01.Geotehnica-Partea I_ Pag. 1-88

7/26/2019 01.Geotehnica-Partea I_ Pag. 1-88

1/88

Geotehnica Partea I

1

NOIUNI INTRODUCTIVE

Fundaia - reprezint partea din construcie care preia ncrcrile aduse de suprastructur i letransmite la terenul de fundare.

Terenul de fundare - este acea parte a scoarei terestre n cuprinsul creia se manifest influenancrcrilor transmise de fundaii.

Straturile care alctuiesc terenul de fundare pot fi formate din roci compacte sau pmnturi.

a) Rocile compacte (roci stncoase sau semi-stncoase) sunt caracterizate prin rezistene mecanice

mari, de acelai ordin de mrime sau chiar mai mari dect ale materialelor de construcii (zidrie decrmid, beton simplu, beton armat).De aceea, fundarea construciilor obinuite pe asemenea roci nu ridicprobleme deosebite. La construciilespeciale (baraje, tuneluri hidrotehnice etc.) la care eforturile transmise de construcie la teren sunt foartemari, trebuiesc cunoscute amnunit proprietile rocilor compacte din terenul respectiv.

Mecanica rociloreste disciplina care se ocupcu studiul rocilor compacte.


2/88

Geotehnica Partea I

2

b) Pmnturilesunt roci sedimentare provenite din dezintegrarea pe cale fizici chimica rocilor

compacte.

Rezistenele mecanice ale pmnturilor fiind mult mai mici dect rezistenele materialelor de construcii,ntre elementele portante ale structurii (ziduri, stlpi, diafragme etc.) i teren trebuie interpus un element derepartizare:fundaia.

De studiul proprietilor pmnturilor se ocupGeotehnica denumita siMecanica pmnturilor.

Geotehnica face parte din familia Mecanicii construciilor, dar n acelai timp se ntreptrunde cunumeroase alte discipline teoretice sau ingineresti.


3/88

Geotehnica Partea I

3

Principalele aspecte ingineresti referitoare la pmnturi

1.Pmntul casuport al construciilor(teren de fundare).

Prin baza fundaiei, construcia transmite la terenul de fundare ncrcarea totala sub forma unei presiuni,p.

Examinnd influen

a presiuniip

asupra terenului de fundare se pun dou

probleme:a)

Problema de deformaii (tasri)

Se noteaza cu stasarea care este deformaia pe verticala terenului de fundare.


4/88

Geotehnica Partea I

4

gz este efortul unitar vertical dat degreutatea proprie a pmntului.

z este efortul suplimentar produs de

presiuneap.Zona activ (Hactiv) este zona de sub talpafundaiei n cuprinsul creia efortulsuplimentar zeste suficient de mare pentrua fi luat n consideraie la calculul

deformaiilor probabile.

Problema de deformaii const dincompararea deformaiei calculate cudeformaia acceptabil att pentru structurade rezisten ct i pentru exploatareanormala construciei.


5/88

Geotehnica Partea I

5

b)

Problema capacitii portante

Atunci cnd presiunea pe talpa fundaiei atinge o valoare critic, pcr, se produce pierderea capacitiiportante n urma formrii n teren a unei suprafee de cedare, nsoitde rsturnarea structurii.

Suprafaa de fundare trebuie sfie astfel dimensionat nct snu existe riscul de a se pierde capacitatea

portanta terenului de fundare.


6/88

Geotehnica Partea I

6

2.Pmntul caaciune(solicitare)asupra construciilor

Sunt construcii care trebuie dimensionate la aciunea pmntului, ca de exemplu lucrrile de susinere.

Lucrri de susinerea) - zid de sprijin; b) sprijinirea pereilor unei spturi


7/88

Geotehnica Partea I

7

3. Pmntul camaterial pentru construcii de pmnt.

a) - rambleu pentru calea ferat(are rolul att de suportpentru structura cii ferate ct i de construcie de pmnt);

b) dig de protectie contra inundatiilor

Principalele probleme la care trebuie srspundGeotehnica:

tasarea construciilor; capacitatea portanta terenului de fundare;mpingerea pmntului; asigurarea calitii i verificarea lucrrilor de pmnt; stabilitatea taluzurilor i versanilor.


8/88

Geotehnica Partea I

8

SCURT ISTORIC

Pn spre sfritul secolului XVIII, problemele pe care le ridica fundarea construciilor au fost rezolvateempiric.n anul 1773 savantul francez Coulomb a elaborat o teorie privind mpingerea pmnturilor asupra zidurilorde sprijin, valabili astzi. Coulomb a formulat i o relaie ntre rezistena la forfecare a pmntului (f) i

efortul normal din masivul de pmnt:

n 1853, inginerul englez Rankine a studiat starea de echilibru limit n pmnturile frcoeziune (mediipulverulente), cu aplicare la calculul stabilitii fundaiilor i al mpingerii pmnturilor.

Teoriile lui CoulombiRankineconstituiemecanica pmnturilor clasic.

n 1885 matematicianul francez Boussinesq a formulat soluiile Teoriei Elasticitii referitoare la distribuiaeforturilor si deformatiilor ntr-un mediu elastic semi-infinit acionat de o for concentrat aplicat lasuprafaa mediului. Aceast soluie este folosit i n prezent la studiul strii de tensiuni n terenul defundare asimilat cu un mediu elastic.ntre 1918 i 1922 suedezul Fellenius a elaborat o metod pentru verificarea stabilitii taluzurilor nmasivele de pmnt omogene i stratificate.n anul 1925, inginerul austriacKarl Terzaghia publicat tratatul de Mecanica pmnturilor, fiind consideratntemeietorul Mecanicii pmnturilor moderne.Terzaghi a elaborat teoria consolidrii argilelor, a introdus noiunile de presiune efectiv i presiuneneutrali a enunatprincipiul efortului efectiv.


9/88

Geotehnica Partea I

9

NATURA I COMPOZIIA PMNTURILOR

ORIGINEA I TIPURILE DEPOZITELOR DE PMNT

Toate pmnturile i au originea, direct sau indirect, din rocile prexistente care, potrivit genezei lor, seclasificdupcum urmeaz:

roci eruptive (magmatice), formate prin rcirea magmein interiorul sau la suprafaa scoarei terestre;

roci metamorfice, formate prin alterarea rocilor existente sub efectul temperaturilor sau presiunilorextreme;

roci sedimentare, formate prin depunerea de sedimente n bazine de apsau n aer.

Procesele prin care rocile sunt transformate n pmnturi au loc la suprafaa sau n apropiere de suprafaascoarei terestre, sunt complexe i ciclice prin natura lor i se caracterizeaz prin trei faze: eroziune,transportul isedimentarea.


10/88

Geotehnica Partea I

10

Eroziunease datoreaza proceselor de naturfizicsau chimic.

Procesele de naturfizicsunt dezintegrarea sau eroziunea care apar sub aciunea ngheului - dezgheuluiapei din fisurile rocii, aciunea vntului, furtunilor i torenilor, aciunea mrii asupra rmurilor sauaciunea ghearilor.Particulele de pmnt care rezultau aceeai compoziie ca a rocii-mam.

