7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 1/533
GeotehnicăGeotehnică – note de cursProf.dr.ing. Anghel Stanciu, Conf.dr.ing. Irina Lungu
Cursul nr.1
Lucrări de investigare a terenului de fundareElemente de stratigrafie
Structura și textura pământurilor
Bibliografie:
A. Stanciu & I. Lungu, FUNDAŢII – I
Fizica şi Mecanica Pământurilor
Ed. Tehnică, 2006
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 2/533
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 2
http://securite.reseaux-telecoms.net/actualites/lire-le-centre-scientifique-et-technique-du-batiment-protege-ses-donnees-sensibles-21718.html
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 3/533
Tunelul Teliu. Este executat pe linia Braşov-Nehoiaşi şi are o lungime
de 4369,5m, fiind realizat în aliniament. Tunelul a fost atacat de laambele capete, si anume: portalul Teliu în iulie 1924, iar portalul Brazi înaugust 1925. Este cel mai lung tunel feroviar din ţara noastră. Pământulstrăbătut este format din straturi din şisturi argiloase, marnă roşiatică
mult frământată. Pentru construcţie s-a întrebuinţat metoda profiluluicomplet deschis (austriacă).
http://story.casasfatului.ro/2011/06/
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 3
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 4/533
1977 - lucrări pe şantierul de construcţie a MetrouluiBucureşti - zona staţiei Eroilor
1976 - lucrări pe şantierul de construcţie a Metroului
Bucureşti pe Splaiul Independenţei - zonaTribunalului Bucureşti.
1977 - lucrări pe şantierul de construcţie a Metroului
Bucureşti - staţia Piaţa Unirii
http://metropotam.ro/Locuri-de-vizitat/Metroul-bucurestean-in-10-poze-vechi-art4432743466/
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 4
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 5/533
1977 - lucrări peşantierul de
construcţie aMetroului Bucureşti -
zona Republica
Staţia Titan
1984 - lucrări pe şantierul de construcţie aMetroului Bucureşti - staţia Piaţa Unirii 2,
din magistrala a II-a.
http://metropotam.ro/Locuri-de-vizitat/Metroul-bucurestean-in-10-poze-vechi-art4432743466/
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 5
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 6/533
Elemente de risc la construirea pe versanţiElemente de risc la construirea pe versanţi
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 6
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 7/533
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 7
http://www.ussartf.org/landslides.htm
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 8/533
• Masa totală
M = 14 453 tone
• Presiunea medie pe talpafundației
q = 497 kPa
• Înălțimea totală
H = 58.36m
• Înălțimea totală deasupra C.T.
H’ = 55m• Aria fundației circulare
A = 285m2
• Înclinația actuală: 5°30’
• Excentricitatea actuală
e = 2.3m
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 8
http://www.dreamstime.com/photos-images/tower-pisa.html
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 9/533
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 9
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 10/533
LucrLucrări de investigareări de investigare
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 10
http://www.floodlabs.com/Services/GeotechnicalInvestigation.aspxhttp://www.ilmutekniksipil.com/teknik-pondasi/penyelidikan-tanah
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 11/533
Prelevare de probePrelevare de probe
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 11
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 12/533
pământ - rocasedimentară detritică,alcătuită din fragmentesolide necimentate, dedimensiuni variabile, celmult egale ca mărime cu
dimensiunile bobului denisip (2,00 mm).
roci stratificate
strat = unitate desedimentare - un
volum de material acumulatîn condiţii fizice esenţialuniforme ↔
stratigrafie
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 12
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 13/533
GeoeditorGeoeditor -- unun echipamentechipament graficgrafic pentrupentru
geomodelaregeomodelare
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 13
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 14/533
ProfileProfile stratigraficestratigrafice
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 14
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 15/533
Principiul suprapunerii “într-o succesiune pe verticală a straturilor sedimentare (care s-au depusorizontal sub formă de sediment, într-un bazin marin sau lacustru), toatestraturile mai recente (de deasupra) le acoperă pe cele mai vechi (de dedesubt)”
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 15
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 16/533
Principiul continuităţii
“într-o regiune calmă, neperturbată de mişcări tectonice, un strat orizontalcunoscut rămâne identic cu el însuşi sau evoluează într-o manieră progresivă,
toate elementele sale fiind de aceeaşi vârstă”
Profilul stratigrafic al văii râului Marne Strat lenticular (b) şi lacună stratigrafică
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 16
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 17/533
Principiul paleontologic
Orice fenomen geologic petrecut sub ochii noştri şi observat actualmente înnatură s-a petrecut şi în timpurile îndepărtate ale Pământului, în aceleaşi
condiţii şi sub impulsul aceloraşi cauze → sedimentesedimente cece prezintăprezintă aceleaşiaceleaşicaracteristicicaracteristici litologice,litologice, datoritădatorită aceloraşiaceloraşi condiţiicondiţii dede formare,formare, potpot aveaavea vârste vârstediferitediferite.
“Două straturi sau formaţiuni cu acelaşi conţinut paleontologic sunt deaceeaşi vârstă”.
Conţinut paleontologic = fosile Fosilele reprezintă urmele florei şi faunei care s-au succedat în cursul timpului
geologic şi au evoluat în conformitate cu legile de evoluţie ale speciilor, înformaţiunile sedimentare.
Fosile stratigrafice / fosile de facies
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 17
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 18/533
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 19/533
Anomalii stratigrafice
Contacte anormale şi suprapuneri de straturi
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 19
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 20/533
Discordanţe stratigrafice
Discordanţe de eroziune
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 20
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 21/533
Discordanţe transgresive şi regresive
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 21
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 22/533
Discordanţe de cutare
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 22
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 23/533
Pământurile - sisteme disperse, trifazice în care mediul de dispersiune îl reprezintă aerul şi
apa iar dispersoidul îl constituie particulele de diferite dimensiuni (≤ 2 mm).
Structura unui pământ Textura unui pământ
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 23
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 24/533
Structura unui pământeste determinată de:
mărimea şi forma particulelor solide;
compoziţia chimico-mineralogică a particulelor solide;
interacţiunea dintre faza solidă, lichidă şi gazoasă
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 24
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 25/533
Tipuri de structuri Structura grăunţoasă (granulară)
• structura grăunţoasă este specifică nisipurilor şi pietrişurilor, “legătura” dintre particule este de naturămecanică, datorată presiunii intergranulare şi, în consecinţă, frecării interne dintre particule;• în stare uscată, pământul cu o astfel de structură, lăsat liber, curge neexistând forţe de atracţie (coeziune)între particule → această structură este specifică aşa numitelor pământuri necoezive sau pulverulente• prezintă o permeabilitate mare, iar caracteristicile sale fizico-mecanice sunt puţin influenţate deprezenţa apei.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 25
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 26/533
Structura în fagure
• este specifică particulelor cu dimensiuni mai reduse ( ≅ 0,005 ÷ 0,05 mm) cu forme plate,solzoase sau aciculare, care sedimentează individual sub acţiunea gravitaţiei;
• deformabilitatea structurii este relativ mare sub acţiunea sarcinilor statice, iar permeabilitatearedusă. Este cea mai sensibilă structură la îngheţ - dezgheţ.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 26
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 27/533
Structura în fulgi (floculară)
este specifică particulelor fine şi foarte fine ( < 0,005 mm), care, datorită dimensiunilor reduse facca forţele gravitaţionale să nu poată determina sedimentarea particulelor ce se găsesc în suspensieîn mediul de sedimentare
deformabilitatea structurii este însă dependentă şi de posibilităţile de eliminare a apei din interiorulfloculelor, astfel încât deformaţiile se produc un timp îndelungat de la încărcarea structurii
stabilitatea şi rezistenţa structurilor floculare este dată de legăturile care se stabilesc între particule,adică de forţele de atracţie numite generic coeziune → aceste structuri sunt asociate pământurilorcoezive, respectiv argilelor.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 27
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 28/533
a) structura flocular ă prin contacte b) structura dispersă prin contacte
fe ţ e – muchii fe ţ e – fe ţ e
a) structura flocular ă b) structura flocular ă - agregat ă
muchii – muchii fe ţ e – muchii şi muchii - muchii
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 28
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 29/533
Structura mixtă
Loess
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 29
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 30/533
Textura unui pământ
ca totalitate a neuniformităţilor structurii, este generată de tipul mediului desedimentare (fluvial, lacustru, deltaic, marin) de periodicitatea debitului solid
determinat de alternanţa primăvară – vară – iarnă, precum şi posibila variaţie apresiunilor litologice, ca mărime şi direcţie, pe timpul procesului de formare arocilor.
texturi afânate sau necoezive la nisipuri, pietrişuri, bolovănişuri, ca depunerialuvionare din conurile de dejecţie şi din albiile râurilor;
texturi stratificate ca alternanţe de straturi subţiri de argilă şi nisip sau argiloaseşi mâloase;
textură compactă proprie rocilor sedimentare coezive de tipul argilelor.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 30
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 31/533
Textura afânată textura omogenă, caracteristică pământurilor necoezive cu particule având
aproximativ aceleaşi dimensiuni (ex. nisipurile eoliene),
textura porfirică, caracterizată prin existenţa în masa pământului necoeziv cuparticule fine, a unor particule cu dimensiuni mari sau foarte mari.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 31
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 32/533
Texturi la pământuri coezive
textura omogenă, (compactă), specifică argilelor marine de adâncime;
textura stratificată sau microstratificată poate fi laminară, lenticulară, şistoasă.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 32
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 33/533
Un tip deosebit de textură îl reprezintă unele pământuri coezive (argile structurate sau argile fisurate glomerulare) ceau o coeziune anizotropă, a cărei valoare poate fi nulă pe unele direcţii.Din această cauză, pământul se prezintă ca un conglomerat de agregate sau glomerule (macrostructură), separate în
unele cazuri prin microfisuri, ce individualizează în masa pământului fragmente poliedrice (cu feţe smălţuite cucoloizi), ce se întrepătrund (a). Umezite puternic, aceste feţe ale particulelor, constituie zonele de slabă rezistenţă laforfecare şi care prin unire determină apariţia suprafeţelor de alunecare sub fundaţii sau în taluzuri.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
a) textura intactă b) decomprimare / contracţie c) înnoroirea glomerulelor
Macrostructura unor pământuri coezive Ca urmare, decopertarea unor astfel de pământuri, prin tăierea unor taluzuri pentru debleuri sau canale, face
posibilă descărcarea şi deschiderea, prin destindere, a contactului dintre glomerule, simultan sau nu cu manifestareafenomenului de contracţie, desprinderea şi prăbuşirea unor fragmente şi prin acestea extinderea reţelei de microfisuri,fisuri şi crăpături (b).
Prin aceste fisuri pătrunde apa din precipitaţii ce determină înnoroirea suprafeţei glomerulelor (c) şi dreptconsecinţă micşorarea rezistenţei la forfecare, cauza frecventă a alunecărilor taluzurilor executate în / sau cu astfel depământuri.
33
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 34/533
Factori ce determină structura pământurilor
mărimea şi forma particulelor solide;
compoziţia chimico - mineralogică a particulelorsolide;
forma şi starea fizică a fazei lichide şi gazoase;
interacţiunea dintre faza solidă, lichidă şi gazoasă.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 34
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 35/533
GeotehnicăGeotehnică – note de cursProf.dr.ing. Anghel Stanciu, Conf.dr.ing. Irina Lungu
Cursul nr. 2Compoziția granulometrică a pământurilor
Clasificarea pământurilor
Pământuri cu comportament special
Bibliografie:A. Stanciu & I. Lungu, FUNDAŢII – IFizica şi Mecanica Pământurilor, Ed. Tehnică, 2006
http://www.casamea.ro/casa/constructii/etape-de-constructie/pamanturi-sensibile-la-umezire-5104/main_pic-1
http://www.geotimes.org/july08/article.html?id=nn_arizona.html
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 36/533
Factori ce determină structura pământurilor
mărimea şi forma particulelor solide;
compoziţia chimico - mineralogică a particulelorsolide;
forma şi starea fizică a fazei lichide şi gazoase;
interacţiunea dintre faza solidă, lichidă şi gazoasă.
2Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 37/533
Mărimea şi forma particulelor pământului Procedeul tehnic prin care se
individualizează şi se sortează,sub formă de repartiţieprocentuală, particulele dintr-o
probă de pământ, după mărimeaacestora se numeşte analiză granulometrică.
Grupa de fragmente
solide, exprimată în unităţi demasă sau procentual din masatotală a probei uscate, avânddimensiunile cuprinse înintervale de dimensiuni
determinate (între două limitedate), poartă numele de fracţiune granulară ( granulometrică ).
3Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 38/533
Metode de analiză granulometrică
metoda cernerii prin ciururi,pentru pământuri cu granule maimari de 2,00 mm;
metoda cernerii pe site, pentrupământuri cu granule între 2,00 şi0,08 ÷ 0,05 (0,063) mm;
metoda sedimentării cu
sedimentării cu pipeta, pentrupământuri cu granule mai mici ca0,08 ÷ 0,05 (0,063) mm;
metoda combinată (cernere şisedimentare), pentru pământurilepolidisperse cu plaje întinse alegranulaţiei.
4Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 39/533
curbă de granulozitate
histogramă
poligon sau curbă de frecvenţă
5Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 40/533
Forma particulelor
S Krumbein =
S Sneed-Folx = -
indicele de sfericitate ( Sp ), ce apreciază măsura încare forma unei particule se apropie de cea aunei sfere şi se calculează cu una din relaţiile:
32
A
C B A ⋅⋅
3
2
B A
C
⋅
coeficientul volumetric, ce exprimăraportul dintre volumul particulei ( V )şi volumul unei sfere ce includeparticula:
factorul formei ( F ) definit ca raport între
36
π
V d e
⋅=
( ) ( ) A B BC
⋅
⋅=
3
6
A
V V c
π
6Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
A li bili di l i hi l
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 41/533
Aplicabilitatea diametrului echivalent
coeficientului de neuniformitate (coeficientul lui Hazen)
Pământurile se pot împărţi în următoarele categorii (STAS 1243-88): pământuri cu granulozitate foarte uniformă Un ≤ 5
10
60
d
d U
n=
pământuri cu granulozitate uniformă 5 < Un ≤ 15
pământuri cu granulozitate neuniformă Un > 15
coeficientul de curbură
Se apreciază că un pământ bun pentru construcţia terasamentelortrebuie să aibă
( )
6010
2
30
d d
d C
c
⋅
=
1 3c
C = ÷
7Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 42/533
Compoziţiagranulometricăa unui pământ
racţ un
granulometrice: nisip,
praf,
argilă
8Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 43/533
Fracţiunea nisip – N%
2,00mm > d > 0,05mm
în stare curată, uscată sau saturată, este foarte permeabilă,prezintă o ascensiune capilară redusă, ce creşte odată cumicşorarea particulelor, şi nu posedă coeziune.
nu este sensibilă la ngheţ-dezgheţ şi nu prezintă umflări saucontracţii.
forma granulelor este rotunjită sau colţuroasă (nisipuri de munte)iar suprafaţa poate fi netedă sau zgrumţuroasă.
9Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 44/533
Fracţiunea praf – P%
0,05mm >d > 0,005mm
prezintă o permeabilitate mică, o ascensiune capilarăsemnificativă şi un potenţial de umflare-contracţie mic sau chiarnul;
este fracţiunea cea mai sensibilă la ngheţ-dezgheţ;
introdusă în apă, fracţiunea praf se desface relativ uşor înparticulele componente, datorită coeziunii relativ mici;
10Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
i il A%
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 45/533
Fracţiunea argilă – A%
d < 0,005mm
este practic impermeabilă, prezintă o viteză a ascensiunii capilarefoarte redusă şi un potenţial de umflare - contracţie mare saufoarte mare.
introdusă în apă, rezultă o masă lipicioasă plastică, iar particulelecomponente se separă relativ greu, datorită coeziunii ridicate.
11Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Cl ifi ă â il
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 46/533
Clasificarea pământurilor
STAS 1243 - 88 grupează pământurile în două mari categorii:
pământuri necoezive;
pământuri coezive,
în funcţie de existenţa forţei superficiale de atracţie (coeziune)între particulele solide.
12Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 47/533
Pământurinecoezive
Denumirea pământului necoeziv
(peste 50%), mm
NISIP FIN peste 0,05 la max. 0,25
NISIP MIJLOCIU peste 0,25 la max. 0,50
NISIP MARE peste 0,50 la max. 2,0
PIETRIŞ MIC peste 2,0 la max. 20
PIETRIŞ MARE peste 20 la max. 70
BOLOVĂNIŞ peste 70 la max. 200
BLOCURI peste 200
13Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Pământ ri
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 48/533
Pământuri
coezive
Diagrama ternară
14Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
C l r
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 49/533
Culoarea
este principalul indice al operatorilor de teren în indicareasuprafeţelor de stratificaţie, în determinarea preliminară astraturilor şi respectiv a profilului litologic;
oferă indicaţii asupra principalilor constituenţi minerali şiorganici ai pământului.
15Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Alt l ifi ă i
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 50/533
Alte clasificări
Indicele de grupă
a = P 74 – 35%, în care P 74 este procentul de material care trece prin sita cu
d bcaa I G
⋅⋅+⋅⋅+⋅= 01,0005,02,0
ametru oc u u e , mm, cu con ţ a ca 74 s nu ep şeasc ,
rezultat din curba granulometrică, şi să fie sub 35%; b = P 74 – 15 % - (cu condiţia P 74 să nu depăşească 55%); c = w L – 40%, (cu condiţia ca w L să nu depăşească 60%), în care w L ( % ) este
limita superioară de plasticitate. d = I p – 10%, (cu condiţia ca I p să nu depăşească 30%), în care I p este indicele
de plasticitate.
16Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Valori orientative IG
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 51/533
Valori orientative IG
Denumirea pământurilorFracţiunea
P 74 (<0,074)
Indicele deplasticita
te
I p (%)
Limita decurgere
w L
(%)
Indicelede
grupă
I G
Pietrişuri şi nisipuri, fărăparticule active argiloase
max. 35 ≤ 10 - 0
Idem, cu particule argiloase max. 35 ≥ 11 - 0 ÷ 4
Prafuri, argile nisipoase min. 36 ≤ 10 ≤ 40 4 ÷ 8
Prafuri argiloase min. 36 ≤ 10 ≥ 41 8 ÷ 12
Argile prăfoase min. 36 ≥ 11 ≤ 40 12 ÷ 16
Argile, argile grase min. 36 ≥ 11 ≥ 41 16 ÷ 20
17Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Pământuri pentru terasamente
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 52/533
Pământuri pentru terasamente
pământuri bune;
pământuri acceptabile; pământuri rele;
0 1G I = −
2 4G I = −
5 9G
I = −
pământuri foarte rele.10 20
G I = −
18Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
în România
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 53/533
în România C A T E G O R I A
P Ă MÂ N T
U L UI
Tipul depămâ
nt
Clasificarea pământuluiconform STAS 1243-88
Indice deplasticitat
e ( I p% )
Compoziţia granulometrică
Argilă %Praf %
Nisip%
N
E C O E ZI V
P1
Pietriş cu nisip
<
10
Cu sau fără fracţiuni mai mici
de 0,5 mm
P2 10 ÷ 20Cu fracţiuni mai mici de
0,5 mm
C O E ZI V
P3
Nisip prăfos, Nisip argilos 0 ÷ 20 0 - 30 0 - 50 35 - 100
P4Praf nisipos; Praf argilos-
nisipos; Praf; Praf argilos0 ÷ 25 0 - 30 35 - 100 0 - 50
P5
Argilă prăfoasă; Argilănisipoasă; Argilă prăfoasă-
nisipoasă; Argilă > 15 30 - 100 0 - 70 0 - 70
19Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Clasificarea Casagrande
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 54/533
Clasificarea Casagrande
20Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Pământuri cu comportament special
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 55/533
Pământuri cu comportament special
marnoase;
macroporice; sensibile la umezire; susceptibile la lichefiere; cu umflări şi contracţii mari;
gelive (sensibile la îngheţ); cu conţinut de materii organice (slab:mâluri, nămoluri sau ridicat:
pământuri turboase, turbe); eluviale; sărăturate;
de umplutură; amestecurile de pământuri
21Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Pământuri marnoase
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 56/533
Pământuri marnoase
% CaCO3 % Argilă Numele pământului Comportament
0520
1009580
Argilă Plastic Argilă marnoasă
Mai mult sau
6575100
35250
mai puţin rigid
arn arg oas
Marnă
Marnă calcaroasăRigid
Calcar
22Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Pământuri macroporice
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 57/533
Pământuri macroporice prezintă pori mari (macropori), vizibili cu ochiul liber.
Tipurile cele mai răspândite sunt loessul şi pământurile loessoide. Loessul (STAS 1243-88) este un pământ nestratificat, criptostratificat, sau slabstratificat, în general de culoare gălbuie - deschisă, uneori mai închisă
(ruginie) sau cenuşiu - gălbuie, cu porozitate mare 40%- 60%, datorităunor pori vizibili (macropori) precum şi datorită unor canale şi canalicule verticale.
Loessul are în compoziţia granulometrică, aproximativ 25% nisip fin,
peste 60% praf şi restul argilă; conţine dese concreţiuni de calcar, prezintăo greutate volumică mică, 12 - 16 kN/m3 se dezagregă rapid în apă (uncub cu latura de 1 ,00 cm în max 30″ ), prezintă tasare mare sub sarcină.
Pământurile loessoide sunt asemănătoare loessului, diferind în specialprin granulozitate; există astfel argile, prafuri şi chiar nisipuri loessoide.
23Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Pământuri macroporice
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 58/533
Pământuri macroporice
24Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Clasificarea pământurilor macroporice
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 59/533
p p
Natura pământului Indicele deplasticitate
Conţinutul de particuleargiloase în %
Prăfoase – nisipoase 1 < I p < 7 3 – 10
Prăfoase – argiloase 7 < I p < 17 10 – 30
Argiloase I p > 17 > 30
25Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Pământuri sensibile la umezire - PSU
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 60/533
sunt pământurile care, sub acţiunea încărcărilor transmise de fundaţie, sau numai sub greutateproprie, se tasează suplimentar odată cu creşterea umidităţii. Criteriul I : > 2 cm/m = 2%, Criteriul II : la încărcările pe placă, STAS 8942/3 - 90, (cu suprafaţa minimă de 5000 cm2 ) rezultă:
> 5 şi s= si – sn ≥ 3 cm
în care: s i – tasarea terenului inundat la presiunea de 300 kPa ∗ s n – tasarea terenului în condiţii de umiditate naturală, la presiunea de 300 kPa ;
Criteriul III : gradul de umiditate Sr ≤ 0,80 iar indicele I dat de relaţia:
3mi
n
i
s
s=η
e - indicele porilor la un pământ cu structură şi umiditate naturală;
indicele porilor corespunzător umidităţii la limita de curgere ( w L % ) a pământului; să fieinferior valorilor din tabel
e
ee I
L
+
−=
1
100⋅
⋅=
w
s L
L
we
γ
Indicele deplasticitate (I p )
0,01≤ I p≤ 0,10 0,1≤ I p≤ 0,14 0,14≤ I p ≤ 0,22 I p > 0,22
Indicele I 0,1 0,17 0,24 0,30
26Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Clasificarea PSU
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 61/533
Clasificarea PSU
grupa A, cuprinzând terenurile de fundare la care tasărilesuplimentare din umezire se pot produce numai în
limitele zonei de deformaţie a fundaţiilor, fiindprovocate de încărcările fundaţiilor sau de alte încărcăriexterioare; nu se produc tasări din greutatea proprie
mg sau acestea nu ep şesc cm ; grupa B, cuprinzând terenurile de fundare la care sunt
posibile tasări sub greutatea lor proprie ( Img > 5 cm ) încaz de umezire, pe lângă tasările suplimentare care au
loc în partea superioară a stratului, sub fundaţii, înlimitele zonei de deformaţii a acestora.
27Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Soluţii de prevenire sau limitare a
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 62/533
ţ p v
manifestării sensibilităţii la umezire Îmbunătăţire teren înainte de construire
Amenajări ale suprafeţei terenului dupăconstru re
Amenajări în subteran ale reţelelor de alimentare
cu apă şi canalizare
28Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Lichefierea pământurilor
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 63/533
c e e ea pă â tu o
Pierderea temporară a capacităţii unui pământ de a suporta sarcini, când estesubmersat şi supus unor acţiuni dinamice
De ce?... ca urmare a creşterii presiunii apei din pori, ce are drept consecinţăanularea frecării dintre granulele pământului, şi prin urmare scăderea bruscă a
rezistenţei la forfecare, chiar cu transformarea acestuia într-o masă fluidă.
29Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
http://theconstructor.org/geotechnical/soil-liquifaction/2340/
Pământuri susceptibile la lichefiere
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 64/533
p
30Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Imagini post-dezastru
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 65/533
g p
31Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
http://dc193.4shared.com/img/pOJQcDKn/preview.htmlhttp://gavilan.uis.edu.co/~jsuarez/enlaces_de_interes.htmlhttp://www.abag.ca.gov/bayarea/eqmaps/liquefac/buildings.htmlhttp://pdfownersmanual.info/user-guide/elementary-anatomy-physiology-columbia-college-sonora-pdf.pdf
Pământuri susceptibile la lichefiere
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 66/533
nisipurile uniforme, în special nisipurile fine avânddiametrul corespunzător fracţiunii de 50%, d 50= 0,075-
0,20 mm ; nisipurile având gradul de îndesare I D = 50…70%; nisi urile saturate sau chiar cele aflate deasu ra
nivelului apei subterane, dacă zona inferioară se poatelichefia; nisipurile la care penetrarea dinamică prezintă R p < 30
lovituri / 30 cm ; nisipurile care au permeabilitatea mică.
32Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Criteriul granulometric
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 67/533
Diametrul caracteristic sau fracţiunegranulometrică
Pământurilichefiabile
Pământuri uşorlichefiabile
diametrul mijlociu d50 (mm) 0,25 - 2,00 0,075 - 0,5
diametrul efectiv d10 (mm) > 0,005 > 0,025
fracţiunea argilă (A%) < 10 0fracţiunea pietriş mic (%) < 50 < 10
fracţiunea pietriş mare cu d >10 mm
(%)
< 10 0
33Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Degradări ale teresamentelor
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 68/533
34Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Etape ale unui proces de lichefiere
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 69/533
35Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Subsidenţa
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 70/533
ţ
36Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
http://io9.com/JamesMichaelDuncan
Situaţii de saturareparţială a rambleelor
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 71/533
parţială a rambleelor
din material necoeziv
Forme de degradare arambleelor din materialenecoezive lichefiabile
37Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 72/533
Criterii de
lichefiere
38Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Soluţii de prevenire sau limitare a
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 73/533
fenomenului de lichefiere corectarea curbei granulometrice pământului cu
potenţial de lichefiere (amestecuri de pământ); creşterea gradului de îndesare prin metode specifice
compactării de suprafaţă; scoaterea terenu u n starea e saturaţ e; creşterea tensiunii verticale (prin suprasarcini cu
ramblee de pământ sau prin coborârea apei subterane); îmbunătăţirea condiţiilor de drenare în terenul iniţial; mărirea coeziunii pământului, ca o componentă a
rezistenţei la forfecare (prin injectări).
39
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Pământuri cu umflări şi contracţii mari -
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 74/533
PUCM
sunt pământurile argiloasemai mult sau mai puţin active,care prez nt propr etatea ea-şi modificamodifica sensibilsensibil
volumul volumul, atunci cândcând variază variază
umiditateaumiditatea lor.
40
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
PUCM în România
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 75/533
41
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Activitatea PUCM – clasificare pe categorii2
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 76/533
A c t i v .
P . U . C . M .
A 2 µ µµ µ
%
I p %
I A C p
U L
%
w s
%C v %
q u m a x
J / g
w 1 5 %
p u
d a N / c m
2
T u l b u r a t
N e t u l b u r a t
Foarteactive
> 30 > 35 > 1,25 I p> C p > 140 < 10 > 100 > 35 > 37 > 18 > 4
Soluţii tehnice privind fundareaSoluţii tehnice privind fundarea
Active 18-35 25-35 1,00-1,25 I p
> C p
100-140 14-10 75-100 25-35 25-37 13-18 1-4
Puţinactive
15-25 20-30 0,75-1,00 I p> C p 70-100 16-14 55-75 15-25 12-25 10-13 5-1
42
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Pământurile gelive (sensibile la îngheţ)
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 77/533
sunt pământurile care în urma fenomenelor de îngheţ -dezgheţ îşi modifică esenţial structura şi proprietăţile lor
43
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Sensibilitatea la îngheţ – clasificare pe categorii
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 78/533
Grupa desensibilitate
la îngheţ
Categoriapământului
Ip
Granulozitate
Diametrulparticulelor
Procente dinmasa uscată a
probei
Sensibile
Necoezive, culiant argilos
≤ 10sub 0,002sub 0,2sub 0,1
max. 6max. 20max. 40
Soluţii tehnice privind fundareaSoluţii tehnice privind fundarea
rg ş arg
grasă
> 35- -
Foartesensibile
Coezive 10 - 35sub 0,002sub 0,2sub 0,1
max. 6max. 20max. 40
44
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Pământuri cu conţinut de materii organice
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 79/533
Mâlurile - pământuri cu un conţinut de materii organice sub 5%. Sunt depozitealuvionare conţinând în general mai mult de 90% elemente inferioare dimensiuniide 0,20 mm , alcătuite din particule argiloase foarte fine, afânate, puţin consolidate,prezentând în general limite de curgere w L = 60 - 120% indice de plasticitate I p =30 - 80%, umiditatea naturală fiind apropiată de limita de curgere.
Nămolurile – pământuri asemănătoare mâlurilor, cu un conţinut de materii organiceîntre 5-10% putând conţine resturi de plante carbonizate.
Pământurile turboase – pământuri cu un conţinut de materii organice între 10 -
60%, formate în urma descompunerii incomplete a resturilor vegetale într-unmediu saturat cu apă, dar neoxigenat.
Turba – un pământ cu un conţinut de materii organice de peste 60%, format într-un mediu similar pământurilor turboase, reprezintă o îngrămădire de resturi
vegetale cu un grad de descompunere variabil, de culoare brună - neagră, cu ostructură fibroasă, în cantitate importantă de substanţe minerale (nisip, argile,calcar), putând reţine cantităţi importante de apă: 400 - 1000 % (şi chiar mai mult).
45
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Caracterizarea pământurilor cu conţinut de materii
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 80/533
organice compresibilitate mare şi foarte mare rezistenţă la forfecare foarte redusă, ambele proprietăţi fiind
puternic anizotrope procesul de consolidare decurge foarte lent şi neomogen, iarpermeabilitatea prezintă de asemenea o variabilitate şi
.
Prezenţa materiei organice induce o denumire specialăpământurilor care le conţin - pământuri turboase, conţinutul fiinddiferenţiat cantitativ pe categorii: înîn cantitatecantitate maimai maremare dede 33%% lalapământuripământuri nisipoasenisipoase şi maimai marimari dede 55%% lala pământuripământuri argiloaseargiloase.
în funcţie de gradul de descompunere, evaluarea cantitativă laproiectarea geotehnică presupune impunerea unui coeficient dereducere asupra presiunilor acceptabile ale terenului de fundare.
46
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Poziţia pământului turbos în raport cu fundaţia
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 81/533
47
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Soluţii tehnice privind fundarea
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 82/533
îmbunătăţirea terenului de fundare în vederea reduceriişi uniformizării deformaţiilor (înlocuirea parţială cu
perne de balast/nisip; accelerarea consolidării – coloanedranante);
conformarea structurii pentru a se putea adapta lainteracţiunea cu terenul de fundare;
asigurarea funcţionării fără defecţiuni a reţelelortehnico-edilitare.
48
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Pământuri eluviale - roci pre-existente alterate gradualdescrescător, de la suprafaţa terenului în adâncime
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 83/533
proprietăţile mecanice - rezistenţa la forfecare şicompresibilitateacompresibilitatea lor prezintă un grad mare de neuniformitateatât în plan orizontal cât şi în plan vertical; fără a fi luate măsurispeciale de protecţie, aceste roci pot suferi degradărisemnificative când sunt menţinute în săpături deschise;
nisipurile argiloase eluviale şi cele prăfoase, dacă devin saturatecu apă pot trece în stare curgătoare, în timpul executării uneisăpături, iar nisipurile prăfoase pot manifesta caracteristici deprăbuşire atunci când indicele porilor iar gradul de saturaţie
unele pământuri eluviale argiloase pot să prezinte variaţii de volum, în special fenomene de umflare, la umezirea lor înprezenţa deşeurilor industriale chimice;
6,0>e
7,0<r
S
49
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Soluţii tehnice privind fundarea
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 84/533
Înlocuirea parţială prin realizarea unor perne de materialegranulare nealterabile, care să preia majoritar presiuniletransmise de talpa fundaţiei, terenului din zona activă;
îndepărtarea din zona superioară a terenurilor compresibile, aincluziunilor stâncoase puternic erodabile;
îndepărtarea din zona superioară a stratificaţiei, afragmentelor mari alterate şi plombarea golurilor create cumateriale granulare neerodabile compactate;
execuţie continuă a excavaţiei, de asemenea, ultimul strat desăpătură va fi îndepărtat înainte de realizarea fundaţiei, pe oadâncime variind între 0,10 m şi 0,30 m, în funcţie de naturaterenului, fiind mai mare la pământurile eluviale argiloase;
50
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Pământuri sărăturate
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 85/533
apariţia unei tasări suplimentare, numită tasare sufozionară încazul unei umeziri de lungă durată, ca urmare a scăderii
compresibilităţii şi rezistenţei la forfecare;
,
umflare înregistrate la argilele sărăturate, în cazul creşteriiumidităţii;
o acţiune agresivă asupra elementelor de infrastructură cu care vin în contact, ca urmare a soluţiilor ce iau naştere în acestepământuri, în prezenţa apei subterane.
51
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Soluţii tehnice privind fundarea
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 86/533
măsuri de evitare a umezirii terenului de fundare;
fundarea într-un strat de pământ nesărăturat subiacent;
proce ee mecan ce sau ş c m ce e m un re a
terenului de fundare;
conformarea structurală a construcţiei pentru o
adaptare la deformaţiile neuniforme din terenul defundare.
52
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Pământuri de umplutură
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 87/533
acestea se caracterizează printr-o mare neomogenitateneomogenitate dede texturătextură,ceea ce induce o compresibilitate neuniformă, relevantă fiindposibilitatea autoîndesării sub greutate proprie, în special în cazul
unor acţiuni dinamice
de umplutură se poate realiza în următoarele condiţii:
folosirea terenului de umplutură în calitate de teren naturalpentru construcţii uşoare;
luare unor măsuri constructive pentru reducerea
compresibilităţii straturilor de pământ de umplutură dinterenul de fundare;
53
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Amestecurile de pământ
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 88/533
pământuri cu granulometrie realizată pe cale artificială,prin malaxarea a două sau mai multe pământuri cugranulozitate cunoscută, în vederea îmbunătăţirii
proprietăţilor fizico-mecanice.
un pietriş sau nisip amestecat în diferite proporţii cu unliant ( praf praf ++ argilăargilă ) va da naştere unui pământ (A) maipuţin permeabil, iar dintr-un pământ cu fracţiuni fine(argilă + praf) degresat cu nisip va rezulta un pământ
negeliv sau cu potenţial de umflare - contracţie multmai redus, decât al pământului din care a provenit
54
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Stabilirea compoziţiei amestecului
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 89/533
55
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Stabilirea C.G. a amestecului m:n
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 90/533
56
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Proporţii optime de nisip - liant
F i i l i C i î f ă d
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 91/533
Fracţiuni granulometrice Conţinut în procente faţă de greutateatotală
Amestec A (mare) Amestec B (fin)Nisip 1 - 2 mm 0÷ 30 -
0,6 - 1 mm 6÷ 50 0÷ 20
0,09 - 0,6 mm 12÷ 63 30÷ 75Liant
(praf + argilă)0,002 - 0,09 mm 8÷ 35 15÷ 44
< 0,002 mm 3÷ 8 6÷ 10
Pentru
umpluturi
Fracţiuni granulometrice Conţinut în procente faţă de greutatea
totalăStratul superior alîmbrăcăminţii
drumului
Stratul inferior alîmbrăcăminţii
drumuluiPietriş 18 - 35 mm - 13÷ 20
5 - 8 mm 32÷ 45 15÷ 37
2 - 5 mm 5÷
35 0÷
30Nisip 0,09 - 2 mm 19÷ 42 19÷ 42Liant
(praf + argilă)0,002 – 0,09 mm
8÷ 16 8÷ 16
Pentru drumuri
de pământ
57
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 92/533
GeotehnicăGeotehnică – note de cursProf.dr.ing. Anghel Stanciu, Conf.dr.ing. Irina Lungu
Cursul nr. 3 Indicii de structură ai unui pământ
Compoziția mineralogică a particulelor solide
Alcătuirea și proprietățile fazelor lichidă și gazoasă
Interacțiunea dintre fazele solidă, lichidă, gazoasă și factorii ce o influențează
http://www.isgs.illinois.edu/sections/indust-min/clay-mineralogy.shtmlhttp://www.smianalytical.com/clay-analysis.html
http://webhost.bridgew.edu/shaefner/images/solids/montmorillonite.gif
http://www.gly.uga.edu/Schroeder/geol6550/CM09.html
Bibliografie:A. Stanciu & I. Lungu, FUNDAŢII – I
Fizica şi Mecanica Pământurilor, Ed. Tehnică, 2006
Indicii de structură ai unui pământ
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 93/533
P m nt part cu e “aran ate” structur cu part cu e so
şi pori (aer şi/sau apă) Proporţia solid, aer şi/sau apă se poate schimba în unitatea de
volum starestare dede îndesareîndesare şi starestare dede umiditateumiditate variabile
IndiciIndici dede structurăstructură aiai pământuluipământului lala recoltarerecoltare dindin amplasamentamplasament şiindiciindici dede structurăstructură potenţiali,potenţiali, pentrupentru stăristări extremeextreme dede îndesareîndesare şişiumiditateumiditate
2
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Indici de structurăIndici de structurăprimari/fundamentaliprimari/fundamentali
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 94/533
•greutatea volumic
ăa p
ământului
(γ ), adică raportul dintre greutatea unei probe de pământ umedG
şi volumulV al acesteia (inclusiv golurile), (STAS 1913-75 şi STAS 1913/3- 76), deci:
• umiditatea ământului w= water definită ca ra ortul între masa a ei M con inută în orii unei robe de
V / G=γ
w
pământ şi masa particulelor solide M s din această cantitate, (STAS 1913/1- 82), deci:sau
• greutatea volumică a scheletului (γ s), reprezentând raportul dintre greutatea particulelor conţinute (Gs) într-ocantitate de pământ şi volumul propriu (V s) al acestor particule (f ără goluri), (STAS 1913/2-76), rezultă
100 M
M
%ws
w
⋅= 100G
G
%ws
w
⋅=
sssV / G=γ
Pământuriγs
kN/m3
ρs
g/cm3Nisipuri, nisipuri prăfoase şi nisipuri argiloase 26,0 2,65Prafuri, prafuri nisipoase şi prafuri argiloase 26,2 2,67Argile, argile nisipoase şi argile prăfoase 26,7 2,72
3
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Indici derivaţi
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 95/533
• porozitatea pământurilor (n), definită ca raportul dintre volumul porilor (V p), dintr-o probă de
pământ şi volumul aparent (volumul total al pământului inclusiv golurile) V , al acelei cantităţi, deci:
• indicele porilor (e), reprezintă raportul dintre volumul porilor V p, dintr-o cantitate de pământ şivolumul particulelor solide V s din acea cantitate de pământ, şi rezultă:
• volumul specific ca reprezentând volumul unei probe de pământ al cărui volum al scheletuluisolid este unitar:
• compactitatea (c) este raportul dintre volumul scheletului şi volumul total:
100)V / V (%n p ⋅=
s p V / V e =
e1v +=
v / )e1 /(1V / V c s +==
4
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
• greutatea volumică a pământului în stare saturat ă (γsat / γsr ), definită ca raportdintre greutatea probei saturate (porii fiind în întregime plini cu apă) şi volumul
acesteia (inclusiv golurile): VVVt /)( γγγ ⋅+⋅=
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 96/533
acesteia (inclusiv golurile):• greutatea volumică a pământului în stare uscat ă (γd - dry) reprezintă raportuldintre greutatea probei în stare uscată şi volumul acesteia:
• greutatea volumică în stare submersat ă (γ′ ), definită ca raport dintre greutateaprobei în stare submersată (sub apă) şi volumul acesteia (inclusiv golurile):
V V V w psssat / )( γ γ γ +
V / Gsd
=γ
V G' wss γ
γ ⋅−
=
• gradul de umiditate (S r , water-saturation ratio), este definit ca raportul dintre
volumul apei conţinute în porii probei de pământ şi volumul total al porilor dinacea probă, dat de relaţia:respectiv
unde este volumul apei conţinut într-o probă de pământ
p
wr
V
V S =
e
e
V e
V eS ww
r =⋅
⋅=
V ew ⋅
5
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Astfel, în baza definiţiilor precedente, pentru volumul unitar al probelor se obţin expresiile porozităţii (n), aindicelui porilor (e) şi a relaţiilor de legătură dintre acestea:
şi respectiv% 100 % 100 p
p
V n n V
V = ⋅ ⇒ = ⋅
%1
100s p
nV V V = − = −
% 100%1
p
V ne e nV
= ⇒ = ⇒
%
100 %
ne n= −
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 97/533
Totodată, în cazul în care pământul este uscat, atunci greutatea volumică în stare uscat ă rezultă:
În baza relaţiei 2.10. se poate determina valoarea porozităţii pământului ca fiind:
şi respectiv
Porozitatea ământului se oate ex rima i în func ie de indicele orilor rin următoarea rela ie:
%1
100
s s sd d s
G V n
V V
γ γ γ γ
⋅ = = ⇒ = − ⋅
% 100s d
s
nγ γ
γ
−= ⋅
d
d seγ
γ γ −=
1100
sV
−
Greutatea volumică a pământului (greutatea unităţii de volum) va fi (fig.2.45.a):
şi ţinând seama de definiţia umidităţii rezultă:
rezultă că greutatea volumică are expresia:
( )
1 1% 100 % 100 % 100
1 1 1 1
pV e en n n
V e e
⋅ ⋅= ⋅ ⇒ = ⋅ ⇒ = ⋅
⋅ ⋅ + +
%1
100
s s w ws s w w s w w
V V G nV V V
V V
γ γ γ γ γ γ γ
⋅ + ⋅ = = = ⋅ + ⋅ = − ⋅ + ⋅
( )% %
% 100 100 1100 100
w w ww w s s s
s s s
G V w ww w V V n
G V
γ γ γ γ
γ
⋅= ⋅ ⇒ = ⋅ ⇒ ⋅ = ⋅ ⋅ = − ⋅ ⋅
⋅
% %1 1
100 100s
n wγ γ
= − ⋅ + ⋅
6
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Cum însă a greutăţii volumice poate fi pusă sub forma:
şi deci greutatea volumică în stare uscat ă va avea expresia:
%1
100s d
nγ γ
− ⋅ =
+⋅=
100
%1
wd γ γ
%1
wd =γ
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 98/533
În cazul în care întregul volum al porilor este ocupat de apă - situaţia pământurilor saturate - atuncigreutatea unităţii de volum, respectiv greutatea volumică în stare saturat ă , va fi:
Când pământul se află sub apă, atunci asupra unui volum elementar se exercită forţa arhimedică, orientată de jos în sus şi egală cu greutatea volumului de lichid dezlocuit, ca urmare expresia greut ăţ ii volumice în stare submersat ă varezulta:
1001+
pw V V =
⇒⋅+⋅=⋅+⋅
=→ w pss
w pss
sat V V
V
V V γ γ
γ γ γ γ wssat
nnγ γ γ ⋅+⋅
−=
100100
1
Gradul de umiditate, conform definiţiei este egal cu:şi ţinând seama de definiţia umidităţii,
şi deci expresia gradului de satura ţ ie va fi:
În funcţie de valoarea gradului de umiditate, pământurile se clasifică (STAS 1243-88), pentru pământuri coeziveşi necoezive. Valorile gradului de umiditate pot fi diferenţiate pentru pământurile necoezive în raport cu valorilecorespunzătoare pământurilor coezive.
( )wswsss
nV V γ γ γ γ γ γ γ −⋅
−=′⇒⋅−⋅=′→
1001
eeS wr =
1 1% 100 % 100
1
w w w w
s s s
V ew w
V
γ γ
γ γ
⋅ ⋅ ⋅ ⋅= ⋅ ⇒ = ⋅ ⇒
⋅ ⋅
%
100
sw
w
we
γ
γ
⋅=
⋅
%
100
sr
w
wS
e
γ
γ
⋅=
⋅ ⋅
7
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
• greutatea volumică a pământului în stare naturală (γ )
Aplicație numericăO probă de pământ – argilă (ρs=2,67g/cm3) – cu volumul V=100 cm3 are prin cântărire, în stare naturală,M=185g iar după uscare în etuvă, Md=170g. Care sunt valorile pentru γ , w, e, n, γ sat , γ d ,γ ’, S r ? Se consideră
accelerația gravitațională g≈10m/s2
.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 99/533
g v p (γ)
• umiditatea pământului (w)
• greutatea volumică a scheletului (γ s)
→⋅=⋅=⋅
=====23
3
31085,1;85,1
100
185
s
m
cm
gg
V
g M
V
Gcmg
cm
g
V
M ρ γ ρ
→⋅−=−=⋅= 100170
170185100%g
gg M
M M M M w
s
d
s
w
350,18m
kN =γ
%823,8=w )( sd M M =
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 8
, pentru argilă considerămsss V / G=γ 3 / 70,26 mkN
s=γ
→⋅=⋅==→=3
2
/ 70,26 / 10170,0
mkN smkgg M GV
V G
s
s
s
ss
s
ss
γ γ γ 3
67,63 cmV s =
• porozitatea pământurilor (n)
• indicele porilor (e)
→⋅−
=⋅−
=⋅= 100100
67,63100100100%
3
33
cm
cmcm
V
V V
V
V n s p
3 3
3
100 63, 67
63,67
p s
s s
V V V cm cme
V V cm
− −= = = →
%33,36=n
57,0=e
• greutatea volumică a pământului în stare saturat ă (γ sat )
→⋅
⋅⋅+⋅⋅
=
⋅+⋅
=
+
= −
−−
36
336336
10100
/ 7,261067,63 / 101033,36
m
mkN mmkN m
V
V V
V
GG ssw psw
sat
γ γ
γ 363,20 mkN
sat =γ
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 100/533
• greutatea volumică a pământului în stare uscat ă (γ d )
• greutatea volumică a pământului în stare submersat ă (γ ’)
2 3
6 3
0,170 10 / 10
100 10
s sd
G M g kg m s
V V m
γ −
−
⋅ ⋅ ⋅= = = →
⋅
300,17
m
kN d =γ
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu 9
• gradul de umiditate ( )
→−⋅−=−⋅−=⋅−
= )107,26()3633,01()()1(' wswss n
V
V Gγ γ γ 363,10'
mkN =γ
r S
→⋅⋅
⋅=
⋅⋅
⋅=
3
3
/ 1057,0100
/ 7,26823,8
100
%
mkN
mkN
e
wS
w
sr
γ
γ 413,0=r S
Clasificarea pământurilor după gradul de umiditate (Sr)
Caracterizareapământului
Natura pământuluiSTAS 1243-88 Necoeziv [96]
Uscat 0 ≤ Sr < 0,40 0 < Sr ≤ 0,50Umed 0,40 ≤ S
r
< 0,80 0,50 < Sr
≤ 0,80Foarte umed 0,80 ≤ Sr ≤0,90 0,80 < Sr < 1,00
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 101/533
Practic saturat Sr > 0,90 Sr = 1,00
Caracterizarea pământului după umidităţi pe criterii empirice
Umiditatea pământului Pământuri necoezive Pământuri argiloase
Uscat
La simpla vedere nu pare umed.La strângerea în pumn şi după deschiderea lui se sf ărâmă
imediat.
La palpare nu se simte umiditate.Se rupe foarte greu.Pentru sf ărâmare necesită folosirea ciocanului.Prin frecare scoate praf.
La strângerea în pumn, umiditatea se simte prin senzaţia La strângerea în pumn, umiditatea se simte prin
Puţin umed
.La scuturarea în palmă se sf ărâmă în bulgăraşe.
.Culoarea este mai închisă.Aproape nu se lipeşte.
Hârtia de filtru pe care se pune pământul rămâneuscată sau se umezeşte numai după câtva timp.
Umed
La strângerea în pumn se simte umezeală.I se poate da o formă, care la desfacerea pumnului se
menţine un timp destul de îndelungat.
La strângerea în pumn se simte umezeală.Se lipeşte uşor; nu se f ărâmiţează.Picăturile de apă se absorb lent în interiorul probei.
Hârtia de filtru pe care se pune pământul se umezeşterepede şi se formează o pată.
SaturatLa scuturare în palmă se întinde ca o lipie Picăturile de apă se întind pe suprafaţa probei şi nu se
absorb în interior.
10
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Indicii precizaţi anterior sunt utilizaţi atât la calculul diverselor acţiuni, pe care pământurile le determină
asupra elementelor de construcţie, cât şi la aprecierea calităţii şi proprietăţilor constructive sau ca suport alconstrucţiilor. Valori orientative ale principalilor indici de structură ai pământului sunt prezentate în tabelul de mai
jos
Valori orientative ale principalilor indici de structură pentru unele pământuri
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 102/533
Tip pământStarea
pământuluiPorozitate
n%
Indiceleporilor
e
Greutatea volumică, kN/m3
uscată naturală saturatăsubmer-
satăPietriş nisipos Afânat 38 - 42 0,61 - 0,72 14 – 17 18 – 20 19 – 21 9 – 11
Îndesat 18 - 25 0,22 - 0,33 19 – 21 20 – 23 21 – 24 11 – 14
Nisip mare, nisipmediu Afânat 40 - 45 0,67 - 0,82 13 – 15 16 – 19 18 – 19 8 – 9Îndesat 25 - 32 0,33 - 0,47 17 – 18 18 – 21 20 – 21 10 – 11Nisip finuniform
Afânat 45 - 48 0,82 - 0,82 14 – 15 16 – 19 18 – 19 8 – 9Îndesat 33 - 36 0,49 - 0,56 17 – 18 18 – 21 20 – 21 10 – 11
Praf mare Afânat 45 - 55 0,82 - 1,22 13 – 15 15 – 19 18 – 19 8 – 9 Îndesat 35 - 40 0,54 - 0,67 16 – 17 17 – 21 20 – 21 10 – 11
Praf Plastic moale 45 - 50 0,82 - 1,00 13 – 15 16 – 20 18 – 20 8 – 10Plastic
cons. - vârtos 35 - 40 0,54 - 0,67 16 – 17 17 – 21 20 – 21 10 – 11Plastic tare 30 - 35 0,43 - 0,49 18 – 19 18 – 19 18 – 22 11 – 12
Argilă Plastic moale 50 - 55 1,00 - 1,22 13 – 14 15 – 18 18 – 20 8 – 10Plastic
cons. - vârtos35 - 45 0,54 - 0,82 15 – 18 17 – 21 19 – 21 9 – 11
Plastic tare 30 - 35 0,43 - 0,54 18 – 19 18 – 22 21 – 22 11 – 12Argilă grasă Plastic moale 60 - 70 1,50 - 2,30 9 – 15 12 – 18 14 – 18 4 – 8
Plasticcons. - vârtos
40 - 45 0,67 - 1,22 15 – 18 15 – 20 17 – 21 7 – 11
Plastic tare 30 - 40 0,43 - 0,67 18 – 20 17 – 22 19 – 23 9 – 13
11
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Starea de îndesare, starea de afânare în cazul asimilării particulelor de nisip cu sfere de acelaşi diametru, stările extreme sunt caracterizate prin
următorii indici:
• pentru starea de afânare maximă (aranjare cubică), şi%6,47max =n 91,0max ≅e
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 103/533
• pentru starea de îndesare maximă (aranjare hexagonală),şi
min25,9%n =
min0,35e ≅
12
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Practic, indiferent de granulozitate şi sfericitate, pentru nisipurile curate se obţin valori cuprinse între:sau şi sau
Cum porozitatea absolută nu indică starea în care se găseşte pământul între cele două stări extreme şi nici
calitatea lui ca teren de fundare, s-a definit gradul de îndesare sau densitatea relativă , prin relaţia:
50,0max =n 00,1max =e 30,0min =n 43,0min =e
( ).max .minmax d d d e eI
γ γ γ ⋅ −−= =
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 104/533
în care:• e – indicele porilor pământului în starea naturală, cu greutatea volumică în stare uscată (γd );• emax – indicele porilor pământului în starea de afânare maximă având greutatea volumică (γd.min);• emin – indicele porilor pământului în starea de îndesare maximă cu greutatea volumică (γd.
max
).Gradul de îndesare (densitatea relativă) se poate exprima şi în funcţie de porozitatea maximă şi porozitatea
minimă , exprimate în procente, prin relaţia:
( )max min .max .min
D
d d d
I e e γ γ γ
= =− ⋅ −
( ) ( )max min100
% 100 D
n n n I
− ⋅ −= ⋅
rezultată din relaţia prin înlocuirea indicilor porilor, cu expresia lor în funcţie de porozitate.
max minn n n− ⋅ −
Clasificarea nisipurilor după gradul de îndesare relativă (ID)
Starea de îndesare anisipurilor
Observaţii
Afânată ≤ 0,33 Teren slabCu îndesare medie 0,34…0,66 Teren bunÎndesată 0,67…1,00 Teren foarte bun
D I
13
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Caracterizarea nisipurilor după gradul de îndesare relativă (ID)
Starea de îndesare a nisipurilor (%)Foarte afânată 0 - 15Afâ 15 35
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 105/533
Afânată 15 - 35Cu îndesare medie 35 - 70Îndesată 70 - 85Foarte îndesată 85 - 100
Pentru a aprecia disponibilitatea de tasare a nisipurilor, în special la acţiuni dinamice (vibraţii) s-a definitcapacitatea de îndesare prin relaţia:
minmax
e
eeC i
−=
în funcţie de care pământurile necoezive se clasifică în conformitate cu tabelul de mai jos
Clasificarea nisipurilor după capacitatea de îndesare iC Capacitatea de îndesare
Mică < 0,4Mijlocie 0,4…0,6Mare > 0,6
iC
Cu cât capacitatea de îndesare este mai mare, cu atât şi variaţiile de volum sunt mai mari şi respectiv tasărileconstrucţiilor.
