Definirea Structurii Geologice și Hidrogeologice a Lafarge Ciment Medgidia

Studiu geotehnic în incinta [NUME_REDACTAT] Medgidia,

județul [NUME_REDACTAT]

Lucrarea de față intitulată “Studiul geotehnic în incinta [NUME_REDACTAT] Medgidia, județul Constanța” are ca scop principal definirea structurii geologice și hidrogeologice dar și caracterizarea geotehnică a terenului de fundare, în cele două amplasamente în care s-au executat foraje geotehnice în vederea executării în condiții de siguranță a celor trei noi obiective constând în filtru, ventilator și coșul ventilatorului.

Investigațiile geotehnice ale terenului de fundare au constat în:

foraje geotehnice în sistem uscat

teste de penetrare standard în foraj, executate la intervale de 2m

probare geotehnică, probele netulburate se recoltează pe intreaga adâncime a forajului, la intervale din 2 m în 2 m în cazul unei stratificații uniforme și la fiecare schimbare de strat, precum și la modificarea naturii sau stării fizice a pamântului (umiditate, consistența), din care a rezultat un număr de 21 probe netulburate și 15 probe tulburate

Forajele geotehnice de explorare se efectuează pentru:

stabilirea stratificației terenului (natura, succesiunea și grosimea straturilor), până la adâncimea de 8, respectiv 10m.

stabilirea nivelului apei subterane și variația acestuia în perioada execuției forajului

prelevarea de probe de teren (netulburate și tulburate) pentru determinări fizico-mecanice în laboratorul geotehnic;

recoltarea de probe de apă pentru determinarea compoziției chimice

cerecetarea terenului prin penetrare dinamică SPT.

Pe baza rezultatelor analizelor de laborator se poate realiza caracterizarea terenului de fundare, se poate calcula capacitatea portantă a terenului de fundare și tasarea terenului de fundare.

În primele capitole este prezentată o sinteză a geologiei generale a zonei în care s-a executat studiul geotehnic de față, urmată de o prezentare a proprietăților fizico-mecanice ale rocilor și studiul terenului de fundare conform normativelor în vigoare în vederea fundării directe a construcțiilor.

Lista tabelelor inserate în text

Capitolul II – Proprietățile fizico-mecanice ale rocilor

Tabel 1. Gradul de îndesare al rocii nisipoase………………………………………………………………………………………………..28

Tabel 2. Valorile indicelui de plasticitate caracteristice rocilor argiloase…………………………………………………………..30

Tabel 3. Punctele caracteristice ale amprentei………………………………………………………………………………………………..31

Tabel 4. Domenii de variație pentru limite…………………………………………………………………………………………………….32

Tabel 5. Corelatii între starea fizicã a terenurilor si rezultatele SPT (dupa Staciucu M., 2000)…………………………….52

Capitolul III – Fundarea directă și tasarea

Tabel 1. Factorii de formă ai fundației –[NUME_REDACTAT]………………………………………………………………………………….57

Tabel 2. Coeficienții condițiilor de lucru( NP-112/2007)………………………………………………………………………………..63

Tabel 3. Factori de capacitate portantă –ppl, (NP112/2007)……………………………………………………………………………..64

Tabel 4. Factori de capacitate portantă –pcr, norme românești…………………………………………………………………………66

Tabel 5. Factori de formă- pcr norme românești………………………………………………………………………………………………67

Tabel 6. Umidități caracteristice ale PSU (anexa 1, NP7-2000)………………………………………………………………………..69

Tabel 7. Valorile rezistențelor structurale pentru pământuri loessoide din România (NP125)………………………………72

Capitolul IV – Studiu de caz

Tabel 1. Poziția și tipurile investigatiilor executate…………………………………………………………………………………………79

Tabel 2. Parametrii geotehnici ai matricii complexului calcaros……………………………………………………………………….86

Tabel 3. Parametrii de compactare ai matricii complexului calcaros…………………………………………………………………86

Tabel 4. Parametrii geotehnici ai intercalațiilor argiloase………………………………………………………………………………87

Tabel 5. Rezultatele obținute în urma testului SPT, foraj F1…………………………………………………………………………….90

Tabel 6. Presiunea convențională amplasament 1……………………………………………………………………………………………91

Tabel 7. Presiunea plastică, amplasament 1……………………………………………………………………………………………………92

Tabel 8. Presiunea critică, amplasament 1……………………………………………………………………………………………………..93

Tabel 9. Presiunea convențională amplasament 2…………………………………………………………………………………………..95

Tabel 10. Presiunea plastică amplasament 2…………………………………………………………………………………………………..96

Tabel 11. Presiunea critică, amplasament 2……………………………………………………………………………………………………97

Tabel 12. Coeficienții de distribuție al eforturilor verticale la colțul suprafeței încărcate…………………………………….99

Tabel 13. Coeficienții de distribuție al eforturilor verticale, în centrul fundației, pentru presiuni uniform distribuite pe talpă, în funcție de rapoartele L/Bși z/B…………………………………………………………………………………………………..100

Tabel 14: Sarcina geologică și presiunea netă transmisă de fundație……………………………………………………………….102

Tabel 15: Tasarea totală pentru fiecare amplasament…………………………………………………………………………………….102

[NUME_REDACTAT] 1 Plan de situație a lucrărilor executate

Anexa 2 Fișa primară a forajului F1

Anexa 2.1. Fișa geotehnică complexă a forajului F1

Anexa 2.2. Documentație fotografică foraj F1

Anexa 3 Fișa primară a forajului F2

Anexa 3.1. Fișa geotehnică complexă a forajului F2

Anexa 3.2. Documentație fotografică foraj F2

Anexa 4 Fișa primară a forajului F3

Anexa 4.1. Fișa geotehnică complexă a forajului F3

Anexa 4.2. Documentație fotografică foraj F3

Anexa 5 Secțiune geologică prin amplasament

Anexa 6 Tabel centralizator al rezultatelor analizelor fizico-mecanice

Anexa 7 Fișe curbă de granulozitate

Anexa 8 Fișă curbă de granulozitate – probă medie

Anexa 9 [NUME_REDACTAT]

Anexa 10. Fișe curba de compresiune – tasare

Anexa 11 Fișe încercarea de forfecare directă

Anexa 12 Tabele tasare – Amplasament 1

Anexa 13 Tabele tasare – Amplasament 2

Capitolul I – [NUME_REDACTAT] de [NUME_REDACTAT]

Treimea sudică a Dobrogei alcătuiește o unitate a vorlandului carpatic care prezintă caractere tipice de platformă, fiind alcătuită dintr-un soclu cristalin acoperit de o cuvertură relativ groasă de depozite necutate. Deși în anumite perioade a avut o evoluție comună cu unele unități structurale adiacente, totuși prezintă anumite trăsături proprii care justifică tratarea ca unitate aparte. Astfel, față de [NUME_REDACTAT], Dobrogea de sud apare ca o unitate mai ridicată, încît pe tot întinsul ei aflorează cuvertura mezozoică care la vest de Dunăre a fost întâlnită în foraje la diferite adâncimi. Delimitarea dintre aceste două unități se face după falia Dunării, orientată nord-sud, pe direcția Galați-Ostrov. Spre est, Dobrogea de sud se întinde pînă la [NUME_REDACTAT], iar spre nord este separată de Masivul central-dobrogean prin falia Capidava-Ovidiu orientată NV-SE. Astfel delimitată, Dobrogea de sud se conturează ca o unitate structurală independentă.

Din punct de vedere morfologic, Platforma sud-dobrogeană se prezintă ca o regiune pe care eroziunea a afectat-o puternic imprimându-i un relief foarte șters. În ansamblu Dobrogea de sud apare ca un platou suspendat între două nivele de bază coborâte, Dunărea și [NUME_REDACTAT].

[NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT]-Dobrogene a fost deschis prin câteva foraje situate la partea nordică a platformei, la [NUME_REDACTAT] și la Cocoșul. După ce forajele au străbătut șisturile verzi (formațiunea de Cocoșu), la adâncimea de 930 și respectiv 1730 m, au traversat falia Capidava-Ovidiu care separă [NUME_REDACTAT]-Dobrogeană de [NUME_REDACTAT]-Dobrogean, unde sa află șisturile verzi și au intrat în soclul [NUME_REDACTAT]-Dobrogene. Cea mai veche formațiune a soclului platformei a fost întâlnită în forajul 5026 din zona Palazu. La adâncimea de 550 m, forajul a străbătut, pe o adâncime de 600 m, o formațiune reprezentată prin granite gnaisice cu microclin, străbătută la rândul ei de pegmatite.

Figura.1. Fragment de hartă geologică scara 1:200 000, [NUME_REDACTAT] al României, 1968

Forajul 5026 de la [NUME_REDACTAT] a pătruns în formațiunea șisturilor verzi central-dobrogene, fapt ce pune în evidență raporturile tectonice dintre soclul [NUME_REDACTAT]-Dobrogene și structurile cadomiene central-dobrogene.

Vârsta granitelor gnaisice și a Cristalinului de Palazu a fost estimată prin analize radiometrice pe microclin și muscovit, ele indicând o vârstă de 1673-1850 M.a. Se consideră că defapt această vârstă reprezintă vârsta șisturilor cristaline suportate de granitele gnaisice, acestea din urmă fiind mai vechi. Biotitul din granitele gnaisice este parțial sau total cloritizat, astfel încât se consideră că granitele gnaisice au fot afectate în ciclul karelian când a fost generat Cristalinul de Palazu.

Studiul microstructural efectuat asupra carotelor extrase din Cristalinul de Palazu a arătatcă microritmurile, reprezentând stratificația inițială, sunt paralele cu șistuozitate metamorfică și intersectate cu planele de clivaj, fapt ce arată că șisturile cristaline de Palazu au fost cutate într-o singură fază, aceea care le-a generat, kareliană.

Se admite și că la alcătuirea soclului [NUME_REDACTAT]-Dobrogene au participat și șisturile verzi, formațiune acumulată în regim de instabilitate tectonică, de vârstă neoproterozoic-eocambriană, constituent preponderent al [NUME_REDACTAT]-Dobrogean. Șisturile verzi nu au fost interceptate de niciun foraj la sud de falia Palazu.

Deși observațiile se referă numai la zona [NUME_REDACTAT]-Cocoșu, se poate presupune că întreaga Platformă sud-dobrogeană are același soclu. Acesta se afundă în trepte spre sud, deoarece nu a mai fost interceptat prin foraje. Spre vest se presupune că se extinde mult alcătuind soclul părții sudice a [NUME_REDACTAT].

[NUME_REDACTAT] cuverturii sedimentare sud-dobrogene sunt cunoscute prin numeroase foraje săpate atât în dreapta cât și în stânga Dunării. Cea mai mare parte a formațiunilor preterțiare ale cuverturii încep cu neocretacicul și afloreză pe numeroase văi. Formațiunile cuverturii aparțin Proterozoicului terminal, Paleozoicului, Mezozoicului și Cenozoicului. Acumulările s-au realizat în mai multe cicluri de sedimentare majoră însă, ca unitate stabilă, [NUME_REDACTAT]-Dobrogeană a fost supusă unor oscilații pe verticală.

Figura.3. Raportul dintre cuvertura sedimentară și soclul compartimentelor dobrogene la Palazu (Săndulescu, 1984; Ionesi, 1994)

[NUME_REDACTAT]-Westphalian. Formațiunile acestui ciclu acoperă intervalul Precambrian terminal (Vendian)-Carbonifer mediu. Cele mai vechi depozite fosilifere cunoscute aparțin Silurianului, însă sub acestea se mai întâlnesc depozite de grosimi de 600 m caare sunt atribuite intervalului Vendian-Ordovician.

Vendian-Ordivicianul se dispune peste soclul cristalin și este reprezentat de o formațiune care se cunoaște numai din forajele din zona [NUME_REDACTAT]-Cocoșu. Înainte de a se atinge soclul cristalin, între 553-933 m și respectiv 863-1722 m s-a interceptat o formațiune care a fost denumită Formațiunea de Cocoșu.

Formațiunea de Cocoșu are o dezvoltare locală și o alcătuire particulară. Formațiunea care are grosimi de câteva sute de metri, se dispune transgresiv peste Cristalinul de Palazu, este o formațiune vulcanogen-sedimentară alcătuită din depozite preponderent detritice asociate cu vulcanite andezitice. Întreaga formațiune este metamorfozată dinamotermic și transformată în șisturi verzi care nu au nimic în comun cu Formațiunea șisturilor verzi central-dobrogene. Transformările s-au produs datorită faptului că Formațiunea de Cocoșu s-a aflat într-o zonă de forfecare din vecinătatea contactului tectonic dintre [NUME_REDACTAT]-Dobrogeană și [NUME_REDACTAT]-Dobrogean, care indică tendința de subducere a structurilor central-dobrogene sub soclul eoproterozoic al [NUME_REDACTAT]-Dobrogene. Vârsta formațiunii este de 560 M.a. și a fost stabilită pe cale radiometrică.

Formațiunea de Cumpăna. Spre sud, Formațiunea de Cocoșu trece la Formațiunea de Cumpăna, care este preponderent grezoasă-argiloasă, slab metamorfozată. Aceasta a fost interceptată în jurul localității Cumpăna unde, pe o adâncime de 115 m, s-au întâlnit șisturi aleuro-pelitice, clorito-sericitoase, gresii șistoase, microconglomerate. Formațiunea de Cumpăna a mai fost interceptată prin forajele de la Cobadin, Bărăganu, Țăndărei.

Silurianul. depozitele siluriene au o răspândire generală în Dobrogea de Sud și prezintă afinități pentru Silurianul din unitățile geostructurale învecinate. Ca litofacies, sunt predominant argiloase prezentând și frecvente intercalații de calcare.

Foarajul de la Tuzla, la adâncime de 418 m, din depozite neocretacice, a intrt în depozite siluriene reprezentate prin șisturi argiloase, negre, cu intercalații de calcare, pe care le-a străbătut 12 m. În șisturile argiloase au fost identificați graptoliți: Pristiograptus dubius, Pristiograptus bohemicus, Colonograptus colonus.

Devonianul. Urmează peste depozitele siluriene și are o largă răspândire în Dobrogea de Sud, fiind reprezentat de depozite preponderent detritice la care se adaugă și depozite carbonatice.

Din depozitele dinspre baza suitei devoniene, cu grosime de aproximativ 200 m,

s-a determinat o faună de trilobiți: Asteropige asiatice, Asteropige prostelans, Asteropige pertinata, la care se adaugă o faună de brahiopode și lamelibrachiate: Chonetes unkelensis, Chonetes striatella amalliana, Spirifer infans, indicând Devonianul inferior.

Figura 4. Coloana stratigrafică, după [NUME_REDACTAT] al României, 1968

Din formațiunile din partea de mijloc a suitei devoniene ponderent detritică, cu grosimea de 200 m, s-au identificat: Tentaculites ballulus, Atrypa reticularis, Chonetes rowei, Icriodus cornutus asociație care indică Devonianul mediu.

Din partea superioră a suitei, în grosime de 150 m, prepoderent carbonatică, din depozite marno-calcaroase s-a determinat o faună cu: Tentaculites ballulus, Tentaculites conicus, Atrypa reticularis, Chonetes rowei, Icriodus cornutus, Cyrtospirifer arhiaci asociație care indică Devonianil superior.

Carboniferul. Se atribuie unor depozite argiloase întâlnite în foraje pe aliniamentul Comana-Independența din sudul Dobrogei, în care s-a identificat o asociație protisto-palinologică. Începând cu Carboniferul târziu, [NUME_REDACTAT]-Dobrogeană, cu excepția unui scurt episod în Triasic, a evoluat ca arie emersă supusă eroziunii, până în Liasic.

Triasicul. După exondarea care a început spre sfârșitul Neocarboniferului, procesul de sedimentare s-a reluat spre sfârșitul Mezotriasicului când a avut loc o transgresiune de scurtă durată. În acest interval s-au acumulat gresii feldspatice, argile, argile nisipoase și calcare totul având o tentă feruginoasă. Din asemenea depozite, a căror grosime este în jur de 100 m, s-a identificat un conținut paleontologic carcteristic pentru zonă cu Stellatochara și Darwinulla care ar indica Triasicul mediu-superior.

[NUME_REDACTAT] mediu-Cretacic. Exondarea care a început în Neocarbonifer a durat până în Jurasicul mediu când a avut loc o nouă transgresiune majoră. Noul ciclu de sedimentare a început spre sfârșitul Jurasicului mediu și a durat până la sfârșitul Cretacicului.

Jurasicul. Depozitele jurasice nu aflorează, însă au fost întâlnite în aproape toate forajele executate in acea regiune. În forajele executate în [NUME_REDACTAT]-Dobrogeană nu au fost interceptate depozite care să corespundă Jurasicului mediu. Cele mai vechi depozite au fost atribuite Oxfordianului. Până la sfârșitul Kimmeridgianului s-au acumulat depozite carbonatice.

Jurasicul superior(Oxfordian-Tithonic). [NUME_REDACTAT] superior sunt aproape în exclusivitate carbonatice. Forajul a străbătut depozitele jurasice pe o adâncime de 400m, fără să atingă substratul acestora.

Formțiunea de Rasova, identificată în forajul de la Rasova, este reprezentată prin calcare micritice cenușii albicioase cu intercalații de calcare oncolitice, calcare intrasparitice, brecii, calcare stromatolitice, calcare oosparitice, calcare felsparitice. Asemenea depozite s-au putut acumula într-un bazin de mică adâncime pe un șelf larg, ușor înclinat care, începând cu Kimmeridgianul superior, a evoluat ca uscat.

Formațiunea de Amara este alcătuită din depozite detritice cu evaporite ce sugerează un regim lagunar-continentl instalat în partea nordică a [NUME_REDACTAT] de Sud. Aceasta are o grosime de 400-600 m. Din depozitele formațiunii de Amara se cunosc alge dasicladacee (Clypeina jurassica, Macroporella praturloni), foraminifere (Pseudocyclammina lituus) indicând transgresiuni marine. Aceste depozite sunt atribuite Kimmeridgianului terminal-Tithonicului.

