Curs 01 Partea 01 Stabilitatea Masivelor de Pamant 24 Martie 2014

8/17/2019 Curs 01 Partea 01 Stabilitatea Masivelor de Pamant 24 Martie 2014

1/6


2/6

Note de Curs – Fundaţii I CFDP ITM 2013-2014 24 Februarie 2014

Stabilitatea masivelor de pământ PaginaC01-2 din C01-6

Roca de bază prezintă condiţii de stabilitate mai bune, suprafaţa de contact dintre ”formaţiuneaacoperitoare” şi “roca de bază” reprezintă de regulă o suprafaţă potenţială de alunecare.

Când “formaţiunea acoperitoare” lipseşte, roca de bază fiind la zi, interesează grosimea zonei dealterare, sistemele principale de fisuri ale rocilor, poziţia planelor de stratificare, şistuozitate, clivaj,orientarea planelor de faliere a diaclazelor în raport cu căderea suprafeţei terenului. Acestea trebuieprivite ca posibile suprafeţe potenţiale de pierdere a stabilităţii.

Condiţiile geologice sunt cele care determină alegerea schemelor şi metodelor de estimare astabilităţii taluzurilor şi versanţilor, a ipotezelor de calcul, orientarea corectă în alegereaparametrilor de calcul.

Condiţiile geologice fiind foarte complexe, este greu să le introducem în calcul; trebuie alesescheme simple de analiză a stabilităţii care pot fi exprimate uşor matematic, care să reflecte însă esenţialul privind factorul geologic al zonei studiate. De o deosebită importanţă este faptul dacă masivul este omogen sau alcătuit dintr-o serie sedimentară, dacă stratificaţia, planul de contact întreformaţiunea acoperitoare şi roca de bază, şistuozitatea, sistemele principale de fisuri suntconcordante cu căderea suprafeţei masivului sau au cădere înspre interiorul masivului.

Este necesar să se cunoască unghiul dintre direcţia stratului şi direcţia versantului sau taluzului şiinfluenţa acestuia asupra stabilităţii taluzului, ştiind că stabilitatea este maximă când taluzul esteperpendicular pe direcţia straturilor şi minimă când este paralel cu direcţia acestora.

Tipul deplasărilor de teren, modul de dezvoltare, dinamica manifestării lor este în corelare curezistenţa rocilor ce intră în componenţa masivului.

- În rocile tari sau stâncoase deplasările se produc instantaneu, f ără semne prevestitoare, ele fiindcunoscute sub denumirea de prăbuşiri, surpări, rostogoliri;- În rocile moi, în special la cele legate (coezive), deformaţiile sunt evidente, semnalândposibilitatea declanşării şi sunt cunoscute sub denumirea de alunecări de teren.

La rocile tari un factor de prim ordin îl constituie discontinuităţile structurale ale masivului şianume: fisuri, falii, accidente tectonice, şariaj.

Aceste discontinuităţi reprezintă zone de minimă rezistenţă, zone de iniţiere a unei suprafeţepotenţiale de rupere. La aceste discontinuităţi structurale interesează pe lângă elementele deorientare în spaţiu (direcţie, cădere ) şi rezistenţa materialului de umplutură.

Factorul litologic şi petrografic

Studiul mineralogic şi petrografic al rocilor, atât al argilelor cât şi al rocilor stâncoase poate daindicaţii utile în stabilirea cauzelor şi evoluţiei deplasărilor de teren. Studiul mineralogic al argilelorconstituie o latură a cercetării alunecărilor de teren.

În ceea ce priveşte studiul petrografic al rocilor stâncoase, este important să se cunoască în principalnumai acea zonă a masivului ce constituie zona de alterare şi care prezintă puncte în care semobilizează forţele de declanşare a deplasărilor de teren.

Între natura rocii şi pierderea stabilităţii masivului există o foarte frecventă şi determinantă legătură.Uneori natura rocii componente a unui masiv are rol prioritar în ceea ce priveşte condiţiile destabilitate ale acestuia. Deosebit de frecvente sunt deplasările în rocile noi legate, în special în celeargiloase. Alunecările în rocile argiloase sunt favorizate de posibilitatea schimbării în limite foarte


3/6



largi a caracteristicilor geomecanice funcţie de condiţiile în care se află acestea, schimbări care suntrezultatul a doi factori şi anume:- conţinutul de apă ce dă acestor roci o anumită stare de consistenţă;- caracteristicile structurale în care se includ legăturile rigide de cimentare a particulelor argiloase.