14
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Compoziţia chimico-mineralogică a particulelor solideRocile, mineralele şi respectiv substanţele sunt compuşicompuşi aiai elementelorelementelor chimicechimice. Prin element chimic se înţelege
totalitatea atomilor ale căror nuclee au acelaşi număr atomic z, deci acelaşi număr de sarcini pozitive.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 106/533
Modelul structurii atomilor unor elemente
Configuraţia stabilă, pentru un înveliş electronic presupune existenţa a opt electroni pe orbită (octet) şi prin urmareatomii caută să-şi stabilească această configuraţie printr-o serie de legături cu alţi atomi.
legătur ă ionică sau de electrovalen ţă legătura covalent ă
Legătura metalică
15
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
For ţ ele Van der Waals se exercită între moleculele corpurilor cu naturi diferite. Astfel, în funcţie de cauzele ce legenerează, forţele Van der Waals pot fi:
For ţ e masice ( Newtoniene), calculate cu relaţia:
2
21
d
mmF
⋅=
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 107/533
- for ţ e de dispersie sau London;- for ţ e de orientare sau Keesom;- for ţ e de induc ţ ie sau polarizare ale lui Debye.
For ţ ele de dispersie, predominante în cazul moleculelor nepolare se datorează fluctuaţiilor instantanee ale
straturilor de electroni, ce determină transformarea, pentru scurt timp, a moleculelor nepolare în dipoli de sens contrarşi prin aceasta atracţia lor.
For ţ ele de orientare sunt predominante între moleculele polare (dipoli) şi ele apar prin orientarea dipolilor, cedetermină asocieri ale moleculelor de tip liniar, antiparalel sau triunghiular. Intensitatea acestor forţe, numite uneori şiforţe coulombiene
Asocieri moleculare prin forţe de orientare
For ţ ele de induc ţ ie, sunt forţe ce apar ca urmare a
polarizării moleculelor nepolare, fenomen datoratcâmpului electric pe care-l induc moleculele polare.Contribuţia celor trei cauze, respectiv a intensităţii
forţelor pe care le generează în rezultanta lor, forţa Van derWaals, este următoarea:• forţe de orientare 77%,
• forţe de dispersie 19%,• forţe de inducţie 4%.
16
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
Toate legăturile ce se stabilesc între molecule sau particule ca urmare a acţiunii acestor forţe, independent sau combinat, suntdenumite legături Van der Waals.
Legătura de hidrogen sau puntea de hidrogen este o legătură intermoleculară
de natură electrostatică, care se stabileşte între atomii puternic electronegativi aimoleculelor, prin intermediul unui atom de hidrogen.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 108/533
Rezumând cele rezentate rezultă că atomii elementelor naturale, rin le ăturile chimice rezentate, determină a ari ţ ia
Datorită acestui caracter bipolar al moleculei, deşi în ansamblu este electricneutră, între atomii de oxigen dintr-o moleculă, electronegativi, şi atomii dehidrogen din alte molecule, electropozitivi, se stabileşte o atracţie electrostatică, cedetermină legături între molecule, numite legături de hidrogen
moleculelor , care la rândul lor printr-o serie de legături determină substan ţ e şi minerale , care prin asociere au dat na ştere rocilor .Deci unitatea fundamentală constituentă a rocilor sedimentare este mineralul.
Numărul mineralelor descoperite în natură este foarte mare, iar gruparea lor pe specii diferă în funcţie de clasificarea adoptată;totuşi, în momentul de faţă se poate aprecia că numărul lor este de cca. 2500 de minerale, număr ce creşte continuu cu cca. 40 mineraleanual. Din punctul de vedere al inginerului constructor însă, nu interesează în principal numărul mineralelor identificabile, cicontribuţia lor la compoziţia scoarţei terestre şi implicit a rocilor sedimentare. Astfel, se consideră că gradul de participare al diferitelorclase de minerale în compoziţia scoarţei terestre este următoarea:• silica ţ i 81% din care 55% feldspa ţ i şi 11% silice;• oxizi - hidroxizi (oxizi şi hidroxizi de fier, aluminiu, mangan, titan etc.)14%;
• carbona ţ i ( carbonatul de calciu, dolomit etc.) 0,7%;• fosfa ţ i (brushit, farmacolit etc.) 0,7%;• halogenuri (sarea gemă, fluorină, clorocalcit etc.) 0,5%;• sulfuri şi sulfa ţ i (baritină, mercalit etc.) 0,3- 0,4%;• elemente native (hidrogen, oxigen, fier, aur, argint, cupru, plumb, platină, diamant, arsen, sulf etc.) cca. 0,1%.
17
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
Pe baza studiilor efectuate, compoziţia chimico - mineralogică a particulelor solide din pământ ar fi:
• particule alcătuite predominant din cuarţcuarţ, caracterizate prin forme rotunjite şi dimensiuni între 0,2- 2,mmşi care constituie frac ţ iunea nisip;
• particule constituite din asocierea naturală a mineralelor de tipul feldspaţilor,feldspaţilor, micelormicelor şişi carbonaţilorcarbonaţilor, cudimensiuni cuprinse între 0,002 mm şi 0,2 mm şi care alcătuiesc frac ţ iunea praf ;• particule constituite din minerale secundare rezultate prin alterarea chimică a mineralelor primare în
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 109/533
• particule constituite din minerale secundare, rezultate prin alterarea chimică a mineralelor primare, înspecial a silicaţilor, caracterizate prin forme plate şi aciculare şi dimensiuni mai mici de 0,002 mm şi carese regăsesc în frac ţ iunea argilă.
Analizându-se cu ajutorul razelor X ,structura silicaţilor (întrucât majoritateamajoritateamineralelormineralelor constituente a particulelor cealcătuiesc rocile sedimentare, fac parte dinclasaclasa silica ilorsilica ilor s-a constatat că la bazastructurii lor stă grupagrupa tetraedricătetraedrică [[S S iiOO44]]
44-- încare ionul de siliciu [S i4+], este înconjurat de
patru ioni de oxigen [O2-], situaţi în colţurileunui tetraedru şi grupagrupa octaedricăoctaedrică cu ioni dealuminiu, magneziu, fier etc., situaţi încentrul unui octaedru şi înconjuraţi de şaseioni de hidroxil, ele comportându-se camacroioni.
a) tetraedru de siliciu b) octaedru de Al, Mg, Fe, etc.
Elementele structurale ale silicaţilor
18
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
În funcţie de modalităţile deasociere a macroionilor, deci atetraedrelor şi octaedrelor şi denumărul lor în unitatea de bază,prin valenţele disponibile rezultă
o mare varietate de silicaţigrupaţi în :
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 110/533
g p ţ
• nezosilica ţ i, silicaţi cugrupări tetraedrice izolate deSiO4;• sorosilica ţ i, silicaţi cu
grupări de două tetraedre de SiO4
• ciclosilica ţ i, silicaţi cugrupări inelare de 3, 4 şi 6 tetraedre ;
• ionosilica ţ i, silicaţi formaţi dinlanţuri infinite simple sau duble detetraedre, legaţi prin ioni comuni deoxigen;• filosilica ţ i, silicaţi cu structuriinfinite de tetraedre de SiO4 legaţiprin intermediul a trei ioni de oxigencuplaţi sau nu cu octaedre• tectosilica ţ i, silicaţi cu reţeletridimensionale continui de tetraedre( Al; SiO4), prin intermediul a patruioni comuni de oxigen
Structura silicaţilorFilosilica ţ iiFilosilica ţ ii sunt rezultatul asocierii tetraedrelor de siliciu [SiO4]4-, prin
intermediul a câte trei ioni de oxigen din planul bazei tetraedrului, rezultând o
reţea plană infinită, asemănătoare unei reţele hexagonale. Prezenţa valenţelordisponibile ale ionului de oxigen face ca reţelele tetraedrice să se lege între eleprin cationi de Al3+ , Mg3+ , Fe2+, care apar în coordonarea octaedrică determinândmineralele argiloase ca montmorillonitul,montmorillonitul, caolinitul,caolinitul, illitulillitul, , micamica , etc.
19
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
CaolinitulCaolinitul ((OH)8· Al4Si4O10⋅4· H 2O) s-a format prin alterarea rociloreruptive bogate în aluminosilicaţi, prin acţiunea apei încărcată cu CO2 ce a
îndepărtat alcaliile şi elementele feromagneziene, rezultând o îmbogăţire în alumină, ce împreună cu SiO2 au format caolinitul; în unele cazuri,
acesta a fost erodat şi redepus departe de locul de formare, în lacuri şi mărideterminând depozitele de sedimente argiloase. Ca structură, caolinitul
t f t di h t di t t d d ili i i t d d
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 111/533
este format din pachete suprapuse din tetraedre de siliciu şi octaedre dealuminiu.
Datorită modului de dispunere a tetraedrelor şi octaedrelor în cadrulpachetelor de caolinit, pe feţele lor se găsesc radicali diferiţi (O2-) şi (OH -)ce face posibilă apariţia unor legături de hidrogen între pachete şi careconferăconferă caolinituluicaolinitului oo anumităanumită rigiditaterigiditate aa reţeleireţelei salesale cristalinecristaline în în raportraport cucuapaapa şişi decideci unun potenţialpotenţial dede umflareumflare –– contracţiecontracţie redus,redus, iariar introdusintrodus în în apăapă
nunu sese disperseazădispersează în în particuleleparticulele componentecomponente.. Montmorillonitul Montmorillonitul OH · Al ·Si ⋅O ⋅n· H O , s-a format rin
Structura caolinitului
alterarea rocilor eruptive bazice într-un mediu alcalin, el putând fi întâlnitşi în alcătuirea unor varietăţi de soluri din ţara noastră (Slănic, Câmpia
Turzii, Simeria, Valea Chiuarului etc.).Structura montmorillonitului constă în două straturi de tetraedre desiliciu, interconectate într-un sistem hexagonal, ce cuprind între ele unstrat de octaedre de aluminiu.
Straturile de tetraedre sunt orientate cu vârfurile spre stratuloctaedric, cu care se interconectează prin intermediul oxigenilor activi, cesubstituie o parte din grupările hidroxil (OH -). Datorită existenţei pe
planurile de separaţie dintre pachetele tristrat, a aceloraşi radicali (O-),forţele de legătură sunt de tipul Van der Waals, cele mai slabe forţe ce semanifestă la nivel interparticular.
Structura montmorillonitului
20
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
Spre deosebire de pachetul de caolinit, pachetul de montmorillonit nu este electric neutru, el având o sarcină
electronegativă necompensată de cca. 0,25 ÷ 0,66 , datorită diferitelor substituiri de ioni în special a Al3+ cu Mg2+,cu valenţe diferite din tetraedrele şi octaedrele straturilor din pachete.
Existenţa sarcinilor electronegative necompensate şi a slabelor forţe de legătură dintre pachete, face ca
montmorillonitul să adsoarbă în spaţiul dintre pachete molecule de apă şi ioni hidrataţi, în special cationii Na+ , K + ,Ca2+, de aceea distanţa dintre pachete variază între 8,6Å (uscat) şi 19,6Å (saturat). Deci el este un mineral cu oreţea cristalină extensibilă ce prezintă variaţiivariaţii marimari dede volumvolum lala variaţiilevariaţiile dede umiditateumiditate şişi respectivrespectiv poatepoate dezvoltadezvolta
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 112/533
re ţ ea cristalină extensibilă , ce prezintă variaţiivariaţii marimari dede volumvolum lala variaţiilevariaţiile dede umiditateumiditate şişi respectiv,respectiv, poatepoate dezvoltadezvoltapresiunipresiuni dede umflareumflare importanteimportante..
Reprezentarea schematică a unor filosilicaţi
Deşi prin adsorbţia apei şi a cationilor hidrataţi, structura pachetului de montmorillonit nu se modifică, proprietăţile
lui fizico-mecanice sunt diferite în funcţie de natura cationilor adsorbiţi, fapt ce a determinat separarea montmorillonitului în montmorillonit – Na şi montmorillonit – Ca.Montmorillonitul este un component principal al unor argile. ArgilaArgila cece conţineconţine pestepeste 7575%% montmorillonitmontmorillonit sese numeştenumeştebentonit ăbentonit ă,, utilizatăutilizată lala susţinereasusţinerea pereţilorpereţilor săpăturilorsăpăturilor şişi forajelorforajelor..
21
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
Illitul, Illitul, ((OH )4 ·K y·( Al4Fe4 Mg4)·(Si8-y Al y)·O20) un mineral custructură tristrat, asemănătoare montmorillonitului, s-a format carezultat al alterării rocilor eruptive pe seama micelor sau altor minerale
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 113/533
rezultat al alterării rocilor eruptive, pe seama micelor sau altor mineraleasemănătoare, într-un mediu bogat în apă.
Deosebirea faţă de montmorillonit constă în substituirea unor ioni
de Si4+
cu ioni de Al3+
în reţeaua tetraedrică [cca. 1/6 ] ce determină o încărcare electronegativă a pachetului, care atrage astfel ioni de K +, înspaţiul dintre ele, rezultând o legătură mai puternică între pachete.
Ca răsp n re, tu se nt neşte n roc e se mentare arg oaseşi în bentonită, alături de montmorillonit şi caolinit. ProprietăţileProprietăţile salesale
fizicofizico--mecanice,mecanice, precumprecum şişi comportamentulcomportamentul în în raportraport cucu apa,apa, îl îl situeazăsituează între între caolinitcaolinit şişi montmorillonitmontmorillonit..
Tectosilica ţ ii sunt silicaţi cu o structură tridimensională, rezultatăprin conectarea în spaţiu a tetraedrelor de siliciu şi aluminiu, rezultândstructuri hexagonale. Din această categorie, mineralele cu largă
răspândire în structura rocilor sedimentare (cca. 10%) sunt feldspaţii şimineralele cuarţoase.Structura feldspaţilor
22Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 114/533
Structura cuarţului
Cuar ţ ulCuar ţ ul ((dioxidul de siliciu), constituie mineralulmineralul predominantpredominant alal fracţiuniifracţiunii dede nisipnisip, fiind un tectosilicat cu reţeaspaţială hexagonală de tetraedre, legaţi între ei prin vârfuri, punţi de oxigen.
Fiecare vârf fiind comun altor patru tetraedre identice [SiO4]4- , rezult ă pentru fiecare atom de siliciu, doi atomide oxigen şi prin aceasta o structur ă cu toate valen ţ ele satisf ăcute, stabilă chimic, f ăr ă clivaj, dur ă şi rezistent ă lacompresiune.
Diferenţele de simetrie ce apar în reţeaua cristalină determină existenţa a două tipuri de cuarţ numite α -cuar ţ , β -
cuar ţ . Structura spaţială poroasă şi neutră electric face ca densitatea cuarţului să fie de 2,65 g/cm3
, mai mică decât amineralelor argiloase. Ca răspândire, cuarţul se găseşte în majoritatea rocilor din ţara noastră ca şisturile cristaline,granite, gresii şi în rocile sedimentare (nisipul de Kliva din Carpaţii Orientali, nisipul de la Aghireş şi de la GlodnaRomână etc.).
23Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
Alcătuirea şi proprietăţile fazei lichide şi gazoase Faza lichidă – apa, lichid ce posedă proprietăţi specifice determinate de
propria ei structură → influenţeazăinfluenţează proprietăţileproprietăţile fizice,fizice, chimicechimice şişi mecanicemecanicealeale corpurilorcorpurilor cucu carecare vinevine în în contactcontact..
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 115/533
Schema dipolului de apă
Structura apei îngheţate
Aceste legături de hidrogen precum şi polaritatea moleculelor de apă, cuplate cuexistenţa în apă a diferitelor gaze (cca. 30% oxigen, 60% azot şi 10% dioxid de carbon ce seregăsesc în apa de ploaie) fac ca apa să exercite o puternică acţiune de dizolvare,dizolvare, hidratare,hidratare,hidrolizăhidroliză şi şi oxidareoxidare a diferitelor substanţe şi minerale ce intră în componenţa pământurilor,determinânddeterminând fenomenefenomene cece influenţeazăinfluenţează decisivdecisiv comportamentulcomportamentul acestoraacestora..
24Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
Acţiunea de dizolvare a apei se manifestă în funcţie de tipul reţelei mineralelor componente
a particulelor solide
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 116/533
Dizolvarea solidelorcu reţea ionică
Dizolvarea solidelor cu reţea moleculară polară şi reţea moleculară nepolară
25Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
Acţiunea de hidratare a apei
Hidratarea Hidratarea este procesul prin care, ionii substanţei (sau solidului) dedizolvat atragatrag şişi leagăleagă, prin forţe electrostatice, în în reţeareţea dipolidipoli dede apăapă dânddândnaşterenaştere hidraţilorhidraţilor. Hidraţii cu structură cristalină în care moleculele de apă
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 117/533
naşterenaştere hidra ţ ilor hidra ţ ilor . Hidraţii cu structură cristalină în care moleculele de apăse prezintă ca unităţi independente sunt denumiţi cristalohidra ţ i (ex.CaCl2.6H2O; MgSO4.7H2O etc.). Apa din reţea este denumită apă de
cristalizare, ce se pierde prin încălzire la diferite temperaturi.
Hidratarea montmorillonitului sodic
26Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 118/533
Oxidarea şi reducerea
sunt două fenomene cuplate, caracterizate prin pierderea (oxidarea) sau
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 119/533
sunt două fenomene cuplate, caracterizate prin pierderea (oxidarea) saucaptarea (reducerea) de electroni de către atomi sau ioni şi trecerea lor înioni respectiv în atomi neutri. Aceste procese se desf ăşoară în prezenţa
unor substanţe care captează electroni (oxidantul) sau a unei substanţecare cedează electroni (reducătorul), cele mai obişnuite sunt O2; H 2SO4 caoxidan i i C CO ca reducători.
28Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 120/533
InteracţiuneaInteracţiunea dintre faza solidă, lichidă şi gazoasădintre faza solidă, lichidă şi gazoasă
localizată, în principal,în zona de contact afazelor unde apare o
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 121/533
fazelor, unde apare ozonă de discontinuitate
(între fazele în contact),cu o grosime de cca.2·10-8 cm , ce determinăaşa numitele fenomene
de suprafaţă: tensiunea tensiunea superficială superficială; ; adsorbţia adsorbţia; ; schimbul schimbul ionic ionic; ; liofilia liofilia- -liofobia liofobia; ;
electrocapilaritatea electrocapilaritatea ..
30Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
Particulă argiloasă (caolinit-macroion) şi norul ionic
... în vecinătatea particulelor Sarcini electrice
necompensate la suprafaţa
particulelor solide (dinalcătuire, din fragmentare)
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 122/533
Ioni hidrataţi care au fostdiscolcaţi din reţeaua cristalină
(acţiunea de dizolvare şihidratare a apei) CâmpCâmp dede forţeforţe înîn juruljurulLocalizarea lanului extremei a ro ieri
particuleiparticulei → migrareacationilor şi dipolilor de apăspre particulă
Apropierea de particulă se facela distanţa impusă de proprialor dimensiune (a cationilor
hidrataţi), pe rânduri succesive,corespunzător forţelor delegătură
31Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 123/533
Apa în pământ apă strâns legată sau solidificată ce prezintăproprietăţile unui solid (densitate mare şirezistenţă la forfecare de cca. 2 daN/mm 2 )
fără să fie sub acţiunea unui câmp deforţe, dipolii de apă sunt într-o mişcarecontinuă haotică → apa prezentă la o
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 124/533
continuă, haotică, → apa prezentă la oanumită distanţă de particulă este apă apă liberă liberă
stratul de apă mărginit de conturul apeistrâns legate şi al apei libere poartănumele de apă apă slab slab legată legată sau peliculară
ansamblul apei strâns legate şi al apei slab legate în grosime de cca. 0,25 ÷ 0,50 µ
constituie apa apa adsorbită adsorbită Această apă adsorbită nu poate fi
eliminată din pământ decât prin creareaunui câmp de forţe exterior, fie denatură electrostatică, fie de natură
termică, care să învingă câmpulelectrostatic al particulei; drenareagravitaţională nu este eficientă.
33Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
Factorii care influenţează interacţiunea
între fazele pământului
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 125/533
dimensiunile şi forma particulelor
compoziţia mineralogică condi iile de mediu (concentra ia
electrolitică, pH) natura cationilor adsorbiţi
34Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
Dimensiunea şi forma particulelor este determinată de
compoziţia mineralogică şi
intensitatea proceselor dealterare chimică
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 126/533
cu cât mineraleleconstituente sunt mai puţindure, cu atât rezultăparticule cu dimensiuni maimici
gradul de dispersie , = 1/d aria (suprafaţa) specifică ,
( Asp = A/V sau Asp = A/M ).
∆
Mineral Raportuldimensiunilor
Dimensiuni Å Ariaspecifică
în m2 /gram(1 Å =10-10 m =10-7mm)
lungime grosime
Caolinit 10 x 10 x 1 1000-2000 100-1000 10Illit 20 x 20 x 1 1000-5000 50-500 80
Montmorillonit 100 x 100 x 1 1000-5000 10-50 80
Asp= ∆⋅K
Coeficientul ( K ), numit şiconstanta de formă
35Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
Compoziţia mineralogică tectosilicaţii, respectiv cuarţul, mineral preponderent în
fracţiunea nisip, nunu posedăposedă sarcinisarcini electriceelectrice necompensatenecompensate,spre deosebire de mineralelemineralele argiloaseargiloase (filosilicaţi) ce posedăposedă
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 127/533
p gg ( ţ ) ppastfelastfel dede sarcinisarcini pepe anumiteanumite direcţiidirecţii, ce iniţiază declanşarea
fenomenelor de interfaţă
,slabă intensitate în raport cu intensitateaintensitatea lorlor lala fracţiuneafracţiunea
argilăargilă, unde rolul preponderent revine raportului în care segăsesc în masa argilei cele trei minerale principale,montmorillonit - illit - caolinit, cucu unun potenţialpotenţial electrodinamicelectrodinamicdescrescătordescrescător dede lala montmorillonitmontmorillonit lala caolinitcaolinit, variabil şi înraport de ionii atraşi în complexul de adsorbţie
36Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
Condiţiile de mediu
determină major iniţierea şi desfăşurarea fenomenelorde interfaţă
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 128/533
sunt relevante prin posibilitateaposibilitatea practicăpractică dede modificaremodificare alor rinrin diferitediferite mi loacemi loace în sensul modificăriicontrolate a proprietăţilor pământurilorpământurilor cucu caracteristicicaracteristici
constructiveconstructive slabeslabe sausau dificiledificile dede fundarefundare.
pHpH-ul şi salinitateasalinitatea apei din pământ
37Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
pH-ul apei din pământ Indicele de aciditate
(pH) este definit calogaritm în baza zece,cu semn schimbat, al
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 129/533
concentraţiei ionilor dehidroniu (H+ ) dintr-osoluţie
pământ cu reacţieacidă – cu reacţie
alcalină
particulele pământurilor pământurilor cu cu reacţie reacţie acidă acidă devin devin electropozitive electropozitive pe pe măsură măsură ce ce pH pH- -ul ul scade scade ,
creşterea creşterea pH pH- -ului,ului, deci deci a a alcalinităţii alcalinităţii determină determină o o încărcare încărcare electronegativă electronegativă suplimentară suplimentară a a particulelor particulelor .
38Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 130/533
Natura cationilor din soluţie determină prin valenţa lor, grosimea stratului dublu electric şi respectiv
grosimea învelişului de apă adsorbită
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 131/533
în funcţie de tipultipul ionilorionilor din complexul de adsorbţie, grosimea grosimea stratului stratului argilos argilos , la aceeaşi cantitate de substanţă solidă, variază variază, fiind mai marepentru argilele cu complex sodic faţă de cele cu complex calcic sau dealuminiu.
Li+ >Na+ >Ca++ >Ba++ >Mg++ > Al+++ >Fe++ >K+>H+ >NH4+
40Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
Schimb ionic
Fenomenul de înlocuire a ionilor fixaţi pe suprafaţa particulei, prin f l l il i i ii i didi l il i l d
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 132/533
forţe electrostatice cu cu alţi alţi ioni ioni din din soluţie soluţie poartă numele de
schimb schimb ionic ionic , iar proprietatea particulelor solide ale pământului ce permit schimbul ionic se numeşte capacitate capacitate de de schimb schimb ionic ionic
Aceste Aceste schimbărischimbări aleale naturiinaturii ionilorionilor dindin complexulcomplexul dedeadsorbţieadsorbţie suntsunt însoţiteînsoţite dede modificărimodificări aleale grosimiigrosimii peliculeipeliculei dedeapăapă adsorbităadsorbită şişi prinprin aceasta,aceasta, dede modificări ale unorproprietăţi fizico-mecanice ale pământului
41Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
Mecanismul schimbului ionic
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 133/533
42Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
Importanţa modificării complexului de adsorbţie
Capacitatea de schimb
cationic este însă selectivă,în sensul că în reacţiile dedublu schimb se manifestă o
i ă di
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 134/533
anumită ordinepreferenţială, indicată de
valenţa cationilor.
În general se admite următoarea ordine de schimb:
H+> Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+> Li+
se poate interveni în vederea micşorării hidrofilităţii pământurilor, micşorării potenţialului de contracţie-umflare , reduceriireducerii permeabilităţii permeabilităţii (prin mărirea învelişului deapă adsorbită) sau creşteriicreşterii rezistenţelor rezistenţelor mecanice mecanice
43Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
Efectul câmpului electric
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 135/533
Fenomenul de migrare a cationilor hidrataţi spre catod poartă numele de electroosmoză electroosmoză , iar migrarea particulelor spre anod se numeşte electroforeză electroforeză . Totodată are loc şi disociereaelectrolitică a apei, ce determină acumularea de ioni de hidroniu la catod şiioni de oxidril la anod.
rezultă o îmbunătăţire a caracteristicilor fizico-mecanice prin electrodrenare
(deplasarea apei spre catod de unde este evacuată), electroîndesare (micşorarea învelişului de apă adsorbită) şi întărire electrochimică (datorităproceselor de cimentare şi de schimbare a complexului de adsorbţie)
44Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
Efectul unui câmp termic
Spre deosebire de câmpulelectric ce acţionează asupracationilor şi particuleielectronegative, câmpulcâmpul
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 136/533
termictermic acţioneazăacţionează asupraasupra
energieienergiei cineticecinetice aamoleculelormoleculelor dede apăapă mărindsau micşorând viteza
procesul de migrare migrare a a apei apei adsorbite adsorbite sub acţiuneagradienţilor de temperaturăpoartă numele determoosmoză termoosmoză
45Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
Proprietăţile pământului în raport cu apa
tensiunea superficială şi ascensiunea capilară a apei înpământ;
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 137/533
sucțiunea apei din porii pământului;
p as c a ea ş cons s en a p m n u u ;
variaţiile de volum determinate de variaţiile deumiditate;
sensibilitatea la îngheţ-dezgheţ a pământurilor.
46Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu
GeotehnicăGeotehnică – note de cursProf.dr.ing. Anghel Stanciu, Conf.dr.ing. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 138/533
Cursul nr.Cursul nr. 44
Bibliografie: A. Stanciu & I. Lungu, FUNDAŢII – IFizica şi Mecanica Pământurilor, Ed. Tehnică, 2006
Tensiunea superficială și ascensiunea capilarăPlasticitatea și consistența Variațiile de volum determinate de variațiile de umiditate
Sensibilitatea la îngheț
-dezgheț
http://www.sciencefair-projects.org/biology-projects/capillarity-of-soils.htmlhttp://www.isotop.co.il/ProjDisciplinaryProductEng.aspx?ProjectID=10&OperationID=16
http://www.griptite.com/applications/sinking-slab.aspxhttp://www.familyhandyman.com/DIY-Projects/Concrete---Brick/Concrete/how-to-build-a-solid-frostproof-deck-footing/View-All
Proprietăţile pământului în raport cu apa tensiunea superficială şi ascensiunea capilară a apei în
pământ;
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 139/533
sucțiunea apei din porii pământului;
p as c a ea ş cons s en a p m n u u ;
variaţiile de volum determinate de variaţiile deumiditate;
sensibilitatea la îngheţ-dezgheţ a pământurilor.
11-Jan-13 2Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Tensiunea superficială
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 140/533
tensiunea superficială este definită ca fiind forţa forţa perimetrală, perimetrală, exercitată exercitată tangenţial tangenţial la la interfaţa interfaţa a a două două aze,aze, pe pe un tatea un tatea e e ung me ung me
Corpurile umectate de către un lichid / apă sunt denumite liofile /hidrofile, iar cele ce nu
sunt umectate de către un lichid / apă sunt denumite liofobe / hidrofobe De-a lungul perimetrului de umectare, în fiecare punct, la interfaţa celor trei faze, solid,
lichid, gaz se consideră că se exercită următoarele tensiuni superficiale sau interfazice:-tensiunea superficială dintre gaz şi lichid ;-tensiunea superficială dintre solid şi gaz ;
-tensiunea superficială dintre solid şi lichid ;( ) ( ) ( )t Rt t F f ut gllssg −⋅−−= θ σ σ σ cos1
glσ
sgσ
slσ
11-Jan-13 3Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Tensiunea de adeziune
la echilibru
diferenţa adeziune/tensiune de adeziune
0cos =⋅−− ugllssg θ σ σ cosls sg
u
gl
σ σ θ
σ
−⇒ =
( )vT a −=sglsa σ σ σ −=
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 141/533
Tensiunea de adeziune se poate determina în funcţie de tensiunea
superficială a lichidului sau mai simplu Ts şi unghiul de umectare
T θ σ cos⋅−=
glσ uθ
Într-un vas cu apă, suprafaţa apei la contactul cu pereţii se curbează prin
meniscuri concave (componenta verticală a tensiunii superficiale învingeadeziunea) şi se ridică până la o înălţime h’c
Vas → tub cu diametrul mic (2-3mm) în care apa se ridică prin unirea celor
două meniscuri →tub capilar
11-Jan-13 4Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Ascensiunea capilară
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 142/533
Curbarea membranei prin apariţia deficitului de presiune Determinarea numit şi sucţiune prin stabilirea acţiunilor asupra membranei, Ts (T v
şi To ), deficitul de presiune şi aplicarea condiţiei de echilibru pe direcţie verticală
a) înăl ţ imea capilar ă hc b) adeziunea σ a c) similitudinea cu membrana elastică
p u∆ = ∆
u∆ p u∆ = ∆
11-Jan-13 5Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
( )90
12 cos cos cos 0u
u s ur T u dAθ
π θ θ α−
⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − ∆ ⋅ ⋅ =∫
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 143/533
( )10
2 cos cos cos 0u s ur T u dAπ θ θ α ∆ ∫2
1
2 2 cos1 cos2
s u
u
T ur
θ θ
⋅ ⋅∆ = ⋅
+⇒
valoarea deficitului depresiune din interiorul apeisituată sub menisc concav, înimediata sa vecinătate, esteeste
inversinvers proporţionalăproporţională cucu razarazatubuluitubului capilarcapilar..
LichidTensiunea superficială
N/cm
Apă 72,8 · 10-5
Mercur
- în aer 514,6 · 10-5
- în vacuum 486,8 · 10-5
Carbon tetraclorid 26,8 · 10-5
Alcool, etil 22,3 · 10-5
Ulei 36,6 · 10-5
1
sur
⋅∆ =
11-Jan-13 6Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Înălţimea capilară Acest deficit de presiune, această sorbţie, rezultat al fenomenelor de
interfaţă, menţine meniscul curbat şi totodată determină ridicarea apei printubul capilar din poziţia ( 1 ) în poziţia ( 2 ), la o înălţime echivalentă (înălţimeacapilară h c ), deasupra nivelului apei din vas.
Determinarea valorii înălţimii capilare h se face
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 144/533
Determinarea valorii înălţimii capilare h c se face
din corelaţia ca forţa ascensională dată desorbţie să fie egalată de greutatea coloanei deapă din tub.
( )2 2
v[ ]c w
r u r h gπ π ρ ρ ⋅ ⋅ ∆ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ −
( )v
2 cos 2 coss u s uc
w
T T u hr r g
θ θ
ρ ρ
⋅ ⋅ ⋅ ⋅∆ = → =
⋅ ⋅ − w
usc
r
T h
γ
θ
⋅
⋅⋅=
cos2
0,154 cos uch
r
θ ⋅=
0,154( )ch cm
r
=
11-Jan-13 7Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Ascensiunea apei capilare în pământuri
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 145/533
în cazul pământurilor necoezive există o anumită concordanţă în privinţa ordinului demărime al înălţimii capilare furnizat de relaţiile de calcul teoretice şi datele experimentale
însă pământurile coezive, ai căror pori au dimensiuni de ordinul micronilor ( d por ≅ 0,2 ·d particulă ), relaţiile teoretice indică înălţimi capilare de ordinul zecilor de metri, în totală
discordanţă cu determinările experimentale ( h c ≅ 2-3m ), fapt cauzat printre altele deprezenţa apei adsorbite în jurul particulelor, ce obturează porii de dimensiuni capilare.
a) angrenajul capilar din pământuri b) înăl ţ imea capilar ă în capilarele Jamin
11-Jan-13 8Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Dimensiunile porilor prin:• pori supracapilari ( ), la care nu se manifestă fenomenul de
capilaritate, apa deplasându-se sub influenţa câmpului gravitaţional• pori capilari ( ), în care circulaţia apei are loc subacţiunea deficitului de presiune, apa ridicându-se la hc
• pori subcapilari ( ) la care apa este reţinută în complexul de
0,508 mmφ ≥
0 00002 mmφ ≤
0, 0002 0, 508 mmφ ≤ ≤
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 146/533
• pori subcapilari ( ),la care apa este reţinută în complexul de
adsorbţie al particulei
0,00002 mmφ ≤
c
10d ec
⋅
c - coeficient empiric care variază între 10şi 40 mm2;e - indicele porilor;d
10
- diametrul eficace (efectiv) alpământului, exprimat în mm.
Natura pământului (cm)Nisip mare 5-10
Nisip mijlociu 10-30
Nisip fin 30-60
Praf 60-100
Argilă prăfoasă 120-160
Argilă ≤ 400
11-Jan-13 9Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Zone de apă capilară în pământ
zona de saturare capilară , a,
delimitată de linia continuă ameniscurilor şi de nivelul hidrostatic, secaracterizează prin existenţa continuă acoloanelor capilare ce umplu completgolurile dintre particule Înălţimea
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 147/533
golurile dintre particule. Înălţimeaacestei zone este dependentă defluctuaţiile nivelului hidrostatic;
zona de saturare parţială capilară, b , situată deasupra zonei de saturare, prezintă o înălţime
dependentă de nivelul hidrostatic. Pe această zonă, coloanele de apă capilară pot fi continui sau întrerupte(apa capilară suspendată), delimitată de coloane sau bule de aer sau gaz ce sunt sau nu, în contact cuatmosfera. Ca urmare, în această zonă, gradul de saturaţie este variabil şi în general se constată o scădere a lui verticală, pe măsura depărtării de nivelul hidrostatic; zona de apă capilară de contact, c, cuprinde apa capilară localizată în jurul contactelor dintre particule.Cum ea este situată în vecinătatea suprafeţei terenului, apa capilară provine în principal din infiltraţiile apei de
precipitaţie, condensări ale vaporilor de apă din goluri, la variaţii de temperatură şi în mai mică măsură prinscăderea nivelului hidrostatic. Golurile capilare în această zonă sunt de regulă continui şi în majoritate încontact cu atmosfera.
11-Jan-13 10Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Presiunea capilară
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 148/533
deficit de presiune → To (componenta orizontală → tinde să apropie pereţiitubului) şi Tv (componenta verticală → determină comprimarea scheletuluisolid)
Rezultanta forţelor de compresiune, pe unitatea de suprafaţă, egală cu forţa ascensională a
meniscurilor, se numeşte presiune capilară
u∆
wck huσ ⋅=∆=
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu11-Jan-13 11
În cazul în care apare şi presiunea atmosferică
dacă z > z 0, în apa capilară vor apărea tensiuni deîntindere, iar în scheletul solid, tensiuni decompresiune de valoare egală cu cele de întindere(d).
z pu wat z ⋅−=∆
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 149/533
dacă z < z 0 în apă vor rezulta solicitări de
compresiune (conform legii hidrostatice), scheletulsolid fiind supus la eforturi de întindere (forţăascens ona ar me c . n psa pres unatmosferice, apa capilară pe toată înălţimea capilară
va fi supusă tensiunilor de întindere iar scheletul lacompresiune (b) presiunea care încarcă scheletul solid (pk )
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
k s k g k k z p A A p e e uσ σ ⋅ = ⋅ ⇒ = ⋅ = ⋅ ∆
( ) ( ) k k k k k sk e pn p A p σ σ σ ⋅+=⇒=−⋅⇒⋅=⋅ 111
11-Jan-13 12
Concluzii practice:
pentru zona de saturare capilară a unui pământ necoeziv, presiunea capilară pe schelet(pk ) trebuie considerată la nivelul respectiv ca o sarcină exterioară continuă, uniformrepartizată (valori orientative în tabelul de mai jos);
presiunea/tensiunea efectivă la o anumită cotă va fi suma a 3 presiuni:uσ σ ′ = − c z h≤
( )log
pz z k
presiunea presiunea din sarcina geo icăcapilarăactiunea exterioară calculată cu
pγ
γ
σ σ σ
′
′ = + +1424314243 14243
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 150/533
pentru fundaţiile de suprafaţă, la care talpa se plasează sub nivelul liniei de saturarecapilară, dar deasupra nivelului apei subterane, presiunea capilară pe schelet (pk ) se vaconsidera asemeni sarcinii eolo ice de la nivelul tăl ii uniform i continuu
( ) capilar ăactiunea exterioar ă calculat ă cu γ
Dσ γ ′= ⋅
distribuită.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Tipul de pământ Înălţimea capilară(mm) Presiunea capilară(kN/m2 )
pietriş mic < 100 < 1,0nisip mare 100÷ 150 1÷ 1,5nisip mijlociu 150÷ 300 1,5÷ 3,0nisip fin 300÷ 1000 3,0÷ 10,0
praf 1000÷ 10000 10,0÷ 100,0argilă > 10000 > 100,0
11-Jan-13 13
Apa capilară de contact
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 151/533
• aceasta, prin tensiunile superficiale ale meniscurilor, induce presiuni capilare apreciabile, datorităraze or m c a e men scur or, ce n s preseze granu e e une e n a e e, e erm n ne erm n n oo anumanumlegăturălegătură întreîntre granulegranule, similară ca acţiune unor forţe de atracţie, ceea ce a determinat introducereanoţiunii de coeziune aparentă , ce caracterizează acest fenomen.
• coeziunea aparentă se manifestă atâta timp cât există meniscuri capilare în masa de pământ şidispare odată cu dispariţia meniscurilor de contact, prinprin uscareauscarea pământuluipământului sausau saturareasaturarea luilui(umplerea tuturor porilor cu apă)
• prin valorile importante ale coeziunii aparente face ca nisipurile (pământuri necoezive), la valoriale umidităţii de cca. 5- 6%, să prezinte rezistenţe la întindere şi forfecare sporite şi chiar să se
menţină în taluz vertical pe cca. 50 cm şişi totodatătotodată săsă prezinteprezinte oo înfoiereînfoiere caracterizatăcaracterizată printrprintr--ooporozitateporozitate maximămaximă
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu11-Jan-13 14
Înfoierea pământurilor gradul de înfoiere
, definit ca fiind raportul dintre densitatea
pământului în stare naturală (ρ) şi densitatea volumică a pământului după săpare ( ρ g )
utilizat în calculul volumelor de pământ rezultate dinsăpături, ce sporesc prin afânare cu cca. ( i-1 )⋅ 100
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 152/533
pentru terenuri foarte coezive……………. 30- 35%
pentru terenuri de coeziune mijlocie...….. .25- 30%
pentru terenuri slab coezive şi necoezive..15- 25%
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Tipul pământului Înfoierea iniţială (%) Înfoierea remanentă (%)
Pământuri nisipoase 15 3Nisipuri argiloase 20 4
Argile nisipoase 25 5 Argile compacte 30 7Roci masive moi 40 15Roci masive tari 50 25
• La recompactareapământului rezultat dinsăpătură şi care s-a înfoiat seseconstatăconstată obţinereaobţinerea unuiunui gradgraddede compactarecompactare maimai micmic decâtdecâtcelcel pepe carecare ll--aa avutavut înîn starestarenaturalănaturală, diferenţa definindu-
se prin aşa numita înfoiereînfoiereremanentăremanentă
11-Jan-13 15
Sucţiunea apei din porii pământului
este definită (STAS 3950-81) ca fiind deficitul deficitul de de presiune presiune în în
raport raport cu cu presiunea presiunea atmosferică,atmosferică, care care apare apare în în apa apa din din porii porii materialelor materialelor hidrofile hidrofile nesaturate nesaturate (porii(porii suntsunt parţialparţial umpluţiumpluţicucu apă)apă)..
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 153/533
sucţiunea poate fi interpretată nu numai ca deficit de( ) ( ) ( )2 0cm.H O =13,59 - cm.Hgucs h h
× ⋅
presiune dar şi ca efort de tracţiune, ce se exercităasupra apei şi prin urmare sese poatepoate măsuramăsura înîn N/cmN/cm22,,
baribari sausau centimetricentimetri coloanăcoloană echivalentăechivalentă dede apăapă ( h ).
indicele sorbţional pF sau potenţialul de umiditate ,exprimat ca logaritmul în baza zece din înălţimea
coloanei de apă echivalentă: pF= log 10h
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu11-Jan-13 16
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 154/533
În cazul pământurilor necoezive , fenomenele deinterfaţă determină apariţia meniscurilorcapilare, ce induc în masa apei pe care omărginesc un deficit de presiune ( ∆u ), caredetermină sorbţia apei din tensiometru şi prinaceasta denivelarea manometrului, ce sestabilizează în momentul echilibrării câmpuluide forţe ce se exercită asupra apei capilare. Caurmare, pentru aceste pământuri sucţiunea esteegală cu forţa ascensională a meniscurilorcapilare, deci , s uc = - ∆u = - ( - γ⋅ hc ).
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
• În cazul pământurilor coezive , fenomenele de interfaţădetermină existenţa în jurul particulelor a complexului de
adsorbţie, respectiv a apei adsorbite, cu grosime dictatăde valoarea potenţialului termodinamic al particulelor.Dacă grosimea învelişului de apă adsorbită din jurulparticulelor nu asigură saturarea potenţialuluitermodinamic, atunci câmpul de forţe nesaturat tinde să-şi asigure grosimea maximă de apă adsorbită, prinexercitarea unei sorbţii asupra apei libere dintensiometru, până la atingerea grosimii corespunzătoarea învelişului de apă adsorbită.
11-Jan-13 17
Pentru acelaşi pământ, cu cât conţinutul de apă este mai mic, deci pământul mai uscat, razelemeniscurilor capilare rezultă mai mici şi deficitul de presiune ∆u mai mare respectiv grosimi aleînvelişurilor de apă adsorbite mai mici şi intensitatea câmpului de forţe nesaturate mai mare,determinânddeterminând astfelastfel migrareamigrarea apeiapei capilarecapilare şişi adsorbiteadsorbite prinprin pământ,pământ, în vederea regăsirii stării deechilibru, momentan perturbate.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 155/533
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
În principiu, metodele de determinare a sucţiunii se bazează pe ideea supunerii probelor de pământ unei sorbţii /sucţiuni induse de o anumită valoare (PF →1033 cm coloană de apă = 1 atm = 0,98 bar = 0,97 daN/cm2 ≈ 100 kPala 25oC), aşteptarea unui anumit timp prestabilit (bazat pe încercări anterioare), până la realizarea unui echilibru între
sorbţia indusă probei de pământ şi forţele de legătură care menţin apa adsorbită în probă. La acel moment sedetermină, prin metodologia clasică, umiditatea probei ( w i ) şi se obţine astfel un punct ( i ) al curbei prin coordonatelesale ( w i , pF i =lg s uci ).
11-Jan-13 18
Drenare gravitaţională Filtre aciculare vacumate Drenare electro-osmotică Umiditatea corespunzătoare unei
sucţiuni de 15 bari (pF=4,2) este denumită , umiditatea de ofilire permanentă ( w of ).
Umiditatea corespunzătoare sucţiunii de 1/3 bari (pF = 2,5) este definită
fii d p it t d â p
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 156/533
ca fiind capacitatea de câmp
( w 0,33=w câmp ) adică umiditateacorespunzătoare cantităţiimaxime de apă strâns şi slabegată n păm nt.
În concluzie, cunoaştereacapacităţii de reţinere a apei decătre pământuri la diferitesucţiuni permite soluţionareaunor probleme tehnice ca:estimarea tasărilor sau umflărilorca urmare a variaţiilor de volum,drenarea şi irigarea terenurilor şirespectiv proiectareaîmbrăcăminţilor rutiere şi deaerodromuri
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu11-Jan-13 19
Plasticitatea şi consistenţa pământurilor argiloase Particulele solide sunt înconjurate de un
complex de adsorbţie: de grosime neglijabilă în raport de dimensiunea
particulei – nisipurinisipuri de grosime comparabilă cu dimensiunea
particulei – pământuripământuri coezivecoezive Câmp de forţe de atracţie generat de particule
asupra apei şi cationilor hidrataţi → atracţieatracţieasupraasupra aceloraşiaceloraşi cationicationi hidrataţihidrataţi dede cătrecătre maimai
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 157/533
pp şş ţţ
multemulte particuleparticule → oo forţăforţă dede coeziunecoeziune variabilă variabilă ca intensitate, în funcţie de grosimeacomplexului de adsorbţie şi de cantitatea de apădin pământ, deci dede umiditateaumiditatea lorlor.
coeziune structurală - cs nu se reface prin remaniere
coeziune electromoleculară – c w se reface prin remaniere
PământPământ uscatuscat – corp solid,solid, cucu structurăstructură rigidărigidă,rezistenţe mecanice relativ mari şi culorideschise
PrinPrin umezireumezire – creşte grosimea peliculei de apăadsorbită, dispar contactele directe întreparticule, devinedevine maimai deformabildeformabil prin schimbare
de formă → iar cândcând apaapa suplimentatăsuplimentată prinprinumezireumezire nunu maimai esteeste adsorbităadsorbită, se reduc până ladispariţie forţele de atracţie şi pământulpământul devinedevineunun fluidfluid vâscos vâscos..
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu11-Jan-13 20
Această proprietate a unor pământuri coezive (argiloase) sau semicoezive (prăfoase), aflate între anumite limite de umiditate , , de a se
deforma ireversibil sub acţiunea forţelor exterioare , fără variaţii ale volumului şi fără apariţia unor discontinuităţi în masa lor poartă numele de plasticitate (STAS 3950-81).
p Lw w−
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 158/533
este deci o proprietate intrinsecă a acestor tipuri de
,influenţată de umiditatea de zăcământ a pământului
Pământuri plastice Pământuri neplastice (nisip)
Starea solidă Starea semisolidă Starea plastică Starea de curgere (fluidă)
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu11-Jan-13 21
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 159/533
121,0
⋅=n
ww L
Limita superioră de plasticitate (de curgere, de lichiditate – liquid limit) – w L, umiditatea care corespunde treceriipământului din stare plastică în stare curgătoare.
Cupa Casagrande – metodologie - se defineşte ca fiind limita superioară de plasticitate ( w L ), umiditatea probeiomogenizate, la care şanţul se închide pe o lungime de 12 mm la 25 de căderi ale cupei.
Determinarea efectivă se face prin interpolare grafică, între două încercări paralele ( 1,2 ), ce determină în sistemul decoordonate ( log n , O, w ) o dreaptă. Conul Vasiliev - limita supe-rioară de plasticitate este definită ca fiind umiditatea corespunzătoare pastei
omogenizate pentru care conul pătrunde sub propria-i greutate 10 mm în pastă
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
25n este numărul de căderi ale cupei;
w , umiditatea corespunzătoare
numărului de căderi.
11-Jan-13 22
limita inferioară de plasticitate ( w P – plastic limit) sau limită de frământare,respectiv umiditatea care corespunde trecerii pământului din stare tare în stare
plastică; Metoda cilindrilor de pământ – se realizează cilindri din pământ
omogenizat, prin rulare - dacă cilindrii realizaţi, cu lungimea de cca. 30- 50 mm , fisurează în momentul atingerii diametrului de 3-4 mm, se
consideră că pământul are o umiditate corespunzătoare limitei inferioarede plasticitate sau limitei de frământare Metoda mediilor adsorbante - constă în principiu în eliminarea excesului
de apă peste cel corespunzător limitei de frământare, prin supunereaunor probe de pământ remaniat (disc cu , limitatde hârtie de filtru) unei presiuni standard de 63,5 daN/cm2 timp de 30secunde (STAS 1913/4-86).
50 mmφ = 2h mm=
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 160/533
( )
pentru pământurile cu plasticitate redusă ( Ip < 5% ) şi cu fracţiunea P 74 ≈ 5–12%, unde limitele de plasticitate nu se pot determina cu suficientă exactitate,
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
a ora oru ru er n a orn a a pus a punc o ncercare e m surare a e emen e or fine (argiloase) dintr-o masă de nisip.
Indicele ce defineşte raportul între fracţiunea de nisip şi elementele fineeste echivalentul de nisip (EN ) definit ca raportul dintre volumul părţilor
silicioase sedimentate ( nisip ) şi volumul total al mate-rialului spălat şi floculat
EN% 1001
2⋅=
H
H
20 EN ≤ plastice;
20 < 30 EN ≤ cu plasticitate mijlocie;
EN > 30 neplastice
11-Jan-13 23
Echivalentul de nisip, încercare complementară indicelui de plasticitate, poate fi utilizat şi pentru studiulmaterialelor destinate construcţiei drumurilor, respectiv a agregatelor din betoanele de ciment şi dinmixturile bituminoase (un agregat bun trebuie să aibă EN >85%).
se defineşte coeficientul de activitate ca fiind raportul între procentajul de filer (elemente fine) de referinţă(tabelul de mai jos) şi procentajul de filer al nisipului studiat, pentru aceeaşi valoare a echivalentului de
nisip:
E N %10
095 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10
7,5 5 2,5 0
aENavandstudiatnisipuluialfilerdeprocentul
aENpentrureferintadeuimaterialulalfilerdeprocentulCA
=
==
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 161/533
% f i l e
r
0 0 0 2 3,5 5 6 7,5 8 9 10 12 13 16 19 24 30 38 55 60 70 80 100
între două agregate care au aceeaşi valoare EN este indicat să se utilizeze cel care posedă valoarea CA maipuţin ridicată;
dacă CA este mai mic decât 1, atunci filerul conţinut în agregatul studiat are o influenţă mai mică asupra lui EN decât filerul de calcar de referinţă;
dacă CA este ridicat ( 4 la 5 ) este cert că filerul din agregatul studiat este argilos.Încercarea cu albastru de metilen - Valoarea de albastru de metilen ( VA ), sau indicele de albastru de metilen (Iam )
reprezintă cantitatea de albastru de metilen adsorbită pe suprafaţa specifică totală (internă şi externă), aparticulelor de pământ → indice de nocivitate al pământului, din punct de vedere al folosirii ca material de
construcţie pentru terasamente.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
2
% 100 am I N
A= ⋅
11-Jan-13 24
Caracterizareapământului
Observaţii
< 0,1Pământ insensibil
la apă
Caracterizare convenţională, deoarece nu poateexista practic un pământ insensibil la apă.
Criteriul trebuie completat cu criteriul granulometric:fracţiunea sub 80 12%0,2 Sensibilitatea la apă apare cu siguranţă
1,5 Limita dintre pământurile nisipoase-prăfoase şi cele nisipoase-argiloase
µ ≤
/ a m
VA I
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 162/533
2,5 Limita dintre pământurile prăfoase cu plasticitate redusă şi cele cuplasticitate medie
6,0 Limita dintre pământurile prăfoase şi cele argiloase
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
8,0 Limita dintre pământurile argiloase şi cele foarte argiloase
1 N ≤ inactive, fără fracţiunea argilă;
3 N ≤ 1< inactive, cu minerale argiloase;3 < 5 N ≤ puţin active, cu 0-10% montmorillonit;
5 < N ≤ 8 activitate medie, pământuri normale cu 10-50% montmorillonit;
8 < N ≤
N > 18 foarte active şi foarte nocive cu 90-100 montmorillonit.18 activitate mare, pământuri nocive cu 50-90% montmorillonit;
11-Jan-13 25
Indice de plasticitate: Ip = w L – w P → caracterizarea pământurilor coezive
Starea de plasticitate I p Denumirea pământului
Neplastice 0 Nisip
Cu plasticitate redusă ≤ 10 Nisip prăfos, praf nisiposCu plasticitate mijlocie 11…20 Praf, praf argilos, nisip argilos
Cu plasticitate mare 21… 35 Argilă, argilă prăfoasă, argilă nisipoasă
Cu plasticitate foarte mare > 35 Argilă grasă
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 163/533
evaluarea stării de plasticitate pe criterii empirice
Posibilitate de Diametrul
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Nr.crt. globală
Aparenţă la pipăit frământare acilindraşilor
minim acilindraşilor
1 Neplastic Aspru Nu se poate executa
Nu se poate
executa2 Uşor plastic Aspru – neted Dificil de executat 6 mm
3 Plasticitate redusă Aspru spre neted Mai puţin dificil 3,5 mm
4 Plasticitate medie Neted Uşor de executat 2 mm
5 Plasticitate ridicată StrălucitorFoarte uşor de
executat
1 mm
6Plasticitate foarte
ridicatăFoarte strălucitor,
ca cearaFoarte uşor de
executat0,5 mm
11-Jan-13 26
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 164/533
Diagrama de variaţie a plasticităţii cu limita decurgere şi clasificarea pământurilor dupăCasagrande
LimiteleLimitele dede plasticitateplasticitate suntsunt dependentedependente dede masamasaprocentualăprocentuală dede particuleparticule argiloaseargiloase şişi dede naturanatura
mineralelormineralelor argiloaseargiloase
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu11-Jan-13 27
Mineralul Cationi w s % w p % w L % I p %
m o n t m o r i l l o n
i t Na 9,8 54 710 656
K 9,3 98 660 562Ca 10,5 81 510 429Mg 14,7 60 410 350Fe 10,3 75 290 215Fe - 73 140 67
Umidităţile limită ale principalelor minerale argiloase
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 165/533
Na 15,4 53 120 67K 17,5 60 120 60Ca 16,8 45 100 55
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
i l l i t
Mg 14,7 46 95 49Fe 15,3 49 110 61
Fe - 46 79 33
c a o
l i n i t
Na 26,8 32 53 21K - 29 49 20Ca 24,5 27 38 11Mg 28,7 31 54 23
Fe 29,2 37 59 22Fe - 35 56 21
11-Jan-13 28
Indicele de consistenţă Cum proprietăţile mecanice sunt dictate de rigiditatea structurii pământurilor (cu cât un pământ are o umiditate
mai redusă, structura sa este mai rigidă şi indicii mecanici au valori mai ridicate) este necesar a se preciza starea
sa fizică (de consistenţă) înîn raportraport cucu umidităţileumidităţile limitălimită în mod similar ca starea de îndesare la pământurilenecoezive. pentru a determina cantitativ poziţia unui pământ pe axa umidităţilor şi a stabili starea de consistenţă, s-a definit
indicele de consistenţă ( I c ), respectiv de lichiditate ( I L = 1 – I c )
În consecinţă, stările fizice ale pământului în raport de
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 166/533
valorile indicelui de consistenţă vor fi:
starea lichidă sau curgătoare 0,0<c I
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
p L
Lc
ww
ww I
−
−=
starea plastică
starea semisolidă
starea solidă
0,00,1 << c I
( )1 / c L s p I w w I ≤ ≤ −
( ) / / L s p c L pw w I I w I − ≤ ≤
11-Jan-13 29
Caracterizarepământ
Indice de consistenţă Indice de lichiditate
Curgătoare
Plastic curgătoare
Plastic moalePlastic consistentă
Plastic vârtoasă
Tare
0<c I 0,1≥ L I
25,0≤c I 0,175,0 << L I
50,025,0 ≤< c I 75,050,0 ≤< L I
75,050,0 ≤< c I 50,025,0 ≤< L I
0,175,0 << c I 25,0≤ L I
0,1≥c I 0≤ L I
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 167/533
Rezistenţa la Presiunea critică pe pământ (daN/cm2 )
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
monoaxială(daN/cm2 )
STAS 1243-88
Terzaghi şi Peck
fundaţii pătrate fundaţii continui
< 0,25 plastic curgător foarte moale ≤ 0,71 ≤ 0,92
0,25 – 0,50 plastic moale moale 0,71 – 1,42 0,92 – 1,85
0,50 – 1,0 plastic consistent mediu 1,42 – 2,85 1,85 – 3,71,0 – 2,0 plastic vârtos rigid 2,85 – 5,7 3,7 – 7,4
2,0 – 4,0 tare foarte rigid 5,7 – 11,4 7,4 – 14,8> 4,0 tare tare ≥ 11,4 ≥ 14,8
11-Jan-13 30
Concluzii privind consistenţa pământurilor:
• pământurile cu I c <0,5 nu pot fi folosite ca terenuri de fundare, fără a fi îmbunătăţite, iar lafundarea pe pământuri cu I
c
< 0,75 sunt de aşteptat tasări apreciabile sub sarcină. Atunci cândpământul se utilizează ca material de construcţie a terasamentelor este indicat ca I p ≤ 10…15%, iarîn cazul straturilor de formă < 6. Indicele de consistenţă să fie (pentru < 0,75pământul se lipeşte de cupa / bena utilajului, iar la valori < 0,5 execuţia mecanizată nu esteposibilă).