Cretacicul se caracterizează prin menținerea condițiilor de acumulare a depozitelor calcaroase și a faciesurilor evaporitice, ca și în Jurasicul superior. Începând din Apțianul târziu se instalează un regim favorabil acumulărilor arenitice, care se accentuează în Albian, acumulările capătă amprenta unui regim de climat rece, cu depuneri de gresii glauconitice urmate, în Cretacicul superior, de acumulări cretoase.

Neocomianul. În partea nordică s-au acumulat depozite în facies detritic-evaporitic, în timp ce în cea mai mare parte a platformei s-au acumulat depozite predominant carbonatice. Depozitele sunt reprezentate prin argile policolore și subordonat dolomite stratificate și mai rar anhidrite , sare, gipsuri, marne cenușii-verzui și calcare oosparitice. Acestea au fost întâlnite în forajele din zona de la sud și în lungul [NUME_REDACTAT].

Formațiunea de Cernavodă include un ansamblu de depozite preponderent carbontice, adesea dolomitizate și adeea roci detritice , arenito-pelitice. De cele maimulte ori acumulaările se dispun transgresiv peste Formațiunea de Rosova, însă transgresiunile sunt locale și se datorează poziției bazinului de sedimentare situat pe un șelf puțin adânc din vecinătatea țărmului.

Un prim component, din baza formațiunii, cunoscut și sub numele de Componentul de Hinog, include micrite, felsparite și marnocalcare din care provine un exemplar de Harpagodes pelagi. Acest component este atribuit Berriasianului superior.

Peste primul component se dispune Componentul de Aliman, care debutează printr-un nivel de microconglomerate, după care s-au acumulat roci variate și recifi contruiți de spongieri, niveluri cu pachiodonte. Profilul se poate urmări la zi unde apare o alternanță de calcare micritice și pelmicritice cu recifi, calcare masive, calcare argiloase nodulare și argile cretoase. Depozitele se caracterizează prin prezența microfaunei cu nerinei și pachiodonte. Pe baza conținutului paleontologic, Componentul de Aliman este atribuit Valanginianului.

Componenetul de Vederosa, pe lângă calcare, include și argile și marne gălbui-roșiatice. Din acest complex se cunoaște un conținut palentologic cu: Tosatroma magna, Potamicolla metacea dintre demospongieri și Monopleura valangiensis, Potoamnicola cretacea dintre gastropode. Acest component este atribuit Hauterivianului.

Barremianul. Depozitele barremiene urmează după lacuna de sedimentare din Hauterivian și se dispun transgresiv peste diverși termeni ai Formațiunii de Cernavodă. Depozitele sunt preponderent carbonatice fiind alcătuite din diferite varietăți decalcare la care se adaugă depozite arenitice.

Formțiunea de Ostrov este alcătuită din acumulări stratiforme decochilii de pachiodonte, recifi de spongieri și corali și, subordonat, depozite argiloase. Studiul microfacial al calcarelor a evidențiat frecventele schimbări de facies pe orizontală și pe verticală, cu treceri de la un tip de calcar la altul

Barremianul se întâlnește numai de la localitatea Aliman spre sud-vest, iar spre est nu depășește aliniametul Adamclisi-Șipotele. În zona acestor localități se întâlnește un facies calcaro-dolomitic cu stromatolite. Are o grosime de până la 10 m și conține coprolite, ostracode, foraminifere și alge care indică o vârstă Barremian terminal-Apțian timpuriu.

Apțianul corespunde retragerii maxime a mării spre sud-vest. Partea de norda platformei continuă să evolueze ca uscat, cuprinzând multe lacuri și fiind brăzdat de o rețea hidrografică. Pe aria [NUME_REDACTAT]-Dobrogene s-au acumulat două tipuri de faciesuri: unul continental cu depozite fluvio-lacustre, în jumătatea nordică a platformei, și faciesuri marine preponderent carbonatice în partea sud-vestică.

Faciesul marin apare frecventca episoade intercalate la diferite niveluri în faciesul continental. Depozitele sunt preponderent carbonatice cu unele variații de facies locale. Componentul de Lipnița este alcătuit, de jos în sus, din argile cu pietrișuri și nisipuri de culoare roșiatică, urmate de calcare oosparitice gălbui, calcare felsparitice în strate de până la 20 cm grosime, calcare micritice și calcare oncomicritice de culoare roz, cu intercalații de calcare lumașelice stratificate formate din acumulări de cochilii de pachiodonte. Suita continuă cu argilesau marne gălbui-roșiatice care apar ca intercalații, urmate de calcare felsparitice și oncomicritice roz și marne nodulare calcaroase. Succesiunea se încheie cu calcare lumașelice în strate de până la 10 cm. Spre ord unde Componentul de Lipnița stă discordant peste Formațiunea de Cernavodă se remarcă trecereade la faciesul marin carbonatic la faciesul continental caolinitic.

Faciesul continental-lacustru are o largă dezvoltare . Depozitele faciesului cntinental sunt reprezentate printr-o formațiune care are ca element caracteristic și preponderent argilele policolore caolinoase, astfel încât ansamblul acestora poate fi desemnat drept Formațiunea caolinitică.

Formațiunea caolinitică include, în bază, un complex detritic format din pietrișuri și nisipuri, urmat de depozite argiloase-caolinitice, policolore, grosimea totală a acestei formațiuni este de 60 m. Formațiunea este de vârstă Bedulian-Gargasian.

Spre sfârșitul Apțianului, o bună parte din Dobrogea de Sud a fost acoperită de ape marine în care s-au acumulat depozite preponderent arenitice avândca element distinctiv prezența glauconitului, ansamblul acestora constituind Formațiunea de Cochirleni.

Formațiunea de Cochirleni este alcătuită, în bază, din depozite detritice-nisipoase glauconitice, cuprinzând o faună amonitică cu: Acanthoplites uhligi, Hypacanthoplites sp., H. turgidus care încadrează depozitele în Apțian terminal. Formațiunea are o largă răspândire ăn Dobrogea de Sud, fiind bine deschis în: Cernavodă, Peștera, Medgidia, Șipotele etc.

Albianul include cea mai mare parte din Formațiunea de Cochirleni reprezentată prin nisipuri glauconitice cu nivele grezoase din care provine o asociație de amoniți: Laymerilla tardefurcata, Douvileiceras monile, Beudanticeras arduenense care indică partea inferioară a Albianului. Din nivelul superior, reprezentat prin marne nisipoase glauconitice, s-a facut cunoscută o faună de amoniți cu Hoplites presulcatus, Acanthoplites planus planus. [NUME_REDACTAT] inferiorși mediu este reprezentat printr-un complex slab nisipos, glauconitic și marne niipoase compacte, cenușii-gălbui sau cenușii albăstrui.

Cretacicul superior. [NUME_REDACTAT] Sud-Dobrogeană, Neocretacicul se caracterizează prin acumulări predominant arenitice, cu glauconit și depozite cretoase. În procesul de sedimentare mișcările epirogenetice s-au reflectat în prezența unor discontinuități stratigrafice care preced fiecare etaj, astfel încât etajele Cretacicului corespund unor "microcicluri" de sedimentare. Fiecare dintre acestea debutează cu un nivel subțire de microconglomerate cu concrețiuni fosfatice, care sunt urmate de gresii, frecvent glauconitice, și calcare.

Cenomanianul. Primele depozite cenomaniene au caracter transgresiv. Suita stratigrafică începe cu un orizont subțire de microconglomerate cu concrețiuni fosfatice și fosile remaniate din Albian, urmează gresii cuarțoase, slab fosfatice care trec lateral la gresii cretoase și cretă, iar pe verticală la marno-gresii cretoase cu glauconit și concrețiuni silicioase. Suita cenomaniană se încheie printr-o secvență nisipoasă. Depozitele cenomaniene nu depășesc grosimea de 50 m și sunt fosilifere

Turonianul. Suita depozitelor turoniene are o poziție transgresivă urmând după o discontinuitate în procesul de sedimentare corespunzătoare Turonianului timpuriu. Succesiunea depozitelor turoniene debutează cu microconglomerate cu concrețiuni fosftice, urmat de nisipuri și gresii. Microconglomeratele trec frecvent lateral la nisipuri și prundișuri. Grosimea depozitelor turoniene este în jur de 5 m, fiind foarte fosilifere: Inoceramus labiatus, Conulus subrotundus, Conulus nucula, asociație ce atestă doar prezența Turonianului mediu, Turonianul terminal lipsind.

Senonianul. Depozitele senoniene au poziție transgresivă. Succesiunea începe prin microconglomerate co concrețiuni fosfatice trecând lateral la gresii. Acestea sunt urmatede gresii calcaroase, glauconitice, care conțin echinoide printre care: Micraster coraguinum, Echinochorys vulgaris, Conulus oblongus, asociație semnificativă pentru Santonian. În continuare se găsesc crete albe cu silexuri și marne cretoase cu intercalații subțiride gresii calcaroase, glauconitice, marne cretoase și bentonite conținând cocolitophoridee și foraminifere și o asociație microfaunistică cu: Bellemnitella mucronata mucronata, Crania antiqua, care atestă vârsta campaniană a depozitelor.

[NUME_REDACTAT]. Transgresiunea paleogenă cunoscut o amploare considerabilă căci depozitele de această vârstă,desi aflorează pe arii restrânse,sunt dispersate pe o arie întinsă.[NUME_REDACTAT] sunt cunoscute depozite aparținând Eocenului și Oligocenului.

Eocenul. Cea mai largă răspândire a depozitelor eocene se cunoaște în partea sudică a platformei, unde au fost întâlnite prin foraje la Costinești, Albești, Limanu, Mangalia. Depozitele eocene aflorează în zona localităților Văleni, Cetate și Lespezi din bazinul superior al râului Mârleanu. Forajele au semnalat că peste depozitele cretoase neocretacice apare o secvență de nisipuri glauconitice a cărei grosime atinge 70 de metri, și in care se regăsește o asociație de foraminifere mari cu: Nummulites exilis, N. permotus, N. globulus, N. planulatus care ar indica vârsta ypresiană. În cariera de la Lespezi, peste nisipurile glauconitice urmează gresii calcaroase conținând: Nummulites rotularius, N. precursor, N. atacicus. În continuitate de sedimentare urmează biosparite și calcare grezoase cu: Nummulites distans, N. pratti. Pe baza conținutului paleontologic, se apreciază că în Dobrogea de Sud este prezent Eocenul inferior și mediu (Ypresian și Lutețian), chiar dacă nu complet.

Oligocenul. La zi nu se cunosc depozite de această vârstă, însă în foraje, în zona de la sud de Mangalia, sub depozitele sarmațiene, s-au întalnit șisturi argiloase, bituminoase, disodilice cu resturi de pești. Pe criterii geognostice aceste depozite sunt atribuite Oligocenului.

[NUME_REDACTAT]-Romanian. [NUME_REDACTAT], spațiul sud-dobrogean a evoluat ca arie emersă. Odată cu transgresiunea din Badenianul mediu s-a reluat procesul de sedimentare ce avea să dureze, cu unele întreruperi nesemnificative, până spre sfârșitul Pliocenului.

Badenianul superior(Kossovian). Depozitele badeniene sunt reprezentate prin acumulări detritice: nisipuri, gresii, conglomerate epiclastice și bioclastice, la care se adaugă biosparit, marne și argile. Grosimea acestora nu depășește 5 metri. În astfel de depozite se regăsește o faună cu Ostrea lamellosa, Chlamys vernensis, Lucina columbella, Glycimeris pilosus, Turritella tricincta la care se adaugă o microfaună formată din Arnmonia beccarii, Elphidium macellum, Cytheridea acuminata. Conținutul paleontologic indică vârsta Badenian superior (Kossovian). Badenianul, deși foarte subțire, se cunoaște pe tot întinsul Dobrogei de Sud și apare pe malul Dunării la [NUME_REDACTAT], Cochirleni, Văleni.

Spre sfârșitul Badenianului se înscrie o retragere a apelor marine, Dobrogea de Sud evoluând ca arie emersă supusă eroziunii care a îndepărtat parte din depozitele badeniene.

Sarmațianul. Apele din bazinul Varnei au înaintat începând din Sarmațianul timpuriu și au atins maximum în Basarabian, iar în Sarmațianul superior se înscrie o nouă regresiune.

Volthinianul a fost identificat in partea sud-vestică a platformei și este reprezentat de depozite pelitodetritice ce pot trece lateral la calcare, totalizând 15 metri grosime. Ele sunt dispuse transgresiv peste depozite mai vechi și din ele se cunoaște o faună cu Mactra eichwaldi, Plicatiforma plicata, Obsoletiforma lithopodolica.

Basarabianul are o răspândire generală în Dobrogea de Sud și este reprezentat, în principal, prin biosparite cu bivalve si cu nubecularii, prin calcare ooltice, cărora li se adaugă intercalații de argile, nisipuri și gresii calcaroase. La baza depozitelor basarabiene mai putem întâlni depozite epiclastice sau diatomite. Grosime depozitelor basarabiene nu depășește 70 metri și din ele provine o faună cu Mactra pallasi, Tapes gregarius ponderosus, Plicatifrma fitoni, Gibbula beaumonti iar din nisipuri cuarțoase se cunoaște o faună de vertebrate și păsări. Succesiunea basarabiană se încheie printr-un nivel de calcare cu acrdiacee mici, ostracode și miliolide.

Kersonianul urmează transgresiv peste depozitele basarabiene și se întâlnește numai în partea estică a Dobrogei de Sud. Depozitele constituente sunt reprezentate prin calcare oolitice, marne, argile, gresii calcaroase și mai ales biosparite cu mactre mici, printre care Mactra caspia, Mactra bulgarica, Mactra supernaviculata. Grosimea depozitelor chersoniene nu este mai mare de 30 de metri.

Ponțianul ocupă o arie foarte restrânsă în zona Ostrov-Oltina și este reprezentat prin marne nisipoase cu Phyllocardium planum planum sau prin pietrișuri și nisipuri cu Viviparus argesiensis, Pseudocatillus pseudocatillus.

Dacianul debutează prin marne nisipoase cu Prosodacna sturi, Prosodacna orientalis și succesiunea continuă cu nisipuri ce includ monodacne, didacne și pachidacne.Suita daciană se încheie cu un nivel de calcare de apă dulce cu limneide și rare cardeide.

Romanianul ar include unele depozite argiloase-bentonitice acumulate în adânciturile paleoreliefului de pe calcarele lacustre daciene, însă vârsta nu este atestată paleontologic.

Cuaternarul. O mare parte din suprafața Dobrogei de Sud este acoperită de o adevarată mantie cu origine în Cuaternar. Există în baza depozitelor cuaternare un nivel de până la 5 metri grosime ce este constituit din argile, precum și din siltite verzui sau roșiatice, cu concrețiuni calcaroase, iar local cu cristale si agregate de gips. Acestea pot fi observate în faleza de la Agigea spre sud și sunt paleosoluri formate pe uscat, eventual în zone de mlaștină. Peste acest nivel apare loess și depozite loessoide a căror grosime poate ajunge până la 40 de metri. În cadrul acestora se pot observa mai multe niveluri argiloase având culoarea cărămizi și care reprezintă paleosoluri. Depozitele loessoide aparțin Pleistocenului mediu și superior.

Evoluție si tectogeneză

Soclu spațiului sud-dobrogean a suferit o cratonizare și o individualizare în Proterozoicul timpuriu(Karelian) pentru ca în Proterozoic să evolueze ca uscat în cadrul [NUME_REDACTAT]-Europene.

Evenimentul tectonic major s-a petrecut în Proterozoicul târziu când, spre marginea sud-vestică a soclului [NUME_REDACTAT]-Europene, s-a produs o deformație de tip rift. Urmarea a fost detașarea unei părți din zona de margine a [NUME_REDACTAT]-Europene. În felul aceasta s-a individualizat o arie cu soclu eoproterozoic alcătuind domeniul moesic.

Partea sud-vestică a [NUME_REDACTAT]-Europene, din momentul în care a fost detașată de aceasta, a fost remobilizată devenind o arie instabilă si chiar labilă care a evoluat ca bazin de sedimentare ce avea drept substrat cristalinul eoproterozoic, remobilizat și în parte retromorfozat. Astfel, suprafața ce a fost detașată din [NUME_REDACTAT]-Europeană cu soclu eoproterozoic s-a redus simțitor limitându-se la actuala [NUME_REDACTAT]-Dobrogeană, care se delimita de partea remobilizată, prin [NUME_REDACTAT], iar la nord-est se întindea până în [NUME_REDACTAT]. Primele elemente tectonice majore ale [NUME_REDACTAT]-Dobrogene sunt cele două falii crustale care o delimitează, Fierbinți și Palazu.

În același timp sau în epoci târzii, soclul a suferit și alte deformări rupturale creându-se un sistem de falii distorsionate, orientat est-vest, și un alt sistem perpendicular pe primul astfel încât [NUME_REDACTAT]-Dobrogeană avea să fie compartimentată în mai multe blocuri. Faliile au fost active sau activate în diverse etape și astfel întreaga platformă a fost afectată, în anumite epoci, de procese tectonice de natură distensiv-exensivă, urmate de procese tectonice compresive.

Figura 8. Contactul dintre Dobrogea de Sud și [NUME_REDACTAT], de-a lungul faliei Capidava – Ovidiu (Săndulescu, 1984; Ionesi, 1994)

Prima etapă în care aveau sa se petreacă astfel de procese corespunde Paleozoicului și a durat până spre sfârșitul Carboniferului. În scurt timp s-au acumulat formațiunile primului ciclu de sedimentare. Acestea au grosimi de mii de metri reprezentând depozite de tip sinrift care s-au acumulat pe o serie de structuri de graben/horst și în care, în compartimentul de la est de Dunăre al [NUME_REDACTAT]-Dobrogene, se afundă de la nord spre sud, în timp ce în compartimentul vest-dunărean au suferit și o mișcare de rotație dextră, iar structurile se afundă spre Orogenul carpatic.

În intervalul Carbonifer superior-Jurasic mediu , Plattforma sud-dobrogeană a fost supusă unor evenimente tectonice de natură compresivă .