Procesele de naturchimicconduc la modificri ale compoziiei rocii-mam, ca urmare a aciunii apei, aoxigenului i bioxidului de carbon.Alterarea chimicproduce grupri de particule de dimensiuni coloidale (


11/88

Geotehnica Partea I

11

Pmnturile transportatesunt cele care au fost deplasate de pe locaia originari depozitate n altparte.Principalii ageni de transport sunt apa, ghearii i vntul.Dimensiunile i forma particulelor ntr-un depozit de pmnt transportat sunt puternic influenate de agentulde transport i de modul de sedimentare.Principalul efect al transportului l constituie sortarea(separarea dupdimensiunile particulelor).Pmnturile transportate de apformeazdepozite aluvionare, lacustre, marine etc.Transportul de ctre api sedimentarea in approduc particule cu formrotunjiti depozite de pmntcare pot fi uniforme, adicavnd toate particulele cu aproximativ aceeai dimensiune sau stratificate, cu osortare pe verticala particulelor de diferite mrimi, cu cele mai mari la baz.

n zonele de climat arid pmnturile fine pot fi transportate de vnt la mari distane, formnd prin

depozitare n aer depozite eolienede pmnturi denumite loessuri.Pmnturile loessoide se caracterizeazprin sensibilitatea la umezire.Pmnturile loessoide ocup17% din teritoriul Romniei.

Ghearii, care au acoperit pncu circa 10.000 ani n urmporiuni mari din Europa i America de Nord, aufost un agentfoarte activ att de eroziune ct i de transport.

Un ghear acioneazca o bandtransportoare n micare lent, crnd uneori blocuri foarte mari la distaneconsiderabile. Datoritgreutii, blocul se scufundn ptura de ghea, iar cnd atinge talpa ghearului sefreacde roca de bazputndu-se transforma ntr-ofinde rocfin.Materialul depus pe msurce ghearul ncepe sse topeasceste numit moren.


12/88

Geotehnica Partea I

12

PARTICULELE CARE FORMEAZSCHELETUL SOLID AL PMNTURILOR

Orice masde pmnt constdintr-un ansamblu departicule solide i golurile dintre ele care sunt denumitepori.Particulele solide, alctuite din diferite minerale, formeazfaza solid. Apa din pori formeazfaza lichidiar aerul din porii neocupai de apsau sub formde bule n apa din pori aer oclus - formeazfazagazoas.

Pmnturile, medii disperse alctuite din particule cu sau fr legtur ntre ele, sunt sisteme trifazicealcatuite din:

faza solid(particulele care formeazscheletul solid al pmnturilor); faza lichid(n general ap); faza gazoas(aer, alte gaze)

ntre cele trei faze componente se stabilesc legturi care se modific nencetat sub aciunea unor factoriexterni, ntre care ncrcrile transmise de construcii sau/si factori naturali (temperatur, umiditate).

ntr-o seciune printr-o probde pmnt parial saturat se disting cele trei faze.


13/88

Geotehnica Partea I

13

1 particulsolid; 2 ap; 3 aer


14/88

Geotehnica Partea I

14

COMPOZIIA GRANULOMETRICSAU GRANULOZITATEA

Compoziia granulometricreprezintconinutul n fraciuni granulare exprimat n procente din greutateatotala materialului uscat.

Fraciunea granular este partea unui pmnt care poate fi distins pe baza dimensiunilor definite ale

particulelor.

Efectuarea analizei granulometrice

Operaia de laborator prin care se determin granulozitatea unui pmnt se numete analizagranulometric.

n funcie de mrimea particulelor, analiza granulometricse poate efectua:

prin cernere

prin sedimentare

prin cernere i sedimentare.


15/88

Geotehnica Partea I

15

Analiza prin cernere

cernere cu ciururi pentru granule > 2 mm cernere cu site pentru granule cuprinse ntre 2 i 0,063 mm.

Se folosete o baterie de site cu ochiuri din ce n ce mai mici, pornind de sus n jos.

Se supune cernerii o cantitate de cca. 200 grame material n stare uscat.

Se cntresc cantitile rmase pe fiecare siti se raporteazla cantitatea total.

Analiza prin sedimentare(cu areometrul sau cu pipeta) se utilizeazpentru particule mai mici ca 0,063 mm.

Se supune analizei o suspensie cu un volum total de 1.000 cm3 format prin amestecare cu ap a uneicantiti de 30 - 50 g de pmnt n stare uscat.

Dupomogenizare, cilindrul cu suspensia se aeazpe o suprafaorizontal.

Metoda se bazeazpe doufenomene fizice: sedimentarea particulelor se face cu vitezvariabiln funcie de diametru; n timp, pe msura sedimentrii, densitatea suspensiei se micoreaz.


16/88

Geotehnica Partea I

16

Parametrii de determinat sunt:

diametrele particulelor

procentele din material aflat n suspensie la un moment dat.

Aflarea diametrelor

Legea lui StokesIpoteze de calcul:

particulele se presupun a fi sfere de diametru d; n momentul iniial, suspensia se consideruniformsi omogen.

v = Ad

2

v- viteza de sedimentare

A= f (g, s,w, )g - acceleratia gravitationala- coeficientul de vscozitate al suspensiei; depindede temperatura suspensiei

s-greutatea specifica particulelor solidew- greutatea specifica apei.

d- diametrul (dimensiunea) particulei solide


17/88

Geotehnica Partea I

17

Se considerc, n cdere, particulele sunt n micare uniform:rHv

t=

n care: Hr - distana de la suprafaa suspensiei la planul de referin;t - intervalul de timp de la momentul iniial la momentul msurtorii.

Rezult:

rHdA t

=

Interpretare:la timpul tde la nceputul sedimentrii,toate particulele cu diametrul mai mare decat ds-au depus n raport cu un plan de referin

aflat la distanaHrde la suprafaa suspensiei;

particulele cu diametrul mai mic decat dsunt n suspensie, adica se afldeasupra planului dereferin.


18/88

Geotehnica Partea I

18

Determinarea cantitii de material aflat n suspensie

Pot fi utilizate doumetode de laborator: metoda cu areometrul metoda cu pipeta

Metoda cu areometrulse bazeazpe determinarea pe cale indirecta cantitii de

material solid n suspensie, cunoscndu-se densitatea suspensiei stabilit cuareometrul. Pe msurce se depun particulele, densitatea suspensiei scade.

Densitatea msuratcu areometrul se exprimsub forma: 1 1.000R

= +

unde:R- citirea reduspe areometru.

Trebuie determinatcantitateaxde material din suspensie:31 1.000 1.000 1 1 1g/cm

1.000 ws

R xx;

+ = + =

a% = (x/ Gt) 100

Gteste greutatea totala materialuluianalizat.

11.000 1.000 1

1 1

s

s

s

s

s

R x

Rx R

+ = +

=

=


19/88

Geotehnica Partea I

19

Citirile pe areometru sunt afectate de doucorecii:corecia de temperaturcorecia de menisc.

n cazul metodei cu areometrul, adncimea planului de referinHrnu este constant, ci se modificodat

cu scderea n timp a densitii suspensiei.

Pentru aflarea luiHrse utilizeazdiagrame de etalonare pentru fiecare areometru n parte.


20/88

Geotehnica Partea I

20

Reprezentarea grafica a compozitiei granulometrice

Curba granulometric

Pe abscis se reprezint diametrele particulelor la scar logaritmic iar pe ordonat sunt reprezentateprocentele.Curba se construiete prin puncte, numrul lor fiind egal cu numrul de ciururi sau site n cazul cernerii, icu numrul de citiri cu areometrul n cazul analizei prin sedimentare.

Un punctMde pe curbaratc

a% din material arediametrul < d.

De exemplu, punctulMde pe curba:

60% din materialare diametrul mai micdect 0,3 mm.


21/88

Geotehnica Partea I

21

Coeficientul de uniformitate granulometrica, Cu

Forma curbei granulometrice arat dac un pmnt conine ogamlargsau restrnsde dimensiuni ale particulelor.

La pmntul neuniform, dimensiunile particulelor se nscriuntr-o gam larg, iar curba de granulometric este lin i ngeneral cu concavitatea n jos, ca n cazulpmntului A.

Atunci cnd o mare parte din particule se situeazntr-o gamngustde dimensiuni, pmntul este caracterizat drept uniform,iar curba de granulozitate se apropie de vertical, ca n cazulpmntului B.