• Din punct de vedere al posibilităţilor de compactare
p I 0,75 1,00c I ≥ − c I
c I
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 168/533
• 0,00 <c
I ≤ 0,5 compactarea nu este posibilă;
• 0,50 < c I ≤ 0,75 compactare foarte dificilă;
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
• 0,75 <c
I ≤ 1,00 compactare posibilă dar ineficientă (poate apare un comportament de tip pernă de cauciuc;
• 1,00 <c
I ≤ 1,10 compactare eficace;
• 1,10 <c
I ≤ 1,30 compactare în domeniu optim;
c I • > 1,30 pământul este prea uscat şi necesită un consum mai mare al energiei de compactare.
→ necesitatea stabilirii unei umidităţi optime de compactare – w opt
→ încecarea de laborator – Proctor normal/modificat
11-Jan-13 31
Valori orientative ale umidităţii optime de compactare a pământurilorpentru Proctor normal şi modificat
Denumirea pământuluiconform STAS 1243
Umiditatea optimă w opt %
Proctor normal(L=0,6 J/cm3 )
Proctor modificat(L=2,7 J/cm3 )
Argilă grasă 20 – 25 15 – 20 Argilă 16 – 23 12 – 18
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 169/533
Argilă prăfoasă 16 – 22 12 – 17 Argilă nisipoasă 14 – 20 10 – 16 Ar ilă răfoasă nisi oasă 16 – 18 12 – 14
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Praf argilos 14 – 18 10 – 14Praf argilos nisipos 12 – 16 9 – 12
Praf 13 – 16 10 – 12Praf nisipos 11 – 16 8 – 12Nisip argilos 13 – 16 10 – 13Nisip prăfos 11 – 14 8 – 11Nisip 8 – 11 6 – 8
Pietriş 4 – 8 3 – 6Balast 2 – 6 2 – 5
11-Jan-13 32
Variaţiile de volum ale pământurilor• pământurile care la variaţii de umiditate prezintă
variaţii importante de volum sunt denumite
pământuri contractile, expansive sau active, ori pământuri cu umflări şi contracţii mari (P.U.C.M.), (STAS1913/12-88 şi Cod N.E. 0001-96).• variaţiile de volum în cicluri succesive,contracţie-umflare, provoacă discontinuităţi
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 170/533
în masa pământurilor (în zona superficială,până la adâncimi de cca. 2-2,5 m ) sub formăde fisuri şi crăpături, care se accentuează în
Fisurile fragmentează masa de argilă în bucăţi mai mici - glomerule sau bulgări sau mai maridenumite generic bolovani, conferindu-i acesteia o macropermeabilitate care intensifică proceselede fisurare în plan şi în adâncime, fapt ce face ca aceste argile să mai fie cunoscute şi sub numelede argileargile fisuratefisurate..
IpotezeIpoteze privindprivind contracţiacontracţia şişi umflareaumflarea::a) ipoteza presiunii capilare
b) ipoteza atracţiei moleculare.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
perioadele secetoase şi se închid în perioadeleploioase.
11-Jan-13 33
Ipotezapresiunii
capilare
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 171/533
Conform acestei ipoteze, contracţia pământurilor s-ar datora, deformabilităţii scheletului mineral sub acţiuneapresiunilor capilare induse în masa lor de meniscurile capilare.
prin reducerea umidităţii, la valoarea corespunzătoare apariţiei meniscurilor capilare, scheletul mineral alpământului capătă poziţii succesive de echilibru, sub acţiunea presiunilor capilare, până când tensiunile care iaunaştere în schelet, prin deformarea sa, echilibrează presiunile capilare;
atunci când tensiunile din scheletul solid, apărute prin deformarea sa, egalează valoarea maximă a presiunilorcapilare (corespunzătoare razei minime a meniscurilor) deformaţia pe verticală încetează şi meniscurile capilarepătrund în interiorul scheletului
prin pătrunderea în structură a meniscurilor capilare se creează posibilitatea apariţiei unor meniscuri capilare pedirecţia orizontală, care prin presiunile pe care le dezvoltă, provoacă apariţia microfisurilor şi respectiv amacrofisurilor în teren
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu11-Jan-13 34
Ipoteza atracţiei electro-moleculare
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 172/533
În baza acestei i oteze umflarea i contrac ia sunt determinate de modificarea distan elor inter articulare rinefectul de pană dat de creşterea sau micşorarea grosimii învelişurilor de apă adsorbită
în pământuri cu umiditate redusă, grosimile învelişurilor de apă adsorbită fiind subţiri, rezultă câmpuri de forţeelectro-moleculare nesaturate în jurul particulelor, fapt ce determină o adsorbţie a apei în masa pământurilorspre asigurarea saturării lor;
acest proces de migrare a apei continuă până la atingerea în jurul tuturor particulelor a grosimii învelişului deapă adsorbită necesară a asigura neutralizarea forţelor electromoleculare;
prin creşterea grosimilor peliculelor de apă adsorbită interparticulare, apa asemenea unei pene, tinde sădepărteze particulele unele de altele, determinând astfel umflarea pământurilor
Dacă într-o zonă a masei de apă adsorbită, are loc micşorarea grosimii peliculei de apă adsorbită prin evaporare,atunci în jurul particulelor din această zonă intensitatea câmpului de forţe electro-moleculare nesaturate devinemai mare în raport cu al particulelor ce nu şi-au modificat grosimea învelişului de apă adsorbită şi se micşoreazădistanţa între particule prin micşorarea grosimii învelişului de apă adsorbită.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu11-Jan-13 35
Presiunea de umflare În cazul în care umflarea pământului ar fi împiedicată, atunci asupra
elementului, ce împiedică umflarea se exercită presiuni numite presiuni de
umflare ( pu ), cu atât mai importante ( 2-3 daN/cm2
) cu cât gradul deumiditate iniţial al pământului este mai redus şi grosimea învelişului de apăadsorbită corespunzătoare tipului de pământ este mai mare.
log 2,182 0, 0208 0, 000665 0, 0269u L d p w wγ = − + ⋅ + ⋅ − ⋅
pu ≈ 0,5735 ⋅ I p – 10,9196
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 173/533
u p - presiunea de umflare (daN/cm2 );
w - limita su erioară de lasticitate %
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
- greutatea volumică în stare uscată (daN/mc);
p I - indicele de plasticitate (%);
d γ
w - umiditatea naturală (%).
Aceste presiuni de umflare, , egale cel mult, în cazul fundaţiilor, cu presiunile ce se transmit terenului defundare, pot determina prin valori neuniforme, deteriorări ale construcţiilor datorită stării de tensiune suplimentarăindusă în acestea, precum şi importante sporuri ale împingerii ( ) exercitate de către pământ asupra elementelorde susţinere (culei de pod, ziduri de sprijin, pereţi de subsol, etc.).
uv p
uh p
11-Jan-13 36
Factorii de care depind variaţiile de volum
Factori care determină potenţialul de umflare – contracţie
dimensiunile şi forma particulelor, compoziţia mineralogică,
condiţiile de mediu (concentraţia electrolitică, pH , salinitatea),
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 174/533
natura cationilor adsorbiţi.
factorul climatic , care condiţionează variaţiile de temperatură şi
umiditate în sol; condiţiile hidrogeologice ;
vegetaţia ;
variaţia umidităţii terenului în perioada de execuţie şi în timpulexploatării construcţiilor
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu11-Jan-13 37
Factorul climatic
prin nivelul precipitaţiilor (cca. 500-700mm/an) şi variaţiile variaţiile dede temperaturătemperatură înîn solsol,în intervalul vară-iarnă sau chiar încuprinsul aceleaşi zile provoacă prinregimul lor alternant şi variaţii pe verticală,mişcări termo-osmotice ale apei adsorbite
î l î i d f d fl
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 175/533
în sol, însoţite de fenomene de umflare-contracţie.
a urmare a enomene or e um are-contracţie, pământurile fisurează şi crapăfavorizând şi mai mult evaporarea şi deci
intensificarea procesului. În condiţiile climatice din ţara noastră,
zona de fisuri şi crăpături (zona activă), seextinde până la 2-2,5 m cu deschidereamedie a crăpăturilor de cca. 5-10 cm
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu11-Jan-13 38
Condiţiilehidrogeologice
l I i l l hid t ti bt l dâ i i d 10 idit t t tă b dâ i d
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 176/533
cazul I: nivelul hidrostatic subteran la adâncimea mai mare de 10 m ., umiditate constantă sub adâncimea de2,00 m şi o zonă de variaţie sezonieră a umidităţii, cu aluri diferite pentru vară şi iarnă, în grosime de 0-2,00 m . Rezultăec , pen ru cazu , c ona cu pos e var a e vo um, epen en e e con e c ma ce, es e s ua n re ş
2,00 m şi prin urmare adâncimile de fundare adoptate trebuie să fie mai mari de 2,00 m , pentru a se evita efectele variaţiilorde volum asupra fundaţiilor.
cazul II: prezenţa apei subterane la cote mai mici de 2,00 m , există două orizonturi distincte pentru perioada de vară şi respectiv de iarnă. Umiditatea rămâne practic constantă peste adâncimea de cca. 1,40 m şi zona supusă variaţiilorde umiditate, respectiv de volum are grosimea de cca. 0-1,40 m . Adoptarea în acest caz a unor adâncimi de fundare nu maimari de 1,40 m.
cazul III: când nivelul hidrostatic se găseşte la adâncime inter-mediară, între 2,00 şi 10,00 m , există două orizonturice corespund adâncimilor maxime de variaţie ce se ating vara ( C ) şi respectiv iarna ( D ). În suprafaţă, până la adâncimea
de cca. 2,00 m variaţiile de umiditate sunt dictate de condiţiile climatice, după care urmează o zonă cu umidităţi practicconstante ( AE ). Fundarea în zona ( AE ) sau sub nivelul ( C ) (când zona AE lipseşte) elimină efectele variaţiilor de volumasupra construcţiilor. Punctele caracteristice ale diagramei ( A,B,C ,D , E ) se determină prin observaţii sezoniere pe teren.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu11-Jan-13 39
vegetaţia
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 177/533
prin efectele de adsorbţie a apei din teren, prin intermediul rădăcinilor, precum şi prin fenomenele de evapo-transpiraţie determină o micşorare a umidităţii pământurilor din vecinătatea construcţiilor şi deci la apariţia unor
deteriorări ale acestora, prin contracţia terenului de fundare (fig.2.115.) sau umflări prin tăierea arborilor. În raportde sucţiunea indusă prin rădăcini şi respectiv de intensitatea fenomenelor de asecare, speciile de arbori pot ficonsiderate (N.E. 0001-96):
foarte periculoase (plopul, arinul, salcâmul, salcia, ulmul); periculoase (arţarul, mesteacănul, frasinul, fagul, stejarul, tufanul); puţin periculoase (laricele, bradul, pinul).
Se consideră că prezenţa arborilor la o distanţă mai mare de o dată şi jumătate înălţimea arborilor maturi nu ar maiconstitui un pericol pentru construcţie.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu11-Jan-13 40
Variaţia umidităţii terenului, în perioada deexecuţie şi în timpul exploatării construcţiei
Astfel, în funcţie de sezonul de execuţie al construcţiei pot avea loc umflări, dacăexecuţia s-a făcut într-o perioadă secetoasă şi respectiv contracţii, dacă execuţiaconstrucţiei a avut loc într-o perioadă umedă cu posibilele efecte prezentate anterior(presiunea de umflare). După execuţie, prin acoperirea suprafeţei terenului şi deci a
împiedicării efectului de evapo transpiraţie a terenului are loc o creştere a umidităţii
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 178/533
împiedicării efectului de evapo - transpiraţie a terenului are loc o creştere a umidităţii,ce determină umflări în special în zona centrală a construcţiei.
La construcţiile industriale, un rol important în apariţia şi dezvoltarea procesului
de umflare-contracţie îl au procesele tehnologice ce pot modifica temperatura şiumiditatea terenului de fundare, prin surse puternice de căldură sau de frig.
De asemenea, unele reziduuri chimice (de exemplu soluţie de acid sulfuric) potprovoca umflarea terenului de fundare, chiar dacă acesta nu prezenta anterior un
potenţial de umflare-contracţie important.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu11-Jan-13 41
Caracterizarea PUCM – curba de contracţie
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 179/533
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu11-Jan-13 42
Limita de contracţie - w s
Indicele de umflare contracţie – Icu
Naturapământului
Limitanisip nisip prăfos praf argilă
superioară de plasticitate ( w L %) 15 - 20 20 - 30 30 - 40 40 - 150inferioară de plasticitate ( w p%) - 17 - 20 20 - 25 25 - 50indicele de plasticitate ( I p%) 0 3 - 10 10 - 15 10 - 100limita de contracţie ( w s %) 12 - 18 12 - 20 14 - 25 8 - 35
VVww −−
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 180/533
sat sat cu
V V
V V
ww
ww I
−=
−=
• posibile numai fenomene de contracţie, ;
•
posibile atât fenomene de contracţie, cât şi fenomene de umflare, ;• posibile numai fenomene de umflare, .
Indicele de activitate – I A
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
0=cu I
10<<
cu I 1=cu
I
2 A
I I
p
A =
Activitatea pământurilor I A [J/g] [%]
Puţin activ ≤ 0,75 ≤ 12 < 5Cu activitate medie 0,76…1,25 13…25 5…10
Activ - 26…37 -Foarte activ > 1,25 > 37 > 10
11-Jan-13 43
Alte criterii şi indici• criteriul de plasticitate , caracterizează contractilitatea unui pământ atuncicând ;
• contracţie volumică , definită ca raportul procentual dintre variaţia de volum, datorită uscării unuipământ saturat şi volumul final permite caracterizarea pământurilor ca terende fundare
- terenuri bune pentru fundare < 5%;
- terenuri mijlocii pentru fundare 5% < < 10%;
- terenuri necorespunzătoare 10% < < 15%;
( )2073,0 −⋅= L p wC
p p C I ≥
( )( )v 100/ i f f C V V V = − ⋅
vC
vC
vC
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 181/533
terenuri necorespunzătoare 10% 15%;- terenuri inutilizabile > 15%.vC
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Fracţiunea
A2 %I p % w S % w L %
Potenţialul de
umflare< 15 < 18 < 15 < 39 redus
13 – 23 15 – 28 10 – 16 39 – 50 mediu
20 – 31 25 – 41 7 – 12 50 – 63 mare
> 28 > 35 > 11 > 63 foarte mare
11-Jan-13 44
Amprentapământurilor
aria amprentei
aria cercului de referinta
r A =
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 182/533
aria cercului de referinta
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
( )2
i j
n
i j
A A A
=⋅ −
11-Jan-13 45
Sensibilitatea la îngheţ Îngheţul apei în pământ
→ modifică proprietăţilefizico-mecanice ale
acelui pământ→ variaţii variaţiidede volum volum şişi creştericreşteri alealerezistenţelorrezistenţelor mecanicemecanice lalaîngheţîngheţ → micşorareamicşorareapermeabilităţiipermeabilităţii şişi
micşorareamicşorarea rezistenţelorrezistenţelorll d hd h
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 183/533
şş ţţlala dezgheţdezgheţ
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
apa creşte cu 9% în volum
prin îngheţ iar apa migrează
prin termoosmoză de la
zonele cu temperaturi mai
înalte spre cele cu temperaturi
mai scăzute şi eventual prin
capilaritate
11-Jan-13 46
Temperatura de îngheţ a apei pure este de 0oC , dar temperatura de îngheţ a apeidin pământ, aflat sub influenţa câmpului de forţe generate de fenomenele de interfaţăşi care poate conţine diferite săruri în disoluţie, este mai mică decât 0 oC . Experienţeleefectuate asupra apei din tuburile capilare indică scăderi apreciabile ale temperaturii de
îngheţ, în funcţie de raza tuburilor capilare:• diametrul capilarului (mm) 1,57 0,24 0,15 0,06•• temperaturatemperatura lala îngheţîngheţ (( ooC)C) --66,,44 --1313,,33 --1414,,66 --1818,,55 Explicaţia acestui fenomen trebuie căutată în intensitatea forţelor ce se manifestă lainterfaţa solid-lichid.
Ca urmare apa din pământ la o anumită temperatură negativă dată se găseşte atât
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 184/533
Ca urmare, apa din pământ la o anumită temperatură negativă dată, se găseşte atâtsub formă de hea ă cât i sub formă lichidă i de va ori. Prima în hea ă a agravitaţională şi apoi, în funcţie de temperatură, îngheaţă apa adsorbită, din complexulde adsorbţie.
Temperatura de îngheţ a apei din nisipuri este practic egală cu 0 oC în timp ce înargilă, ea este situată sub 0 oC . În timp, geoizoterma de 0 oC , în funcţie de durata procesului de îngheţ, coboară îninteriorul pământului până la o adâncime maximă definită ca adâncime de îngheţ , ce indică
zona maximă din teren până la care temperaturile pot atinge valori mai mici sau egale cu 0 oC . Adâncimea maximă de îngheţ este standardizată în STAS 6054-77 şi ea variază între 60
şi 110 cm pe teritoriul României .
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu11-Jan-13 47
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 185/533
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Zonarea după adâncimea maximă de îngheţ (adâncimi în cm)
11-Jan-13 48
Tendinţă de umflare – împiedecată desuprafaţa construcţiilor → presiuni deumflare → plasarea fundaţiilor construcţiilor la adâncimi adâncimi de de fundare fundare maimaimarimari decâtdecât adâncimileadâncimile maximemaxime dede îngheţîngheţ
Drumuri,Drumuri, aeroporturiaeroporturi – – nunu sese potpotrespectarespecta adâncimileadâncimile minimeminime dede fundarefundare – – presiunipresiuni dede umflareumflare >> presiuniepresiunietransmisetransmise → fisuri ale îmbrăcăminţii laîngheţ şi degradări importante la
dezgheţ, în special unde vehicolelefrânează (c rbe şi staţii)
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 186/533
frânează (curbe şi staţii)
ucr r e s p tur spr n te – potapărea presiuni suplimentare din îngheţ,ce nu dispar în perioada dezgheţului
(scad rezistenţele pământului şi creşteîmpingerea pe sprijinire)
Stabilitatea taluzurilor în roci fisurateeste alterată prin îngheţul apei cepătrunde în fisuri – efect de pană
(despicare)
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu11-Jan-13 49
Legea lui Darcy – deplasareaapei în pământ
unde reprezintă
diferenţa de sucţiuni,exprimate în cm coloană de
v k i= ⋅ ⇒
1 2 1 21 2
1 2
1 2 1 2
v 1t t z h hk k z z
− −−
−
− −
∆ ± ∆ ∆ = ⋅ = ⋅ ± ∆ ∆
1221 t t t hhh −=∆−
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 187/533
ţ ţp- , ,
de diferenţa de temperatură
viteza de migrare a apei este dată
de produsul celor doi termeni( coeficientul de permeabilitateşişi sumasuma algebricăalgebrică aa gradienţilorgradienţilorcece determinădetermină mişcareamişcarea ),
valoarea valoarea maximămaximă sese obţineobţinepentrupentru valorile valorile lorlor mediimedii..
21−∆t
Ca urmare, pământurile, în funcţie de intensitateafenomenelor determinate de procesul de îngheţ –
dezgheţ se clasică în pământuripământuri insensibile,insensibile, sensibile sensibile şi şi foarte foarte sensibile sensibile la la îngheţ îngheţ..
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu11-Jan-13 50
Criterii granulometrice declasificare a gelevităţii
complementar, coeficientul deumflare la îngheţ Cu - raportul,exprimat în procente, între sporul de
înălţime a probei supusă îngheţului la un moment dat, ∆h i , în mm şi şi adâncimea adâncimea de de pătrundere pătrundere a a îngheţului îngheţului la la acelaşi acelaşi moment,moment, z z i i , în mm
puţin sensibile ( Cu ≤ 4% );
de sensibilitate mijlocie( 4%<Cu< 8% );Grupa Descrierea pământului Calitatepământ amestecat cu pietriş conţinând între 3 şi 20% Foarte
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 188/533
( % %);
F1 particule cu dimensiuni mai mici de 0,02 mm puţin.
un criteriu empiric , cu totul calitativ,exprimat de Casagrande , apreciază
gelivitatea pământurilor, dupăcum o probă de pământ luatăîntre degete se sfărâmă (pământgeliv) sau rămâne intactă (pământnegeliv)
ge v
F2nisip conţinând între 3 şi 15% elemente inferioaredimensiunii de 0,002 mm
Puţingeliv
F3
pământ amestecat cu pietriş conţinând peste 20%
particule cu diametrul mai mic de 0,02 mm; nisipprăfos conţinând mai mult de 15% elemente cudimensiuni mai mici de 0,002 mm;
argile având un indice de plasticitate mai mare ca 12%;argile stratificate omogene.
Relativ geliv
F4
a) praf şi praf nisipos;b) nisip fin, prăfos, conţinând mai mult de 15%
particule mai mici de 0,002 mm;c) argile puţin plastice având un indice de
plasticitate mai mic de 12%;d) argile stratificate cu caracter heterogen.
Geliv
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu11-Jan-13 51
Gradul de sensibilitate laîngheţ a pământurilor
Coeficientul de umflaredupă îngheţ
Insensibile sub 2 peste 0,75Sensibile 2...8 0,50...0,75
Foarte sensibile peste 8 sub 0,50
Clasa de sensibilitate la îngheţ apământului
( oCzile)1/2
Insensibil ≤ 0,05
Puţin sensibil ≤ 0,20Cu sensibilitate mijlocie ≤ 0,40
Gradul de sensibilitate la îngheţ a pământurilor după coeficientul de umflare la îngheţ (STAS 1709-90)
Clasa de sensibilitate la îngheţ a pământurilor după L.C.P.C
(%)u
C c I
/ h I ∆
( ) ( )o nr.zile I C = ⋅
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 189/533
j ,Foarte sensibil ≤ 0 80
Convenţional se consideră următoarea influenţă a apei subterane asupra desfăşurării
procesului de îngheţ – dezgheţ: neglijabilă, dacă adâncimea acesteia este de trei ori mai mare decât adâncimea
de îngheţ; medie, pentru adâncimi de 1,5-3 ori adâncimea de îngheţ; favorabile, dacă nivelul apei subterane este deasupra adâncimii de îngheţ; foarte favorabile, dacă apa bălteşte în gropile de împrumut, în şanţurile
înfundate de la marginea platformei sau la piciorul taluzului.
Foarte geliv > 0,80
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu11-Jan-13 52
În acest sens se defineşte o adâncime critică ( ) a nivelului apei subterane (N.A.S.), ca fiindadâncimea la care se află apa subterană de la care regimul de umiditate pentru zona (0 < )este dictat, prin fenomenul de sucţiune, de către acesta.
Adâncimea critică este dependentă de tipul pământului astfel:→ pentru pământurile P1, P2 şi P3;→ pentru pământurile P4, P5 (argilă nisipoasă);→ pentru pământurile P5, mai puţin argila nisipoasă.
Eliminarea sau reducerea efectelor îngheţului asupra construcţiilor se poate face prin: înlocuirea totală sau parţială a pământurilor gelive din zona de variaţie a temperaturii în
cr h
cr h h≤
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 190/533
înlocuirea totală sau parţială a pământurilor gelive din zona de variaţie a temperaturii în, , .
plasareaplasarea înîn terenteren aa unorunor elementeelemente hidroizolantehidroizolante (straturi asfaltice, de bentonită sau folii dinmateriale plastice);
micşorarea migraţiei apei datorită termoosmozei sau capilarităţii, spre zonele îngheţate dinsuprafaţă, prin coborâreacoborârea niveluluinivelului apeiapei subteranesubterane; plasareaplasarea unorunor straturistraturi termoizolantetermoizolante (nisip, pietriş, vată de sticlă, materiale plastice
expandate) sub pavaje sau pardoselile depozitelor frigorifice, în scopul micşorării variaţiilorde temperatură în terenurile gelive;
utilizareautilizarea unorunor materialemateriale insensibileinsensibile şişi totodatătotodată uşoareuşoare lala realizarearealizarea terasamentelorterasamentelor cu
polistiren expandat, beton celular autoclavizat, cenuşă de termocentrală, sol-ciment cuspumă de aer, etc.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu11-Jan-13 53
GeotehnicăGeotehnică - note de cursProf.dr.ing. Anghel StanciuConf.dr.ing. Irina Lungu
Cursul nr. 5
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 191/533
Noțiuni de hidrogeologie Studiul apei subterane Elemente de hidraulică subterană Acțiunea hidrodinamică a apei Antrenarea hidrodinamică Dimensionarea filtrelor inverse
Bibliografie:
A. Stanciu & I. Lungu, FUNDAŢII – IFizica şi Mecanica Pământurilor, Ed. Tehnică, 2006http://www.nrcan.gc.ca/earth-sciences/products-services/mapping-product/geoscape/waterscape/bowen-
island/6041
http://www.swac.umn.edu/classes/soil2125/doc/s7chp3.htm
http://www.geocities.ws/ecc_ain_shams/consultancy/foundatione.html
Noţiuni de hidrogeologiestudiul, din punct de vedere geologic, al
proceselor de infiltrare şi acumulare a apeisuperficiale în teren şi, respectiv, importanţaşi poziţia rezervelor astfel constituite
Proprietatea pământurilor, conferită de porozitatea
lor, de a permite circulaţia apei prin pori este
denumită permeabilitate sau hidroconductivitate.
Porozitatea – definiţie, interpretare
Porozitate interstiţială
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 192/533
Porozitate carstică
Ca urmare, se disting roci: permeabile (nisipuri, pietrişuri, etc.);
semipermeabile (nisipuri argiloase şi fine, prăfoase,
etc.);
i mpermeabile (argile, calcare compacte şi alte roci
nefisurate).
P -precipitaţii; A –acumulare / înmagazinare;
B - circulaţie laterală; E-D – evapo - transpiraţia vegetaţiei şi a terenului; C-ascensiunea
capilară
11-Jan-13 2Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Existenţa şi succesiunea diferită în spaţiu, ca poziţie şiformă a straturilor permeabile şi impermeabiledetermină apariţia, prin infiltrare şi acumulare a apelormeteorice în scoarţă, a pânzelor acvifere subterane ( libereşi captive ), cu baza pe straturile impermeabile.
Prin apariţia pânzei acvifere, stratul sau pachetul destraturi permeabile este subdivizat într-o zonă de aeraţie (ce cuprinde subzona de evaporaţie , subzonaintermediară şi subzona capilară ) şi zona de saturaţie încare toţi porii sunt plini cu apă.
Stratul permeabil în care este cantonată pânza de apă subterană poartă numele de strat magazin
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 193/533
Din cantitatea totală de apă, din precipitaţii, cca. 25%se evaporă în atmosferă, cca. 15% se infiltrează înpământ formând rezervele de apă subterană, cca. 60%
se scurge pe suprafaţa pământului sub formă de apăde şiroire şi torente ce alimentează apele curgătoare.
Din totalul apei subterane se consideră că cea maimare parte (cca. 80-90%) provine din infiltraţiaprecipitaţiilor atmosferice şi maximum 10-20% din
condensarea vaporilor de apă. Bilanţul apelor din precipitaţii
11-Jan-13 3Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Ansamblul format din apa subterană , stratul permeabil
(rezervorul), stratul impermeabil (fundulrezervorului) şi modul de alimentare cu apă a stratului
permeabil constituie aşa numitul sistem sistem acvifer acvifer
Limita superioară a apei înmagazinate - suprafaţaapei subterane
, iar suprafaţa suprafaţa reală reală sau sau fictivă fictivă la la nivelul nivelul
căreia căreia presiunea presiunea apei apei este este egală egală cu cu presiunea presiunea atmosferică atmosferică
este este denumită denumită suprafaţă suprafaţă piezometrică piezometrică a a apei apei →→ apăapăliberăliberă – – apăapă captivăcaptivă
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 194/533
11-Jan-13 4Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Apa subterană iese la suprafaţă – izvoare, la contactuldintre straturile permeabile şi impermeabile (iarsuprafaţa apei este convexă, dirijată spre zona deemergenţă): de deversare (de aluviune), unde apa se deplasează sub
nivelul sursei; de debordare (preaplin), unde volumul de apă, depăşind
capacitatea stratului magazin debordează spre exterior
Captarea apelor subterane pentru utilizare ulterioară
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 195/533
Abateri locale ale suprafeţei piezometrice a apei libere de
la suprafaţa orizontală – factori
Factori ce influenţează volumul şi nivelul apelorsubterane: Invariabili în timp: natura geologică, inegalitatea reliefului,
vegetaţia Variabili în timp: precipitaţiile atmosferice, drenajele,
irigaţiile
11-Jan-13 5Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 196/533
11-Jan-13 6Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Studiul apei subterane Pentru a obţine informaţii privind apasubterană se poate realiza o reţea de puţuripiezometre ( hidraulice, electrice saupneumatice)
Se citeşte nivelul piezometric, se traseazăcurbe de egal nivel piezometric – hidroizopieze →hărţi ale apei subterane →gradientgradient hidraulichidraulic → interpretare
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 197/533
singr
hi
lα ∗
= =
αα'liniapemasurataABlungimea
izopiezecurbelortaechidistan. =≈
l
higr
11-Jan-13 7Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 198/533
11-Jan-13 8Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Elementede
hidraulicăsubterană
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 199/533
Hidraulica subterană – studiul legilor de mişcare a apei în condiţiicondiţii naturalenaturale şi modificate de prezenţaconstrucţiilor
În hidraulica subterană sunt două probleme de rezolvat: determinarea spectrului hidrodinamic (ansamblul liniilor de curent şi a echipotenţialelor) pentru a se putea
calcula debitele de infiltraţie şi presiunile exercitate de apă asupra lucrărilor; determinarea gradienţilor hidraulici critici pentru a se evita fenomenele de antrenare hidrodinamică
(sufozie).
11-Jan-13 9Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Parametrii cecarcaterizează mişcarea
unei particule de apă
t z
t y
t x
z y x
∂
∂=
∂
∂=
∂
∂= v;v;v
=
( )
( )
( )
( )
v v , , ,
v v , , ,
v v , , ,
, , ,
x x
y y
z z
x y z t
x y z t
x y z t
p p x y z t
= =
=
=
uur
uur
uur
ur
reprezintă viteza particulelor de fluid(viteza locală) în momentul trecerii lorprin punctul M
vr
,,,
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 200/533
după variaţia în timp: - mişcări permanente; - mişcări nepermanente.după variaţia în spaţiu : - mişcări tridimensionale; - mişcări uniforme; sau - mişcări bidimensionale; - mişcări neuniforme; - mişcări unidimensionale.după condiţiile de contur : - mişcări laminare; - mişcări cu suprafaţă liberă.după criteriul fizic : - mişcări sub presiune; - mişcări turbulente.
,,,
( ) ( ) ( )t cba z zt cba y yt cba x x ,,,;,,,;,,, ===
Tipuri de mişcări ale
apei în pământ
11-Jan-13 10Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
1 2(intrare) (ieşire)V V =
dxdydt dz
zdxdzdt
dy
ydydzdt
dx
xV z
z
y
y x
x
⋅
∂
∂++
⋅
∂
∂++
⋅
∂
∂+=
2
vv
2
vv
2
vv1
2
vv vv v v2 2 2
y x z x y z
dx dy dzV dzdydt dxdzdt dxdydt x y z
∂ ∂ ∂ = − ⋅ + − ⋅ + − ⋅ ∂ ∂ ∂
Determinarea ecuaţiei de continuitate în sistemul de reprezentare Euler se face admiţând următoareleipoteze: pământul este saturat (toţi porii plini cu apă); apa este incompresibilă şi posedă vâscozitate; scheletul solid estenedeformabil .
Ecuaţia de continuitate exprimă condiţia ca volumul de apă ce se
infiltrează într-un volum de pământ, în cazul curgerii permanente (independente de timp), să fie egal cu volumul de apă care iese din acelaşi
volum .
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 201/533
0z
vy
v
xv zyx =
∂
∂+
∂
∂
+∂
∂
11-Jan-13 11Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
H
Legea lui Bernoulli
Gradientul hidraulic – vector ataşatpunctului M
{{
2v
2w
lucrul mecanicenergia cinetica energia specifica particulei pot ent ial a
u G H z
g Gγ
⋅+ + =
123
. .saugr gr i gradH i H = − = −∇uur uuuuur uur
w
u z H
γ +=
.sau gr
H H H i i j k
x y z
∂ ∂ ∂= − ⋅ + ⋅ + ⋅
∂ ∂ ∂
uur r rr
Lucrul mecanic specific sau energia necesară pentru a ridica particula M ′→ M ′′ , de greutate G la o înălţime h deasupra planului de referinţăeste dat de legea lui Bernoulli :
Gradientul hidraulic în punctul M este un vector definit prin relaţia:
(deci i gr. reprezintă gradientul funcţiei H ( x , y , z )), unde: H reprezintă sarcinahidraulică din punctul M , i a r ( dH ) reprezintă pierderea de sarcină ce se produce în lungul
curentului.Pierderea de sarcină este definită [ca reprezentând consumul de energie mecanică (prinfrecare) al unităţii de greutate de fluid când acesta parcurge o distanţă l. Componentelegradient l i hidra lic s nt
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 202/533
. . .; ;gr x gr y gr z
H H H i i i
x y z
∂ ∂ ∂= − = − = −
∂ ∂ ∂
r dx i dy j dz k = ⋅ + ⋅ + ⋅rr rr
. . cos(0)gr gr i r i r dH ⋅ = ⋅ ⋅ = −r rrv
. / gr i dH dl= −
r
gradientul hidraulic reprezintă pierderea de sarcină raportată la lungime
11-Jan-13 12Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
gradientului hidraulic sunt:
Și vectorul de poziţie al punctului M ′ , în sistemul de referinţă cu
originea în M:
Dacă însă vectorul v este coliniar cu vectorul i gr , atunci:
Legea luiDarcy
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 203/533
În anul 1854, în curtea spitalului din Dijon, Darcy a studiat curgerea apei sub presiune într-o canalizare verticală umplută cu nisip, de 35 cm diametru şi 2,50 m înălţime,.Prin măsurarea pierderilor de sarcină ( dH ) la cele două capete ale conductei şi a debitului de filtraţie( d q ), corespunzător regimului permanent de curgere, Darcy a ajuns la următorul rezultat, formulat înanul 1856: “debitul pe unitatea de suprafaţă este proporţional cu pierderea de sarcină şi invers proporţional cu înălţimea conductei”
.=- v gr
dq dH
k k ids dl⋅
⇒= ⋅
⇒
rr
.
.
.
v
v
v
x xy xz gr x x
y yx y yz gr y
z zx zy z gr z
k k k i
k k k i
k k k i
= ⋅
11-Jan-13 13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Determinarea experimentală a coeficientului de permeabilitate a) Determinarea permeabilităţii în laborator
Determinarea permeabilităţii în laborator se face conform metodologiilor prezentate în STAS 1913/6-76, STAS1913/8-82, prin:
• Metoda permeametrului cu gradient constant cu sau fără sucţiune;• Metoda permeametrului cu gradient variabil;• Încercarea de compresiune-consolidare, în edometru (STAS 8942/1-89)
⋅⋅=
2
1log3,2h
h
T
Lk t
T
V Lk
T A h
⋅=
⋅ ⋅
( )
v v 1001
wc ak
e
γ ⋅ ⋅= ⋅
+
b) Determinarea permeabilităţii prin încercări in situ Determinarea coeficientului de permeabilitate in
cu v / si / gr V T A i h L= ⋅ =
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 204/533
• măsurarea vitezei de curgere cu ajutorultrasorilor;• turnări experimentale de apă (Bolîrev –
Nestaroy);• metoda sferelor de infiltraţie;• metoda Lafrane;• metoda permeametrului (cu vacuum sau Brillant);• turnări şi pompări în foraje.
Turnările şi pompările experimentale de apă în
foraje sau puţuri furnizează cele mai veridice date aleparametrilor hidrogeologici ai unui strat acvifer.
11-Jan-13 14Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
v x xq A= ⋅
d
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 205/533
2
1
2 2
0 2 1
ln
2
x
xqk h z zπ
= ⋅⋅ ⋅ −
ln
2
R
q r k h H hπ
= ⋅⋅ ⋅ −
11-Jan-13 15Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
0
0
2
2
dzq k x h
dx
q dxdz
k h x
π
π
⇒ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
⇒ = ⋅⋅ ⋅ ⋅
Estimarea coeficientului de permeabilitate în terenuri stratificate:
1 2 3i i i= = 1 2 3i i i≠ ≠
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 206/533
Curgere paralelă cu suprafaţa de stratificaţie – curgere perpendiculară pe suprafaţa de stratificaţie
∑
∑ ⋅
=n
i
n
ii
h
z
zk
k
1
1
1 2 3v
31 2
1 2 3
z z zk
z z z
k k k
+ +=
+ +
Observaţiile curente arată că, pentru stratificaţiile reale, raportul dintre coeficientul de permeabilitate pe direcţia orizontală şi respectiv verticală, este de ordinul a 10- 20.
11-Jan-13 16Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
1v
1
n
i
n
i
i
z
k z
k
=
∑
∑Prin generalizare
1 2 3Q q q q= + + 1 2 3v v v= =
Factorii de care depinde coeficientul de permeabilitate
compoziţia granulometrică a pământului; Permeabilitatea relativă la aer (α ) şi apă (α ) a
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 207/533
p ţ g p ;
forma granulelor şi mărimea lor;
compoziţia petrografică;
structura şi textura pământurilor;
starea fizică a pământului;
gradul lui de saturaţie.
Tipul pământului k t [cm/s]Pietriş, bolovăniş 10-10-1
Nisip, nisip cu pietriş 10-1-10-3
Nisip fin; prăfos; praf argilos, loess 10-3-10-7 Argilă nisipoasă, prăfoasă, praf argilos 10-5-10-8
Argilă, argilă grasă 10-7-10-13
valori orientative după STAS 1913/6-76
11-Jan-13 17Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Permeabilitatea relativă la aer (αg ) şi apă (α w ) aunui nisip în funcţie de gradul de saturaţie
Mişcarea apei prin pământurile nesaturate, se poate exprima prin
legea lui Darcy generalizată (L.A. Richards , 1931):
v vg s
w gr w
ha k i k
lα
∆Η ± ∆= ⋅ ⋅ ⇒ = ⋅ ⋅
∆
Semnul dintre cei doi termeni ai relaţiei se alege în funcţie de sensul de acţiune alcâmpului gravitaţional şi al forţelor de reţinere a apei, astfel:•la infiltraţia apei într-un pământ nesaturat de la suprafaţă , la drenarea pământurilor
pentru coborârea nivelului apei subterane se consideră semnul plus ;•în cazul ridicării apei prin capilaritate deasupra nivelului apei subterane seconsideră semnul minus .
Determinarea gradientului iniţialPresiunea de
Domeniul de valabilitate a
Legii lui Darcy
consolidare a probei Umiditatea Valori
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 208/533
(daN/cm2 ) finală aprobei
(%)de la laCoeficientul de
permeabilitate k1 (cm/s)Gradientul
hidraulic iniţial
0 2 32,5 1,05 · 10-8 152 3 31,0 0,85 · 10-8 202 5 27,7 0,65 · 10-8 275 6 27,0 0,40 · 10-8 31
0i
În lucrările curente este necesar, de regulă, indicarea coeficientului de permeabilitate pentru un gradient hidraulic dat şi prin urmareeste bine ca odatăodată cucu furnizarea,furnizarea, dede cătrecătre laborator,laborator, aa valorilor valorilor coeficienţilorcoeficienţilor dede permeabilitatepermeabilitate săsă sese indice indice şi şi gradienţii gradienţii
hidraulici hidraulici lala carecare ss--auau făcutfăcut determinăriledeterminările.
11-Jan-13 18Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Ecuaţia lui Laplace. Spectrul hidrodinamic ecuaţia mişcării apei subterane este descrisă de ecuaţia lui Laplace care se obţine prin asocierea
ecuaţiei de continuitate ( V 1=V 2 ) cu legea lui Darcy .
0
vvv=
∂
∂+
∂
∂+
∂
∂
z
z y x
y x { } [ ] { }.
v
v v
v
x
gr y
z
k i
= ⋅ ⇒
.
.
.
0 0
0 0
0 0
gr x
gr y
gr z
ik
k i
k i
⋅
=
2 2 2
2 2 20
H H H
x y z
∂ ∂ ∂+ + =
∂ ∂ ∂ . . .; ;gr x gr y gr z
H H H i i i
x y z
∂ ∂ ∂= − = − = −
∂ ∂ ∂
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 209/533
02
2
2
2
=∂
∂+
∂
∂
y
H
x
H 0=∆ H sau
Condiţii de contur pentru două tipuri de lucrări
11-Jan-13 19Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
introducând noţiunea de potenţial al vitezelor definit prin funcţia =+k·H(x, z), ale căreiderivate parţiale de ordinul doi sunt
( ) z x,Φ
2
2
2
2
x
H k
x ∂
∂⋅=
∂
Φ∂2
2
2
2
z
H k
z ∂
∂⋅=
∂
Φ∂
∂
Φ∂−=
∂
Η ∂⋅−=
∂
Φ∂
−=∂
Η ∂
⋅−=
z zk
x xk
y
x
v
v
( ) ( ) ( ) zF z x H k z x 1,, +⋅+=Φ
( ) ( ) ( ) xF z x H k z x 2,, +⋅+=Φ
şi cum x, z sunt variabile independente⇒F 1( z )= F 2 ( x ).
Funcţia reprezintă variaţia sarcinii hidraulice în teren iar ecuaţia ( x, z )= constant , descrie un set de curbe în lungul),( z xΦ
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 210/533
cărora potenţialul este constant şi prin urmare curbele se numesc echipotenţiale. Instalând tuburi piezometrice în lungulunei linii echipotenţiale apa se va ridica la aceeaşi înălţime, la acelaşi nivel piezometric. Particulele de apă se deplaseazăperpendicular pe liniile echipotenţiale.
Introducând o nouă funcţie, funcţia de curent Ψ( x, z ) definită astfel încât relaţia dintre Ψ( x, z ) şi componentele vitezei îndirecţiile x şi z să fie:
x
zv=
∂
Ψ∂ z
xv=
∂
Ψ∂−
( ) z x,Ψ ( )0=∆Ψ=∆ΦCa urmare funcţia verifică ecuaţia lui Laplace şi deci cele două funcţii sunt armonice .
11-Jan-13 20Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Ca urmare, familiile de curbe reprezentând direcţia mişcării particulelor de apă , respectiv liniile de curentşi reprezentând echipotenţialele , sunt ortogonale în orice punct al domeniului de infiltraţie omogen şi izotrop.Într-un sistem de coordonate locale , unde vectorul viteză este dirijat după axa P x 1 scriind prima relaţie Cauchy - Riemann se obţine expresia măsurii vectorului din punctul P.
( ), . x z const Ψ =
( )11, z xP
( )[ ]., const z x =Φ
Utilizarea spectrului hidrodinamic pentru calculul parametrilor curgerii
ck db
∆
∆Η ⋅=v
ci db
gr ∆
∆Η =
•viteza şi gradientul hidraulic (panta) se calculeazăcu relaţiile:
•Debitul de infiltraţie al apei care străbate careulelementar considerat, respectiv tubul de curent( 33′- 44′ ) este dat de relaţia:
ec
k qeq Aq db∆⋅
∆
∆Η ⋅=⇒⋅∆⋅=⇒⋅= 00,1vv
În cazul în care spectrul hidrodinamic seconstruieşte astfel încât pe parcursul fiecărui
careu elementar, pierderea de sarcină (obişnuit N c =10 ) să fie aceeaşi , unde , atunci relaţiile decalcul a arametrilor mi cării a ei devin:
H∆ H∆ k H∆
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 211/533
11-Jan-13 21Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
;vc N
H k
c ∆⋅
∆⋅=
c N
H i
c
gr ∆⋅
∆=
c
k H q e
N c
⋅ ∆= ⋅ ∆
⋅ ∆
şi
•debitul de infiltraţie pe sub construcţie , pe unitatea
de lungime de perete de palplanşe, rezultă prinînsumarea debitelor pentru cele Nt tuburi decurent, deci:
H k N
N q
c
t ∆⋅⋅=unde:
N t - numărul de tuburi de curent; N c - numărul de pătrate curbilinii din cadrul unui
tub de curent;k - coeficientul de permeabilitate;∆Η - pierderea de sarcină totală.
Acţiunea hidrodinamică a apei
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 212/533
w
u uF dx dz i dx dz k
x z
∂ ∂ = − ⋅ ⋅ ⋅ + − ⋅ ⋅ ⋅
∂ ∂
uur rr
1
ww w
F u u f f i k
dx dz x z
∂ ∂= ⇒ = − ⋅ − ⋅
⋅ ⋅ ∂ ∂
uur
uur uur urr
unde şi sunt versorii axelor sistemului de referinţăir
k r
Forţa hidrodinamică Forţa hidrodinamică a apei asupra scheletului Forţa hidrodinamică specifică Forţa hidrodinamică specifică a apei asupra scheletuluiunităţii de volum a pământului
w w w f i k k x z
γ γ ∂Η ∂Η
⇒ = − ⋅ − ⋅ ⋅ + ⋅ ∂ ∂
uur r rr
H fiind sarcina hidraulică sau cota piezometrică apunctului M
k i f wgr ww ⋅+⋅= γ γ
11-Jan-13 22Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
acţiunea hidrodinamică a apeiasupra unui volum unitar depământ se exprimă cantitativ prinexistenţa unei forţe , care poatefi descompusă într-o forţă de antrenare hidrodinamică ( ), (forţacurentului de apă asupra unităţiide volum de pământ), dupădirecţia gradientului hidraulic(tangentă la linia de curent) deintensitate gr w
j i γ = ⋅r r
jr
w f
şi forţa arhimedică ( ), dirijată vertical în sensul versorului al axei 0z , de intensitate .w k γ ⋅r
k wγ
r
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 213/533
Introducând şi greutatea proprie a elementului de volum unitar , atunci asupra pământului se pot considera:sr k γ − ⋅r
1. Sistemul de forţe dat de forţa de antrenare hidrodinamică specifică şi greutatea volumului de pământ considerat
calculată cu greutatea volumică în stare submersată,
w gr j iγ = ⋅r r
.wsr γ γ γ −=′
2. Sistemul de forţe dat de presiunile hidrodinamice aplicate pe conturul volumului considerat ( forţe de suprafaţă ) şi degreutatea volumului de pământ, calculată cu greutatea volumică în stare saturată .( )sr γ
Considerarea unuia dintre ele două sisteme este dictată de condiţiile concrete ale problemei studiate.• Curgere uniformă, paralelă cu suprafaţa terenului (gradientul hidraulic îşi păstrează mărimea şi direcţia în toatepunctele), fiind convenabilă folosirea sistemului 1.
• Gradientul hidraulic variază şi se recomandă folosirea sistemului 2.
11-Jan-13 23Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Antrenarea hidrodinamică
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 214/533
Prin antrenare hidrodinamică , sau sufozie sufozie mecanică mecanică , se înţelege procesul de dezagregare a structurii pământului în particule componente , antrenarea şi deplasarea acestora sub acţiunea unui curent de
infiltraţie, respectiv a unei forţe hidrodinamice (STAS 1913/16-75 şi STAS 3950-81).
Cazul pământului supus unui curent de infiltraţie în direcţie verticală – element de volum – potenţial raport de
forţe:
w sat f k γ < − ⋅
uur r
w sat f k γ = − ⋅
uur r
w sat f k γ > − ⋅
uur r
Echilibru limită
11-Jan-13 24Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Lichefierea nisipului – nisipuri fine, uniforme, saturate cu apă în care ia naştere un curent deinfiltraţie → forţe hidrodinamice → trecerea în starea de plutire
necesitatea de a stabili un criteriu de instalare a fenomenului pentru a fi evitat în timpul execuţiei execuţiei şi/sau în perioada de serviciu serviciu a construcţiei
din condiţia de echilibru limită:
gradient hidraulic vertical critic:
sat ww gr w sr gr
w
i iγ γ
γ γ γ γ
−⋅ + = ⇒ = ⇒
w
gr iγ
′=
.gr cr wi
γ
γ
′= ⇒
( ) ( ).
1 s w
gr cr w
n
i
γ γ
γ
− ⋅ −=
′
re aţ e aprox mare a gra entu u rau c cr t c:
. ,gr cr
nγ = + ⋅
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 215/533
Un caz aparte – nisipuri curgătoare, “chişai” (în construcţii), “borchiş” (în lucrări subterane) -acestea sunt nisipuri fine (particule mai mici de 0,50 – 0,75 µm; <5), afânate, saturate, care lacele mai mici valori ale gradientului hidraulic (în cazul săpăturilor pentru fundaţii; construcţiisubterane; evacuarea apei prin pompare din puţuri, incinte; săparea în taluz oricât de mică ar fi
înclinarea ) sunt antrenate hidraulic, adică curg, asemeni unui fluid vâscos.
60 10 / nU d d = ≤
nU = 10 ÷ 20
U n> 20
igr.cr = 0,50 ÷ 1,00
igr.cr = 0,30 ÷ 0,50
igr.cr = 0,25÷ 0,30
SPT N
10
11-Jan-13 25Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
EfectulEfectul apeiapei prinprin curenţicurenţi dede infiltraţieinfiltraţiedescendenţi/ascendenţidescendenţi/ascendenţi asupraasupra tensiuniitensiunii verticale verticale – – tensiunitensiuni totale/tensiunitotale/tensiuni efectiveefective
( ) ( )
1 1
V z w w w z
F h h h h h uγ γ σ γ γ γ σ ′ ′= = ⋅ + ⋅ ∆ + ⋅ + − ∆ = +
⋅
z w w w gr
hh h h h h h i
hγ σ γ γ γ γ γ γ
∆′ ′ ′ ′= ⋅ + ⋅ ∆ = ⋅ + ⋅ ⋅ = ⋅ + ⋅ ⋅
( ) (1 / )w w w gr wu h h h h i h hγ γ = ⋅ + − ∆ = ⋅ ⋅ − +
Tensiunea totală rămâne aceeaşi dar seschimbă raportul între tensiunea efectivăşş pres uneapres unea apeape nn por neutrapor neutra
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 216/533
( ) ( )1 1
V z w w w z
F h h h h h uγ γ σ γ γ γ σ ′ ′= = ⋅ − ⋅ ∆ + ⋅ + + ∆ = +
⋅
z w w w gr hh h h h h h i
hγ σ γ γ γ γ γ γ ∆′ ′ ′ ′= ⋅ − ⋅ ∆ = ⋅ − ⋅ ⋅ = ⋅ − ⋅ ⋅
( ) (1 / )w w w gr w
u h h h h i h hγ γ = ⋅ + + ∆ = ⋅ ⋅ + +
→ consecinţe: tasare suplimentarătasare suplimentară /antrenare hidrodinamicăantrenare hidrodinamică
11-Jan-13 26Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
În practică
, fenomenele de antrenare hidrodinamică se întâlnesc în cazul săpăturilorsăpăturilor deschisedeschise efectuateefectuatesubsub nivelulnivelul apelorapelor subteranesubterane (a)(a) şi înîn cazulcazul terasamentelor,terasamentelor, digurilordigurilor şişi barajelorbarajelor, când prin antrenareaparticulelor fine din corpul acestora, realizate din materiale locale sau din terenul de fundare al barajelorde rezistenţă (b) se declanşează un proces de eroziune internă (sufozie), ce se accelerează treptat până ladistrugerea lucrării.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 217/533
Cum se pot evita/preveni aceste cedări cedări hidraulice hidraulice :
Se definesc şi se calculează gradienţi hidraulici critici pe direcţie orizontală
SeSe alcătuiescalcătuiesc traseetrasee dede circulaţiecirculaţie aa apeiapei cucu lungimilungimi suficientsuficient dede marimari pentrupentru aa menţinemenţine gradienţiigradienţiiefectiviefectivi subsub valorile valorile gradientuluigradientului criticcritic
Se introduc pe traseul apei zone cu rol de filtre inverse cu rolul de a reduce sarcinahidraulică şi a reduce astfel gradienţii efectivi
. .
. . . . .( )gr cr med
gr ef med gr ef med gr admisibil med
s
ii i i
F ≤ ⇒ ≤
11-Jan-13 27Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Dimensionarea filtrelor inverse Realizarea practică a filtrelor inverse → mai multe straturi granulare suprapuse, cu
permeabilitatea crescătoare în sensul de curgere.
