Download pdf - Cursuri Geotehnica

Geotehnică – note de cursConf.dr.ing. Irina Lungu, Prof.dr.ing. Anghel Stanciu

Cursul nr. 5

Bibliografie: A. Stanciu & I. Lungu, FUNDAŢII – IFizica şi Mecanica Pământurilor, Ed. Tehnică, 2006

Geotehnică - note de curs Conf. Irina Lungu & Prof. Anghel Stanciu

Presiunea capilară

deficit de presiune → To (componenta orizontală → tinde săapropie pereţii tubului) şi Tv (componenta verticală → determinăcomprimarea scheletului solid)

Rezultanta forţelor de compresiune, pe unitatea de suprafaţă, egalăcu forţa ascensională a meniscurilor, se numeşte presiune capilară

u∆

wck hu γσ ⋅=∆=


În cazul în care apare şi presiunea atmosferică

dacă z > z0, în apa capilară vor apăreatensiuni de întindere, iar în scheletul solid,tensiuni de compresiune de valoare egală cucele de întindere (d).

dacă z < z0 în apă vor rezulta solicitări decompresiune (conform legii hidrostatice),scheletul solid fiind supus la eforturi deîntindere (forţă ascensională arhimedică). Înlipsa presiunii atmosferice, apa capilară petoată înălţimea capilară va fi supusătensiunilor de întindere iar scheletul lacompresiune (b)

presiunea care încarcă scheletul solid (pk)

zpu watz ⋅−=∆ γ

k s k g k k zp A A p e e uσ σ⋅ = ⋅ ⇒ = ⋅ = ⋅∆

( ) ( ) kkkkksk epnpAp σσσ ⋅+=⇒=−⋅⇒⋅=⋅ 111


Concluzii practice: pentru zona de saturare capilară a unui pământ necoeziv, presiunea capilară pe

schelet (pk) trebuie considerată la nivelul respectiv ca o sarcină exterioarăcontinuă, uniform repartizată (valori orientative în tabelul de mai jos);

presiunea/tensiunea efectivă la o anumită cotă va fi suma a 3presiuni:

pentru fundaţiile de suprafaţă, la care talpa se plasează sub nivelul liniei desaturare capilară, dar deasupra nivelului apei subterane, presiunea capilară peschelet (pk) se va considera asemeni sarcinii geologice ( ) de la nivelultălpii uniform şi continuu distribuită.

uσ σ′ = − cz h≤

( )log

pz z k

presiuneapresiunea din sarcina geo icăcapilarăactiunea exterioară calculată cu

pγ

γ

σ σ σ

′

′ = + +

z fDγσ γ ′= ⋅

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 ÷ 10,0praf 1000 ÷ 10000 10,0 ÷ 100,0argilă > 10000 > 100,0


apa capilară de contact

• aceasta, prin tensiunile superficiale ale meniscurilor, induce presiuni capilareapreciabile, datorită razelor mici ale meniscurilor, ce tind să preseze granulele uneleîn altele, determinând o anumită legătură între granule, similară ca acţiune unor forţede atracţie, ceea ce a determinat introducerea noţiunii de coeziune aparentă, cecaracterizează acest fenomen.

• coeziunea aparentă se manifestă atâta timp cât există meniscuri capilare în masa depământ şi dispare odată cu dispariţia meniscurilor de contact, prin uscareapământului sau saturarea lui (umplerea tuturor porilor cu apă)

• prin valorile importante ale coeziunii aparente face ca nisipurile (pământuri necoezive), lavalori ale umidităţii de cca. 5- 6%, să prezinte rezistenţe la întindere şi forfecare sporite şichiar să se menţină în taluz vertical pe cca. 50 cm şi totodată să prezinte o înfoierecaracterizată printr-o porozitate maximă


Înfoierea pământurilorgradul de înfoiere, definit ca fiind raportul dintre

densitatea pământului în stare naturală (ρ) şidensitatea volumică a pământului după săpare (ρg)

utilizat în calculul volumelor de pământ rezultate dinsăpături, ce sporesc prin afânare cu cca. (i-1)⋅100

pentru terenuri foarte coezive……………. 30- 35% pentru terenuri de coeziune mijlocie...….. .25- 30% pentru terenuri slab coezive şi necoezive..15- 25%