Toate aceste evenimente au condus la o exondare ce a cuprins toată zona sud-dobrogeană astfel încât aceasta a suferit procese de eroziune ce au dus la apriția unei vaste arii peneplenizate.

Tectogeneza eochimerică a fost determinată de procese tectonice de extensie, sesizabile mai ales în compartimentul vest-dunărean, acolo unde marea triasică a acoperit regiunea. În compartimentul sud-dobrogean, în Triasicul terminal aveau să se acumuleze depozite preponderent continentale.

[NUME_REDACTAT] Sud-Dobrogene, care începând din Jurasicul mediu avea să fie acoperit de ape, avea sa fie una marcată de un calm tectonic unde procesele distensionale erau reduse dacă nu chiar inexistente. Procesul de sedimentare nu avea cum să fie marcat, în aceste condiții, de întreruperi semnificative, până în perioada Paleogenului.Lacunele stratigrafice au un caracter local si au fost influențate de poziția bazinului de sedimentare, care se afla într-o zonă de șelf de mică adâncime dată de aria central-dobrogeană. Intercalațiile de depozite continental-lacustre în depozitele marine arată spre o schimbare a limitei țârmului ca urmare a unor mișcări epirogenetice ale zonei șelfului, fapt evident în Cretacicul superior.

Depozitele din perioada Jurasicului superior și ale Cretacic-Paleogenului pot fi văzute și ca niște depozite de postrift.

Mișcările compresive ale tectogenezei stirice, petrecute în Miocenul inferior în zona [NUME_REDACTAT], aveau să influențeze [NUME_REDACTAT]-Dobrogeană care s-a ridicat, astfel încât procesul de sedimentare a fost înlocuit cu procese de eroziune care au îndepărtat și o bună parte din formațiunile premiocene.

Cea mai spectaculoasă ridicare s-a produs postsarmațian în momentul în care intreaga zonă a Dobrogei, printre care și [NUME_REDACTAT]-Dobrogeană, a cunoscut o ridicare accentuată conturându-se ca un horst între două niveluri de bază, mărginit de două falii paralele: [NUME_REDACTAT] pe direcția Galați-Ostrov spre vest și [NUME_REDACTAT] la est, care se gasește la mică distanță de țărm, în acvatoriu.

Începând de la sfârșitul Sarmațianului, [NUME_REDACTAT]-Dobrogeană de la est de Dunăre a evoluat ca uscat. În timp ce compartientul vest-dunărean a continuat să funcționeze ca bazin de sedimentare cu subsidență moderată, până spre sfârșitul acestei epoci.

Capitolul II – Proprietăți fizico-mecanice ale rocilor

A. Alcătuirea rocilor argiloase-nisipoase

1. Analiza granulometrică

Prin analiza granulometrică se determină compoziția unui pământ din punct de vedere al mărimii granulelor minerale din care este alcătuit și al proporțiilor în care se găsesc diferitele mărimi.

Compoziția granulometrică reprezintă proporția în care se găsesc diferitele fracțiuni granulometrice, exprimate în unități de masă, față de masa totală a unui volum de pământ. Dimensiunile predominante ale particulelor ce compun o rocă sedimentară impun tipul de analiză granulometrică, precum și cantitatea de material a unei probe.

S-a constatat că în cazul rocilor cu granule mai mici de 2mm, are loc o circulație slabă a apei determinată de rezistența opusă de rocă. Cu cât dimensiunea particulelor se reduce, ajungând la valori de aproximativ 0.02 mm, cu atât crește probabilitatea apariției fenomenului de ridicare a nivelului hidrostatic prin procesul care poartă numele de capilaritate.

În funcție de mărimea granulelor din probele colectate din teren se impune tipul de analiză granulometrică. Astfel că pentru probele care conțin blocuri(ϕ > 200mm), bolovanișuri(200> ϕ >20mm) și pietrișuri( 20> ϕ >2mm) cu masă în stare uscată cuprinsă între 1 și 5 kg, analiza granulometrică impusă este cernerea pe ciururi. Pe probele care conțin nisipuri, mari(2> ϕ >0,5mm), mijlocii(0.5> ϕ >0.2mm) și fine( 0,2> ϕ >0.05 mm), cu masa de 100-200 grame, se efectuează analiza granulometrică prin cernere pe site.

În cazul prafurilor(0,05> ϕ >0,005 mm) și argilelor(ϕ <0.005 mm) se face analiza granulometrică prin sedimentare pe 70-100 g de probă uscată.

1.1. Analiza granulometrică prin cernere

Cu ajutorul acestei metode se prelucrează probe tulburate și netulburate în stare uscată. Uscarea probelor se face în etuvă la aproximativ C. Dacă proba prezintă coeziune, aceasta se distruge fie prin dizolvarea liantului în soluție de carbonat de litiu, fie prin mojarare.

Cernerea se face pe site, cu dimensiunile ochiurilor variind între 0,06 și 2 mm, care sunt însoțite de tager și capac și care alcătuiesc împreună o baterie acționată mecanic sau manual. Aranjarea sitelor se face în ordinea descrescătoare a dimensiunilor ochiurilor, raportul lor optim fiind cuprins între 1,5 și 2. Duarat minimă a cernerii este de 10 minute pentru acționarea mecanică și 15 minute pentru acționarea manuală. Se consideră că cernerea este bine efectuată atunci când de pe fiecare sită, prin cernerea manuală, după 1 minut, nu se recuperează mai mult de 1% din masa inițială a probei. După efectuarea cernerii, se cântărește materialul rămas pe fiecare sită, împreună cu aceasta, din care se scade tara sitei.

Pentru validarea analizei, trebuie ca suma cantităților rămase pe fiecare sită, să nu depășească mai mult din 1% din masa totală a probei. Dacă pe talger s-a adunat o cantitate ce depășește 10% din masa totală a probei, analiza prin cernere trebuie completată cu o analiză prin sedimentare.

Pe baza datelor obținute în urma cernerii se pot construi două reprezentări grafice: histograma și curba cumulativă. Cu ajutorul histogramei se poate urmări repartiția procentuală a cantităților de material rămase pe fiecare sită. Curba cumulativă se obține unind punctele obținute prin reprezentarea fiecărui diametru al sitei și procentele din masa totală a probei cu diametrul mai mic decăt al sitei respective. Curba rezultată are formă asimptotică între procentele de 1% și 100%. Aceasta oferă informații utile cu privire la modul în care se comportă rocile, în special pietrișurile și nisipurile, atunci cand sunt supuse la eforturi.

Coeficientul de neuniformitate (Un) este foarte important de stabilit, dat fiind faptul că gradul de uniformitate al unei roci influentează parametrii fizico-mecanici ai acesteia, în principal capacitatea portantă. Astfel ca de exemplu o roca care este alcatuită atât din particule fine cât și din particule grosiere, caz în care golurile făcute de particulele grosiere sunt umplute cu particule fine, are o capacitate portantă mult mai mare decat un nisip uniform care prezintă goluri umplute cu aer. Acest coeficient se determină cu ajutorul curbei granulometrice pe care se citește diametrul corespunzător procentului de 60% (d60) și diametrul corespunzător procentului de 10% (d10)-diametrul efectiv.

Un= (1.1)

În funcție de valoarea coeficientului de neuniformitate, nisipurile se împart în:

Nisip uniform 1<Un<5

Nisip de uniformitate medie 5<Un<15

Nisip neuniform Un>15

1.2. Analiza granulometrică prin sedimentare

Analiza prelucrează probe tulburate dar și netulburate aduse în stare uscată, prin încălzire în etuvă la 105°, până la o masă constantă, care sunt în prealabil cernute pe o sită de 0,05 mm. Dacă materialul este coeziv, aceasta se distruge fie prin dizolvarea liantului în soluție de carbonat de litiu, fie prin mojarare. Proba propriu zisă este antrenată cu apă într-un cilindru cotat de 100 ml, la care se adaugă soluție de silicat de sodiu ca dispersant al sistemului. Se agită manual sau mecanic, până la omogenizarea suspensiei.

Prin aceastăm metodă se dorește determinarea diametrului echivalent al particulelor ce se sedimentează la un moment t, coroborându-se legea lui Stokes, care determina viteza de sedimentare a unei particule într-un mediu flui de vâscozitate cunoscută și principiul metodei aerometrului, care determină densitatea unui fluid cu ajutorul densimetrelor tip Casagrande.

Pentru realizarea analizei propriu zise:

Se fac citiri pe tija aerometrică la 1 minut, 5 minute, 30 minute, 1 oră ,…, 24 ore.

Se calculează citirea redusă (R) cu ajutorul formulei R=(r-1)103

Se aplică corecția de menisc (R) specifică fiecărui areometru din care rezultă citirea corectată R’=R+R

Având în vedere că modificările de densitate a suspensiei sunt foarte sensibile la temperatură, se aplică o ultimă corecție de temperatură.

Rezultatele obținute în urma analizei prin sedimentare vor fi folosite în două scopuri:

Pentru aflarea diametrelor echivalente ale granulelor (d) ce se sedimentează la timpul t, se folosește nomograma Casagrande.

Pentru calcularea cantității procentuale (p) de particule aflate încă în suspensie la momentul t.

Pentru determinarea diametrelor echivalente (d) ale granulelor se utilizează cu date astfel obținute nomograma Casagrande care reprezintă un algoritm de operații grafice. De asemenea cu ajutorul relației de mai jos se poate determina cantitatea procentuală de particule aflate încă în suspensie la momentul t, particule care au diametre inferioare celor determinate cu nomograma Casagrande.

(1.2)

Cu valorile diametrelor echivalente (d) și cantitatea procentuală (p*) de particule astfel obținute se reprezintă grafic curba granulometrică din care se vor extrage procentele corespunzătoare fiecărei fracții granulometrice în vederea stabilirii coeficientului de neuniformitate și a încadrării probei într-o clasă litologică.

1.3. Analiza granulometrică combinată

Dacă proba analizată este o rocă nisipoasă, care prin cernere a prezentat un procent mai mare de 10% din masa totală a probei, granulele având diametrul mai mic de 0,05 mm, dterminarea se completează cu o analiză prin sedimentare.

De asemenea, dacă după prepararea unei probe argiloase și cernerea ei pe sita cea mai fină a fost reținută o cantitate mai mare de 10% din masa totală a probei, analiza prin sedimentare se completează cu o analiză prin cernere.

Având la dispoziție compoziția granulometrică exactă, denumirea rocii se obține folosind diagrama ternară. Aceasta permite reprezentarea oricărei compoziții granulometrice printr-un punct aflat în interiorul unori câmpuri a căror denumire a fost stabilită conform standardelor internaționale de clasificare a rocilor.

2. Determinarea indicilor fizici

O probă dintr-o rocă argiloasă-nisipoasă este în primul rand caracterizată prin intermediul unor indicatori care poartă numele de indici fizici. Variația acestora influențează modul de comportare al rocii atunci când este supusă testelor mecanice.

Există două tipuri de indici: cei care pot fi determinați direct în laborator prin procedee specfice și cei care sunt derivați din ceilați.

2.1. Indicii fizici determinabili în laborator

Umiditatea este definită ca raportul dintre greutatea apei din pori (Gω) și greutatea scheletului mineral (Gs). Umiditatea se determină în laborator prin metoda uscării în etuvă.

ω = 100 = 100 (%) (2.1)

Probele prelevate din teren la umiditate naturală sunt deparafinate și cântărite (G), după care sunt supuse uscării în etuvă la temperatură constantă 105°C. Uscarea se consideră efectuată corect atunci când trei cântăriri succesive ale probei nu diferă cu mai mult de 1% din masa probei.

Greutatea volumică în stare naturală y este definită ca rapotul dintre greutatea totală a rocii G și volumul total V. Se măsoară în KN/.

y= (2.2)

Densitatea aparentă în stare umedă ρ este definită ca raport între masa totală a rocii și volumul total V, având ca unități de măsură g/. Între cei doi parametri relația de legătură este y = ρg, g fiind accelerația gravitațională.

În laborator densitatea aparentă în stare umedă es determină prin metoda cu ștanță care constă în prelevarea din teren a probelor având un volum cunoscut și cântărirea lor în laborator. Pentru fiecare probă se fac minimum trei determinări care vor fi mediate aritmetic dacă diferențele dintre ele nu sunt mai mari de 1%. Pentru roci puternic coezive determinarea volumului unei probe se face prin metodele de imersare în mercur și cântărire hidrostatică.

Greutatea specifică (greutatea volumică a scheletului mineral) se definește ca raport între greutatea particulelor solide și volumul acestora și se măsoară în KN/.

(2.3)

Densitatea scheletului mineral va fi definită ca raportul dintre masa particulelor solide și volumul acestora . În laborator, pentru determinarea densității scheletului mineral, se folosește metoda picnometrului. Acesta este un vas de sticlă de volum precis determinat, prevăzut cu un dop de preaplin și/sau termometru.

Metodologie de lucru: pentru o probă prelevată din teren se folosesc minimum 5 determinări în paralel. Pentru fiecare picnometru se procedează astfel:

Se introduce roca în balon și se cântărește;

Se adaugă lichidul de imersie (apă distilată sau benzen pentru roci având în componență substanțe organice solubile sau cu procentaj de argilă mai mare de 50%), astfel încât proba să fie complet acoperită;

Se duce treptat la temperature de fierbere (durata de fierbere este de minimum 15 minute). Aceasta se efectuează în scopul eliminării totale a coeziunii dintre particule și elibararea astfel a aerului din pori;

Se revine apoi la o temperatură de 15-30°C și se adaugă lichid până la atingerea volumui cunoscut, apoi se cântărește. Si citește temperatura exactă a amestecului apă/probă.

Se procedează la fel și în încheiere la cântărirea picnometrului plin cu apă la reper.

Pentru a caracteriza cantitativ rocile moi există o categorie de parametri care apreciază starea în care se află rocile in situ, respectiv gradul de îndesare pentru rocile nisipoase și indicele de consistență pentru rocile argiloase.

2.2. Indici fizici derivați

Acesti indici fizici se determină din formule de legatură din indicii fizici determinați în laborator.

Porozitatea și indicele porilor exprimă volumul relativ al porilor existenți în masa unei roci. Porozitatea este raportul dintre volumul porilor și volumul total al rocii și se exprimă în procente.

n% = (2.4)

n% – porozitatea;

Vp – volumul porilor;

V – volumul total al rocii;

Indicele porilor se definește ca fiind raportul dintre volumul porilor și volumul părții solide

e = (2.5)

Pentru a determina în laborator trebuie ca o probă de volum cunoscut să fie uscată în etuvă, la o temperatură de 105° C, până la greutate constantă.

Volumul este calculat pornind de la dimensiunile probei, sau în cazul probelor cu o formă oarecare, este determinat prin introducerea probei într-o baie de mercur și măsurarea greutății mercurului dislocuit, deci indirect a volumului probei. Pentru probe parafinate este folosită submersia în apă

Pentru determinarea celor doi indici în teren, se sapă o cavitate în teren, materialul scos este uscat si cântărit, și volumul cavității este măsurat prin umplere cu apă sau cu un nisip standard de densitate cunoscută.

Pentru rocile argiloase-nisipoase în stare naturală porozitatea variază în limite largi. Porozitatea depinde de granulometria rocii, de umiditate și în mare măsură de forma granulelor componente Astfel, nisipurile si pietrișurile depuse de cursuri repezi de apă sau de râuri ce au fost cauza unor inundații periodice, sunt de regulă foarte afânate în timp ce depunerile de nisip din ape stătătoare sau ale râurilor ce au avut o curgere lentă sunt dense. În cazul rocilor coezive este important dacă depunerea a avut loc în prezența unor electroliți care tind să accelereze sedimentarea particulelor coloidale, sau dacă procesul a fost întârziat de acțiunea unor coloizi protectori, care împiedică floculația.

În general cu cât gradul de uniformitate al compoziției granulometrice este mai mare, adică cu cât este mai mic coeficientul de neuniformitate, cu atât este mai mare porozitatea.

Gradul de saturație pentru o rocă argiloasă-nisipoasă se notează cu Sr și este raportul dintre volumul apei din pori și volumul porilor.

Sr = (2.6)

– volumul apei din pori;

– volumul porilor;

Nisipul grosier aflat deasupra nivelului hidrostatic este deobicei umed. Nisipurile fine și cele prăfoase sunt umede sau saturate.

Argilele sunt aproape întotdeauna saturate, cu excepția stratelor din apropierea suprafeței, care sunt supuse la variațiile sezoniere de temperatură și umiditate. Dacă argila conține gaze, gazul apare sub forma unor mici bule dipersate în rocă.

3. Determinarea stărilor caracteristice ale rocilor argiloase-nisipoase

Rocile argiloase-nisipoase au o comportare diferită în raport cu încărcările aduse, fiind sensibile la variațiile umidității și porozității.

Astfel că în cazul pământurilor nisipoase, variația porozității este un factor esențial în comportarea lor la încarcare (pentru pământurile cu peste 70% nisip). Cu cât porozitatea este mai mare, cu atat nisipul este mai afânat și deci rezistența lui la încarcare este redusă. Pentru aceasta este important să se determine starea de îndesare a nisipurilor.

În ceea ce privește pământurile argiloase (peste 30% fracție argiloasă), acestea sunt sensibile la variația umidității, astfel că la o umiditate mai mare, ele devin curgătoare, alunecând sub propria lor greutate, în timp ce în cazul unor argile uscate acestea prezintă proprietăți mecanice foarte bune, rezistența ei crescând o dată cu gradul de uscare.

Gradul de îndesare

Este un indice specific rocilor nisipoase care apreciază starea de îndesare/afânare a acestora pe baza valorilor extreme și in situ ale indicelur porilor.

= (3.1)

i – indicele porilor caracteristic stării de afânare maximă pe care o poate prezenta respectiva rocă nisipoasă;

– indicele porilor caracteristic stării de afânare minimă pe care o poate prezenta respectiva rocă nisipoasă;

e – indicele porilor caracteristic stării naturale.