În mod obişnuit filtrele inverse se realizează din nisipuri , pietrişuri , zguri granulate sortate defurnal şi termocentrală, din materiale organice (tulpini de in, paie, etc.) şi mai recent dinmateriale sintetice neţesute (Terasin, Netesin, Netezon, Terazon, etc.) care înfăşoară tuburile dedrenaj sau le acoperă ca o plapumă.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 218/533
11-Jan-13 28Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Alegerea materialului granular pe baza căruia se constituie filtrul se face funcţie de granulometria şi respectiv de permeabilitatea materialului protejat. Astfel, ideea protecţiei unui pământ cu un coeficient de permeabilitate ( ) prin alt strat de pământ granular
cu coeficientul de permeabilit ate ( ) pleacă de la condiţia de a asigura protecţia împotriva fenomenului de antrenarehidrodinamică precum şi de la egalitatea vitezelor apei de infiltraţie prin pământ şi mediul granular
Pk
F k
v v p F =
. .
. .
. . . .v v
gr cr gr P
gr ef gr F
s s
PF p F gr F P gr P gr F gr P
F
i ii i
F F
k k i k i i i
k
•
•
≤ ⇒ ≤
= ⇒ ⋅ = ⋅ ⇒ = ⋅
.
.
gr PPgr P
F s
ik i
k F ⇒ ⋅ ≤ ⇒ F s Pk F k ≥ ⋅
rezultă că pentru a nu mai avea loc antrenarea hidrodinamică este necesară protecţia pământului cu un strat filtrant cu
permeabilitatea ( ) de ( ) ori mai mare decât a pământului protejat.F k 2, 5 3sF = −
→ un un tru nvers tre u e s n ep neasc s mu tan ou cr ter :→ un un tru nvers tre u e s n ep neasc s mu tan ou cr ter :• it i l d p bilit t ( ăă fifi ii p bilp bil dd FF ii d âtd ât pă â t lpă â t l pp ll p t j ăp t j ă))
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 219/533
• criteriul de permeabilitate ( săsă fiefie mai mai permeabil permeabil dede Fs Fs oriori decâtdecât pământulpământul pepe carecare--ll protejeazăprotejează ) ) ;;• criteriul de filtrare ( dimensiuniledimensiunile particulelorparticulelor săsă fiefie astfelastfel încât,încât, poriiporii rezultaţirezultaţi săsă nunu permităpermită
antrenareaantrenarea particulelorparticulelor materialuluimaterialului protejatprotejat şişi aa sese evita evita ,, astfel,astfel, colmatarea colmatarea acestuiaacestuia ).
D 15 F ≤ 4 D 85 P - criteriul de filtrare;
D 15 F ≥ 4 D 15 P - criteriul de permeabilitate; P D
F D
P D
F D
15
15
85
15 5 ≤≤sau cumulate:
11-Jan-13 29Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Dimensionarea unui filtru invers ( după U.S. Corps of Engineers )
FDFD 1515
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 220/533
P D
F D
P D
F D
15
15
85
15 5 ≤≤
11-Jan-13 30Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
• orice material granular carecare areare oo curbăcurbă granulometrică,granulometrică, aproximativ aproximativ cucu aceeaşiaceeaşiformăformă caca pământulpământul protejatprotejat şişi carecare sese încadreazăîncadrează înîn limitelelimitele
şi poatepoate constituiconstitui unun bunbun materialmaterial pentrupentru filtrufiltru;• limitarea dimensiunilor particulelor mari din stratul filtrant este impusă de
dimensiunea golurilor în cazul folosirii tuburilor perforate; în acest caz D 85 amaterialului din filtru trebuie să fie mai mare decât dubluldublul dimensiuniidimensiunii goluluigolului.
• când filtrul este multistrat (grosimea minimă a unui strat filtrant vertical ≅5 ·D 100 ≥ 10 cm ), determinareadeterminarea granulometrieigranulometriei unuiunui stratstrat ulteriorulterior caca poziţiepoziţie înîn
filtru,filtru, sese determinădetermină prinprin acelaşiacelaşi procedeuprocedeu, considerând stratul filtrant anteriorca material de protejat;
bF Da ≤≤ 15
cF D ≥85 d F D ′≤50
• pentru straturile orizontale grosimea minimă, din motive constructive, a unuit t filt t t d 15 25 t i i i 30 t i t i
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 221/533
strat filtrant este de 15 – 25 cm, pentru nisip şi 30 cm pentru pietriş.• Lăţimea fantelor ( ) sau diametrul găurilor circulare ( ) ale tubului de drenaj
(punctul c din figura anterioară) trebuiesc astfel alese încât să nu permităantrenarea particulelor materialului granular din filtru,
f
l gd
850,50 f l D F ≤ ⋅85gd D F ≤
preferându-se lăţimi / diametre mai mici şi perforaţii mai multe.
11-Jan-13 31Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Lăţimea minimă a filtrului invers este dictată de posibilităţi tehnologice ca fiind de cca. 30- 50 cm, iar lăţimea minimă aunei tranşee drenante este egală cu diametrul tubului de drenaj, plus 15-20 de centimetri. Filtrele inverse se realizează deregulă din 3 – 4 straturi, separate sau nu de cofraje în timpul execuţiei.
Adâncimea drenului
h (m)
Lăţimea drenului la execuţia
manuală (m)≤ 1,00 (excepţional) 0,60
1,00 ... 1,50 0,60 ... 1,00
1,50 ... 2,00 1,00 ... 1,20
2,00 ... 4,00 ≥ 1,20
4,00 ... 6,00 ≥ 1,40
> 6,00 (excepţional) ≥ 1,80
Nr.crt.
Autorul şi anul formulăriicriteriului
Criteriul de filtrareCriteriul de
permeabilitate
1. Terzaghi (1921) D15F ≤ 4 D85P D15F ≥ 4 D15P
2. Bertram (1939) D15F ≤ 6 D85PD15F≤ 9 D15P
-
3. Newton şi Hurley (1940D15F ≤ 15 D50PD15F≤ 32 D15P
-
4.United States Water Ways
Experimental Station(1941)
D15F ≤ 5 D85P -
5.U.S. Bureau of
1. Filtru omogen5 D50P≤ D50F≤ 10 D50P1. Filtru neomo en
Combinat cu
Lă imea unui dren impusă de necesită ile tehnologice ale unei execuţii manuale
ec amat on12 D50P≤ D50F≤ 58 D50P12 D15P≤ D15F≤ 40 D15P
cr ter u e trare
D F ≤ 5 D P
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 222/533
6.U.S.W.E.S. (vezi pct.4)
(1948)
D15F ≤ 5 D85PD15F≤20 D15PD50F≤ 25 D50P
D15F≥ 4 D15P
7. U.S.W.E.S. (1953)
Criteriile din 1948 cu următoarelecompletări:1. Când Un≤1,5D15F ≤ 6 D85P2. Când Un≥ 40D15F≤40 D15P
-
8.U.S. Corps of
Engineering Manual(1955)
D15F ≤ 5 D85PD50F≤ 25 D50P
D15F≥ 5 D15P
9. Cedergren (1967) D15F ≤ 5 D85P D15F≥ 5 D15P
Criterii de filtrare şi permeabilitate pentru un filtru granular →
11-Jan-13 32Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Alegerea materialului drenant care constituie umplutura drenului se face în raport de coeficientul depermeabilitate, respectând principiile de alcătuire al filtrului invers, (tip I), conform sau cu umplutură de tip II şiprotecţie cu filtru din geotextile.
Utilizarea filtrelor din geotextile (Netesin, Terasin, Madritex, Secunet, etc.) pentru execuţia drenurilor sau saltelelordrenante constituie o soluţie modernă, fiind mai puţin restrictivă în alegerea umpluturii din corpul drenant (tip II) şinecesitând mai puţină manoperă decât realizarea filtrului clasic (tip I).
Natura terenuluiCoeficient depermeabilitate
k (cm/s)
Corpdrenant
tip
A. PĂMÂNTURI OMOGENE A
1Foarte permeabile > 10-1 I
A2 Permeabile: pietriş curat, pietriş curat cu nisip, pietriş cun s p r coez une , n s p curat, n s p curat cu p etr ş, n s p
prăfos cu pietriş (fără coeziune)
- ... -
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 223/533
A3 Puţin permeabile 10-4...10-7 I
A4 Practic impermeabile: pietriş cu nisip (cu coeziune),praf, praf cu nisip sau pietriş, praf argilos, praf argilos cunisip sau pietriş, argile sau argile prăfoase cu materii
organice, turbă, turbă argiloasă sau prăfoasă
> 10-7 II
B. PĂMÂNTURI STRATIFICATE
Pământ compus din straturi alternante impermeabile saupermeabile
corespunzător
naturiistraturilor II
11-Jan-13 33Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
http://geotextile.ro/geotextile/en/aplicatii
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 224/533
11-Jan-13 34Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Geotehnică – note de cursProf.dr.ing. Anghel Stanciu,Conf.dr.ing. Irina LunguCursul nr.Cursul nr. 66
Ipotezele mecanicii pământurilorStudiul com resibilită ii ământurilor
Prin încercări de laboratorPrin încercări in situ
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 225/533
Bibliografie: A. Stanciu & I. Lungu, FUNDAŢII – IFizica şi Mecanica Pământurilor, Ed. Tehnică, 2006
Prin încercări in situStarea de tensiune din masivele de
pământ – tensiunea de naturăgravitațională
http://www.sisc.com.vn/en/detail.php?module=product&iCat=2097&iData=216&#page=page-3.http://www.insitusoil.com/conepene.html
Mecanica pământurilor
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 226/533
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 2
http://www.panoramio.com/user/6381987
Reducere la absurd/reducere la esenţă?
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 227/533
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 3
http://www.hevelius.it/webzine/leggi.php?codice=314
Mecanica pământurilor – pentru că.... Determinarea stării de tensiune şi deformaţie din masivul de
pământ, sub acţiunea unor încărcări exterioare, precum şiaprecierea comportamentului lui prin prisma criteriilor derezistenţă, rigiditate şi stabilitate, constituieconstituie obiectulobiectul mecanicii mecanicii
pământurilor pământurilor .
Mecanica pământurilor , asemenea Teoriei elasticităţii, din care preia
de fapt majoritatea ipotezelor şi metodologiilor, analizează stareade tensiuni şi deformaţii nu din masivele reale de pământ ci din nişte
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 228/533
de tensiuni şi deformaţii, nu din masivele reale de pământ , ci din nişte
corpuri ( modele ) care păstrează din corpul real numai trăsăturile şi caracteristicile determinante asupra proceselor analizate, renunţând lacele secundare .
În consecinţă, obiectul de studiu al mecanicii pământurilor îlconstituie semispaţiul şi semiplanul.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 4
Asupra acestor corpuri se fac, în principal, următoarele ipoteze:
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 229/533
p p , p p , p
ipoteza mediului continuu;ipoteza mediului continuu; ipoteza omogenităţii;ipoteza omogenităţii;
ipoteza izotropiei.ipoteza izotropiei.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 5
Ipoteza mediului continuu consideră că întregul corp al semispaţiului este ocupat de materie cu o structură continuă, fără
fisuri, crăpături, goluri, etc.
Această ipoteză constituie baza întregului calcul diferenţial şi integral aplicatmecanicii pământului, permiţând legarea proprietăţilor solidului de un volum infinitezimal.Dacă avem în vedere structura pământurilor, prezentată anterior, rezultă clar că el constituie unmediu discret (alcătuit din particule), trifazic, şi nicidecum un mediu continuu.
Aplicarea, oarecum forţată, a acestei ipoteze fundamentale a pământurilor este făcută atât
din cauza inexistenţei unei dezvoltări corespunzătoare a mecanicii mediilor discrete cu aplicabilitateimediată în cazurile practice
, cât cât şi şi din din necesitatea necesitatea de de a a prelua prelua direct direct rezultatele rezultatele gata gata finalizate finalizate din din mecanica mecanica . , , ,
determină un anumit caracter relativist al intensităţii mărimilor fizice calculate în baza acesteiipoteze.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 230/533
Este destul de clar că între cele două medii, presupuse continui, oţel şi pământ , deşi ambelepot fi considerate discrete, (oţelul are o structură atomică, deci din particule materiale şi respectiv pământul este alcătuit din particule) există diferenţe apreciabile, care însă nu sunt concretizate înmodelul matematic al mecanicii mediilor continui. După unii autori însă, (mai degrabă din cauzaunei justificări, în locul acceptării actualelor limite ale cunoaşterii în domeniu, în momentul actual)se consideră că dimensiunile particulelor pământurilor sunt mici în raport cu dimensiunilesemispaţiului, dacă nu în acelaşi raport ca dimensiunile atomului faţă de cele ale corpurilor din
oţel, totuşi apropiate şi, prin urmare, ipoteza ar fi pe deplin acceptabilă (aproximativ pentru acelaşiinterval de erori).
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 6
Ipoteza omogenităţii admite în general că proprietăţile mecanice ale materialului nu variază de la punct la punct , adică
proprietăţile sale sunt aceleaşi în orice punct al semispaţiului.
Dacă privim însă un masiv de pământ rezultă destul de clar că prezenţa stratificaţiei, precum şi
marea ei varietate conferită de condiţiile geologice de geneză, fac ca această ipoteză, aplicabilă înegală măsură atât la masivul ( a ), relativ omogen, cât şi masivelor ( b ), ( c ) şi ( d ) să fie făcută„responsabilă” de către mulţi cercetători de neconcordanţele constatate între rezultatele teoreticeşi cele determinate prin măsurători pe construcţii reale.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 231/533
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 7
Ipoteza izotropiei
consideră că într-un punct al semispaţiului, proprietăţile mecanice alematerialului nu variază în raport cu diferitele direcţii din punctulconsiderat. Şi această ipoteză constituie o simplificare, deoareceîn majoritatea cazurilor se constată oo diferenţădiferenţă în proprietăţilepământurilor pepe direcţia direcţia verticală verticală faţăfaţă dede direcţia direcţia orizontală orizontală , diferenţe
conferite atât de structura discretă a pământului din stratificaţie,
c ş n au ocompr marea conso area pe rec e ver cadin greutate proprie.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 232/533
Este evident că masivele de pământ prezintă diferite gradede anizotropie a căror caracterizare prin parametri cantitativi, înmomentul de faţă, este dificil de făcut.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 8
Studiul compresibilităţii pământurilor În mecanica pământurilor, proprietatea acestora de a se
deforma este definită prin noţiunea de compresibilitate compresibilitate .
Studiul acesteia permite stabilirea ecuaţiilor fizice ale
pământurilor , a indicilor proprietăţilor mecanice şi prin aceasta,determinarea stărilor de tensiune şi respectiv tasarea la unmoment dat sau finală (deplasarea pe verticală) aconstrucţiilor.
Abordarea studiuluistudiului compresibilităţiicompresibilităţii se face, îngeneral, în mod principial, prin aceleaşi procedee caanaliza deformabilităţii oţelului moale în Rezistenţa
--
.oo starestare dede tensiunetensiune omogenăomogenă (ce(ce variază variază cucu unun singursingurparametru)parametru) şişi apoiapoi sese înregistreazăînregistrează deformaţiiledeformaţiilecorespunzătoarecorespunzătoare acesteiaacesteia
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 233/533
corespunzătoarecorespunzătoare acesteiaacesteia.
Diferenţele , faţă de celelalte tipuri de materiale deconstrucţie, care vor fi tratate în detaliu ulterior, provinatât din natura / cauza diferită a procesului de deformareprecum şi din diferenţele tehnologice de realizare aîncercărilor. Acestea se pot realiza fie în laboratoare,asupra unor probe recoltate din amplasamentul
viitoarelor construcţii, fie direct pe amplasament (insitu).
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 9
http://shanghai-all-time-commercial.tradenote.net/sell/139351-Sell-Stability-Test.html
Aspecte calitative şi specifice ale compresibilităţiipământurilor
• deformarea pământurilor este cauzată de reducerea
porozităţii, datorată reducerii volumului de gaz şi
respectiv de apă , volumul scheletului solid rămânând constant
• micşorarea volumului sub acţiunea presiunii p prin
reducerea porozităţii este cauzată de:
• deplasări reciproce ale particulelor, ca urmare adepăşirii forţelor de legătură de la contacteleintergranulare;
gradienţii de presiune induşi în masa fluidelor,prin variaţia relativă a volumului aparent al
d
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 234/533
solidului;
• micşorarea grosimii peliculelor de apăadsorbită;• deformarea particulelor solide;• rupturi ale particulelor solide prin încovoiere,strivire sau forfecarea unor particule.
•Cazul pământurilor nisipoase/ grăunţoase•Cazul pământurilor argiloase
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 10
• la pământurile cu structură grăunţoasă (rigidă) detipul nisipurilor, pietrişurilor (a) la care granulelereazemă unele pe altele
, presiunea exterioarădetermină apariţia unor presiuni la contactele dintreparticule care poate provoca rearanjarea lor şi. Apa Apacece sese găseştegăseşte înîn golurilegolurile interparticulareinterparticulare nunu areareinfluenţeinfluenţe semnificativesemnificative asupraasupra procesuluiprocesului dededeformaredeformare, datorită permeabilităţii mari a acestorpământuri ce face ca migrarea apei să se facă întimp scurt de la aplicarea încărcării şi în consecinţăau deformaţii imediate.La pământurile argiloase cu structură în fulgi,presiunile interioare nu mai sunt preluate prin
reacţiuni la contactele intergranulare, deoareceparticulele nu reazemă direct unele pe altele, ci prin
.Ca urmare, încărcarea unei probe cu o presiuneexterioară ( p ) determinădetermină rearanjarearearanjarea particulelorparticulelor şişidecideci micşorareamicşorarea porozităţiiporozităţii lor,lor, prinprin eliminareaeliminarea apeiapei
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 235/533
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
liberelibere dindin poripori subsub gradienţiigradienţii dede presiunepresiune cece aparapar şişi
prinprin micşorareamicşorarea grosimiigrosimii învelişurilorînvelişurilor dede apăapăadsorbităadsorbită, astfel încât tensiunile ce apar în acesteanvelope să echilibreze presiunea exterioară.În cazul probelor saturate , deformabilitatea structuriinu este posibilă decât în măsura eliminării apei dinpori, eliminare care se face într-un interval de timprelativ mare, apărând astfeastfell un un decalaj decalaj de de timptimp
important important întreîntre aplicarea aplicarea încărcăriiîncărcării şişi înregistrarea înregistrarea deformaţieideformaţiei maximemaxime.
11-Jan-13 11
Istoricul încărcărilor pe pământul studiat Pentru aceeaşi presiune p0 →
pământul se poate găsi în diferitestări de îndesare → tasări diferite;
pământurile sunt materiale„ereditare ”, adică acelaşi pământ la
aceeaşi sarcină exterioară se poate găsi
în cele mai variate stări de îndesare, în
funcţie de numărul de cicluri încărcare- escărcare care au avut oc n ecursu
existenţei lui şi care-şi lasăamprenta” în structura şi
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 236/533
„amprenta în structura şi
comportamentul sub sarcini alpământului respectiv.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Presiunea efectivă maximă ( p1 = σ ′ p ) pe care o probă de pământ a suportat-o în decursul existenţei sale (la adâncimea considerată) se defineşte ca presiune de preconsolidare (STAS8941/1-89).
11-Jan-13 12
Presiunea depreconsolidare σ’p Raportul dintre presiunea de
preconsolidare ( ) şipresiunea efectivă deconsolidare ( ), (sarcinageologică din momentulrecoltării probei sau altăpresiune la care a fost
consolidat), este definit cara ortul de su ra-consolidare
p
σ ′
zγ σ ′
( ) RSC OCR≡
-pământ subconsolidat RSC < 1; <0mσ ′
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 237/533
p s bc s d S ; 0
-pământ normal consolidat RSC = 1; =0-pământ uşor supraconsolidat 1 < RSC ≤ 2; 0< ≤ 100kPa-pământ moderat supraconsolidat 2 < RSC ≤ 4; 100< ≤ 400kPa-pământ puternic supraconsolidat RSC > 4. >400kPa
m
mσ ′
mσ ′
mσ ′mσ ′
m p cσ σ σ ′ ′ ′= −
limită de supraconsolidare
11-Jan-13 13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Constatări şi observaţii asupra compresibilităţii pământurilor compresibilitatea pământurilor, este determinată de micşorarea micşorarea porozităţii porozităţii acestora
din diverse cauze şi în foarte mică măsură de deformabilitatea materialului dinparticulele componente, şi drept urmare studiul compresiune – tasare al
pământurilor poate fi transpus, pentru a ţine seama de natura deformaţiilor, înînstudiul studiul compresiune compresiune – – porozitate porozitate ;
forma şi dimensiunile particulelor , rugozitatea suprafeţei lor, precum şi aranjarea relativă
determină compresibilitatea pământurilorpământurilor cucu structură structură rigidă rigidă , (nisipuri, etc.), iarnatura mineralogică a particulelor şi intensitatea fenomenelor de interfaţă
determină compresibilitatea pământurilorpământurilor cucu structurăstructură “elastic㔓elastică” (argile, etc.),împreună cu istoria încărcărilor anterioare;
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 238/533
definirea unor indici ai proprietăţilor mecanice similari celor din Rezistenţamaterialelor şi Teoria elasticităţii poatepoate caracteriza,caracteriza, întreîntre anumiteanumite limitelimite dedetensiunitensiuni, deformabilitatea unei structuri a pământurilor şi nu a pământului însuşi , deoarece o structură grăunţoasă a aceluiaşi nisip, deci cu
aceleaşi particule, dar aranjate altfel (altă textură) poate prezentadeformabilităţi diferite şi în funcţie de gradul ei de îndesare.Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 14
la pământurile cu structură rigidă (nisipuri) se înregistrează deformaţii relativ mici şi în timp scurt sub sarcini statice care însă pot avea valori importante sub acţiunidinamice (şocuri, vibraţii), în cazul structurilor afânate, prin rearanjareaparticulelor;
păm ntur e cu structură “elastică” arg e prez ntă o compres tate variabilă nfuncţie de mărimea porozităţii iniţiale, umiditatea lor şi istoricul încărcării(RSC). Tasările se desfăşoară în timp îndelungat , în funcţie de raportul dintre apa
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 239/533
( ) ş p g ţ p p
adsorbită şi apa liberă şi posibilităţile de drenare de pe conturul stratuluicomprimat.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 15
Studiul compresibilităţii pământurilor prin încercări delaborator
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 240/533
în edometruedometru - încercarea constă în supunerea unei epruvete (probe) de pământ, obţinută prin ştanţare dintr-oprobă netulburată (monolit sau ştuţ) unei tensiuni verticale ( σ 1 = N/A ), variabilă în trepte ( 0,01; 0,02; 0,05; 0,10; 0,20; 0,30; 0,50 şi 1,00 MPa ), urmărirea tasărilor sub fiecare treaptă de încărcare şi înregistrarea evoluţieilor în timp.
măsurarea tasărilor, sub fiecare treaptă de încărcare constantă, pe epruvetele cilindrice ( φ = 7,00 cm; h = 2,00
cm ) cu deformaţii laterale împiedicate şi cu drenare a apei din pori pe feţele inferioare şi superioare, se face dupăun minut; 30 min.; 1 h; 2 h; şi apoi din oră în oră până la stabilizarea tasării (trei citiri succesive la interval de ooră să nu difere cu mai mult de 0,01 mm).
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 16
Rezultatele încercării
se reprezintă grafic într-o diagramă având înabscisă tensiunea verticală la scară normală (a)sau logaritmică (b) şi în ordonată deformaţia(tasarea) specifică ( ε %=100·∆h/h ), exprimată înprocente.
se constată că:• relaţia presiune – tasare specifică nu este liniară
şi deci într-o abordare strict riguroasă- ,
de tipul legii lui Hooke;• prin descărcare, pentru orice treaptă de
încărcare, proba nu mai revine la
( ) f σ ε ′ =
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 241/533
p
dimensiunile iniţiale, ea prezentând oimportantă deformaţie remanentă , deci uncomportament neelastic ;
• pentru aceeaşi treaptă de încărcare,deformaţiile se produc în timp până lastabilizarea lor.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 17
Legea îndesării
v
0 0 01 1
i o i i
o
h e e h e
h e h eε
∆ − ∆ ∆= = ⇒ =
+ +
( )0 01ii he e e
h
∆= − ⋅ +
i p
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 242/533
curba de compresiune–tasare se poate retrasa sub forma curbeicurbei dede compresiune compresiune– –porozitate porozitate
reprezentată în coordonate normale respectiv semilogaritmice, prezentând o ramurăprimară de compresiune (îndesare) şi o ramură de decomprimare (umflare)
( )00 0v 1
0 0 0 0
ii i i A h hV V Ah Ah hV
V V Ah Ah hε ε −− − ∆∆= = = ⇒ = = ( ) ( )
( )0
v
0
1 1
1
s s i
s
V e V eV
V V eε + − +∆= =
+
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 18
coeficient de compresibilitate, acoeficient de compresibilitate, a v v
indice de compresibilitate, Cindice de compresibilitate, Ccc
1 2 1 2v v
1 2 2 1
e e e eea a
p p p p p
− −∆= − ⇒ = − =
∆ − −
Formularea legii îndesării este: la variaţii mici ale
presiunilor de îndesare, variaţia indicelui porilor este
direct proporţională cu variaţia presiunii .( ) p∆
( )logc c
e
C tg C pα
∆= −
⇒= −
∆
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 243/533
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 19
• În cazul în care se consideră intervalul de presiunesimilar intervalului definit la coeficientul decompresibilitate p1 = σ ′ p (presiunea iniţială =presiunea de preconsolidare) şi presiunea finală
p2=σ ′ p+∆σ ( ∆σ – definită ca reprezentând presiunea activă care determină variaţia deporozitate, din efectul construirii ), expresiaindicelui de compresibilitate devine:
log log 1
o i o ic c
p i
p p
e e e eC C
σ σ σ
σ σ
− −= ⇒ =
′ + ∆ ∆+ ′ ′
′≈ ⋅
,c c
C' c este indicele de compresiune stabilit pe probe de pământ malaxate / remaniate, ce se prezintă sub formaunei paste omogene, asemănătoare celei de la determinarea limitei de curgere ( w L ).
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 244/533
C c≈ 1,3 · 0,007 ⋅ (w
L- 10) = 0,009⋅ (w
L- 10)
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 20
relaţii empirice pentru estimarea indicelui de compresiune şirelaţii empirice pentru estimarea indicelui de compresiune şirespectiv de recompresiunerespectiv de recompresiune
)25,0(40,0 0 −⋅= eC c
• (Azzouz et all., 1976)
)5(01,0 −⋅= wC c• (Azzouz et all., 1976)
)34,0003,0(37,0 0 −⋅+⋅= Lc weC
• (Azzouz et all., 1976)s Lc wC γ ⋅⋅= 00234,0• (Nagaraj and Murty, 1986)
)007,0(15,0 0 +⋅= eC r
• (Azzouz et all., 1976)
)7(003,0 +⋅= wC r • (Azzouz et all., 1976)
)06,0003,0(126,0 0 −⋅+⋅= Lr weC • (Azzouz et all., 1976)
În raport de valorile indicilor de compresibilitate (normal consolidate)/umflare (supraconsolidate)
s Lr wC ⋅⋅= 000463,0• (Nagaraj and Murty, 198 )
/(1 )C C + /(1 )C C +
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 245/533
reduse0 /(1 )
c cC C eε = + 0 /(1 )
r r C C eε = +
• cu compresibilitate foarte mare 0 < sau ≤ 0,05;c
C ε r C ε
• cu compresibilitate mare 0,05 < sau ≤ 0,10;
• cu compresibilitate mediec
C ε r C ε
0,10 < sau ≤ 0,20;c
C ε r C ε
• cu compresibilitate redusă 0,20 < sau ≤ 0,35;c
C ε r
C ε
• practic incompresibile sauc
C ε r C ε
> 0,35;
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 21
Modul de deformaţie edometric, Mi
• De obicei, pentru caracterizarea pământurilor după
compresibilitate. se calculează modulul dedeformaţie edometric pentru intervalul de presiune
( )i i
i
i i
M tg M M h
h
σ σ α
ε
∆ ∆= ⇒ = ⇒ =
∆ ∆∆
1
1
2
2
12
21
ph
h
ph
h
p p
p p M
∆−
∆
−=
−
n ţ a p1 = a cm ş na p2 = a cm .
Clasificarea pământurilorM 2-3
kPa [kN/m2 ] [1/kPa] [%]Tipuri de pământuri
2 3va− 2 pε
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 246/533
Practic incompresibile > 50000 < 0,00003 - Nisipuri îndesate, argile tariCu compresibilitate redusă
20000 ÷ 50000 0,00003 ÷ 0,0001 < 2Nisipuri cu îndesare medie
Cu compresibilitate medie10000 ÷ 20000 0,0001 ÷ 0,0002 2 ÷ 4
Nisipuri afânate, argile plastic vârtoase
Cu compresibilitate mare5000 ÷ 10000 0,0002 ÷ 0,0004 4 ÷ 6
Argile plastic consistente
Cu compresibilitate foarte mare < 5000 > 0,0004 > 6 Argile plastic moi
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 22
Determinarea presiunii de preconsolidareEtapele construcţiei grafice după
Casagrande sunt:
construcţia curbei compresiune –
porozitate; determinarea punctului de pe
curbă ( B ) în care curbura estemaximă respectiv raza decurbură este minimă;
trasarea în punctul B al curbei, a
orizontalei ( h ) şi a tangentei lacurbă t ;
trasarea bisectoarei ( b ) aunghiului β
prelungirea ultimei porţiunirectilinii, a curbei de
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 247/533
ect , a c be decompresiune – porozitate, DC care intersectează bisectoarea înpunctul (4);
coborârea din punctul (4) a verticalei (45) ce permitedeterminarea presiunii de
preconsolidare ( σ ′ p = 1,45 daN/cm 2 ).
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 23
Corecţia curbelor de compresiune - porozitate Etapele construcţiei grafice pentru un pământnormal consolidat sunt:
determinarea presiunii depreconsolidare σ ′ p prin metodaCasagrande, prezentată anterior;
comparareaσ ′
p cu sarcina geologicăσγ z pentru a vedea dacă proba estenormal consolidată ( σ ′ p = σ γ z );
trasarea orizontalei corespunzătoareporozităţii in situ ( e a ), sau aproximatăprin calcul invers , până întâlneşte
verticala corespunzătoare sarciniigeologice ( σ γ z =σ ′ p ) în punctul a ;
găsirea punctului d de pe curba C-P din laborator, care corespundeporozităţii 0 42 ·e a ;
unirea punctelor b, a , d şi găsirea“curbei” de compresiune – porozitatecorectată, în reprezentaresemilogaritmică;
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 248/533
calculul indicelui de compresiune capantă a dreptei ad ;
cC tgα = −
( )
( )
.
.
00
.
0
1
fin
fin
fin
he
he
h
h
∆+
=∆
−
.
.
%
100
fin s
fin
w
w
e
γ
γ
⋅
= ⋅prin procedură de calcul invers se poate calcula indicele porilor iniţial
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 24
alte încercări de laborator Încercarea de compresiune monoaxială
– cu deformare liberă a probei Încercarea de compresiune triaxială –
cu deformare parţial împiedecată aprobei
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 249/533
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 25
Plecând de la asemănarea metodologică a efectuării încercării de compresiune monoaxială,cu cea de determinare a curbei caracteristice a altor materiale şi prin aceasta a modulului deelasticitate care se utilizează la definirea ecuaţiilor fizice sau constitutive (legea lui Hookegeneralizată) şi în mecanica pământurilor pe baza curbelor din figura anterioară, sedefineşte un indice similar, E = d σ σσ σ /d ε εε ε , care a a fost denumit modul de deformaţie
liniară , el reflectând posibilitatea aproximării comportării pământurilor, pentru un anumitinterval de presiune, printr-o funcţională de gradul întâi (a cărei expresie grafică este olinie), similară legii lui Hooke ( ε = E /σ ) şi nu comportarea elastică a materialului pământ.Între modulul de deformaţie liniară (E ) şi modulul de deformaţie edometric (M ) sepoate stabili o relaţie de legătură plecând de la exprimarea aceleaşi deformaţii verticale ( ∆h )a unei probe edometrice prin intermediul celor doi moduli, cu considerarea stării detens un corespunz toare.
Astfel, proba edometrică este supusă unei
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 250/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs Prof.
Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 26
solicitări axial simetrice, caracterizată printensiunile σ z ≠ σ x = σ y , căreia îi corespunde ostare de deformaţie axial simetrică, caracterizatăprin ε z ≠ 0 şi ε x = ε y = 0.
Coeficientul presiunii laterale
M M h
h z z z
σ ε
σ ε =⇒
∆=
∆=∆
( )[ ] y x z z v E
σ σ σ ε +⋅−⋅=1
( ) x z z y x v
E
σ σ ε σ σ ⋅⋅−⋅=⇒= 21
Deformaţia specifică a probei edometrice se exprimă:• în funcţie de modulul de deformaţie edometrică:
• în funcţie de modulul de deformaţie liniară prin legea lui Hookegeneralizată:
şi cum
Egalând cele două expresii ale deformaţiei specifice se obţine:
( )1
2 1 2 x z z x
z
v E M v M E
σ σ σ σ
σ
= ⋅ − ⋅ ⋅ ⇒ = ⋅ − ⋅ ⋅
( )1 2 o E M v K ⇒ = ⋅ − ⋅ ⋅
unde: 0 ≤ K 0 ≤ 1 este coeficientul presiunii laterale egal, în acest caz cu σ σσ σ x / σ σσ σ z .
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 251/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 27
Pentru proba edometrică (exceptând eventualitatea acţiunii presiunii capilare asupra ei, simultan cu tensiunileσ z ; σ x ) raportul K 0=σ σσ σ x / σ σσ σ z se determină din condiţia ε εε ε x = ε εε ε y = 0 . Deci, scriind expresia uneia dintre acesteadată de legea generalizată a lui Hooke:
( )[ ] z y x x v
E σ σ σ ε +⋅−=
1 şi ţinând seama că: ( ) 00 11
x x y x x z x z
z
vv v v v K
v
σ σ σ σ σ σ σ σ
σ = ⇒ − ⋅ + ⋅ = ⇒ ⋅ − = ⋅ ⇒ = =
−
Ca urmare, coeficientul presiunii laterale (coeficientul presiunii în stare de repaos ) devine:0
1
v
K v= −
Studiul compresibilităţii pământurilor prinîncercări in situ
încercarea cu placa (STAS 8942/3-90);
încercarea presiometrică ;
penetrarea standard (STAS 1242/5-88) şi penetrarea
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 252/533
statică (STAS 1242/6-76);
metode seismice (STAS 1242/7-76);
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 28
Încercarea cu placa (PLT) – coeficientul de pat (k) → modelul Winkler(p = k y) → proiectarea fundaţiilor continue şi radier
Graficul centralizator al încerc ării cu placa
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 253/533
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 29
1 – plac ă de înc ărcare; 2 – distan ţ ier; 3 – pres ă hidraulic ă; 4 – pilo ţ i de
ancoraj; 5 – grinzi transversale; 6 – nisip (1-2 cm grosime).
Schema de principiu a dispozitivului de încercare cu placa în sondaje
deschise
Determinarea presiunii limit ă de propor ţ ionalitate, a coeficientului de pat (tasare) şi a presiunii critice
Încercarea presiometrică(PMT)
modulul presiometric (Ep ) alţi parametri pentru dimensionarea
fundaţiilor de adâncime (piloţi)
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 254/533
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 30
Încercarea dilatometrică (DMT)Se pot determina:
raportul de supraconsolidare(RSC);
moduli de deformaţie E/M;
coeficientul presiunii laterale
(K 0 )cu scopu e a ec e asupra
caracterizării unui amplasament în vederea construirii/fundării în acea
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 255/533
locaţie.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 31
Încercarea penetrometrică dinamică (SPT şi DCPT)
Nr. de lovituri(N)
Densitatea relativă
Terzaghi - Peck Gibs -Holtz
> 4 Foarte afânat 0-15%4-10 (9∗) Afânat∗ 15-35%
10-30∗ Îndesaremijlocie∗
35-65%
30∗-50 Îndesat∗ 65-85%
Peste 50 Foarte îndesat 85-100%
a) pământuri necoezive
NConsistenţa
STAS
1242/5 88
Terzaghi -
k
b) pământuri coezive
http://www.azomining.com/equipment-details.aspx?EquipID=867
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 256/533
1242/5-88 Peck
<2 CurgătorFoartemoale
2-4Plasticcurgător
Moale
4-8 Plastic moale Medie
8-15Plasticconsistent
Rigid
15-30 Vârtos Foarterigid>30 Tare Tare
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 32
Încercarea
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 257/533
penetrometricăstatică (CPT -CPTU)
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 33
http://www.laboratorisilpa.com/sitosil
pa/english.htm
Starea de tensiune din masivele de pământ
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 258/533
I. faza liniar – deformabilă ( legea lui Hooke este aplicabilă şi pământurilor, atât coezive cât şi necoezive – calculul tasării fundaţiilor )
II. faza elasto – plastică ( limitată inferior de dezvoltarea zonelor plastice - τ>τf – pe o adâncime limitată – stabilirea dimensiunilor iniţiale ale tălpii fundaţiilor ce transmit încărcări în grupările de acţiuni cele mainefavorabile de tip fundamental )
III. faza plastică (de rupere sau cedare – verificarea dimensiunilor fundaţiilor la Starea Limită de CapacitatePortantă, la ăncărcări în grupările de acţiuni cele mai nefavorabile de tip special)
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 34
Starea de tensiune din pământ
Tensiunea în pământ este considerată o tensiune medie în raportcu suprafaţa considerată (plinuri şi goluri) şi nu tensiune de lacontactele intergranulare.
S l d i i i i i l i ii
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 259/533
Starea reală de tensiune, prin acceptarea principiului suprapuneriiefectelor, este rezultanta compunerii a două stări de tensiune: Starea de tensiune indusă de acţiunile exterioare (construcţii/fundaţii)
Starea de tensiune preexistentă
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 35
Tensiunea de natură gravitaţională - primară
gmG ii ⋅=
1 1 1 1
n n n n n
i i i i i
i
G G g m g V A h g A h ρ ρ γ = = ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅∑ ∑ ∑ ∑ ∑
1
/ / n
zM iG A A h A H σ γ γ
= = ⋅ ⋅ = ⋅
∑
În cazul masivelor omogeneÎn cazul masivelor omogene
Aplicând legea lui Hooke la pământuri,definind astfel legătura între tensiuni şideformaţii, se determină:
zyx σν
σσ == 1 zx K σσ 0
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 260/533
z y x σ ν σ σ ⋅−== 1 z x K σ σ ⋅= 0
unde K 0=ν /(1- ν ) este coeficientul împingerii înstare de repaus
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 36
Cazul terenului stratificat şi sub influenţa apei subteraneSarcina geologică pentru verticala 0z se calculează deasupra nivelului apei subterane, în stratulpermeabil ( P ) cu greutatea volumică γ = ( 1-n )⋅( 1+w )⋅γ s şi sub nivelul hidrostatic cu γ ′ = ( 1-n ) ( γ s -γ w ). La calculul tensiunii σ z (sarcină geologică) în stratul impermeabil ( I ) se va adăuga şi greutatea
coloanei de apă ( γ w ⋅ h ) ce reazemă pe acesta
∑ ⋅=⇒⋅++⋅+⋅=
n
ii znn z hhhh1
2211 ... γ σ γ γ γ σ
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 261/533
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 37
Cazul terenului stratificat şi apei subterane captive
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 262/533
apare o discontinuitate la interfaţa dintre stratul magazin şi stratul superior puţin permeabil cu valoarea γ w ⋅ ( H 1-H 2 ), care reprezintă tocmai pierderea de sarcină pentru traversarea stratului (2) cu permeabilitatea redusă.
Ca urmare, diagrama sarcinii geologice (litologice) calculată cu , pentru stratul (2), este
reprezentată prin linia întreruptă 2-2′ .
2 sr γ γ =
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 38
Geotehnică – note de cursProf.dr.ing. Anghel StanciuConf.dr.ing. Irina Lungu
Cursul nr.Cursul nr. 7 7 http://www.civilengineergroup.com
Starea de tensiuni în semispațiu
Bibliografie:
Starea de tensiuni în semiplan
Tasarea construcțiilor. Tipuri de deformații
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 263/533
Bibliografie:
A. Stanciu & I. Lungu, FUNDAŢII – I
Fizica şi Mecanica Pământurilor, Ed. Tehnică, 2006
http://www.nachi.org/soils-settlement.htm
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 264/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 2
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 265/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 3
Starea de tensiune din masivele de pământ. Considerații generale
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 266/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 4
Starea de tensiune în semispaţiu forţe aplicate la suprafaţa semispaţiului
forţă concentrată1
cosP R C
R
ψ ⋅∆ = ⋅ 1
cos'
P R C
R R
ψ ⋅∆ = ⋅
+ ∆
1 2
'cos
R R
R R PC
R Rε ε ψ
∆ − ∆= → = ⋅ ⋅
2' cos R R R
PK K
Rσ ε σ ψ = ⋅ ⇒ = ⋅ ⋅
2 2Pπ π
2cos3 P
Rψ σ ⋅⋅=
în coordonate cilindrice
( )53
3 zPz ⋅⋅=σ
20 0 R
R⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ −
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 267/533
22 R R
ψπ ⋅ ( )5222 zr
z
+⋅π
( )
2
2 / 5
2
/ 1
1
2
3
z
P
zr K
z ⋅
+⋅
⋅
⋅=
4 4 4 34 4 4 21
π σ
2
z
PK z ⋅=σ ⇒ ⇒
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 5
Distribuţia tensiunilor în semispaţiu actionat de o forţăconcentrată
r/z K r/z K r/z K r/z K
1 2 3 4 5 6 7 8
0,37 0,3465 0,87 0,1166 1,37 0,0340 2,20 0,0058
0,38 0,3408 0,88 0,1138 1,38 0,0332 2,30 0,0048
0,39 0,3351 0,89 0,1110 1,39 0,0324 2,40 0,0040
0,40 0,3294 0,90 0,1083 1,40 0,0317 2,50 0,0034
0,41 0,3238 0,91 0,1057 1,41 0,0309 2,60 0,0029
0,42 0,3181 0,92 0,1031 1,42 0,0302 2,70 0,0024
0,43 0,3124 0,93 0,1005 1,43 0,0295 2,80 0,0021
Valorile coeficientului K(r/z) pentru calculul tensiunii verticale în interiorul semispa ț iului ac ț ionat de o for ț ă concentrată la suprafa ț ă
0,44 0,3068 0,94 0,0981 1,44 0,0288 2,90 0,0017
0,45 0,3011 0,95 0,0956 1,45 0,0282 3,00 0,0015
0,46 0,2955 0,96 0,0933 1,46 0,0275 3,50 0,0007
0,47 0,2899 0,97 0,0910 1,47 0,0269 4,00 0,0004
0,48 0,2843 0,98 0,0887 1,48 0,0263 4,50 0,0002
0,49 0,2788 0,99 0,0861 1,49 0,0257 5,00 0,0001
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 268/533
tensiunile verticale sunt neuniform distribuite de-a lungul unui plan orizontal, prezentând valori maximepe verticala punctului de aplicaţie al forţei şi scăderi relativ rapide cu creşterea distanţei faţă de axulforţei;
gradulgradul dede neuniformitateneuniformitate alal repartiţieirepartiţiei tensiuniitensiunii verticale verticale scadescade pepe măsurămăsură cece adâncimeaadâncimea planuluiplanuluiconsideratconsiderat creştecreşte;;
tensiunea verticală scade ca intensitate pe măsură ce distanţa pe verticală faţă de punctul de aplicaţiecreşte
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 6
Semispaţiul acţionat de un sistem de forţe concentrate
n z z z z σ σ σ σ +⋅⋅⋅++=
21
1 21 22 2 2
n z n
PP PK K K
z z zσ = ⋅ + ⋅ + ⋅⋅⋅ + ⋅
i
n
i z PK z ⋅⋅=⇒ ∑2
1
σ
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 269/533
se poate estima influenţa fundaţiilor de suprafaţă izolate sub stâlpi, situate înacelaşi plan orizontal, la distanţă redusă, asupra stării de tensiune şi ulterior astării de deformaţii din terenul de fundare.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 7
Semispaţiul acţionat de forţe distribuite pe suprafeţe de formeregulate (dreptunghiulare)
5/ 22 20 0 2 2
2
21
z z z A
d K d dx dy z z z x y
z
σ σ σ π
⋅= ⋅ ⇒ = = ⋅ ⋅ ⋅
⋅ ⋅ ++
∫∫ ∫ ∫
2 2 2
2 2 2 2 2 2 2 2
2
arcsin2 zc
p l b z l b z l b
D D z l b l z b zσ π
⋅ ⋅ + + ⋅ ⋅= ⋅ ⋅ +
⋅ ⋅ + ⋅ + ⋅ + ( )zc c
l z pf
σ α = ⋅
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 270/533
2 2 2
1 1 1 1 1 10 2 2 2 2 2 2 2 2
1 1 1 1
22arcsin
z
l b z l b z l b p
D D z l b l z b zσ
π
→ ⋅ ⋅ + + ⋅⋅ = ⋅ ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ +
unde, l 1=l/2 şi b 1=b/2.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 8
00 0
, , ( ; ) zc cc
z
zp f
p b bσ σ
σ α
→ == ⋅
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 271/533
Metoda punctelor de colţ
ceas me o are a az pr nc p u suprapuner e ec e or, un amen a pe egea compor rliniar - deformabile a pământurilor sub acţiunea încărcărilor, respectiv relaţia:
unde α c =f (z/b, l/b), un coeficient adimensional dat în tabele, în funcţie de raportul laturilorsuprafeţei dreptunghiulare de încărcare l x b (l > b ).
zc c pσ α = ⋅
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 272/533
( )1 2 z c c pσ α α = + ⋅
( )1 1 1 1 / , / c
f l b z bα = ( )2 2 2 2 / , /
c f l b z bα =şi
( )1 2 3 4 z c c c c pσ α α α α = + + + ⋅ ( )1 2 3 4 z c c c c pσ α α α α = + − − ⋅
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 10
Starea de tensiune în semiplan
P t it i ti f d ţiif d ţii titi id iid i dd p ijip iji b jb j di idi i t tt t
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 273/533
Pentru anumite cazuri practice, fundaţii fundaţii continue,continue, ziduri ziduri de de sprijin,sprijin, baraje,baraje, diguri,diguri, terasamente terasamente pentrupentru căicăi dede comunicaţiicomunicaţii, etc, starea spaţială de tensiune (cu excepţia zonelormarginale) poate fi redusă la o stare plană de tensiune, prin considerarea semiplanuluirezultat din intersecţia semispaţiului cu cele două planuri verticale paralele, la distanţe
unitare
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 11
Semiplan încărcat cu o forţă concentrată
2 cos( , ) sin r
PF r C r
r
ϕ ϕ ϕ ϕ σ
π
⋅= ⋅ ⋅ ⋅ ⇒ = ⋅
32 cos z
P
r
ϕ σ
π
⋅=
2
2 z
F
xσ
∂= ⇒
∂
2 2 32 2 2P z x P z x P z⋅ ⋅
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 274/533
( ) ( ) ( )2 2 2
2 2 2 2 2 2; ; x xz z
z z z
x z x z x zσ τ σ
π π π = ⋅ = ⋅ = ⋅
+ + +
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 12
Variaţia tensiunilor în semiplan din acţiunea unei forţeconcentrate
ansamblul izobarelor,constituie aşa numitul bulb depresiune, fiecare izobarăcorespunzând fie unei anumite valori a tensiunii σ r , fie unei
anumite frac iuni din for a P .
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 275/533
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 13
Semiplan acţionat de o forţă verticală parţial distribuită semnele (+) pentru
unghiurile ( φb ) seconsideră când
punctul M(x,z) este înafara verticalelor, şirespectiv semnul (-)când este între verticale;
32 cos z
P
r
ϕ σ
π
⋅= ⋅
unde K z , K x , K xz suntcoeficienţii deinfluenţă, în funcţie de
rapoartele z/B şi x/B,unde B este lăţimea de
( ) ( )
±+±⋅⋅
⋅= baba z
qϕ ϕ ϕ ϕ
π σ 2sin2sin
4
1
2
12
( ) ( )
±−±⋅⋅
⋅
= baba x
qϕ ϕ ϕ ϕ π σ 2sin2sin4
1
2
12
qK z z ⋅=σ
qK x x ⋅=σ
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 276/533
distribuţie a sarciniiuniform distribuite şisunt întabelaţi.
( )cos 2 cos 22
zx b a
qτ φ φ
π = ⋅ −
qK xz xz ⋅=τ
( )ω ω π
σ sin1
+⋅=q
( )3 sinq
σ ω ω π
= ⋅ −
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
11-Jan-13 14
x /B2,00
K zx
0
0,00
0,02
0,04
K x
0
0,04
0,07
0,10
K z
0
0,00
0,00
0,02
1,50
K zx
0
0,01
0,04
0,07
K x
0
0,07
0,12
0,14
K z
0
0,00
0,02
0,04
1,00
K zx
0
0,05
0,13
0,16
K x
0
0,17
0,21
0,22
K z
0
0,02
0,08
0,15
0,50
K zx
0,32
0,30
0,26
0,20
K x
0,50
0,35
0,23
0,14
K z
0,50
0,50
0,48
0,45
0,25
K zx
0
0,13
0,16
0,13
K x
1,00
0,39
0,19
0,10
K z
1,00
0,90
0,74
0,61
0,00
K zx
0
0
0
0
K x
1,00
0,45
0,18
0,08
K z
1,00
0,96
0,82
0,67
z/B
0,00
0,25
0,50
0,75
Coeficienţii de influenţă K z , K x şi K zx pentru determinarea tensiunilor σ σσ σ
z ,σ σσ σ
x ,τ ττ τ
xz într-un semiplan acţionat de o forţă parţial distribuită
,
0,07
0,08
0,08
0,07
0,05
-
,
0,11
0,09
0,08
0,04
0,03
-
,
0,04
0,07
0,08
0,10
0,10
0,09
,
0,00
0,10
0,10
0,07
0,05
-
,
0,12
0,09
0,07
0,03
0,02
-
,
0,10
0,13
0,14
0,13
0,12
0,11
,
0,14
0,11
0,10
0,06
0,03
-
,
0,11
0,06
0,05
0,02
0,01
-
,
0,20
0,21
0,20
0,17
0,14
0,12
,
0,12
0,10
0,08
0,06
0,03
0,02
,
0,06
0,04
0,03
0,02
0,01
-
,
0,37
0,33
0,30
0,28
0,20
0,15
,
0,07
0,06
0,04
0,03
0,02
0,01
,
0,03
0,02
0,01
-
-
-
,
0,44
0,38
0,34
0,31
0,21
0,16
0
0
0
0
0
0
,
0,02
0,01
-
-
-
-
,
0,46
0,40
0,35
0,31
0,21
0,16
,
1,25
1,50
1,75
2,00
3,00
4,00
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 277/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 15
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,10
-
-
-
-
-
0,10
-
-
-
-
-
0,12
0,10
-
-
-
-
0,13
0,10
0
0
-
-
0,13
0,11
5,00
6,00
Izobarele şi variația tensiunilor în cazul semiplanului acționat de osarcină parțial distribuită
tensiunile verticale, determinate de acţiunea p, se exercită până la o adâncime relativ mare (6b ) şi pe o lăţime de cca.2b de o parte şi de alta a axului vertical al acţiunii, fapt ce indică o adâncime relativ mare a zonei ce influenţeazătasările construcţiilor
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 278/533
tasările construcţiilor tensiunile σx (împingerile orizontale) au valori mari într-o zonă relativ îngustă, limitată pe verticală la adâncimea 1,5b
și lateral de cca. 2b; tensiunile tangențiale (τxz ) au valori maxime de până la cca. 0,32p, în colțurile suprafeței de încărcare, fapt ce indică
posibilitatea refulării laterale a pământului prin depășirea rezistenței lui la forfecare din zona colțurilor.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 16
Soluţii aproximative pentru calculul tensiunii verticale admit ideea unei repartiţii
liniare a tensiunii verticale subun unghi de 55 0 , 26 033′ sau 45 0
pe adâncime şi simplificarearepartiţiei reale a tensiunii înplan orizontal fie sub formătrapezoidală, fie uniformă.
valoarea maximă, respectiv medie a tensiunii σ z sedetermină prin egalarea
intensităţii acţiunii exterioare P σ b p
z⋅⋅
⋅
=
ba p z
⋅⋅⋅
⋅⋅
=σ pentru α =300
convenţionale admise pentrudistribuţia în plan orizontal, atensiunii σ z .
,,
( ) ( )2 2z
p a b
bσ
⋅ ⋅=
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 279/533
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 17
( ) ( )2 2 z
a z tg b z tgα α + ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅
Tensiuni finale diagramele de tensiuni induse în
teren de acţiunile exterioare,
calculate cu relaţiile specifice pentrufiecare tip de încărcare în parte, sesuprapun cu diagramelereprezentând starea de tensiuneprimară.
,ţină seama de tehnologiile derealizare a fundaţiilor, de ritmul deexecuţie al suprastructurii şi chiar de
natura terenului şi de structura lui.
D
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 280/533
Presiune netă - pnet =pef - γ⋅ D f lacalculul tasărilor probabile
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 18
Tensiune efectivă – tensiune totală noţiunea de tensiune în pământ, nu exprimă valoarea efectivă a
tensiunilor de la contactele intergranulare ci trebuie privită ca omedie statistică a acestora .
ggwwss A p A p A pP ⋅+⋅+⋅=
A Ass / =ϕ A Aww / =ϕ A Agg / =ϕ
ggwwss p p pP
ϕ ϕ ϕ σ ⋅+⋅+⋅==
În cazul unui pământ saturat (porii umpluţi completcu apă)
( ) wsss p p ⋅−+⋅= ϕ ϕ σ 1
wss p p +⋅= ϕ σ
( )43421
uuu 0+′+′=+′= σ σ σ
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 281/533
u
Tensiunile normale σ , pe oricare element de arie din interiorul masivului de pământ este suma tensiunii efective preluată de către scheletul solid şi a presiunii apei din pori . În cazul în care presiunea apei din pori este egală cu
zero, tensiunea totală este preluată integral de către schelet ( ), iar pământul se consideră consolidat.
Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu11-Jan-13 19
σ σ ′=
Ridicarea apei din tubul piezometric ( ) în primul moment al aplicării sarcinii, arată că apa preia
integral sarcina aplicată, deciu=p
şi=0.