Un pmnt care conine att particule grosiere ct i fine dar ilipsesc particule n zona intermediar, (pmntul C) are o

granulozitate discontinu.


22/88

Geotehnica Partea I

22

Curba de granulozitate permite definirea coeficientului de uniformitate granulometricCu, definit prin:

Cu60

10

d

d=

unde d60 i d10 se numesc diametre procentuale si reprezint diametrele corespunztoare procentelor de

10%

i 60% de pe curba de granulozitate.n funcie de valoarea Cu, pmnturile se clasificastfel:

Cu< 6 pmnt uniform6 < Cu< 15 pmnturi de uniformitate mijlocie

Cu> 15 pmnt neuniform

Pmnturile cu granulozitate discontinuau n general Curidicat.


23/88

Geotehnica Partea I

23

Histograma

Fiecare treaptcorespunde procentului de fraciunegranulometric, (a- a),definitde doudiametre consecutive,di d', ntre care este cuprinstreapta .

Curba frecvenelor

Dacintervalele dintre diametrele di d' tind catre zero,histograma trece in curba frecventelor.

Un punctNde pe curba frecvenelor aratcprocentul a% din material este format din particule avand toate

diametrul d.


24/88

Geotehnica Partea I

24

Diagrama ternar

Diagrama ternarse reprezintsub forma unui triunghi echilateral.

Cele trei laturi sunt gradate de la 0 la 100 (procente) i sunt atribuite fiecare unei anumite fraciunigranulometrice (de obicei celor trei fraciuni principale: nisip, praf, argil).

n diagrama ternar compoziia granulometric a unuipmnt se reprezintprintr-unpunct.

Fie un pmnt cu urmtoarea compoziie granulometric:50 % N (nisip)

30 % P (praf)20 % A (argil)

Se procedeazastfel:

n dreptul procentului 50% pe latura (N) se duce o paralel

la latura precedent (A), iar n dreptul procentului 30% pelatura (P), o paralella latura (N).Cele dou paralele se intersecteaz n B, care definetecompoziia granulometrica pmntului respectiv.


25/88

Geotehnica Partea I

25

Diagrama ternarse utilizeaz, n practic, la realizarea amestecurilor de pmnturi, pentru modificarea n

sensul dorit a proprietilor pmnturilor folosite la terasamente, diguri etc.

Dndu-se dou pmnturi, crora le corespund n diagramaternardoupuncte, Bi C,un pmnt obinut prin amestecareapmnturilorBi C(n orice proporii) este reprezentat printr-unpunctDaflat pe dreapta care unesteBcu C:

D= (m%)B+ (n%)C

Se cere aflarea fraciunilor granulare ale pmntuluiDobinut dinamestecul a 30% pmntBi 70% pmnt C.

Se procedeazastfel:

se mparte dreapta BCn 100 de diviziuni, care se marcheazncepnd din C; in dreptul valorii de 30 % se obine punctulD; se duc paralele din D la cele 3 laturi ale triunghiului i se

obine astfel compoziia granulometrica pmntuluiD(n procente din fraciunile principaleN, P,A).


26/88

Geotehnica Partea I

26

Clasificarea pmnturilor pe baza granulozitii

Fraciuni alepmntului

SubdiviziuniMrimea

particulelor, d(mm)

Pmnt

foarte grosier

Blocuri mari >>>>630

Blocuri >>>>200 la 630

Bolovni >>>>63 la 200

Pmnt

grosier

Pietri >>>>2,0 la 63

Pietrimare >20 la 63Pietrimijlociu >6,3 la 20

Pietrimic >2,0 la 6,3

Nisip >>>>0,063 la 2,0Nisip mare >0,63 la 2,0

Nisip mijlociu >0,2 la 0,63Nisip fin >0,063 la 0,2

Pmnt fin

Praf >>>>0,002 la 0,063

Praf mare >0,02 la 0,063Praf mijlociu >0,0063 la 0,02Praf fin >0,002 la 0,0063Argil 0,002


27/88

Geotehnica Partea I

27

Cele mai multe pmnturi sunt compozite, alctuite dintr-o fraciune granularprincipal i din fraciuni

granulare secundare.

Pmnturile compozite sunt denumite cu un termen principal, care corespunde fraciunii principale, i cuunul sau mai multe adjective sau termeni de calificare, care descriu fraciunile secundare.Simbolurile termenilor de calificare ale fraciunilor granulare secundare se scriu cu litere mici.Fraciunea granularmasicprincipaldeterminproprietile geotehnice ale pmntului.

Simbolul acesteia se scrie cu majuscule.Fraciunile granulare secundare i cele urmtoare nu determindar influeneazproprietile geotehnice alepmntului.

Fraciunile granulare secundare trebuie plasate, n ordinea lor de importan, naintea termenului caredescrie fraciunea principal.

Iatcteva exemple: pietrinisipos (sa Gr) argilnisipoas(sa Cl) praf cu nisip mijlociu (m sa Si),

nisip fin prfos (si F Sa), argilcu nisip mijlociu (m sa Cl).


28/88

Geotehnica Partea I

28

COMPOZIIA MINERALOGICA PMNTURILORCompoziia mineralogicdepinde de modul de formare a pmnturilor.

a) Pmnturile formate prin dezagregare fizic(modificarea dimensiunilor fragmentelor de roc, cumeninerea compoziiei chimice) sunt compuse din aceleai minerale ca i roca de baz, numite

minerale primare.

b) Atunci cnd dezagregarea fizic este nsoit de alterare chimic, unele minerale primare setransformn minerale secundaresau minerale argiloase.

Dei sunt cunoscute n jur de 2000 minerale, cele mai multe roci / pmnturi contin majoritar doar ctevazeci de minerale.

Principalele minerale care intrn alctuirea pmnturilor se clasifica in 2 categorii:

-

Minerale primare- Minerale argiloase (secundare).


29/88

Geotehnica Partea I

29

Minerale primare

Principalele minerale primare sunt:

Cuarul(SiO2n stare aproape pur) este mineralul cel mai rspndit n natur, formnd aproape 60% dinscoara terestr. Se ntlnete att n stare cristalin ct i amorf i reprezint principalul mineral al

pmnturilor necoezive (nisipuri, pietriuri etc.) i al multor roci (granit, gresie etc.). Are rezistenemecanice mari, densitate mare.Cuarul este aproape inert din punct de vedere chimic.Combinat cu unul sau mai muli oxizi formeazsilicai.

Feldspaii sunt silicai dubli de Al i un metal alcalin (sodiu, Na, potasiu, K, litiu, Lietc.).Spre deosebire de cuar, feldspaii sunt instabili chimic i relativ uor solubili n ap, ndeosebi cnd aceastaconine CO2.n zone de climat moderat, feldspaii produc, prin alterare chimica, mineralele argiloase.

Micelesunt silicai hidratai complexi de Na, Al, Mg i Fe.

Micele se caracterizeazprin clivaj aproape perfect, conducnd la plcue cu luciu caracteristic.

Carbonaiisunt componeni importani ai rocilor sedimentare i a multor pmnturi.Reprezentai tipici sunt calcitul, dolomitul etc.


30/88

Geotehnica Partea I

30

Minerale argiloase (secundare)

Se formeazn principal prin alterarea chimica feldspailor i micelor i reprezintconstituenii de bazaiargilelor sau, ntr-un sens mai general, ai clasei de pmnturi coezive.

Prezena mineralelor argiloase, chiar i n cantiti mici, conferpmnturilor coezive proprietile specificei anume plasticitatea, coeziunea i contracia umflarea.

Particulele formate de aceste minerale sunt extrem de mici, cu dimensiuni coloidale (


31/88

Geotehnica Partea I

31

Unitatea de tip tetraedru cu atomi desiliciu n centru i atomi de oxigen ncoluri.