Tabel 1. Gradul de îndesare al rocii nisipoase

Cei doi indici ai porilor sunt utilizați și pentru calculul capacității de îndesare (Ci) a nisipurilor.

(3.2)

Cu ajutorul greutăților volumice în stare uscată (yd) și a greutății volumice maxime în stare uscată (ydmax) se poate calcula un alt indice geotehnic numit gradul de compactare (D). Acesta este dependent de lucrul mecanic (L) aplicat în vederea compactării terenului. Pentru drumuri comunale trebuie sa aibă o valoare peste 95%, iar pentru construcții importante trebuie sa depasească 98%. Cu cât gradul de compactare este mai mare cu atât permeabilitatea este mai mică.

(3.3)

Indicele de consistență

Parametrul de stare specific rocilor argiloase este indicele de consistență , definit în raport cu limitele de plasticitate și umuditate în stare naturală.

= (3.4)

ω – umiditatea în stare naturală

– limita inferioară de plasticitate (de frământare), definită ca umiditatea minimă pentru care comportamentul mecanic al argilei este plastic. Se determină prin metoda cilindrilor. Aceasta presupune confecționarea unor cilindri din argilă, cu diametrul între 3 și 4 mm, și lungimi între 30 și 50 mm, care se rulează pe o placă ceramică până în momentul apariției primelor crăpături, când se consideră că s-a atins limita inferioară de plasticitate, moment în care se determină umiditatea cilindrilor. Pentru fiecare tip litologic se fac minimum 2 probe alcătuite din câte 7 cilindri fiecare.

Determinarea acestei limite de plasticitate este importantă în geotehnică din punct de vedere economic, deoarece în practică, este util să se aducă terenul la limita de frământare pentru a se excava cu ușurință în el, scutind astfel timp și resurse financiare necesare pentru excavare în roci uscate, tari.

– este limita superioară de plasticitate (de curgere) definită ca umiditatea maximă pentru care comportamentul mecanic al rocii este de tip plastic. Se determină prin metoda Casagrande. Aceasta presupune realizarea unei paste din argilă care va umple 2/3 din cupa Casagrande. În mod convențional se consideră că s-a atins limita superioară de plasticitate atunci când șanțul efectuat cu spatula cupei Casagrande se închide pe minimum12 mm după un număr N=25 căderi ale cupei efectuate cu frecvența de 120 bătăi/minut, de la o înălțime de 1 cm, cât este cureaua cupei.

Toate rocile argiloase-nisipoase au o anumită umiditate care corespunde limitei superioare de plasticitate și de aceea aceste limite se folosesc și la identificarea și clasificarea rocilor. Astfel că limita de curgere pentru argile este de minim 40%, în realitate putând să ajungă și până la 60-80%; în cazul în care limita de curgere ia valori sub 35%, atunci argila are plasticitate mică. În cazul nisipurilor limita superioară de plasticitate nu depașește 15-20%.

Cel mai adesea se efectuează două probe de umidități diferite pentru care se determină cu ajutorul cupei, numerele de bătăi după care se închide pasta. Cu valorile și se calculează indicele de plasticitate a căruii valoare caracterizează rocile argiloase.

Tabel 2. Valorile indicelui de plasticitate caracteristice rocilor argiloase

Proprietățile de plasticitate și consistență ale rocilor argiloase sunt puternic influențate de participarea fracțiunii fine cu dimensiunile particulelor mai mici de 2µ. Această fracțiune granulometrică influențează în mod determinant capacitatea de adsorbție și absorbție a apei în cazul mineralelor argiloase.

Amprenta specifică

Caracterizarea complexă a rocilor se poate face coborând datele referitoare la granulometrie, plasticitate, activitate și/sau mineralogie într-o unică diagramă numită amprentă caracteristică, a cărei formă și extindere caracterizează comportamentul mecanic al rocii. Interpretarea acestei diagrame se face prin analogie cu amprentele unor unor roci al căror comportament este cunoscut. Cu cât amprenta este mai mare decât modelul ales, cu atât roca este mai activă în raport cu apa.

Se deosebesc trei tipuri de amprente caracteristice: M, Ch și A. Amprenta de tip M folosește ca elemente de bază ale reprezentării proporțiile de minerale primare: cuarț, feldspat, mică; minerale secundare: caolinit, montmorillonit, illit; și oxizi. [NUME_REDACTAT] presupune reprezentarea tot pe opt axe a compoziției chimice respectiv proporțiile de silice, oxizi, carbonați, sulfați și materii organice, valoarea pH-ului și a sarcinilor electrice disponibile. Amprenta permite recunoașterea rapidă a rocilor salifere sau gipsifere, precum și a rocilor cu un bogat conținut organic.

Tabel 3. Punctele caracteristice ale amprentei

Cea mai răspândită amprentă este cea de tip A care se trasează pe baza a patru puncte ale căror coordonate sun valorile limitelor de plasticitate, compoziția granulometrică precum și diametrele corespunzătoare procentelor de 10%, 90% sau valoarea procentuală a fracțiunii granulometrice cu dimensiunile mai mici de 2µ.

Limita de contracție

Pentru determinarea acestei limite, trebuie avute în vedere procese și mecanismele care au loc atunci când o masă umedă saturată de rocă argiloasă-nisipoasă este supusă uscării. În timpul procesului de uscare are loc o reducere de volum a rocii, reducere echivalentă cu volumul de apă evaporată din porii rocii. Această micșorare de volum se datorează forțelor de capilaritate care acționează la suprafață rocii, forțe care atunci cand ating valoarea maximă duc la oprirea micșorării volumului. În acest moment, apa începe să se retragă spre interiorul rocii, ducând la schimbarea culorii și texturii suprafeței probei. Dacă procesul de uscare este continuat, atunci încep sa apară crăpături în rocă, crăpături a caror frecvență și intensitate este direct proportională cu fracția foarte fină din componența rocii.

Umiditatea începand de la care proba nu iși mai modifică volumul în timpul uscării se numește „limita de contracție” ws și este specifică fiecărui tip de rocă argiloasă-nisipoasă în parte. Această umiditate se determină tot prin uscarea completă a unui bulgare de rocă și măsurarea volumului și greutății finale a acestuia.

Se consideră volumul la limita de constracție ca fiind cel pe care il are proba uscată în etuvă la temperatura standard dat fiind faptul ca sub aceasta limită nu mai apar modificări importante ale volumului rocii. Limita de contracție se poate calcula cu formula :

(3.4)

unde Vmin este volumul minim al rocii, Gd este greutatea probei uscate în etuvă, ys este greutatea volumică a scheletului mineral și yw este greutatea volumică a apei(10KN/m3) (Paunescu M..,1983).

Tabel 4. Domenii de variație pentru limite

Pentru caracterizarea unei roci argiloase-nisipoase din punctul de vedere al limitei de contracție este necesar de cunoscut un indice geotehnic important care poartă numele de „contracție volumică” CV, indice care se determină cu relația:

(3.5)

Unde:

Vi este volumul inițial al probei

Vf este volumul final al probei.

B. Proprietățile fizico-mecanice ale rocilor argiloase-nisipoase

1. [NUME_REDACTAT] este proprietatea rocilor de a se deforma, micșorându-și volumul, sub efectul încărcărilor exterioare sau chiar a greutății proprii. În laborator compresibilitatea rocilor se determină cu aparatul numit edometru și anume pe epruvete cu structura netulburată extrase din monoliși sau ștuțuri, uneori și pe epruvete preparate. Determinarea constă în urmărirea deformațiilor verticale și evoluției acestora în timp sub efectul unor încercări axiale aplicate în trepte, în condițiile unor deformări laterale blocate.

Există două feluri de încercări:

Încercarea la compresiune-tasare, care constă în stabilirea relației efort-tasare. Este necesară pentru stabilirea tasărilor probabile.

Încercarea de compresiune-consolidare, care constă în stabilirea relației efort-tasare-timp. Se execută în roci argiloase saturate, la construcții la care este nevoie precizarea duratei de stabilizarea a tasărilor.

Probele netulburate sunt aduse în laborator sub formă de monoliți sau în ștuțuri parafinate. Din monoliți, epruvetele ce urmează a fi încercate se extrag astfel:

Se înlătură parafina de pe fața superioară a monolitului așezat în poziția din strat;

Se nivelează și se așează ștanța edometrică prevăzut cu cuțit și cu guler prelungitor;

Se decupează cu un cuțiti bine ascuțit epruveta de jur împrejurul ștanței pe adâncimea de 4-5 cm, după care ștanța se apasă ușor în probă, făra a se înclina, până ce se umple complet împreună cu o parte din gulerul prelungitor. Epruveta și ștanța se desprind din monolit prin decuparea treptată , de jur împrejur, la partea inferioară.

Din ștuțuri epruvetele se extrag în același mod, cu deosebirea că ștuțul se așează într-o presă specială care împinge afară materialul din ștuț și în același timp îl face să pătrundă în ștanța edometrică, ținută fixă de către platoul superior, reglabil, al presei. Înlăturarea surplusului de material se face cu un cuțit. Până la montarea în edometru și începerea determinării epruvetele se păstrează într-o atmosferă umedă, în așa fel încât umiditatea lor să nu se schimbe.

Aparatura este formată în principal din: suport aparat, sistem de încărcare, aparat de măsură, casete, ștanțe, set de greutăți, comparatoare pentru măsurarea tasării, suport casete. (Figura 1).

Dimensiunile probei sunt de diametru 70 mm si 20 mm înălțime.

Sistemul de încărcare, prin intermediul unui dinamometru, se compune din două pârghii paralele legate între ele prin pafta și jugul care se sprijină pe aparatul de măsură. Încărcarea probei se face controlat, conform unor tabele de etalonare specifice unui anumit edometru.

Figura 1. Alcătuirea edometrului

Modul de lucru începe prin introducerea în aparat a ștanței fixate în epruvetă, așezându-se câte o rondea de hârtie de filtru pe fețele probei, acesta sprijinindu-se pe piatra poroasă filtrantă ce s-a fixat în lăcașul din suport. Se montează inelul prelungitor în care se așează pistonul și se coboară jugul de încărcare a probei.

Încărcarea probei se realizează cu ajutorul greutăților fixate la pârghie și citirea deformațiilor verticale pe cadranul unui microcomparator gradat în sutimi de milimetru. Prima operațiune este echilibrarea sistemului de încărcare, conectarea aparatului de măsură la piston și la jug iar apoi se pune în contact palpatorul de la piston cu tija microcomparatorului.

1.1. Încercarea de compresiune-tasare

Încercarea se exucută pe epruvete cu umiditate naturală. În cazuri speciale, roci sensibile la umezire și roci cu umflări și contracții mari, epruvetele sunt imersate în tot timpul determinării.

Se încarcă celula edometrică și se pune în funcțiune sistemul de încărcare. Este aplicată o încărcare inițială în funcție de consistența rocii și care se menține timp de 30 de minute.

După expirarea celor 30 de minute se aplică prima treaptă de încărcare și se declanșează ceasul de laborator.

Se citesc indicațiile microcomparatorului după 1 minut, o oră, două ore și apoi din oră în oră până la stabilizarea tasării, cele trei citiri consecutive la interval de o oră să nu difere cu mai mult de 0,01 mm.

După stabilizarea tasării sub treapta respectivă de încărcare, se aplică treapta următoare de încărcare, citirile pe comparator efectuându-se la fel.

După aplicarea ultimei trepte de încărcare și stabilizarea tasării sub aceasta, se descarcă epruveta până la încărcarea inițială care se menține până la stabilizarea tasării, notându-se tasarea finală.

Rezultatele se sintetizează sub forma unui tabel. Cu ajutorul datelor din tabel se trasează curba de compresiune-tasare pe un formular semilogaritmic standardizat. Pe ordonată, la scara normală, se trece tasarea specifică în procente și pe abscisă, la scară logaritmică, încărcarea.

Cu ajutorul curbei se calculează tasarea specifică (s), modulul de deformație edometrică (Eed) și modulul de tasare ( ep).

Tasarea specifică (s) se masoară în procente și reprezintă raportul dintre tasarea epruvetei (h ,în mm) și înălțimea initială a epruvetei (h,în mm).

(1.1)

Modulul de deformație edometrică (Eed) se mai numește și modulul de compresibilitate și se masoară în daN/cm3.

(1.2)

Unde:

Δp reprezintă creșterea presiunii de încărcare între 2 presiuni consecutive pn și pn-1, [daN/cm3]

Δ(Δh/h) este tasarea specifică Δh/h corespunzatoare treptei de încărcare Δp

Frecvent modulul de deformație edometrică se calculează pentru trepte de încărcare de pn=3daN/cm3 și pn-1=2daN/cm3, deoarece acestea sunt sarcinile pe care le transmit în mod obișnuit construcțiile terenului.

Modulul de tasare (ep) se măsoară în mm/m și corespunde unei presiuni arbitrare p, de obicei p=2daN/cm2(ep2) și se calculează cu formula:

(1.3)

1.2. Încercarea de compresiune-consolidare

Încercarea se execută pe epruvete de argilă saturată care sunt imersate pe tot parcul determinării.

Se introduce ștanța cu epruveta în edometru, se saturează cu apă pietrele poroase filtrante și se iau măsuri pentru evitarea pierderii de apă din epruvete.

Se aplică o încărcare inițială, în funcție de consistența rocii și tendința de umflare a epruvetei și se inundă epruveta. Încărcarea inițială se menține timp de 24 de ore.

Se notează indicația microcomparatorului la expirarea timpului de menținere a încărcării inițiale, după care se aplică prima treaptă de încărcare și se declanșează ceasul de laborator.

Se citesc indicațiile comparatorului după 10 secunde, 15 secunde, 30 secunde, 1 minut, 2 minute, 4 minute, 8 minute, 15 minute, 30 minute, 1 oră, 2 ore, 4 ore, 8 ore, 24 ore și dacă diferența între ultimele două citiri este mai mare de 0,01 mm se continuă citirile din 24 în 24 de ore până la consolidare.

După consolidarea epruvetei sub treapta respective, se aplică treapta următoare de încărcare.

După aplicarea ultimei trepte de încărcare și consolidarea epruvetei, se descarcă epruveta până la încărcarea inițială care se menține 24 ore. Se înregistrează indicația microcomparatorului.

Datele obținute se înregistrează într-un tabel.

Exprimarea rezultatelor

Există două metodologii de lucru, ambele pornind de la interpretatrea unor curbe trasate experimental.

a. [NUME_REDACTAT] și [NUME_REDACTAT] privind relația tasare timp sunt înregistrate sub forma unui grafic tasare rădăcina pătrată de timp. Partea rectilinie a curbei se prelungește până taie axa ordonatelor. Din acest punct se trasează o dreaptă a cărei pantă este de 1,15 ori panta prelungirii părții lectilinii a cubei. Punctul unde această dreaptă taie curba de consolidare corespunde pe axa absciselor timpului, corespunzător unei consolidări primare de 90%.

Tasarea instantanee apare prima într-un timp relativ mic de la începerea testului și este neglijată dacă se iau în considerare consolidările pe termen lung. Consolidarea secundară începe odată cu consolidarea primară după încărcare.

b. [NUME_REDACTAT]

S-a aplicat pornind de la date experimentale rezultate prin folosirea celulei Rowe-Barden, celulă edometrică care are posibilitatea ca prin intermediul unor traductori de presiune să urmărească variația presiunii neutrale. Variația de presiune a apei din pori este urmărită în milivolți. Consolidarea primară este considerată încheiată atunci când presiunea apei din pori este complet disipată.

Pe curba logaritm de timp – tasare pentru determinarea timpului și a tasării specifice se urmează următorii pași:

La ultimul punct de inflexiune al curbei, se prelungesc cele două linii drepte până se intesectează; această intersecție este punctul pentru care tasarea prin consolidarea primară se consideră consumată în proporție de 100%;

Punctul de 0% al tasării pentru consolidarea primară se obține după cum urmează:

– se alege punctul și se duce o paralelă la abscisă până intersectează ;

– se determină distanța pe verticala timpului la curbă, aceeași distanță se ia pe verticala timpului de la curbă în sus, acest punct reprezintă punctul de 0% al tasării primare.

2. Compactarea rocilor argiloase-nisipoase

Principala operație care conduce la îmbunătățirea proprietăților geomecanice a rocilor argiloase-nisipoase este compactarea .Efectul său se traduce în scăderea porozității,reducerea conductivității hidraulice și a compresibilității, precum și creșterea greutății volumice și a rezistenței la forfercare.

Compactarea rocilor este o operație aplicată printre altele la realizarea nucleelor impermeabile ale barajelor sau digurilor de materiale locale ,realizarea ecranelor impermeabile ale diverselor depozite de steril,sau la alcătuirea pernelor de balast pentru fundarea construcțiilor pe terenuri foarte compresibile.

Parametrul care controlează eficiența procesului de compactare este umiditatea rocii. Valoarea umidității pentru care se obține o compactare maximă(la o anumită valoare a lucrului mecanic consumat) se numește umiditate optimă de compactare iar valoarea ei depinde in principal de natura mineralogică și granulometria rocii. Proiectarea lucrărilor se bazează îm esență pe încercările de compactare a probelor în laborator introdues de R. Proctor, deși condițiile de lucru diferă mult de cele de șantier.

Exprimarea rezultatelor de laborator ce urmează să stea la baza calculelor de proiectare a construcțiilor se fac prin proiectarea valorii umidității optime de compactare corespunzătoare unei valori minime a densității aparente în stare uscată minim admisibil.

[NUME_REDACTAT] este practicată în două variante, în funcție de lucrul mecanic consumat pentru realizarea umidității optime de compactare:

L = [dJ/] (2.1)

m – masa maiului (kg)

g – accelerația gravitațională (cm/)

h – înălțimea de cădere a maiului (cm)

n – numărul de lovituri pe fiecare strat

A – aria secțiunii cilindrului de compactare ()

a – grosimea stratului de rocă compactată.

[NUME_REDACTAT] normală care este folosită în cazul compactării materialelor din construcția lucrărilor ușoare (terasamente de drumuri, căi ferate, aeroporturi, platforme auto) în timp ce variante Proctor modificată se folosește în cazul unor lucrări în care presiunile transmise terenului de fundare sunt mari, folosindu-se utilaje de compactare mai grele.