În continuare se observă o scădere treptată a nivelului apei dintubul iezometric concomitent cu deformarea robei de ământ a un ându-se du ă un anumit interval
ww ph γ / =
de timp, ca presiunea apei să fie egală cu zero, iar deformaţia probei să atingă valoarea maximă ∆H . Acest lucru indică un transfer treptat al presiunii p = σ , scheletului solid astfel încât în orice moment într-o secţiune a probei se respectă relaţia: ( ) ww
t hu γ σ σ σ ⋅−=−=′
Dacă proba este încărcată cu aceeaşi presiune p, asigurată însă printr-o înălţime corespunzătoare de apă,, se constată ridicarea apei din tubul piezometric la aceeaşi înălţime (pe principiul vaselor
ww ph γ / =
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 282/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 20
, p p ş ţ (p p pcomunicante), fără însă ca proba să se deformeze. Aceasta se explică prin faptul că presiunea coloanei deapă a determinat numai creşterea presiunii neutrale ( u = p ) şi micşorarea presiunii efective.
ww p γ
( ) H H H H u wsr wsr ⋅′=′⇒⋅−=⋅−⋅=−=′ γ σ γ γ γ γ σ σ
http://www.wass
upady.com/2009
/01/turisti-
sustinand-
- -
pisa.html
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 283/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 21
Tipuri de tasări șilimitele acestora
Tasările fundaţiilor se divid în trei tipuri de bază:• uniforme (a), practic deplasarea pe verticală a punctelor tălpii fundaţiilor este aceeaşi şi în consecinţă
degradările se localizează la racordurile de utilităţi sau alte conexiuni din susul clădirii, fără tensiuni şi deformaţii înstructur . e menţ onat tasarea pract c un orm e cca. , m tasarea erenţ at e cca. cm a mas vu uPalat al Artelor Frumoase din oraşul Mexico, construit în anul 1904, aşezat pe un radier puternic şi care practic nua avut degradări.
• înclinări sau distorsiuni (b) ale construcţiilor rigide care pot induce “degradări” de ordin vizual sau afecta încredereautilizatorilor în rezistenţa şi stabilitatea acesteia, fără alte tipuri de degradări. Cel mai faimos caz este, respectiv “lecţie
despre tasări, Turnul din Pisa , care după cele mai recente măsurători prezintă o tasare maximă de 2,80 m într-o parte şi otasare minimă de 0,80 m în cealaltă parte, rezultând o înclinare de cca. 5o (8,7% - ochiul nu poate sesiza înclinări < 1%)fără să ajungă în domeniul degradărilor structurale şi nici chiar arhitecturale;
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 284/533
• tasări neuniforme, diferenţiale sau relative (c) apărute între diferitele părţi ale construcţiei, induc în structură, prin aşanumitele cedări de reazem, eforturi suplimentare care duc la apariţia degradărilor arhitecturale, combinate sau chiar lacedarea (colapsul) structurii de rezistenţă. Meyerhof a arătat că tasările diferenţiale, ale unui cadru din beton armat cu treideschideri şi cinci niveluri, de circa ∆ / L =1/950, a determinat creşterea momentului încovoietor într-o anumită grindă acadrului cu circa 74%.
11-Jan-13 22Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Cauzele tasărilor diferențiale
a) lentile de argilă într-un teren de fundare
preponderent din nisip
b) lentile de nisip într-un teren de fundare preponderent de argilă
c) rezemare pe straturi cu compresibilitate diferită
d) încărcări diferite pe stâlpi P 1<P 2<P 3
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 285/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 23
∑
∑ ⋅
=n
i
i
n
i
med
A
As
s
1
1.
• tasarea medie probabilă
a construcţiei ca fiind mediaaritmetică a cel puţin treifundaţii izolate aleconstrucţiei, caracteristiceprin dimensiunile în plan şiîncărcări. Aceasta se poatecalcula şi ca medieponderată în raport cu ariiletălpilor fundaţiilor:• tasarea relativă
probabilă sau diferenţială relativă (c şi d) ca fiindraportul dintre tasările a
două fundaţii vecine sau a
AB
AB B Arel
l
s
L
sss =
−=.
B A AB ABij sss −=== δ δ
aparţinând aceleiaşi fundaţiişi distanţa dintre ele luândîn considerare cea maidefavorabilă situaţie deîncărcare:
• înclinarea fundaţiei (b şie) reprezintă diferenţadintre tasările a două puncte ∆
θ
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 286/533
extreme ale fundaţiei,raportată la distanţa dintreele (lungimea, lăţimea saudiametrul fundaţiei):
Ltg =θ
11-Jan-13 24Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Tasareaconstrucţiilor
tasări tasări ( ( s s ) ) definite ca deplasări totale pe
verticală ale punctelor fundaţiei rigide /flexibile; tasarea tasarea diferenţială diferenţială ( ) ca diferenţă
a tasărilor totale între două puncte ( A, B ); rotiri rotiri ( ) definite ca schimbarea pantei
liniei drepte care uneşte două puncte
învecinate ( A; B ) ale deformatei tălpiifundaţiei; rotiri rotiri relative relative ( ) care descriu rotirea liniei
drepte ce uneşte cele două puncte ( A′; B′ ), raportată la linia de înclinare ( A′D′ )sau distorsiunea unghiulară
[ ];
A B BA sss −=
β
r β
( ) / AB B A ABs s L β ω = − − nc n r nc n r care escr u ro rea e corp
rigid a fundaţiei ( A′D′ - linia de înclinare); deformaţia deformaţia relativă relativă unghiulară unghiulară ( ), parametru
de referinţă pentru predicţia deschideriifisurilor în clădiri, la care deformaţiile
maxime sunt localizate în dreptulsecţiunilor slăbite (uşi, ferestre, etc.)
α
LsLs /)/ ∆+∆
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 287/533
BC BC AB AB Ls Ls / ) / max ∆+∆=
deflexiunea relativă deflexiunea relativă ( ) definită ca fiind deplasarea relativă a liniei drepte care uneşte cele două punctede referinţă ( A; D ), plasată la distanţa ( L );
raportul deflexiunii raportul deflexiunii ( respectiv ).
max∆
L / ∆ max / L∆
11-Jan-13 25Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Deformaţii limităale construcţiilor
Deformaţia
unghiulară (radiani)
Comportarea construcţiei
η=1/750 (0,0013)Limita la care pot apărea dificultăţi în funcţionarea utilajelor
sensibile la tasări
η=1/600 (0,00167) Limita pericolului de degradare a cadrelor cu diagonale
η=1/500 (0,002) Limita de siguranţă la clădirile la care nu sunt permise fisurile
η=1/300 (0,0033) Limita la care sunt de aşteptat primele fisuri în ziduriledespărţitoare
η=1/300 (0,0033)Limita la care sunt de aşteptat dificultăţi în funcţionarea
podurilor rulante
η=1/250 (0,004)Limita la care înclinarea construcţiilor rigide înalte devine
vizibilă
η=1/150 (0,0067)Fisuri apreciabile în zidurile despărţitoare şi în zidăria din
cărămidă
=Limita de siguranţă pentru zidurile flexibile de cărămidă, la
,care / < 1/4
η=1/150 (0,0067)Limita la care pot apărea degradări generale ale structurii
construcţiilor
CriteriuTipul
pământului
fundaţie
izolatăfundaţie tip radier
distorsiunea
unghiulară
degradări arhitecturale 1/300
degradări structurale 1/150
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 288/533
tasarea diferenţială
maximă
argilă 45 (40)
nisip 30 (25)
tasarea maximă
argilă 75 (65) 75-130 (60-100)
nisip 50 (40) 50-75 (40-60)
11-Jan-13 26Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
La baza apariţiei acestor tasări staudeformaţiile suferite de mulţimea
elementelor de volum ( M i ), care potfi: de de modificare modificare a a volumului volumului acestora sub
acţiunea componentei sferice ( ) astării de tensiune;
de de modificare modificare a a formei, formei, fără omodificare a volumului elementului
Tipuri de deformaţii care determină apariția tasărilor
0σ
considerat, ca urmare a acţiuniicomponentelor deviatorice ale stăriide tensiune ( ).
verticale verticale prin îndesare, ca urmare a
reducerii porozităţii sub acţiunea, înprincipal, a tensiunilor verticale( );
0σ σ −i
zσ
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 289/533
11-Jan-13 27Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Apariţia acestor tipuri de deformaţii, contribuţia lor în cadrul valorii totale,precum şişi intensitateaintensitatea procesuluiprocesului dede deformaredeformare este dictată, în principal, deurmătorii factori:
tipul acţiunii exterioare şi intensitatea acesteia ( p ) , viteza de încărcare,durata aplicării acesteia;
mărimea suprafeţei de încărcare şi rigiditatea fundaţiei;
pu e s ruc ur a p m ntu u ş a or e n c or structura(porozitate, parametrii curbei de compresiune-tasare etc.);
gradul de saturaţie al pământului şi posibilitatea de migrare a apei;
istoricul încărcării masivului de pământ (presiunea de
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 290/533
istoricul încărcării masivului de pământ (presiunea depreconsolidare).
11-Jan-13 28Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Tipuri de deformaţii – factori de influenţă a procesului dedeformare
deformaţiile elastice / instantanee ( de compresiune sau întindere ) se produc deregulă în cazul acţiuniloracţiunilor periodiceperiodice sausau aa încărcărilorîncărcărilor aplicate aplicate instantaneu instantaneu , caredetermină variaţii de formă, fără modificare de volum. În cazul pământurilorsaturate, cantitatea de apă din pământ rămâne practic neschimbată, datorită timpuluiscurt de aplicare a încărcării.
lala încărcările încărcările statice statice ,, dede duratădurată, predomină fenomenele ce determină reducereaporozităţii pământurilor, reducere ce necesită un anumit interval de timp, necesar
migrării apei şi aerului din porii pământurilor. Deformaţiile care apar sunt de
,curbele de încărcare şi descărcare ale unui pământ.
intensitatea intensitatea acţiunii acţiunii ( ( p p ), ), trebuietrebuie limitatălimitată lala oo valoare valoare aa presiuniipresiunii limitălimită ( p pl - presiune decedare plastică locală) astfel încât starea de deformaţie din interiorul masivului depământ, stabilită pe baza unui comportament liniar - deformabil al pământului, săfie, în cadrul unor limite acceptabile, apropiată de cea reală. În caz contrar,deformaţiile, respectiv tasările obţinute prin calcul, cu diferite metode, se
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 291/533
ţ , p ţ p , ,îndepărtează mult de cele reale, măsurate in situ, datorită apariţiei şi dezvoltăriizonelor plastice.
11-Jan-13 29Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Suprafaţa de încărcare , prin mărimea ei determină (pentru aceeaşi
presiune transmisă) tasăritasări diferitediferite datorită adâncimiloradâncimilor diferitediferite aleale zonelorzoneloractiveactive ( z 1 > z 2 ) corespunzătoare. pentru (0,5<p<7)
unde:
K - coeficient de proportionalitate
p - presiunea de încărcare
cs K p A= ⋅ ⋅
I - pentru suprafeţele mici de încărcare (≤0,25 m2 ), se constată o scădere a tasărilor cu creşterea suprafeţei de
încărcare, în opoziţie cu rezultatele teoriei elasticităţii ;II - la valori ale suprafeţei de încărcare medii de la (0,25 – 0,50 m2 ) la (25 – 50 m2 ), pentru terenuri omogene,
tasările sunt proporţionale cu , predominând în teren fenomenele de îndesare, deci de reducere a A
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 292/533
p p ţ , p ,porozităţii;
III - pentru suprafeţe mai mari de 25 – 50 m2, corelaţia s=f ( ) devine neliniară, iar tasările observate sunt
mai mici decât tasările obţinute pe baza modelului ce admite comportarea liniar-deformabilă a pământului.
A
11-Jan-13 30Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Rigiditatea fundaţiei, deci aa corpuluicorpului prinprin carecare sese aplicăaplică sarcinasarcina exterioarăexterioară,determinădetermină distribuţiidistribuţii diferitediferite aleale presiunilorpresiunilor înîn planulplanul dede contactcontact ( ( z=z=00 ) ) şi prinaceasta tasări diferite, atât ca valoare absolută, câtcât şişi caca distribuţiedistribuţie înîn planulplanul xOz xOz
creşterea rigidităţii uniformizează tasările ; aprecierea tipului de fundaţie
(rigidă/flexibilă) → rigiditaterelativă
Fundaţii de formă rectangulară: K
3
2
2
rrectangula1
1
3
4
⋅
−
−⋅
′⋅
⋅=
B
t
E
E K
F
F
ν
ν
- r g < 0,05 - flexibilă
rrec angu a
rrectangulaK
În general se poate considera că sporirea rigidităţii fundaţiei, la aceeaşi presiune medie de încărcare transmisă terenului( pmed.=P/A ) determină o uniformizare a tasărilor sub suprafaţa de încărcare, rezultând valori mai mici (în raportul1,57/2,00) decât cele corespunzătoare centrului fundaţiei perfect flexibile (membrană de cauciuc încărcată cu o coloană de
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 293/533
11-Jan-13 31Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
apă de înălţimea ) şi respectiv mai mari pe margini. Tasarea medie a unei plăci rigide în raport de tasările plăcii flexibile este:
flexibilecentrumarginalrigid )2(3
1
sss ⋅+=
Structura pământurilor considerată ca rigidă (în cazul nisipurilor ) şi flexibilă (la
pământurile coezive ) determină atât mărimea absolută a tasărilor cât şişi procesulprocesul dededesfăşuraredesfăşurare alal lorlor înîn timptimp, în strânsă dependenţă cu gradul lor de umiditate
tasările observate la construcţiile fundate pepământuri cu structură grăunţoasă (nisipuri, pietrişuri),
independent de gradul de umiditate, se dezvoltă într-un ritm rapid , imediat după aplicarea încărcării – reducerereducere dede porozitateporozitate;
la pământurile coezive
, de tipul argilelor cu structurădispersă sau floculară, ce includ, în majoritate, apă în
pori, viteza de amortizare şi stabilizare a tasărilor(coeficientul de permeabilitate al pământurilor)→ timp de stabilizare mai mare decât la nisipuri.
curbele ( 2 ) , ( 3 ) ambele pentru pământuri coezive, indică două cazuri distincte, şi anume:
creşterea tasărilor în timp tinde către zero (curba 2 ), valorile acestora atingând limita tasării finale şid â d l l d f d f b l
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 294/533
indicând prin aceasta că presiunea limită a terenului de fundare a fost stabilită corect;
alura curbei tasare - timp indică o tendinţă de nestabilizare a tasărilor (curba 3 ) şi prin aceasta faptulcă presiunea transmisă terenului a determinat apariţia curgerilor plastice.
11-Jan-13 32Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
TASARE TIPUL DEFORMAȚIEI CAUZA INTERNĂ
A. ELASTICĂINSTANTANEE
Variații de volum Modificarea reversibilă a valorii forțelorinterparticulare și a grosimii peliculelor de apă
adsorbită precum și a volumului aerului închisîn pori.
Modificarea formei Modificarea reversibilă a valorii forțelorinterparticulare, deformarea rețelei structurale.
B. NEELASTICĂ
(consolidare
Îndesarea/Compactarea
structurii pământului
Reducerea porozității ca urmare a îndesării,
prin rearanjarea particulelor sub tensiunile
Concluzii privind tipurile de tasări și cauzele acestora
pr marPLASTICĂ
n use, pe m sura m gr r ape grav a ona e
Umflare Efect de despicare al forțelor interparticulareși a peliculelor de apă adsorbită
Curgere Alunecări reciproce ale particulelor prindepășirea rezistenței la forfecare, fărămodificări de volum
Colaps/Distrugereastructurii
Deplasarea particulelor unele în raport cualtele, însoțită de variații de volum, ruperi de
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 295/533
11-Jan-13 33Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
structurii altele, însoțită de variații de volum, ruperi departicule sau dizolvarea cimentațieiinterparticulare.
Etapele procesului de deformare întimp a pământurilor
Etapa I , corespunzătoare aplicării
instantanee a sarcinii exterioare (încazul sarcinilor dinamice) sau untimp scurt de aplicare a sarciniistatice (0 ÷ 10 zile), când, în cazulpământului nesaturat, au locdeformaţii ale elementelor de
volum din interiorul masivului,de tipul variaţiilor de volum saumodificare a formei. În cazulpământurilor saturate, au locdeformaţii determinate demodificarea formei elementelor
de volum, fără o modificare a vo umu u =0, 0 ş respect v fără eliminare de fluid (condiţiinedrenate u≠0 ).
Etapa a II-a , ce se desfăşoară peun anumit interval de timp relativ
scurt (0-t 1 ), sau poate chiar lipsi încazul pământurilor saturate,
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 296/533
corespunde deformării posibile astructurii pământului pe măsuraeliminării aerului din porineexpulzat în prima fază.
11-Jan-13 34Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Etapa a III-a , desfăşurată pe un interval
relativ mare de timp ( t 1-t 2 ), corespundedeformării progresive a pământului prinmicşorarea volumului de apă din pori,datorită migrării continue a acesteia, subacţiunea presiunii neutrale ( u ≠ 0 ) indusă defundaţie, ca urmare a tendinţei acesteia de a
se conforma tensiunilor ce o solicită.Procesul de deformare continuă până cândintensitatea forţelor mobilizate în interiorulstructurii pământului, echilibrează tensiunilece-l solicită. Apa din pori în acest moment,nu mai este presată de structură şi deci
=
Acest proces de evoluţie în timp a deformării pământurilor prin reducerea volumului porilor sub acţiunea unei
solicitări exterioare constante , prin eliminarea corespunzătoare a fluidului din pori (apă + aer ), poartă numelede consolidare (consolidare primară). Presiunea corespunzătoare, sub care a avut loc procesul de consolidarereprezintă presiunea de consolidare (pc ).
E IV i lid d ă i d li l hi i l id l d l i l l
,efective( ), preluate de schelet,egalează tensiunile exterioare ( ).
uii −=′ σ σ
ii σ σ ′=
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 297/533
Etapa a IV-a , numită consolidare secundară cuprinde totalitatea proceselor chimico - coloidale, ce se produc la nivelulcontactelor interparticulare sau al peliculelor de apă adsorbită, materializate în modificări ale vâscozităţii şi densităţii apei,a potenţialului electrocinetic, a forţelor de atracţie între particule, care determină în final (pentru unele pământuri) un
fenomen de deformaţie lentă, în timp, a pământurilor sub sarcină constantă denumit curgere lentă ( fluaj ).
11-Jan-13 35Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Concluzii asupra procesului de deformare la pământurile cu structură granulară (grăunţoasă), precum şi
pentru cele cu structură dispersă sau floculară, cu un grad deumiditate scăzut, predomină procesele corespunzătoareetapelor I-II, celelalte etape lipsind sau având o pondererelativ puţin însemnată în procesul de deformare. Deci pentrupentrupământurilepământurile nisipoase,nisipoase, cota cota principală principală dindin tasareatasarea totalătotală aparţineaparţine
..
din contră, la pământurile cu structură dispersă sau floculară
saturate predomină procesele din etapele III, IV iar cele dinprimele etape au o pondere puţin importantă. Ca urmarepentrupentru pământurilepământurile argiloase,argiloase, cota cota principală principală oo deţinedeţine tasareatasarea dindin
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 298/533
pp pp g ,g , p pp p ţţconsolidarea consolidarea primară primară .
11-Jan-13 36Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Tipuri de tasări – părţi ale tasării totale (finale) ( s t =s ): s i – tasarea instantanee (imediată / de distorsiune sau elastică) ca rezultat
al etapei I şi după unii autori, şi al etapei a II-a, predominantă la nisipuri ;
s c – tasarea din consolidarea primară , determinată de procesele care au locîn etapa a III-a a procesului de deformare şi după unii autori s-arinclude şi procesele din etapa a II-a în cazul pământurilor nesaturate,predominantă la argile ;
s s – tasarea din consolidarea secundară , ca rezultat al proceselor ce au loc înetapa a IV-a, inexistentă la nisipuri , şi poate deţine o pondere importantăla argilele organice, turbe dar şi în raport de nivelul de încărcare.
tasarea totală înregistrată la sfârşitul procesului de deformare:
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 299/533
i c ss s s s= + +
11-Jan-13 37Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Estimarea tasării imediate/instantanee pentru pământuri necoezive, unde nu există posibilitatea
recoltării, cu tehnologiile obişnuite, a unor probenetulburate în vederea determinării valorilor E, ν , seutilizează pentru estimarea tasării instantanee, carereprezintă componenta principală a tasării totale, celelalte
fiind ne li abile s ≈ s metode azate e rezultatele
penetrării statice , dinamice , presiometrice sau prin încercări cu placa;
pentru pământurile coezive tasarea instantanee se estimează, în principal, pe baza relaţiilor relaţiilor teoretice teoretice furnizate furnizate de de teoria teoria elasticităţii elasticităţii cu introducerea parametrilor E, ν, corespunzători stării nedrenate Eu , ν u ,
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 300/533
p , , p z u , u ,cu unele corecţii.
11-Jan-13 38Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Tasarea instantanee/totală a masivului omogen pământnecoeziv De Beer şi Martens - pentru un strat de grosime hi, acţionat de presiune verticală şi cu
deformaţie laterală împiedicată şi folosind rezultate din încercarea de penetrare staticăpe con (CPT):
- presiunea de preconsolidare pentru stratul i , în kPa;- tensiunea efectivă verticală, indusă de acţiunea exterioară, în kPa;
h i - grosimea stratului elementar ( i ), în metri;
n - numărul de straturi elementare de sub suprafaţa de încărcare (fundaţie) în care este împărţită
11,534 lg 1
i
n pi i
i i
i pc ps h R
σ σ
σ =
′ ′∆
= ⋅ ⋅ + ⋅ ′ ∑ piσ ′
iσ ′∆
.
Schmertmann
Ei , are următoarele valori limită: Ei =2,5 ⋅R pci , pentru fundaţii pătrate; Ei =3,5 ⋅R pci , pentrufundaţii continue; β un coeficient depinzând de forma fundaţiei: β = 2,5, pentru fundaţiipătrate (axial simetrice); β = 3,5, pentru fundaţii continue (stare plană de deformaţie); CD; Ct- factorul de adâncime şi factorul de timp (curgere); - presiunea netă la nivelul
1
( ) i
n z D t
i net i
i i
I C C s mm p z
E β =
⋅= ⋅ ⋅ ⋅ ∆∑
0net p p σ ′= −
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 301/533
ş p ( g ); ptălpii fundaţiei în kPa; Izi- factorul de influenţă care se determină pe baza unor diagrametriunghiulare
0net p p
11-Jan-13 39Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
desenarea la aceeaşi scară a profilului terenului (a), a diagramei de penetrare statică (b) şi a factorului de
influenţă Iz (c);
delimitarea zonei de deformaţie (zona activă) pe baza valorilor adâncimii maxime ( 2B, la fundaţii pătrate şi4B la fundaţii continue) şi împărţirea ei în straturi elementare, în funcţie de valorile medii relativ constante pe verticala straturilor, ale diagramei de penetrare statică (a,b);
determinarea valorilor factorului de influenţă, pentru mijlocul fiecărui strat elementar în parte, pe bazadiagramei (c);
calculul tasării pe baza relaţiei ( ) i
n z D t
i net i
I C C s mm p z
Eβ
⋅= ⋅ ⋅ ⋅ ∆∑
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 302/533
p ţ1i i E β =
11-Jan-13 40Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
a) Tasarea punctelor din semispaţiul liniar deformabil sub b) Tasarea punctelor semiplanului sub acţiunea unei sarcini liniare
Tasarea punctelor semispaţiului şi semiplanului
acţiunea unei forţe concentrate
distribuite
( )
[ ( ) ]
( )
( )
0
2
0 0
2
1
11 ( ) sau
2 1
z z R z
z r
W W dz
z E
P PW dz f r W W E E r C r
P zW
θ
θ
ε σ ν σ σ ε
ν σ ν σ σ π π
ν
∞
∂ = = ⋅ − ⋅ + ⇒ = ⋅ ∂
⋅ −
= ⋅ − ⋅ + ⋅ + → = =⋅ ⋅ ⋅ ⋅
⋅ −= ⋅ +
∫
∫
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 303/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs Prof.
Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 41
34W
G R Rπ +
⋅ ⋅
Estimarea tasării imediate (elastice) saua tasării totale, în cazul pământurilorcoezive, pe baza extrapolării rezultatelorteoriei elasticităţii
se vor prezenta cazurile generale specifice masivelor considerate liniar-deformabile,izotrope sau anizotrope cu particularizările necesare calculului tasărilor “totale” ( )sau imediate ( ), acţionate de fundaţii elastice , respectiv de acţiuni uniform distribuite
d d E ν ;
uu E ν ;
( ) 02
22
11
11ln
1
1ln
10,0 ω
α
α α
α α
α α
α π C
A p
C
A pW =
−+
+++
−+
++=
- pentru punctul O,
din centrul suprafeţei de încărcare
( ) C C
A p
C
A pbaW ω
α
α α
α α α π =
−+
+−+
=
11ln
1
1ln
1,
2211
( )A
C
A p
C
A pbW ω
α
α α
α α α π ⋅=
−+
++⋅+
−+
⋅⋅⋅
=
141
141ln
241
1ln
1,0
2
2
21
21 4p A p Aα α α ⋅ + + ⋅
- pentru punctul C ,din colţul suprafeţei de încărcare
- pentru punctele A şi B,corespunzătoare mijlocului laturilor suprafeţei de încărcare
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 304/533
( )12 2
1 4,0 ln ln
4 4 2 B
p A p AW a
C C
α α α α ω
π α α α α
⋅ + + ⋅= ⋅ + ⋅ = ⋅
⋅ + − + − )1 /( 2ν −= E C este constanta elastică a
semispaţiului
11-Jan-13 42Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
relaţia lui Schleicher
tasarea medie (confirmată prin măsurători pe fundaţii) şi implicit a unui punct de pe suprafaţa semiplanului,sub acţiunea unei încărcări locale, este direct proporţională (coeficient de proporţionalitate )cu presiunea aplicată (dacă presiunea nu depăşeşte limita de proporţionalitate) şi cu rădăcina pătrată a suprafeţei de încărcare
( ).
( ) mmed
C A p
C A pW ω
α α π α α ω ⋅
⋅=
⋅⋅
+−+⋅−⋅
⋅=
33 2
0 1132
C
A pW s i
ii
ω ⋅⋅==
2
1 1 14 4 A a b bα = ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅
'
1
1( 2 )
i
i iW p bC
ω
α ω = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⇒123 C
b pW s i
ii
′⋅⋅==11 / ba=α →
→
/ m
C ω
A
-′ ′
Pentru fundaţiile rigide (lacare distribuţia presiuniieste neuniformă ), tasarea
rezultă constantă pentrutoată suprafaţa şi secalculează cucoeficientul .
constantω
aportulaturilorα=a/b
- pentru semispațiu-
H/b
0,25 0,5 1 2 5
1 (cerc) 0,64 1,00 0,85 0,79 0,22 0,38 0,58 0,70 0,78
1 (pătrat)
1/2
1,12 0,95 0,88 0,22 0,39 0,62 0,77 0,87
r e p t u n g h i
1,5* 1,36 1,15 1,08 - - - - -2* 1,53 1,30 1,22 0,24 0,43 0,70 0,96 1,16
3* 1,78 1,53 1,44 0,24 0,44 0,73 1,04 1,31
4* 1,96 1,70 1,61 - - - - -
mh
cω ′ 0ω ′ mω ′ const ω ′
0ω ′
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 305/533
11-Jan-13 43Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
d r
, , ,
5* 2,10 1,83 1,72 - - - - -
10* 2,53 2,25 2,12 - 0,46 0,77 1,15 1,62
Cazul terenurilorstratificate în zona activă afundaţiilor
Când terenul de fundare este stratificat,
fiecare strat în parte prezentând alte valori alemodulului de deformaţie liniară ( Ed /Eu )respectiv ν d /ν u , aplicarea riguroasă a relaţiilorprecedente nu mai este posibilă. Soluţionareaunor astfel de cazuri (frecvent întâlnite)folosind ipotezele de bază ale teorieielasticităţii se poate face prin metoda Egorov respectiv prin metoda modulului reprezentativ sau metoda însumării tasării
straturilor elementare.
Pentru calculul tasărilor unui mediustratificat, cu comportament liniar -deformabil, Egorov Egorov îlîl asimileazăasimilează caca oo
succesiunesuccesiune dede straturistraturi omogeneomogene şi calculeazăcalculeazătasareatasarea fiecăruifiecărui stratstrat înîn parteparte ca ca diferenţă diferenţă întreîntretasareatasarea stratuluistratului consideratconsiderat semi semi- -infinit infinit şişitasareatasarea suprafeţeisuprafeţei superioaresuperioare aa stratuluistratului respectivrespectiv
( ) ( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ]∞→∞→∞→∞→ −→−
−−−=11 00 iii zi z zm zmmm W W W W W
( )
⋅
⋅=
→∞ b
a
b
zF
C
B pW i
i
mi z
;
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 306/533
tasareatasarea suprafeţei suprafeţei superioare superioare aa stratuluistratului respectiv respectiv.. i
11-Jan-13 44Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Pentru o succesiune de straturi, cuprinse în interiorul zonei active a fundaţiei, degrosime z 0, tasarea medie se obţine ca sumă a tasărilor medii ale fiecărui strat în parte(STAS 3300/2-1985)
( )
4 4 4 4 34 4 4 4 214 4 4 4 34 4 4 4 21
−
→−
−−
+
−
−
⋅⋅
=
b
a
b
zK
i
b
a
b
zK
i zi zm
ii
ii
i b
a
b
zF
b
a
bF
b
a
b
zF
b
a
bF
C
pW
;
1
; 11
;,;;( ) ( )11 −→
−⋅⋅
=− ii
i
z zm K K C
B pW
ii
KKn
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 307/533
( ) [ ]cm
E
K K B pms i
n
i i
iin
2
1
1 1100 ν −⋅−
⋅⋅⋅⋅= ∑=
−
11-Jan-13 45Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
m - coeficient de corecţie în funcţie de grosimea pachetului de straturi compresibile ( z 0 ),dat în tabel.
m
0,00÷0,25 1,50
0,26÷0,50 1,40
0,51÷1,00 1,30
1,01÷1,50 1,20
1,51÷2,50 1,10>2,50 1,00
B z / 0
coeficienţilor lui Poisson, relaţia anterioară poate fi utilizată atât pentru calculul tasării imediate ( s i ) cât şi pentru calculul tasării finale ( s t ).
În STAS-ul 3300/2-85, metoda Egorov, numită şi metoda stratului deformabil degrosime finită se indică a fi utilizată în următoarele două cazuri:
când în limita zonei active apare un strat practic incompresibil ( E > 100.000 kPa );
când fundaţia are lăţimea (sau diametrul) B > 10,00 m , iar pachetul de straturicompresibile din cuprinsul zonei active se caracterizează prin valori Ei > 10.000 kPa .
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 308/533
11-Jan-13 46Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Valorile orientative ale modulului de deformaţie liniară E ce pot fi utilizate pentru
evaluarea preliminară a deformaţiilor terenului de fundare STAS 3300/1-1985
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 309/533
11-Jan-13 47Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Coeficienţii K i , pentru calculul tasării medi
prin metoda Egorov (STAS 3300-77, 3300-1985)
2z/B
K
Fundaţii
în formă cerc
Valorile raportului L/B al laturilor fundaţiei dreptunghiulare
1 1.5 2 3 5 10 (fundaţiicontinue)0.0 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
0.2 0.045 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.052
0.4 0.090 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.104
0.6 0.135 0.150 0.150 0.150 0.150 0.150 0.156
0.8 0.179 0.200 0.200 0.200 0.200 0.200 0.208
1.0 0.233 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.260
1.2 0.266 0.299 0.300 0.300 0.300 0.300 0.311
1.4 0.308 0.342 0.349 0.349 0.349 0.349 0.362
1.6 0.348 0.381 0.395 0.397 0.397 0.397 0.412
1.8 0.382 0.415 0.437 0.442 0.442 0.442 0.462
2.0 0.411 0.446 0.476 0.484 0.484 0.484 0.511
2.2 0.437 0.474 0.511 0.524 0.525 0.525 0.560
2.4 0.461 0.499 0.543 0.561 0.566 0.566 0.605
2.6 0.482 0.522 0.573 0.595 0.604 0.604 0.648
2.8 0.501 0.542 0.601 0.626 0.640 0.640 0.687
3.0 0.517 0.560 0.625 0.655 0.674 0.674 0.726
3.2 0.532 0.577 0.647 0.682 0.706 0.708 0.763
3.4 0.546 0.592 0.668 0.707 0.736 0.741 0.798
3.6 0.558 0.606 0.688 0.730 0.764 0.772 0.831
3.8 0.569 0.618 0.708 0.752 0.791 0.808 0.862
4.0 0.579 0.630 0.722 0.773 0.816 0.830 0.892
4.2 0.588 0.641 0.737 0.791 0.839 0.853 0.921
4.4 0.596 0.651 0.751 0.809 0.861 0.885 0.949
4.6 0.604 0.660 0.764 0.824 0.888 0.908 0.976
4.8 0.611 0.668 0.776 0.841 0.902 0.932 1.001
5.0 0.618 0.676 0.787 0.855 0.921 0.955 1.025
5.2 0.624 0.683 0.798 0.868 0.939 0.977 1.050
5.4 0.630 0.690 0.808 0.881 0.955 0.998 1.073
5.6 0.635 0.697 0.818 0.893 0.971 1.018 1.095
5.8 0.640 0.703 0.827 0.904 0.986 1.038 1.117
6.0 0.645 0.709 0.836 0.913 1.000 1.057 1.138
6.2 0.649 0.714 0.843 0.924 1.014 1.074 1.158
6.4 0.653 0.719 0.850 0.934 1.027 1.091 1.178
6.6 0.657 0.724 0.857 0.943 1.040 1.107 1.197
6.8 0.661 0.728 0.863 0.951 1.051 1.123 1.215
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 310/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 48
7.0 0.664 0.732 0.869 0.959 1.062 1.138 1.233
8.0 0.679 0.751 0.897 0.995 1.111 1.205 1.316
9.0 0.691 0.766 0.918 1.022 1.151 1.262 1.390
10.0 0.700 0.777 0.935 1.045 1.183 1.309 1.456
Metoda însumării tasării straturilor elementare
Această metodă, numită şi metoda modulului reprezentativ , constă în aplicarea legii lui Hooke generalizată,, pentru succesiunea de straturi elementare, cu grosimeaîn care este împărţită zona activă a fundaţiei .
( )0, 4 1,00 2,00ih B m≤ ⋅ ≤ ÷( )[ ] E / 3211 σ σ ν σ ε +⋅−=
npz
hi
∆
∑100σ
β
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 311/533
i
ii
pz
t h
E
s i⋅
⋅⋅= ∑=1
100 β
11-Jan-13 49Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Extinderea acestui model la estimarea tasăriifundaţiilor necesită precizarea a treiaspecte:
lungimea sau “adâncimea ” barei / coloaneide secţiune unitară ( h ) acţionată detensiunea ;
σ pz ≤0,20 σ γz
definirea şi valoarea modulului de
zσ σ ′=
liniară ( E );
lungimea / grosimea ( h ) pentru care
tensiunea (σ) se poate consideraconstantă pe această lungime / grosime.
M M E ⋅= 0
( )0, 4 1,00 mih B≤ ⋅ ≤
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 312/533
11-Jan-13 50Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
M i - valoarea de calcul a modului de
deformaţie edometric al stratuluielementar ( i ), determinat pentru intervalulde presiune, dintre sarcina geologică medieexistentă la nivelul stratului elementar (σγz )şi presiunea medie ce va apare în stratulcomprimat, în urma încărcării fundaţiei
cu .
i
n
ii
pzt h
E s i
⋅
∆⋅⋅= ∑
=1
100 σ β
Ei =M 0i · M i
σ σ ∆+
M 0 - coeficient de corecţie pentru trecereade la modulul de deformaţie edometric lamodulul de deformaţie liniară (determinatpe teren cu placa), care ţine seama dedeformaţiile laterale parţial împiedicate.
pz zγ
i
n
i f zi h D ⋅+⋅= ∑1
0 γ γ σ γ
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 313/533
0 p zi i net pσ α = ⋅
11-Jan-13 51Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Pământuri cu comportament special prezintă particularităţi de calcul a tasării probabile:
PSU – pământuri sensibile la umezire → tasări suplimentaredatorate umezirii care se adaugă la tasarea totală din stareanaturală;
PUCM – pământuri cu umflări şi contracţii mari ca urmare a variaţiilor de apă suferă deformaţii: la creşterea umidităţii →umflări şi la scăderi ale umidităţii → contracţii/tasări
Nisipuri afânate saturate sau nesaturate → tasări suplimentarela acţiuni seismice
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 314/533
a acţ u se s ce
11-Jan-13 52Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Geotehnică – note de curs
Prof.dr.ing. Anghel StanciuConf.dr.ing. Irina Lungu
Cursul nr.Cursul nr. 8 8 Rezisten ț a la forfecare a pământurilor
Parametrii rezisten ț ei la forfecare Criteriul de cedare plastică Mohr-Coulomb
Determinarea în laborator a rezisten ț ei la forfecare
Determinarea rezisten ț ei la forfecare prin încercări pe teren
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 315/533
Bibliografie: A. Stanciu & I. Lungu, FUNDAŢII – I
Fizica şi Mecanica Pământurilor, Ed. Tehnică, 2006
http://www.homelandsecuritynewswire.com/much-earthquake-
damage-japan-caused-liquefactionhttp://www.darkroastedblend.com/2009/01/worlds-most-dangerous-roads-part-6.htmlhttp://www.dawsonwam.co.uk/projects/Connaught_Hotel_Extension.asp
h // d / i i b/ b / 08/ / l h d d li h l
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 316/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 2
http://www.uvm.edu/~inquiryb/webquest/sp08/pmontgom/avalanchesandmudslies.htmlhttp://www.realitatea.net/tag/alunecari-de-teren_26512
http://www.smate.wwu.edu/teched/geology/Landslides-Romania.html
Rezistenţa la forfecare a pământurilor Pământ ca material de construcţie pentru terasamentele căilor de comunicaţii terestre,
pentru diguri / baraje hidrotehnice;
sau ca suport al construcţiilor prin intermediul fundaţiilor
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 317/533
11-Jan-13 3Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Deosebiri fundamentale ale rezistenţei la forfecare a pământurilor faţă de alte
materiale de construcţie clasice
O masă de nisip (a) de greutate G – supusă încărcării cu H crescătoare, până la producerea lunecării(H = T);
T = N·µ , unde µ = tgΦ este coeficientul de frecare, iar Φ este unghiul de frecare;
la limită H = T şi N = G → admiţând o distribuţie uniformă a tensiunilor σ şi τ pe suprafaţa de rezemare →
→ - legealegea luilui CoulombCoulomb:: rezistenţa rezistenţa la la forfecare forfecare ( ( tăiere tăiere ) ) a a pământurilor pământurilor
necoezive necoezive afânate afânate este este direct direct proporţională proporţională cu cu tensiunea tensiunea ( ( presiunea presiunea ) ) normală normală ..
φ tgG H ⋅=
AG / =σ
A H / = φ σ τ tg f ⋅=
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 318/533
11-Jan-13 4Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
rezistenţa la forfecare a pământurilor creşte cu creşterea solicitării - rezistenţa
la forfecare a celorlalte materiale de construc ț ie (lemn, metal, beton) este constantă înraport cu tensiunea normală (σn ) pe planul de forfecare
în sistemul σ0τ (c) ecuaţia este o dreaptă - dreapta intrinsecă a pământurilor sau dreapta lui
Coulomb ; raportul τf /σ defineşte aşa numitul con con de de frecare frecare , definit prin Φ - unghiul de frecare → locul geometric
unde se poate plasa rezultanta sau tensiunea totală pentru a nu se producelunecarea
Unghiul θ = arctg (H/G) respectiv tgθ = ττττ/σ este denumit unghi de deviere
care la limită este
φ σ τ tg f ⋅=
T N R += p σ τ = +r r r
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 319/533
Unghiul θ = arctg (H/G), respectiv tgθ = ττττ/σ este denumit unghi de deviere, care la limită este
θmax = Φ; pentru θ ≤ Φ nu se produce lunecarea.
11-Jan-13 5Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
spre deosebire de nisipul afânat (a), lanisipul îndesat, suprafaţa de lunecare arintersecta particulele (b);
cum rezistenţa particulelor este mai maredecât frecarea între ele, forfecarea nisipuluinu se produce prin forfecare ci prinlunecarea (rostogolirea) particulelor unele înraport de altele (rândul 1 peste rândul 2);
în cazul a , nisip afânat, forfecarea
p m ntu u pro uce o compr mare; acest
fenomen de îndesare a pământurilor (nisipurilor)
afânate prin forfecare poartă numele de contractanţă
în cazul b , nisip îndesat, lunecareaparticulelor unele peste altele (rând 1 pesterând 2) nu este posibilă decât prin afânareaacestuia; acest fenomen de afânare a nisipurilor
îndesate prin forfecare poartă numele de dilatanţă
( )
( ) f
H G tg
tg
ϕ α
τ σ ϕ α
= ⋅ +
= ⋅ ±
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 320/533
11-Jan-13 6Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
când există apă în spaţiul interparticular
tensiunea totală σ pe planul de lunecare este dată de suma σ’
– tensiunea efectivă (presiunea efectivă medie la nivelulcontactelor intergranulare) şi u - presiunea apei din poriipământului (presiunea neutrală) datorată presiuniihidrostatice şi a altor cauze (încărcări statice/dinamice etc.);
în tensiuni efective, rezistenţa la forfecare ττττ’f = σ’ tgΦ’, unde
’
'( ) ( ' )
f u u tgσ σ τ σ φ α ′= + ⇒ = − ⋅ ±
– – aparent;
valoarea presiunii neutrale u determină rezistenţa la forfecarea nisipurilor, posibil până la anularea acesteia
acest fenomen de anulare a rezistenţei la forfecare a unor tipuri de
nisipuri , cauzată de presiunea neutrală, poartă numele de lichefierea
nisipurilor
0=′→=
f u τ σ '
( ) f at p u tgτ φ = − ⋅
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 321/533
11-Jan-13 7Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Exprimarea comportamentului pământurilor în procesul de forfecare în raport de natura şi starea fizică a acestora
a) rezistenţa la forfecare – deformaţie
specifică (deplasare); b) tasare specifică –
deformaţie specifică (deplasare); c)
porozitate – deformaţie specifică
(deplasare)
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 322/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 8
apariţia coeziunii
determină o rezistenţă la forfecare independentă de tensiunea normală de pe suprafaţade lunecare şi poate fi de natura unei coeziuni de cimentaţie ( coeziune structurală cs ) şidatorată fenomenelor de capilaritate din masa nisipului ( coeziune aparentă ca ) → în
tensiuni totale
la pământuri coezive (pământuri argiloase) apare efectul forţelor de atracţieelectromoleculară → ( c w – coeziunea electromoleculară )
în tensiuni efective:
φ σ tgcc a f ⋅++=0
φ σ τ tgc f ⋅+=φ σ τ tg
c
ccc wa f ⋅+++= 434210
φ ′+′′ t)(
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 323/533
φ σ τ ⋅−+= tguc f )(
11-Jan-13 9Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Criteriul de cedare plastică Mohr - Coulomb Asigurarea rezistenţei şi stabilităţii lucrărilor lucrărilor dindin pământpământ sau a terenuluiterenului dedefundarefundare sunt realizate, dacă în masa de pământ nu este atinsă starea limită de rezistenţă , într-un punct sau zona care include astfel depuncte are o extindere limitată.
Într-un punct M din pământ tensorul tensiunilor cuprinde 6 tensiuni →stabilirea acelei stări de tensiuni , care induce starea limită de rezistenţă, este dificilă.
se recur e la teorii de rezisten ă cuanti
icând efectul ac iunii într-o tensiune echivalentă şişi raportând raportând- -oo lala stareastarea limitălimită dede rezistenţărezistenţă sausau deformaţiedeformaţie aasolicitărilor solicitărilor simple simple , întindere, compresiune şi respectiv forfecare, relativ uşor deidentificat şi controlat experimental.
a treia teorie de rezistenţă: Starea limită de rezistenţă este atinsă într-un punct din
interiorul semispaţiului sau semiplanului când tensiunea tangenţială maximă τ max atinge
valoarea tensiunii tangenţiale τ f corespunzătoare rezistenţei limită la întindere sau la p i i plă
[ ].
:ech
T σ σ =
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 324/533
compresiune simplă.
11-Jan-13 10Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
CurbeCurbe intrinseciintrinseci – – aproximareaaproximarea cucu
dreptedrepte intrinseciintrinseci – – teoriateoria MohrMohrcorelatăcorelată cucu dreaptadreapta luilui CoulombCoulomb →→criteriulcriteriul dede rupererupere MohrMohr--CoulombCoulomb
-
f
a c
a b b tgτ σ φ
=
= + ⋅ =
un punct M (curent);
stare posibilă
stare limită
stare imposibilă
f solicitare τ τ <
f s τ τ =
f s τ τ >
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 325/533
11-Jan-13 11Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Criteriul Mohr – Coulomb în formulare analitică
planul de lunecare/rupere/ cedare,
după criteriul de plasticitate Mohr
– Coulomb, va face întotdeauna
unghiul de cu direcţia 2 / 45o φ −
1.
1 3
1 3
sin2 c ctg
σ σ ϕ σ σ ϕ
−⇒ =+ + ⋅ ⋅
Condi ț ia de tangen ț ă a cercului tensiunilor al lui Mohr la dreapta intrinsecă a lui Coulomb
s tg cτ σ ϕ − ⋅ =
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 326/533
11-Jan-13 12Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
(3a) ( ) ( ) ( )1, - 2 - sin / 2 - cos 0σ σ σ σ σ σ σ σ σ ϕ ϕ > > ⇒ = + ⋅ ⋅ ≤
a b c a a c a c a c f c ,
(3b) ( ) ( ) ( )1, - 2 - sin / 2 - cos 0σ σ σ σ σ σ σ σ σ ϕ ϕ > > ⇒ = + ⋅ ⋅ ≤c b a b c a c a c a f c ,
(3c) ( ) ( ) ( )2 , - 2 - sin / 2 - cos 0σ σ σ σ σ σ σ σ σ ϕ ϕ > > ⇒ = + ⋅ ⋅ ≤b c a a b a b a b a f c ,
(3d) ( ) ( ) ( )2 , - 2 - sin / 2 - cos 0σ σ σ σ σ σ σ σ σ ϕ ϕ > > ⇒ = + ⋅ ⋅ ≤a c b b b a b a b a f c ,
(3e) ( ) ( ) ( )3 , - 2 - sin / 2 - cos 0σ σ σ σ σ σ σ σ σ ϕ ϕ > > ⇒ = + ⋅ ⋅ ≤c a b a c b c b c b f c ,
(3f) ( ) ( ) ( )3 , - 2 - sin / 2 - cos 0σ σ σ σ σ σ σ σ σ ϕ ϕ > > ⇒ = + ⋅ ⋅ ≤b a c b b c b c b c f c ,
Func ț iile de plasticizare f i
Criteriul Mohr – Coulomb în spațiu
Reprezentarea tridimensională a
criteriului
Mohr-Coulomb pentru argila de
Bahlui
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 327/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 13
Determinarea în laborator a rezistenţei la forfecare apământurilor Determinarea în laborator a
rezistenţei la forfecare apământurilor , ca principalelement în definirea criteriilorde plasticitate, sese faceface prinprinîncercareaîncercarea unorunor probeprobeparalelipipediceparalelipipedice,, cilindricecilindrice sausauinelareinelare dede pământpământ la stăristări dede
tensiunitensiuni s ecifices ecifice or ecării
compresiunii sau întinderii ( extensiei ).
Fiecare dintre aceste solicitări
încearcă să reproducă cât maifidel starea de tensiune din situşi să elimine criticile aduseunora dintre tehnologiile deîncercare.
Tipurile de solicitare a pământului şi încercările adecvate pentru determinarea rezistenţei la forfecare
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 328/533
11-Jan-13 14Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Încercarea de forfecare (tăiere)
Încercarea de forfecare directă (pe planobligat) - constă în supunerea unei probe ( 1 )paralelipipedice 6x6x2cm sau mai mari, plasatăîntr-o casetă de forfecare constituită din douăpărţi ( 2 – mobilă; 3 – fixă), limitată la parteasuperioară şi inferioară de plăci striate şirespectiv pietre poroase ( 4+6 ), la o forţă axială
constantă N rin intermediul u ului 7 i
acţionarea în trepte (a) sau continuu (b) de oforţă tăietoare crescătoare în intensitate până laruperea/cedarea probei (STAS 8942/2-82).Plăcile poroase permit evacuarea apei dinprobă iar plăcile striate perforate împiedicăalunecarea probei pe fundul casetei sau pepistonul de încărcare.
Pe timpul încercării, pe lângă parametriiimpuşi ( N/T ) se măsoară deformaţia probei pe
verticală (îndesare/afânare) şi respectiv deplasarea ( ∆ ) a casetei mobile în raport cu ceafixă cu ajutorul microcomparatoarelor ( 9 ) şi( 10 ).
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 329/533
( )
11-Jan-13 15Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
http://www.hoskin.ca/catalog/index.php?main_ page=index&cPath=2_422_446
http://www.flickr.com/photos/geomlab/ http://www.matest.com/products/soil/directresidual-shear-test-apparatus-0.aspx
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 330/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 16
Schematizarea grafică a criticilor aduse casetei de forfecare directă
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 331/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 17
Rezistenţa la forfecare a pământurilor necoezive este dependentă de mărimea şi forma
particulelor, gradul de îndesare şi umiditate
nisip afânat - încercarea constă în supunereaconsecutivă (în aceeaşi casetă) sau în paralel
(în trei casete de forfecare) a trei probe“netulburate” din acelaşi pământ, laîncărcări verticale diferite şi determinarea variaţiei forţei tăietoare în raport dedeplasarea (∆) simultan sau nu cu
măsurarea tasărilor e verticală ∆v . În
baza datelor obţinute se calculeazătensiunile tangenţiale τi = Ti/A pentru σi =Ni/A ( A – suprafaţa de forfecare) şi seraportează grafic;
Cele trei puncte obţinute ( 1 ); ( 2 ); ( 3 ), de coordonate (σ,τ )se situează practic pe o dreaptă ( dreapta intrinsecă sau dreapta lui Coulomb ) a cărei ecuaţie este: φ σ τ tg⋅=
Denumireapământului
indicele porilor e 0,45 0,55 0,65 0,75
unghiul de frecare internă φ Nisipuri cu pietriş şi nisipuri mari 370 340 320 -Nisipuri mijlocii 340 320 300 230
Nisipuri fine 320 310 270 -
Nisipuri prăfoase 310 290 250 220
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 332/533
11-Jan-13 18Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
p p
Rezistenţa la forfecare a pământurilor coezive
rezistenţa la forfecare a pământurilor coezive este dată de relaţia:
cu parametrii dreptei intrinseci: c - coeziunea pământului; Φ - unghiul de frecareinterioară.
f c tgτ σ φ = + ⋅ 0 f a wc c c tg
c
τ σ φ = + + + ⋅14243
rezistenţa la forfecare poate fi pusă şi sub forma:
unghiul de tăiere ( ) nu este o constantă intrinsecă a pământului,acesta depinzând de tensiunea normală (σ).
f f
ctg tgτ σ φ τ σ ψ
σ
= ⋅ + ⇒ = ⋅
/ f tgψ τ σ =
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 333/533
11-Jan-13 19Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Rezistenţa la forfecare este dependentă de starea de compactitate şi umiditate →
tipuritipuri dede încercăriîncercări corespunzătoarecorespunzătoare situaţiilorsituaţiilor dede solicitaresolicitare createcreate
Tipul încercării SimbolParametrii
rezistenţei laforfecare
Pământuri argiloase Argile grase saturate
Reprezentarea grafică, ecuaţia şi parametrii dreptei intrinseci
Încercarea deforfecare
consolidată – drenată
CDφ ′
c′
Încercarea deforfecare
consolidată – nedrenată
CU
Încercarea deforfecare
neconsolidată – nedrenată
UU
cuφ
cuc
uφ
uc
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 334/533
11-Jan-13 20Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Valorile parametrilor la forfecare (Φi;ci ), în urma încercărilor, se obţin fie prin măsurare, pe calegrafică a înclinării şi tăieturii dreptei trasată prin punctele (1; 2; 3) de coordonate (σ’
1;τ’
f ), (σ’’
1;τ’’
f ),
(σ’’’1;τ’’’f ), fie pe cale analitică cu relaţiile (STAS 8942/2-82):
1 1 1
2
2
1 1
n n n
i fi i fi
n n
i i
n
tg
n
σ τ σ τ
φ
σ σ
⋅ ⋅ − ⋅
=
⋅ −
∑ ∑ ∑
∑ ∑
2
1 1 1 1
n n n n
i fi i fi i
c
σ τ σ τ σ
⋅ − ⋅ ⋅
=
∑ ∑ ∑ ∑
2
1 1
n n
i in σ σ ⋅ −
∑ ∑
Unde:
• σi - presiunile (tensiunile) verticale pe planulde forfecare (kPa);• τfi – rezistențele la forfecare (kPa)corespunzătoare presiunilor σi ;• n – numărul de determinări (probe).
Determinarea parametrilor dreptei intrinseci pe cale grafică printr-o încercare
d) trasarea dreptei intrinseci
pe cale grafică
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 335/533
11-Jan-13 21Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
standard (Coulomb – Terzaghi) de tip C.D.
Valori orientative ale unghiului de frecare internă şi a coeziunii la pământurilecoezive după STAS 3300/1-85
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 336/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 22
Determinarea rezistenţei la forfecare prin compresiuneDeterminarea rezistenţei la forfecare prin compresiune
monoaxială şi triaxialămonoaxială şi triaxială
http://www.grout-research.gr/en/node/17
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 337/533
11-Jan-13 23Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Determinarea rezistenţei la forfecare prin încercareaDeterminarea rezistenţei la forfecare prin încercareatriaxială (axial simetrică)triaxială (axial simetrică)
Dimensiuneafracţiunii maxime
(mm)
Dimensiunile epruvetelor (mm)
diametrul ( d ) înălţimea ( H )
< 5 35 – 40 80< 10 100 200
< 15 150 300
•
→
u• unghiul de frecare interioară efectiv (Φ’);• coeziunea aparentă (cu );• coeziunea efectivă (c’);• presiunea apei din pori la cedarea probei (uf ).
Proba este supusă unei stări de tensiunetriaxiale/axial simetrice σ1≠0; σ2=σ3≠0 prinintermediul celulei triaxiale.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 338/533
11-Jan-13 24Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Principial, încercarea
cuprinde 2 etape:1. CompresiuneCompresiune dede tiptip hidrostatichidrostatic (izotropă) –
proba este supusă la tensiunea (σ3 ) creată defluid – punctul P din diagrama (σ,τ ) şi care
determină apariţia unei presiuni a apei dinpori (u≠0);2. Aplicarea Aplicarea deviatoruluideviatorului (pentru încercarea CD,
după terminarea consolidării şi anume cândpresiunea apei din pori devine nulă) – proba
se ncarcă pe direcţie verticală cu o tensiunesuplimentară (deviatorul ∆σ1=σ1-σ3=∆Pz/A)până când proba cedează.
Cedarea probei poate fi plastică (sub formăde “butoi”) sau casantă (cu evidenţierea unuiplan de rupere înclinat cu α=45°+Φ/2 faţăde planul principal σ1 ).