Asocierea de tetraedri formeaz unorizontla care atomii de oxigen de la bazaparin concomitent la doi tetraedri.

Orizontul de tip tetraedru se reprezintsimbolic printr-un trapez.


32/88

Geotehnica Partea I

32

Unitatea de tip octaedru cu atomii dealuminiu (Al) n centru i gruparea (OH)n coluri.

Asocierea de octaedri formeaz orizontulde tip octaedru care se reprezint

simbolic printr-un dreptunghi.


33/88

Geotehnica Partea I

33

Diferena ntre minerale este datde:

1). Felul cum se asociazntre ele orizonturile tetraedric i octaedric pentru a forma lamelele structurale

Lamela structural bistratrezult din asocierea unui

orizont tetraedric cu unuloctaedric.Cele douorizonturi pun fanfa atomi de oxigen (O) igruparea hidroxil (OH), ambelencrcate cu sarcin electricnegativ, dar de naturdiferit.ntre atomii de oxigen igruparea hidroxil se realizeazo legturputernicde naturhidrogenic.

(1 amgstrom = 1A = 10 -10m)


34/88

Geotehnica Partea I

34

Lamela structuraltristratrezultdinasocierea a douorizonturi tetraedricentre care se aflun

orizont octaedric.


35/88

Geotehnica Partea I

35

2). Felul cum se asociazlamelele pentru a formaparticulele de minerale argiloase

500

-1000

CAOLINITULeste un mineral bistrat provenit din degradareafeldspailor ntr-un mediu predominant acid.

Particula de caolinit este format din cca. 100

lamele bistrat legate intre ele, avnd forma de foialungitcu o lungime de cca 500 - 1000 .

Reeaua cristalin a caolinitului este rigid(datorit legturilor hidrogenice dintre lamelelebistrat succesive), toate proprietile legate de

prezena apei n pmnt fiind reduse lapmnturile caolinitice.


36/88

Geotehnica Partea I

36

MONTMORILLONITULeste un mineral tristratformat ntr-un mediu alcalin.

irurile de atomi ale lamelelor tristrat aflate fan fasunt identice (atomi de O2-), ceea ce face ca legturadintre lamele s fie foarte slab i instabil iar

montmorillonitul sse desfacn particule foarte micide forma unor plachete.

La montmorillonit, o parte din atomii de Si4+ aiunitilor tetraedrice sunt nlocuii cu ioni de Al 3+,iar ionii de Al 3+ai unitilor octoedrice sunt nlocuiicu ioni de Mg2+i Fe2+.Aceste substituii au drept rezultat o sarcin electricnegativ, astfel nct moleculele de ap sunt atrase iptrund ntre lamele, tinznd sle ndeprteze.De aceea, reeaua cristalin a montmorillonitului este

extensibil, iar proprietile legate de prezena apeisunt foarte pronunate.


37/88

Geotehnica Partea I

37

ILLITULeste un mineral tristrat, format prin degradarea micelor n condiiimarine.

Inlocuirea atomilor de Si4+ cu atomii de Al3+ este mai intens

conducnd la o sarcin negativ compensat n cea mai mareparte de ioni de K+ nenlocuibili i care asigur o legtur maiputernicntre lamele.

Moleculele de ap ptrund mai greu ntre lamele dect n cazulmontmorillonitului.

Din punct de vedere al proprietilor n raport cu apa, illitul se aflntre caolinit i montmorillonit.


38/88

Geotehnica Partea I

38

FENOMENE DE SUPRAFALA PMNTURILE ARGILOASESuprafaa specific

Particulele solide alcatuite din minerale argiloase sunt foarte mici i au formde foie sau plachete.

Cu ct o particuleste mai mici mai aplatisat, cu att suprafaa este mai mare.

Raportul dintre suprafai masse definete drept suprafaa specific(Ss) a pmntului.

Suprafaa specificeste invers proporionalcu mrimea particulelor pmntului.

O masde pmnt formatdin multe particule mici va avea o suprafaspecificmai mare dect aceeaimasformatdin particule mai mari.

De exemplu:

Montmorillonit Ss= 800 m

2

/g Illit Ss= 80 m

3/g Caolinit Ss= 20 m

3/g


39/88

Geotehnica Partea I

39

Sarcina electric

Particulele solide alcatuite din minerale argiloase se caracterizeaza printr- o sarcinelectricnegativ,care poate fi atribuiturmtorilor factori principali:

- Substituia izomorf:

siliciul (Si4+) din orizontul tetraedric este nlocuit cu aluminiu (Al3+) sau ali ioni de valeninferioar;

- Discontinuitatea structurala:dei sarcinile pozitive i negative pot sa se compenseze global, la muchiile particulelor continuitateastructurala a mineralelor este rupt, conducnd la sarcini electrice neechilibrate;aceste legturi rupte produc o sarcin netnegativpe suprafata laterala a particulei de argil, iar nlungul muchiilor rupte apar concentraii locale de sarcini pozitive.

Particulele solide alcatuite din minerale argiloase ncrcate electric negativ creeaz n jurul lor un

cmp (potential) electric, .

Cmpul (potentialul) electric atrage cationi si molecule de apa.


40/88

Geotehnica Partea I

40

Stratul difuz de cationi

Cationii (Na+, Ca2+etc.) sunt adsorbiiprin atracie electrostatic.Norul de cationi formeaza stratul difuz.

Variatia potentialului electric, , cu distanta, d.

Stratul difuz de cationi.


41/88

Geotehnica Partea I

41

Pentru o particulcu un potenial electric 0, grosimea stratului de cationi, d, depinde de:

- valena cationilor,V- concentraia cationilor, C- constanta dielectrica a mediului (capacitatea de stocare a energiei electrostatice /permitivitatea relativa), r- temperatura mediului, t.

V2> V1d2< d1

Creterea valenei conduce la reducerea grosimiistratului difuz

C2> C1d2< d1

Creterea concentraiei conduce la reducerea grosimiistratului difuz


42/88

Geotehnica Partea I

42

r1> r2 d1 > d2

Creterea constantei dielectrice conduce lacreterea grosimii stratului difuz

t2> t1d2< d1

Creterea temperaturii conduce la reducereagrosimii stratului difuz.

G h i P I


43/88

Geotehnica Partea I

43

Apa adsorbit(legat)

Pmnturile argiloase sunt puternic influenate de prezena apei.Particulele de argilsunt aproape ntotdeauna hidratate n natur, existstrate de apcare nconjoarfiecareparticul.

Aceastapeste denumitapadsorbitsau legat.

Principalii factori care explicmodul n care apa este adsorbitde particula de argilsunt:

Legtura de naturelectrostatic

Molecula de apeste neutrdin punct

de vedere electric.Molecula de apa este un dipolpermanent deoarece centrul sarciniipozitive (H2+) este totdeauna separat decentrul sarcinii negative (O-).

Molecula de apeste atraselectrostaticde suprafaa particulei de argil.

G t h i P t I


44/88

Geotehnica Partea I

44

Legtura de naturhidrogenic

Hidrogenul din apeste atras de oxigenul sau de hidroxilii de la suprafaa particulei de argilprin legturahidrogenic.

Legtura de naturelectric

Suprafaa ncrcatnegativ a particulei de argilatrage cationii din ap.

ntruct toi cationii sunt ntr-o anumitmsurhidratai, ei contribuie la atragerea apei ctresuprafaa particulei de argil.

Geotehnica Partea I


45/88

Geotehnica Partea I

45

Atracia apei de ctre particula de argileste foarte puternicn apropiere de suprafai se diminueazcu

distana de la suprafa.Moleculele de apaflate nemijlocit la suprafaaparticulei de argil(apa strns legat) sunt foarte puternicreinute i orientate.