Tipul pământului Înfoierea iniţială (%) Înfoierea remanentă (%)

Pământuri nisipoase 15 3Nisipuri argiloase 20 4Argile nisipoase 25 5Argile compacte 30 7Roci masive moi 40 15Roci masive tari 50 25

• La recompactareapământului rezultat dinsăpătură şi care s-a înfoiat seconstată obţinerea unui gradde compactare mai mic decâtcel pe care l-a avut în starenaturală, diferenţa definindu-se prin aşa numita înfoiereremanentă


Sucţiunea apei din porii pământului

este definită (STAS 3950-81) ca fiind deficitul de presiuneîn raport cu presiunea atmosferică, care apare în apa dinporii materialelor hidrofile nesaturate (porii sunt parţialumpluţi cu apă).

sucţiunea poate fi interpretată nu numai ca deficit depresiune dar şi ca efort de tracţiune, ce se exercită asupraapei şi prin urmare se poate măsura în N/cm2, bari saucentimetri coloană echivalentă de apă (h).

indicele sorbţional pF sau potenţialul de umiditate, exprimatca logaritmul în baza zece din înălţimea coloanei de apăechivalentă: pF= log10h

( ) ( ) ( )2 0cm.H O =13,59 - cm.Hgucs h h× ⋅


În cazul pământurilor necoezive,fenomenele de interfaţă determină apariţiameniscurilor capilare, ce induc în masa apeipe care o mărginesc un deficit de presiune(∆u), care determină sorbţia apei dintensiometru şi prin aceasta denivelareamanometrului, ce se stabilizează înmomentul echilibrării câmpului de forţe cese exercită asupra apei capilare. Ca urmare,pentru aceste pământuri sucţiunea esteegală cu forţa ascensională a meniscurilorcapilare, deci , suc = -∆u = -(-γ⋅hc).

În cazul pământurilor coezive, fenomenele deinterfaţă determină existenţa în jurul particulelor acomplexului de adsorbţie, respectiv a apeiadsorbite, cu grosime dictată de valoareapotenţialului termodinamic al particulelor. Dacăgrosimea învelişului de apă adsorbită din jurulparticulelor nu asigură saturarea potenţialuluitermodinamic, atunci câmpul de forţe nesaturattinde să-şi asigure grosimea maximă de apăadsorbită, prin exercitarea unei sorbţii asupra apeilibere din tensiometru, până la atingerea grosimiicorespunzătoare a învelişului de apă adsorbită.


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,determinând astfel migrarea apei capilare şi adsorbite prin pământ, în vederea regăsirii stării deechilibru, momentan perturbate.

În principiu, metodele de determinare a sucţiunii se bazează pe ideea supunerii probelor de pământ uneisorbţii / sucţiuni induse de o anumită valoare (PF →1033 cm coloană de apă = 1 atm = 0,98 bar = 0,97daN/cm2 ≈ 100 kPa la 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 menţinapa adsorbită în probă. La acel moment se determină, prin metodologia clasică, umiditatea probei (wi)şi se obţine astfel un punct (i) al curbei prin coordonatele sale (wi, pFi =lg suci).


Drenare gravitaţională Filtre aciculare vacumate Drenare electro-osmotică Umiditatea corespunzătoare

unei sucţiuni de 15 bari (pF=4,2)este denumită, umiditatea deofilire permanentă (wof).

Umiditatea corespunzătoaresucţiunii de 1/3 bari (pF = 2,5)este definită ca fiind capacitateade câmp (w0,33=wcâmp) adicăumiditatea corespunzătoarecantităţii maxime de apă strânsşi slab legată din pământ.