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 339/533
11-Jan-13 25Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Cu datele înregistrate în momentul cedării probei se calculează:
1/
zP Aσ ∆ = ∆
1 1 3σ σ σ = ∆ +
0
z a
z
H ε ε
∆= =
tensiunea totală cu deviatorul
deformația specifică axială;
deformația specifică radială (orizontală);
0
00
0
0
0
0
0
11
11
1
1
v
a
v
a
V V
V V V V V A H A A H H z z
H H
A A
ε ε
ε
ε
∆⋅ −
− ∆ − = ⋅ → = = = = ⋅ ⇒ − ∆ − ∆
⋅ −
−= ⋅
−
3
0
r
r
r ε ε
∆= =
1 2 3 1 30
2v
V
V ε ε ε ε ε ε
∆= = + + = + ⋅
1 3
2( )
3q
ε ε ε = −
variația specifică de volum;
deviatorul deformațiilor specifice;
cu:• - variația specifică de volum;• - deformația specifică axială;• - aria secțiunii inițiale a probei.
vε
a zε ε =2
0 0 A r π = ⋅
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 340/533
11-Jan-13 26Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
dreapta intrinsecă este tangenta comună a cel puţin trei cercuri limită de tensiuni
stabilite parcurgând fazele descrise anterior, pentru minim trei probe din acelaşipământ, cu presiuni de consolidare izotropă diferite 3 3 3
I II III σ σ σ < <
parametrii rezistenţei la forfecare ( parametrii rezistenţei la forfecare (ΦΦ’ şi c’) se determină grafic sau analitic.’ şi c’) se determină grafic sau analitic.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 341/533
11-Jan-13 27Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Tipurile de încercări la forfecarea pământurilor prin compresiune triaxială
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 342/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 28
DeterminareaDeterminarea rezistenţeirezistenţei lala forfecareforfecare prinprin încercareaîncercarea monoaxialămonoaxială
-- unun cazcaz particularparticular alal încercăriiîncercării tritriaaxialexiale (aceleaşi(aceleaşi tipuritipuri dede probăprobă şişiposibilposibil acelaşiacelaşi aparat)aparat)
2 30σ σ = =
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 343/533
11-Jan-13 29Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Ruperea casantă• unghiul de frecare interioară:
• coeziunea:
Rezultatele obținute prin încercarea monoaxială pot
45 / 2 2 90 β β = + Φ ⇒ Φ = ⋅ −o o
2
1 3
0
(45 / 2) 2 (45 / 2)
0,5 (45 / 2)
/ , (1 )
r
r
r z r
tg c tg
c tg
P A A A
σ σ σ
σ
σ ε
= = ⋅ + Φ + ⋅ ⋅ + Φ ⇒
= ⋅ ⋅ − Φ
= = −
fi folosite la:• estimarea pe termen scurt a capacității portante;• estimarea stabilității pe termen scurt a taluzurilor;• studii comparate: încercarea triaxială – încercareamonoaxială și stabilirea unei corelații pentru a se
putea aproxima parametrii rezistenței la forfecareprintr-o încercare mai ieftină și mai rapidă, respectiv compresiunea monoaxială.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 344/533
11-Jan-13 30Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Determinarea rezistenţei laDeterminarea rezistenţei la
forfecare prin încercări pe terenforfecare prin încercări pe teren
Pentru anumite categorii de pământuri argiloase,prafuri de consistenţă redusă, nisipuri argiloasesaturate, mâluri etc., la care recoltarea probelor estedificilă fără o tulburare majoră, determinarearezistenţei la forfecare nedrenate s u / c u se face prinîncercări de forfecare în situ de tip ”vane” . Acestea seexecută cu aparatul cu palete (vane test) sauscizometru.
Încercarea constă în introducerea paletelor înpământul (din poziţia 1 în poziţia 2) situat la cca. 50cm ( >5d ) sub baza forajului, după minim 5 minute, seexecută forfecarea perimetrală a pământului şi, dupăcaz, pe cele două baze (superioară/inferioară), prinintermediul paletelor rotind pământul care delimitează
c n ru e ametru ş n ţ me n raport cu restumasivului.
Momentul de rupere M r =M t corespunzător cedăriieste dat de rezistenţa la forfecare nedrenată (su )mobilizată pe cele două baze ale cilindrului ( M s şi M i )cât şi pe suprafaţa laterală M l .
unde parametrul ( a ) este dependent de tipul dedistribuţie a rezistenţei la forfecare pe cele două baze( a = 2/3 pentru distribuţia uniformă şi 1/2 pentrudistribuţia triunghiulară ).
3 / 1) / (
2
3 +⋅⋅
⋅=
d hd
M s r
uv π 2 / ) / (
23 ad hd
M s r uv
+⋅⋅
⋅=π
http://www.geogroupeg.com/tests.htm
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 345/533
11-Jan-13 31Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Forfecarea în foraj Constă în coborârea în foraj, în zona netubată aunui cap de încercare alcătuit din două bacurisemicilindrice, cu feţele zimţate care potexercita o acţiune orizontală asupra pereţilorforajului prin intermediul unor prese, cuposibilitatea controlului presiunii aplicate deacestea asupra pământului.
După un timp necesar consolidării pământuluisub presiunea aplicată se recurge la forfecareapământului, prin tragerea capului cu o vitezăconstantă de 2 mm/minut determinându-se,sub presiunea normală controlată p, forţa detragere şi respectiv tensiunea tangenţială.
ncercarea permite determinarea ca şi în cazulforfecării directe, pe verticală de această dată, aunghiului de frecare interioară (Φ) şi acoeziunii ( c ).
încercarea are două limitări majore:
necunoaşterea condiţiilor de drenaj şi înconsecinţă parametrii determinaţi nu pot fiataşaţi unui anumit tip de determinare( CU/CD ), precum şi necunoaşterea efectelorzonelor adiacente neîncărcate din pereţiiforajului, asupra valorilor rezistenţei la
forfecare
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 346/533
forfecare.
11-Jan-13 32Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Încercarea de forfecare directă in situ încearcă să reproducă încercareade forfecare directă din caseta deforfecare, dar la scară naturală, deregulă pentru rocile dure,stâncoase, dar şi pentru pământuri.
încercarea constă în decupareaprobei din roca dură sau dinpământul înconjurător (40x40– 40cm), încapsularea acesteia într-ocasetă din beton sau metal,realizarea unei structuri de sprijinşi aplicarea unei încărcări verticale
N şi respectiv T cu ajutorul unorprese.
Forţa tăietoare T creşte treptatpână la forfecarea probei la bazaacesteia.
Încercând două sau trei probe, cuforţe verticale diferite, secalculează tensiunile
şi se trasează dreapta intrinsecă,determinându-se parametriiacesteia Φ şi c .
AT N / )sin( α σ ⋅+= AT f / )cos( α τ ⋅=
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 347/533
11-Jan-13 33Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Determinarea rezistenței la forfecare prin încercări penetrometrice
a) D.C.P.T. (Dinamic Cone Pentretion Test) b) S.P.T. (Standard Penetretion Test)1. sistem de susţinere; 2. troliu manual; 3. berbec; tub de penetrare (carotier)
4. tija de culisare a berbecului; 5. cablu de tragere; 6. capul de batere;7. tija de penetrare; 8. conul de penetrare; 9. garnitură de tuburi protectoare
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 348/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 34
Rezultatele penetrării
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 349/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 35
Corelații: Rezistența la forfecare – Penetrare
N 60 starea su
(kPa)
0-2
3-5
6-9
10-15
15-30
>30
foarte moi
moale
medie
tare
foarte tare
extrem de tare
<10
10-25
25-50
50-100
100-200
>200
Rezistenţa la forfecare nedrenată (s u ) a pământurilor coezive saturate
Corelaţia q c ; la penetrarea statică v;σ φ
Corelaţia la penetrarea dinamică standard )( N f =φ
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 350/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 36
Selectarea parametrilorrezistenţei la forfecare
Pentru principalele tipuri de lucrări întâlnite,parametrii rezistenţei la forfecare (Φ şi c) vor
fi obţinuţi în încercarea triaxială, căutându-sesimularea diverselor drumuri de efort dinteren, corespunzătoare cedării princompresiune ( 1 ) sau extensie ( 2 ):
1a – pentru verificarea la capacitate portantă a
fundaţiilor de suprafaţă, tensiunea σ3 va fimenţinută constantă, iar tensiunea σ1 vacreşte până la ruperea probei;
1b – pentru calculul împingerii active apământurilor, tensiunea σ1 va fi menţinută
, 3până la cedarea probei;
2a – pentru analiza stabilităţii fundului săpăturilor sub acţiunea presiunii hidrostatice a apei,tensiunea σ3 va rămâne constantă, iartensiunea σ
1 va scădea până la ruperea
probei;
2b – pentru verificarea la capacitate portantă a
fundaţiilor podurilor în arc sau boltă, tensiuneaσ1 va rămâne constantă, iar tensiunea σ3 vacreşte până la rupere.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 351/533
11-Jan-13 37Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu&Conf. Irina Lungu
Geotehnică – note de cursProf.dr.ing. Anghel Stanciu
Conf.dr.ing. Irina Lungu
Cursul nr.Cursul nr. 9 9 Pante – Teren în pantă
Alunecări: tipuri, stadii de evolu ț
ie Cauze care determină alunecările de teren Estimarea stabilită ț ii taluzurilor și versan ț ilor Influen ț a ac ț iunii seismice asupra stabilită ț ii taluzurilor și versan ț ilor Principii de prevenire, combatere și stabilizare ale alunecărilor de teren Bibliografie:
A. Stanciu & I. Lungu, FUNDAŢII – I http://www.ussartf.org/landslides.htmhttp://www.ecy.wa.gov/programs/spills/incidents/KettleFallsTrain/Kettle
F ll T i h
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 352/533
g , Ţ
Fizica şi Mecanica Pământurilor, Ed. Tehnică, 2006FallsTrain.htm
http://www.newcastle.edu.au/research-
centre/cgmm/research/multiscale-modelling.html
Harta potenţialului de producere a aluncărilor
G t h i ă t d
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 353/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 2
G h i ă d
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 354/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 3
Iașul văzut de pe Bucium
Geotehnică - note de curs
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 355/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 4
Geotehnică - note de curs
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 356/533
11-Jan-13Geotehnică note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 5
Geotehnică - note de curs
http://www.nwgeoscience.com/kelso/photos/pages/upper.html
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 357/533
11-Jan-13 Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 6
Geotehnică - note de curs
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 358/533
11-Jan-13 Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 7
Pante – teren în pantă
Taluz - o suprafaţă plană, de regulăartificială care mărgineşte o masă de roci,înclinată cu un anumit unghi , în raport cu
orizontala şi care asigură legătura între douăplanuri de cote diferite
Versantul este constituit dintr-o succesiunede taluzuri naturale de lungimi reduse careaproximează o suprafaţă naturală, spre
exemplu panta unui deal.
Geotehnică - note de curs
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 359/533
11-Jan-13 8Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Taluzuriartificiale
Ca urmare a realizării unor astfel de construcţii în / sau din
pământ, are loc o perturbare a echilibrului masei de pământ,reflectată cantitativ prin modificarea stării de tensiunipreexistente.
Geotehnică - note de curs
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 360/533
911-Jan-13 Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
• în punctul M , în
anumite condiţii poatepoatefifi atinsăatinsă stareastarea dedecedarecedare (plastică), chiardacă iniţial, la execuţiataluzului, pământul segăsea în echilibru.
• dacă acelaşi fenomenare loc şi în alte punctedin masivul de pământ,atunci „locul geometric ”al acestor puncte
ormeaz o zonplastică continuă, o“suprafaţ㔓suprafaţă” dede cedarecedare// lunecarelunecare cu grosimea
variabilă de la câţivamilimetri până la zeci
de centimetri, cedetermină pierdereastabilităţii taluzului şideci găsirea unei noipoziţii de echilibru
1011 J 13Geotehnică - note de curs
f A h l f
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 361/533
1011-Jan-13 Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Stadii de evoluţie
a) alunecările active – fenomenele care se desfăşoară în prezent;b) alunecările stabilizate dar active în trecut;c) alunecările inactive , mai vechi de un an şi care la rândul lor pot fi:
c.1. abandonate : în situaţiile în care cauzele producerii lor au dispărut (ex. râul de bază şi-a schimbat cursul);
c.2. stabilizate : prin diverse metode inginereşti de consolidare; c.3. vechi : care au fost active mii de ani în urmă, dar ale căror urme se pot vedea încă;
d) alunecările reactivate – care au redevenit active după ce au fost inactive;e) alunecări stabilizate .
1111 J 13Geotehnică - note de curs
P f A h l S i &C f I i L
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 362/533
1111-Jan-13 Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Elementele descriptive şidimensiunile unei alunecări
treapta (faţa) de desprindere principală este suprafaţa înclinată sau verticală,concavă ce limitează extremitatea superioară a alunecării şi se prelungeşte înadâncime cu suprafaţa de alunecare;
coronamentul sau fruntea alunecării este zona situată deasupra feţei de
desprindere principale, puţin afectată de alunecare. Se disting unele fisuri şicrevase determinate de tensiunile de întindere din această zonă;
capul (vârful) alunecării este limita amonte a alunecării sau mai precis, parteadin materialul alunecat ce se găseşte în contact cu ruptura principală;
terasa alunecării reprezintă partea de material alunecător cuprins între cele douărupturi;
flancul (stâng sau drept) reprezintă limita laterală a alunecării, prelungire arupturii principale;
piciorul alunecării corespunde intersecţiei aval a suprafeţei de alunecare cusuprafaţa topografică iniţială a terenului. Acesta este de regulă acoperit deacumulantul de alunecare;
baza alunecării este extremitatea inferioară a acumulantului de alunecare;
suprafaţa de rupere sau alunecare este suprafaţa (zona) ce separă masaalunecătoare de roca stabilă (rocă în loc);
corpul alunecării este partea centrală a alunecării care acoperă suprafaţa dealunecare;
fisurile şi crevasele sunt rupturi în masa rocii, individualizate prin fanteimportante de diferite forme în funcţie de solicitarea predominantă ce le-a
produs.
1211 Jan 13Geotehnică - note de curs
Prof Anghel Stanci &Conf Irina L ng
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 363/533
1211-Jan-13 Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Clasificarea cedărilor taluzurilor / versanţilor seface pe baza următoarelor criterii:
natura rocii;
cinematica mişcării;
viteza mişcării;
morfologia şi tipul de suprafa ă de cedare; vârsta cedării etc.
Acordând prioritate unuia sau altuia dintre criteriile prezentate maisus, rezultă o multitudine de clasificări ce diferă funcţie de autor.
1311 Jan 13Geotehnică - note de curs
Prof Anghel Stanciu &Conf Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 364/533
1311-Jan-13 Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Alunecări de depozite superficiale (luturi de pantă, deluviu) datorită în special agenţilor
de suprafaţă: curgeri lente de deluviu sau grohotiş; alunecări lamelare; curgeri de pământ; curgeri torenţiale, lichefieri de nisipuri
1411-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof Anghel Stanciu &Conf Irina Lungu
Schema tipică a unei alunecărilamelare
Schema generală amecanismului de fluaj
Schemele tipice ale curgerilor de pământ (a) şi a curgerilor torenţiale (b)
Pierderea stabilităţii taluzului ca urmare alichefierii nisipurilor fine(sufoziei)
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 365/533
1411 Jan 13 Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Alunecări de roci pelitice neconsolidate sau parţial consolidate (argile, marne,
argilite, şisturi pelitice), care se produc în următoarele condiţii:
pe suprafeţe cilindrice, când rezistenţa la forfecare este depăşită;
1511-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 366/533
5J 3 Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
pe suprafeţe preexistente sau vechi planuri de separaţie;
,datorită aceluiaşi proces).
1611-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 367/533
J g g
Alunecări de roci stâncoase: alunecări pe suprafeţe preexistente (de strat, de şistuozitate, planuri de contact sau
dislocare); deformaţii lente de lungă durată ale versanţilor de munte; prăbuşiri de roci.
1711-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Deformaţiile de lungă durată ale versanţilor Prăbuşirea rocilor de faleză
Prăbuşirea rocilor prin fluaj, surplombăPrăbuşirea rocilor prin fluaj
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 368/533
g g
În afara acestor criterii , prezentate mai sus, se întâlnesc în literatura de specialitate
clasificări ale alunecărilor în funcţie de: adâncimea suprafeţei de alunecare;
viteza de alunecare;
Clasificarea alunecărilor după adâncimea suprafeţei de alunecare
Alunecări Adâncimea suprafeţei de alunecare în
metri
Alunecare Varnes Schuster-
Fleming (1982)Clasificare veche
(1958)Clasificare nouă
(1978)extrem de
rapidă v >3 m/s v >5 m/s >10 m/s
foarte rapidă 3 m/s ÷ 0,3 3 m/min ÷ 5 m/s 1 m/min ÷ 10
Clasificarea alunecărilor după viteza de alunecare
,de mică adâncime 1,00÷5,00
adânci 5,00÷20foarte adânci > 20,00
m m n m srapidă 0,3 m/min ÷ 1,5m/zi
1,8 m/oră ÷ 3m/min
1 m/zi ÷ 1m/min
moderată 1,5 m/zi ÷1,5m/lună
1,5 m/lună ÷1,8m/oră
1 m/lună
÷1m/zilentă 1,5 m/lună ÷ 1,5
m/an1,6 m/an ÷ 13
m/lună1 m/an ÷ 1
m/lună
foarte lentă 1,5 m/an ÷ 0,06m/an
16 mm/an ÷ 1,6m/an
1 cm/lună ÷ 1cm/an
extrem delentă
v < 0,06 m/an v < 16 mm/an < 1 cm/an
1811-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 369/533
după direcţia de evoluţie a alunecărilor pe versant: Alunecări delapsive , ce încep de la baza versantului şi se propagă spre versant în sens invers
alunecării, deci cu un caracter regresiv (a);
Alunecări detrusive , ce încep în partea superioară a versantului şi evoluează în direcţiaalunecării versantului, deci cu un caracter progresiv (b).
1911-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 370/533
Tipuri de alunecări.
a - consecvente (1-deluviu pe roci debază; 2- alunecări înroci stratificate); b -
insecvente; c -asecvente (1- în rociargiloase omogene; 2-în roci stâncoase
după vârsta alunecărilor: alunecări actuale ( de ordin I ); alunecări vechi ( de ordinul II ), neacoperite sau îngropate de deluvii sau alte formaţiuni
acoperitoare.
2011-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 371/533
Cauze şi acţiuni care determină alunecările de teren Cedarea taluzurilor şi versanţilor, care se materializează sub forma tipurilor de alunecări prezentate anterior, are
drept unică cauză , însumătoare a altora, depăşirea rezistenţei la forfecare a rocilor constituente, peanumite planuri din “punctele” versanţilor sau ale taluzurilor, al căror ansamblu poate constitui , prin convenţie, osuprafaţă idealizată de alunecare .
Depăşirea rezistenţei la forfecare ( ), privită prin prisma criteriului de plasticitate (cedare)Mohr - Coulomb, într-un anumit punct din interiorul masivului de pământ, pe un anumit plan, se poate
produce prin:• modificarea stării de tensiune în sensul creșterii deviatorului ( ∆σ=σ1-σ3 ) și respectiv a creșterii razei cerculuilui Mohr;• micșorarea rezistenței la forfecare, concretizată în micșorarea pantei (tgΦ) și a tăieturii (c) a dreptei luiCoulomb.
solicitare forfecareτ τ ≥
2111-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 372/533
Acţiunile permanente care se exercită în mod continuu cu o intensitate practic constantă
în timp, grupează în principal mişcările tectonice, subsidenţa regională, eroziunea bazei versanţilor şi greutatea proprie a versanţilor, cu valoarea medie a acestora. Acţiunile temporare de lungă durată sunt acele acţiuni ce au intensităţi relativ constante pe
durate de timp îndelungate, dar mai mici decât durata de existenţă a versantului sautaluzului. Dintre aceste acţiuni, cele ale apei subterane au o influenţă determinantă
asupra stabilităţii taluzurilor şi versanţilor prin: modificarea greutăţii volumice a pământului;
variaţii ale rezistenţei la forfecare a pământului;
subpresiunea şi presiunea ce iau naştere în lentilele permeabile, respectiv în fisurile din corpul
efectul hidrodinamic al apei în mişcare.
2211-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 373/533
2311-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 374/533
Acţiunile temporare de scurtă durată se consideră cele determinate de precipitaţiile
atmosferice, circulaţia vehiculelor şi modificări ale stării de tensiune provocate deintervenţia omului . Caracteristica acestor acţiuni este variabilitatea intensităţii lor în timpsau duratele reduse de aplicare.
Acţiunile extraordinare cauzate de mişcările seismice, explozii sau scăderii bruşte anivelului apei subterane, intervin foarte rar sau niciodată pe durata vieţii omului (60-80
de ani), aparent întâmplător, în intervale de timp scurt dar cu intensităţi maxime.
2411-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 375/533
Estimarea stabilităţii taluzurilor şi versanţilor
Prin studii la scară locală se evaluează riscul de alunecare sau gradul de siguranţă
al lucrării ori amplasamentului privitor la pierderea stabilităţii, în bazaconceptului de factor de stabilitate (F s ) sau coeficient de siguranţă. Acesta,pentru lucrarea respectivă (baraj, dig, terasament, etc.) realizată din materialelocale (fie că este o problemă de dimensionare sau de verificare), sau pentruun anumit versant dintr-o anumită re iune zonă cartată sau nu trebuie să
îndeplinească condiţia:
- reprezintă coeficientul de siguranţă (sau factorul stabilitate factor of safety) efectiv al lucrării sau al versantului, estimat prin diferite metode de calcul;
- coeficientul de siguranţă admis prin norme sau bună practică cu uncaracter mai mult sau mai puţin convenţional, pentru tipuri de lucrări sau versanţi.
admisbilsefectivs F F ,, ≥
efectivsF ,
admisiblsF ,
2511-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 376/533
Dimensionarea taluzurilor lucrărilor de construcţii din şi în pământ, din punct de vedere al
asigurării stabilităţii, presupune parcurgerea următoarelor etape : Predimensionarea , respectiv alegerea apriorică a pantelor taluzurilor în baza tabelelor
rezultate în urma experienţei de proiectare; Analiza stabilităţii şi selectarea coeficientului de siguranţă, efectiv al lucrării, pentru
geometria dată;
Comparaţia cu coeficienţi de siguranţă admisibili şi modificarea pantelor, dacă este cazul,astfel încât să fie îndeplinită restricţia
Problematica estimării stabilităţii versanţilor comportă două aspecte:
o serva ş n orma , respec v cerce r pe eren pen ru eva uarea gra u u e r sc aalunecării şi poziţionarea, în adâncime, a zonei care poate include potenţialele suprafeţe dealunecare;
selectarea unor profile transversale caracteristice şi în raport de natura pământurilor dinprofilul stratigrafic şi caracteristicile acestora, considerarea mai multor suprafeţe potenţiale
de cedare în zona poziţionată anterior, cu luarea în considerare a variabilităţii parametrilor(ipoteza cea mai defavorabilă şi calculul factorilor de stabilitate F s ); calibrarea modelului de calcul, în cazul existenţei unor măsurători ale deplasărilor din teren,
printr-un calcul invers de stabilitate
2611-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 377/533
Metode de estimare a stabilităţii taluzurilor şi versanţilor -Metode care consideră echilibrul limită Această categorie include metodele care
impun suprafaţa de cedare prin formadirectoarei acestora (linie dreaptă, cerc,spirală, logaritmică, linii compuse) şi
calculul coeficientului de siguranţă F s prinanaliza echilibrului static al masei depământ ce tinde să lunece, prindiscretizarea acesteia în fâşii, sub acţiuneagreutăţii proprii, a forţelor masiceexterioare ca efect al fâ iilor adiacente
admiţând, în lungul suprafeţei de rupereadoptate, criteriul de plasticitate (cedare)Mohr-Coulomb
metodele stabilesc, din analiza pe fâşii sau
globală a echilibrului static, rezistenţa la forfecare medie necesară pentru asigurareaechilibrului limită şi o compară cu rezistenţa la forfecare disponibilă , comparaţii ce îmbracăforma relaţiilor de definire a coeficienţilorde siguranţă
2711-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 378/533
Metoda blocurilor în analiza stabilităţii versanţilor masa deluviului este divizată într-o succesiune de blocuri,
numerotate din amonte spre aval, funcţie de schimbările de pantăale patului de rocă subiacent acestuia
Asupra unui bloc oarecare ( i ) izolat din ansamblu, se consideră căse exercită sau se mobilizează pe frontiere, în condiţiileechilibrului limită, următoarele forţe:
, q i - forţe exterioare concentrate sau distribuite acţionând pefrontiera exterioară a blocului;
- interacţiunile dintre fâşii, materializate prin împingereaexercitată de blocul ( i-1 ) asupra blocului ( i ) şi reacţiunea blocului( i+1 ) egală cu acţiunea blocului ( i ) asupra acestuia, acţionând pefrontierele laterale, sub înclinările β i-1 şi respectiv β i ;
iPr
ii E E rr
,1−
- greutatea proprie a blocului ( i ), care în calculele practiceinclude de regulă şi forţele exterioare verticale ( P i , q i ), (calculatăcu greutăţile volumice γ deasupra unei eventuale curbe desaturaţie şi cu γ sat sub aceasta), cu componentele sale ( T i , N i ) dupădirecţia planului de cedare şi a normalei acestuia;
- reacţiunea normală pe suprafaţa de cedare şi respectiv rezultanta rezistenţei la forfecare mobilizată în condiţiileechilibrului limită ( T fi = c i ′ ⋅ l i + R i ′ ⋅ tg φ ′ i );
- rezultanta presiunilor neutrale, la baza blocului, pe planul decedare considerat.
[ ] ( )[ ] iiiiiiiiiiii tgU GlcG E E α φ α α α cos'cos'cossin1 ⋅⋅−⋅+⋅−⋅⋅+= −
2811-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
iG
r
i f i T Rrr
,
iU r
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 379/533
Pe baza relaţiei se pot calcula succesiv, plecând de la primul bloc (pentru care Ei-1= 0 ), împingerile Ei şi se va trasa astfel diagrama împingerilor.
Diagrama împingerilor poate avea alura uneia din cele patru diagrame din figură şi din analizaacestora se pot formula următoare concluzii de ordin calitativ:
• diagrama de tipul ( 1 ) cu Ei < 0 ( Σ Ei < 0 ) cu pantăcontinuă indică un versant stabil ;• diagrama de tipul ( 2 ) cu Ei > 0 ( Σ Ei > 0 ) indică un
versant instabil ;• diagrama de tipul ( 3 ), deşi îndeplineşte primele douăcondiţii ale diagramei de tipul ( 1 ), deci aparent versantul este stabil , indică faptul că primele trei blocuri suntstabile, iar ultimele două sunt instabile, fapt sugerat deinversarea pantei diagramei, şi ca urmare, ţinând seama
2911-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
c p m ntu nu pre a e ortur e nt n ere, agramaîmpingerilor trebuie corectată considerând originea lanivelul frontierei 3-4, deci considerând E3 = 0 ;• diagrama ( 4 ) indică instabilitate pentru blocurile 1-2 ( Ei > 0 ) , ce pot fi stabilizate de rezistenţa opusă deblocul ( 3 ) ( Ei < 0 ) în măsura în care împingerea E3 estemai mică decât rezistenţa pasivă a pământului (în caz
contrar la nivelul frontierei 2-3 apare un ebulment ) şiinstabilitate pentru blocurile 1-2 , cu împingerile indicatede diagrama 4 corectată, ce indică şi posibilitateaapariţiei unor fisuri, crăpături şi chiar desprinderi lanivelul frontierei 3-4.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 380/533
Informaţii cantitative pentru întreg deluviul luat în studiu sau pentru părţi din acesta, în funcţie de ceea ce indicădiagramele împingerilor corectate, se pot obţine sub forma unui coeficient de siguranţă F s în două moduri:
• prin introducerea în expresiile Ei , în loc de forţele T i =Gi ·sin α i , valoarea F s · T i ;rezultă pentru fiecare bloc în parte, şi deci se impun valori arbitrare coeficientului de siguranţă F s ≅ 0,5 ÷ 2 , până când En = 0. Valoarea F s pentru care împingerea aferentă blocului ultim ( n ) este egală cu zero se consideră căreprezintă valoarea coeficientului de siguranţă al versantului.
• prin utilizarea modalităţii Lazard de exprimare a coeficientului de siguranţă.
i
f
n
i
n
f
sT
T
T
T
F i
i
≅=
∑
∑
1
1
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 30
Utilizarea metodologiei Lazard în definirea coeficientului de siguranţă al unui
versant utilizând rezultatele metodei Sahunianţ
Ca urmare, parametrii corespunzători stadiului limită ( c′ lim şi tg φ ′ lim ) în care se găseşte versantul, imediat după lunecare, suntobţinuţi la intersecţia dreptei cu dreapta limită de stabilitate (fig.a). Împingerea necompensată ( En ) necesară a fi preluată deo lucrare de susţinere se determină introducând în relaţii, valorile de calcul:
c′ c = c′ limită /F s şi tg φ ′ c = tg φ ′ limită /F s cu F s = 1,3.O altă modalitate de estimare a împingerii care s-ar exercita asupra lucrării de susţinere constă în calculele acesteia ( En ) cu relaţiaîn care se introduce F s = 1,05 – 1,10.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 381/533
Metoda fâşiilor (Fellenius) pentru analiza stabilităţiitaluzurilor
este cea mai simplă şi cunoscută;
analizează stabilitatea taluzurilor după suprafeţe de cedarecilindro-circulare cu ax orizontal;
are la bază următoarele ipoteze: masa alunecătoare este împărţită în fâşii cu frontiere verticale;
reacţiunile la nivelul frontierelor laterale considerate paralele cu baza fiecărei fâşii
sunt neglijate; rezistenţa la forfecare mobilizată în lungul suprafeţei de cedare corespunde aceleiaşi
deformaţii.
3111-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 382/533
( )
∑
∑ ⋅+⋅
=⇒=n
i
n
iiii
s
m
r s
T
lctg R
F M
M F
1
1
φ
iiiiiii G R N R N R α cos0 ⋅=⇒=⇒=−
T i= G
i· sinα
i
n
( )
∑∑
⋅
⋅+⋅⋅=
n
ii
iiiii
s
G
lctgGF
1
1
sin
cos
α
φ α
3211-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
R i - rezultanta tensiunilor normale σ i pe suprafaţa de cedare ; M r - momentul forţelor rezistente ce se opun alunecării ( N i ·tg φ i şi c i ·l i ) ; M m - momentul motor ce tinde să rotească masa alunecătoare în raport cu punctul O;n - numărul de fâşii în care a fost împărţită masa alunecătoare.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 383/533
Metoda cercului de fricţiune (Taylor) determină coeficientul de siguranţă al unui taluz, existent sau realizat într-orocă omogenă ( φ , γ , c – constant ), prin analiza echilibrului static al maseialunecătoare, delimitată de o suprafaţă cilindro-circulară de cedare,
considerată în ansamblu, fără a fi discretizată în fâşii.
3311-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 384/533
Corpul ABCDA, care constituie masaalunecătoare, considerat ca un rigid,
trebuie să fie în echilibru sub acţiuneaurmătoarelor forţe:
– - greutatea proprie a întregii masealunecătoare; – - rezultanta suprasarcinilor concentratesau distribuite uniform; – - rezultanta forţelor elementare normale( σ ds ) considerate uniform distribuite în lungulsuprafeţei de cedare (pentru care ε = 0 );
Gr
N r
r
Qr
3411-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
nec
dis
nec
dissctgF += φ
unde φ nec = φ 0 şi c nec = c 0, reprezintăunghiul de frecare interioară necesarasigurării echilibrului limită ( F
s
=1 )considerându-se c = 0 şi respectiv coeziunea necesară asigurăriiechilibrului limită pentru φ =0.
– - re s en a a or ecare a p m n u u ,necesară asigurării echilibrului ( ), mobilizatăîn lungul suprafeţei cilindro-circulare de cedare, cucele două componente:
- rezistenţa la forfecaredatorată frecării interne;
- rezistenţa la forfecare
datorată coeziunii, coliniare numai pentrudistribuţia uniformă a tensiunilor σ .
S
;nec neccφ
( ) n AB
S tg dsφ σ φ = ⋅ ⋅∫uur
1
c n AB
S c ds= ⋅ ⋅∫uur
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 385/533
Determinarea parametrilor φ nec , c nec (sau φ 0 , c 0 ), necesari determinării coeficientului de siguranţă se
obţin din analiza echilibrului static al masei alunecătoare, considerată a fi acţionată de următoarele treiforţe, rezultate prin compunerea vectorială a forţelor prezentate anterior ( Q; G; N; S ) şi anume:
• - rezultanta greutăţii proprii a masei alunecătoare şi a forţelor exterioare(suprasarcini, forţe seismice, forţe de antrenare hidrodinamică, subpresiunea apei etc.);• - componenta rezistenţei la forfecare, datorată coeziunii pământului, mobilizată în lungulsuprafeţei de cedare;• - rezultanta componentei rezistenţei la forfecare S φ = N tg φ , datorată frecării interne şi arezultantei N a presiunilor reactive ( σ · ds ) normale la suprafaţa de cedare.
( )...i i i R R G Q q l= + + ⋅ +
ur ur ur r r
cS
φ N r
Ecuaţiile de echilibru static ale masei alunecătoare sunt cele specifice solidului rigid acţionat de un sistemde trei forţe şi anume: componentele torsorului identic nule
Expresia grafică a acestora se traduce prin condiţiile ca poligonul forţelor să fie închis ( ) şirespectiv suporturile forţelor să fie concurente ( ).
3511-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
=++=
=
∑∑
0
0rrrrr
rr
φ N S RF
M
ci
i
∑ = 0rriF
∑ = 0rr
i M
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 386/533
• rezultanta R se obţine dincompunerea forţelor G şi Q;
• componenta rezistenţei la forfecareSc, datorată coeziunii, va fi paralelă cucoarda AC şi situată la distanţa
• componenta NΦ, ca rezultantă acomponentei rezistenţei la forfecaredatorată frecării interne va fi tangentăla un cerc de rază r·sinΦ numit cerc
sin
ABd r r
AC
θ
θ
= ⋅ = ⋅
de fricţiune.
3611-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Concluzionând informaţiile obţinute mai sus, privind cele trei forţe care asigură echilibrul maseialunecătoare, rezultă:• forţa este complet determinată atât ca mărime cât şi ca direcţie, punct de aplicaţie şi sens;• forţei i se cunoaşte mărimea (în cazul impunerii valorii coeziunii mobilizate), suportul şi sensul;• forţei i se cunoaşte numai direcţia, tangentă la cercul de fricţiune, poziţia şi mărimea ei urmând săfie precizată din condiţia de concurenţă a celor trei forţe şi respectiv din condiţia ca poligonul forţelorsă fie închis.
Rr
cS r
φ N r
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 387/533
În baza acestor concluzii, care constituie de faptelementele de fundament principial al metodeicercului de fricţiune, se dezvoltă următoareametodologie grafo-analitică de obţinere aparametrilor ( φ nec , c nec ) necesari precizăriicoeficientului de siguranţă al taluzului. În acest scopse consideră în general, prin ipoteză, două cazuri
posibile : Cazul 1 în care se presupune că valoarea mobilizată,
cmob = cdis , a coeziunii în lungul suprafeţei potenţialede cedare este egală cu valoarea coeziunii efective arocii şi sese cerecere determinareadeterminarea valorii valorii unghiuluiunghiului dede
frecarefrecare interioarăinterioară necesarănecesară atingeriiatingerii echilibruluiechilibrului limitălimită( ( φ φ nec nec ) )..
Se determină mărimea şi poziţia rezultantei R, setrasează coarda AC, se duce paralele la AC la distanţa“d” calculată şi se construieşte paralelogramul forţelor
R, Sc, NΦ;
Se trasează cercul cu centrul în “O”, tangent la suportulrezultantei NΦ şi se măsoară raza la scara desenuluid φ =r ⋅ sin φ nec , de unde se deduce φ nec.=arcsin ( d φ /r ).
3711-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 388/533
Cazul 2 în care se presupune unghiul de frecareinternă complet mobilizat ( φ m = φ dis. ) şi se ceredeterminarea coeziunii necesare c nec asigurăriiechilibrului limită, comportă în baza aceloraşi ipotezeurmătoarele etape:
reprezentarea suporturilor rezultantelor şi şi acercului de fricţiune de rază r ⋅ sin φ dis ;
trasarea suportului forţei ce trece prin punctul O′
Rr
S r
φ N r
fricţiune; descompunerea rezultantei (utilizând regula
paralelogramului) după direcţiile S cn şi N φ ,determinând astfel prin măsurare grafică valoarearezultantei S cn şi respectiv coeziunea necesară
( c nec.=S cn / );
obţinerea coeficientului de siguranţă în raport cucoeziunea cu relaţia F sc = c dis / c nec .
3811-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Rr
AC
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 389/533
Metoda BishopIpoteze privitoare la cedare
•ruperea se produce după o suprafaţă unică de cedare, cilindrică cu axorizontal;•cedarea se produce dintr-o singură mişcare sau altfel spus, nu se ţine seamade deformaţiile ce se produc înainte de ruptură;•rezistenţa la forfecare în lungul suprafaţei de rupere, corespunde aceleaşideformaţii şi în consecinţă aceluiaşi grad de mobilizare a rezistenţei laforfecare.
Ipoteze de calcul •masa alunecătoare de pământ care tinde să lunece este discretizată în fâşii
verticale, ţinându-se seama de reacţiunile dintre fâşii;•coeficientul de siguranţă, definit ca raport între rezistenţa la forfecaredisponobilă ( τ fi ) şi cea mobilizată ( τ ei ), egală cu componenta tangenţială atensiunii totale a licată e su rafa a de cedare τ i , dată de rela ia, usă sub
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 39
( )1 1
1
' 'n n
i i i i i i fi
s s n
eii i
u tg s c s
F F
s
σ φ τ
τ τ
− ⋅ ⋅ ∆ + ⋅ ∆
= ⇒ =
⋅ ∆
∑ ∑
∑
forma relaţiei:
unde:σ i =N i /∆s i - tensiunea totală, considerată uniform distribuită pe suprafaţa decedare aferentă fâşiei ( i );
u i =U i /∆s i - presiunea neutrală din mijlocul bazei fâşiei ( i );τ i - tensiunea tangenţială indusă de greutatea proprie şi forţele exterioare, lanivelul bazei fâşiei, egală numeric cu τ ei , rezistenţa la forfecare necesară a fimobilizată în vederea asigurării echilibrului limită ( F s =1);φ i ′, c i ′ – parametrii efectivi ai rezistenţei la forfecare;∆s i – lungimea aferentă fâşiei ( i ) din suprafaţa de cedare.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 390/533
Ca urmare relaţia devine:
( )
∑
∑ ∑∆⋅
∆⋅+⋅−=
ii
iiiii
s
s
sctgU N F
τ
φ ''
Determinarea mărimilor fizice, din relaţia de mai sus, care permit definirea coeficientului de siguranţă este posibilă
prin analiza echilibrului static al fâşiei, acţionată de următoarele forţe
• )( iiiGGGrrr
′′+′ – greutatea proprie a fâşiei calculată cu greutatea γ pentru partea situată deasupra curbei de saturaţie (Gi′ ) şi
cu γ sat pentru partea din fâşie aflată sub aceasta (Gi″ );
• 1;i i E E
−
r r- acţiunea respectiv reacţiunea fâşiilor adiacente, amonte şi aval fâşiei i, considerate ca fiind orizontale;
• ii T T rr ,1− , acţiunea şi reacţiunea verticală ale fâşiilor adiacente;
• ii N σ rr
= · ∆si, rezultanta tensiunilor normale totale (σ i = σ ′ i + ui) pe suprafaţa de cedare;
• eiiS τ rr
= · ∆si, rezistenţa la forfecare necesară a fi mobilizată pe suprafaţa de cedare pentru asigurarea echilibrului limită
al fâşiei (F s = 1);
• rr= ·
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 40
ii , , ,
centrul bazei fâşiei. Echilibrul static al fâşiei (i) sub acţiunea forţelor considerate, în metoda Bishop, revine la condiţia ca poligonul
or ţ elor să fie închis (rezultantă nulă) iar momentul tuturor forţelor ce acţionează asupra masei alunecătoare care tinde să
alunece să fie nul.
• Astfel, scriind ecua ţ ia de momente a tuturor forţelor ce acţionează asupra masei alunecătoare ( ABCDA) ce tinde să
lunece, în raport cu centrul suprafeţei de rotaţie O, rezultă:
022111
=⋅+⋅−⋅−⋅∑ aQaQd G RS G
n
i şi cum ⇒⋅=⋅ ∑ iiG xGd G
⇒⋅+⋅⋅=⋅−⋅+⋅=⋅ ∑∑∑ aQ RGaQaQ xG RS iiii
n
i α sin22111
⇒ R
aQ
R
aQGS ii
n
i2211
1
sin⋅
−⋅
+⋅= ∑∑ α (1)
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 391/533
Cum S i = τ ei ·∆si şi τ ei = τ i , în baza principiului acţiunii şi reacţiunii, relaţia (1) devine:
∑ ∑⋅
−⋅
+⋅=∆⋅
n n
iiii R
aQ
R
aQGs
1 1
2211sinα τ (2)
unde Q1 joacă rolul unei forţe orizontale oarecare, externe, care solicită masivul (forţă seismică, forţă hidrostatică dată de apadin fisurile provenite de contracţie etc.) şi Q2 – presiunea hidrostatică din aval de taluz.
Înlocuind numitorul ∑ ∆⋅
n
ii s1
τ dat de relaţia (8.62.) în expresia coeficientului de siguranţă (8.60.) se obţine:
( )1
1 1 2 2 1 1 2 2
1 1
' '
sin sin
in
i i i i
i
s n n
i i i i
im
N
N U tg c s
mF
Q a Q a Q a Q aG G
R R R R
φ
α α
′ − ⋅ + ⋅ ∆
= =⋅ ⋅ ⋅ ⋅
⋅ + − ⋅ + −
∑∑
∑ ∑
64444744448
64748
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 41
.
• Pentru explicitarea reac ţ iunii normale pe suprafaţa de cedare, aferente fâşiei (i) , N i′ = N i – U i se scrie ecuaţia deroiec ţ ie pe verticală a tuturor forţelor ce acţionează asupra fâşiei (fig.8.61.b):
( ) 0sincos 1 =−+−⋅+⋅−iiiiiii T T GS N α α (4.)
Cum N i = N i′ + U i = N i′ + ui ·∆si şi S i = τ i ·∆si rezultă ,
( )[ ] ( )
s
ii
s
iii
s
iiiii
i
s
fi
iF
sc
F
tgU N
F
sctgu
sF S
∆⋅
+
⋅−
=
∆⋅+⋅−
=∆⋅=
'''' φ φ σ τ
,
şi relaţia (4) devine: (5) ( )( )1
' sin ' sin' cos cos 0
i
i i i i i i i ii i i i i i i i
s s
N
N u s tg c s N u s G T T
F F
φ α α α α
−
′
− ⋅ ∆ ⋅ ⋅ ⋅ ∆ ⋅⋅ + ⋅ ∆ ⋅ + + − + − =
6447448
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 392/533
Explicitând pe N i′ din relaţia (5.) se obţine:
( ) ⇒⋅∆⋅
−⋅∆⋅−−+=
⋅+⋅
−
s
iiiiiiiii
s
iiii
F
scsuT T G
F
tgtg N
α α
α φ α
sin'cos
'1cos' 1
( )
⋅+
⋅∆⋅−⋅∆⋅−−+
=
−
s
iii
s
iiiiiiiii
i
F
tgtg
F
scsuT T G
N α φ
α
α α
'1cos
sin'cos
'1
(6)
Introducând expresia reacţiunii efective N ′ i = N i – U i în expresia (3.a) rezultă:
( )11
1 1 2 2
sin '' cos ' ' ' ' cos 1
'sin 1
cos
i in
i i i ii i i i i i i i i i i i i
s s
i ii
s
s n
i i
b bs tg tg
G T T tg u s tg c tg c sF F
tg tg
F F
Q a Q aG
α φ α φ α φ φ α
φ α α
α
−
∆ − − − ∆ − + ∆ +
+
=
+ −
∑
∑
64748 64748
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 42
1
(3.b)
Notând cu
⋅+=
s
ii
iiF
tgtgm
α φ α α
'1cos şi sistematizând termenii în relaţia (8.63.b) se obţine următoarea expresie a
coeficientul de siguranţă (factorului de stabilitate) după Bishop:
( ) ( )1
1
1 1 2 2
1
' ' '
sin
i
ni i i i i i i i i
i
s n
i i
T
G u b tg c b T T tg
m
F Q a Q a
G R R
α
φ φ
α
−
∆
− ⋅ ⋅ + ⋅ + − ⋅
=⋅ ⋅
⋅ + −
∑
∑
64748
(7.a)
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 393/533
11 1 2 2
1
1sin
n
s in
i i
F mQ a Q a
G R R
α = ⋅
⋅ ⋅⋅ + −
∑∑( )
' ' 'i i i i i i i i
i
i
G u b tg c b T tgm
mα
φ φ − ⋅ ⋅ + ⋅ + ∆ ⋅
=
( )∑
⋅′+′⋅⋅−
=n
n
i
iiiiii
s
m
bctgbuG
F 1
φ
α
Expresia coeficientului de siguranță după Bishop:
cu
Formula simplificată a lui Bishop:
În cazul în care se neglijează termenul ( )∑ ≅′⋅− −
n
iii tgT T 1
1 0φ
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 43
∑⋅
−
⋅
+⋅ ii R RG
1
2211
sinα
1 1' sin
cosi
i ii
i
s
mtgm
F
α
α φ α
α
′ = =⋅
+
( )1
1 1 2 2
1
sin
n
i i i i i i i
s n
i i
G u b tg c b m
F Q a Q a
G R R
α φ
α
′ ′ ′ − ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ =
⋅ ⋅⋅ + −
∑
∑
Dacă se face notația:
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 394/533
Influenţa acţiunii apei de infiltraţie
asupra stabilităţii taluzurilor şi versanţilor
Metodologiile prezentate anterior, privind analizastabilităţii taluzurilor, concretizate în relaţii de calculsau algoritmi ai coeficientului de siguranţă conţinexplicit sau implicit presiunea apei din pori u i .
n cazul lucrărilor cu caracter de retenţie, diguri, baraje din materiale locale, calculele de stabilitate se fac pentruurmătoarele etape:
în timpul construcţiei şi imediat după construcţie când presiunea apei din pori, din corpul lucrării, esteestimată pe baza coeficienţilor presiunii apei din pori a lui Skempton, sau a coeficientului de proporţionalitate alpresiunii apei din pori (r u ) şi este influenţată în cea mai mare parte de compactarea materialului din corpulbarajului;
în timpul exploatării atunci când barajul este pe cale de a fi umplut şi presiunea apei din pori este determinatăîn principal de curentul de infiltraţie al apei din aceste lucrări, caracterizat prin spectrul hidrodinamic, constituitdin ansamblul liniilor de curent şi al echipotenţialelor;
în timpul exploatării, în cazul unei goliri bruşte , când presiunea apei din pori se determină în baza spectruluihidrodinamic în ipoteza golirii bruşte.
4411-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 395/533
Cum trasarea spectrului hidrodinamic necesită operaţii relativ complexe sau chiar experimentări pe bazaanalogiei electrice, în practica curentă pentru lucrări obişnuite, se pot accepta procedee aproximative în
determinarea parametrului h wi atâtatât înîn ipotezaipoteza exploatăriiexploatării curentecurente câtcât şişi înîn ipotezaipoteza goliriigolirii bruşte,bruşte, bazate pecunoaşterea poziţiei liniei de saturaţie şi aproximare cu segmente de dreaptă a curbelor echipotenţiale.Cunoscând poziţia liniei desaturaţie, diagrama presiunilor neutrale se poate trasaaproximând liniileechipotenţiale prin drepteperpendiculare pe linia desaturaţie, iar presiunile neutraleorientate pe direcţia normaleila suprafaţa de cedare, devin:
( )2
1
1
1cos ' '
cos
sin
n
i i i i i i i
is n
i i
G u b tg c b
F
G
α ϕ α
α
⋅ − ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ =
⋅
∑
∑
Rezultanta presiunilor neutrale se obţine ca intensitate, prin construcţia poligonului forţelor ( ) iardreapta suport, prin ducerea unei paralele, prin centrul suprafeţei de cedare Oi , la rezultanta U din poligonulforţelor. Presiunile u i astfel determinate, se introduc direct în relaţiile de calcul a coeficienţilor de siguranţă,
specifice metodelor bazate pe împărţirea în fâşii verticale (Fellenius) iar rezultanta U este componentă a rezultanteitotale R ce acţionează asupra masei alunecătoare, în cadrul metodelor globale de analiză a stabilităţii taluzurilor -metoda cercului de fricţiune.
∑ ∆⋅= ii suU rr
wii hu ⋅=
4511-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 396/533
Acţiunea seismică determină o micşorare a coeficientului de siguranţă, atât prin forţele de inerţieseismică induse în masa lucrărilor din pământ, câtcât şişi prinprin micşorarea,micşorarea, înîn anumiteanumite limitelimite aa valorii valoriirezistenţeirezistenţei lala forfecareforfecare aa pământuluipământului. Asigurarea taluzurilor împotriva fenomenelor de cedare, ca urmarea unei acţiuni seismice, se face prin limitarea valorilor coeficienţilor de siguranţă sub cele
corespunzătoare nivelului de solicitate statică ( F s ≈ 1,10 – 1,15) sau prin indicarea pantelor taluzurilor înfuncţie de gradul de intensitate seismică.
Influenţa acţiunii seismice asupra stabilităţii taluzurilor şi
versanţilor
Pantele taluzurilor de CF (h> 2,00 m) şi de drumuri (h>4,00 m) în funcţie de gradele deintensitate seismică
Estimarea coeficientului de siguranţă, în condiţii de solicitare seismică se face cu metodele specificesolicitărilor statice (Fellenius, cerc de fricţiune etc.), cu considerarea forţelor dinamice ca acţiuni staticeechivalente, acţionând în centrele de greutate ale fâşiilor (sau în centrul de greutate al bazei fâşiilor) încare este discretizată masa alunecătoare (metoda pseudostatică).
4611-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 397/533
Forţele seismice ( S i ) a căror direcţie se consideră deregulă orizontală (sau înclinată dirijată în sus pentru
taluzurile necoezive şi în jos pentru cele din pământuricoezive), se determină pe baza gradului de intensitateseismică al zonelor amplasamentului şi a coeficienţilorseismici convenţionali ( K s = a c /g ; a c – acceleraţia maximăa mişcării seismice şi g – acceleraţia gravitaţională),corespunzători fiecărui grad de intensitate seismică
(P100-92; P100/1-2004), cu relaţia
Coeficientul seismic (K s = ag /g) este raportul dintreacceleraţia orizontală a terenului pentru proiectare ( a g ) şi
=
isii K GS ⋅=
. g s
g), pentru teritoriul României.
Forţele seismice aferente fiecărei fâşii şi, respectiv forţa seismică totală, se iau în considerare la determinareamomentului motor ce tinde să producă cedarea taluzului în cazul metodelor de analiză a stabilităţii bazate pediscretizarea masei alunecătoare în fâşii verticale (Fellenius) şi respectiv la stabilirea mărimii şi poziţiei rezultanteiîn cazul metodelor globale de analiză a stabilităţii (metoda cercului de fricţiune etc.).
Greutatea unei fâşii oarecare ( i ), se calculează considerându-se volumele aferente, înmulţite cu greutatea volumicăγ , deasupra curbei de saturaţie şi γ sat pentru zonele situate sub aceasta.
4711-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 398/533
Zonarea teritoriului României în termeni de valori de vârf ale acceleraţiei terenului de proiectare pentru cutremure având intervalul mediu de recurenţă IMR=100 ani
4811-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 399/533
Greutatea unei fâşii oarecare ( i ), secalculează considerându-se volumeleaferente, înmulţite cu greutatea
volumică γ , deasupra curbei desaturaţie şi γ sat pentru zonele situatesub aceasta.
iii GGG ′′+′=
⋅′=′ii V G
isii K GS ′⋅′=′
′′ ′′
iii S S S ′′+′=
i i sat γ = ⋅
isii K GS ⋅=
( ) iiiiii S d S d S d / ′′⋅′′+′⋅′=Iar braţul de pârghie este
Forţa seismică totală şi respectiv braţul de pârghie în raport cu centrul suprafeţei de cedare rezultă:
∑=
n
iS S 1
( )∑ ⋅=
n
ii S d S d 1
/ ( )
∑
∑⋅
+⋅
⋅+⋅⋅
=n
iiii
n
iiiii
s
R
d S G
lctgG
F
1
1
)sin(
cos
α
φ α
4911-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 400/533
Considerarea efectului spaţial al alunecărilor se poate face prin:
a) Medierea coeficienţilor de siguranţă obţinuţi prin metodologiile clasice, pentru mai multe secţiuni
considerate, în funcţie de ariile maselor alunecătoare
b) Discretizarea masei alunecătoare în fâşii de lăţimi diferite pentru a se lua în considerare efectul spaţial
al alunecării
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 50
∑
∑ ⋅
=n
i
n
is
s
A
AF
F i
1
1
∑
∑
⋅
⋅++
=n
ii
n
ii N M
s
LS
L R R R
F
1
1
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 401/533
c)Discretizarea masei alunecătoare în coloane verticale prismatice şi definirea coeficientului de siguranţă ca raport între forţa rezistentă totală disponibilă în lungul suprafeţei potenţiale de cedare şi forţa rezistentă totală mobilizată pe aceeaşi suprafaţă
Neglijând forţele de pe feţele laterale ale prismelor verticale, cu dimensiunile ilustrate, expresia coeficientului de siguranţă rezultă :
( )∑∑
∑∑
⋅∆⋅∆⋅⋅
⋅⋅∆⋅∆⋅⋅+⋅
⋅∆⋅∆⋅
=
x y
yz
x y yz xz
s y x z
tg B y x z A y xc
F α γ
φ γ α α
sin
)coscoscos
sin(
în care:
•
yz xz A α α sinsinsin⋅=
• ( ) 2 / 1221cos
−
++= yz xztgtg B α α
• Pentru y xc ∆∆ ,,, φ = constant , relaţia (8.138.a) devine:
∑∑∑∑ ⋅⋅⋅ yz xz B z Aα α cos)sinsec(sec
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 51
• ( ) ∑∑∑∑ ⋅
⋅+
⋅
⋅
=
x y yz
x y yz
s
z
tg
z
F
α
φ
α γ sinsin
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 402/533
Principii de prevenire, combatere şi stabilizare ale alunecărilor de teren Alunecările de taluzuri şi versanţi în zone urbane, în zonele agricole, de-a lungul căilor de comunicaţii,
constituie cazuri curente, dar cu implicaţii socio – economice importante. Ca urmare, rolul de prevenirea acestor alunecări prin acţiuni asupra factorilor perturbatori este esenţial.