Litologia unui masiv poate favoriza dezvoltarea unor alunecări datorită unor condiţii ca de exemplu:existenţa unor straturi capabile să constituie suprafeţe de alunecare pentru stratele situate deasupra;

succesiune de straturi permeabile şi impermeabile care permite pătrunderea apei de infiltraţie înadâncul masivului, stocarea ei subterană, apariţia locală a subpresiunii sau a unor procese deantrenare a particulelor fine şi alterare mecanică sau chimică, formarea de izvoare cu acţiuneerozivă; prezenţa unor straturi deformabile în adâncime care provoacă apariţia unor alunecări înstraturile superioare.

Factorul hidrogeologicFactorul hidrogeologic influenţează condiţiile generale de stabilitate a unui masiv. S-a constatat că un masiv în condiţii de umiditate naturală prezintă stabilitate mai bună decât un masiv în care segăseşte apă subterană. Aceasta se poate afla în regim hidrostatic (repaos) sau hidrodinamic(mişcare).Apa subterană poate diminua stabilitatea prin:

- schimbarea forţelor de greutate ce intervin asupra masivului;- punerea sub presiune a unor straturi permeabile când apa se găseşte în repaos;- efectul de subpresiune şi antrenare când apa se găseşte în mişcare;- efectul de “pană” când apa pătrunde în fisuri, crăpături;- acţiune mecanică de eroziune sau chimică de spălare;- modificarea caracteristicilor de rezistenţă ale rocilor;- preluarea de către apă a unei părţi din încărcare care pe unitatea de suprafaţă e denumită presiuneneutrală;- apariţia unor izvoare ce constituie surse de dezvoltare a unui proces de eroziune, subminare;- dezvoltarea unor forţe de capilaritate şi sucţiune.

Aceste fenomene nefavorabile condiţiilor de stabilitate depind de natura rocilor, de componenţa

chimico-mineralogică, de structură şi textură, de sursele de alimentare cu apă ale straturilor ce intră în alcătuirea masivelor, de chimismul apelor subterane etc.

Factorul hidrologicFactorul hidrologic este reprezentat de apele de suprafaţă în totalitatea formelor întâlnite (cursuri deapă, lacuri, mări etc.). Poate influenţa condiţiile de stabilitate pe mai multe căi. Ele constituie osursă de umezire a masivelor de roci şi de alimentare a apelor subterane prin infiltraţie.

De asemeni, prin acţiunea mecanică de erodare pot produce zone de descărcare a bazei unor masivede rocă, pot îndepărta suportul unor straturi superioare, subminând stabilitatea unor zone situate lacontactul cu apele de suprafaţă.

Factorul climaticEste reprezentat de precipitaţiile atmosferice şi variaţiile de temperatură. Acestea pot acţionaseparat sau influenţa lor poate să se întrepătrundă. Precipitaţiile influenţează sub aspectul cantităţiide apă, dar şi sub aspectul duratei de cădere.

Ploi de durată, precum şi topirea lentă a zăpezii duc la infiltrarea unei cantităţi mari de apă în masiv,ceea ce poate genera deplasări de teren prin mărirea greutăţii, diminuarea caracteristicilor derezistenţă prin apariţia unor presiuni şi subpresiuni în crăpături şi fisuri, prin ridicarea niveluluiapelor subterane.


4/6



Variaţiile de temperatură pot duce la degradarea rocilor prin insolaţii, îngheţ-dezgheţ. Apar procesede dilatare şi contracţie care conduc la apariţia unor crăpături şi fisuri. Acestea constituie zone deminimă rezistenţă, puncte de acces în masiv a apelor provenite din precipitaţii.

Gradul de alterare

În natură se petrec procese de alterare care au drept rezultat scăderea caracteristicilor de rezistenţă ale unui masiv de rocă. O rocă având o anumită denumire, din punct de vedere geologico-ingineresc

poate prezenta diferite calităţi ce depind de particularităţile ei de stare.

Prin alterare se înţelege modificarea în sens negativ a caracteristicilor fizico - mecanice(geomecanice) sub acţiunea factorilor naturali sau provocaţi, de natură fizică sau chimică. Alterareaeste mai intensă în zona superficială a scoarţei, dar poate avea loc şi în adâncime.

Alterarea de suprafaţa e denumită “alterare epigenă”, iar cea de adâncime, ”alterare hipogenă”.

Alterarea superficială este reprezentată de complexul de transformări ce are loc în intimitatearocilor sub influenţa agenţilor modificatori externi. Ea reprezintă o adaptare a structurii şicompoziţiei chimico - mineralogice a rocilor la condiţiilor de mediu. Aceasta constă într-o serie detransformări ce ţin de domeniul geochimiei, şi se reflectă în modificarea tipurilor de minerale ce

intră în compoziţia rocilor.