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


Plasticitatea şi consistenţa pământurilor argiloase Particulele solide sunt înconjurate de un

complex de adsorbţie: de grosime neglijabilă în raport de dimensiunea

particulei – nisipuri de grosime comparabilă cu dimensiunea

particulei – pământuri coezive Câmp de forţe de atracţie generat de particule

asupra apei şi cationilor hidrataţi → atracţieasupra aceloraşi cationi hidrataţi de către maimulte particule → o forţă de coeziune variabilăca intensitate, în funcţie de grosimeacomplexului de adsorbţie şi de cantitatea deapă din pământ, deci de umiditatea lor.

coeziune structurală - cs nu se reface prin remaniere coeziune electromoleculară – cw se reface prin

remaniere Pământ uscat – corp solid, cu structură rigidă,

rezistenţe mecanice relativ mari şi culorideschise

Prin umezire – creşte grosimea peliculei deapă adsorbită, dispar contactele directe întreparticule, devine mai deformabil prin schimbarede formă → iar când apa suplimentată prinumezire nu mai este adsorbită, se reduc pânăla dispariţie forţele de atracţie şi pământuldevine un fluid vâscos.


Această proprietate a unorpământuri coezive(argiloase) sau semicoezive(prăfoase), aflate întreanumite limite deumiditate, , de a sedeforma ireversibil subacţiunea forţelor exterioare,fără variaţii ale volumului şifără apariţia unordiscontinuităţi în masa lorpoartă numele deplasticitate (STAS 3950-81).

este deci o proprietateintrinsecă a acestor tipuri depământuri, ea nu esteinfluenţată de umiditatea dezăcământ a pământului

Pământuri plastice Pământuri neplastice (nisip)

Starea solidă Starea semisolidă Starea plastică Starea de curgere (fluidă)

p Lw w−


Limita superioră de plasticitate (de curgere, de lichiditate – liquid limit) – wL, umiditatea care corespundetrecerii pământului din stare plastică în stare curgătoare.

Cupa Casagrande – metodologie - se defineşte ca fiind limita superioară de plasticitate (wL), umiditateaprobei omogenizate, 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 însistemul de coordonate (log n, O, w) o dreaptă.

Conul Vasiliev - limita supe-rioară de plasticitate este definită ca fiind umiditatea corespunzătoare pasteiomogenizate pentru care conul pătrunde sub propria-i greutate 10 mm în pastă

121,0

25

⋅=

nwwL

n este numărul de căderi ale cupei;w, umiditatea corespunzătoare numărului de căderi.


limita inferioară de plasticitate (wP – plastic limit) sau limită defrământare, respectiv umiditatea care corespunde treceriipământului din stare tare în stare plastică;

Metoda cilindrilor de pământ – se realizează cilindri din pământomogenizat, prin rulare - dacă cilindrii realizaţi, cu lungimea decca. 30-50 mm, fisurează în momentul atingerii diametrului de 3-4 mm, se consideră că pământul are o umiditatecorespunzătoare limitei inferioare de plasticitate sau limitei defrământare

Metoda mediilor adsorbante - constă în principiu în eliminareaexcesului de apă peste cel corespunzător limitei defrământare, prin supunerea unor probe de pământ remaniat(disc cu , limitat de hârtie de filtru) uneipresiuni standard de 63,5 daN/cm2 timp de 30 secunde (STAS1913/4-86).

50 mmφ = 2h mm=

pentru pământurile cu plasticitate redusă (Ip < 5%) şi cufracţiunea P74 ≈ 5–12%, unde limitele de plasticitate nu se potdetermina cu suficientă exactitate, laboratorul rutier dinCalifornia a pus la punct o încercare de măsurare a elementelorfine (argiloase) dintr-o masă de nisip.

Indicele ce defineşte raportul între fracţiunea de nisip şielementele fine este echivalentul de nisip (EN) definit caraportul dintre volumul părţilor silicioase sedimentate (nisip) şivolumul total al mate-rialului spălat şi floculat

EN% 1001

2 ⋅=HH

20EN ≤ plastice;

20 < 30EN ≤ cu plasticitate mijlocie;

EN > 30 neplastice


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) dereferinţă (tabelul de mai jos) şi procentajul de filer al nisipului studiat, pentru aceeaşi valoare aechivalentului de nisip:

între două agregate care au aceeaşi valoare EN este indicat să se utilizeze cel care posedă valoarea CA mai puţin 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 (internăşi externă), a particulelor de pământ → indice de nocivitate al pământului, din punct de vedere alfolosirii ca material de construcţie pentru terasamente.