Ambele variante se realizează cu dispozitive Proctor care constau în cilindri de metal de diferite dimensiuni, în care este dispusă roca în strate urmând a fi compactată cu maiuri de dimensiuni corespunzătoare.

Cantitatea totală de material se usucă în aer sau în etuvă. Se elimină prin cernere elementele grosiere urmărind ca raportul dintre cantitatea totală de material și elemetele grosiere să nu depășească 0,25. Compactarea propriu-zisă se face având în vedere următoarele aspecte:

Grosimea stratelor să fie aproximativ egală;

Compactarea să se realizeze cât mai uniform pe strat;

Pentru roci necoezive și grosiere se reduce cursa de lovituri la jumătate, dublându-se numărul lor.

3. Rezistența la forfercare a rocilor argiloase-nisipoase

Încărcările exterioare și greutatea proprie dezvoltată în masa de pămînt tensiuni normale si tangențiale. Tensiunile tangențiale acționză asupra particulelor solide și a legăturilor dintre ele, exercitând tendința de ale forfeca și de ale deplasa una față de cealaltă. Capacitatea de rezistență, generată de legătura dintre elementele constitutive ale pămîntului, ce se opun acțiunii tensiunilor tangențiale, de forfecare, constituie rezistența la forfecare.

Rezistența la forfecare a unui pământ este definită dacă se cunosc unghiul de frecare intern și coeziunea, mărimi numite indici de forfecare sau parametrii rezistenței la forfecare. Determinarea parametrilor de forfecare în laborator se realizează fosind aparatul de forfecare directă, prin forfecarea pe plan obligat, și aparatul triaxial, prin compresiun traixială sau compresiune monoaxială.

Ecuația lui Coulomb este ecuația folosită pentru determinarea rezistenței la forfecare:

τf=σtgϕ+c (3.1)

Unde:

τf – este rezistența la forfecare (efort unitar tangențial maxim); [daN/cm2; KPa]

σ – efort unitar normal pe suprafața de forfecare [daN/cm2; KPa]

ϕ – unghiul de frecare internă a rocii(în grade sexagesimale)

c-coeziunea (daN/cm2; KPa]

Reprezentarea grafică a ecuației lui Coulomb este dreapta lui Coulomb.

Unghiul de frecare internă (ϕ)și coeziunea (c) sunt parametrii ai rocii și definesc rezistența la forfecare. Aceștia pot varia în funcție de: tipul de, gradul de saturație al probelor, dimensiunile probelor, traiectoria eforturilor și condițiile de contur.

În laboratorul geotehnic acești doi parametrii se determină prin încercarea de forfecare în casetă numita și forfecare directă sau prin încercări de forfecare triaxială. Astfel ca parametrii de forfecare depind în mare masură atât de aparatură cât și de modul în care se efectuează încercările.

3.1. Forfecarea directă

Experimentul constă în supunerea unei probe la un efort normal constant și la un efort de forfecare treptat crescător, de-a lungul unei suprafețe impuse, până la momentul cedării.

Pregătirea probei. Se pot folosi probe netulburate, la umiditatea și greutatea volumică naturală sau tulburate, care însă trebuiesc aduse la starea de îndesare existentă în natură. Secțiunea plană orizontală a probelor este pătrată, de dimensiuni variabile, la noi în țară dimensiunile frecvente ale probelor sunt de 6×6 cm. Se așează proba în caseta de forfecare, având la partea superioară și inferioară plăci striate perforate. Se așează caseta în contact cu pistonul de acționare a forței tăietoare și se scot șuruburile de fixare a casetei. Se aplică încărcarea verticală, printr-un sistem alcătuit din greutăți, pârghie și o placă de distribuție a efortului. Se fixează la partea superioară a casetei, microcomparatorul de măsurare a deformațiilor verticale.

Forfecarea propriu-zisă începe în momentul în care se cuplează electromotorul ce aplică forța orizontală. Acesta poate avea mai multe turații asfel încât se pot aplica mai multe rate de creștere a efortului tangențial. Pentru a facilita mișcarea relativă a celor două jumătăți ale casetei, jumătatea inferioară este mobilă și fixată pe un sistem de șine. Înregistrarea forței orizontale aplicate probei se face continuu prin intermediul inelului dinamometric fixat pe jumătatea superioară a casetei. Deformațiile inelului dinamometric înregistrate pe microcomparatorul cuplat, sunt raportate la forța aplicată, prin internediul unui grafic de calibrare.

Metoda presupune supunerea probei la o solicitare de forfecare F sub acțiunea căreia proba cedează.

τ= T/A (3.2)

Unde:

τ – este efortul unitar tangențial, măsurat în daN/cm2

T este forța de forfecare, măsurată în kgf

A este secțiunea după direcția impusă, măsurată în cm2

Valoarea maximă a efortului tangențial unitar τmax dat de o anumită încărcare de forfecare reprezintă rezistența la forfecare a rocii.

Forfecarea este realizată în momentul în care se înregistrează o scădere bruscă a forței tăietoare. Se efectuează minim trei încercări pe probe prelevate din aceeași rocă, cu valori crescătoare ale efortului vertical. Cu ajutorul aceluiași aparat, continuând aplicarea forței tăietoare, după crearea planului de forfecare se poate determina rezistența reziduală la forfecare.

Prelucrarea rezultatelor se realizează numai după executarea forfecării directe pe minim trei probe, pentru fiecare probă supusă efortului normal se obțin un șir de valori ale eforturilor tangențiale. Perechile de valori pot conduce la aflarea parametrilor rezistenței la forfecare prin două metode: analitică și grafică.

Metoda analitică presupune găsirea valorilor unghiului de frecare intern și a coeziunii care satisfac ecuația Coulomb pentru toate cele trei seturi de date.

fi max = 1tg+C (3.3)

Metoda grafică presupune reprezentarea la scară a perechilor de puncte pe un grafic (eforturi normale și eforturi tangențiale), și trasarea dreptei care le unește, și care reprezintă dreapta Coulomb. Unghiul făcut de această dreaptă cu axa orizontală reprezintă unghiul de frecare intern, iar ordonata la origine este coeziunea.

3.2. Forfecarea triaxială

Prin testul triaxial roca este supusă unei stări spațiale de eforturi și sunt deduse caracteristicile corespunzătoare. Pe parcursul testului se măsoară simultan deformațiile și schimbările de volum. Proba este dusă până la forfecare prin modificarea stării de eforturi.

Echipamentul utilizat este foarte sofisticat și din această cauza acest test nu se face în mod uzual, ci doar pentru lucrări cu un grad sporit de dificultate precum lucrări de artă rutieră și feroviară, stabilități de taluze, turbine eoliene și pentru cercetare științifică. Nu toate laboratoarele geotehnice sunt dotate cu un astfel de echipament.

În timpul testului se masoară eforturile (σ1,σ2=σ3), deformațiile longitudinale și radiale, presiunea apei din pori și schimbările de volum care apar

Principiul încercării constă în faptul că proba este închisă într-o incintă presurizată, în care este supusă unei compresiuni după cele trei direcții spațiale, până la apariția forfecării sau până la atingerea unui criteriu de deformație. Se aplică o încărcare uniformă, numită efort principal minim și care este presiunea din celula triaxială, pe toată suprafața probei, și care va rămâne constantă pe toată durata testului. Se suprapune un efort numit efort deviator (Δ, care acționeză pe direcție verticală, și care este creat de o forță axială (P), generată prin împingerea probei către un jug fix.



unde A este secțiunea transversalăa probei.

Direcția forței axiale rămâne constantă, însă intensitatea sa crește pe măsură ce proba este împinsă către punctul de sprijin. Solicitarea triaxială este constituită din efortul principal minim constant care acționează dupădirecțiile planului orizontal și din efortul principal maxim, care acționează după direcție verticală și care este crescător ca intensitate.

[NUME_REDACTAT] triaxială. Proba este montată pe un suport bazal și este izolată cu un cilindru din perspex. Baza celulei triaxiale este racordată la sistemul de generare și măsurare a presiunii în celulă, iar pe capătul superior al probei se așază o plăcuță conectată la sistemul de drenaj, care însă suportă și un piston mobil prin care se transmite presiunea axială prin intermediul unei bile. Probele sunt supuse eforturilor învelite într-o membrană de plastic care acoperă suportul bazal și împiedică transferul de lichid între porii rocii și lichidul din celulă.

Rezervorul de lichid permite și dezaerarea apei. Aparatul are nevoie de alimentare cu apă distilată și cu energie electrică. Aerul este scos ca urmare a trecerii apei în mod continu prin vacuum. O pompă ce este montată în ansamblul mecanic generează vacuum deasupra nivelului de apă din tanc. Capacitatea rezervorului este de 15 l.

Stabilizatorul de presiune. Datorită variației cantității de lichid din celulă presiunea apei din celulă trebuie permanent întreținută la valoarea constantă. Ansamblul dispozitivelor ce constituie aparatul de compresiune triaxială cuprinde două stabilizatoare de presiune. Unul asigură menținerea presiunii constante în apa distilată și dezaerată din calulă iar cel de al doilea menține presiunea de compensație constantă.

Distribuitorul de presiune face legătura între celulă, cele două stabilizatoare de presiune și panoul central de măsură și distribuție a presiunii.

Panoul central de măsură și distribuție a presiunii. Unitatea are un manometru montat pe un panou ce este prevăzut cu valve de intrare și ieșire. De asemenea este prevăzut, pentru un control fin supra presiunilor, cu o pompă de mână alimentată dintr-un rezervor propriu de apă și cu valve de scurtcircuitare. Manometrul pentru presiuni joase este conceput pentru a măsura presiuni mici, pozitive și negative. Este prevăzut cu o „capcană” pentru mercur și montat pe un suport metalic.

Dispozitivul de măsurare a presiunii apei din pori. Măsurătorile se vor realiza cu ajutorul distribuitorului de presiune, panoului central de măsurare și distribuție a presiunii și „indicatorul de nul” care este conceput pentru a prelua presiunea apei din pori.

Tehnica de măsurare a presiunii apei din pori. La baza probei nu au voie să existe bule de aer. Dezaerarea probei se face circulând apa din sistem. Apa este introdusă prin baza probei la o presiune mai mică cu cel puțin 20 KPa față de presiunea apei din celulă și iese pe partea superioară a probei, printr-un tub capilar flexibil. Dezaerarea se încheie atunci când apa care percolează proba nu mai antrenează bule de aer. Tehnica de lucru presupune citirea presiunii la manometrul de pe panoul central de măsurare si distribuție a presiunii, atunci când mercurul este la același nivel în cele două ramuri ale vasului comunicant inclus în aparatul numit „indicatorul de nul”. Aparatul nu va măsura decât presiunea apei din pori pentru o rocă argiloasă-nisipoasă saturată. Pentru probele de rocă nesaturate testul începe cu saturarea acestora.

Dispozitiv pentru măsurarea schimbărilor de volum este alcătuit din două biurete de 100 ml gradate în intervalul de 0,2 ml. Biuretele sunt prevăzute cu tuburi interioare prin intermediul cărora se evită supunerea lor la presiuni mari. Dispozitivul este calibrat independent de presiune. Când cantitatea fluidului depășește capacitatea unei biurete, un „întrerupător de echilibru” permite schimbarea sensului de curgere. Dispozitivul este prevăzut cu o „valvă de trecere”, care permite curentului de fluid să nu intre prin biurete atunci când nu este necesar să se măsoare schimbarea de volum. Citirile la biuretă se fac prin intermediul interfeței apă-kerosen.

Atunci când la forfecare volumul probei se modifică, apa va fi evacuată din cululă spre una din biuretele dispozitivului de măsurare a volumui. Efectul constă în modificarea poziției interfeței apă-kerosen. Pe scala epruvetei se citește volumul de apă evacuat din celulă, volum care reprezintă modificarea, de regulă pozitivă la momentul cedării, față de volumul inițial al probei.

Echipamentul de încărcare. Jugul de încărcare este menținut fix, la orizontală și cu ajutorul și cu ajutorul unui electromotor este ridicat platanul. Aparatul este conceput pentru probe de rocă argiloasă-nispoasă și poate furniza o încărcare maximă de 50 KN. Forța aplicată este generată de un motor electric. Controlul se realizează prin intermediul unui afișaj electronic, prevăzut cu tastatură de reglare a vitezei. O scală situată sub platan devine vizibilă când se ridică platanul din poziția cea mai joasă. Pe acesta se poate citi cu aproximație lungimea cursei realizate de platan.

Figura 2. Aparat triaxial

Tehnica de testare. Proba de argilă este prelevată cu o ștanță metalică care este tăiată după două generatoare diametral opuse. După detașarea ștanței epruveta este plasată în celulă împreună cu hârtia de filtru și pietrele poroase.

O membrană de cauciuc este rulată pe un cilindru de plastic, prevăzut cu un tub de sucțiune și peste unul din capete se trec două inele de cauciuc. Se crează vid și prin sucțiune membrana aderă la pipă. Ansamblul pipă-membrană este plasat pe probă și prin devidare membrana este trecută pe epruvetă. Este apoi plasat cilindrul metalic scurt prin intermediul căruia se face contactul cu pistonul și care este prevăzut cu un tub de evacuare a apei din probă. Membrana este prinsă prin două inele de cauciuc atât pe coclu cât și pe cilindrul metalic scurt. În felul acesta se evită contactul dintre probă și apa din celulă. În continuare, este montat cilindrul de sticlă prin fixare cu tije și șuruburi la placa de bază. Pistonul este așezat în lăcașul cilindrului metalic scurt și este ridicat soclul până când se face contactul cu dinamometrul.

Celula este umplută cu apă distilată și dezaerată pe măsură ce aerul este evacuat prin ventilul de preaplin. Acesta din urmă este închis atunci când este scoasă în atmosferă prima picătură de apă. Apoi este pusă sub presiune apa din celulă prin intermediul unei pompe de ulei, astfel în celulă se crează presiunea hidrostatică dorită.

În funcție de tipul de test ce urmează să fie făcut, drenajul poate să fie deschis spre biuretă (pentru măsurători de volum), prin valva de ieșire conectată cu partea superioară a probei. Aceasta este procedura de consolidare și se face prin evacuarea apei, cu înregistrarea presiunii din pori și a cititorilor la biuretă. Se folosește sistemul cu o presiune de compensație care menține presiunea neutrală constantă. Consolidarea este realizată atunci când încetează modificarea de volum și presiunea apei din pori corespunde presiunii de compensație.

Timpul necesar pentru a ajunge la consolidare depinde de tipul de rocă testată și de mărimea probei. Timpul de consolidare este proporțional cu pătratul lungimii liniei de drenaj. Procesul de consolidare se încheie mai repede dacă este pusă hârtie de filtru pe fața laterală și la capetele probei. Această tehnică permite drenarea apei din pori atât radial cât și pe verticală, în interiorul probei.

3.2.1. Test triaxial nedrenat-neconsolidat

Testele de acest tip presupun punerea sub sarcină a probei fără o consolidare prealabilă a probei și fără a permite eliminarea apei din poripe parcursul forfecării acesteia.

Parametrii rezistenței la forfecare, coeziunea și unghiul de frecare intern, sunt folosiți în probleme de stabilitate a rocilor, impermeabile în general, supuse unei modificări de sarcini pe termen scurt, pe parcursul cărora nu își modifică în mod substanțial umiditatea.

3.2.2. Test triaxial consolidat-nedrenat

Testele consolidate presupun realizarea înainte de aplicarea efortului deviator, a unei stări de solicitare al cărei scop este de a reface starea de efort natural pe care proba o suportă in situ. Acest lucru se realizează prin supunerea probei unui efort de tipul presiunii din celulă, constant și omogen pe toate direcțiile, permițând în același timp eliminarea apei din pori.

După încheierea fazei de consolidare, în care proba s-a și saturat, se obturează sisemul de drenare a probei, se conectează indicatorul de nul prin intermediul căruia se poate măsura variația presiunii apei din pori. Folosind acest aranjament de măsurare a presiunii interstițiale rezultatele se pot exprima fie în termeni de eforturi totale, fie în termeni de eforturi efective.

Acest tip de teste sunt folosite în probleme de stabilitate a versanților naturali pe termen mediu și lung, presiuni active pe pereți de sprijin, stabilități ale digurilor și barajelor de pământ.

3.2.3. Test triaxial consolidat-drenat

Sunt teste în care după faza de consolidare, faza de forfecare se efectuează în condiții drenate. Proba își reduce în permanență umiditatea pe toată durata testului și în consecință se fac măsurători permanente de volum fără de care nu se pot calcula ariile secțiunilor transversale ale probei. Rata de încărcare a acestor teste este extrem de mică, pentru a nu crea excese ale presiunii apei din pori. Rezultatele acestor teste sunt folosite la analize de stabilitate pe termen lung, a taluzelor și versanților.

C. [NUME_REDACTAT] Standard ([NUME_REDACTAT] Test)

1. Principiul metodei

Testul de penetrarea dinamică standard reprezintă una dintre cele mai utilizate și cele mai ieftine metode de investigare geotehnică. Este o metodă de determinare a proprietăților rocilor in situ.

Acest tip de test se aplică în toate tipurile de roci sedimentare neconsolidate, exceptând pietrișurile și bolovănișurile.

Adâncimea maximă de investigare a metodei este de 40 m. Până la această adâncime se pot preleva probe în tubul carotier.

Metoda în sine constă în lovirea repetată (15÷30 bătăi/minut) a tubulaturii acționată de un ciocan de 63,5 kg, de la o înălțime de 760 m în vederea asigurării pătrunderii tubulaturii în teren, fără întreruperi, pe o adâncime totală de 450mm. Pătrunderea se relizează în 3 marșuri a câte 150mm (figura 4 ).

Se înregistrează numărul de bătăi necesar pătrunderii tubului carotier pe un marș de 150mm.

Dacă primul marș este destinat fixării tubulaturii în sol, în celalalte 2 marșuri, se determină „rezistența SPT” notată cu N/300mm sau NSPT , prin însumarea numărului de lovituri.

