de aer din pahar (ca la stingerea varului); ppui de calcar; resturi de rdcini de plante, de frunze i alte produse din natur; culoare de obicei galben;

2.2.3. Pmnturi sensibile la umezire colapsibile (P.S.U.C.) Pmnturile sensibile la umezire colapsibile (P.S.U.C.) sunt pmnturi coezive macroporice nesaturate, care la contactul cu apa sufer modificri brute i ireversibile ale structurii interne, reflectate prin tasri suplimentare cu caracter de prbuire (colaps) i scderi ale valorilor parametrilor geotehnici de comportament mecanic. Din aceast categorie fac parte loessurile, pmnturile loessoide i alte pmnturi preponderent prfoase, cu porozitate marcat neuniform [145],[148],[195]. Repartiia pe teritoriul Romniei a loessurilor i pmnturilor loessoide este dat n fig. 2.3. Terenurile de fundare din categoria P.S.U.C. se clasific astfel (NP 125-2008): - grupa A: pmnturi care la umezire sub greutate proprie (sarcina geologic) prezint tasri suplimentare Img mai mici de 5 cm; - grupa B: pmnturi care la umezire sub greutate proprie (sarcina geologic) prezint tasri suplimentare Img mai mari sau egale de 5 cm;

Fig. 2.3. Rspndirea loessurilor i a pmnturilor loessoide [119] 2.2.4. Pmnturi cu umflri i contracii mari (P.U.C.M.)

Pmnturile cu umflri i contracii mari, simbolizate P.U.C.M. ntlnite n literatura de specialitate i sub denumirea de pmnturi contractile sau expansive, sunt pmnturi argiloase care prezint proprietatea de a-i modifica sensibil volumul, atunci cnd umiditatea lor variaz.[93],[119],[145],[148]. Ca rspndire (fig. 2.8) P.U.C.M. se ntlnesc n majoritatea zonelor geografice ale rii, astfel: - n zonele subcarpatice i piemontane din Oltenia, Muntenia i izolat n Moldova i Dobrogea; - n podiul Transilvaniei, zona de nord;

10

- n zonele colinare dinspre Cmpia de vest; - n zonele de lunc i terase ale rurilor, n Podiul Moldovenesc i n zonele din Lunca i Delta Dunrii.

Fig. 2.8. Repartiia teritorial a P.U.C.M. n Romnia [119]

2.2.5. Pmnturi susceptibile la lichefiere Pmnturile susceptibile la lichefiere sunt acele pmnturi, care submersate i supuse

unor aciuni dinamice (seisme, explozii, etc), i pierd capacitatea de a suporta sarcini, ca urmare a creterii presiunii apei din pori, ce are drept consecin anularea frecrii dintre granulele pmntului i prin urmare scderea brusc a rezistenei la forfecare, chiar cu transformarea acestuia ntr-o mas fluid. Clasificarea pmanturilor susceptibile la lichefiere (STAS 1243-88): - nisipurile uniforme, n special nisipurile fine avnd diametrul corespunztor fraciunii de 50%, d50=0,075-0,20 mm; - nisipurile avnd gradul de ndesare ID=5070%; - nisipurile saturate; - nisipurile la care penetrarea dinamic prezinta RP

11

Fig. 2.16. Clasificarea pmnturilor gelive pentru lucrrile de terasamente [148]

2.2.7. Pmnturi cu coninut de materii organice Pmnturile cu coninut de materii organice sunt pmnturi care conin materii organice,

din aceast categorie fac parte: mlurile, nmolurile, pmnturile turboase i turb [60], [93], [148].

2.2.8. Pmnturi eluviale Pmnturile eluviale provin din roci preexistente care au fost dezagregate fizic i alterate

chimic, produsele rezultate rmnnd pe loc [93],[145]. Ele au pstrat locul formrii lor structura i textura rocii din care provin i caracterul lor de zcmnt. Fenomenele acestea au loc n scoara de alterare a globului terestru. O clasificare ce se refer la pmnturile alctuite din fragmente mari supuse eroziunii naturale, considerat un proces dinamic, este prezentat n tabelul 2.13.

Tabel 2.13. Clasificarea pmnturilor eluviale [145] Denumirea terenului din fragmente

mari, n funcie de erodabilitate

Coeficientul de erodabilitate neerodabile 5,0K0 wk <

puin erodabile 75,0K5,0 wk < puternic erodabile 1K75,0 wk

12

condiiilor hidrogeologice i a descompunerii incluziunilor organice ce depesc 3% la nisipuri i 5% la argile [145],[148].

2.2.11. Pmnturi din amestecuri Pmnturile din amestecuri sunt pmnturi cu granulometrie realizat pe cale artificial prin amestecarea a dou sau mai multe pmnturi cu granulozitate cunoscut, n vederea mbunatirii fizico-mecanice [148].

CAPITOLUL 3.

PROPRIETILE FIZICO-MECANICE ALE TERENURILOR DE FUNDARE

3.1. Proprietile fizico-mecanice generale ale terenurilor de fundare Proprietile fizico-mecanice ale pmnturilor sunt dependente de structura lor i implicit

de interaciunea fazelor componente [38],[112],[119],[148]. Pmnturile sunt sisteme trifazice, (fig.3.1) n care apa i aerul reprezint soluia/solventul iar scheletul organic-solvitul [38].

Fig. 3.1. Pmntul - sistem trifazic [38]

Factorii ce determin structura pmnturilor sunt [148]: - mrimea i forma particulelor solide; - compoziia chimico-mineralogic a particulelor solide; - forma i starea fizic a fazei lichide i gazoase; - interaciunea dintre faza solid, lichid, gazoas. Principalele caracteristici geotehnice sunt [38],[148]: greutatea volumic a pmntului ( ); greutatea volumic a scheletului mineral ( s ); umiditatea (w); porozitatea pmnturilor (n); indicele porilor (e), gradul de saturare (Sr); greutatea volumic a pmntului n stare uscat ( d ); greutatea volumic a pmntului n stare saturat ( sat / sr ); greutatea volumic n stare submersat ( ' ).

3.2. Proprieti specifice pmnturilor dificile de fundare 3.2.1. Pmnturile sensibile la umezire colapsibile (P.S.U.C.) Pmnturile sensibile la umezire colapsibile (P.S.U.C.) prezint tasri suplimentare cu caracter de prbuire (colaps) i scderi ale valorilor parametrilor geotehnici de comportament mecanic.

13

Pmnturile sensibile la umezire colapsibile (P.S.U.C.) sunt caracterizate de urmtoarele proprieti geotehnice [93],[119],[195]: a) alctuire: - compoziia granulometric; - compoziia chimico-mineralogic. b) proprietai fizice - umiditate; - densiti n stare natural, uscat, saturat; - densitatea scheletului; - porozitatea; - plasticitatea; c) proprieti mecanice n condiii statice i eventual dinamice: - compresibilitatea i deformabilitatea n stare natural i inundat; - rezistena structural; - rezistena la forfecare n stare natural i inundat; d) proprietai hidrice: - permeabilitatea n stare natural i saturat sub diferite trepte de ncrcare. n tabelul 3.8. sunt prezentate limitele de variaie ale carcateristicilor fizice i mecanice pentru pmnuturile sensibile la umezire (P.S.U.C) n stare natural.

Tabel 3.8. Limitele de variaie ale carcateristicilor fizice i mecanice pentru (P.S.U.C.) n stare natural [195]

Nr. crt.

Denumire caracteristic Simbol U.M. Valoarea caracteristicii

1 Densitatea scheletului s g/m

3 2,522,67 2 Greutatea volumic n stare natural kN/m3 12,018,0 3 Greutatea volumic n stare uscat d kN/m

3 11,019,0

4 Umiditatea natural w % 615 5 Porozitatea n % 4560 6 Limita de curgere wL % 1225 7 Limita de frmntare wP % 920 8 Indicele de plasticitate IP % 520 9 Presiunea de umflare pu kPa 010 10 Coeficientul de permeabilitate k m/sec 10-410-6 11 Tasarea suplimentar la = 100 kPa im100 % 00,6 12 Tasarea suplimentar la = 200 kPa im200 % 01,8 13 Modulul de deformaie edometric E0 ed 100-200 kPa 500010000 14 Unghiul de frecare intern grade 525 15 Coeziunea c kPa 1030

3.2.2. Pmnturile cu umflri i contracii mari (P.U.C.M.) n literatura de specialitate le ntlnim i sub denumirea de pmnturi contractile sau

expansive care prezint variaii sezoniere de volum nsemnate ca urmare a variaiilor de umiditate. Caracteristicile fizice i mecanice ale P.U.C.M. sunt: limita de contracie, umflarea liber, umiditatea la suciune, granulozitatea, cldura maxim de umezire, indicele de plasticitate, criteriul de plasticitate, capacitatea de adsorbie, indicele de activitate, indicele de contractie-umflare i presiunea de umflare [119], [145].