EN % 10

0 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 7,5 5 2,5 0

% fi

ler

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

aENavandstudiatnisipuluialfilerdeprocentulaENpentrureferintadeuimaterialulalfilerdeprocentulCA

==

=

2

% 100 amINA

= ⋅


Caracterizarea pământului Observaţii

< 0,1 Pământ insensibil la apă

Caracterizare convenţională, deoarece nu poate exista 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

2,5 Limita dintre pământurile prăfoase cu plasticitate redusă şi cele cu plasticitate medie

6,0 Limita dintre pământurile prăfoase şi cele argiloase8,0 Limita dintre pământurile argiloase şi cele foarte argiloase

µ ≤

/ amVA I

1N ≤ inactive, fără fracţiunea argilă;3N ≤ 1< inactive, cu minerale argiloase;

3 < 5N ≤ 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;


Indice de plasticitate: Ip = wL – wP → caracterizarea pământurilor coezive

Starea de plasticitate Ip Denumirea pământului

Neplastice 0 Nisip

Cu plasticitate redusă ≤ 10 Nisip prăfos, praf nisipos

Cu 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

evaluarea stării de plasticitate pe criterii empirice

Nr.crt. Grad de plasticitate globală Aparenţă la pipăit

Posibilitate de frământare a cilindraşilor

Diametrul minim a

cilindraşilor

1 Neplastic Aspru Nu se poate executa Nu se poate executa

2 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 Strălucitor Foarte uşor de executat 1 mm

6 Plasticitate foarte ridicată

Foarte strălucitor, ca ceara Foarte uşor de executat 0,5 mm


• Diagrama de variaţie a plasticităţii cu limita decurgere şi clasificarea pământurilor dupăCasagrande

Limitele de plasticitate sunt dependente de masaprocentuală de particule argiloase şi de naturamineralelor argiloase


Mineralul Cationi ws % wp % wL % Ip %

mon

tmor

illon

itNa 9,8 54 710 656K 9,3 98 660 562Ca 10,5 81 510 429Mg 14,7 60 410 350Fe 10,3 75 290 215Fe - 73 140 67

illit

Na 15,4 53 120 67K 17,5 60 120 60Ca 16,8 45 100 55Mg 14,7 46 95 49Fe 15,3 49 110 61Fe - 46 79 33

caol

init

Na 26,8 32 53 21K - 29 49 20Ca 24,5 27 38 11Mg 28,7 31 54 23Fe 29,2 37 59 22Fe - 35 56 21

Umidităţile limită ale principalelor minerale argiloase


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) estenecesar a se preciza starea sa fizică (de consistenţă) în raport cu umidităţile limită în mod similarca starea de îndesare la pământurile necoezive.

pentru a determina cantitativ poziţia unui pământ pe axa umidităţilor şi a stabili starea deconsistenţă, s-a definit indicele de consistenţă (Ic), respectiv de lichiditate (IL = 1 – Ic)

pL

Lc ww

wwI−−

=

În consecinţă, stările fizice ale pământului în raport devalorile indicelui de consistenţă vor fi:

starea lichidă sau curgătoare

starea plastică

starea semisolidă

starea solidă

0,0<cI

0,00,1 << cI

( )1 /c L s pI w w I ≤ ≤ −

( ) / /L s p c L pw w I I w I − ≤ ≤


Caracterizare pământ Indice de consistenţă Indice de lichiditate

Curgătoare

Plastic curgătoarePlastic moalePlastic consistentăPlastic vârtoasăTare

0<cI 0,1≥LI

25,0≤cI 0,175,0 << LI

50,025,0 ≤< cI 75,050,0 ≤< LI

75,050,0 ≤< cI 50,025,0 ≤< LI

0,175,0 << cI 25,0≤LI

0,1≥cI 0≤LI

Rezistenţa la compresiune monoaxială (daN/cm2)

Consistenţa după STAS 1243-88

Consistenţa după Terzaghi

şi Peck

Presiunea critică pe pământ (daN/cm2)