Figura 3. Schema principialã a procedurii SPT (Stanciucu M., 2000)

Înainte de începerea executării testului SPT, trebuie întrerupt procesul de forare și gaura de sondă trebuie curățată, măsurându-se totodată adâncimea apei subterane și adâncimea găurii de sondă.

Dacă se execută testul într-o structură uniformă din punct de vedere litologic, atunci intervalul de execuție al testului este de 0.75 m până la adâncimea de 3,00. Peste aceasta adâncime testul se va executa pe un interval de 1,50-2,00 m.

Figura.4. Modul de aplicare a metodei SPT (sursa http://www.outils-cetu.fr)

2. Factorii de influență ai metodei

Calitatea testelor SPT este condiționată de tipul și starea echipamentului dar și de operatorul care le execută. Din această cauza, testul nu se poate repeta.

Factorii principali care influnțează calitatea tesetelor SPT, dupa Staciucu M., 2000, Investigatii geotehnice in situ, se împart în 5 categorii, după cum urmează:

-Categoria A: sunt factorii care țin de tipul terenului, respectiv vârsta depozitelor, starea de eforturi litostatică, granulometria terenului și compoziția mineralogică a acestuia;

– Categoria B : sunt factorii care țin de prezența apei subterane, respectiv presiunea apei din pori și sensibilitatea la umezire a rocilor;

– Categoria C: sunt factorii care țin de echipament și de întreținerea acestuia, respectiv diametrul găurii de foraj, eficiența și masa standardizată a ciocanului, starea tubului carotier, starea prăjinilor, lubrifierea prăjinilor, tipul echipamentului de foraj;

-Categoria D: sunt factorii care depind de modul de excuție al încercărilor SPT, adică de curățarea precară a găurii de foraj, ascensiunea necontrolată a nivelului apei subterane, notarea incorectă a numărului de lovituri sau a înălțimii de cădere, înfigerea peste limită a tubului carotier și mișcarea incorectã a ciocanului;

– Categoria E : sunt factorii care depind de condițiile umane și condițiile atmosferice din timpul testului.

Erorile care pot să apară în timpul excuției testului SPT sunt legate de stratele care conțin claste cu dimensiuni ce depășesc diametrul tubului carotier, dând astfel valori mari ale NSPT care se interpretează ulterior eronat (ca fiind rocă de bază). Grosimea zonei de influență (de compresiunea) a tubului carotier este de 4÷7d. În vederea remedierii acestei probleme, se dispune ca pătrunderea tubului carotier în roca respectivă (presupusa rocă de bază) să se facă până la 3m.

O altă eroare dificil de detectat apare în cazul contactului dintre un strat cu o consistență scăzută și roca de bază. În acest caz valorile NSPT din zona de influență a tubulaturii (cu diametrul d) sunt mari, din cauza efectului de compresiune a aparaturii.

Cele mai mari și mai des întâlnite erori în cazul acestor teste sunt date de procedura de lucru. Conform pricipiului de execuție a metodei, este raportat numarul de lovituri necesare traversării unei distanțe de 30 cm. În acest caz, valorile NSPT sunt valabile doar pentru strate care au grosimi de minim 30cm la care se adaugă grosimea zonei de influență.

O rezolvare a acestei probleme o constituie luarea în considerare a rezultatelor SPT în cazul stratelor cu grosimi mai mari de 50-60cm, iar orizonturile cu consistență redusă cu grosimi mai mici de 50cm nu sunt luate în considerare, daca nu se carotează.

3. Deteminarea parametrilor rocilor cu ajutorul SPT și corecțiile valorilor

Măsurătorile efectuate cu ajutorul testelor SPT trebuie să țină cont de următoarele aspecte:

Valoarea NSPT să fie un numar întreg întodeauna

La încheierea testului se notează „refuz” doar dacă de înregistrează 50 de lovituri pe 25 mm;

În cazul în care N< 1, inregistrarea este notată „pătrundere sub greutatea tubulaturii”.

La nivel internațional, sunt utilizate valorile NSPT corectate la un nivel energetic de 60%, notându-se ca N60. Trecerea de la NSPT la N60 este făcută în urma aplicării mai multor corecții valorilor înregistrate în teren.

N60 = NSPT CECBCSCR

Unde:

CE este corecția de energie

CB este corecția de diametru al găurii de foraj

CS este corecția de tub carotier

CR este corecția de lungime

Valorile N60 sunt apoi normalizate în raport cu o presiune de referință de 100KPa, utilizând formula de mai jos, în care vo’ este sarcina geologică efectivă la adâncimea testului.

Factorul de corecție CN trebuie să se gasescă în limitele 0,5÷2 pentru adâncimi >3m, iar pentru adâncimi <3m, valorile rezistenței la penerare trebuie reduse cu 25%:

CN (100 / vo ) 1/2

(N1)60 =N60 CN

4. Interpretarea rezultatelor testelor SPT

Cu ajutorul testelor SPT se pot determina parametrii fizico-mecanici ai rocilor străbătute în timpul testului.

Tabel 5. Corelatii între starea fizicã a terenurilor si rezultatele SPT (dupa Staciucu M., 2000)

Interpretarea valorilor (N1)60 se realizează pe baza formulelor:

Bowles (1989) pentru modulul de deformatie liniara E[KPa]:

E = 500(NSPT +15) pentru nisipuri “curate”

E = 300(NSPT + 6) pentru nisipuri argiloase și prăfoase

Hatanaka și Uchida (1996) , pentru unghiul efectiv de frecare internă:

'3,5 22,3 

Capitolul III – Fundarea directă și tasarea

Într-un amplasament, în funcție de condițiile de teren, trebuie să se asigure ca fundația să îndeplinescă toate normele în vederea asigurării siguranței, rentabilității și funcționabilității construcției.

Proiectarea terenului de fundare, volumul de rocă sau de pământ influențat de încărcările transmise prin fundații, cuprinde:

Alegerea naturii terenului de fundare, natural sau îmbunătățit artificial, și implicit adâncimea de fundare;

Tipul fundației;

Materialul din care se realizează fundația (lemn, piatră, zidărie de cărămidă, beton simplu, beton armat, metal, pământ armat etc.)

Tipul de fundație din punctual de vedere al execuției (monolită, semiprefabricată, prefabricată, etc.)

Modalitatea de execuție a gropii de fundare (săpătură deschisă în taluz, sprijiniri simple, palplanșe, ancoraje, pereți mulați, etc.)

Apa subterană, prognoza nivelului acestuia și influența pe timpul execuției și exploatării, atât asupra caracteristicilor pământului cât și a materialelor din corpul fundațiilor;

Dimensiunile geometrice ale tipului de fundație selectat (lățime, lungime, adâncime de fundare).

Fundațiile trebuie proiectate astfel încât să transmită la teren încărcările construcției, inclusiv cele din acțiuni seismice, asigurând îndeplinirea condițiilor privind verificarea terenului de fundare la stări limită.

1. Alegerea tipului de fundație

1.1. Factori de care depinde alegerea tipului de fundație

Sistemul structural al construcției

Condițiile de teren

natura și stratificația terenului de fundare, caracteristicile fizico-mecanice ale straturilor de pământ sau de rocă și evoluția acestora în timp;

condițiile de stabilitate generală a terenului (terenuri în pantă cu structuri geologice susceptibile de alunecări de teren etc.);

condițiile hidrogeologice (nivelul și variația sezonieră a apelor subterane, agresivitatea apelor subterane, circulația apei prin pământ etc.);

condițiile hidrologice (nivelul apelor de suprafață, posibilități de producere a inundațiilor, a fenomenului de afuiere etc.).

Condițiile de exploatare ale construcției

Condițiile de execuție ale infrastructurii

1.2. Criterii pentru alegerea adâncimii minime de fundare

Adâncimea de fundare este distanța măsurată de la nivelul terenului (natural sau sistematizat) până la talpa fundației. Adâncimea minimă de fundare se stabilește în funcție de:

adâncimea de îngheț;

nivelul apei subterane;

natura terenului de fundare;

înălțimea minimă constructivă a fundației;

condițiile tehnologice.

Talpa fundației va pătrunde cel puțin 20 cm în stratul natural bun de fundare sau în stratul de fundare îmbunătățit.

1.3 Stabilirea dimensiunilor bazei fundației

Dimensiunile bazei fundației se aleg astfel încât presiunile la contactul între fundație și teren să aibă valori acceptabile, pentru a se împiedica apariția unor stări limită care să perecliteze siguranța construcției sau exploatarea normală a construcției.

Stările limită ale terenului de fundare pot fi de natura unei stări limită ultime (SLU), a cărei depășire conduce la pierderea ireversibilă, în parte sau în totalitate, a capacității funcționale a construcției sau de natura unei stări limită a exploatării normale (SLEN), a cărei depășire conduce la întreruperea exploatării normale a construcției.

Stările limită ale terenului de fundare având ca document de referință STAS 3300/1-85 sunt:

starea limită de deformații (SLD), care poate fi de natura unei stări limită ultime (SLD.U), dacă deformațiile terenului conduc la deplasări și deformații ale construcției incompatibile cu structura de rezistență sau de natura unei stări limită a exploatării normale (SLD.EN), dacă deformațiile terenului împiedică exploatarea normală a construcției;

starea limită de capacitate portantă (SLCP) corespunde unei extinderi a zonelor în care se îndeplinește condiția de rupere (efortul tangențial efectiv este egal cu rezistența la forfecare a materialului) astfel încât are loc pierderea stabilității terenului și a construcției, în parte sau în totalitate; starea limită de capacitate portantă a terenului de fundare este întotdeauna de natura unei stări limite ultime.

În funcție de particularitățile construcției și ale terenului de fundare, presiunile acceptabile pe terenul de fundare se pot stabili, în cazul fundării directe, în trei moduri:

ca presiuni convenționale;

ca presiuni care să asigure îndeplinirea condițiilor calcului la starea limită de deformații;

ca presiuni care să asigure îndeplinirea condițiilor calcului la starea limită de capacitate portantă.

Cedarea structurii fundației are loc din cauza proiectării greșite a fundației care nu suportă stresul la care este supusă. În acest caz fundația cedează prin forfecare, tensionare sau compresie.

În cele care urmează vor fi prezentați cei doi factori importanți care trebuie luați în considerare în calculul terenului de fundare și anume capacitatea portantă și tasarea.

2. Calculul capacității portante pentru fundațiile de suprafață

Capacitatea portantă reprezintă presiunea care poate fi preluată de terenul de fundare prin evitarea apariției cedărilor cauzate de depășirea rezistenței la forfecare și a refulării în condițiile unor tasări admisibile.

Modul de cedare a terenului de fundare depinde de:

– tipul litologic

– îndesare

– rezistența la forfecare

– tipul de fundație

– timpul de execuție

– mărimea încărcării.

Pot fi luate în considerare două principale moduri de cedare: cedarea structurii fundației și cedarea rocii de fundare prin depășirea capacității portante. Cedarea structurală a fundației poate să apară dacă fundația propriu-zisă nu este bine proiectată pentru a susține stresul impus.

În ceea ce privește testele de încărcare cu presiuni mici, dependența presiune-tasare (Figura 1) este liniară, predominând deformațiile de tip volumic. Acestea din urmă constribuie la forma tasării la fel ca și deformațiile de tip ,,alunecare”.

În grafic: – Pl (presiunea limită) reprezintă punctul caracteristic, determinat de valoarea încărcării, care duce la manifestarea forfecării rocii într-un prim punct din zona activă a terenului de fundare;

– Ppl (presiunea de cedare plastică locală) reprezintă încărcarea până la care relația presiune-tasare este considerată liniară;

– Pcr (presiunea critică) reprezintă încarcarea la care devine preponderentă deformația de ,,alunecare”. Terenul la această încărcare cedează prin refulare laterală.

Figura 1. Încărcări corespunzătoare punctelor caracteristice ale relației încarcare-tasare

2.1. Calculul presiunii limită

Presiunea limită (Pl) reprezintă valoarea incărcării la care are loc forfecarea în colțul fundației. Aceasta este presiunea medie masurată in kPa, repartizată la suprafața de contact a fundației (A), repsunzătoare unei încărcări de cedare (Q).

Presiunea limită care se calculează pentru cazul general în care roca portantă are coeziunea c, greutatea volumică  si adânicmea de fundare (g)hf .

Pl = cNc + (g)hf Nq + 0.5 BN(1.1)

unde:

c – coeziunea rocii portante, kPa

- greutatea volumica a rocii portante, kN/m3

(g)hf – sarcina geologica la adancimea de fundare

Nc, Nq si N- factori de capacitate portanta care se determina in functie de valoarea unghiului de frecare interna  , fiind adimensionali.

Valoarea presiunii limită depinde de adâncimea de fundare sau sarcina geologică la nivelul tălpii de fundare și de caracteristicile de forfecare ale terenului.

Formula de calcul a presiunii limită se aplică pentru o fundație contiuă (de formă dreptunghiulară alungită) pentru care raportul L/B ≥ 5. Forma fundației este introdusă în calcule prin intermediul unor parametri adimensionali numiți factori de formă (c, q, ).

Tabel 1. Factorii de formă ai fundației –[NUME_REDACTAT]

Deoarece realizarea condițiilor de forfecare depinde numai de valoarea presiunilor locale de la colțul fundației, și nu de aria pe care se transmit încărcările, presiunea limită nu depinde de dimensiunile fundației.

Influența compresibilității

În vederea determinării capacității portante, roca este considerată un solid plastic-rigid; însă în realitate rocile argiloase- nisipoase au deformații elasto-plastice.

[NUME_REDACTAT]

Această metodă propune folosirea aceleiași ecuații de capacitate portantă inclusiv aceiași factori, reducând însă caracteristicile de rezistență la forfecare astfel:

c* = 0.76 c (1.2)

* = tg-1 ( 0.67tg) (1.3)

Metoda Vesić

Această metodă ia în considerare, pentru calculul presiunii limită, atât efectul compresibilității, cât și efectul de scară.

Relația de calcul a presiunii limită, pentru cazul în care se ia în considerare influența compresibilității și efectul de scară, este:

Pl= cNc c cc + (g)hf Nqq qc + BN c (1.4)

Termenii necunoscuți sunt factorii de compresibilitate.

Se constată că are loc o descreștere a factorilor de capacitate portantă odată cu mărimea fundației și trebuie luată în considerare pentru toate tipurile litologice. Valoarea capacității portante pentru fundații de suprafață cu arie mare nu poate fi mai mare decât rezistența unor fundații de adâncime pentru aceeași rocă. De aici rezultă ipoteza că fundațiile cu suprafețe foarte mari vor ceda exclusiv prin poansonare, la fel cum se întamplă cel mai probabil cu toate fundațiile de adâncime.

2.2. Calculul presiunii admisibile

Presiunea admisibilă (Pa) reprezintă încărcarea la care fundația poate să cedeze din cauza depășirii capacității portante. Fundațiile trebuie proiectate în așa fel încât să nu existe riscul apariției acestui tip de cedare.

Formula de calcul a presiunii admisibile este:

Pa = Pl/Fs (1.5) Unde:

Pl – este presiunea limită calculată conform relațiilor anterioare

Fs – reprezintă factorul de siguranță.

Factorii de siguranță Fs se utilizează pentru a se evita solicitarea terenului până la cedare, respectându-se astfel siguranța în exploatare a construcției.

2.3. Calculul presiunii de cedare plastică locală

Presiunea de cedare plastică locală (ppl) este cea care trebie calculată pe diferite adâncimi(z) de dezvoltare a zonelor plastice. Trebuie determinată starea de tensiuni într-un punct notat cu M, cu ajutorul relațiilor deduse din “Teoria elasticității”, cu condiția ca în acel punct să apară zona plastică. Se consideră că eforturile principale dezvoltate în punctul M reprezintă suma tensiunilor transmise de presiunea netă pe talpa fundației.

Eforturile principale într-un punct se determină cu ajutorul teoriei elasticității:

(1.6)

(1.7)

(1.8)

f =  ( hf + z ) (1.9)

Unde:

hf – adâncimea de fundare, m

q – sarcina geologică, kPa

Figura 2. Schema de calcul pentru presiunea plastică. Calculul in punctul M (Stroia F., 2000)

Utilizând cercul lui Mohr pentru roci argiloase, rezultă ecuația care leagă eforturile principale maxim și minim:

(1.10)

, c≠0; ≠ 0 (1.11)

Adâncimea maximă pe care se dezvoltă zonele de cedare prin forfecare pentru un p determinat se calculează cu relația:

zmax= (1.12)

Figura 3. Cercul lui Mohr pentru roci argiloase (Stroia F., 2000)

Există trei moduri de calcul a presiunii de cedare plastică locală:

atunci când zmax = 0 se folosește relația Fröhlich

Ppl = (1.13)

Ppl = (1.14)

Notăm  = , rezultă relația:

PplF= ( q+ ) (1.15)

atunci când zmax = se folosește relația [NUME_REDACTAT] = (1.16)

Ppl = (1.17)

Notăm cu  = și rezultă relația :

PplM = ( q+ (1.18)

atunci când zmax = se foloseste STAS-ul românesc

Metoda standardului românesc consideră că deformațiile sunt direct proporționale cu încărcarea și în ceea ce privește relația efort-deformare se diferențiază trei stadii caracteristice:

stadiul comportărilor elastice care se încadreaz în relația efort-deformație liniară sau cvasi-liniară;

stadiul de dezvoltare a zonelor plastice care duce la calculul presiunii de cedare plastică notata cu ppl;

stadiul de rupere, pentru care se claculează presiunea critică notată cu pcr.

2.4. Calculul presiunilor convenționale

Presiunile convenționale ( pconv) reprezintă presiunile acceptabile pe suprafața de contact dintre fundația dicetă și teren, stabilite empiric. Calculul pe baza presiunilor convenționale poate reprezenta calculul definitiv al terenului de fundare în cazul îndeplinirii simultane a următoarelor condiții: construcții obișnuite, nesensibile la tasări, fără restricții în exploatare, terenuri bune de fundare. Sunt recomandate valori ale capacității portante determinate empiric și numite presiuni admisibile.