14

3.2.3. Pmnturi susceptibile la lichefiere Lichefierea este mparit n dou categorii: a) lichefierea propriu-zis, reprezint fenomenul de reducere major a rezistenei la forfecare, datorit unei solicitri monoton cresctoare sau ciclice, asimilat prin curgerea pmntului ca un lichid, caracterizeaz un pmnt necoeziv afnat i saturat; b) lichefierea ciclic, reprezint fenomenul de cedare progresiv a unui nisip saturat, afnat, cu ndesare medie sau ndesat, supus unei solicitri cu variaie ciclic n condiii de volum constant. Deformaia final este rezultatul nsumrii deformaiilor produse pe durata unui ciclu de ncrcare. Acest fenomen caracterizeaz nisipurile saturate, la orice grad de ndesare, cu meniunea ca n cazul unui nisip afnat, deformaia poate fi nelimitat, fenomenul devenind similar lichefierii propriu-zise.

3.2.4. Pamnturile din amestecuri Exist dou aspecte pentru realizarea pmnturilor din amestecuri care ar fi: - realizarea unui pmnt cu granulozitate necunoscut, prin amestecarea n diferite proporii (m% + n%) a dou pmnturi (A) i (B) cu granulozitate dat i stabilirea fraciunilor componente (A%; P%; N%); - existena celor dou pmnturi (A) i (B) prin curbele lor granulometrice s se determine curba granulometric a amestecului rezultat prin combinarea n proportia 1: n (A/B) a celor dou pmnturi. Fiind date cele dou pmanturi (A) i (B) fig. 3.14 se cere s se individualizeze pe diagrama ternar pmntul (C) rezultat prin amestecarea a (m%) din (A) cu (n%) din (B), deci C = (m%) A+(n%)B.

Fig. 3.14. Stabilirea compoziiei amestecului pe baza diagramei ternare [148]

Punctele corespunztoare pe diagrama ternar a celor dou pmnturi (A), (B) se unesc printr-o dreapt i se mparte n 100 de pri egale. Punctul (C) de pe segmental AB, ce mparte acest segment n raportul

%m%n

ABAC

= , este determinat practic prin msurarea a (m%) diviziuni din punctul B i (n%) diviziuni din punctul A. Pentru trasarea grupei granulometrice a pmntului (C) rezultat din amestecul a dou pmnturi (A), (B) date prin curbele lor granulometrice (fig. 3.15.) se determin pentru fiecare diametru (di) n parte, masa de pmnt (mi) n procente, ce conine particule mai mici dect diametrul considerat (di) cu relaia urmtoare :

15

iCm (%)= n1nmm iBiA

+

+ (3.40)

unde: (1: n) reprezint proporia amestecului exprimat n unitai de masur (la o parte din A, n pari din pmntul B; mAi(%), mBi(%) funciunile corespunztoare diametrului considerat. n cazul n care amestecul este realizat din trei pmnturi (A, B, C) n proporia 1: n: m, se traseaz curba pmntului (D) ce ar rezulta din amestecarea primelor dou pmnturi n proporia (1: n), ca n cazul anterior, iar apoi se traseaz curba granulometrica a pmntului cutat (E), prin realizarea amestecului dintre pmntul (D) i pmantul (C) n proporie 1: m, utiliznd procedeul aplicat pentru dou pmnturi.

Fig. 3.15. Stabilirea curbei granulometrice a amestecului din pmnturi [148]

CAPITOLUL 4. STAREA DE TENSIUNE I DEFORMAII N MASIVELE DE PMNT

4.1. Starea de tensiune n masivele de pmnt 4.1.1. Introducere

Construciile transmit greutatea proprie i ncrcrile terenului pe care sunt amplasate. Acestea sunt ncrcri exterioare pentru terenul pe care este ridicat o construcie [38],[103],[127],[136],[148].

4.1.2. Starea de tensiune n semispaiu Prin semispaiu se ntelege un corp solid, elastic, izotrop, de mrime semiinfinit,

continuu liniar deformabil, limitat de o suprafa plan. Semispaiul din Mecanica pmntului se deosebete de semispaiul elastic prin faptul c deformaiile nu sunt reversibile. Problemele distribuiei tensiunilor n semispaiu se pot diviza, n general, n dou cazuri: cazul n care forele sunt aplicate la suprafaa semispaiului i cazul n care forele sunt aplicate n interiorul semispaiului [38],[136],[148]. Fora concentrat acionnd la suprafaa semispaiului; Semispaiul acionat de mai multe fore concentrate; Semispaiul acionat de fore distribuite pe planul de separaie; Sarcina repartizat dup o suprafa oarecare Sarcini verticale sau orizontale repartizate uniform sau liniar distribuite pe suprafee de forme regulate.

16

4.1.4. Starea de tensiune n semiplan Un al doilea model folosit de Teoria elasticitii pentru calculul strii de tensiune este

semiplanul, rezultat prin intersecia semispaiului cu dou planuri verticale paralele la distane egal unitatea. Acest model se foloseste n cazul unor lucrri a cror lungime este mai mare n raport cu dimensiunile seciunii transversale (ziduri de sprijin, fundaii continuie, estacade) [136].

4.1.5. Starea de tensiune n condiiile neomogenitii i anizotropiei terenului de fundare Anizotropia este determinat att de particularitile de genez a pmnturilor ct i de

procesul de consolidare n timp sub aciunea greutaii sedimentelor ce determin un grad de ndesare cresctor cu adncimea. Rezult astfel valori diferite, n funcie de direcia indicatorilor proprietilor mecanice ( )ii ,E (cresctori cu adncimea) i n principal valori diferite ale modulului de deformaie liniar pe direcia verticala fa de direcia orizontal ( )hv EE < . De asemenea, alternana stratelor de pmnt coezive i necoezive, determin o neomogenitate i anizotropie cu implicaii directe n repartiia eforturilor unitare n teren. Existena unui strat suport rigid la baza unui pachet de sedimente determin modificri apreciabile a strii de tensiune din teren. Tinnd seama tocmai de acest efect de concentrare, Grifith (1929) i Frhlich (1934) au corectat relaia (4.4.), de calcul a tensiunii z ntr-un semispaiu acionat de o for concentrat, prin introducerea unui factor de concentrare (semiempiric) rezultnd:

2'

z Rz

2P

+

pi

= (4.26)

unde: =3, corespunde semispaiului izotrop i omogen; =4, corespunde semispaiului anizotrop la care modul de deformaie liniar crete cu adncimea ( )zmEE 0z += ; =6, corespunde situaiei de dezvoltare complet a zonelor plastice n nisipuri; Construind curbele de variaie n plan orizontal, al efortului unitar z (fig. 4.14) pentru diferite valori ale factorului de concentrare ( ) , se constat c pe masur ce crete, valoarea efortului unitar crete pe linia de aciune a forei i scade rapid odat cu creterea distanei fa de axa oz.

Fig. 4.14.Variaia efortului unitar z n funcie de valoarea factorului de concentrare [127]

Analiznd n cadrul problemei plane, factorii care influenteaz distribuiia i mrimea eforturilor unitare, A.V. Stepanov, pe baza soluiei generale obinut de S.G. Lehnitki, a ajuns la urmtoarele concluzii: starea de tensiune ntr-un mediu anizotrop depinde att de sensul forei ct i de unghiul pe care acesta l face cu axele de anizotropie; direciile eforturilor unitare principale nu coincid nici cu direciile deformaiilor maxime nici cu linia de actiune a forei;

17

eforturile unitare se concentreaz pe direcia ce corespunde modulului de deformaie liniar maxim i se disipeaz de-a lungul direciei modulului de deformaie liniar minim; exist diferite combinaii caracteristice de stri de eforturi, proprii tuturor mediilor anizotrope, ce condiioneaz moduri similare de cedare; De asemenea, analiznd alura izobarelor (curbe de egal efort unitar), Lehnitki a obinut pentru un semiplan cu diferite relaii ntre modulele de deformaie, curbele prezentate n fig. 4.15.

Fig. 4.15. Izobarele ntr-un semiplan cu diferite grade de anizotropie [127]

Se observ c pe masur ce gradul de anizotropie crete, izobarele sub forma de cercuri n cazul semiplanului izotrop (fig. 4.15.a) capat forme ce se ndeparteaz din ce n ce mai mult de forma circular (fig. 4.15. b.c.d.) Acesta prezint linii ale eforturilor maxime (a convexitilor) ce nu mai coincid cu linia de aciune a forei i putnd constitui direcii n care poate avea loc cedarea masivului [127].