Proprietile i comportarea apei strns adsorbit (legat) difer de cele ale apeiobinuite:

vscozitatea este de cca100 ori mai mari dect a apei obinuite (libere); densitatea crete pnla 1,40 g/cm3; constanta dielectricse reduce pnla o zecime din cea a apei obinuite; temperatura de nghecoboarla - 40 ... - 50 C.

nu fierbe la 100

o

C dar se transformn vapori la temperaturi de 650 ... 700 C.Apa strns adsorbit(appolimerizat) are consistena unei vaseline care nconjoarpermanent particulele de argilparticulele.Ca urmare, acestea nu ajung niciodat n contact direct una cu cealalt, ciinteracioneazdoar prin intermediul forelor de atracie i de respingere de natur

fizico-chimic.

Grosimea stratului de apadsorbitdepinde de aceiai factori ca i grosimea stratului de cationi.

Geotehnica Partea I


46/88

Geotehnica Partea I

46

Complexul de adsorbtie

Complexul de adsorbtie din jurul fiecarei particulesolide de pmnt argilos este format din:

- stratul difuz de cationi- apa adsorbita

Grosimea complexului de adsorbtie (distanta fata desuprafata particulei la care se anuleaza potentialulelectric, ) depinde de:

- valena cationilor,V- concentraia cationilor, C- constanta dielectrica a mediului (capacitatea destocare a energiei electrostatice /permitivitatearelativa), r- temperatura mediului, t

- presiunea, p, ca urmare a incarcarilor exterioareaplicate pamantului.

Geotehnica Partea I


47/88

Geotehnica Partea I

47

PLASTICITATEA, COEZIUNEA I CONSISTENA PMNTURILOR ARGILOASEPlasticitatea se definete drept capacitatea unui material de a suferi modificri de form sub aciuneaforelor exterioarefrmodificarea volumuluii fra se rupe.

Coeziunea este acea component a rezistenei unui material care nu se datoreaz forelor exterioare

aplicate.

Dou experiene simple dovedesc c att plasticitatea ct i coeziunea pe care le manifest pmnturileargiloase se datoreazprezenei n structura lor a apei adsorbite:

se usuco probde argili se transformn pudrprin mojarare; prin amestecare cu appudra se

transformntr-o pastcare manifestatt plasticitate ct i coeziune care se datoreaza particulelorde argilncrcate electric i dipolilor de ap;

se aduce o probde cuar la gradul de finee al particulelor de argil; indiferent ct de fine ar fiparticulele, prin amestecare cu apnu se obine o pastcare smanifeste plasticitate i coeziune(existdipolii de ap, dar lipsesc particulele ncrcate electric).

n concluzie, doar mineralele argiloase active n raport cu apa pot conferi pmnturilor plasticitate icoeziune.

Geotehnica Partea I


48/88

Geotehnica Partea I

48

n funcie de prezena acestor proprieti, pmnturile se clasificn doumari categorii: pmnturile coezive, cu comportare plastic-pmnturile fine(prafurile si argilele)

pmnturile necoezive, cu comportare neplastic-pmnturile grosiere(pietrisurile si nisipurile)

Consistena

Variaiile de umiditate ale unui pmnt coeziv conduc la modificri importante ale comportrii acestuia.

Diferitele stri prin care trece pmntul se definesc drept stri de consisten.

Geotehnica Partea I


49/88

Geotehnica Partea I

49

La umiditi mari, pmntul devine lichid vscos(noroi) care curge.

Pe masura ce umiditatea se reduce, prin uscare,pmntul devine plastic, adicse poate modela norice formfrscrape.

Cnd uscarea continu, la o anumit umiditate,pmntul nceteaz de a mai fi plastic i devinesemi-solid, avnd rezisten la forfecare mare darcontinund smanifeste contracie prin uscare.

n final, procesul de uscare va duce pmntul lapunctul n care contracia nceteaz, iarcomportarea este a unui corp solid, cu volumstabil i o rezistenmare.

Diagrama de corelare ntre umiditatea wi volumul V,care definete diferitele stri ale pmntului argilos, dela starea de lichid vscos la starea de corp solid, pe

msura reducerii umiditii.

Geotehnica Partea I


50/88

50

Tranzi

ia de la starea de lichid la starea plastic

i apoi la starea de semi-solid

i solid se produce la anumiteumiditi caracteristice, numite limite de consistensau limitele lui Atterberg.

Limita de lichiditate, wL, care face trecerea de la starea curgtoare la starea plastic, este umiditatea minimde la care pmntul curge sub propria-i greutate.

O pastde pmnt avnd w wLia forma vasului n care este aezat.

Limita de plasticitate, wP, care face trecerea de la starea plastic la starea de corp semi-solid, esteumiditatea minimla care pmntul se mai comportca un material plastic.

Sub limita de plasticitatese situeazlimita de contracie, wS, care face trecerea de la starea de corp semi-

solid la cea de corp solid i este umiditatea sub care nu se mai produce micorarea volumului odat cureducerea umiditii.

Geotehnica Partea I


51/88

51

Limitele de consistense determinn laborator pepaste confecionatedin pmntul de analizat.

De aceea, determinarea lor nu comportfolosirea deprobenetulburatede pmnt.

Determinarea limitei de plasticitate, wP, se face prin doumetode:

metoda cilindrilor de pmnt; metoda mediilor absorbante.

Metoda cilindrilor de pmnt Se determinumiditatea minimla care un pmnt poate fimodelat sub formde cilindri de 3 ... 4 mm diametru i 40 ... 50mm lungime prin rulare cu palma pe suprafaa plana unor plci

de sticlmat(poroas).Se pregtete o pastbine omogenizat, consistent, din care,prin rulare se formeazcilindri de pmnt.Dacla grosimea de 3 ... 4 mm cilindrii nu crap, operaia serepetpncnd, prin pierderea apei, cilindrii se fisureazi seseparn buci.n acest moment se determinumiditatea, rezultatul obinutreprezentnd limita inferioarde plasticitate.

Geotehnica Partea I


52/88

52

Metoda mediilor absorbante.

Se confecioneaztrei discuri de pastcu diametrul de cca 50 mm i grosimea de cca 2 mm.Fiecare disc este pus ntre hrtii de filtru. Pachetul format din cele trei discuri cu hrtiile de filtru (mediileabsorbante) se aeazntr-o pressub o presiune de cca 65 daN/cm2, timp de 30 minute.

Se considerctimpul de eliminare a apei a fost suficient dac, punnd discul de pmnt pe o sticlde ceas(concava) i apsnd cu mna, discul crap.n acest caz, se determinumiditatea discului care se ia drept limitde plasticitate. n caz contrar, operaiade presare continupncnd, la apsare, se produce crparea discurilor.

Limita de plasticitate, wP, se situeazntr-un interval relativ restrns de umiditi (20% - 40%).

Determinarea limitei de lichiditate, wL, se face prin doumetode:

metoda cu cupa; metoda cu conul.

Geotehnica Partea I


53/88

53

Metoda cu cupa CasagrandeCupa poate fi ridicatilsatscadde la o nlimede 10 mm pe un postamentde ebonit, cu o frecvende120 cderi pe minut.Din proba de pmnt sub

formde pastplastic moalese umple cca. 2/3 din cupiarcu o spatulstandardizatseface o tieturpnla fundulcupei.

Metoda constndeterminarea umiditii lacare tietura fcutse nchidepe 12 mm lungime dup25de cderi ale cupei pepostament .

Geotehnica Partea I


54/88

54

.Pentru a evita un numr mare de ncercri, se are n vederefaptul c, ntr-o reprezentare semilogaritmic, relaia dintreumiditatea pastei i numrul de cderi N ale cupei necesarepentru nchiderea tieturii pe 12 mm, este liniar

n consecin, sunt suficiente douncercri asupra a douprobe

de consistene diferite, determinndu-se la fiecare ncercareumiditatea probei i numrul de cderi.