Alterarea superficială prezintă două aspecte şi anume: alterarea fizică sau dezagregarea şi alterareachimică sau descompunerea. Dacă alterarea fizică reprezintă un proces cantitativ alterarea chimică este un proces calitativ.

Alterarea fizică e provocată în principal de variaţiile de temperatură prin insolaţie şi prin îngheţ-dezgheţ, prin acţiunea de eroziune a apelor şi a altor agenţi atmosferici.

Alterarea chimică cuprinde o serie de procese chimice ca: oxidarea, hidratarea, hidroliza,carbonatarea.

Alterarea de adâncime constă într-o alterare fizică şi una chimică.În adâncime alterarea fizică are loc sub influenţa forţelor tectonice sau provoacă sisteme de fisuri şifalii. Materialul dezagregat rezultat suferă în contact cu aerul şi apa o alterare accentuată. Cândfrecvenţa fisurilor este mare şi este asociată cu circulaţia apei, în cazul umplerii cu material argilos,ele devin foarte periculoase.

Alterarea chimică în adâncime are loc îndeosebi sub acţiunea apelor calde ce conţin diferiţimineralizatori (4000C, H2S, CO2) având drept rezultat apariţia unor minerale argiloase care suntcele mai defavorabile pentru stabilitatea masivelor.

Prin alterare fizică şi chimică slăbeşte treptat coeziunea rocilor.

În factorii de alterare se poate include şi alterarea biologică şi cea cauzată de activitatea omului.Alterarea biologică este provocată de organisme şi în special de microorganisme care atunci cânddispun de condiţii favorabile dezvoltării lor provoacă o dezagregare a rocilor şi o schimbare acompoziţiei chimice a acestora. Flora şi fauna contribuie la alterarea rocilor prin:- adsorbirea din soluţii cu apă a unor compuşi ce le întreţin viaţa;- dislocarea prin rădăcini ce pătrund în pământ a rocilor de la suprafaţă;- producerea prin putrezire a unor acizi şi enzime ce uşurează dezvoltarea lor.

Microorganismele anaerobe descoperite în pământuri pot provoca:


5/6



- diferenţe de potenţial electric între straturi ca urmare a transformării fierului bivalent în fiertrivalent;- apariţia unei pelicule de apă între straturi cu potenţiale electrice diferite printr-o electro-osmoză naturală;- descompunerea alumosilicaţilor;- creşterea volumului de gaz în pori şi a presiunii apei din pori.

Omul, prin activitatea sa constructivă produce de asemenea procese de alterare care favorizează ulterior acţiunea unor agenţi de alterare ce duc la înrăutăţirea comportării rocilor din punct devedere mecanic. Factorii de alterare ce ţin de activitatea omului sunt:

- folosirea unor tehnologii bazate pe explozii, vibraţii, şocuri, care cauzează extinderea fisurilorexistente, deschiderea altora noi, apariţia unor fenomene de lichefiere;

- dezvoltarea în apă şi aer a unor deşeuri, produse de mare agresivitate;

- realizarea unor lucrări de construcţii ce presupun volume mari de excavaţii, aducerea la zi a unorroci sănătoase, încărcarea masivelor cu sarcini statice şi dinamice;

- activitatea de exploatare a unor cantităţi mari de minerale utile, materiale de construcţii în subteranşi la zi;

- activitatea de defrişare, desţelenire, de realizare a unor sisteme de irigaţii, a unor acumulări de apă;rădăcinile copacilor menţin stabilitatea taluzurilor prin efecte mecanice şi contribuie la uscareataluzurilor prin adsorbirea unei părţi din umiditatea solului; despădurirea taluzurilor strică regimulumidităţii la suprafaţa stratelor.

Toate acestea produc modificări privind condiţiile de stabilitate ale masivelor de roci cu urmăriimediate sau care se dezvoltă în timp.

Factorul geomecanic

Se referă la totalitatea caracteristicilor fizico-mecanice ale structurilor geologice susceptibile defenomene de instabilitate. Acestea trebuiesc precizate pentru condiţiile reale în care se găsesc rocilece intră în componenţa masivelor. În acest sens determinarea lor pe eşantioane de rocă trebuie să reproducă condiţiile din teren, preferabilă fiind determinarea lor la faţa locului.