4.1.5.1. Starea de tensiune n sistemul stratificat Analizndu-se influena stratificaiei asupra distribuiei eforturilor unitare s-a constatat c prezena unei intercalaii compresibile ntr-un masiv omogen determin o modificare relativ puin important cu cca 6% a efortului unitar z . Prezena ns a unui strat a unui strat puin compresibil (stnca etc.) la baza unui strat compresibil sau a unui strat cu compresibilitate redus n suprafaa determin modificari subtaniale n marimea i repartiia eforturilor unitare n teren. n cazul unui strat compresibil de grosime finit, limitat de un strat practic incompresibil, cercetrile au indicat ca frecarea pe suprafaa de contact a celor dou straturi precum i valoarea coeficientului lui Poisson ( ) au o mic influen, asupra distribuiei i valorii eforturilor unitare, n raport cu grosimea stratului compresibil. Din examinarea diagramelor se desprind urmtoarele observaii: - eforturile unitare z se concentreaz (cresc) pe masur ce grosimea stratului compresibil scade; - n cazul n care modulul de deformaie crete cu adncimea se constat o micorare a efortului

z n suprafa. n cazul terenurilor stratificate alctuite din dou sau mai multe straturi cu caracteristici diferite starea de tensiune pentru cazurile practice, se calculeaz pe baza unor tabele i grafice ntocmite de Biot (1935), Burminster (1943, 1956), Fox (1948), Vishita i Meyerhof (1968). Pentru cazurile curente, cazul unui bistrat se folosete fie soluia dat de Egorov n care efortul unitar

z se exprim cu fraciuni de sarcin p fie soluie aproximativ dat de Pokrowski sau Odemark. Atunci cnd sistemul este multistrat el se transform ntr-un sistem omogen pe baza aceluiai principiu aplicndu-se apoi relaiile specifice stratului omogen i liniar deformabil.

18

CAPITOLUL 5.

METODE I TEHNOLOGII FOLOSITE LA MBUNTIREA TERENURILOR DE FUNDARE

5.1. Clasificarea metodelor i tehnologiilor de mbuntire a terenurilor de fundare n amplasamentele n care se vor executa viitoarele construcii, deseori se ntlnesc

terenuri de fundare ale cror proprieti fizico-mecanice nu corespund calitativ cu cerinele impuse de construciile care urmeaz a fi realizate n aceste amplasamente [59], [90],[93],[107],[119],[145]. De asemenea este posibil ca aceste proprieti fizico-mecanice ale pmnturilor din care este alctuit terenul de fundare n aceste amplasamente s se deterioreze n timp datorit unor factori naturali sau artificiali care au aparut dup executarea construciei. Aceste terenuri de fundare sunt aa cum s-a analizat n capitolele anterioare, terenuri de fundare dificile. n prima categorie sunt cuprinse mlurile, pmnturile turboase, pmnturile eluviale, umpluturile, prafurile i argilele moi, nisipurile afnate i nisipurile afnate saturate cu ap. n categoria a doua se ntlnesc pmnturile sensibile la umezire, pmnturile susceptibile la umflri i contracii mari i pmnturile srturate. Pentru a avea o imagine asupra mbuntirii proprietilor terenurilor de fundare se prezint o schem de mbuntire a terenului de fundare prezentat n fig. 5.1.

Fig. 5.1. Schema de mbuntire a terenului de fundare

A21

A

A1

A2

A3

A4

A22

A122

A12

A221

A222

A223

A124

A123

A121

A111

A115

A113

A11

A112

A116

A1232

A1231

A1212

A1214

A1213

A1211

A1215

A1216

A1217

A1161

A1131

A1133

A1132

A1162

A114

19

A mbuntirea terenului de fundare; A1 Consolidarea n adncime;

A2 Metode de consolidare de suprafa (mecanic); A3 Consolidarea prin vibronepare; A4 Consolidarea prin vibrare; A11 Consolidri prin metode mecanice; A111 Compactri cu maiul greu de 5 tf i supergreu de 10 tf; A112 Perne de balast sau pmnt stabilizat; A113 Coloane de balast sau de pmnt; A114 Picoi (smburi, nuclee, miezuri ) din beton simplu cu adaos de cenu; A115 Consolidarea prin prencrcare; A116 Compactarea loessurilor cu ajutorul exploziilor; A1131 Execuia coloanelor de balast sau de pmnt prin batere; A1132 Execuia coloanelor de balast prin vibropresare; A1133 Execuia coloanelor de balast prin vibroflotare; A1161 ndesarea prin explozii de suprafa n ap; A1162 ndesarea prin explozii de adncime prin puuri ndesarea prin explozii de adncime a nisipurilor afnate; A12 Consolidri prin metode de transformare a structurii pmntului; A121 Metode chimice de transformare artificial; A122 Tratarea termic a terenurilor (clincherizare); A123 Metode electrice i electrochimice; A124 Inundarea dirijat a terenurilor i tasarea sub sarcin proprie; A1211 Silicatizarea; A1212 Cimentarea. Injectare descendent, ascendent i total; A1213 Consolidarea prin preumezire; A1214 Consolidarea prin metoda: Jet-Grouting; A1215 Consolidarea cu coloane din var; A1216 Argilizarea; A1217 Bituminizarea; A1231 Electroosmoza; A1232 Electroforeza; A21 Consolidarea prin cilindrare; A22 Consolidarea prin batere; A221 Consolidarea prin batere cu maiul de form special; A222 Compactarea cu maiul greu; A223 Compactarea cu placa cztoare;

5.2. Metode i tehnologii folosite pentru mbuntirea terenurilor de fundare Prezentarea metodelor i tehnologiilor de mbuntire este facut n acest capitol dup clasificarea din cap. 5.1. A1 Metode de consolidare n adncime A11Consolidri prin metode mecanice A111Compactri cu maiul greu de 5 tf i supergreu de 10 tf Aceast metod este folosit n zone n care energia mare dezvoltat la impactul maiului cu suprafaa terenului poate provoca ruperea structurii macroporice a terenului i reducerea volumului porilor. n zonele unde terenul este alctuit din pmnt macroporic sensibil la umezire, constituit din prafuri argiloase nesaturate a cror structur rupt ca urmare a impactului maiului cu suprafaa terenului conduce la reducerea volumului porilor. Compactarea terenului cu maiul supergreu produce urmtoarele fenomene (fig.5.3.)[59]: - distrugerea structurii pmntului moale i micorarea rezistenei la tiere;

20

- disiparea sub aciunea socului a aerului i gazelor coninute n pmnt (1...3%) din volumul total al pmntului compactat), ceea ce provoac o tasare global instantanee i importan ca mrime; - apariia lichefierii, atunci cnd pmntul este nisip cu granule rotunjite i o umiditate apropiat de saturare; - creterea permeabilitii datorit lichefierii, dezorgarnizarea structurii i fisurarea terenului, ceea ce permite disiparea suficient de rapid a presiunii interstiiale; - apariia dup batere a reconstituirii tixotropice a structurii n timp, prin restructurarea pmntului i creterea rezistenei sale mecanice n mod rapid n perioada de disipare a presiunii interstiiale i apoi mai lent spre sfritul perioadei de reconstituire. Fenomenele acestea se datoreaz n parte a pre-existenei n masa pmntului a unor canale de scurgere localizate i apariiei altora n urma creterii brute i importante a gradientului hidraulic al apei interstiiale determinat de ocul puternic al maiului supergreu. Creterea brusc a gradientului produce un fel de explozie intern masei pmntului. n urma acestei explozii apar fisuri radiale ale terenului n jurul punctelor de impact, care au un rol important n accelerarea disiprii presiunii interstiiale i favorizeaz chiar apariia la suprafa a unor mici gheizere (nituri de ap) a cror apa inund craterele produse de mai (fig. 5.4). Apa adunat n aceste cratere trebuie evacuat prin pompare.

Fig. 5.3. Compactarea cu maiul supergreu [59]

Fig. 5.4. Apariia apei n craterele produse de ocul maiului supergreu [59]

A112 Perne de balast sau pmnt stabilizat Acest procedeu const n realizarea unor perne compactate din pmnt, balast, piatr spart etc., cu o grosime cuprins ntre 1 i 7 m sub cota de fundare (uneori putnd fi considerate i consolidri de suprafa), care reprezint stratul de fundare a construciei. Pernele de balast se realizeaz cnd fundarea se face pe loessuri sensibile la umezire din grupa A sau pe pmnturi prfoase, argiloase-nisipoase, fr sensibilitate la umezire, dac n zon nu exist surse locale de materiale pentru realizarea pernelor de balast, piatr spart etc. Pentru studiul de laborator al compactrii se folosete ncercarea Proctor. Scopul acestei ncercri de laborator este de a stabili pentru un anumit lucru mecanic de compactare L, umiditatea optim wopt la care trebuie adus pmntul ce urmeaz a fi compactat, astfel nct s se obin un grad maxim de compactare i greutatea volumic n stare uscat, maxim maxd (fig. 5.5). Efectul modificrii umiditii este mult mai redus n cazul nisipului dect cel a unui amestec de nisip argil.