2.4.1. Calculul la starea limită de deformații

Calculul la starea limită de deformații reprezintă o estimare a presiunii care corespunde unei extinderi limitate a zonei afectate de deformații plastice în teren.

Ppl = m1 (BN1 + ( g)hf N2 + cN3 ) (1.19)

Unde:

m1 – coeficient al condițiilor de lucru

 – media ponderată a greutății volumice a stratelot de sub fundație, pe o adâncime B/4 sub talpă, kN/m3

B – lațimea fundației, m

( g)hf – sarcina geologică la talpa fundației, kPa

C – coeziunea rocii pe care stă fundația, kPa

N1, N2, N3 – factori de capacitate portantă în funcție de unghiul de frecare intern al rocii pe care stă fundația.

Tabel 2. Coeficienții condițiilor de lucru( NP-112/2007)

Tabel 3. Factori de capacitate portantă –ppl, (NP112/2007)

2.4.2. Calculul la starea limită de capacitate portantă

Calculul la starea limită de capacitate portantă presupune de fapt calculul presiunii critice ( pcr ).

Pcr = B’N + Nqq + cNcc (1.20)

Unde:

 este greutatea volumică a rocii pe care stă fundația

B’- este lățimea redusă a tălpii fundației, m

N, Nq , Nc- reprezintă factori de capacitate portantă care depind de unghiul de frecare intern a rocii pe care stă fundația

L’ si B’ – reprezintă dimensiunile reduse ale tălpii fundației

L si B – reprezintă lungimea, respectiv lățimea tălpii fundației, m

e1 si e2 – reprezintă excentricitățiile rezultate ale incărcării de calcul față de axa transversală, respectiv axa longitudinal a fundației, in m. Ele se pot aprecia ca având următoarele valori:

e1 = 0.1 L

e2 = 0.1 B

q si c – reprezintă factorii de formă întabulați.

Tabelul 4. Factori de capacitate portantă –pcr, norme românești

Tabelul 5. Factori de formă- pcr norme românești

3. Calculul tasării terenului de fundare

În zona în care s-a efectuat studiul geotehnic, au fost indentificate pământuri sensibile la umezir (PSU). Acestea necesită luarea unor măsuri suplimentare în ceea ce privește proiectarea și execuția viitoarelor construcții pentru a asigura siguranța si rezistența lor în timp.

3.1. Caracteristicile de bază ale pământurilor sensibile la umezire (PSU)

3.1.1. Caracteristicile fizice și mecanice la solicitări statice ale PSU

Pământurile sensibile la umezire sunt pământurile care, sub acțiunea încărcărilor transmise de fundație, sau numai sub greutate proprie, se tasează suplimentar odată cu creșterea umidității. În această categoric se includ loessurile și pământurile loessoide (STAS 1243 – 88 și normativ P7-2000). După saturarea PSU-urilor, caracteristicile fizico-mecanice ale terenului devin nefavorabile pentru a menține suprastructura.

Pământurile sensibile la umezire se mai numesc și terenuri colapsibile. Fenomenul de colapsibilitate este cu atât mai pronunțat cu cât fracția fină de praf este într-o cantitate mai mare.

Pământurile sensibile la umezire îndepliesc cel puțin unul din următoarele criterii:

Criteriul I: unde im3 este indicele tasării specifice suplimentare prin umezire sub presiunea de 300 kPa

> 2 cm/m = 2% (2.1)

Criteriul II : la încărcările pe placă (cu suprafața minimă de 5000 cm2) rezultă:

η = > 5 (2.2)

s = – ≥ 3 cm (2.3)

în care:

– tasarea terenului inundat la presiunea de 300 kPa

– tasarea terenului în condiții de umiditate naturală, la presiunea de 300 kPa;

Criteriul III: gradul de umiditate ≤ 0,8 iar indicele I dat de relația:

I = (2.4)

în care:

e – indicele porilor la un pământ cu structură și umiditate nturală;

– , indicele porilor corespunzător umidității la limita de curgere a pământului.

[NUME_REDACTAT] pământuri sensibile la umezire se găsesc în Moldova, Dobrogea, Banat, [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT].

Figura 6. Răspândirea loessurilor și pământurilor loessoide în județul Constanța (extras NP125)

Trăsăturile caracteristice ale pământurilor sensibile la umezire sunt determinate de:

particularitățile texturii și structurii;

micro și macro porozității;

variației proprietăților;

compoziției chimico-mineralogice specifice acestor tipuri de roci;

compoziției granulometrice.

În funcție de posibilitatea apariției tasărilor suplimentare sub greutatea proprie, terenurile de fundare constituite din P.S.U. se pot grupa astfel (STAS 1243-88):

grupa A, cuprinzând terenurile dc fundare la care tasările suplimentare din umezire se pot produce numai în limitele zonei de deformație a fundațiilor, fiind provocate de încărcările fundațiilor sau de alte încărcări exterioare; nu se produc lăsări din greutatea proprie sau acestea nu depășesc 5 cm;

grupa B, cuprinzând terenurile de fundare la care sunt posibile tasări sub greutatea lor proprie în caz de umezire, pe lângă tasările suplimentare care au loc in partea superioară a stratului, sub fundații, în limitele zonei de deformații a acestora.

În ceea ce privește granulometria PSU, fracția preponderentă a cestora este praful cu dimensiuni cuprinse între 0.05 și 0.005 mm, fiind în propporție de 50-80% în depozitele de loess.

Variația umidității PSU, este cauza principală a modificării parametrilor de stare referitoare la plasticitate și permeabilitatea acestor depozite, astfel producându-se tasarea lor.

Tabel 6. Umidități caracteristice ale PSU (anexa 1, NP7-2000)

În laboratorul geotehnic determinările uzuale efectuate în vederea testării unei probe de loess pun în evidență urmatoarele caracteristici:

în urma efectuării analizei granulometrice se obține o fracție de praf de aproximativ 60%;

umiditatea loesurilor este scauztă: 18-19%;

valoarea indicelui de plasticitate Ip sub 20%;

valoarea indicelui de consistență Ic are valori mari, fiind înșelator deoarece indică un teren plastic vârtos sau tare, care reprezintă un teren de fundare bun sau foarte bun;

porozitatea are valori mari între 35-40%;

greutatea volumică în stare naturală medie este de 16KN/m3, excepțional putând să ajungă la valori de 12.5 KN/m3;

gradul de saturație are valori sub 0.8, în mod uzual aceasta este între 0.4-0.5;

proprietățile mecanice determinate în edometru sunt înșelatoare, ele dând valori mari atunci când sunt executate pe probele cu umiditate naturală. De aceea în cazul loessurilor este important să se facă teste de edometrie atât pe probele la umiditatea naturală cât și pe probe inundate;

rezistența la forfecare a loessurilor este : =15o-20o si c = 10 kPa.

Din cauza caracteristicilor fizico-mecanice care variază puternic în prezența umidității, cercetările geotehnice executate în vederea identificării și caracterizării PSU-urilor, cu scopul de a stabili soluția optimă de fundare în aceste roci și luarea de măsuri împotriva degradării construcțiilor trebuie să fie efectuate conform prescripțiilor tehnice în vigoare. Trebuie să se țină seama în cercetarea geotehnică de urmatoarele aspecte:

Natura și volumul cercetărilor efectuate pentru caracterizarea sensibilității la umezire a PSU-urilor se stabilesc conform STAS-1242/1-89 ,,Teren de fundare”. Prescripții generale de cercetare geologico-tehnică a terenului de fundare de către unitatea de cercetări și prospecțiuni geotehnice, colaborând cu proiectantul constructor și cu tehnologul. Este important să se țină seama de natura specifică a PSU-urilor dar și de natura și importanța construcțiilor, faza de proiectare și gradul de cunoaștere a terenului de fundare din studiile anterior făcute.

Atunci când se efectuează lucrări de prospectare și explorare conform CR7-01 b ,,Cod de proiectare. Bazele cercetării terenului de fundare și ale stabilirii datelor geotehnice” este important să se țină seama de urmatoarele condiții speciale caracetristice PSU-urilor:

forajele geotehnice trebuie să se execute uscat, fără fluid de foraj, iar probele prelevate trebuie recoltate cel puțin din metru în metru. Probele de edometru trebuie recoltate sub formă de monoliți din săpături deschise, puțuri sau foraje cu diametru de peste 1m. Pentru probele recoltate se folosesc ștuțuri cu pereți subțiri introduse prin presare.

este obligatoriu să se stabilească natura și caracteristicile formațiunii de la baza depozitului sensibil la umezire. De asemenea trebuie identificată extinderea și apariția eventualelor intercalații din cuprinsul depozitului de PSU.

Pe lângă încercările de mai sus, pentru identificarea și caracterizarea pămâturilor sensibile la umezire, în funcție de condițiile de proiectare și execuție a construcției trebuie făcute și alte încercări de teren și laborator, care să ajute la determinarea cât mai exactă a comportării la umezire a PSU-urilor și a modului de conlucrare teren-construcție. Se pot face de exemplu încercări pe fundații la scară redusă și naturală pe suprafețe de 10x10m.

Dacă se realizează încărcări de probă pe plăci, acestea trebuie exeutate atât în condiții de umiditate naturală cât și în condiții de inundare. Încarcarea se face până la presiunea de cel puțin 300 kPa, în trepte de 25-50 kPa. Suprafața minimă de încărcare este de 1.0 m2. Atunci când se inundă terenul, sub placă trebuie să se asigure menținerea constantă a unei adâncimi a apei de 10-15 cm în groapa de încercare. Pe fundul gropii trebuie să fie așternut un strat drenant de pietriș mărgăritar de 3-5 cm grosime. Procesul de inundare trebuie să înceapă cu cel putin 15 zile înaintea încărcării și trebuie menținut pe toată durata acesteia. În acest fel se determină tasarea efectivă sub greutatea proprie a terenului Iefmg.

Incinta experimentală de inundare trebuie să aibă dimensiunile în plan cel putin egale cu grosimea depozitului de loess, dar să nu fie mai mici de 20x20m. Se menține constantă inundarea sub un strat de apă cu 0.3-0.5 m grosime, până în momentul în care are loc amortizarea tasărilor. Se urmăresc:

tasările de suprafață, care au loc în interiorul și exteriorul incintei inundate (cu ajutorul reperilor-borne, topometri);

tasările diverselor orizonturi din adâncime (cu ajutorul reperilor mecanici, electroinductivi, radioactivi;

avansarea umezirii în adâncime urmărite prin doze de umiditate, radiometrie.

Se consideră că amortizarea tasărilor a fost atinsă atunci când ritmul tasărilor de suprafață pentru reperii din incintă nu depășește 1cm/săptămână, într-un interval de timp de cel puțin 2 săptămâni.

Încercarea se consideră finalizată atunci când într-un interval de o lună nu se înregistrează nicio tasare.

Parametrii geotehnici specifici pământurilor sensibile la umezire care se obțin prin încercări în teren sunt următoarele:

rezistența structurală 0 (tabel 12) care corespunde:

presiunii pi la limita de proprționalitate presiune-tasare ( constant) pentru încercările efectuate pe placă în condiții de inundare;

presiunii din greutatea proprie a PSU (sarcina geologică) la adâncimea de la care începe să se producă tasarea sub propria greutate în momentul inundării de la suprafață în incinte experimentale;

presiunii corepsunzătoare unui indice al tasării specifice im3 = i – n = 0.01 = 1% în încercarile edometrice;

tasarea terenului natural sn din încercarea cu placa;

tasarea terenului inundat si din încercarea cu placa;

modul de deformație lineară E din încercarea cu placa ;

tasarea efectivă Iefmg sub greutate proprie la inundarea în incinta experimentală.

Tabel 7. Valorile rezistențelor structurale pentru pământuri loessoide din România (NP125)

Parametrii specifici necesari a fi determinați în laborator sunt:

valoarea indicelui tasării specifice la umezire, im (în cm/m sau %);

rezistența structurală, 0 (în kPa) – vezi figura A3.1;

indicele tasării specifice la umezire pentru treapta de 300 kPa (im300) (încercarea simplă)

modulul de deformație edometrică, Eoed.

Indicele tasării specifice la umezire (im) este diferența de tasare specifică, la o presiune  pe curba presiune – tasare, obținută pentru proba cu umiditate naturală (n) și respectiv inundată inițial (i), în cadrul unor încercări duble în edometru (STAS 8942/1-1989 și SR EN 1997-2:2007 și după caz, cu eratele, amendamentele și anexele naționale asociate.); [%].

Figura 9. Curbe de presiune-tasare rezulate prin testul de edometrie executat pe probe cu umiditate naturală (wnat) și în stare inundată (wsat) extras din NP125.

Rezistența structurală 0 a PSU reprezintă presiunea minimă pentru care se produce fenomenul de tasare suplimentară prin umezire (până la saturare). Ea corespunde:

presiunii corespunzătoare unui indice al tasării specifice în încercările edometrice.

Selectarea valorilor lui se va face în funcție de tipul fundației astfel:

pentru fundații izolate și continui 0 se va stabili prin încercări edometrice și/sau încărcări de probă cu placa;

pentru radiere generale 0 se va stabili prin încercări edometrice și/sau prin inundări în incinte experimentale.

Rezistența structurală este variabilă cu adâncimea terenului sensibil la umezire și această variație se va stabili prin încercări edometrice în corelație cu determinările pe teren (atunci când acestea există).

Indicele tasării specifice la umezire (im) este diferența de tasare specifică, la presiunea de 300 kPa pe curba presiune – tasare, obținută pentru proba cu umiditate naturală (n) și respectiv inundată inițial (i), în cadrul unor încercări duble în edometru (STAS 8942/1-1989 și SR EN 1997-2:2007 și după caz, cu eratele, amendamentele și anexele naționale asociate); [%].

Modulul de deformație edometrică (Eoed i-j) se determină între două trepte de presiune (i și j) și se calculează cu relația:

(2.5)

Uzual se determină Eoed 200-300 între treptele de 200 și 300 kPa.

3.2. Calculul tasării loessului și a rocilor loessoide

Sarcina geologică este notată cu q sau g în formulele de calcul.

g = (2.6)

Efortul vertical creat în colțul fundației se calculează forumula următoare:

z = i pn (2.7)

Efortul vertical creat în centrul fundației care reprezintă cazul cel mai dezavantajos se calculează cu formula:

z = i pn 4 (2.8)

Formula de calcul pentru tasarea relativă prin umezire (sr) este urmatoarea:

sr = (2.9)

Formula de calcul generală a tasării (s) este:

s= msrh (2.10)

unde:

-h este grosimea stratului tasabil (PSU);

-sr este tasarea relativă prin umezire;

– m este coeficientul condițiilor de lucru.

3.3. Calculul tasărilor suplimentare probabile prin umezirea PSU-urilor

3.3.1. .Tasarea suplimentară prin umezire, sub sarcina geologică ( Img)

Pe baza rezultelor încercarilor de compresibilitatea s-au obținut valorile de calcul pentru tasarea suplimentară prin umezire.

Formula de calcul a acesteia este urmatoarea:

Img = mghi (2.11)

Unde:

img este tasarea specifică suplimentară la umezire și se calculează pentru adâncimea corespunzătoare mijlocului stratului elementar;

– hi este grosimea stratului elementar de pământ de ordinul i (in m) și se stabilește ținând seama de profilul litologic. Acesta nu trebuie să depășească 1m .

Pentru a face un calcul cât mai exact este important să se țină seama în cazul relației 2.11. de urmatoarele două aspecte:

dacă inundarea se produce înainte de realizarea construcției (etapa de preumezire), atunci img conform NP7-2000 se va calcula cu relația următoare:

img = gi – 0i + 0.01 (2.12)

Unde:

gi reprezintă tasarea specifică a pământului umezit corepsunzatoare presiunii geologice a pământului inundat (gi);

0i reprezintă tasarea specifică a pământului umezit corespunzator unei presiuni egale cu rezistența structurală ( 0 ).

Dacă inundarea se produce după realizarea construcției atunci se va calcula valoarea redusă:

imgr = gi – pn (2.13.)

Unde:

pn este tasarea specifică a rocii în stare naturală corepsunzător presiunii pn = gn+ z, adică sarcina geologică a rocii în stare naturală adunată cu presiunea sub fundație la adăncimea z, calculată conform STAS 3300/-85.

Trebuie stabilită, pentru cele două situații anterior prezentate, hsup si hinf respectând condiția 0 < gi. În cazul în care nu se face această sumă, img este considerat nul.

3.3.2. Tasarea suplimentară prin umezire sub încărcare transmisă de fundație (Imp)

Formula de calcul a tasării suplimentare prin umezire sub încarcarea transmisă de fundație, conform NP7-2000 este următoarea:

Imp = mphim [cm] (2.14)

Unde:

imp este tasarea specifică prin umezire a stratului de rocă de ordinul I;

hi este grosimea stratului de rocă de ordinul i, măsurată în m, care se stabilește ținând seama de profilul litologic; nu trebuie să depășească 1 m;

m este coeficientul condițiilor de lucru al cărui calcul va fi prezentat în cele ce urmează;

Df este adâncimea de fundare.

Calculul valorii tasării specifice suplimentare ( imp) se face pe baza curbei de compresiune-tasare. Aceasta se obține pentru roca inundată inițial.

imp = pi – gi (2.15.)

Unde:

– pi este tasarea specifică a probei inundate de la început, ce corespunde unei presiuni: pi = gi + z

– gi este tasarea specifică a probei pentru presiunea gi

– gi este presiunea (sarcina) geologică a depozitulul în stare inundată, corespunzatoare adâncimii z, a mijlocului stratului elementar;

– z este presiunea care se manifestă sub fundație, la adâncimea z și se calculează conform STAS 3300/2-85.