Aceste măsuri, foarte variate de altfel şi specifice fiecărui caz în parte, pot fi grupate în:
modificareamodificarea geometrieigeometriei iniţialeiniţiale;;
reducereareducerea presiuniipresiunii apeiapei dindin poripori (măsuri(măsuri hidrologice)hidrologice);;
măsurimăsuri fizice,fizice, chimice,chimice, biologicebiologice;;
măsurimăsuri mecanicemecanice..
Acestea au drept scop creşterea gradului de siguranţă al lucrării prin:
asigurareaasigurarea uneiunei stăristări dede tensiunetensiune înîn terenteren compatibilecompatibile cucu rezistenţelerezistenţele acestuiaacestuia lala forfecareforfecare;;
conservareaconservarea înîn timptimp aa rezistenţelorrezistenţelor lala forfecareforfecare aa pământurilorpământurilor împiedicândîmpiedicând micşorareamicşorarea acestoraacestora;;
echilibrareaechilibrarea stăriistării dede tensiunetensiune prinprin realizarearealizarea unorunor lucrărilucrări dede susţineresusţinere // retenţieretenţie aa maseimaseialunecătoarealunecătoare..
Modificarea geometriei iniţiale constă în acţiuni de reprofilare a pantei prin “îndulcirea” înclinării acesteia sau prinexcavaţii la creastă şi umpluturi (berme, banchete) la bază. Eficienţa încărcării sau descărcării este datăde forma suprafeţei de rupere (zone active / pasive) şi de mărimea volumului masei alunecătoare.Utilizarea conceptului de linie neutră ce delimitează zonele active de cele pasive, oferă informaţii privindsensul de execuţie al săpăturilor şi umpluturilor pe versanţi.
5211-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 403/533
Reducerea presiunii apei din pori are în vedere măsurile hidrologice care trebuie să împiedice infiltrarea apei înpământ, iar dacă s-a infiltrat să-i reducă nivelul ori gradientul hidraulic, eliminându-se efectele negative
ale excesului de apă asupra caracteristicilor pământului, cât şi micşorarea forţelor din greutatea propriesau hidrodinamice. În acest scop se pot realiza următoarele tipuri de lucrări:
rigole, şanţuri pereate, şanţuri de gardă, drenuri superficiale, pavarea sau impermeabilizarea pantelor, cuscopul de colectare şi îndepărtare rapidă a apelor pluviale sau din topirea zăpezilor;
drenuri de adâncime, puţuri de absorbţie, drenuri verticale din pământuri necoezive; drenuri în spic(orizontale), drenuri fitil, galerii de drenaj, pentru îndepărtarea apelor de adâncime şi micşorarea
umidităţii pământului; drenuri de picior la diguri, baraje, terasamente sau la baza pantei, cu filtre inverse, drenuri cu geotextil,
saltele drenante, amenajări antierozive, etc., pentru prevenirea şi combaterea fenomenelor de antrenarehidrodinamică.
Măsurile fizice, chimice şi biologice constau într-un ansamblu de măsuri destinate creşterii rezistenţei la forfecare apământurilor fără aport de material din exterior. Dintre acestea, cele mai uzitate sunt:
compactarea, congelarea sau arderea;
tratarea pământului prin amestec, injectarea (cimentare, bituminizare, silicatizare, etc.);
înierbări, garduri vii, cleionaje, plantare de arbori (salcâm, nuc, fag, stejar, etc.).
Măsurile mecanice sunt destinate echilibrării stării de tensiune din versanţi şi taluzuri şi constau în lucrări desusţinere: ziduri de sprijin clasice sau din pământ armat (cu geosintetice), contraforţi, chesoane, pereţimulaţi; ancorarea sau bulonarea pantelor, diferite tipuri de pilotaje.
5311-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 404/533
5411-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 405/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 55
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 406/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 56
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 407/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 57
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 408/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 58
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 409/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 59
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 410/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 60
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 411/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 61
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 412/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 62
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 413/533
Geotehnică – note de cursProf.dr.ing. Anghel Stanciu
Conf.dr.ing. Irina Lungu
Cursul nr.Cursul nr. 10 10 Împingerea pământurilor. Generalită ț i. Împingerea în stare de repaos
Sprijinirea pere ț ilor excava ț iilor
Împingerea activă. Împingerea pasivă – Solu ț ii analitice Împingerea pământurilor – Solu ț ii grafice
Teoria Rankine
Calculul rezisten ț ei pasive a pământurilor prin metode grafo-analitice
Bibliografie:
A. Stanciu & I. Lungu, FUNDAŢII – IFizica şi Mecanica Pământurilor, Ed. Tehnică, 2006
http://www.futureofbuilding.org/index.php?src
=directory&view=resources&srctype=resources_lister&class0=Landscaping&class0_0=152&query=Category%3AClass%3ASub-Class%3AType.eq.Landscaping&pos=40,10,94http://www.terre-armee.ro/ http://www.laterlite.com/prodotti.aspx?idmenu=18&idmenu2=101&idlingua=eng&idprodotto
=101
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 414/533
Împingereapământurilor
forţe (P; P v ; P h ) pe care pământurilele exercită asupra structurilor cu care vin în contact;
11-Jan-13 2Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 415/533
Modalităţi curente rezolvare a
unei diferenţe de nivel înpământ
Singura modalitate de asigurare a stabilităţii taluzului AC este ca efectul de susţinere a masei depământ înlăturate ABC să fie înlocuit cu o lucrare de retenţie de tip zid de sprijin care să preia rolulprismului ABC . În acest caz, asupra acestuia se exercită o anumită împingereîmpingere P P aa pământuluipământului sprijinitsprijinit.
MărimeaMărimea acestoracestor forţeforţe ( ( P P ) ) depindedepinde dede natura pământului sprijinit, de caracteristicile fizico-mecanice aleacestuia, precum şi de mărimea şi sensul deplasării ( ± ∆) lucrării de retenţie faţă de masivul de pământsprijinit.
11-Jan-13 3Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 416/533
Forţa P 0 care se exercită, de către masa de
pământ, asupra unui perete nedeplasabil sau
nedeformabil este definită ca împingerea în stare de
repaos ; aceasta deoarece rezistenţa laforfecare a pământului nu este mobilizată( φ mob .=0). Este cazul zidurilor de subsol saua tunelurilor de metrou.
Forţa minimă pe care o masă de pământ o
exercită asupra unui element de sprijin deplasabil este definită ca împingerea activă a pământului
( P a ); este cazul curent al împingerii activecare se exercită asupra zidurilor de sprijince suferă fie o deplasare pe orizontală, fie orot re. ementu act v este păm ntu ar
elementul pasiv este zidul de sprijin . Forţa maximă pe care o masă de pământ o poate
opune unui element de construcţie , care comprimă
pământul , este denumită împingerea sau rezistenţa
pasivă a acestuia . În acest caz, elementul activ
este elementul de construcţie şi elementul pasiv
este pământul ; este cazul culeelor pentrupodurile cu suprastructura în arc, boltă saususpendate şi cazul special al tuturorfundaţiilor de suprafaţă.
11-Jan-13 4Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 417/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 5
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 418/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 6
ucrare e sus nere ceutilizează betonulprecomprimat
http://foundation-specialists.com/aligned-piles%20wall%20system.htm
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 419/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 7
http://www.structsource.com/retainingwall/types/soilnail_pics.htm
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 420/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 8
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 421/533
Soil nailing / Clouage Pamant armat
Gabioane
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 9
http://www.phigroup.co.uk/node/115http://www.geocons.ro/en/prefabricated%20geocells.htmlhttp://www.mfrbee.com/product/1680500/Gabions_Boxes_Wire.html
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 422/533
Tervoile
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 10
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 423/533
Texsol
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 11
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 424/533
Cele trei tipuri de împingeri definite anterior se caracterizează astfel:
P 0 – împingerea în stare de repaos ( φ mob.=0) este mai mare decât împingerea activă şi mai mică decâtrez s en a pas v ş se exerc asupra e emen e or e cons ruc e r g e, r ep as r sau e orma a e
acestora (∆ ≈ 0; ∆ ≤ 5·10-4
·H ); P a – împingerea activă este cea mai mică împingere ( P a <P 0<P p ) a pământului, pentru care rezistenţa la forfecare
este mobilizată integral ( φ mob.=φ ) pentru autosusţinerea masei alunecătoare şi care necesită o deplasaremică a elementului de susţinere (∆a <<∆ p ), (tabel, sau rotaţia în jurul capului - 0,002·H ; în jurulpiciorului - 0,005·H ; translaţia - 0,001·H );
P p
– împingerea pasivă (pământul pasiv şi elementul de construcţie cu rol activ) sau rezistenţa pasivă apământului are valoarea cea mai mare ( P p>P 0>P a ) şi presupune o deplasare mare a elementului deconstrucţie (∆ p >> ∆a ), pentru mobilizarea integrală a rezistenţei la forfecare a pământului ( φ mob. ≡ -φ ) înasigurarea echilibrului masei alunecătoare, fapt ce determină ca mulţi ingineri să nu o ia în calcul la
valoarea integrală ci să o asimileze cu o împingere hidrostatică ( K p ≡ K a ).
11-Jan-13 12Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 425/533
Împingerea pământului în
stare de repaos În punctul M, starea de tensiuni primară,gravitaţională, este definită prin:
În cazul umpluturilor realizate în spatele pereţilorde subsol, aşternute şi compactate în straturisuccesive, coeficientul împingerii în stare de repaoscreşte chiar până la dublu (un nisip cu K 0= 0,4 înstare naturală ajungând la K 0= 0,8 prin
z zM ⋅=σ
z xK σ σ ⋅=
0
.
Pentru pereţii de subsol rigizi, cu planşee pestesubsol, pentru secţiunile de tuneluri orăşeneştiutilitare, secţiunile de metrou casetate, etc., unde seapreciază că structurile sunt practic nedeformabilesub acţiunea împingerii pământului ( ) setransferă expresia tensiunii σx împingerii în stare derepaos, rezultând:
cu o distribuţie liniară în raport cu înălţimea /adâncimea.
ν
ν
−=
10
K
Coeficientul K 0, definit drept coeficient al presiunii laterale /
coeficientul presiunii în stare de repaos are expresia:
unde ν este coeficientul lui Poisson, cu valori orientative date întabel
Denumirea pământurilor v
Bolovănişuri şi pietrişuri 0,27
Nisipuri (inclusiv nisipurile prăfoase şi nisipurile argiloase) 0,30
Praf, praf argilos, argilă nisipoasă, argilă prăfoasă 0,35
Argilă, argilă grasă 0,42
0= xε
0 0 0:
x z z p p z K σ γ = ⇒ = ⋅ ⋅
11-Jan-13 13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 426/533
Pentru distribuţia trapezoidală din fig.b valorilepresiunilor în stare de repaos sunt:
,împingerea din greutatea proprie apământului, cu distribuţie triunghiulară;
,împingerea determinată desuprasarcina , uniform distribuită lapartea superioară a masivului de pământsprijinit sau la nivelul suprafeţei superioare destratificaţie, pentru stratul a cărei împingere secalculează, , înălţimea echivalentă depământ a cărei greutate egalează q .
00 K H p ⋅⋅= γ γ
00K H p eq ⋅⋅= γ
∑ ⋅= ii zq γ
γ q H e =
e u an a va avea va oarea ega cu ar a agrame
trapezoidale sau liniare, după caz, rezultând:sau
unde:
- înălţimea echivalentă;
q suprasarcina, uniform distribuită, cu punctul de aplicaţie la o treime de bază sau, în cazul distribuţieitrapezoidale, la distanţa z 0 dată de expresia:
0
2
02
1K H P ⋅⋅= γ
⋅+⋅⋅⋅=
H
H K H P e2
12
10
2
0 γ
γ q H e =
11-Jan-13 14Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
0 0
0
0 0
3
3 2
q
q
p p H z
p p
γ
γ
⋅ += ⋅
⋅ +
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 427/533
Împingerea pământului în condiţii specialeFie, deci, doi pereţi situaţi la distanţa b şi q
suprasarcina care acţionează pe suprafaţă. Terzaghiconsideră un element de volum de înălţime dz situat ladistanţa z şi asupra căruia acţionează următoarele forţeelementare:
• A z ⋅σ - forţa verticală acţionând de sus în jos
pe faţa superioară a elementului de volum considerat;
• ( ) Ad z z ⋅+ σ σ - forţa verticală acţionând de jos în sus;
• dG - greutatea proprie a elementului de volum;
• φ σ tgh ⋅ - forţa de frecare pe pereţi;
• ⋅ -
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 15
a -
• ρ = U/A ;
• A - reprezintă aria secţiunii transversale;• U - perimetrul acesteia.
Determinarea presiuniihσ se face din analiza echilibrului static al elementului de volum, prin ecuaţia de proiecţie pe verticală:
⇒=⋅+−⋅⋅⋅−⋅⋅−+⋅ 0)( Ad dzU tgdzU cdG A z zha z σ σ φ σ σ prin explicitarea: ⋅⋅= dz AdG ; zh K σ σ ⋅=0
⇒
⇒⋅+⋅−⋅=⋅⋅⋅⋅−⋅⋅−⋅⋅ Ad A AdzU tgK dzU cdz A z z z za σ σ σ φ σ γ 0 ⇒⋅=⋅⋅⋅−⋅−⋅⋅ Ad tgK c Adz z za σ σ φ ρ ρ γ )(
0 za
z
tgK c
d dz
σ φ ρ ρ γ
σ
⋅⋅⋅−⋅−=
0
sau făcând notaţiile : φ ρ tgK A ⋅⋅−=0 şi ρ γ ⋅−= ac B
se obţine ecuaţia diferenţială
z
z
d dz
B A
σ
σ =
+ ⋅
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 428/533
Prin integrarea ecuaţiei anterioare între cota suprafeţei umpluturii şi adâncimea z, se obţine:
[ ]
0
1 1ln( ) ln( ) ln( )
ln
z
z
z
z z q z
zq
A z A z A z z z z
d dz z B A z B A B A q
B A A A
B A B A A z e B e A q e B A
B A q B A q
σ
σ σ σ σ
σ
σ σ σ ⋅ ⋅ ⋅
= ⇒ = ⋅ + ⋅ ⇒ = + ⋅ − + ⋅ ⇒+ ⋅
+ ⋅ + ⋅⋅ = ⇒ = ⇒ ⋅ + ⋅ ⋅ = + ⋅ ⇒
+ ⋅ + ⋅
∫ ∫
tensiunea verticală este egală cu:
z A z A
z eqe A
B ⋅⋅⋅+−⋅−== )1(v σ σ
Înlocuind în relaţia tensiunii ρ γ ⋅−=a
c B şi respectiv φ ρ tgK A ⋅⋅−= 0 rezultă expresia tensiunii verticale: ztgK ztgK a
zeqe
tgK
c ⋅⋅⋅−⋅⋅⋅−⋅+−
⋅⋅
⋅−=
φ ρ φ ρ
φ ρ
ρ γ σ 00 )1(
0
şi, respectiv, împingerea în stare de repaus:
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 16
zh K σ σ ⋅= 0 ⇒ ztgK ztgK a
h eK qe
tg
⋅⋅⋅−⋅⋅⋅−⋅⋅+−
⋅
⋅−=
φ ρ φ ρ
φ ρ
σ 00
0)1( (a)
Pentru o înălţime destul de mare, termenul ztgK e
⋅⋅⋅− φ ρ 0 tinde către 0 şi, deci, împingerea în stare de repaus devine ( z = ∞ ):
φ ρ
ρ γ σ
tg
cah
⋅
⋅−= (b)
iar pentru z = 0 ⇒
0K qh ⋅=σ (c)
Diagrama de variaţie a împingerii în stare de repaos, în spaţii limitate, dată de relaţia (a) este prezentată în figuranterioara. Diferenţa dintre diagrama clasică 00 K zK qh ⋅⋅+⋅= γ σ şi cea exponenţială este aşa numitul efect de siloz , analoefectului de boltă.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 429/533
Granule ∗∗ ∗∗∗
Unghiul de frecare ( ) dintre materialele
depozitate şi peretele depozitului din $:[g/cm3]
beton lemn cărămidă
Grâu 28 25 28 25 26 0,75 – 0,85
Secară 29 24 25 25 27 0,72 – 0,82
Orz 32 30 29 26 27 0,62 – 0,75
Ovăz 33 29 28 26 28 0,42 – 0,55
Porumb 35 32 28 25 28 0,65 – 0,79
Fasole 33 27 28 25 27 0,83 – 0,88
φ β
δ
ρ
11-Jan-13 Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 17
Mazăre 34 30 27 24 27 0,70 – 0,80
Făină 40 17 17 0,60 – 0,70
Zahăr 35 23 22 0,95 – 1,05
Cărbune 35 35 30 35 0,75 – 1,10
Ciment 38 42 22 1,01 – 1,60
Minereu de fier 40 26 26 2,55 – 2,75
Var 35 26 26 0,70 – 0,96
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 430/533
Împingerea pământului în cazul sprijinirilor săpăturilor
Sprijinirile de tip simplu,mixt, pereţii de palplanşesau pereţii îngropaţi,existenţa unor şpraiţuri,cadre interioare orizontalede susţinere sau a unor
ancoraje, limiteazăposibilităţile de deplasare/ rotire a masivuluisprijinit cu o diferenţiere amărimii acestora pe
verticală .
Ca urmare directă aacestor constatăriexperimentale, diagramaîmpingerilor ca şi valoareatotală a rezultantei
acestora este diferită decea corespunzătoare celortrei tipuri de împingerimenţionate (pasivă,repaos, activă).
11-Jan-13 18Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 431/533
Pentru excavaţiile şisprijinirile curentese folosesc în
practica deproiectare diagramede presiuni caînfăşurătoare a celorreale, determinatepr n numeroase
măsurători in situ aforţelor decompresiune dinşpraiţuri, pentrupământurinecoezive şicoezive, în variantaPeck (1969) sau
Tschebotarioff (1973).
11-Jan-13 19Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 432/533
Împingerea activă
(teoria Coulomb)Cazul studiat:
unui pământ pus de curând în umplutură ,respectiv cazul unui pământ necoeziv ;
tendinţa de rotire sau deplasare pe orizontală
a lucrării de sprijin este urmată de apariţia şi desprinderea unui prism de pământ ABC,
după o suprafaţă de cedare plană AC
pe suprafaţa de cedare plană AC semobilizează întreaga rezistenţă la forfecare a
)0;0( ≠= φ c
Schema şi forţele care se exercită asupra prismului de desprindere (cedare) în
cadrul ipotezelor metodei C.A. Coulomb
pământului.
Condiţiile de echilibru static a prismului ABC: cele trei forţe să fie concurente
moment nul;
poligonul / triunghiul forţelor să fie închis ,rezultantă nulă.
Teoria Coulomb utilizează numai a doua condiţie,
sub forma teoremei sinusului aplicatătriunghiul forţelor
φ σ τ tg f ⋅=
∑ = 0i M
)](sin[
)(
)sin(
)(
φ α ψ π
α
φ α
α
−−−=
−
GP
11-Jan-13 20Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
G(α) - greutatea prismului de pământ ABC de mărime, direcţie, sens şipunct de aplicaţie cunoscute;R (α) - reacţiunea terenului pe planul de rupere / cedare AC, ca rezultantă acomponentei normale N şi rezistenţei la forfecare N·tgΦ , cu direcţia (Φ -
unghiul de frecare internă), sensul cunoscute şi de mărime necunoscută;P (α) – reacţiunea zidului de sprijin, respectiv acţiunea pământului asupraacestuia / împingerea pentru suprafaţa de rupere considerată (α), cudirecţia (δ- unghiul de frecare zid-pământ), sensul cunoscut şi de mărimenecunoscută.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 433/533
)sin(
)sin()()(
φ α ψ
φ α α α
−+
−⋅= GP
)(min α PPa =
↓
Înclinarea α0 pentru care se obţine minimul
ecuaţiei rezultă din relaţia:⇒= 0
)(
α
α
d
dP
0)sin()(
)sin(
sin)( =−⋅+
−+⋅ φ α
α
α
φ α ψ
ψ α
d
dGG
Cum înclinarea planului de rupere AC esteoarecare (α) valoarea împingerii active, conformdefiniţiei va fi:
expresia împingerii active a pământului este dată de relaţia:
( )δ θ γ
β θ δ θ
β φ δ φ δ θ θ
φ θ −⋅⋅⋅
+⋅−
−⋅++
⋅−⋅
+⋅= sin1
)sin()sin(
)sin()sin(1
1
)(sinsin
)(sin
2
1
2
22
22
H Paaa K H P ⋅⋅⋅=
2
2
1γ
→
2
2
)sin()sin(
)sin()sin(1
)sin(
)sin(sin
1
+⋅−
−⋅++
+⋅
−⋅=
β θ δ θ
β φ δ φ
φ θ
δ θ θ aK
unde – K a este coeficientul împingerii active apământurilor după Coulomb şi are expresiarezultată din relaţia:
11-Jan-13 21Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 434/533
11-Jan-13 Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 22
Î
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 435/533
Împingerea pasivă
/rezistenţa pasivă(teoria Coulomb)
în baza ipotezelor teoriei Coulomb, urmează aceleaşietape ca în cazul împingerii active, cu deosebirea călucrarea de susţinere / zidul de sprijin se deplasează
spre masivul de pământ, tinzând să disloce prismul ABC;
Acestei tendinţe de dislocare a prismului de cedaresub acţiunea împingerii P(α), ca rezultantă acomponentei normale N′ şi a frecării zid-pământ N’•
t α de direc ie i sens cunoscute i se o une:
Ca şi la determinarea împingerii active în metodaCoulomb, se utilizează din cele două condiţii deechilibru static, numai a doua condiţie 0iP =∑
r
p p K H P ⋅⋅⋅=2
21 γ
2
2
)sin()sin(
)sin()sin(1
)sin(
)sin(sin
1
+⋅+
+⋅+
−
−⋅
+⋅=
β θ δ θ
β φ δ φ
φ θ
δ θ θ pK
11-Jan-13 23Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
G(α), greutatea proprie a prismului de cedare ABC de mărime, direcţie,sens şi punct de aplicaţie cunoscute;R(α), reacţiunea pământului pe planul de cedare AC ca rezultantă arezistenţei la forfecare disponibile N(α)·tgΦ şi a componentei normaleN(α);N(α), forţa / împingerea exercitată de zidul de sprijin asupra prismului depământ ABC, pe care tinde să-l expulzeze, cu direcţia şi sensul cunoscuteşi de mărime necunoscută.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 436/533
11-Jan-13 Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 24
Î
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 437/533
Împingerea pământuluisoluţii grafice – împingerea activăMetoda PonceletMetoda Poncelet
γ ⋅⋅⋅⋅= 12
1CF DE Pa
Metoda, ca atare, revine la a trasa grafic triunghiul CDE şi în bazarelaţiei de mai jos, să se calculeze valoarea împingerii active:
În consecinţă, etapele metodei Poncelet pentru calcululîmpingerii active care sunt destinate găsirii punctelor K şi D
urmează traseul descris alăturat.
11-Jan-13 25Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Î i â l i
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 438/533
Împingerea pământuluisoluţii grafice – împingerea pasivăMetoda PonceletMetoda Poncelet
În mod similar, se construieşte şi epura pentru împingerea / rezistenţa pasivă a pământurilor, urmândaceleaşi etape ca la împingerea activă introducând însă în construcţia grafică şi
Se obţine astfel la scara desenului, valoarea împingerii / rezistenţei pasive, egală numeric cu suprafaţatriunghiului CDE:
φ φ −=: δ δ −=:
γ ⋅⋅⋅⋅= 12
1CF DE P p
11-Jan-13 26Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Împingerea pământ l i
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 439/533
În cazul în care suprafaţa terenului are o formă neregulată şi nu poate fisuficient de bine aproximată printr-o suprafaţă plană, determinareaîmpingerii active se face prin metoda grafo-analitică Culmann , ce are la bazăipotezele Coulomb.
metoda Culmann se reduce la construcţia poligoanelor forţelor, pentrusuccesiunea oarecare de planuri de cedare considerate AC i , având drept
suport pentru vectorul rotit Gi linia de taluz natural. Etapele succesive sunt: se trasează , la o anumită scară, lucrarea de susţinere / zid de sprijin, respectiv
masivul de pământ susţinut; se trasează o succesiune de suprafeţe plane, potenţiale de cedare, AC i şi se
calculează greutăţile proprii ale fiecărui prism de cedare Gi ; se trasea ă linia de taluz natural L.T.N înclinată cu un hiul de frecare
Împingerea pământuluisoluţii grafice – împingerea activă
Metoda CulmannMetoda Culmann
internă faţă de orizontală, AN şi respectiv dreapta de orientare ( D.O ), care
face unghiul cu paramentul AB; se raportează pe L.T.N. la o scară a forţelor, greutăţile proprii ale prismelor de
cedare Gi rezultând punctele 1, 2 , 3,…..i ; se duce o paralelă din fiecare punct i la D.O până întâlneşte planul de cedare
corespunzător AC i rezultând punctele succesive 1′ , 2′ , 3′ , …i′ ; se unesc punctele astfel obţinute 1′ , 2′ , 3′ , …i′ , şi se obţine aşa numita parabolă
Culmann ; se duce o tangentă la parabola Culmann paralelă cu L.T.N. şi rezultă punctul
de tangenţă T ; se duce din punctul T o paralelă la D.O până întâlneşte L.T.N. în punctul T′;
se măsoară la scara forţelor segmentul şi se obţine valoarea numerică aîmpingerii active a pământului ( ), iar AT indică direcţia planului de cedare /rupere .
11-Jan-13 27Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Î i ă â l i
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 440/533
Pentru calculul împingerii / rezistenţei pasive a pământurilor, prin metoda
Culmann , se parcurg aceleaşi etape, cu
deosebire că în construcţia grafică pentrutrasarea L.T.N. şi respectiv a D.O seutilizează parametrii şi
Împingerea pământuluisoluţii grafice – împingerea pasivăMetoda CulmannMetoda Culmann
φ φ −=: δ δ −=:
Valoarea împingerii pasive, măsurată la
scara forţelor este .
Construcţia parabolei Culmann, pentrurezistenţa pasivă este prezentată în figuraalăturată.
'TT P p =
11-Jan-13 28Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Di t ib ţi î i il ti id l d iji
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 441/533
Distribuţia împingerilor active pe zidul de sprijin Valoarea împingerii active este egală cu suprafaţa diagramei de
distribuţie
În cazul în care pe suprafaţa masivului acţionează o suprasarcină
uniform distribuită q , aceasta se înlocuieşte cu o înălţime de
pământ echivalentă:
aaa K H h pP ⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=2
2
11
2
1γ γ
δ
θ γ γ
cos
sin⋅⋅⋅= aa K H p
)sin(
cossin
β θ
β θ
γ +
⋅⋅=
q H e a
ea K
H
H H P ⋅
⋅+⋅⋅⋅=
21
2
1 2γ
11-Jan-13 29Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Distribuţia împingerilor active pe zidul de sprijin cu parament frânt
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 442/533
Distribuţia împingerilor active pe zidul de sprijin cu parament frânt
Calculul împingerilor active pentru primul strat, în ambele cazuri, se face cu relaţia:
unde în expresia coeficientului K a1 se introduc parametrii specifici fiecărui caz în parte Φ,δ, θ, β.
Pentru stratul2 , stratul
1se asimilează cu o suprasarcină uniform distribuită de înălţime echivalentă
He
iarPa2
se calculează cu relaţia:
1
2
112
1aa K hP ⋅⋅= γ
2
2
22
222
2
2
2
112
21
2
1
)sin(
cossina
eae K
h
H hP
h H ⋅
⋅+⋅⋅⋅=⇒
+
⋅⋅
⋅= γ
β θ
β θ
γ
γ
11-Jan-13 30Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Teoria generalizată Coulomb Stanciu*
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 443/533
Teoria generalizată Coulomb – Stanciu∗ Coulomb A.C. -“Essai sur une application des règles de maximis et minimis aquelques problèmes de statique, relatifs a l’architecture”, Académie Royale des
Sciences, 1773Stanciu A. - “Une généralisation de la théorie de Coulomb pour la calcul de la
poussée et de la butée des terres”, Revue Française de Géotechnique nr.50,pp.39-59, 1990
prof. Stanciu propune o generalizare a teorieiCoulomb, în cadrul ipotezelor clasice,
(J.E.Bowles, 1982, A. Beleş, J. Verdeyen et all,1971 şi R. Voinea, 1958, etc.), pentru pământurile
coezive (Φ≠0; c≠0) cu luarea în consideraţie aaderenţei , element de susţinere-pământ, şi a acţiunii
seismice de direcţie oarecare.
- greutatea prismului de cedare ABC , ce tinde să lunece,cunoscută ca mărime şi direcţie de acţiune;
- rezultanta forţelor de coeziune mobilizate pe suprafaţapotenţială de cedare ( ), cunoscută ca mărime şi direcţie;
W
C ur
BC
Această generalizare (Stanciu, 1990) a teoriei
Coulomb (1773) permite prin particularizareaparametrilor care intervin obţinerea relaţiilor decalcul a împingerii active şi pasive a pământurilor,stabilite de cercetătorii menţionaţi anterior.
Totodată, pentru prima dată în cadrul ipotezelormenţionate, împingerea activă şi rezistenţa pasivă
sunt obţinute prin acelaşi algoritm de calcul ca valoare minimă ( P a ), respectiv maximă ( P p ) afuncţiei împingerii, cum a intuit Coulomb în 1973.
Forţele care acţionează asupra prismului de ruperesunt:
11-Jan-13 31Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
- rezu tanta componente or norma e ş a orţe or e recaremobilizate în lungul suprafeţei potenţiale de cedare ( ), înclinatăcu unghiul φ faţă de normala la aceasta, necunoscută ca mărime ;
- forţa seismică considerată ca acţionând în centrul de greutateal prismului de cedare, cu direcţie impusă şi mărime cunoscută;
- rezultanta forţelor de adeziune zid - pământ consideratemobilizate integral pe suprafaţa AB, de direcţie şi mărimecunoscute;
- împingerea (reacţiunea) pământului exercitată asupra ziduluide sprijin de prismul de cedare considerat ( ABC ), înclinată cuunghiul δ (de frecare zid – pământ) faţă de normala la zid, demărime necunoscută.
BC
φ R
S ur
wC
P
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 444/533
11-Jan-13 32Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
4 2 2 2 1 1 2 21
0 2 3 2 4 2
4 1 2 1 1 1 1 2
1
0 1 3 1 4 1
2
sin[ ( )] 1 1
2
sin[ ( )] 1 1
a
p
a t m t tg a t aK m
t m g t a g t
a t m t tg a t aK m
t m g t a g t
ω ξ
θ δ θ
ω ξ
θ δ θ
+ − ⋅ ⋅ −= ⋅ −
− + + + ⋅ + ⋅
+ − ⋅ ⋅ −= ⋅ −
− + + + ⋅ + ⋅
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 445/533
11-Jan-13 Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 33
Procedeul grafic generalizat Culmann - Stanciu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 446/533
Procedeul grafic generalizat Culmann - Stanciu
11-Jan-13 34Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 447/533
11-Jan-13 35Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Distribuţia presiunilor pe zid
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 448/533
Distribuţia presiunilor pe zid
.cos
sin2şi
;cos
sin;
cos
sin
δ
θ
δ
θ γ
δ
θ γ γ
⋅⋅⋅=
⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=
acac
aeaqaa
K c p
K H pK H p
acK c H ⋅=′
4
unde K ac şi K aγ sunt determinaţi pentru H c ′⋅= γ ξ 1
Variaţia braţelor de pârghie ale împingerii totale (d / H) şi aîmpingerii din seism (ds / H)
δ θ
cos
sin2⋅
′−
⋅=
s
asas
H H
P p
)0()0( =≠−=
S S K aK aas PPP
γ a
11-Jan-13 36Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
K sh
0,02 0,03 0,04 0,05 0,10 0,20 0,30
d / H 0,345 0,351 0,356 0,362 0,392 0,453 0,525
d s / H 0,672 0,675 0,679 0,684 0,698 0,739 0,795
Împingerea activă a pământului
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 449/533
p g pteoria Rankine
Tensiunea σ 3 pentru care întreaga rezistenţă la forfecare este
mobilizată, respectiv cercul lui Mohr este tangent la dreapta
intrinsecă în punctul T, este definită ca împingerea activă a
pământului paz.
În cazul existenţei unei suprasarcini uniform
aaaz K cK z p ⋅⋅−⋅⋅= 2γ
)2 / 45(2 φ −= tgK a
coeficientul împingerii active după Rankine
distribuite q, împingerea activă devine:
aaaaz K cK qK z p ⋅⋅−⋅+⋅⋅= 2γ
11-Jan-13 37Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 450/533
11-Jan-13 Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 38
Împingerea pasivă a pământului
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 451/533
Tensiunea orizontală pentru care se mobilizează integral
rezistenţa la forfecare a pământului pe planul de rupere, cercul
lui Mohr tangent la dreapta lui Coulomb în punctul T, este
împingerea pasivă a pământului p pz = σ 1
În cazul existenţei unei suprasarcini uniform distribuite q
Împingerea pasivă a pământuluiteoria Rankine
p p pz K cK z p ⋅⋅+⋅⋅= 2γ
)2 / 45(2 φ += tgK p
p p p pz K cK qK z p ⋅⋅+⋅+⋅⋅= 2γ
11-Jan-13 39Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 452/533
11-Jan-13 Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu 40
Calculul rezistenţei pasive a pământurilor prin metode grafo-analitice
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 453/533
Metoda spiralei logaritmiceMetoda spiralei logaritmice
Asupra masivului de pământ/masei alunecătoare seexercită următoarele forţe:
φ θ tger r ⋅
⋅= 0
γ γ γ p p K H P ⋅⋅⋅=2
2
1
11-Jan-13 41Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
Metoda spiralei logaritmice pentru
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 454/533
masive cu coeziune, suprasarcină
şi fără greutate proprieEchilibrul static al masei alunecătoaresub acţiunea forţelor menţionate seexprimă prin ecuaţia de momente faţă depolul spiralei logaritmice ( Oi ):
5
1
0 cos 0i i pi i qi pci cqi pqi cqi
AD
M P d Q d P d P d c ds r ϕ = ⇒ ⋅ − ⋅ − ⋅ − ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ =∑ ∫
pq pc p p K H qK H cK H P ⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅⋅= γ γ 2
2
1
2
2
H
PK
p
p⋅
⋅=
γ
γ
γ H c
PK
pc
pc⋅
= H q
PK
pq
pq⋅
=
unde K pγ ; K pc ;K pq sunt coeficienţii împingerii / rezistenţeipasive a pământului aferente greutăţii proprii , coeziunii şi
acţiunii suprasarcinii .Coeficienţii împingerii se pot determina prin calculul invers:
11-Jan-13 42Geotehnică - note de cursProf. Anghel Stanciu &Conf. Irina Lungu
DE UNDE
cosi
pci cqi
AD pqi cqi i qi
i
pi pi
P d c ds r P d Q d
Pd d
ϕ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅⋅ + ⋅
= +∫
în care forţele P pqi ; P pci ; Qi sunt calculate cu expresiileprezentate mai sus, iar braţele de pârghii d pi ; d qi ; d cqi sedetermină grafic la scara desenului.
Momentul forţelor elementare de coeziune este dat numai decomponentele normale pe ; componenta fiind pe direcţiarazei trece prin pol şi momentul este nul. în aceste condiţiimomentul forţelor de coeziune rezultă
)(2
2
0
2r r
tg
c M Dc −
⋅=
φ
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 455/533
GeoteGeotehnicăhnică – – note de cursnote de cursProf.dr.ing. Anghel StanciuConf.dr.ing. Irina Lungu
Cursul Cursul nr.11+12 nr.11+12 Proiectarea terenului de fundare
Calculul terenului de fundare
Tipuri de cedare a terenului de fundare
Calculul capacită ț ii portante a terenului de fundare după normele române ști
Calculul capacită ț ii portante a terenului de fundare la smulgere
Bibliografie:
A. Stanciu & I. Lungu, FUNDAŢII – I
Fizica şi Mecanica Pământurilor, Ed. Tehnică, 2006
http://www.nrc-cnrc.gc.ca/eng/ibp/irc/cbd/building-digest-177.htmlhttp://freshome.com/2010/03/01/9-structural-design-tips-for-minimizing-earthquake-damage/ http://aherdeira.blogspot.ro/2010/09/inacreditavel-predio-em-fase-final-
de.htmlhttp://mceer.buffalo.edu/research/Reconnaissance/Katrina8-28-05/US_90_Chefs_Pass/default.asp
Silozul din Transcona (Canada)18 Octombrie 1913
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 456/533
Structura a fost terminată în septembrie 1913, iar umplerea cu cereale s-a făcut cât mai uniform posibil. Pe 18 octombrie
1913 celulele de insilozare erau pline în proporție de 88% și s-au observat tasări care au crescut într-o oră până la 30cm. În următoarele 24 ore structura s-a înclinat spre vest cu 27°. Surprinzător, corpul celulelor de depozitare arămas intact în timpul rotirii. (Peck and Bryant 1953)
http://failures.wikispaces.com/Transcona+Grain+Elevator
11-Jan-13 2Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Silozul din Fargo (S.U.A.)12 Iunie 1955
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 457/533
Silozul de cereale din Fargo s-a prăbușit 42 de ani mai târziu față de cel din Transcona. Umplerea a început în aprilie1955 iar cedarea a început pe 12 iunie 1955. Structura s-a rupt în două și a fost distrusă complet în urma prăbușirii.Prăbușirea s-a produs în partea nordică, formându-se o masă de moloz de beton și cereale iar în partea sudicăterenul s-a înălțat până la o înălțime de 1,8 m.
http://matdl.org/failurecases/Other_Failure_Cases/Grain_Elevators
11-Jan-13 3Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Presiuni neuniforme și silozuri gemene
Tasări inegale din cauza suprapunerii
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 458/533
Tasări inegale din cauza suprapuneriibulbilor de presiune
Cedarea unui siloz cu capacitatea de 2500 tone
http://www.nrc-cnrc.gc.ca/eng/ibp/irc/cbd/building-digest-177.html
11-Jan-13 4Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
P bili lădi ii ă ți i ții î l l l i di i lț l i d i E ți
Prăbușirea fațadei Minard Hall North Dakota (S.U.A)27 decembrie 2009
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 459/533
Pentru reabilitarea clădirii era necesară execuția unei excavații în lungul peretelui nordic și a colțului nord-vestic. Excavația
a pătruns până la o adâncime de 7,5 mș
i a rămas descoperită câteva sâptămâni. Pentru consolidarea casei scăriiș
i a unuitunel subteran a fost necesară execuția unor piloți. Vibrațiile provocate împreună cu excavația învecinată a provocatcedarea unui pilot ceea ce a condus la prăbușirea fațadei
http://failures.wikispaces.com/Minard+Hall+Facade+Collapse
11-Jan-13 5Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Pe 3 martie 2009 la 13:58 clădirea care conținea arhiva orașului Cologne s a prăbușit Se presupune că acest incident
Arhivele orașului Cologne (Germania)3 martie 2009
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 460/533
Pe 3 martie 2009 la 13:58 clădirea care conținea arhiva orașului Cologne s-a prăbușit. Se presupune că acest incidenteste legat de construcția unei noi linii de transport subteran. Alte două clădiri s-au prăbușit provocând moartea adouă persoane și distrugerea de documente istorice prețioase.
http://bbs.keyhole.com/ubb/ubbthreads.php?ubb=showflat&Number=1203655
http://en.wikipedia.org/w iki/Historical_Archive_of
_the_City_of_Cologne
11-Jan-13 6Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Shanghai (China)27 Iunie 2009 A rezultat o presiune
2
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 461/533
In partea sudică s-a săpat4,6 m pentru executareaunei parcări subterane
1
Construcția a fost supusă uneipresiuni laterale neuniformă dinpartea sudică spre cea nordică
laterală de 3000 tone
forță mai mare decâtcapacitatea portantă apiloților
4
3
Pământul excavat a
fost depozitat în parteanordică până la oînălțime de 10 m
http://www.liveinternet.ru/users/siberblog/post233689964
11-Jan-13 7Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Ocean Tower , Texas (S.U.A).
• Urma să fie cea mai mare structură de pe valea Rio Grande (31 etaje)
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 462/533
Urma să fie cea mai mare structură de pe valea Rio Grande (31 etaje)• În mai 2008 constructorii au observat crăpături în stâlpii ce susțineau parcarea învecinată• Evaluarea preliminară a arătat că turnul a avut tasări cuprinse între 35-40 cm iar parcarea alăturată doar jumătate.• Construcția a fost demolată în 2009 (cea mai înaltă construcție din beton armat demolată).
http://www.rioleo.org/an-engineers-nightmare-ocean-tower-south-padre-island.php
11-Jan-13 8Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Alte situații
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 463/533
. . . .
Răsturnarea unei clădiri din cauza lichefierii Izmit - Turcia
http://www.vojoudi.com/earthquake/article/eq_7.htm
11-Jan-13 9Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Turnul din Pisa (Italia)
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 464/533
11-Jan-13 10Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Proiectarea terenului de fundare (volumul de rocă sau de pământ
influenţat de încărcările transmise prin fundaţii STAS 3950 81) cuprinde: ansamblul de cercetări de
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 465/533
influenţat de încărcările transmise prin fundaţii – STAS 3950-81) cuprinde: ansamblul de cercetări de
teren şi laborator, calcule, analize şi sinteze care să fundamenteze, în principal , decizii privind:
alegerea naturiinaturii terenuluiterenului dede fundarefundare (natural / îmbunătăţit artificial) şi implicit a adâncimii de fundare ;
tipultipul fundaţieifundaţiei (de suprafaţă / continuă / de adâncime / izolată / radier);
materialulmaterialul dindin carecare sese realizeazărealizează fundaţiafundaţia (lemn / piatră / zidărie de cărămidă / beton simplu / beton
ciclopian / beton armat / beton precomprimat / metal / pământ armat, etc.); tipultipul dede fundaţiefundaţie dindin punctulpunctul dede vedere vedere alal execuţieiexecuţiei (monolită / semiprefabricată / prefabricată, etc.);
modalitateamodalitatea dede execuţieexecuţie aa gropiigropii dede fundarefundare (săpătură deschisă în taluz / sprijiniri simple / palplanşe /ancoraje / pereţi mulaţi, etc.);
apaapa subteranăsubterană, prognoza nivelului acesteia şi influenţa pe timpul execuţiei şi exploatării, atât asupra
caracteristicilor pământului cât şi a materialelor din corpul fundaţiilor; dimensiuniledimensiunile geometricegeometrice aleale tipuluitipului dede fundaţiefundaţie selectatselectat (lăţime, lungime, adâncime de fundare).
Luarea acestor decizii se “subordonează” în cea mai mare parte necesităţii îndeplinirii restricţiilor impuseprin calculul terenului de fundare.
Calculul terenului de fundare se efectuează în scopul stabilirii nivelului de solicitare a terenului de
fundare, astfel încât să fie îndeplinite condiţiile de siguranţă, faţă de ruperea acestuia, precum şi deexploatare normală a construcţiei fundată pe acel teren, în orice grupare de acţiuni, în condiţiieconomice acceptabile.
11-Jan-13 11Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Finalitatea calculului terenului de fundare constă înobţinerea rezultatelor privind:
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 466/533
obţinerea rezultatelor privind:
pentru fundaţiile directe de suprafaţă:
presiunea convenţională a terenului de fundare (p(pconv conv ); );
presiunea plastică a terenului de fundare (p(pplpl ); );
presiunea critică a terenului de fundare (p(pcrcr ); ); deplasări sau deformaţii posibile ale construcţiei / fundaţiei ( (∆∆s/s/∆∆t ).t ).
pentru fundaţiile indirecte : capacitatea portantă a fundaţiei la forţe verticale, orizontale şi la momente
încovoietoare. pentru taluzuri şi versanţi :
estimarea coeficientului de siguranţă (F(Fss ) ), înălţimea şi panta stabilă, acompaniate deeventualele măsuri sustenabile.
pentru sprijiniri provizorii şi definitive : împingerile exercitate de către pământ; configuraţia geometrică şi alcătuirea acestora.
11-Jan-13 12Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Fundaţii de suprafaţă – fundaţia cu cei trei parametri proprii adâncimea de fundare (Df);(Df);
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 467/533
adâncimea de fundare (Df);(Df); lăţimea tălpii fundaţiei (B);(B); lungimea tălpii fundaţiei (L).(L).
Determinarea acestor trei
parametri esenţiali în proiectareaoricărei fundaţii directe desuprafaţă ( temelia construcţiilor ) arela bază comportarea terenului deun are su ncărcăr e exter oare
transmise de construcţii.
Sub acţiunea încărcărilor, terenulde fundare se deformează şi poateajunge, în anumite condiţii, înstadiul de cedare (rupere).
În procesul de deformare aterenului de fundare se pot întâlnistadiile de lucru caracteristicepentru pământ, prezentateschematic în figura alăturată.
Astfel, încărcând o fundaţie continuă (sau o placă de încărcare)cu o încărcare P , aplicabilă în trepte şi raportând grafic corelaţiapresiune medie p (P/B x 1 )- tasare stabilizată măsurată ( s ), se
obţine curba de presiune-tasare ( p-s ).
11-Jan-13 13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Analizând forma curbei ( p-s ) se disting trei stadii (faze) caracteristice:
1) Faza de compactare / îndesare (b-c) sau stadiulcomportării liniare (cvasi - liniare) caracterizată
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 468/533
p ( )prin apariţia tasărilor absolute (s=s c ), datorate înmajoritate deformaţiilor de volum (ε v ) subacţiunea tensorului sferic (σ1+σ3 )/2, respectiv reducerea porozităţii pământului, simultan cucreşterea rezistenţei la forfecare. Corelaţia presiune -tasare este suficient de bine aproximată cu odreaptă, care induce ipoteza unui comportamentliniar-deformabil al terenului de fundare
exprimat cantitativ printr-o relaţie, de tipul legiilui Hooke, σ = ε • E.
• Presiunea care limitează acest domeniu b-c este definită ca resiunea limită entru care ământul are un com ortament liniardeformabil ( pl ). Altfel spus, presiunea limită ( pl ) este presiunea pentru care apariţia zonelor plastice şi respectiv a componentei plastice (s p ) a tasării totale (s) este exclusă.•Presiunea medie, exercitată prin talpa fundaţiei asupra terenului de fundare, care determină apariţia şi dezvoltarea zonelor plastice ( τ ef = τ f ) cu extindere limitată (z max = B/4) este definită drept presiunea de cedare plastică locală /presiunea plastică (p pl ) sau presiunea critică iniţială (in.pcr ).
• În zona presiunilor (pl ) şi (ppl ) s-ar situa şi presiunea convenţională a terenului de fundare ( pconv. ). Presiunea convenţională (fostă presiuneadmisibilă, STAS 3503-52, respectiv 8316-77) ar fi presiunea care:
•nu provoacă deformaţii plastice importante ale pământului de sub fundaţie, acesta nefiind expus pericolului de rupere şi cedare
laterală;•nu produce tasări care pot fi considerate dăunătoare construcţiei prin exploatarea acesteia.•Diferenţa constă în faptul că valorile presiunilor (pl ) şi (ppl ) se estimează teoretic în raport de caracteristicile fizico - mecanice alepământurilor iar valorile presiunii convenţionale se estimează pe baza bunei practici existente pentru fundaţiile proiectate, pe diferitetipuri de terenuri de fundare.
11-Jan-13 14
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
2) Faza de forfecare (c-d), sau stadiul dezvoltării zonelorplastice, este caracterizată prin extinderea şi apariţiazonelor plastice cu mărirea intensităţii presiuniiexercitate, însoţită de creşterea ponderii tasărilor
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 469/533
, ţ ş p
plastice prin modificarea formei, ca urmare adeformaţiilor unghiulare ( γ ) cauzate de tensiuniletangenţiale τef →τf.
Ca urmare apare şi se dezvoltă sub fundaţii un prism ( sâmbure ) de îndesare / compactare, puternic fretat depământul din jur, asupra căruia acţionează ca oadevărată pană. El determină astfel extinderea liniilor
de alunecare, până la atingerea stării limită deechilibru, odată cu atingerea suprafeţei terenului decătre acestea.
Pe parcursul zonei de forfecare (c-d) corelaţia ( σ-ε )are abateri din ce în ce mai mari de la linia dreaptă.
3) Faza de cedare, sau stadiul de rupere, posterioară stării de echilibru limită este caracterizată printr-o tasare bruscă a fundaţiei
însoţită de deplasări laterale şi rotiri cauzate de refulul lateral al terenului de fundare, de regulă, în mod nesimetric.• Presiunea maximă înregistrată înaintea cedării terenului de fundare, prin reful lateral, este definită drept presiunea critică de refulare laterală a terenului pcr , iar rezultanta acesteia (P cr = pcr • A sau R=pcr •B’ •L’) drept capacitatea portantă a fundaţiei / terenului de fundare.
• Asigurarea terenului de fundare, faţă de cedare, se poate face prin limitarea presiunii exercitate asupra acestuia, prin talpa
fundaţiei, la nivelul presiunii admisibile . Presiunea admisibilă ar îndeplini cerinţele prezentate în cazul definirii presiuniiconvenţionale şi s-ar obţine valoric prin împărţirea presiunii critice la un coeficient de siguranţă (pad = pcr /F s ).
• Refulul este urmarea deplasării unei părţi din teren pe o suprafaţă numită suprafaţă de alunecare, în lungul căreia tensiuneatangenţială efectivă ( τef ) egalează sau depăşeşte, în fiecare punct al acesteia, rezistenţa la forfecare a pământului ( τf ).
11-Jan-13 15
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Presiunile : convenţională ( pconv ); limită (pl ); plastică(ppl ); presiunea admisibilă “joacă” rolul unor
presiuni acceptabile (pacc ) ale terenului de fundare,î ti i iti ă ( ) t p i lti ă
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 470/533
în timp ce presiunea critică (pcr ) este o presiune ultimă
care mai poate fi transmisă acestuia înainteamomentului ruperii/cedării.
Stările limită ale terenului de fundare sunt (STAS 3300/1-85; STAS 3300/2-85; N.P. 112-04):starea limită de deformaţii ( S.L.D. ), care poate fi de natura
unei stări limite ultime ( S.L.D.U. ), dacă deformaţiileterenului conduc la deplasări şi deformaţii aleconstrucţiei incompatibile cu structura de rezistenţă saude natura unei stări limită a exploatării normale
. . . . . ,exploatarea normală a construcţiei;
starea limită de capacitate portantă ( S.L.C.P. ) carecorespunde unei extinderi a zonelor plastice, în care seîndeplineşte condiţia de rupere / de cedare plastică(tensiunea tangenţială efectivă egală cu rezistenţa laforfecare a pământului), astfel încât are loc pierdereastabilităţii terenului şi a construcţiei, în parte sau în
totalitate; starea limită de capacitate portantă esteîntotdeauna de natura unei stări limită ultime .
Asigurarea (protecţia) terenului de fundare respectiv a construcţiilorîmpotriva atingerii acestor stări limită, se face, de regulă, prin limitarea nivelului de presiuni transmise, prin talpa fundaţiei, terenului de fundare la valoarea presiunilor acceptabile (pacc ) care, în cazul fundării directe, pot fi:
• presiuni convenţionale (pconv );
• presiuni (pl, pad, ppl ) care să asigure îndeplinirea condiţiilorcalculului la starea limită de deformaţie (S.L.D.U. şi / sauS.L.D.E.N.);• presiuni (pcr ) care să asigure îndeplinirea condiţiilor calculului lastarea limită de capacitate portantă (S.L.C.P.).
11-Jan-13 16
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Restricţiile specifice calculului terenului de fundare, pentru fiecare stare limită,grupare de acţiuni, tip de construcţie şi condiţii de teren sunt prezentate după
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 471/533
STAS 3300/1-85 în tabelul de mai jos
11-Jan-13 17
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 472/533
11-Jan-13 18
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Împărţirea convenţională în teren bun de fundare (T.B.) sau teren dificil de fundare(T.D.) se face conform celor specificate în tabelul de mai jos, după STAS 3300/2-85.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 473/533
11-Jan-13 19
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Din punctul de vedere al construcţiei , calculul terenului de fundare se diferenţiazădupă (STAS 3300/2-85):
Clasa de importanţă a construcţiei:
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 474/533
Clasa de importanţă a construcţiei : construcţii speciale (CS), din clasele de importanţă I şi
II, tabelul alăturat; construcţii obişnuite (CO), din clasele de importanţă
III; IV şi V;
Sensibilitatea la tasări a construcţiei: construcţii nesensibile la tasări diferenţiale
(CNES); structuri static determinate;
cu maximum şase niveluri având travei de maxim6m şi deschideri de maxim 9m;
structuri cu pereţi portanţi (zidărie, panouri mari,diafragme) cu maximum 6 niveluri;
construcţii sensibile la tasări (CSEN), altele decâtcele menţionate anterior;
Existenţa restricţiilor de deformaţii în exploatare: construcţii cu restricţii (CRE); construcţii fără restricţii (CFRE).
11-Jan-13 20
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Calculul terenului de fundare, în cazulfundării directe, în conformitate cuSTAS 3300/1-85 şi a N.P. 112-04
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 475/533
cuprinde şi organigrama din figuraalăturată:
predimensionare cu stabilirea dimensiunilortălpii fundaţiilor (B • L) pe baza experienţeide proiectare şi similitudine cu alteconstrucţ s m are;
verificări preliminare pe baza presiunilorconvenţionale;
calculul definitiv (final) care cuprinde
verificările de bază conform celor precizateîn tabelele anterioare.
11-Jan-13 21
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Calculul terenului de fundare pe baza presiunilor convenţionale
Calculul terenului de fundare pe baza presiunilor convenţionale constă în stabilirea dimensiunilor
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 476/533
tălpii fundaţiei (B x L) şi respectiv a adâncimii de fundare ( D f ) astfel încât să fie satisfăcuterestricţiile prezentate în tabelul de mai jos. Presiunea convenţională, care intervine în restricţiiledin tabel este definită drept presiune acceptabilă , stabilită pe cale empirică, în baza bunei practici dinproiectarea geotehnică din ţară.
Prin stabilirea dimensiunilor în plan (B x L - Df ) din condiţiile îndeplinirii restricţiilor din tabel seconsideră implicit (N.P. 112-04) că sunt îndeplinite şi cerinţele calculului terenului de fundare lastarea limită de deformaţie şi respectiv de capacitate portantă.