21

Fig. 5.5. Relaia dintre w i d n urma ncercrii Proctor [119]

n general umiditatea optim de compactare (wopt) n cazul pmnturilor coezive poate fi aproximat cu relaia: wopt= wp (1...3)% (5.1) Pernele de balast sau pmnt au rolul de a distribui presiunile transmise de construcie la terenul natural pe o suprafa mai mare dect talpa fundaiei. Ele mresc stabilitatea fundaiilor deoarece au caracteristici de rezisten mai mari dect ale stratului de la baza pernei [93].

A113 Coloane de balast sau de pmnt n amplasarea construciilor apar situaii n care straturile ce trebuie mbuntite au

grosimi mari (620 m.), uneori aflndu-se sub nivelul apei, ceea ce nu permite mbuntirea prin metode de suprafa. Aceast metod de mbuntire const n introducerea n terenul slab a unei cantiti de balast, nisip, loess, ceea ce face ca pe unitatea de volum s creasc coninutul de faz solid, n scopul reducerii porozitii, respectiv a creterii strii de ndesare. Coloanele de balast se pot clasifica dup modul de execuie prin: batere; vibropresare; vibroflotare.

A1131 Execuia coloanelor de balast sau de pmnt prin batere Se pot realiza coloane cu lungimea de pn la 13 m, avnd diametrul coloanei de forare

de 508 mm. Coloanele de pmnt sau de balast urmresc o cretere a ndesrii terenului de fundare natural prin introducerea unui material suplimentar care este ndesat dup ce n prealabil golul care s-a realizat pentru introducerea lui a condus la refularea terenului natural, care n urma acesteia s-a ndesat de asemenea (fig.5.6.)

Fig. 5.6. mbuntire cu coloane de pmnt. Plan.

A A

2r l l1

22

Rezult ntre rndurile de coloane o distan egal cu nlimea triunghiului echilateral:

85,023d = (5.9)

- este latura triunghiului lateral. Avnd n vedere ca la suprafaa tratat apar refulri, aici terenul va fi mai afnat pe o grosime egal cu 3d. Acest strat urmeaz a fi ndeprtat sau se va efectua o compactare de suprafa. Soluia aplicat va trebui s fie verificat prin ncercri experimentale. n fig. 5.7. se arat o seciune vertical prin suprafaa compactat. Utilajul de compactare este instalaia tip C.P.L. 20 (fig.5.8.).

Fig. 5.7. mbuntirea cu coloane de pmnt. Seciune vertical.

Fig. 5.8. Instalaia C.P.L.20 1 berbec; 2 sgeat; 3 - calaje; 4 i 5 ghidaje; 6 jug distanier; 7 rol;

8 cablu; 9 excavator.

N.H

SECTIUNEA A-A

2rl

d

4

1

5

87

3

6

9

2

23

Factorul timp al consolidrii se poate determina funcie de gradul de consolidare din diagrama, fig.5.10.

Fig.5.10. Factorul timp al consolidrii

Fig. 5.11. Consolidarea cu coloane de balast sub un terasament

1.00

0.80

0.60

0.40

0.20

0

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

FACTORUL DE TIMP

GRA

D DE

CO

NSO

LIDA

RE

C10

C100

2 r

ll

ll

2 r

2 r1

r 12

pi = l2

d

2 r

d

l2 r1

11

11

24

Coloane de balast executate prin batere, folosind utilajul Franki (KPF 22). Incinta va depai cu 1,5 m. irul extrem de coloane (fig.5.12).

Fig. 5.12. Coloane executate cu utilaje Franki a nfingerea coloanei metalice n teren; b realizarea dopului din beton;

c lovituri de berbec asupra dopului din beton; d turnarea unor porii de balast. 1 cablu; 2 lumnare; 3 cabin; 4 asiu; 5 crucior; 6 container; 7 contrafi; 8 troliu; 9 coloana metalic; 10 berbec; 11 dop din beton; 12 bulb; 13 balast.

A1132 Execuia coloanelor de balast prin vibropresare Diametrul tubului care execut coloana poate fi de: 219; 324; 356; 377; 419 i 508 mm. Executarea coloanei dublu vibropresate se face n acelai mod, numai c introducerea tubului se face ntr-o coloan executat anterior. Prin extragerea tubului dup aceeai metod, se introduce balast formnd astfel o coloan mai groas. Cantitatea de material introdus trebuie s fie, pentru verificare, aproape dubl fa de cazul vibropresrii simple. Dispozitivul folosit este prezentat n fig.5.13.

Fig. 5.13. Coloane dublu vibropresate. a - nfingerea tubului la cot; b umplerea cu balast a golului rmas liber prin extragerea tubului;

c poziionarea tubului pentru reintroducere; d i e reluarea vibropresrii; f coloana din balast dublu vibropresat.

a b c d

21

7

3

4

8

1 2

1 3

1 0

9

6

1 1

5

a b c d e f

B a l a s t

25

A1133 Execuia coloanelor de balast prin vibroflotare Consolidarea terenurilor de fundare prin vibroflotare const n introducerea n teren a

unui vibrator special, concomitent cu un jet de ap sub presiune. Aciunea concomitent a vibraiilor i jeturilor de ap conduce la ndesarea nisipului. Pentru completare i compactare se adaug balast sau piatr spart, realizndu-se coloane de balast cu diametrul de cca. 1,00 m. Producndu-se local lichefierea terenului, are loc o restructurare a acestuia prin sortare gravitaional. Domeniile n care se aplic vibroflotarea sunt prezentate n fig. 5.15. innd seama de criteriul granulometric.

Fig. 5.15 Domenii de eficien a vibroflotrii n funcie de granulozitate [93]

A114 Picoi (smburi, nuclee, miezuri) din beton simplu cu adaos de cenu Acest procedeu const n realizarea prin batere sau prin nfingere cu vibrare a unor coloane n

pmnt pn la cota prevazut n proiect, crendu-se goluri care se umplu apoi cu beton simplu preparat cu cenu de termocentral i dozaj redus de ciment pentru amorsajul prizei. Smburii din beton reprezint un avantaj n cazul fundarii pe pmnturi sensibile n umezire. Procedeul d rezultate bune n terenuri cu:

- pmnturi coezive puternic compresibile; - umpluturi neomogene i necompactate.

A115 Consolidarea prin prencarcare Consolidarea prin prencarcare const n realizarea unui rambleu pe amplasamentul viitoarei construcii i urmrirea comportrii terenului sub aceast presiune pn la consumarea tasrilor. Timpul necesar consolidrii poate fi redus mult prin executarea unor coloane verticale de material filtrant. Procedeul se aplic pentru consolidarea nisipurilor afnate, argilelor moi, argilelor prfoase, pmnturilor turboase.

A116 Compactarea loessurilor cu ajutorul exploziilor Metoda de accelerare a ndesrii straturilor de loess, sub greutatea proprie prin umezire

cu forma ei clasic de inundare, este eficient numai de la adncimi relativ mari, straturile de suprafa rmnnd neconsolidate; pe de alt parte necesit o cantitate mare de ap i o durat lung de execuie, dezavantajele care se reduc substanial cu ajutorul exploziilor. Exist 2 variante a acestei metode: - explozii de suprafa n ap; - explozii de adncime n foraje.

A12 Consolidri prin metode de transformare a structurii pmntului A121 Metode chimice de transformare artificial Metodele chimice se bazeaz pe mbuntirea calitativ a pmntului, prin interaciunea chimic i fizic a unor substane cu particulele solide din teren, precum i cu ap din complexul

26

de absorie. Metodele folosite sunt: silicatizarea, cimentarea, preumezirea, Jet Grouting, coloane din var, argilizarea, bituminizarea.

A1211 Silicatizarea Se aplic n general la nisipuri fine i const n solidarizarea particulelor minerale cu ajutorul unui liant rezistent, format artificial prin reacia chimic dintre silicatul de sodiu solubil i un electrolit (clorura de calciu, hidroxid de calciu etc.) Introducerea acestor substane n pmnt se face prin mijloace corespunztoare porozitii acestuia, respectiv prin injectare sub presiune.