Umiditatea corespunztoare la 25 de cderi, care corespundelimitei superioarde plasticitate, wL, se determinprininterpolare grafic.

Geotehnica Partea I


55/88

55

Metoda cu conul VasilievSe folosete un con din oel inoxidabil, cu unghiul lavrf de 30oi nlimea de 25 mm avnd, mpreuncucontragreutile care-i asigurstabilitatea, o masde 76grame.Proba de pmnt, adussub formde pastplasticmoale, se introduce ntr-un pahar care se umple fra

se lsa goluri, nivelndu-se cu un cuit.

Se aeazconul la suprafaa probei i se lassptrundprin greutate proprie.

Se considercpasta are o umiditate egalcu limita

de lichiditate, wL, atunci cnd conul ptrunde pe 10mm.

Limita de lichiditate, wL, variazmult n funcie de tipul de pmnt, domeniul uzual fiind ntre 30%

i 60% dar uneori poate atinge chiar 900 %.

Valori mari ale limitei de lichiditate pot fi de regulatribuite prezenei unor minerale foarte active, de felulmontmorillonitului.

Geotehnica Partea I


56/88

56

Indicele de plasticitate, IP

Indicele de plasticitate, IP,exprimcantitativ plasticitatea pmntului.

P L PI w w=

Mrimea luiIPeste o caracteristicimportantpentru recunoaterea i clasificarea pmnturilor argiloase.Factorii de care depinde mrimea luiIPsunt:

Compoziia mineralogic (pmnturile bogate n montmorillonit au IP mai mare dect cele bogate ncaolinit).

Geotehnica Partea I


57/88

57

Compoziia granulometric

Cu ct un pmnt este mai bogat n prifine (sub 0,002 mm), cu att IP este maimare.

Pmnturile cuIP10% au o plasticitate foarte redus.IP>50 indico plasticitate mare.

Activitatea argilelor

Activitatea argilelor a fost definitde Skempton prin indicele de activitateA:

PIAa

=

IPeste indicele de plasticitate (%);aeste procentul de particule cu d< 2 .

Geotehnica Partea I


58/88

58

n funcie deA, argilele se clasificn:

Argile inactive : A0,75Argile normale(cu activitate medie)

: 0,75


59/88

59

La determinarea luiICpe baza limitelor de plasticitate (wLi wPcare se determinpe probe remaniate) nu seine seama de influena legturilor structurale, de felul legturilor de cimentare, care sunt distruse prinremanierea probei.

La pmnturile la care legturile structurale sunt importante, valorileICcalculate in functie de wLi wPnucaracterizeaza corect starea de consistenreala pmntului.

De aceea, este necesar ca starea de consistensse aprecieze i prin ncercarea depenetrare staticcare seefectueaza in situ (pe teren).

Geotehnica Partea I


60/88

60

Penetrometrul static

Penetrometrul static const dintr-o tij central terminat cu un vrfconic i dintr-o eavexterioar.

Acestea se nfig n pmnt succesiv printr-o apsare continuexercitatprin intermediul unor prese hidraulice.

Se nfige la nceput tija central, nregistrndu-se rezistena opus depmnt la naintarea conului, notatRpc.

Se nfige apoi eava exterioar, nregistrndu-se mrimea totala foreide frecare pe manta (suprafaa lateral), notatFM.

Geotehnica Partea I


61/88

61

Se obine o diagramde penetrare static, careexprimvariaia cu adncimea a celor doumrimi,Rpci FM.

Pusn corelare cu coloana stratigraficrecunoscutprintr-un foraj apropiat, diagrama de penetrare static

permite detectarea imediata zonelor mai slabe sau,dimpotriv, a stratelor tari, compacte.

n vederea aprecierii strii de consisten, seutilizeazvalorile rezistenei pe con,Rpc.

Geotehnica Partea I

STRUCTURA PMNTURILOR


62/88

62

STRUCTURA PMNTURILOR

Prin structura unui pmnt se nelege felul n care sunt distribuite i orientate, n cuprinsul maseipmntului, cele trei faze-solid, lichidi gazoas.

Structura pmnturilor este rezultatul modului de formare i al sistemului de fore de interaciune dintreparticule care se manifestn cursul formrii.

Aceste fore includ forele gravitaionale, cele exercitate de aciunea apei i aerului, tensiunea superficial,precum i forele electromagnetice de atracie i respingere dintre particule.

Structura pmnturilor necoezive

n pmnturile necoezive forele predominante care acioneazasupra unei particule sunt propria greutate i

forele transmise direct de particulele vecine.

n cursul procesului de sedimentare particulele se depun individual i intrn contact cu cele anteriordepuse.

Structura rezultatse numete structurgranular.

n funcie de condiiile n care s-a format depozitul, granulele acestor pmnturi se pot dispune n modurifoarte diferite, conducnd la densiti diferite ale masei pmntului.

Geotehnica Partea I

Lichefierea nisipurilor fine afnate


63/88

63

Lichefierea nisipurilor fine afnate

Fenomenul de lichefiere reprezinta proprietateanisipurilor fine afnate de a trece, n anumitecondiii, n stare de plutire.Lichefierea poate fi evideniat prin urmtoareancercare:

- se ia un vas cu nisip saturat (acoperit cu ap) ;- se aeazo bilpe suprafaa nisipului;- se produce un oc introducnd brusc o vergea nnisip n apropierea bilei.

Se constatcbila se scufundn masa de nisip.

Dac, nainte de a se face ncercarea, se introduce n vas un tub piezometric, se constatcn momentul ncare s-a produs ocul, nivelul apei n tub crete.

nseamncn masa de nisip s-a dezvoltat o presiune hidrodinamic, wp h= , de jos n sus (n direciade minimrezistenspre suprafa) care anuleaztemporar contactele ntre particule (p> presiunea datdegreutatea proprie) i pmntul trece n starea de plutire.

Lichefierea nisipurilor produsn timpul unor cutremure produce prbuirea construciilor.

Geotehnica Partea I


64/88

64

Structura pmnturilor coezive

Asocierea particulelor de argil i a straturilor lor de ap adsorbit reprezint baza fizic de formare astructurii pmnturilor coezive.

Fie douparticule de argilaflate n suspensie. 1 particula de argil

2 complexul de adsorbtieForele care acioneaz asupra celor dou particulede argilsunt:

- forele gravitaionale, G- neglijabile

- forele de respingere,R- forele de atracie,A

Geotehnica Partea I


65/88

65

Fora de respingere,R,este o forde naturelectrostatic(Coulomb)

Proprietati:

- descrete exponenial cu distana dde la particul;- este variabil, fiind influenatde toi factorii caredeterminvariaia cu distana fade particulapotenialului electric (temperatur, valen, concentraie,constantdielectric);

- depinde de natura mediului n care are loc sedimentarea,deci de natura stratului difuz de cationi.

Fora de atracie, A,este o forde naturelectromolecular(Van der Waals)

Proprietati:

- se anuleazmai repede cu distana;- este independentde natura mediului;depinde de structura cristalina particulelor.

A= K/ d 3

K constanta de naturelectromoleculard distana dintre douparticule de argil

Geotehnica Partea I


66/88

66

Pentru un pmnt existo singurcurbde variaie aforei de atracie,A.

Pentru acelai pmnt, exist diferite curbe devariatie ale forelor de respingere,R:

corespunde unei concentraii minime de ioni nsoluie (forde respingere mare)

corespunde unei concentraii maxime de ioni nsoluie (forde respingere mic)

Fora rezultantnet

Pentru o anumitdistan, d, fora rezultantnet, care rezultca suma celor doufore,Asi R, determinmodul cum se produce sedimentarea si, implicit, tipul de structura pmntului coeziv.