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 – 1,850,50 – 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 – 7,42,0 – 4,0 tare foarte rigid 5,7 – 11,4 7,4 – 14,8

> 4,0 tare tare ≥ 11,4 ≥ 14,8


Concluzii privind consistenţa pământurilor:• pământurile cu Ic<0,5 nu pot fi folosite ca terenuri de fundare, fără a fi îmbunătăţite,

iar la fundarea pe pământuri cu Ic< 0,75 sunt de aşteptat tasări apreciabile subsarcină. Atunci când pământul se utilizează ca material de construcţie aterasamentelor este indicat ca Ip ≤ 10…15%, iar în cazul straturilor de formă < 6.Indicele de consistenţă să fie (pentru < 0,75 pământul se lipeşte decupa / bena utilajului, iar la valori < 0,5 execuţia mecanizată nu este posibilă).

• Din punct de vedere al posibilităţilor de compactare

pI0,75 1,00cI ≥ − cI

cI

•0,00 < cI ≤ 0,5 compactarea nu este posibilă;•0,50 <

cI ≤ 0,75 compactare foarte dificilă;•0,75 <

cI ≤ 1,00 compactare posibilă dar ineficientă (poate apare un comportament de tippernă de cauciuc;

•1,00 < cI ≤ 1,10 compactare eficace;•1,10 <

cI ≤ 1,30 compactare în domeniu optim;

cI• > 1,30 pământul este prea uscat şi necesită un consum mai mare al energiei de compactare.

→ necesitatea stabilirii unei umidităţi optime de compactare – wopt

→ încecarea de laborator – Proctor normal/modificat


Valori orientative ale umidităţii optime de compactare a pământurilor pentru Proctor normal şi modificat

Denumirea pământului conform STAS 1243

Umiditatea optimă wopt %Proctor normal(L=0,6 J/cm3)

Proctor modificat(L=2,7 J/cm3)

Argilă grasă 20 – 25 15 – 20Argilă 16 – 23 12 – 18Argilă prăfoasă 16 – 22 12 – 17Argilă nisipoasă 14 – 20 10 – 16Argilă prăfoasă nisipoasă 16 – 18 12 – 14Praf argilos 14 – 18 10 – 14Praf argilos nisipos 12 – 16 9 – 12Praf 13 – 16 10 – 12Praf nisipos 11 – 16 8 – 12 Nisip argilos 13 – 16 10 – 13Nisip prăfos 11 – 14 8 – 11Nisip 8 – 11 6 – 8Pietriş 4 – 8 3 – 6Balast 2 – 6 2 – 5


Variaţiile de volum ale pământurilor

Fisurile fragmentează masa de argilă în bucăţi mai mici - glomerule sau bulgări sau mai maridenumite generic bolovani, conferindu-i acesteia o macropermeabilitate care intensificăprocesele de fisurare în plan şi în adâncime, fapt ce face ca aceste argile să mai fie cunoscuteşi sub numele de argile fisurate.

Ipoteze privind contracţia şi umflarea:a) ipoteza presiunii capilareb) ipoteza atracţiei moleculare.

• pământurile care la variaţii de umiditate prezintăvariaţii importante de volum sunt denumitepământuri contractile, expansive sau active, oripământuri cu umflări şi contracţii mari (P.U.C.M.),(STAS 1913/12-88 şi Cod N.E. 0001-96).• variaţiile de volum în cicluri succesive, contracţie-umflare, provoacă discontinuităţi în masapământurilor (în zona superficială, până la adâncimide cca. 2-2,5 m) sub formă de fisuri şi crăpături, carese accentuează în perioadele secetoase şi se închid înperioadele ploioase.