A1212 Cimentarea. Injectare descendent, ascedent i total Const n injectarea sub presiune a unei suspensii de ciment cu un grad de diluare din ce n ce mai sczut, care ndeparteaz apa din pori. Se folosete la terenuri nisipoase, la roci tari ptrunse de fisuri, la consolidarea fundaiilor existente, la remedierea defectelor la construciile subterane, la lucrri de subzidire i la colmatarea i nchiderea de fisuri i canale la elemente din beton greit executate. Tehnica injectrii const n executarea unor guri de foraj cu diametrul de 35 65 mm sau chiar pn la 80 100 mm i apoi injectarea sub presiune prin intermediul unor tuburi metalice prevzute la partea inferioar cu orificii, a unui lapte (suspensie) sau mortar de ciment. Suspensia de ciment se injecteaz cu o presiune de 2 5 atm. Se utilizeaz trei metode de execuie: a) injectare descendent; b) injectare ascendent; c) injectare total.

Injectarea cu suspensii stabile de ciment argil (bentonit) Injectarea cu suspensii stabile de ciment argil (bentonit) au fost folosite n Romnia odat cu construcia metroului Bucuresti ncepnd cu perioada 1976-1978 [119]. Aceast metod are urmtoarele caracteristici: - capacitatea de a se menine n suspensie timp ndelungat cu o decantare redus; - transformarea ntregului volum al suspensiei n piatr prin ntrire; - posibilitatea dirijrii caracteristicilor nainte de ntrire ct i dup, prin dozajul componenilor de ciment, argil i a unor adaosuri cum ar fi, silicat de sodiu. Obiectivele injectrii noroiului autontritor n teren sunt urmtoarele: - umplerea golurilor n teren; - cimentarea i reducerea permeabilitii rocilor fisurate, nisipurilor grosiere, umpluturilor, prin mbinarea lor cu noroi autontritor.

A1213 Consolidarea prin preumezire Consolidarea loessurilor se poate realiza i prin preumezirea masivului respectiv de

pmnt. Preumezirea poate fi realizat pe urmtoarele ci: - preumezire simpl de la suprafa; - preumezire cu foraje dren care accelereaz operaia, asigur o umezire mai uniform i

restrng zona de extindere a umezirii; - preumezire combinat cu efectul exploziilor.

A1214 Consolidarea prin metoda Jet-Grouting Metoda Jet-Grouting, permite crearea de elemente etane constituite din terenul de

fundare amestecat "in situ" cu suspensii pe baz de ciment [209],[210]. Terenul este tiat la presiuni extrem de ridicate cu ajutorul unui jet de suspensie de ciment, nsoit sau nu de jeturi de aer comprimat sau ap i amestecat odat cu micarea duzelor de injectare (fig. 5.28. a,b,c,d).

27

Tot procesul tehnologic este monitorizat permanent, parametrii principali de lucru fiind nregistrai automat pe diagrame. n fig. 5.29 sunt artate fazele de lucru.

Fig. 5.28 a.[209], [210] Fig.5.28 b. [209], [210]

Fig. 5.28 c. [209], [210]

Fig. 5.28 d. [209], [210]

Fig. 5.29 Fazele de lucru la metoda: Jet-Grouting [209],[210]

A1215 Consolidarea prin coloane din var Consolidarea cu coloane de var este o metod de mbuntire a terenurilor slabe de

fundare alctuite din argile moi care const n introducerea varului n adncime n teren. Varul, mai ales varul nestins (hidroxidul de calciu) (fig. 5.30) n contact cu apa are loc o reacie de hidratare prin formarea de Ca(OH)2 n timp scurt i puternic exotermic, ceea ce conduce la scderea coninutului de ap. Are loc o modificare aproape imediat a proprietilor pmntului datorit aportului de ioni de calciu (Ca2+), modificarea complexului de adsorbie al particulelor solide datorit floculrii.

28

Fig. 5.30 Principiul stabilizrii cu var nestins [93]

Coloanele din var se realizeaz n felul urmtor: pe grosimea stratului de pmnt argilos saturat se execut un foraj cu diametrul de 35-50 cm. Dac pmntul nu-i menine peretele vertical, forajul se va realiza cu ajutorul coloanelor de tubaj prevzute la partea inferioar cu clapete ce se deschid. Dup execuia forajului, acesta se va umple cu var nestins n bulgri. n cazul utilizrii coloanelor de protecie, varul se va introduce succesiv pe nalimi de circa 1,0 m i se compacteaz cu o mandrin introdus n foraj avnd greutatea de 300 400 kg. n fig. 5.32 este prezentat domeniul de eficienta al acestei metode n funcie de granulometria terenului mbuntit.

Fig. 5.32 Domeniul de eficien al coloanelor din var n funcie de granulometria terenului mbuntit [93]

Varul nestins s-a folosit la i redresarea blocului CL17 din Iai care a suferit o nclinare datorit terenului care avea o umiditate ridicat. n acest caz pentru reducerea umiditii s-a folosit un var nestins CaO care prin scoaterea unei cantiti de ap din argil s-a transformat n Ca(OH)2. Ulterior aceste foraje au fost umplute cu material care a realizat i ca o compactare a zonei. S-a folosit pe perimetrul exterior a blocului CL17 i n interiorul subsolului. Forajele din interior dup eliminarea Ca(OH)2 au fost transformate n piloi de beton armat, apoi pe capul lor s-a executat un radier legat de fundaii.

A1216 Argilizarea Aceast metod const n injectarea unei suspensii de argil coloidal cu o compoziie

granulometric mai mic dect lrgimea fisurilor sau a porilor din material. Metoda se utilizeaz n vederea obinerii unei impermeabilitai a ntregului masiv sau a unor perdele etane de protecie sub construcii. Argila se folosete innd seama c:

29

- se prepar iniial o suspensie de argil fluid care se menine ca atare n timpul injectrii i o perioad limitat dup terminarea acesteia;

- dup injectare se trece la coagularea rapid a ntregii mase injectate.

A1217 Bituminizarea La aceast metod impermiabilizarea se asigur prin umplerea porilor sau a fisurilor cu

bitum. Bituminizarea se execut prin dou metode: - bituminizarea cu bitum cald; - bituminizarea cu emulsii de bitum rece. n metoda injectarii cu bitum cald, bitumul este ncalzit pan la 180 C i injectat la presiune de 25-30 at. cu ajutorul pompelor, prin evi perforate introduse n gurile de foraj.

A122 Tratarea termic a terenurilor (clincherizare) Tratarea termica a terenurilor este o metod ce se refer la mbuntirea terenului natural, cu caracter permanent dar la costuri mari, obinndu-se la temperaturi nalte cuprinse ntre 600-1000C, fiind eficient la pmnturile necoezive foarte permeabile. Aceasta metod const n injectarea, printr-un tub perforat, a unui amestec de aer fierbinte i combustibili, n interiorul terenului.

A123 Metode electrice i electrochimice Aceast metod se bazeaz pe efectele create de trecerea unui curent electric continuu prin masa de pmnt cu ajutorul unor electrozi. La trecerea curentului electric se disting dou fenomene: A1231 Electroosmoza, n care apa este orientat spre catod i poate fi ndepartat producnd astfel scderea nivelului apei n pmnt. A1232 Electroforeza, n care particulele solide, din cauza mrimii i structurii lor interne, migreaz spre anod, ceea ce duce la o schimbare a structurii pmntului i totodat la o deshidratare a lui, deci la o consolidare prin mrirea consistenei lui.

A124 Inundarea dirijat a terenurilor i tasarea sub sarcina proprie Metoda este aplicat la loessuri la care principalul factor care nrutete comportarea lor ca teren de fundare este creterea umiditii necontrolate, asigurnd umezirea intenionat n momentul i n condiiile favorabile construciei.

A2 METODE DE CONSOLIDARE DE SUPRAFA (MECANICE) Consolidarea de suprafa are ca scop principal apropierea particulelor de teren unele de

altele sau de un strat de baz precum i evitarea deformaiilor ulterioare sub ncrcri. Prin ntreptrunderea particulelor din material compactat, prin scderea volumului de goluri, sporesc carcateristicile mecanice, crescnd capacitatea portant, modulul de deformaie i rezistena la compresiune, reducnd permeabilitatea i ngreunnd micarea apei din stratul respectiv.

A21 Consolidarea prin cilindrare Se execut n general pentru compactarea straturilor de sub talpa fundaiilor cu suprafa

mare, cum sunt radierele din beton sau la infrastructura drumurilor. Funcie de natura terenului se pot folosi cilindri compresori cu rulouri netede, cilindri vibratori, cilindri cu crampoane sau cilindri pe peneuri, tipul cilindrrii i numrul de treceri pe acelai amplasament fiind prevzute n proiectul lucrrii, pe baz de calcul i de specificul materialelor care se compacteaz. Stratul compactat prin aceast metod va fi subire cuprins ntre 10 35 cm, la care aceast compactare va trebui executat succesiv dup aternerea fiecrui strat.