Geotehnica Partea I

Fora rezultantneteste o forde respingere


67/88

67

f p g

Curbelori le corespundecurba rezultant .

Particulele sunt distanate ntre ele, deoarecenveliul de apadsorbiteste mare (concentraie

sczutde sruri).Particulele se depun n mod individual n straturisuccesive paralele.

Predominaezareafan faa particulelor.Se formeazo structurde tip dispers, caracteristic

apelor dulci.

n momentul iniial, stratul de pmnt este foarteporos i compresibil.Cu timpul, datoritgreutatii straturilor depusedeasupra, nveliul de apadsorbitse subiazi seproduce o compactare a pmntului.

Geotehnica Partea I


68/88

68

Fora rezultantneteste o forde atracie

Curbelori le corespunde curba rezultant

Structura formatse numete structura de tip flocular.Se deosebesc doutipuri de asemenea structur.

Structura de tip flocular fa-pe-fa seformeaz prin depunere n ape srate i secaracterizeazprin agregate de particule.

Structura de tip flocular muchie-pe-fa se formeaz prindepunere ntr-un mediu cu o concentraie mare de ioni dehidrogen i o valoare sczutpH.

Geotehnica Partea I


69/88

69

Structura pmnturilor influeneazcomportarea pmnturilor sub solicitri.

Astfel, la un volum egal de goluri, pmntul cu structurde tip flocular cu dispunere muchie-pe-fa(a)are rezistenla forfecare mai maredect pmntul cu structurde tip dispers (b) solicitat la forfecare pedirecie paralelcu particulele.

Geotehnica Partea I

Structuri compozite


70/88

70

Majoritatea pmnturilor sunt amestecuri de particule grosiere inactive i fraciuni active constnd dinparticule de dimensiuni coloidale.De aceea, majoritatea pmnturilor au structuri compozite.

Dacprocentajul de particule grosiere este redus (a), pmntul pstreazcele mai multe din proprietile

argilelor (plasticitate, coeziune etc.) dar la un grad mai redus.Dacprocentajul de particule grosiere este mare (peste cca 70%), ele ajung n contact una cu cealalt, icomportarea devine, n esen, cea a unui pmnt necoeziv.

a) b)

Geotehnica Partea I

Coeziunea structurala argilelor


71/88

71

Coeziuneareprezintprincipalcaracteristica argilelor.

Coeziunea primareste generatde atracia simultana moleculelor de apdin nveliul de apadsorbitde ctre particulele de argili este specifictuturor pmnturilor coezive.

Coeziunea structural este datorat legturilor de cimentare sau cristalizare care se formeaz prindepunerea treptata unor sruri.Coeziunea structuraleste reprezentatprin legturi rigide care nu se mai refac dacsunt distruse.

1 - particula de argil; 2 apa adsorbit; 3 legaturde cimentare

Geotehnica Partea I

M difi i t t l l t il i


72/88

72

Modificri structurale la pmnturile coezive

Modificrile structurale la pmnturile coezive pot apare ca urmare a unor efecte mecanice (presiuneasau forfecarea) sau a unor efecte fizico-chimice (cimentarea particulelor).

Presiuneaproduce reaezarea particulelor, care tind sse orienteze normal pe direcia presiunii, micorarea

porozit

ii

i cre

terea densit

ii.Presiunea favorizeazi formarea legturilor chimice ntre particule n prezena agenilor de cimentare.

Forfecarea pmnturilor coezive produce o reorientare a particulelor paralele cu direcia de forfecare.

O argilla care tulburarea s-a produs astfel nct structura originare distrusse numete argilremaniat.

Geotehnica Partea I

Sensitivitatea argilelor


73/88

73

Sensitivitatea argilelor, exprimat prin indicele de sensitivitate, St, reprezint micorarea rezistenei laforfecare prin remaniere:

St =Rezistena n stare netulburatRezistena remaniat

Indicele desensitivitate Sensitivitatea

< 8 mic

8 30 medie30 50 ridicat> 50 foarte ridicat

Tixotropia argilelor

Tixotropiase definete drept proprietatea unui sistem coloidal de a trece din starea de gel n stare curgtoare

sub efectul unei aciuni mecanice i de a reveni la starea de gel cnd aciunea nceteaz.Argilele avnd o structurfoarte afnatmanifestproprietatea de tixotropie. Printr-o aciune mecanic,legturile slabe dintre particule se distrug i pmntul se comportca un lichid vscos. Fenomenul estereversibil.

Tixotropia se manifestla baterea piloilor prefabricati n pmnturile argiloase. La suprafaa de contact

dintre pmnt i pilot are loc o remaniere a structurii pmntului, rezistena pmntului fiind astfelmicorat, ceea ce favorizeazptrunderea mai uoara pilotului. Dupbaterea pilotului trebuie streacun timp de odihn pentru refacerea legturilor, nainte de a se trece la ncrcarea acestuia.

Geotehnica Partea I

PROPRIETI FIZICE DE BAZ ALE PMNTURILOR


74/88

74

PROPRIETI FIZICE DE BAZALE PMNTURILOR

Proprietile fizice ale pmnturilor sunt proprietile care caracterizeazrelaiile dintre fazele constituenteale pmnturilor.

Porozitatea (n %)

Fie un volum Vcompus din:Vs volumul prii solideVw volumul ocupat de apa din poriVg volumul ocupat de aerul i gazele din poriVw+ Vg= Vp volumul porilor

Gs, Gw, Gg greutile corespunzatoare celor trei volumeGs+Gw+Gg= G greutatea total

Se considercvolumele aferente celor trei faze s-ar fiseparat pe nlimea unei probe avnd seciunea unitari volumul V.

Prin definiie: % 100pVnV

=

Geotehnica Partea I

Indicele porilor (e)


75/88

75

Indicele porilor (e)

Prindefiniie:

p

s

Ve

V=

n(%)i enu se determinn laborator; se calculeazn funcie de , si w.

Relaiile de legturntre n% i e

%100 1

p

p p s

psp s

s s

V

V V Vn eV VV V V e

V V

= = = =+ +

+

%

100 1n e

e=

+

%100

%1 100

p

p p

ps p

V nV V Ve

V nVV V VV V

= = = =

%100

%1 100

n

e

n

=

Geotehnica Partea I

Valorile uzuale ale lui n% pentru diferite categorii de pmnturi


76/88

76

Model la care particulele de pmnt ar avea forma unor sfere egale.

Se demonstreazcvolumul maxim de goluri se obineatunci cnd centrele sferelor sunt n colurile unor cuburi:

nmax= 48%

Volumul minim de goluri rezultatunci cnd centrelesferelor se gsesc n colurile unor tetraedri:

nmin= 26%

Geotehnica Partea I

La nisipuri, granulele nu sunt egale i nu au form sferic.


77/88

77

La nisipuri, granulele nu sunt egale i nu au formsferic.

Totui analogia cu sferele este util, deoarece limitele de variaie ale porozitii sunt, n mod obinuit, ntre23 50%.

Nisipurile care conin mineralul micpeste 40% pot avea poroziti de 90%.

La pmnturile argiloase, gama de variaie a porozitilor este mare, depinznd de starea de consistenapmntului:

Starea de consisten n(%)

Argile recent depuse (mlurile) 70 90

Argile moi 50 70Argile consistente i vrtoase 30 50Argile tari 15 30

Pmnturile loessoidese caracterizeazprin poroziti mari, ntre 40 60 %.

Geotehnica Partea I

Umiditatea (w)


78/88

78

U a a ( )

Umiditatea pmnturilor este raportul dintre masa apei Mwconinutn porii unui volum dat de pmnt imasa particulelor solideMs:

% w

s

Mw

M

=

Umiditatea se determin n laborator prin uscarea probei de pmnt n etuv timp de 4-6 ore la otemperaturde 105oC.