Ipoteza presiunii capilare

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 careiau naştere în schelet, prin deformarea sa, echilibrează presiunile capilare;

atunci când tensiunile din scheletul solid, apărute prin deformarea sa, egalează valoarea maximă apresiunilor capilare (corespunzătoare razei minime a meniscurilor) deformaţia pe verticală încetează şimeniscurile capilare pătrund în interiorul scheletului

prin pătrunderea în structură a meniscurilor capilare se creează posibilitatea apariţiei unor meniscuricapilare pe direcţia orizontală, care prin presiunile pe care le dezvoltă, provoacă apariţia microfisurilor şirespectiv a macrofisurilor în teren


Ipoteza atracţiei electro-moleculare

În baza acestei ipoteze, umflarea şi contracţia sunt determinate de modificarea distanţelor interparticulare, prinefectul 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 câmpuride forţe electro-moleculare nesaturate în jurul particulelor, fapt ce determină o adsorbţie a apei în masapământurilor spre asigurarea saturării lor; acest proces de migrare a apei continuă până la atingerea în jurul tuturor particulelor a grosimiiînvelişului de apă 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 prinevaporare, atunci în jurul particulelor din această zonă intensitatea câmpului de forţe electro-molecularenesaturate devine mai mare în raport cu al particulelor ce nu şi-au modificat grosimea învelişului de apăadsorbită şi se micşorează distanţa între particule prin micşorarea grosimii învelişului de apă adsorbită.

În cazul în care umflarea pământului ar fi împiedicată, atunci asupraelementului, ce împiedică umflarea se exercită presiuni numite presiunide umflare (pu), cu atât mai importante (2-3 daN/cm2) cu cât gradul deumiditate iniţial al pământului este mai redus şi grosimea învelişului deapă adsorbită corespunzătoare tipului de pământ este mai mare.

- greutatea volumică în stare uscată (daN/mc);


Presiunea de umflare

log 2,182 0,0208 0,000665 0,0269u L dp w wγ= − + ⋅ + ⋅ − ⋅

pu ≈ 0,5735 ⋅ Ip – 10,9196

up - presiunea de umflare (daN/cm2);

Lw

pI - indicele de plasticitate (%);

dγ

w

- limita superioară de plasticitate (%);

- 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 tensiunesuplimentară indusă în acestea, precum şi importante sporuri ale împingerii ( ) exercitate de către pământasupra elementelor de susţinere (culei de pod, ziduri de sprijin, pereţi de subsol, etc.).

uvp

uhp


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), natura cationilor adsorbiţi.

Factori care determină variaţiile de umiditate factorul climatic, care condiţionează variaţiile de temperatură şi

umiditate în sol; condiţiile hidrogeologice; vegetaţia; variaţia umidităţii terenului în perioada de execuţie şi în timpul

exploatării construcţiilor


Factorul climatic

prin nivelul precipitaţiilor (cca. 500-700mm/an) şi variaţiile de temperatură în sol, înintervalul vară-iarnă sau chiar în cuprinsulaceleaşi zile provoacă prin regimul loralternant şi variaţii pe verticală, mişcăritermo-osmotice ale apei adsorbite în sol,însoţite de fenomene de umflare-contracţie.

Ca urmare a fenomenelor de umflare-contracţie, pământurile fisurează şi crapăfavorizând şi mai mult evaporarea şi deciintensificarea procesului.

În condiţiile climatice din ţara noastră, zonade fisuri şi crăpături (zona activă), se extindepână la 2-2,5 m cu deschiderea medie acrăpăturilor de cca. 5-10 cm


Condiţiile hidrogeologice

cazul I: nivelul hidrostatic subteran la adâncimea mai mare de 10 m., umiditate constantă subadâncimea de 2,00 m şi o zonă de variaţie sezonieră a umidităţii, cu aluri diferite pentru vară şi iarnă, îngrosime de 0-2,00 m. Rezultă deci, pentru cazul I, că zona cu posibile variaţii de volum, dependente decondiţiile climatice, este situată între 0,00 şi 2,00 m şi prin urmare adâncimile de fundare adoptate trebuiesă fie mai mari de 2,00 m, pentru a se evita efectele variaţiilor de volum asupra fundaţiilor. cazul II: prezenţa apei subterane la cote mai mici de 2,00 m, există două orizonturi distincte pentruperioada de vară şi respectiv de iarnă. Umiditatea rămâne practic constantă peste adâncimea de cca. 1,40 mşi zona supusă variaţiilor de umiditate, respectiv de volum are grosimea de cca. 0-1,40 m. Adoptarea înacest caz a unor adâncimi de fundare nu mai mari de 1,40 m. cazul III: când nivelul hidrostatic se găseşte la adâncime inter-mediară, între 2,00 şi 10,00 m, existădouă orizonturi ce corespund adâncimilor maxime de variaţie ce se ating vara (C) şi respectiv iarna (D). Însuprafaţă, până la adâncimea de cca. 2,00 m variaţiile de umiditate sunt dictate de condiţiile climatice, dupăcare urmează o zonă cu umidităţi practic constante (AE). Fundarea în zona (AE) sau sub nivelul (C) (cândzona AE lipseşte) elimină efectele variaţiilor de volum asupra construcţiilor. Punctele caracteristice alediagramei (A,B,C,D,E) se determină prin observaţii sezoniere pe teren.