30

A22 Consolidarea prin batere Aceast metod se realizeaz prin executarea unor lovituri date de maiuri mecanice cum ar fi maiuri de form special, cu maiuri obinuite de max.3 tf. i cu placa caztoare. Grosimea stratului compactat este relativ mare, rezult c compactarea este mai puin influenat de umiditate, n cazul cnd aceast umiditate a pmntului este inferioar umiditii optime de compactare.

A223 Compactarea cu placa cztoare Compactarea cu placa cztoare se folosete ca la aceleai tipuri de pmnturi ca i maiul, ns forma plcii poate fi rotund, patrat sau dreptunghiular i cu o greutate de max 2 t. avnd o suprafa de lovire mare.

A3. CONSOLIDAREA PRIN VIBRONEPARE Vibroneparea este o metod specific pmnturilor granulare. Nisipurile slab saturate,

fine, de grosime relativ mic, se consolideaz prin vibronepare. ndesarea se realizeaz datorit vibraiilor care reducnd frecarea ntre granule de nisip, conduc la aezarea lor mai compact, (H

31

CAPITOLUL 6.

MBUNTIREA TERENURILOR PRIN PERNE (SALTELE) DE PMNT, BALAST I ALTE MATERIALE

Pernele de pmnt sau balast se folosesc pentru mbunatirea calitilor constructive ale terenului de fundare.[93],[107],[145]. Aceast metod const n excavarea total sau parial a stratului de pmnt slab, necorespunztor fundrii directe, urmat de aternerea i apoi compactarea n mod succesiv a unor straturi de pmnt sau balast, obinndu-se pentru noul strat o ndesare maxim a particulelor solide n spaiul disponibil.[93] La dimensionarea lor este necesar s se rezolve urmtoarele probleme[145]:

- grosimea pernei trebuie determinat n aa fel nct la baza ei presiunea transmis s nu depaeasc capacitatea portant a terenului de fundare. De asemenea, tasrile pernei i terenului de desupt s nu fie mai mari dect tasrile admisibile pentru structura la care se folosete acest procedeu de fundare;

- capacitatea portant a pernei s asigure preluarea sarcinei transmis de construcie; - dimensiunile n plan a pernei s nu permit refulul materialului din pern nspre terenul

de fundare alturat, neconsolidat. ndesarea maxim ce se poate obine pentru materialul din pern depinde de respectarea cu strictee a dou cerine [93]: - materialul ce urmeaz a fi ndesat prin compactare trebuie s prezinte o umiditate caracteristic ndesrii maxime, numit umiditate optim de compactare (wopt), stabilit prin ncercarea Proctor (fig.6.1); - etapele tehnologice privind grosimea straturilor aternute i numrul de treceri al utilajului, conform studiului geotehnic i proiectului lucrrii.

Fig. 6.1.Principiul ncercrii Proctor [93]

ndesarea maxim stabilit prin valoarea maxim a greutii volumice a pmntului n stare uscat, maxd , ce poate fi atins numai cnd energia de compactare este indus pmntului ce posed o umiditate optim de compactare, wopt, depinde de tipul de pmnt prin urmtoarele caracteristici: distribuia granulometric, forma particulelor solide, greutatea volumic a scheletului i tipul de minerale argiloase ce definesc compoziia chimico-mineralogic a particulelor.

32

6.1. Pernele de pmnt Pernele de pmnt compactat au ca scop reducerea sau eliminarea sensibilitii la umezire

a pmntului care alctuiete terenul de fundare n zona n care se face resimit efectul sarcinilor transmise de tlpile fundaiilor construciilor. Pentru determinarea grosimii pernei, la predimensionare, se poate admite pe baza cunoaterii izobarei 0,1 (Fig.6.4.) pentru o fundaie continu, avnd laimea b, repartiia presiunilor transmise prin talp se face sub un unghi a crui tangent este aproximativ egal cu (Fig.6.5.).

Grosimea pernei se determin din condiia ca la baza ei s nu fie depait valoarea rezistenei structurale a terenului n cazul unui pmnt sensibil la umezire (P.S.U.) saturat sau capacitatea portant a terenului de fundare a terenului slab.

Fig. 6.4. Curbele izobare pentru o fundaie elastic continu de lime b

Fig. 6.5. Distribuia de tensiuni la baza pernei

-b b-2 b 2b

b

2 b

3 b

4 b

5 b

6b

0.1

0 .2

0 .3

0 .4

0 .50 .60 .70 .80 .9

z

b-b-2 b 2b

b /2

1 ,5b y

p p

0 .1 0 .1

0 .2 0 .2

p-1 .5 b -b b 1 .5b

b

0.1 0 .1

0 .2 0 .2

0 .30 .3

2b

b b

b

Bhp/2 hp/2

LATIMEA PERNEI

h p

45

STLP

0p ef

php

0p ef< p FUNDATIE

PERNA

33

Se poate scrie: )hb(pbp p0conv += (6.1) n care: b - este limea fundaiei; ph - este grosimea pernei; convp - este presiunea convenional pentru terenul natural de sub pern; 0p - rezistena structural.

n cazul n care grosimea pernei este impus, presiunea de la baza pernei sau presiunea de la partea ei superioar se determin din aceeai relaie:

0p = p

+

bh

1 pconv respectiv p

+=

bh

1p p0conv (6.2)

Din practic s-a constatat c formula d rezultate apropiate de realitate dac h 50p cm i b 2 m. Grosimea pernei mai poate fi determinat pe baz de abace, ea fiind egal cu

h bK lp = (6.3) n care: Kl - este coeficient determinat cu ajutorul abacei din Fig.6.6. funcie de p conv i p 0 l - este lungimea fundaiei. Dup Abelev zona ndesat trebuie s includ izobarele 0.2 pentru tensiunile normale verticale n adncime, la care se va ine seama de diferena dintre modulii de deformaie a terenului natural i al pmntului din pern. n acest scop se va folosi ca model de calcul sistemul bistrat, grosimea pernei transformndu-se ntr-un strat de grosime echivalent, avnd modulul de deformaie al terenului de sub pern (Fig.6.7.).

Fig. 6.6. Abac de dimensionare

1 .0

2 .0

3 .0

4 .0

5 .0

6 .0

0 0 .5 1 .0 1 .5

= 1

=2

=

p fpco nv

lb

lb

lb

K l

34

Fig. 6.7. Stratul echivalent

Se poate folosi n acest scop relaia dat de Odemark:

h e = 5.21

2

2

1

EE

h p (6.4)

n care: - este un coeficient care se ia 0,9; 2,5 ordinea radicalului care se ia ntre 2 i 3, de obicei 2,5; E1 - modulul de deformaie al pernei; E 2 - modulul de deformaie al terenului de sub pern; 2 - densitatea materialului de sub pern; 1 - densitatea materialului din pern. Condiia de respectare a capacitii portante a terenului de sub pern este:

( ) 0fppf pDphD ++ (6.5) n care, - este greutatea volumic a terenului sau a umpluturii deasupra pernei; p - greutatea volumic a terenului din pern; Df - adncimea de fundare; h p - grosimea pernei; p - presiunea pe talpa fundaiei; - coeficient de repartizare a tensiunilor normale verticale n axul fundaiei, pe adncime. Din aceast condiie se poate determina presiunea maxim care se poate aplica la partea superioar a pernei far a se depi presiunea limit de la baza ei:

p= fppf0 D

hDp+

(6.6)

Fa de limea fundaiei, perna trebuie extins lateral pe o anumit distan pentru a evita refularea materialului din pern. Zona de fundaie pn la marginea pernei poart denumirea de zon de gard. Pentru P.S.U. se recomand perne de cel puin 1 m grosime, iar obinuit, zona de

h e

h 1 E1

E2

35

gard se ia egal cu grosimea pernei. O cale teoretic pentru determinarea limii zonei de gard este metoda propus de prof. B.I. Dalmatov. Se consider c n pern se formeaz un plan de alunecare, conform ipotezei lui Coulomb, care funcie de limea fundaiei i grosimea pernei poate intersecta baza pernei (Fig.6.8.), respectiv peretele ei lateral (Fig.6.9.).