11-Jan-13 22
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Presiunile efective pe talpa fundaţiei se calculează admiţând ipoteza variaţiei plane (liniare) adistribuţiei pe talpa fundaţiei (STAS 3300/2-85; N.P. 112-04) cu următoarele relaţii decalcul:
Pentru încărcare centrică: N
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 477/533
Pentru încărcare centrică:
Pentru încărcări cu excentricitate după o direcţie:
şi sau
Pentru încărcări cu excentricitate pe două direcţii:
ef p B L= ⋅
.max 2
6 y
ef
M N p
B L B L
⋅= +
⋅ ⋅
.min 2
6 y
ef
M N p
B L B L
⋅
= −⋅ ⋅
. max
61
x
ef
e N p
B L B
⋅ = ⋅ +
⋅
.min
61 x
ef e N p B L B
⋅ = ⋅ − ⋅
.max
6 6 y xe
M M N p
⋅ ⋅= + + .max 2 2
6 6 y xef
M M N p
⋅ ⋅= + +
şi sau
în care:
pef /pef,max - presiunea efectivă medie sau maximă, provenită din încărcările de calcul din gruparea fundamentală (GF) respectiv din gruparea specială (GS) de acţiuni (STAS 10101/2A- 87 şi STAS 10101/0A-77);
N/Mx/My - forţa normală pe planul tălpii fundaţiei şi momentele încovoietoare, reduse în centrul de greutate al tălpii fundaţieicorespunzătoare celor două grupări (GF / GS);
ex = My /N şi ey = Mx/N - excentricităţile forţei faţă de axa (Oy) şi respectiv (Ox) ce trec prin centrul de greutate al tălpiifundaţiei şi sunt paralele cu laturile acesteia;
B, L, Df - dimensiunile în plan ale tălpii fundaţiei (lăţime / lungime) şi respectiv adâncimea de fundare.
.⋅ ⋅ ⋅
.min 2 2
6 6 yxef
M M N p B L B L B L
⋅ ⋅
= − −⋅ ⋅ ⋅
⋅ ⋅ ⋅
.min
661
y xef
ee N p
B L B L
⋅ ⋅
= ⋅ − − ⋅
11-Jan-13 23
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
În cazul în care presiunea minimă pef,min < 0, pe una din direcţii, presiunea maximă pe teren se calculează,în funcţie de aria secţiunii active, în raport de excentricităţi, după axa (Ox) sau (Oy), cu relaţiile:
• pentru fundaţii flexibile
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 478/533
• pentru fundaţii rigide
Dimensiunile în plan ale tălpii fundaţiei (B x L) stabilite în condiţiile îndeplinirii restricţiilor din tabelul anterior, trebuiesc astfelalese încât rezultanta încărcărilor din gruparea fundamentală de acţiuni să cadă în interiorul sâmburelui central al secţiunii tălpiifundaţiei ( e x < B/6 şi e y < L/6). În cazul existenţei unor solicitări orizontale importante nepermanente, deci a apariţiei unormomente încovoietoare în gruparea fundamentală, STAS 3300/2-85 admite existenţa rezultantei în afara sâmburelui central, cu
condiţia ca aria secţiunii active a tălpii să nu fie mai mică decât 80% din aria totală a acesteia. Pentru construcţii zvelte de tipulcastelelor de apă, turnurilor, etc., este obligatoriul ca pef,min ≥ 0.
În cazul grupărilor speciale de acţiuni, excentricităţile maxime admise pentru rezultantele încărcărilor trebuiesc astfel limitate încâtsecţiunea activă a tălpii fundaţiei să se extindă cel puţin până în dreptul centrului de greutate al acesteia (STAS 3300/2-85; N.P.112-04).
11-Jan-13 24
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Presiunile convenţionale ( pconv ) pentru o fundaţie individualizată prin dimensiunile (B xL - Df ) rezemată pe un teren defundare dat, caracterizat prin denumire şi caracteristici fizice (ID - necoezive; Ic, e - pentru coezive), se calculează înraport de presiunile convenţionale de bază ( ). Valorile de bază sunt date în tabelele de mai jos pentru o fundaţie convenţională cu lăţimea tălpii B=1,00m şi adâncimea de fundare Df = 2,00m, măsurată de la cota terenului sistematizat la
conv p
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 479/533
talpa fundaţiei (STAS 3300/2-85).
11-Jan-13 25
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Pentru alte lăţimi ale tălpii (B ≠ 1,00m) sau alte adâncimi de fundare (Df ≠ 2,00m) presiunea convenţională secalculează cu relaţia:
conv conv B D p p C C = + +
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 480/533
11-Jan-13 26
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Calculul terenului de fundare la starea limită de deformaţie Calculul se face numai pentru gruparea fundamentală de acţiuni (GF) corespunzătoare unei stări limită ultime
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 481/533
(S.L.D.U.), sau unei stări limită a exploatării normale (S.L.D.E.N.).
în care:
11-Jan-13 27
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
presiunile efective de pe talpa fundaţiei, de dimensiuni propuse (B x L), trebuie să îndeplinească condiţiile,complementare celor de bază, stipulate în tabelul de mai jos, astfel încât tasările să aibă drept cauză numaicompactarea / îndesarea terenului sub acesta.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 482/533
Valorile presiunilor efective pentru fiecare caz în parte desolicitare, în gruparea fundamentală de acţiuni, se calculeazăcu relaţiile stabilite anterior, de la calculul terenului defundare pe baza presiunilor convenţionale.
Presiunea acceptabilă (pacc ) se poate considera egală cu : presiunea admisibilă (pad ) calculată cu relaţia:
unde: pcr - presiunea critică; Fs - coeficient de siguranţă. presiunea plastică (presiunea limită de cedare plastică
locală)
cr
ad
s
p p
F =
Valorile presiunii plastice a terenului de fundare (ppl )sau a presiunii limită de cedare plastică locală se potdetermina în baza teoriei:Puzîrevski - Ghersevanov - Fröhlich, pentruîncărcări verticale centrice;Puzîrevski - Ghersevanov - Fröhlich - Stanciu,
pentru încărcări excentrice şi înclinate.
11-Jan-13 28
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Teoria Puzîrevski - Ghersevanov - Fröhlich Pentru determinarea presiunii limită N.P. Puzîrevski în 1929, apoi
N.M. Ghersevanov în 1930 şi O.K. Fröhlich în 1934, au considerat
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 483/533
implicit , cazul unei fundaţii continue de lăţime B şi adâncimea defundare D f (fig.a) a cărei schemă de calcul constă dintr-un semiplan de mărime semiinfinită acţionat de o forţă uniform distribuită deintensitate q = γ • Df şi de o sarcină parţial distribuită pe lăţimea( B ), de intensitate (p - q) (fig.b).
Starea de tensiune din punctul M(x,y), arbitrar considerat, însemiplanul (-∞; +∞ ) este dată, admiţând principiul suprapuneriiefectelor, de tensiunile induse de greutatea proprie, suprasarcinauniform distribuită (q) şi sarcina parţial distribuită (p-q) (fig.b).
1
2 0 1 0
( )
z q
K K z q
σ γ
σ σ γ
= ⋅ +
= ⋅ = ⋅ ⋅ +
)sin(2,1ω ω
π σ ±⋅
−=
q p
• Admiţând că în punctul M pământul este în stare de echilibru limită ( τef = τf ) şi aceasta corespunde cu starea plastică a solidului continuu,la care variaţiile de formă se produc fără variaţii de volum iar coeficientul de dilatare / contracţie laterală ν = 0,50 rezultă că în punctul M
este o stare de tensiune hidrostatică, independentă de direcţie, şi în consecinţă coeficientul presiunii laterale va fi K 0 = ν/(1- ν ). Aceastăipoteză permite însumarea tensiunilor date de relaţiile anterioare, rezultând:
−⋅−
++⋅=
+⋅−
++⋅=
)sin(
)sin(
2
1
ω ω π
γ σ
ω ω π
γ σ
q pq z
q pq z
11-Jan-13 29
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Dacă se admite criteriul de cedare plastică Mohr - Coulomb , respectiv condiţia de cedare plastică ( τ=τf ) sub forma:
atunci prin înlocuirea tensiunilor principale σ1
; σ2
; cu expresiile date anterior se obţine:φ σ σ
σ σ φ
ctgc ⋅⋅++
−=
2sin
21
21
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 484/533
1 2
şi rezolvând ecuaţia, în raport cu z şi prin înlocuirea q = γ • Df , rezultă:
ce reprezintă ecuaţia liniei marginale a domeniului de echilibru limită sau conturul extrem al zonelor plastice.
Prin zonă plastică se înţelege zona pe conturul şi în interiorul căreia este îndeplinit criteriul de rupere (cedare plastică) pentru terenul
φ φ ω π
φ γ φ ω π
cos2sin2sin)(2sinsin2 ⋅⋅+⋅⋅−
⋅+⋅+⋅⋅=⋅⋅−
⋅ cq p
q zq p
f
f
Dtg
c D p
z −⋅−
−⋅⋅
⋅−
= φ γ ω φ
ω
γ π
γ
sin
sin
de fundare, ( τ=τf ). Adâncimea maximă de extindere a zonelor plastice se obţine din anularea derivatei:
Punând în ecuaţia de mai sus condiţia ca zmax
= o şi p = plse obţine:
⇒=
−⋅
⋅
⋅−⇒= 01
sin
cos0
φ
ω
γ π
γ
ω
f D p
d
dz φ sincos = φ π
ω −=2
f
f Dctg
cctg
D p z −⋅−
−−⋅
⋅
⋅−= φ
γ φ
π φ
γ π
γ
2max
+−
+⋅⋅+
+−
⋅⋅=
φ π
φ
π γ
φ π
φ
φ π
2
1
2ctg
D
ctg
ctgc p f l
32 N c N q pl ⋅+⋅=
expresia presiunii limită după Puzîrevski - Ghersevanov - Fröhlich
11-Jan-13 30
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
normele româneşti; STAS 3300/2-85, N.P. 112-04 admit o extindere limitată a zonelor plasticecorespunzătoare unei adâncimi de maxim zmax = B/4.
C i t d â d î l ţi t i ă l dâ i ii i d B/4 bţi i i ii d d l ti ă l lă ( pl)
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 485/533
Ca urmare, introducând în relaţia anterioară valoarea adâncimii maxime de B/4 se obţine expresia presiunii de cedare plastică locală (ppl ):
iar coeficientul presiunii plastice care introduce influenţa lăţimii fundaţieicapătă forma:
0,251
2 2 2
pl f
ctg p D c B
ctg ctg ctg
π π φ π γ γ
π π π φ φ φ φ φ φ
⋅ ⋅
= ⋅ ⋅ + + ⋅ + ⋅ ⋅ − + − + − +
321 N c N q N B p pl ⋅+⋅+⋅⋅=
N 1 N 2 N 30˚ 0,00 1,00 3,14
2˚ 0,03 1,12 3,32
4˚ 0,06 1,25 3,51
6˚ 0,10 1,39 3,71
8˚ 0,14 1,55 3,93
10˚ 0,18 1,73 4,17
12˚ 0,23 1,94 4,42
14˚ 0,29 2,17 4,69
16˚ 0,36 2,43 5,00
φ
π ⋅=
25,0
Valorile coeficienţilor presiunii plastice N 1 , N 2 , N 3 = f(Φ)
sunt date în tabelul alăturat.
unde: m l - coeficient adimensional al condiţiilor de lucru.
18˚ 0,43 2,72 5,31
20˚ 0,51 3,06 5,66
22˚ 0,61 3,44 6,04
24˚ 0,72 3,84 6,45
26˚ 0,84 4,37 6,90
28˚ 0,98 4,93 7,40
30˚ 1,15 5,59 7,95
32˚ 1,34 6,35 8,55
34˚ 1,55 7,21 9,21
36˚ 1,81 8,25 9,98
38˚ 2,11 9,44 10,80
40˚ 2,46 10,84 11,73
42˚ 2,87 12,50 12,77
44˚ 3,37 14,48 13,06
45˚ 3,66 15,64 14,64
φ π
φ +−2
ctg
11-Jan-13 31
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Relaţiile de calcul pentru presiunea limită (pl ) şi presiunea plastică / presiunea de cedareplastică locală (ppl ) după diferiţi autori
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 486/533
11-Jan-13 32
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Teoria Puzîrevski - Ghersevanov - Fröhlich - Stanciu (STANCIU A., - “Lecalcul de la pression critique du sol de fondation”, Revue Française de Géotechnique, nr. 67, 2-e Trimestre, 1994) Având în vedere că încărcările care se exercită asupra
construcţiilor determină la nivelul fundaţiilor acţiuni de regulăi / î li ( i il i l i fii d i
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 487/533
construcţiilor determină la nivelul fundaţiilor acţiuni de regulăexcentrice / înclinate (acţiunile verticale centrice fiind practicinexistente) rezultă necesară, în vederea calculului presiuniiplastice / presiunii de cedare plastică locală stabilirea valorilorcoeficienţilor N 1; N 2; N 3, în funcţie de înclinarea relativă ( δ/φ )şi excentricitatea relativă (e/B) a acţiunii; δ fiind înclinareaacţiunii iar e excentricitatea acesteia.
Stabilirea expresiilor, respectiv valorilor presiunii plastice pecale analitică clasică, ca urmată de Puzîrevski - Gersevanov -
Fröhlich, nu este posibilă din cauza unor complicaţiimatemat ce nsurmontab e. ste poate mot vu pentru careproblema calculului presiunii plastice în raport de
excentricitate şi înclinarea acţiunii nu a fost soluţionată.
Totuşi, problema a fost rezolvată pe cale numerică,acceptându-se pentru presiunile de pe talpa fundaţiei odistribuţie liniară iar ordonata maximă a acesteia dreptpresiune plastică (STANCIU A., - “Le calcul de la pression critique du sol de fondation”, Revue Française de Géotechnique, nr. 67, 2-e Trimestre, 1994).
Ca urmare relaţia de calcul a presiunii plastice poate fi privităca o ecuaţie cu trei necunoscute ( N 1=?; N 2=?; N 3=?).
11-Jan-13 33
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
=⋅+⋅+⋅⋅13121111 pl
NNNB
p N c N q N Bγ
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 488/533
Forţa plastică / forţa de cedare plastică locală, care determină o adâncime maximă a zonei plastice egală cu Bi /4, corespunzătoareunei fundaţii, se determină printr-un proces iterativ de interpolare liniară, până când
=⋅+⋅+⋅⋅
=⋅+⋅+⋅⋅
33323133
23222122
pl
pl
p N c N q N B
p N c N q N B
γ
γ
max, 4i i z B ε = ±
cu re aţ a: , 2, 1, 2, max.2, max.1, max.2,, pl i i i i i i i i
z z z= − ⋅ ⋅ − −
S-a întocmit un program de calcul în limbaj FORTRAN /PASCAL care, în esenţă, baleiază terenul de fundare pedomeniul prezentat [ y; z ] şi în baza criteriului de cedare Mohr -Coulomb determină conturul zonei plastice;
pentru fiecare din cele trei fundaţii, stabilind adâncimile maxime
z max.1,i ; z max.2,i pentru nivelurile de încărcare oarecare P 1,i ; P 2,i şi înconsecinţă, prin interpolare liniară, Ppl,i respectiv ppl,i
( )[ ] 0max >±− ε φ θ
11-Jan-13 34
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
În baza datelor furnizate de program s-au definit coeficienţii de corecţie a forţei de cedare plastică locală:
( ) ( ) ( ) Be N c Be N q Be N B p pl ;;;;;; 321 φ δ φ φ δ φ φ δ φ γ ⋅+⋅+⋅⋅=
se poate calcula forţa de cedare plastică locală )61( Be B pP pl pl ⋅+⋅=
)0;0()0;0( ==≠== rplrplF ePePe δδ
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 489/533
şi respectiv coeficientul de corecţie a presiunii plastice:
)0;0()0;0( ≠ r plr plF eee δ δ
)0;0()0;0( ==≠== r plr pl p e pe pe δ δ
Rezultă că pe măsură ce creşte excentricitatea, presiunea plastică aparent creşte , în raport
cu cea corespunzătoare sarcinii centrice:
dar forţa care poate fi transmisă terenului de fundare scade :
)0;0()0;0( ==⋅=≠= r pl pr pl e pee p δ δ
Procedând în mod similar s-a analizat şi influenţa înclinării acţiunii, rezultândcoeficienţi de influenţă pentru greutatea proprie, pentru suprasarcină şi coeziune
practic de aceeaşi valoare i γ = i q = i c = i.
)0;0()0;0( ==⋅=≠= r plF r pl ePeeP δ δ
pl pef pe p ⋅≤ conv pef pe p ⋅≤
)0;0( / )0;0( ===≠= r r plr r pl e pe pi δ δ
11-Jan-13 35
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 490/533
11-Jan-13
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu 36
Calculul terenului de fundare la starea limită de capacitate portantăSTAS 3300/1-85, obligă efectuarea calculului terenului de fundare la starea limită de capacitate portantă pentru:
construcţii fundate direct pe pământuri foarte compresibile;
construcţii fundate direct pe pământuri coezive foarte umede şi saturate, supuse unei solicitări aplicate rapid;ii f d di i â
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 491/533
ţ p p ş , p p p ; construcţii fundate direct pe terenuri stâncoase;
construcţii fundate direct şi supuse unor încărcări orizontale permanente importante ( ), în care H şi V reprezintă componentele orizontală şi respectiv verticală ale încărcării transmise terenului;
construcţii cu fundaţii indirecte;
lucrări de susţinere;
taluzuri şi versanţi.Calculul se efectuează în gruparea specială de acţiuni (STAS 10101/0-77; STAS 10101/0A-77), cu menţiunea că dacă încărcările
din gruparea fundamentală sunt mai defavorabile se consideră acestea din urmă.
În raport de natura terenului de fundare şi viteza de aplicare a încărcării, calculul la S.L.C.P. se face imediat (pe termen scurt ) şi
0,10 H V ≥ ⋅
/ sau la epuizarea timpului consolidării primare (pe termen lung ).
Calculul la S.L.C.P. constă în stabilirea dimensiunilor în plan ale tălpii fundaţiei (B x L), pentru condiţii date (Q, φ , c, γ ) astfel
încât să se îndeplinească condiţia de bază (STAS 3300/1-85; STAS 3300/2-85; N.P. 112-04):
sub cele trei forme prezentate în tabelul care urmează şi în care:
Q - încărcarea de calcul asupra terenului de fundare provenită din acţiunile grupării speciale, aceasta poate fi de naturaunei presiuni efective, forţe de alunecare, moment de răsturnare, etc.;
R ≡ P cr - capacitatea portantă de calcul a terenului de fundare; aceasta poate fi de natura unei presiuni critice, rezistenţe laalunecare / forfecare, moment de stabilitate, etc.;
m = 0,8 – 0,9 - coeficient al condiţiilor de lucru.
Q m R≤ ⋅
11-Jan-13 37
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 492/533
Aceste condiţii de bază asociate S.L.C.P. asigură fundaţiile şi respectiv construcţia împotriva:
pierderii stabilităţii generale a fundaţiei prin reful lateral (SLCP.1);
pierderii stabilităţii generale prin lunecare pe talpă (SLCP.2);
pierderea stabilităţii generale a amplasamentului fundaţiei (SLCP.3) sub acţiunea încărcărilor din grupareaspecială de acţiuni (GS).
11-Jan-13 38
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Pentru fundaţii directe cu talpa orizontală (SLCP.1),prin înlocuirea distribuţiei plane a presiunilor pe talpă (fig.a),
specifică calculului după presiuni convenţionale sau calcululuila S.L.D., cu o distribuţie de tip Meyerhof, 1953, fig.b,
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 493/533
ţţ p y gcondiţia generală de verificare a capacităţii portante:
se recomandă (STAS 3300/2-85) să fie utilizată sub forma:
Q m R≤ ⋅
ef c cr p m p′ ≤ ⋅
ef
V p
L B′ =
′ ′⋅cr
R p
L B=
′ ′⋅
unde: p’ ef - presiunea efectivă pe aria redusă (A’ = B’ • L’) a tălpii
fundaţiei; pcr - presiunea critică a terenului de fundare, distribuită
uniform pe aria redusă a tălpii (fig.b);
m c - coeficient al condiţiilor de lucru egal cu 0,90;
V - componenta verticală a rezultantei (Q) încărcării de calculprovenită din gruparea specială de acţiuni;
A’ = B’ • L’ - aria redusă a tălpii fundaţiei; R = A’ • pcr = P cr - capacitatea portantă a fundaţiei;
L’; B’ - dimensiunile reduse ale tălpii fundaţiei.
2
2
L
B
L L e
B B e
′ = − ⋅
′ = − ⋅
în care: e L - excentricitatea încărcării de calcul faţă de axatransversală a tălpii (paralelă cu latura B );
e B - excentricitatea încărcării de calcul faţă de axalongitudinală a tălpii (paralelă cu latura L );
11-Jan-13 39
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Normele româneşti (STAS 3300/2-85 şi N.P. 112-04) pentru cazul când rezultanta
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 494/533
ş ( / ş ) pîncărcării de calcul prezintă o înclinare faţă de verticală mai mică de 5o (H / V< 0,1) şiîn condiţiile unei stratificaţii aproximativ orizontale, indică următoarea relaţie de calcula presiunii critice:
cr q q c c p B N q N c N γ γ γ λ λ λ ∗ ∗
′= ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅
tructura re aţ e e ca cu a pres un cr t ce este pract c nan m acceptat , n erent emetoda de calcul a acesteia.
Coeficienţii N γ , N q , N c definiţi ca fiind coeficienţii presiunii critice a terenului de fundarese determină, pentru cazuri particulare sau generale prin calculul capacităţii portante a terenului de fundare .
11-Jan-13 40
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Tipuri de cedare a terenului de fundareExperimentele la scară redusă, concretizate în curbele
efort – deformaţie din fig. alăturată au pus în evidenţă,Vesić (1973), dependenţa modului de cedare a terenului de
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 495/533
Vesić (1973), dependenţa modului de cedare a terenului defundare de starea de îndesare sau de compactitatea sa, fazade cedare, putându-se manifesta diferit şi în consecinţă seconcretizează în curbe efort-deformaţi specifice.
Cedarea / ruperea terenului de fundare prin depăşirea
rezistenţei la forfecare de-a lungul liniilor de alunecarepoate fi împărţită în trei tipuri:
Cedarea completă sau generală ( C.G. ), specifică pământurilor,
apariţia sub fundaţie a unui prism de pământ îndesat, aflat
în domeniu elastic, care acţionează ca o pană pentrupământul din jur, determinând apariţia unor suprafeţe decedare curbilinii, care se extind până la suprafaţa terenuluişi pe care pământul alunecă, refulând în părţile laterale alefundaţiei. Cedarea are un caracter brusc , catastrofal , prinapariţia unor tasări mari , însoţite de deplasări în plan
orizontal şi rotiri ale fundaţiei. Curba de compresiune-tasare pune clar în evidenţă punctul ce marcheazăpresiunea critică prin tendinţa acesteia de a deveniasimptotă la verticală (fig.a).
11-Jan-13 41
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Cedarea locală ( C.L. ), caracterizează pământurilepământurile dedeîndesare îndesare sau sau consistenţă consistenţă medie medie , la care suprafeţele decedare clar definite sunt numai în zona marginilorfundaţiei neajungând la suprafaţa terenului,închizându-se în masa pământului. Tendinţa de
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 496/533
p ţrefulare este slabă sau chiar poate lipsi princonlucrarea zonelor de îndesare cu cele dealunecare, fapt care face ca cedarea să nu mai aibăun caracter brusc şi catastrofal . Diagrama
compresiune-tasare evidenţiază oo viteză viteză relativ relativ constantăconstantă dede pătrunderepătrundere aa fundaţieifundaţiei înîn terenulterenul dedefundarefundare, fărăfără marcareamarcarea clarăclară aa presiuniipresiunii criticecritice
. .
Cedarea Cedarea de de tiptip poansonare poansonare ( ( C C..P P.. ), ), specificăpământurilor afânate sau de consistenţă redusă , secaracterizează prin penetrarea terenului de fundareasemeni unui poanson, fără apariţia suprafeţelorde cedare pe care să se depăşească rezistenţa la
forfecare a pământului (fig.c). Curba compresiune-tasare indică o viteză oarecum constantă depenetrare a terenului de fundare de către fundaţieşişi nunu sese evidenţiazăevidenţiază clarclar presiuneapresiunea criticăcritică..
11-Jan-13 42
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 497/533
În practică , încărcările pe fundaţii experimentale, respectiv încercarea cu placa pe pământurile cu îndesare sau deconsistenţă medie sau redusă, vor fi efectuate până la obţinerea unei tasări de cel puţin 25% din lăţimea/diametrulfundaţiei, iar sarcina critică se poate determina din curba compresiune-tasare, prin acceptarea unei tasări limită de 10% dinB (fig.b,c). Analizând factorii care determină un tip de cedare sau altul s-a constatat că tipul de cedare a terenului de fundare estedependent de natura pământului , starea fizică a acestuia, adâncimea de fundare , precum şi de viteza de aplicare a sarcinii . Acesteinfluenţe sunt prezentate sintetic în tabelul de mai sus.
11-Jan-13 43
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Calculul presiunii critice de refulare laterală pentru suprafeţe compuse de cedareMetodele de estimare a capacităţii portante, respectiv a presiunii critice de refulare laterală după suprafeţe compuse de cedare, admit
următoarele ipoteze general acceptate: cedarea terenului de fundare este completă;
în lungul suprafeţei de cedare este îndeplinită condiţia de cedare plastică Mohr - Coulomb, respectiv este mobilizată integral rezistenţa laforfecare a terenului de fundare ;ctgf +⋅= φστ
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 498/533
; se neglijează frecarea dintre terenul de fundare şi feţele laterale ale fundaţiei pe cuprinsul adâncimii de fundare, precum şi frecarea în
planul orizontal al tălpii fundaţiei, dintre pământurile aflate de o parte şi de alta a acestuia.
ctgef +φ σ τ
Mecanismul cedării generale, ca parte a comportamentului
pământului sub acţiunea sarcinilor transmise de fundaţiicontinui, flexibile, prezintă în sinteză următoarele faze (fig.a):
apariţia şi dezvoltarea unei zone de pământ îndesat aproximatăcu un prism (sâmbure) de îndesare ABB′ , favorizat şi defrecarea talpă-pământ, care se deplasează solidar cu fundaţia;
“asumarea ” unui comportament de tip pană de către sâmburele
elastic care exercită împingeri pasive asupra zonelorînvecinate, determinând apariţia suprafeţelor de cedare( ADC ) şi respectiv de expulzare / refulare laterală a maseialunecătoare ABCD (fig.b).
În consecinţă, sub fundaţia continuă şi flexibilă apare o zonă activă constituită din sâmburele elastic AB′B şi două zone pasive ABCD compuse dintr-o zonă de forfecare radială ABD şi
una aproximată cu o stare limită de tip Rankine BDC .Suprafeţele de cedare complexe pot fi aproximate cusuprafeţe curbe cu directoare spirală logaritmică / cerc şiracordate la suprafeţe plane.
11-Jan-13 44
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 499/533
Echilibrul static este exprimat fie numai printr-oecuaţie de proiecţie pe verticală a tuturor forţelorcare acţionează asupra prismei ( ABB’ ):
0sin2)cos(2 =⋅⋅−−⋅⋅−+ α δ α a pcr C PGP
GC PP a pcr −⋅⋅+−⋅⋅= α δ α sin2)cos(2 B
P
p
cr
cr =
fie din condiţia ca poligonul forţelor să fie închis (fig.c).
11-Jan-13 45
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
consideră cazul unei fundaţii continue, flexibile, de micăadâncime acţionată de o sarcină uniform distribuită. Mecanismul
de cedare este cel explicitat prin fig. anterioara, cu următoareleipoteze şi valori adoptate:
Metoda Terzaghi
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 500/533
unghiul care particularizează sâmburele elastic se consideră ca fiindα = φ;
directoarea suprafeţei curbe de cedare AD este un arc de spiralălogaritmică cu polul în punctul B respectiv B′ şi care este tangentăla verticală în punctul A (fig.a);
împingerea pasivă pe feţele sâmburelui elastic are direcţie verticală,înclinată cu unghiul frecării interne δ = φ faţă de normală, custructura dată de relaţia (fig.c):
p p pc pqP P P Pγ = + + ⇒
În consecinţă capacitatea portantă, în baza relaţiei generale devine:
Pentru rezolvarea problemei, Terzaghi admite principiul suprapuneriiefectelor (eroare de cca. 10%) pentru două cazuri idealizate (fig.b):
a)a) pământ necoeziv pământ necoeziv cu greutate şi fără suprasarcină ( cu greutate şi fără suprasarcină ( γ ≠0γ ≠0;; øø≠ 0≠ 0;; c=0; c=0; q=0q=0 ); );
b)b) pământ pur coeziv pământ pur coeziv şi fără greutate ( şi fără greutate ( c≠0c≠0;; q≠0q≠0;; γ=0γ=0;; ø =ø = 00 ). ).
2
2 p p pc pqP H K c H K q H K γ γ = ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅
φ φ φ γ γ
cos;cos;cosn
pq pq
n
pc pc
n
p p
PPPPPP ===
GC PP a pcr −⋅⋅+⋅= φ sin22
GPP pcr −⋅= γ γ 2.
φ sin222.. ⋅⋅+⋅+⋅= a pq pcqccr C PPP
φ γ γ tgb H bG ⋅⋅=⋅⋅⋅⋅=2
22
1
φ cosbc ABcC a ⋅=⋅=
11-Jan-13 46
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
φ ̊ K pγ N γ N c N q
0 10 8 0 0 5 7 1 0
Factorii de capacitate portantă N γ ; N q ; N c după Terzaghi
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 501/533
0 10,8 0,0 5,7 1,0
5 12,2 0,5 7,3 1,6
10 14,7 1,2 9,6 2,7
15 18,6 2,5 12,9 4,4
20 25,0 5,0 17,7 7,4
25 35,0 9,7 25,1 12,7
11-Jan-13
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu 47
, , , ,
34* 36,0 52,6 36,5
35 82,0 42,4 58,8 41,4
40 141,0 100,4 95,7 81,3
45 298,0 297,5 172,3 173,3
48* 780,1 258,3 287,9
50 800,0 1153,2 347,5 415,1
Terzaghi determină împingerile aferente cu relaţii pentru care adoptă următoarele structuri : împingerea acţionând pe direcţia normală datorată greutăţii proprii cu o distribuţie triunghiulară (fig.c);
împingerea datorată coeziunii şi suprasarcinii cu o distribuţie uniformă pe laturile sâmburelui elastic:γ γ γ p
n
p K z p ⋅⋅=
pc
n
pc K c p ⋅= pq
n
pq K q p ⋅=
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 502/533
unde K pγ ; K pc ; K pq sunt coeficienţii împingerii pasive determinaţi prin calculul invers.
γ γ φ φ γ p p K tgbP
2
2
cos21 ⋅⋅⋅= pc pc K bcP ⋅⋅=
φ 2cos
pq pq K bqP ⋅⋅=φ 2
cos
⋅⋅⋅2
cazul ( a ) pământ cu greutate proprie fără coeziune şi suprasarcină
cazul (b) pământ fără greutate proprie cu coeziune şi suprasarcină
pq pc p pq pc p p K K K PPPP ⋅+⋅+⋅⋅⋅=++=φ φ φ
γ γ 222coscoscos2
−⋅⋅⋅⋅=⋅
= 1cos2
1
22
.
.φ
φ γ γ γ
γ
pcr
cr
K tgb
b
P p
φ φ
φ 22
..
..coscos2
pq pcqccr
qccr
K qtg
K c
b
P p ⋅+
+⋅=
⋅=
φ
φ φ
φ
φ γ
γ
2
2
2
cos
cos
1cos2
pq
q
pc
c
p
K N
tgK
N
K tg N
=
+=
−⋅=
qccr N q N c N B p ⋅+⋅+⋅⋅⋅= γ 5,0
qccr cr N Bq N Bc N B pbP ⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅⋅=⋅⋅= γ γ 25,02
11-Jan-13 48
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Calculul la stare limită de capacitate portantă pentru construcții solicitate orizontal se face întrei ipoteze (S.N.I.P. II-16-76 ) :
•reful bilateral aproximativ simetric (SLCP.1);
•lunecare pe talpă (SLCP.2) de-a lungul suprafeţei de contact sau în vecinătatea acesteia (fig.10.32.),când se utilizează pinteni, saltele de piatră, redane, etc., [163];d i ă (SLCP 2M) i l i lă (SLCP2) i f l il l (SLCP1) i i i
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 503/533
•cedare mixtă (SLCP.2M) prin lunecare parţială (SLCP.2) şi reful unilateral (SLCP.1), prin apariţiaunui prism de lunecare într-o zonă a tălpii, care determină un reful al terenului de fundare;• pierderea stabilităţii generale (SLCP.3) printr-o lunecare rotaţională (cilindro – circulară).
11-Jan-13
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu 49
Poziţia suprafeţelor potenţiale de lunecare a construcţiei hidrotehnice a) pe talpă; b) pe suprafaţa înclinată de la partea din spate a pintenului; c) pe suprafaţa înclinată dintre pinteni; d) pe suprafaţa orizontală dintre pinteni; e) la nivelul contactului tălpii cu salteaua de piatră sau a contactului saltelei de piatră
cu pământul; f) după suprafeţe înclinate care trec prin salteaua de piatră
Suprafeţe de cedare compuse În cazul suprafeţelor de cedare compuse P.D. E v dokimo v (1957) (S.N.I.P.II-16-76) a considerat pentru pământurile necoezive o suprafaţă de cedareformată din două suprafeţe plane BC şi DE racordate cu un arc de spiralălogaritmică CD cu polul în punctul A.Masa alunecătoare, cu extindere unilaterală, ABCDEA este divizată însâmburele elastic BCA, pană care induce o zonă de forfecare radială ACD şi
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 504/533
o zonă pasivă ADE care tinde să refuleze lateral.Zona de forfecare radială este delimitată de razele vectoare şi şi de un arcde spirală logaritmică.Cunoscând geometria celor trei zone şi acceptând că pe suprafaţa derupere s-a mobilizat integral rezistenţa la forfecare, direcţiile rezultantelor
R DE; R AD; R AC ; R BC , dintre componentele normale şi rezistenţa laforfecare mobilizată pe planurile de rupere sunt decalate cu unghiul ø faţăde normalele corespunzătoare (fig. a).Ca urmare, echilibrul static al masei alunecătoare ( ABCDEFA ) se
11-Jan-13
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu 50
ana zeaz pe p r ; ; su ac unea or e or ex er oare ş respec v aforţelor de legătură corespunzătoare.
Astfel forţele care acţionează asupra fiecărei zone în parte sunt :
zona I → reacţiunile R DE; R AD şi P 1, greutatea proprie incluzând şisuprasarcina aferentă ;zona II → reacţiunile R AD; R AC , greutatea proprie P 2 şi reacţiunea R CD
(care trece prin polul A şi aproximativ la intersecţia tangentelor);zona III → reacţiunile R AC ; R BC ; greutatea proprie P 3 şi acţiunea exterioară, înclinată cu unghiul faţă de verticală.
Echilibrul static al fiecărei zone, sub acţiunea forţelor menţionate se
exprimă prin condiţia ca poligoanele forţelor ( I ; II ; III ) să fie succesiv închise (fig.c). În consecinţă, poligoanele forţelor se construiesc succesiv prindescompunerea forţelor P i (de mărime şi direcţii cunoscute), după direcţiilede asemenea cunoscute ale forţelor care acţionează asupra fiecărei zone înparte.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 505/533
11-Jan-13
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu 51
Calculul capacităţii portante a terenului de fundaredupă normele româneşti
Condiţia de verificare a terenului de fundare, în cazul fundării directe, pentru parametrii D f ; B; L stabiliţi prin calculul terenului lastarea limită de deformaţie ( SLEN / SLU ), la încărcările de calcul (STAS 10101/0-77; STAS 10101/2A1-87) în gruparea specialăde acţiuni se face cu relaţia generală:
RmQ ≤
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 506/533
ţ ţ
particularizată anterior in tabelul de la începutul acestui subcapitol.
Capacitatea portantă se calculează cu relaţia: Presiunea critică (p
cr
) a terenului de fundare în regim static, pentru o încărcare înclinată faţă de verticală cu maxim 5o, are expresiagenerală: , în care:γ* - greutatea volumică ponderată de calcul a straturilor de pământ de sub talpa fundaţiei pe adâncimea T = B • f( φ *)
RmQ ⋅≤
cr p L B R ⋅⋅= ''
qqcccr N q N c N B p λ λ λ γ γ γ ⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅⋅= *'*
factorii de capacitate portantă funcţie de unghiul de frecare de calcul φ * , daţi în tabelul de mai joscoeficienţii de formă ai tălpii fundaţiei
q = γ • D f suprasarcina de calcul la nivelul tălpii fundaţiei, care acţionează lateralfaţă de fundaţiei în kPa;
c* - valoarea de calcul a coeziunii straturilor de sub talpa fundaţiei, pe adâncimeat , în kPa.
; ;c q
N N N γ
cq λ λ λ γ ;;
11-Jan-13 52
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
În cazul unei acţiuni înclinate ( Q ) cu mai mult de 5o ( H / V > 0,1) valoarea presiunii critice, în regim static este dată derelaţia:
unde: sunt coeficienţii de înclinare determinaţi din graficele prezentate în figura de mai jos, în raport de înclinarea
relativă tg δ / tg φ
qqqccccr i N qi N ci N B p ⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅⋅= λ λ λ γ γ γ **
qc iii ;;γ
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 507/533
11-Jan-13 53
Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Relaţia generală de calcul a presiunii critice, recomandată Din cele prezentate în paragrafele anterioare rezultă o diversitate de metode de calcul a presiunii critice a terenului de
fundare, fiecare încercând să surprindă cât mai bine cantitativ fenomenul de cedare al terenului de fundare. Ca urmare rezultă necesar, ca orientarea generală să se indice o relaţie de calcul cu o bună frecvenţă de aplicare în practica
curentă. Structura generală a relaţiei de calcul propusă ia în considerare influenţa:
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 508/533
formei tălpii fundaţiei;
adâncimii de fundare;
înclinării acţiunii.
11-Jan-13 54Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Factori de siguranţă în calculul terenului de fundareSe calculează presiunea acceptabilă ( pacc ) sau presiunea admisibilă ( pad ), utilizată la calculul terenului la starea limită de
deformaţie (S.L.D.) cu relaţii de următorul tip:
cr acc ad
s
p p p
F ≡ =
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 509/533
Problema alegerii valorii coeficientului de siguranţă , necesară calculului presiunii acceptabile (admisibile), pentru terenul de fundare,este mult mai complicată decât în cazul celorlalte materiale de construcţie (metal, lemn, beton, etc.) datorită: complexităţii comportamentului mecanic al terenului de fundare; efectelor schimbărilor de mediu asupra proprietăţilor fizico – mecanice ale pământului ce constituie terenul de
fundare, în timpul şi după terminarea execuţiei construcţiei.La acestea se adaugă şi posibilele consecinţe ce derivă din alegerea unei valori prea mici sau prea mari a coeficientului de
s
,
dimensiunea economică şi socială a pagubelor produse în caz de cedare / pierdere a stabilităţii terenului de fundare(pierderi de vieţi omeneşti, deteriorări al construcţiei, precum şi civile intentate, etc.);
variabilitatea costului construcţiei în raport cu scăderea sau creşterea coeficientului de siguranţă ( F s ).Ca urmare a celor prezentate şi având în vedere şi:
încrederea ce poate fi avută în rezultatele furnizate de laborator privitoare la principalele caracteristici alepământului ( φ, c, γ );
variabilitatea acestora prin operaţiunile din timpul execuţiei construcţiei şi ulterior, ca urmare a ueni schimbări de
mediu; acurateţea metodelor de proiectare / analiză a structurii precum şi buna practică din zona amplasamentului;
valorile coeficientului de siguranţă poate fi coborât sub 3 ( F s < 3), în raport de tipul fundaţiei şi modul de cedare a terenuluide fundare.
11-Jan-13 55Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 510/533
11-Jan-13 56Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Fundații transmițătoare TV
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 511/533
Ashkirk (229 m)
11-Jan-13 57Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
http://www.thebigtower.com/live/Waltham/Index.htm
Fundații transmițătoare TV
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 512/533
SUTTON COLDFIELD (245 M)
BELMONT (274 m)
11-Jan-13 58Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
. . .
http://www.thebigtower.com/live/Belmont/Index.htm
Fundații transmițătoare TV http://www.thebigtower.com/live/Durris/Index.htm
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 513/533
DURRIS (306 m)
11-Jan-13 59Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Fundații podurihttp://www.johnweeks.com/miscbridges/pages/bigM.html
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 514/533
11-Jan-13 60Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
Podul Carquinez (California) A fost terminat în 2003 și are o lungime de 1060 m (240 milioane $).
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 515/533
11-Jan-13 61Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
http://www.bridgemeister.com/pic.php?pid=1461
Podul Verrazano Narrows (New York City)Când a fost terminat în 1964 era cel mai mare pod din lume (1298 m).
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 516/533
11-Jan-13 62Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
http://www.bridgemeister.com/pic.php?pid=1127http://meandmysansar.blogspot.ro/2012/03/tallest-verrazano-narrows-bridge.html
Podul George Washington (New York)Lungime:1450 m
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 517/533
11-Jan-13 63Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
http://en.wikipedia.org/wiki/George_Washington_Bridge
Podul Humber (Anglia)Podul are o lungime de 2220 m iar fundația pentru un cablu de ancoraj are 65.5 m lungime , 39 mlățime iar adâncimea de fundare este în cretă dură la o adâncime de 21m.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 518/533
11-Jan-13 64Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu
http://www.riverhumber.com/index4.htm
http://www.bartonuponhumber.org.uk/walks/waterside/water7.htmhttp://www.photoanswers.co.uk/Facilities-Landing/Search-Results/England/East-Yorkshire/Humber-Bridge/
Calculul capacităţii portante a terenului de fundare la smulgere FundaţiileFundaţiile stâlpilorstâlpilor liniilorliniilor electriceelectrice
aerieneaeriene (L(L..EE..A A..), ), pentrupentru stâlpiistâlpii
cadrelorcadrelor (reazemelor)(reazemelor) dindin staţiilestaţiile dedetransformaretransformare dede tiptip exterior,exterior, alealeantenelorantenelor dede radioradio – – telefonie,telefonie, etc.,
li ili i îî ii ii
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 519/533
suntsunt solicitate,solicitate, înîn anumiteanumite ipotezeipotezedede încărcare,încărcare, dede forţeforţe ( ( Q Qs s ) ) carecare tindtindsăsă lele smulgăsmulgă dindin pământpământ, prin
depăşirea capacităţii portante aterenului de fundare la smulgere,R sm.t
Ca şi în cazul fundaţiilor solicitatepredominant la compresiune şi în
cazul fundaţiilor solicitate lasmulgere, dimensiunile acestora( B×L×Df ) se stabilesc în bazacalculului terenului de fundare.
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu 65
Calculul terenului de fundare se face la două stări limită (S.N.I.P. 2.02.01-83):
• la starea limită de deformaţie (S.L.D) - presupune estimarea deplasărilor fundaţiei sub acţiunea forţeide smulgere şi respectiv a forţelor orizontale şi compararea cu deplasările / rotirile admisibile,prezentate în cursul 7.• la starea limită de capacitate portantă (S.L.C.P.) - pentru gruparea specială de acţiuni (extraordinară).
starea limită de capacitate portantă (S.L.C.P.) - pentru gruparea specialăde acţiuni (extraordinară)
Metodele de calcul a capacităţii portante a terenului de fundare solicitat defundaţii supuse la smulgere ( R sm.t ) se pot grupa în trei categorii, fără odelimitare foarte clară a acestora:
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 520/533
• metode ce consideră aportul masivului de pământ care tinde să fie smulsca o suprasarcină (Richter; Mors);• metode care iau în considerare şi forţele de frecare (Fr ) care s-ar dezvoltape feţele paralelipipedului dreptunghic, delimitat de dimensiunile fundaţiei
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu 66
× × f , u uşaur – oev; u r n; r man; er – r c ;• metode care iau în considerare forfecarea masivului de pământ pe
suprafaţa laterală, după caz, a unui paralelipiped, cilindru sau trunchiuri decon, în raport de adâncimea de fundare şi natura terenului (Biarez – Barrand);• metode mixte care iau în considerare aportul pământului şi ca
suprasarcină dar şi prin frecarea / forfecarea pe anumite suprafeţe(S.N.I.P. 2.02.01-83).
Metoda Metoda S S..N N..I I..P P.. 2 2..02 02..01 01- -83 83 , care poate fi considerată dreptmetodă mixtă are în vedere atât pământul ca suprasarcină cât şiforfecare perimetrală. capacitatea portantă la smulgere a terenului (R sm.t ) de fundare(numai aportul terenului, fără greutatea proprie a fundaţiei) va fi:
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 521/533
( ) ( ). . . 0 1 2 3 02 cossm t p u p r F R V V c A A Aγ φ = ⋅ − + ⋅ ⋅ + + ⋅
unde:γp.u - greutatea volumică a pământului de umplutură cu care se umple
groapa de fundare;
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu 67
V p.r - volumul pământului refulat, egal cu volumul trunchiului depiramidă , cu dimensiunile specificate anterior;
V F - volumul fundaţiei sau al plăcii de ancoraj, măsurat de la parteasuperioară (D’); A1;A2;A3 - suprafeţele laterale ale trunchiului de piramidă, sub formă detrapez isoscel;C0;ø0 - valorile de calcul ale coeziunii şi unghiului de frecare interioară alepământului din umplutura compactată.
Valorile de calcul (C0;ø0 ) se recomandă să se calculeze cu relaţiile:şi
unde C și ø şi sunt valorile de calcul ale pământului din care se realizează umplutura înstare de zăcământ natural, corespunzătoare S.L.C.P.Coeficientul condiţiilor de lucru (m) este dat în raport de densitatea pământului dinumplutură în stare uscată în tabelul:
0c m c= ⋅
0mφ φ = ⋅
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 522/533
umplutură, în stare uscată, în tabelul:
Natura pământului de umplutură Valorile ( m ) pentru umpluturi cu greutatea volumică în stare uscată ( γd )
Valorile coeficientului condiţiilor de lucru (m) pentru estimarea parametrilor rezistenţei la forfecare (C 0; ø
0 ) a pământului de umplutură din groapa de fundare (SNIP 2.02.01-83)
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu 68
15,5 kN/mc 17 kN/mc
Nisipuri, în afară de cele prăfoase umede
saturate cu apă
0,50 0,80
Pământuri prăfoase argiloase cu I c > 0,20 0,40 0,60
Obs. Valoarea (m), din tabel, se micşorează cu 15% pentru nisipuri prăfoase umede, argile şi argile nisipoase cu 0,25 ≤ I c ≤ 0,5 şi nisipuri argiloase cu 0 < I c < 0,5.
Metoda Metoda Biarez Biarez – – Barrand Barrand s-a fundamentat pe o serie de încercări experimentale pemodele reduse şi la scară naturală efectuate în cadrul laboratoarelor Universităţii Grenoble.Încercările au pus în evidenţă două modalităţi principale de cedare a terenului de fundaresolicitat la smulgere :
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 523/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu 69
Modalităţi de cedare a terenului de fundare solicitat de o fundaţiei tip ciupercă la smulgere, în raport de adâncimea critică (Dcr. )
• cedarea generală , cu refulul pământului în suprafaţă şi apariţia unui corp de refulare sub forma unuitrunchi de con, cu baza mică ( 2·R ) şi baza mare 2·(R+D f ·tgα), dacă adâncimea de fundare, respectiv D’ ,este mai mică decât adâncimea critică (D’ <Dcr );• cedare locală , cu zone plastice dezvoltate în jurul muchiilor tălpii de fundaţie şi fără reful însuprafaţă, în cazul în care D’ > Dcr .
( ). .s mt p l c p u q R G S c M D M M q M φ γ γ ′= + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + + ⋅
Capacitatea portantă la smulgere (Rsm.t) a terenului de fundarecare capătă diferite forme pentru fiecare caz în parte:
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 524/533
unde:• - greutatea pământului de umplutură
care reazemă pe faţa superioară a fundaţiei;• - suprafaţa laterală a cilindrului de raza ( R )i înăl ime care tinde să fie smuls i e su rafa a căruia
( )2 2
. p st p uG R r Dπ γ ′= ⋅ − ⋅ ⋅
2l
S R Dπ ′= ⋅ ⋅ ⋅
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu 70
se mobilizează rezistenţa la forfecare (τf );• γ
p.u
- greutatea volumică a pământului de umplutură;• q - suprasarcina uniform distribuită la suprafaţaterenului;• - factori de capacitate portantă în funcţiede (ø) şi de adâncimea relativă de fundare D’/R (D’/B )
• c; ø - valorile de calcul ale parametrilor rezistenţei laforfecare ai pământului din umplutură.
; ( ),c q M M M M φ γ +
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 525/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu 71
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 526/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu 72
Metoda Guduşaurii - Djioev consideră că valoarea capacităţii portante la smulgere(R s.mt ) a terenului de fundare este dată de greutatea pământului care reazemă pe talpă(Gp ), la care se adaugă forţa de frecare perimetrală (Fr ). Aceasta creşte cu adâncimea la o
anumită valoare denumită adâncime optimă (Dopt ), după care sporul de creştere cuadâncimea devine nesemnificativ. Modalităţi de execuţie a fundaţiilor tip ciupercă şi corpul de refulare după Guduşaurii - Djioev
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 527/533
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu 73
Modalitatea de cedare a terenului de fundare esteconsiderată a fi dependentă de modul de execuţiea săpăturii şi respectiv de raportul (χ=Sq /S)dintre suprafaţa fundului săpăturii (Sq ) şi
suprafaţa tălpii fundaţiei ( S ):•rupere / cedare la smulgere după suprafeţe dealunecare înclinate cu unghiul (ø), dacă χ> 2;•rupere / cedare de-a lungul pereţilor verticali,
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 528/533
p / d d g p ţ v ,dacă χ < 2.
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu 74
Capacitatea la smulgere a terenului de fundare:
( )R B L b l D F F′
Metoda Metoda Girkman Girkman , consideră capacitatea portantă la smulgere ca fiind dată de greutateapământului (Gp ) care reazemă pe faţa superioară a fundaţiei şi forţele de frecare (Fr ) care sedezvoltă pe suprafaţa laterală a corpului de refulare, considerând pentru aceasta ca acţiune
împingerea pasivă a pământului.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 529/533
unde:-Pentru frecarea pământ-pământ
. . . .( )sm t p u r p r b R B L b l D F F γ ′= ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ + +
( )2 2 o
. .( ) 45r p p uF D B L tg tg
θ γ φ
′= ⋅ ⋅ + ⋅ + ⋅
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu 75
-Pentru frecarea pământ beton( )( )22 2 o
. .( ) 45
2
r b p u f F D D B L tg tgθ
γ δ
′= ⋅ − ⋅ + ⋅ + ⋅
Müller Müller – – Fröhlich Fröhlich , în baza unor experimente pe fundaţii în mărime naturală au corectatmetoda Girkman, punând o condiţie de verificare la smulgere a fundaţiei sub următoareaformă:
2 2 o
.1 0,9 ( ) 454 2
s s st F p p u f Q F G G G D B L tg tgθ γ θ ′⋅ ≤ ⋅ + + + ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ + ⋅
Metode care consideră aportul corpului de refulare numai casuprasarcină prin greutatea proprie a acestuia:Richter Richter , consideră că fundaţia solicitată la smulgere tinde să disloce un corp de refulare
(11’22’ ) ale cărui dimensiuni sunt dictate de un unghi α=(2/3)·ø.Ca urmare, capacitatea portantă la smulgere a terenului de fundare este considerată egalătocmai cu greutatea trunchiului de piramidă cu bazele (B×L) şi (b’×l’), respectiv cu greutatea
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 530/533
trunchiului de con în cazul fundaţiilor cu talpa circulară.
. .sm t p p u R V γ = ⋅
′ ′ ′
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu 76
p f st ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ −
22
3 f b B D tg φ
′ = + ⋅ ⋅ ⋅
22
3 f
l L D tg φ
′ = + ⋅ ⋅ ⋅
Condiţia de verificare la smulgere, după Richter, devine:
.s s s mt F Q F R G⋅ ≤ +
Metode care consideră aportul corpului de refulare numai casuprasarcină prin greutatea proprie a acestuia:Mors Mors , asemeni lui Richter, consideră capacitatea portantă la smulgere a terenului de fundare egală cu
greutatea corpului de refulare, dar cu o geometrie diferită. Astfel Mors, în baza rezultatelor experimentale, consideră corpul de refulare compus dintr-un trunchi depiramidă pe înălţime (Df /2) şi un paralelipiped dreptunghic pe cealaltă înălţimea (Df /2), cu un unghi deevazare α= ø pentru necoezive şi θ pentru coezive (tg θ=tg ø+c , cu c în daN/cm2).
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 531/533
evazare α ø pentru necoezive şi θ pentru coezive (tg θ tg ø+c , cu c în daN/cm ).
( ). .1 .2 .sm t p p p u R V V γ = + ⋅
/ 2 f
DV S s S s V = ⋅ + + ⋅ −
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu 77
.
( ) ( ).2/ 2 / 2
p f f f st V B D tg L D tg D V θ θ = + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ −
s B L= × ( ) ( ) f f S B D tg L D tgθ θ = + ⋅ × + ⋅
2 f b B B B D tgθ ′ ′= + ⋅ = + ⋅ 2 f l B L L D tgθ ′ ′= + ⋅ = + ⋅
Condiţia de verificare la smulgere, după Mors, devine:
.s s sm t F Q F R G⋅ ≤ +
Precizări privind utilizarea practică a relațiilor de calcul acapacității portante la smulgere
Multitudinea de metode prezentate ca şi dispersia mare a rezultatelor face ca fiecaremetodă să aibă domeniul său de aplicabilitate.
7/29/2019 Curs Geotehnică AS 2012-2013
http://slidepdf.com/reader/full/curs-geotehnica-as-2012-2013 532/533
Astfel, analizând rezultatele furnizate de metodele prezentate cu cele experimentale
pe modele şi la scară naturală Al. Vaicum, face următoarele recomandări privindutilizarea metodelor teoretice în verificarea la smulgere a fundaţiilor tip ciupercă.• entru pământuri fără coeziune sau slab coezive c≤1,00 daN/cm2 sunt
11-Jan-13Geotehnică - note de curs
Prof. Anghel Stanciu & Conf. Irina Lungu 78
indicate metodele Mors sau Richter ;• pentru pământuri cu coeziune medie (c≈0,40 daN/cm2 ) şi unghi de frecareinterioară ø≈15-30º este indicată metoda Biarez – Barrand sau Müller – Frölich ;• pentru pământuri puternic coezive (c=0,40-1,00 daN/cm2 ) şi ø=2-5º esteindicată metoda Biarez – Barrand şi ca verificare metoda Richter .
De remarcat că metoda S.N.I.P. 2.02.01-83, ca metodă mixtă, îmbină avantajele celorrecomandate mai sus şi totodată este standardizată, fiind confirmată de bunapractică, putând fi astfel un bun reper în proiectarea curentă.
Top Related