Diferena ntre masa probei nainte i dupuscare reprezintmasa apei,Mw, iar masa particulelor solideMsse obine prin cntrirea probei uscate.

Geotehnica Partea I

Greuti unitare


79/88

79

Greutatea specific,s

Greutatea specificeste greutatea unitii de volum a scheletului.Determinarea greutii specifice se face cu ajutorulpicnometrului.Metoda se bazeazpe msurarea indirecta volumului scheletului prin cntriri

succesive ale probei de pmnt, la nceput n stare uscati apoi imersatn apadin picnometru.

1 2

s ss

ss

w

G GG G GV

= =+

Gs - greutatea pmntului uscat n etuv la105oCG1 - greutatea picnometrului umplut cu lichid

pnla reperG2 - greutatea picnometrului + ap+ prob.

Se cntrete picnometrul cu ap, apoi picnometrul cu api pmnt (a cruigreutate n stare uscatGsa fost msurat).Volumul particulelor este volumul de appe care acestea l dislocuiesc.

Greutatea specifica pmntului depinde de greutatea specific(densitatea)mineralelor componente.

2,6


80/88

80

Greutatea volumiceste greutatea unitii de volum a pmntului n stare natural(inclusiv golurile).G

V=

n funcie de starea de umiditate a pmntului, se deosebesc patru situaii crora le corespund relaii diferitentre i ali indici geotehnici (

s, n%, w%).

Se considerun cub de laturegala cu 1.Porii se concentreazpe o nlime egalcu n%/100, iar partea solidpe o nlime egalcu 1-n%/100,(n%/100 = Vp/V = Vp/1).

a) Greutatea volumica pmntului uscat, d

0;

%% 100; 1 :1

1 100

p s

p sd s

G G G

V G nn

V

= =

= = =

s- greutatea specifica pmntului

%1

100d sn

=

Geotehnica Partea I

b) Greutatea volumica pmntului saturat (porii plini cu ap), sat


81/88

81

sat

sat

;

% %1 :1

100 100

% %1

100 100

p w s w

s ws w

s w

G G G G G

G G n n

V

n n

= = +

+ = = +

= +

c) Greutatea volumica pmntului umed (parial saturat),

%% 100;

100%

1100

%1

% %1001 11 100 100

w

s w s ss

s

s

s w s

G ww G G G G G

Gw

G G

wG

G G n w

V

= = + = +

= +

+ +

= = = + +

Geotehnica Partea I

d) Greutatea volumica pmntului n stare submersat, '


82/88

82

Cubul unitar nconjurat de ap este supus forei de subpresiuneegalcu greutatea G' a volumului de apdislocuit.

( )

( )

w

%'; ' 1

100

' ' %

' 11 100

% %1 1

100 100

%' 1

100

s

s s

s

w s w

s w

nG G G G

G G G G n

V

n n

n

= =

= = =

=

=

'= sat- w

, s, wse determinn laborator, iar nse calculeazn funcie de acetia, pornind de obicei de la greutateavolumicn stare uscat, d.

Pentru un pmnt dat, greutile volumice se situeazn urmtoarea ordine dupmrime:sat' d < < <

Geotehnica Partea I

Determinarea greutii volumice a pmnturilor


83/88

83

Metoda de laborator

Metoda uzualde laborator pentru determinarea greutii volumice este metoda cu tana.

Se utilizeazo tancilindricde metal prevzutcu un guler prelungitor i ascuitla vrf care se nfige

n pmnt astfel nct pmntul s depeasc nivelul gulerului. Dup scoaterea tanei de ndeprteazgulerul, pmntul n exces este eliminat, nivelndu-se cele doufee ale tanei, astfel nct volumul probeide pmnt sfie egal cu cel al tanei.

Se cntrete tana cu proba de pmnt, din care, sczndu-se greutatea cunoscuta tanei goale, se aflgreutatea Ga probei.

Greutatea volumicse aflcu relaia:

1 2G GG

V V

= =

G1 - greutatea tanei cu pmnt, n grame for;G2 - greutatea tanei goale, n grame for;V - volumul tanei, n centimetri cubi

Geotehnica Partea I

Metode de teren


84/88

84

Determinarea volumului cu nisip afnat uscat- indicatn cazul pmnturilor coezive.

Determinarea volumului cu api folie de material plastic- indicatn cazul pmnturilor necoezive

Se niveleazprin spare o suprafacircularorizontal. Pe suprafaase aeazun inel sau o ramptratdin lemn fasonat.n interiorul inelului (ramei) se sapo groap(40-60 cm).Materialul rezultat din spturse cntrete imediat, determinndu-segreutatea G.Pentru aflarea volumului gropii, pe suprafaa interioara acesteia seaeazo folie de material plastic ale crei margini se petrec peste faa

superioara inelului (ramei).Se toarnn groapappnla nivelul feei superioare a inelului.

Volumul gropii se determincu relaia:

1 2V V V= V1- volumul apeiV2- volumul interior al inelului

Pentru fiecare ncercare se determincu relaia:G

V=

Geotehnica Partea I

Gradul de saturaie, Sr


85/88

85

Gradul de saturaie se definete ca raport ntre volumul apeiconinute n porii pmntului i volumul total alporilordin acel pmnt.

wr

p

VS

V

=

%

100

w

w w s sr

s s w w

G

G wS

e V G e e

= = =

sat100%

1100

w

s

ww

ss

Gw

G

new

n

=

= =

sat

%

%rw

S w=

n cazul pmntului saturat (Sr= 1):%

100s

w

we

=

Geotehnica Partea I

Clasificarea pmnturilor n funcie de gradul de saturaie:


86/88

86

Sr< 0,4 pmnt uscat0,4 < Sr< 0,8 pmnt umed0,8 < Sr< 1 pmnt foarte umed

Sr= 1 pmnt saturat

Geotehnica Partea I

Gradul de ndesare, ID


87/88

87

Gradul de ndesareeste caracteristica de bazcare definete stareapmnturilor necoezive.

max

D

max min

e - eI =

e - e

emax- indicele porilor pentru starea cea mai afnat,emin- indicele porilor pentru starea cea mai ndesatie- indicele porilor pentru starea natural.

Starea pmnturilor necoezive se defineste in funcie de gradul de ndesare,ID,exprimat n procente.

Grad de ndesare, ID [%] Termen calificativ0 15 Foarte afnat

16 35 Afnat36 65 ndesare medie

66 85 ndesat86 100 Foarte ndesat

Geotehnica Partea I

Valoarea indicelui porilor n stare natural, e, trebuie obinutpe baza probelor netulburate de pmnt.


88/88

88

n cazul pmnturilor necoezive este practic imposibil de obinut din foraje probe netulburate.De aceea, aprecierea strii de ndesare a straturilor de pmnt necoezive se face pe baza rezultatelorncercrilor pe teren.

ncercarea de penetrare standard (Standard Penetration Test SPT) este o ncercare de teren curentutilizatpentru aprecierea strii de ndesare a pmnturilor necoezive.

ncercarea const din nfigerea n pmnt n interiorul gurii de foraj a unei evi 51 mm,L= 76 cm, cu loviturile date de un berbec care are greutatea G= 63,5 daN i cade de la h = 75 cm.

Se lassptrundeava pe 15 cm (pentru a se depi zona n care pmntul ar putea fi deranjat) apoi se

numrloviturile (N) care se aplicpentru ptrunderea evii pe 30 cm.n funcie deN, se apreciazstarea de ndesare:

N < 5 pmnt foarte afnat5

Documents

01.Geotehnica-Partea I_ Pag. 1-88