vegetaţia

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 unordeteriorări ale acestora, prin contracţia terenului de fundare (fig.2.115.) sau umflări prin tăierea arborilor. Înraport de sucţiunea indusă prin rădăcini şi respectiv de intensitatea fenomenelor de asecare, speciile de arbori potfi considerate (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 armai constitui un pericol pentru construcţie.


Variaţia umidităţii terenului, în perioada de execuţie 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 execuţia construcţiei aavut 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, ce determină umflări în special în zonacentrală a construcţiei.

La construcţiile industriale, un rol important în apariţia şi dezvoltarea procesului deumflare-contracţie îl au procesele tehnologice ce pot modifica temperatura şi umiditateaterenului de fundare, prin surse puternice de căldură sau de frig.

De asemenea, unele reziduuri chimice (de exemplu soluţie de acid sulfuric) pot provocaumflarea terenului de fundare, chiar dacă acesta nu prezenta anterior un potenţial de umflare-contracţie important.


Caracterizarea PUCM – curba de contracţie


Limita de contracţie - ws

Indicele de umflare contracţie – Icu

• posibile numai fenomene de contracţie, ;• posibile atât fenomene de contracţie, cât şi fenomene de umflare, ;• posibile numai fenomene de umflare, .

Indicele de activitate – IA


Naturapământului

Limitanisip nisip prăfos praf argilă

superioară de plasticitate (wL%) 15 - 20 20 - 30 30 - 40 40 - 150inferioară de plasticitate (wp%) - 17 - 20 20 - 25 25 - 50indicele de plasticitate (Ip%) 0 3 - 10 10 - 15 10 - 100limita de contracţie (ws%) 12 - 18 12 - 20 14 - 25 8 - 35

ISsat

sat

ssat

satcu VV

VVwwwwI

−−

=−−

=

0=cuI10 << cuI

1=cuI

2AI

I pA =

Activitatea pământurilor [J/g] [%]Puţin activ ≤ 0,75 ≤ 12 < 5Cu activitate medie 0,76…1,25 13…25 5…10Activ - 26…37 -Foarte activ > 1,25 > 37 > 10

Alte criterii şi indici• criteriul de plasticitate , caracterizează contractilitatea unui pământatunci când ;• contracţie volumică, definită ca raportul procentual dintre variaţia de volum, datorităuscării unui pământ saturat şi volumul final permite caracterizareapământurilor ca teren de fundare

- terenuri bune pentru fundare < 5%;- terenuri mijlocii pentru fundare 5% < < 10%;- terenuri necorespunzătoare 10% < < 15%;- terenuri inutilizabile > 15%.


( )2073,0 −⋅= Lp wCpp CI ≥

( )( )v 100 /i f fC V V V= − ⋅

vC

vC

vC

vC

FracţiuneaA2 %

Ip % wS % wL %Potenţialul de

umflare< 15 < 18 < 15 < 39 redus

13 – 23 15 – 28 10 – 16 39 – 50 mediu20 – 31 25 – 41 7 – 12 50 – 63 mare

> 28 > 35 > 11 > 63 foarte mare

Amprenta pământurilor


aria amprenteiaria cercului de referintarA =

( )2i j

ni j

A AA

A A+

=⋅ −