Fig. 6.8.Determinarea limii pernei

Fig. 6.9.Determinarea limii pernei n primul caz, condiia de echilibru din proiecia forelor care intervin este:

( ) 0cosRcosRV 1 = (6.7) ( ) 0sinRsinRE 10 =+ (6.8)

n care, - este unghiul de frecare dintre materialul pernei i terenul natural; - nclinarea planului de alunecare fa de talpa fundaiei; 0E - reaciunea terenului n care coeficientul de mpingere lateral n stare de repaus

1K0 = ; N1 - reaciunea vertical a terenului pe poriunea orizontal;

1T - fora de frecare care se dezvolt pe poriunea a n ideia c presiunea de pe talpa fundaiei se distribuie uniform la baza pernei pe limea, B = b+2c (6.9) n care: b este limea fundaiei; c este limea zonei de gard;

b c

B

D

Vh p

E0

E0 VN1T1

a

T1

R

N1

R

c

V

E0

E0 V

R

RRRRRRRRR

1

0

B

h p

c b c cD

36

V - suma forelor verticale active provenite din sarcina transmis de fundaie, greutatea proprie a terenului de umplutur situat peste nivelul tlpii fundaiei i greutatea proprie a pernei. Din mparirea celor dou relaii rezult:

( )1

10

1

10

NVtgNE

NVTE

tg

+=

+=

Expresiile analitice pentru forele care intervin sunt:

( )pfp0 h5,0DhE += =1N [( )Dp fmax a]hDB

bppf ++

= tgNT 11

ppffmax h2acbDcb)Dp(V ++++=

Rezolvnd dup maxp se obine:

+

+++

=tga)(tg)aB(

)](tgtg)[DBbhD(a)h5,0D(h

bBP

p

pfpp

fpfp

max

+++

tga)(tg)aB(

)](tgh)acb(5,0cD[

p

pp

pf

p - este unghiul de frecare interioar a materialului din pern. n cazul n care planul de alunecare trece prin peretele pernei a devine egal cu 0, numai o parte din pern fiind activ. Rezult relaia: += tg)cb(h

ap (6.10) n care,

aph - este nalimea activ a pernei. Introducnd valorile de mai sus n relaia precedent, pentru maxp se obine:

++

+

+++= p2ff2

maxtg)cb(cD2

)p(tg)cb()D2(tg)cb(

tgb2

)cb(p (6.11)

n multe cazuri, grosimea pernei este dat de prima condiie de a nu depi presiunea limit pe suprafaa terenului natural situat sub pern. Limea zonei de gard se determin prin ncercri variind unghiul care trebuie s fie mai mare dect p . Se va alege valoarea minim a expresiei maxp care trebuie s satisfac de asemenea, condiia de a fi egal sau mai mic dect presiunea care se transmite prin fundaie pe suprafaa terenului natural situat sub pern. Marimea 1c (evazarea pernei la partea superioar fa de laimea ei la baz) se determin prin ducerea unui plan cu nclinarea unghiului de taluz natural fa de linia ce unete marginea fundaiei cu marginea limii pernei de la partea ei superioar B. Cnd perna de material compactat se execut pentru mbuntirea terenului de fundare n cazul pmnturilor sensibile la umezire, pentru a servi ca ecran mpotriva infiltraiilor de la suprafa se recomand s aib o grosime de cel putin 1,5 m i o zon de gard de 1 m..

37

6.2. Pernele de balast Pernele de balast se folosesc pentru mrirea stabilitii i micorarea tasrilor, pentru

drenarea apei evacuate din porii terenului precum i pentru nlocuirea stratului de pmnt sensibil la nghe. Grosimea patului se alege n funcie de destinaia lui. La nlocuirea stratului superficial, din cauza sensibilitii la nghe, perna din balast se prevede pe ntreaga adncime de nghe corespunztor regiunii respective. Dac perna din balast este folosit n calitate de dren orizontal, grosimea acesteia se va alege astfel nct dup colmatarea zonei marginale superioare cu particule de argil, patul s menin o seciune de scurgere suficient. n cazul n care perna din balast este prevzut pentru micorarea tasrilor fundaiilor, grosimea acesteia se stabilete din condiia de tasare a sa i a stratului de pmnt aflat sub ea, care nsumate trebuie sa fie mai mic dect cea admis pentru construcia respectiv. Pentru realizarea pernelor, n funcie de proporia fraciunilor granulare principale de bolovnis, pietri, i nisip, se pot ntlni urmtoarele materiale:

- bolovniul cu fraciunea dominat 20 200 mm, fr a depi ns 60%, restul fiind pietri i nisip; - balastul, un amestec natural de pietri cu nisip i bolovni ultima fraciune nedepind circa 25%; - balastul nisipos, un amestec de pietri cu nisip, fraciuni cu pondere apropiat.

n fiecare din aceste materiale se accept prezena fraciunilor praf plus argil de 10%. Granulozitatea materialelor se recomand a fi continu, iar coeficientul Un>15, urmrindu-se pe ct posibil aprovizionarea unui singur sort de material provenit din aceeai carier, nefiind acceptate resturile vegetale vizibile, buci de lemn, pmnturi argiloase, deeuri industriale etc. n cazul cnd baza pernei se execut la nivelul apei subterane sau sub aceasta, se recomand ca straturile respective s fie realizate din materiale cu fragmente mari. Alegerea utilajului de compactare, grosimea straturilor i numrul de treceri necesare pentru atingerea gradului de ndesare, respectiv compactare, indicat prin studiul geotehnic, se stabilesc n executie n funcie de natura materialului, pe baz de ncercri preliminare fcute de constructor n prezena proiectantului. Pernele de balast trebuie amenajate pentru a se obine o compactare maxim a materialului din corpul lor. Pernele din balast cu ntinderi mari n plan, dispuse n terenul de fundare a radierelor din beton armat sau pe fundul unor incinte mari excavate, se realizeaz de obicei n straturi cu grosimea de 15 20 cm compactate fiecare cu cilindri compactori netezi sau vibratori. n cazul n care perna de balast se gsete la mai mult de 1,5 m deasupra nivelului apei freatice, compactarea nisipului se efectueaz cu maiuri grele. Umpluturile din pern vor fi realizate n condiiile de calitate prescrise orientativ n tabelul 6.1 n funcie de granulozitatea materialului.

Tabel 6.1. Condiii calitative recomandate umpluturilor [107] Caracteristici Simbol Unitatea

de masur Bolovni Balast Balast

nisipos Greutatea volumica n

stare uscat d kN/m

2 21,5 21,5 - 20,5 20,5 - 19,5

Umiditatea optim de compactare

optw % 4 - 6 6 - 8 8 - 10

Gradul de ndesare dI - - 0,75 -

Parametrii iniiali ai compactrii rezult n funcie de natura materialului i tipul utilajului. n tabelul 6.2. se dau orientativ:

- grosimea stratului nainte de compactare di; - grosimea stratului dup compactare dc; - numrul de treceri suprapuse cu utilajul n.

38

Tabel 6.2. Parametrii iniiali ai compactrii funcie de material i utilajul folosit [107] Utilajul i natura materialului di (cm) dc (cm) n

Rulou compactor vibrant tractor 5,5 t (Toate materialele)

50 - 60 35 - 45 4 - 6

Compactor pe pneuri (Toate materialele)

30 - 35 25 - 30 6 - 8

Rulou compactor static auto 10 - 20 t (Balast nisipos, excepional balast)

20 - 25 15 - 20 10 - 14

Verificarea compactrii se face pe baza probelor de control, prin determinarea urmtoarelor caracteristici:

- greutatea volumic pe teren (kN/m3) dup compactare, folosind metoda determinrii volumului cu ap i cu folie de material plastic (STAS 1915/2-90); - umiditatea w (%) (STAS 1913/1-82); - greutatea volumic n stare uscat d (kN/m3), dup compactare, definit cu relaia:

100w1

d+

= ; (6.14)

- gradul de ndesare ID de definit cu relaia:

)()(I

mindmaxdd

minddmaxdD

= (6.15)

unde: mind - greutatea volumic minim n starea cea mai afnat; maxd - greutatea volumic maxim n starea cea mai ndesat. Pentru determinarea greutilor volumice mind i maxd se poate aplica metodologia prin asimilare folosind tot materialul extras din groapa executat n pern compactat pentru determinarea greutii volumice pe teren. Numrul probelor pentru controlul compactrii rezult din condiia:

a) cte o prob pentru fiecare strat elementar; b) cte o prob la 20 30 m3 material compactat (n zonele n care condiiile de

compactare sunt dificile se vor prevedea probe suplimentare). Rezultatele verificrilor i determinrilor se consemneaz n buletine n care, la fiecare prob, se noteaz poziia punctului de control i adncimea fa de un reper de nivel cunoscut. Calitatea umpluturilor se va considera corespunztoare, dac pentru fiecare strat elementar, la cel putin 75% din probele de control se realizeaz sau se depeste greutatea volumic n stare uscat d i gradul de ndesare ID specificate dup definitivarea de proiectant (n urma ncercrilor prealabile).

n cazul n care condiiile de calitate nu sunt ndeplinite se preleveaz cte dou probe din imediata vecintate a punctelor care au avut rezultatele cele mai slabe, fcndu-se astfel o verificare a datelor obinute din prima serie de probe. Dac nici aceast serie de determinri nu ndeplinete condiiile de calitate prescrise, compactarea stratului respectiv se va considera insuficient, n care caz se vor lua, cu avizul proiectantului, msurile corespunztoare. Suplimentar, verificarea compactrii se poate face i direct prin penetrri dinamice cu con. Pernele de balast contribuie la micorarea tasrilor fundaiilor.