În aprecierea condiţiilor de stabilitate ale unui masiv interesează în mod deosebit unele caracteristicifizico-mecanice şi anume:

- rezistenţa la tracţiune, întindere, din încovoiere, compresiune în cazul prăbuşirilor, rostogolirilor, încovoierilor de straturi;

- rezistenţa la forfecare în cazul alunecărilor propriu-zise;

- frecarea rocă pe rocă în cazul alunecării în lungul fisurilor f ără material de umplutură;

- limitele de curgere, limitele de plasticitate, umiditatea naturală în cazul alunecărilor în rociargiloase, curgeri plastice sau fluide;

- deformabilitatea rocilor ce alcătuiesc formaţiunea acoperitoare.


6/6



Proprietăţile fizico-mecanice ale rocilor derivă din modul de agregare a mineralelor componente şidin gradul de conservare a caracteristicilor acestora: compoziţie chimică, structură, textură, formade zăcământ. Aceasta face ca rocilor tari, stâncoase să le fie specifice unele proprietăţi care la rocilemoi nu sunt întâlnite sau au o manifestare redusă.

La rocile tari stâncoase unde deplasările de teren au o dinamică deosebită de cele din rocile moi,interesează în mod special rezistenţa la întindere, întinderea din încovoiere - compresiune,

forfecarea, toate acestea într-o corelare strânsă cu dezvoltarea sistemului principal de fisuri, cudiscontinuităţile stratigrafice sau de şistuozitate.

Determinarea acestora pe eşantioane în cadrul unor încercări de laborator nu oglindeşte veridiccomportarea reală din masiv, date fiind dimensiunile reduse ale epruvetelor. Aceasta impuneintroducerea unor factori de corecţie luând în consideraţie efectul de scară sau efectuarea unor

încercări “în situ”.

O atenţie deosebită trebuie acordată stabilirii relaţiei de legătură eforturi - deformaţie ce furnizează o serie de parametri ce sunt utilizaţi în analizele de stabilitate a masivelor de roci tari. Aceastafurnizează modul de comportare al rocilor ce poate fi elastic, elasto-plastic, casant, comportare ceserveşte la stabilirea modelelor matematice de analiză a stabilităţii.

De asemenea trebuie precizaţi cât mai corect parametri rezistenţei la forfecare (φ,c) pentru rocă câtşi pentru materialul de umplutură din fisuri, falii, când acestea sunt cu sau f ără material deumplutură.

La rocile moi, rezistenţa la tracţiune,compresiune, întindere prin încovoiere nu poate fi luată îndiscuţie ele rezistând unor solicitări doar prin rezistenţa pe care o opun la forfecare (tăiere). Înschimb rocilor moi le sunt specifice unele proprietăţi ce derivă din interacţiunea acestora cu apa şianume: plasticitate, capilaritate, filtraţie, modificarea stării de rezistenţă ca urmare a variaţieiconţinutului natural de apă şi a stării de îndesare ca urmare a variaţiei volumului de goluri. Aceastase reflectă prin modificarea caracteristicilor de rezistenţă şi deformabilitate transformând rocile moidintr-un material relativ rezistent cu deformaţii reduse, într-un material cu deformaţii mari decurgere cu rezistenţă foarte redusă.

Determinarea în laborator a caracteristicilor fizico-mecanice ale rocilor moi modelează mai binesituaţia reală existentă la un moment dat în masiv dar nu poate prinde în totalitate influenţa unorfactori modificatori a acestora ce au o dezvoltare întâmplătoare în timp şi spaţiu. Se impune şi aiciacceptarea unor corecţii de trecere de la scara determinărilor în laborator la scara fenomenului realsau precizarea unor caracteristici prin încercări nedestructive sau “în situ”.

Proprietăţile geomecanice determinate în laborator pe epruvete sau “în situ”, varia ţia acestora înadâncime pe un profil studiat sau o zonă studiată, pot furniza indicaţii privind:

- straturile susceptibile de alunecare, ca fiind acelea în care caracteristicile de rezistenţă suntminime, în care apar concentrări de umiditate, care sunt caracterizate de plasticităţi mari şiconsistenţă redusă, ce prezintă deformabilităţi mari;

- poziţia suprafeţei de minimă rezistenţă (alunecare), extinderea ei în profil transversal, formageometrică a suprafeţei posibile de cedare;

- modul de manifestare a deplasării ca o mişcare spontană sau cu o dezvoltare în timp;

- extinderea ei în profunzime şi în plan, volumul masei de rocă susceptibil deplasării.

Documents

Curs 01 Partea 01 Stabilitatea Masivelor de Pamant 24 Martie 2014