Aceste perne cu o granulaie mijlocie i mare, cu un coninut nu prea mare de praf i particule argiloase micoreaz adncimea de fundare deorece terenul argilos sensibil la nghe este nlocuit cu terenul nisipos insensibil la nghe.

39

CAPITOLUL 7.

STUDII DE CAZ

7.1. Amplasament zona Viziru, Brila n baza studiilor geotehnice ntocmite, Institutul de proiectri Brila a proiectat n zona

de locuit Viziru, blocuri cu regim de nlime P+4E, adoptnd soluia de fundare de tlpi continue sub ziduri, rezemate pe perne de pmnt compactat cu maiul greu.

7.1.1. Consideraii geotehnice Cartierul Viziru este situat n partea de sud-est a oraului. Execuia lui a nceput n anul 1971. Din punct de vedere geomorfologic amplasamentul este situat n Cmpia Romn, pe malul stng al Dunrii, n subdiviziunea cunoscut de brganul de nord sau Cmpia Brilei, care constituie o singur teras foarte larg. Relieful amplasamentului este plan, avnd o nclinare spre sud-est de circa 5%. Pentru stabilirea condiiilor de fundare din acest amplasament s-a executat un numr de 42 foraje, cte unul n dreptul fiecrui bloc, purtnd acelai numr pe amplasamentul blocurilor 1-28. n dreptul blocurilor CT s-au executat anuri (fig.7.1.).

Fig. 7.1. Planul de amplasare a construciilor n cartierul Viziru-Brila

Litologia i datele hidrologice sunt artate n fig.7.2. Stratificaia din amplasament este urmtoarea: la suprafa un pachet de prafuri argiloase loessoide pn la o adncime de circa 6,5 m, dup care urmeaz un praf nisipos, care reprezint trecerea n stratul de nisip argilos sau nisip prfos, care se ntlnete pn la adncimea de -10,00 m. Sub aceast adncime crete coninutul de fraciuni argiloase, pmntul trecnd ntr-o argil. Materialul ntlnit nspre suprafa se caracterizeaz printr-o mare uniformitate n ceea ce privete compoziia granulometric. Limitele de plasticitate prezint, de asemenea, o mare uniformitate i corespund cu compoziia granulometric indicat. Diagramele de variaie a compoziiei granulometrice a limitelor de plasticitate i a indicilor de consisten (medii 0 pn la adncimea de 12-15 m sunt prezentate n figura 7.3. a,b,c, iar porozitatea i gradul de umiditate n figura 7.3.d,e. Frecvena apelor ntlnite n sondajele efectuate este prezentat n figura 7.4, iar diagramele pentru caracteristicile mecanice ale pmntului (pentru valori medii) n figura 7.5. a,b,c, mediul de deformaie, unghiul de frecare interioar i coeziunea. S-au efectuat i probe cu penetrometrul dinamic, care au indicat un material cu o rezisten redus la penetrare.

40

Fig.7.2. Bloc diagram cu succesiunea stratelor i nivelul apelor subterane din amplasamentul zonei Viziru

Fig.7.3. Variaia caracteristicilor fizice ale pmntului a-compozitia granulometric; b-umiditatea i limita de plasticitate; c-indici de consisten;

41

d-porozitate; e-grad de umiditate

Fig.7.4. Frecvena nivelului apelor subterane

Fig.7.5. Variaia caracteristicilor mecanice ale pmntului a- modulul de deformaie; b- unghi de frecare interioar; c- coeziune

Pentru fixarea soluiei de fundare s-au stabilit parametrii de calcul pentru teren, care pentru valoarea lor medie minim au rezultat dup cum urmeaz:

unghiul de frecare interioar = 18; coeziunea c = 0,02 daN/cm2; modulul de deformatie liniar edometric M23 = 28 daN/cm2.

La unele blocuri, datorit precipitaiilor, gropile de fundaie au fost umplute cu ap, pmntul situat pe fundul lor fiind n stare curgtoare. Evaluarea sarcinii transmise de cladire terenului de fundare a dat valori de 75 kN/m2 de cldire sau 160 kN/m2 de perete. Sistemele de fundare aplicate n condiiile artate au fost analizate, conform calculului la stri limit prin prisma capacitii portante a deformaiilor limit admise ale terenului de fundare.

7.1.2. Soluii de fundare Avnd n vedere rezultatele obinute din aceast prim comparare a soluiilor de fundare posibile, s-a analizat n continuare posibilitatea reinerii soluiei de fundare pe tlpi de beton armat sub ziduri, dar combinat cu mbuntirea calitii terenului de fundare prin aport de material pietros i pmnt compact. Ca metod de mbuntire s-a preconizat folosirea unor perne de pmnt n dou variante, n funcie de nivelul apei subterane din amplasament. n cazul apei subterane de adncime, perna s-a realizat din pmntul unui amplasament compactat la umiditatea optim de compactare, iar n cazul apei subterane de suprafa, din balast compactat pe un strat de blocaje de piatr spart (fig. 7.6. a, b, c, d.)

42

Fig.7.6. Variaia n adncime a presiunilor efective i geologice: a- la pmnt neconsolidat; b-cu pern de balast i strat de bolovani; c- cu saltea de pmnt

compact pe strat de bolovni; d- comparaia soluiilor

n cazul blocurilor 30-34, pentru care accesul utilajelor n zona spturii nu este posibil datorit mlatinei formate, n execuie s-a procedat astfel:

n prima faz s-a aruncat un strat subire de balast peste care s-au aruncat apoi bolovani din piatr spart, cu dimensiuni de 7-15 cm, care s-au btut uor cu maiul, ptrunznd n terenul nmuiat; n continuare, s-a aternut piatr spart mrunt, formndu-se astfel un pat suficient de stabil pentru circulaia utilajelor cu ajutorul crora s-a putut realiza stratul de balast, de grosimea menionat, sub tlpile continue de fundaie; apoi execuia lucrrilor a fost obinuit.

Att n cazul apei subterane de adncime (pern realizat din pmntul din amplasament) ct i n cazul apei subterane de suprafa (pern din balast compactat cu un strat de blocaje din piatr spart), s-a adoptat o fundaie continu elastic, avnd o lime de 1,40 m care transmite o presiune total de 1,4 daN/cm2 i o presiune efectiv de 1,14 daN/cm2. n cazul intercalrii unei perne cu o grosime de 1,5m (stratele elementare 1 i 2) se observ o reducere important a presiunii efective suplimentare la partea superioar a stratului compresibil (fig 7.6.d). Pentru calculul tasrii s-au folosit dou ipoteze privind adncimea zonei active i anume:

z0,1p z0,2a z (7.2)

S-au obinut urmtoarele rezultate pentru mrimea tasrii probabile: z0,2a z z0,1p (7.3) fr pern 7,71 cm 9,48 cm; cu pern foarte puin compresibil 3,18 cm 4,95 cm.

n calculul fcut s-au introdus aproximaiile urmtoare:

43

nu s-a luat n considerare deformabilitatea materialului din pern, fiind mic n comparaie cu cea a pmntului n stare natural; nu s-a inut seama de influena deformabilitii diferitelor strate asupra mrimii efortului unitar normal vertical.

Avnd n vedere existena la suprafa a unui strat cu un modul de deformaie mai mare, are ca rezultat o concentrare a eforturilor unitare n acest strat, astfel c amortizarea n adncime a acestora are loc mai rapid, s-au determinat eforturile unitare normale verticale ce iau natere la valoarea presiunii efective suplimentare de 1,14 daN/cm2. Calculul s-a fcut n doua ipoteze: sistemul multistrat alctuit din:

I. 100 cm balast cu un modul de deformaie de 500 daN pe cm2, 50 cm pietri i piatr spart cu un modul de deformaie de 1000 daN/cm2, teren natural cu un modul de deformaie de 28 daN/cm2. II. 100 cm pmnt compactat cu un modul de deformaie de 150 daN/cm2, 50 cm pietri i piatr spart cu un modul de deformaie de 280 daN/cm2. Tasrile obinute sunt : z0,1p z0,2 a z (7.4)

soluia I 1,84 cm 0,67 cm s