În cazul în care în adâncime apar zone în care rezistența structurală este mai mare decât sarcina geologică (0 > gi), atunci tasarea specifică suplimentară prin umezirea stratului (imp) se calculează confrom relației extrase din NP7-2000:

imp = pi – 0i + 0.01 (2.16)

Calculul tasării suplimentare prin umezire sub încarcarea transmisă de o fundație (Imp) prezentat în relația 2.14, se face pentru toate stratele de rocă de sub fundație, până la o adâncime hdef sub care z < 0.1gi

În ceea ce privește calculul coeficientului de siguranță din relația 2.14, acesta este dependent de lățimea fundației (B).

Astfel că în cazul unei fundații B>12 m coeficientul condițiilor de lucru se consideră egal cu 1. Acesta se aplică pentru toate stratele de rocă afalate în zona cu sensibilitate la umezire.

În cazul unei fundații cu B< 3 m, coeficientul condițiilor de lucru se calculează după cum urmează:

m = 0.5+ (2.17.)

unde:

p reprezintă presiune medie pe talpa fundației, calculată în kPa;

0 este rezistența structurală a stratului de loess considerat, în kPa.

În cazul unei fundații cu dimensiunile 3< B <12 m, coeficentul condițiilor de lucru se determină prin interpolare între valorile lui m, obținută pentru B=3 m și B=12 m.

Pentru determinarea tasărilor suplimentare, a diferețtelor de tasare suplimentară și a înclinărilor fundțtiilor izolate din zona de infiltrarea a apei, lateral față de sursa de umezire trebuie sa se țină seama de limita h corespunzatoare zonei de umezire a stratelor inferioare. Această limită se determină cu relația:

h = Df + hdef – hs – (2.18)

unde:

Df reprezintă adâncimea de fundare raportat la cota terenului natural;

hdef este adâncimea zonei de deformație de sub talpa fundației;

x este distanța masurată de la limita sursei de umezire la axa fundației analizate;

m reprezintă coefientul care se stabilește în funcție de variația posibilă a unghiului de infiltrare laterală a apei, raportat la sursa de umezire. În funcție de stratificația terenului, acesta se va stabili după cum umrează:

m = 1 în cazul terenurilor omogene;

m = în cazul terenurilor cu strate superioare mai permeabile;

m = 0.7 în cazul terenurilor în care stratele superioare au o permeabilitate mai redusă decât cele inferioare.

hs reprezintă adâncimea la care se găsește sursa de umezire raporată la cota terenului nivelat;

 este unghiul de infiltrare a apei din teren, care se stabilește în funcție de tipul, litologic conform NP 7-2000 după cum urmează:

 = 35o pentru loessuri si roci loessoide nisipoase

 = 50o pentru roci loessoide argiloase

Calculul distanței I de la sursa de umezire pe care se manifestă neunifromitatea tasărilor suplimentare, se face confrom formulei:

I = (Df + hdef – hs)m tg (2.19)

Tasarea maximă la umezire Immg cauzată de greutatea proprie a pământului, se manifestă la umezirea intensivă de sus în jos, pe suprafețe mai mari decât grosimea stratului tasabil, sau în cazul ridicării nivelului apei subterane până în startul tasabil.

Calculul tasării probabile la umezire, sub greutatea proprie Iprmg a suprafeței terenurilor loessoide, atunci cand sunt supuse la umeziri locale de scurtă durată, pe suprafețe cu dimensiuni mai mici decât grosimea notată cu h a stratului tasabil, se face cu ajutorul formulei:

Iprmg = IMmg (2.20)

Capitolul IV – Studiu de caz

1. Date introductive

Acest proiect are ca scop evaluarea condițiilor geotehnice ale unui perimetru de aproximativ 875m2 din incinta fabricii [NUME_REDACTAT], Medgidia, județul Constanța, unde urmeazã sã se realizeze trei noi obiective constând în filtru, ventilator și coșul ventilatorului.

În vederea executării fundației au fost efectuate studii geotehnice, geofizice și hidrogeologice, pentru fiecare amplasament, după cum rezultă din tabelul mai de mai jos.

Tabel 1. Poziția și tipurile investigatiilor executate

La cererea beneficiarului investigația geotehnicã a terenului a constat în execuția a trei foraje cu diametru de 101mm ale cãror poziții au fost stabilite de comun acord cu beneficiarul, din care s-au prelevat probe de roci tulburate și netulburate (24) care au fost analizate fizico-mecanic și probe de apă subterană.

Forajele au avut adâncimi de 8m (F1 și F2) respectiv 10m (F3), poziția lor fiind figurată în planul de situație – Anexa 1.

2. Date geologice, hidrogeologice, climatologice și hidrologice generale ale zonei

2.1. Date geologice generale

Depozitele sedimentare din Dobrogea de Sud au o dezvoltare extinsã fiind formate în mai multe cicluri de sedimentare separate de lacune cu extindere variabilã, in intervalele Cambrian-Carbonifer, Permian – Triasic, Bathonian superior – Campanian, Eocen-Oligocen, Miocen –Pliocen. Membrul de Medgidia reprezintã un termen litologic poligen plasat la partea superioarã a formațiunii de Amara ce este alcãtuit din calcare dolomitice, stromatolitice, calcare cu intercalații de marnocalcare, argile caolinitice și rare gipsuri cu grosimi de cel mult 60m.

2.2. Date climatice generale

Conform prevederilor din SR EN 1991-1-4/NB: 2007 „Eurocod 1. Acțiuni asupra structurilor. Partea 1-4: Acțiuni generale – Acțiuni ale vântului. Anexa națională”, zona Medgidia are ca valoare fundamentală a vitezei de referință a vântului, vb,0=27 m/s (fig.1.)

Figura 1. Harta de zonare a valorii fundamentale a vitezei de referinta a vantului, vb,0 conform

SR EN 1991-1-4/NB: 2007

Conform prevederilor din STAS 6054/77 cu privire la zonarea teritoriului Romaniei după adâncimea maximă de îngheț, valorile maxime sunt cuprinse între 0,90-1,00 m (fig. 2.).

Figura 2. Zonarea teritoriului Romaniei dupa adancimea de inghet, conform STAS 6054/77

Din punct de vedere climatic perimetrul studiat are urmãtoarele caracteristici:

temperatura medie anualã a aerului este de >110c;

prima zi de înghet aparține perioadei 11.11-21.11. ;

ultima zi de îngheț aparține perioadei 21.03-01.04. ;

numãrul de zile senine este de 130-140/an;

numãrul de zile acoperite100-120/an ;

numãrul de zile cu precipitații 60-70/an ;

numãrul de zile cu ninsoare 5-10/an;

numãrul de zile cu strat de zãpadã 20-30/an ;

umezeala medie multinanualã relativã a aerului:

ianuarie>88%; aprilie 80-88%; iulie 72-80%; octombrie >80%;

media cantitãților anuale a precipitațiilor atmosferice este <400 mm;

direcțiile, frecvența și vitezele medii ale vânturilor sunt:

Sud, Sud-Est, Sud-Vest: vitezã medie= 2,2-2,5m/s; frecvențã 7-9%;

Nord-: vitezã medie= 3,5m/s; frecvențã=15%;

Nord-Est, Nor-Vest: vitezã medie= 2,3-3,4m/s; frecvențã = 8-10%;

Vest: vitezã medie= 2,3m/s; frecvențã = 12%;12%

2.3. Informații hidrogeologice generale ale zonei

În perimetrul cercetat, apa subterană este prezentă ca nivele de infiltrații (provenite din precipitații) cantonate în nivelul de calcar fisurat și cu multiple dizolvãri.

[NUME_REDACTAT] de Sud există acumulări de ape în formațiuni de vârste diferite cum ar fi Cuaternarul, Pliocenul, Eocenul și Senonianul, dar acestea au numai extensiuni reduse și importanță locală. Cele mai importante acvifere, atât ca extensiune cât și ca potențial economic, sunt legate de depozitele calcaroase barremian-jurasice și sarmațiene.

Acviferul barremian-jurasic, denumit și acviferul inferior este dezvoltat în depozitele calcaroase și dolomitice, uneori fracturate și carstificate, ce se extind în aproape toată Dobrogea de Sud, în care formează un complex unitar. Grosimea acestui complex descrește gradat de la sud-vest spre est și nord-est, de la peste 1.000 m la cca. 400 m.

Acviferul sarmațian, denumit și acviferul superior este semnificativ din punct de vedere hidrogeologic în partea sud-estică a regiunii, unde grosimile depozitelor calcaroase sarmațiene depășesc 10 m.

Acviferul cuaternar, denumit și acviferul freatic, este dezvoltat în depozitele aluvionare ale luncilor, nisipurilor din cordoanele litorale și depozitele loessoide.

2.4. Seismicitatea zonei

Conform normativului P100-1/2006, din punct de vedere seismic, pentru teritoriul analizat valoarea de varf a acceleratiei terenului ag=0,16g (pentru cutremure având intervalul mediu de recurenta IMR=100ani) și o valoare a perioadei de colț Tc (sec)=0,7”; intensitatea seismica de calcul VII1, scara MSK.

Figura 3.1 România – Zonarea valorilor de vârf ale accelerației terenului pentru proiectare cu IMR = 100 ani, conform P100-1/2006

Figura 3.2 Zonarea teritoriului României în termeni de perioada de control (colț), T C a spectrului de răspuns, conform P100-1/2006

3. Rezultatele investigațiilor geotehnice

3.1. Rezultatele lucrãrilor de foraj

Sub nivelul de beton de circa 0,30m-0,50m grosime, forajele executate au pus în evidențã o constituție litologicã a terenului de fundare constând într-un complex calcaros cretos intens fragmentat, foarte alterat, slab cimentat, friabil sau puternic fisurat. În cea mai mare parte a forajelor, fragmentele de calcar de dimensiuni variabile (centimetrice la decimetrice) sunt înglobate într-o matrice de material slab coeziv aflată într-o stare de consistență variabilă, de la plastic vârtoasă la plastic curgătoare în zonele în care predomină materialul granular.

În toate cele trei foraje s-au identificat fie:

nivele cu grosimi variabile (0,20m-0,80m) de calcar mai puțin degradat, mai compact din care s-au putut recupera carote :

F1 / 2,00m-3,30m ;

F2 / 2,30m-2,50m și 5,20m-5,60m ;

F3 / 5,90m-6,70m respectiv 8,00m-8,30m.

fie nivele complet alterate în care predomină argila și argila prăfoasă cafeniu-gãlbuie, cu foarte rare claste de calcar, în stare plastic vârtoasã.

În forajul F1 au fost executate încercări de penetrare standard (SPT), ale căror rezultate sunt puternic distorsionate de prezența fragmentelor de calcar de dimensiuni variabile.

Apa subteranã a fost interceptatã în forajele executate la adâncimi ce variazã între de 2,20m (F1, F3) și 2,60m (F2). Normele de securitate din incinta fabricii de ciment nu au permis urmărirea în timp mai îndelungat a nivelelor de apă subterană, însă având în vedere poziția topografică ridicată a amplasamentului, apreciem că aceste nivele se datorează prezenței unor acvifere suspendate, în zonele cu extindere mai mare a acvitardelor de tipul nivelelor de argilă și argilă prăfoasă, alimentate prin infiltrații ale apelor de precipitații.

3.2. Rezultatele determinãrilor de laborator

Asupra celor 18 probe de roci moi și 6 carote de rocã prelevate din foraje s-au efectuat analize fizico-mecanice, ale cãror rezultate sunt expuse în tabelele de mai jos.

Matricea complexului calcaros :

F1: 1,00m, 4,20m, 6,30m-8,00m;

F2: 2,00m-7,20m ;

F3: 2,00m, 4,80m-9,80m.

Tabel 2. Parametrii geotehnici ai matricii complexului calcaros

Pentru acest tip de depozite, s-a efectuat o încercare Proctor normal asupra unei probe medii din toate forajele, în intervalul 0,00-2,00m. Parametrii de compactare sunt înscriși în buletinele de analiză anexate și redați sintetic în tabelul de mai jos (coeficient de corecție r=0,11):

Tabel 3. Parametrii de compactare ai matricii complexului calcaros

Intercalațiile argiloase, probe:

F1: 5,60m-5,90m;

F2: 8,00m;

F3: 4,00m:

Tabel 4. Parametrii geotehnici ai intercalațiilor argiloase

Complex calcaros, probe

F1: 3,00m-3,20m;

F2: 2,30m-2,50m, 5,50m-5,60m;

F3: 6,00m-6,20m, 6,60m-6,70m, 8,00m-8,10m :

Conform normativului european (adoptat si de tara noastra) ISO 14689-1 :2003, « Geotechnical investigation and testing. Identification and classification of rock. Part 1. Identification and description », rocile acestui complex pot fi încadrate dupa valoarea medie a rezistenței la compresiune în stare saturată, în clasa de rezistență medie.

Analiza chimică efectuată asupra probei de apă subterană a pus în evidență că aceasta prezintă o agresivitate foarte slab carbonică față de betoane, iar față de metale are o agresivitate puternică, încadrându-se în clasa XA2 de agresivitate chimică moderată.

3.3. Calculul terenului de fundare

3.3.1. Amplasament 1

3.3.1.1. Descrierea investigațiilor geotehnice

În cadrul amplasamentului 1 s-au efectuat 2 foraje geotehnice de explorare, F1 și F2, amândouă fiind executate până la adâncimea de 8 m.

În forajul F1 au fost interceptate fragmente de dimensiuni variabile de calcar alterat cretos albicios, într-o masă coezivă, plastic consistentă și până la plastic moale, până la adâncimea de 2 m, urmând un strat de 1 m de calcar cristalizat degradat în amestec cu cretă. Urmează o intercalație de 0.3 de calcar oolitic fragmentat cu elemente cochilifere. Între 3.3 și 8 m se găsesc fragmente de dimensiuni variabile de calcar oolitic degradat în amestec cu cretă, prinse într-o masă coezivă, plastic moale la plastic consistentă, având o intercalație de argilă nisipoasă, gălbui-cenușie, tare, cu spărtură de calcar, între 5.6 și 6 m adâncime.

În foraj au fost executate 4 încercări SPT și au fost prelevate 11 probe dintre care 6 netulburate.

Apa subterană a fost interceptată la adâncimea de 2.2 m.

Fișa forajului este prezentată în anexa 2.

În forajul F2 au fost interceptate fragmente de dimensiuni variabile de calcar alterat, cretos albicios, cafeniu prinse într-o matrice de argilă nisipoasă cu pietriș mic, slab coezivă, plastic consistentă pe alocuri plastic moale, până la adâncimea de 2.3 m, urmând o intercalație de 0.2 m de calcar oolitic, puternic fisurat, poros și alterat. Pâna la adâncimea de 4.2 m continuă stratul cu fragmente de calcare, iar până la adâncimea de 5.2 m se găsesc fragmente de calcar alterat și cretă friabilă prinse într-o matrice de nisip argilos, pe alocuri plastic moale. O intercalație de 0.4 m de calcar lumașelic puternic fisurat desparte acest strat de unul cu fragmente de calcar alterat și cretă friabilă prinse într-o matrice de argilă nisipoasă cu pietriș mic, plastic vârtoasă până la tare. La baza forajului, între 7.5 și 8 m, se găsește un strat de argilă gălbui-cenușie cu fragmente de calcar.

Din forajul F2 au fost extrase 10 probe, din care 6 tulburate.

Apa subterană a fost interceptată la adâncimea de 2.6 m.

Fișa forajului este prezentată în anexa 3.

Interpretarea încercărilor SPT

Valorile SPT exprimate ca rezistențe N30= NSPT au fost corectate la început pentru un nivel de energie de 60% pe baza formulei:

N60 =NSPTCECBCSCR

– CE = 0.6, este corecția de energie

– CB=1 este corecția diametrului forajului,

– CS=1 este corecția tubului carotier.

– CR=0.75 lungimea sistemului de batere

Conform EUROCODE 8, valorile N60 sunt apoi normalizate în raport cu o presiune de referință de 100KPa, utilizând formula de mai jos, în care vo’ este sarcina geologică efectivă la adâncimea testului.

Factorul de corecție CN trebuie sa se gasescă în limitele 0,5÷2 pentru adâncimi >3m, iar

pentru adâncimi <3m, valorile rezistenței la penerare trebuie reduse cu 25%:

CN (100 / vo ) 1/2

(N1)60 =N60 CN

Interpretarea valorilor (N1)60 s-a realizat pe baza formulelor:

– Bowles (1989) pentru modulul de deformație lineară E[KPa]:

E = 500(NSPT +15) pentru nisipuri “curate”

E = 300(NSPT + 6) pentru nisipuri argiloase și prăfoase

– Hatanaka și Uchida (1996) , pentru unghiul efectiv de frecare internă:

'3,5 N1(60) 22,3 

Tabel 5. Rezultatele obținute în urma testului SPT, foraj F1

3.3.1.2. Fundarea directă. Calculul capacității portante a terenului

Calculul capacității portante a terenului este efectuat în conformitate cu normativul NP 112-04. Fundarea se realizează într-un complex calcaros-cretos, puternic alterat și fisurat.

Dimensiunile fundației: – B=23 m

– L=27 m

Calculele au fost realizate pentru mai multe adâncime de fundare: Df=1 m, 1.5 m, 2 m, 2.5 m, 3 m, 3.5 m, 4 m și 5.2 m.

Presiunea convențională (pconv)

Presiunea convențională a fost calculată, conform normativul NP 112-04, cu formula:

pconv =pconv +CB +CD

CB : corecția de lățime pentru B>5m

CB = 0.2pconv

CD : corecția de adâncime

CD =K2 (Df -2)

[NUME_REDACTAT]=2 m și B=1 m, se consideră că pconv =300 KPa.

Tabel 6. Presiunea convențională amplasament 1

Capacitatea portantă la starea limită de deformație

Presiunea plastică se calculează cu ajutorul formulei:

ppl =m1 × ( × B × N1 + q× N2 + c × N3)

în care:

– m1 =1,4

–  (KN/m3 )  greutatea volumică a terenului de sub fundații ;

B (m) – lățimea fundațiilor;

N1, N2, N3 – factori de capacitate portantă

q = suprasarcini exterioare fundației, la nivelul tălpii de fundare (KPa).

Tabel 7. Presiunea plastică, amplasament 1

Capacitatea portantă la starea limită de rupere

Calculul la starea limită de capacitate portantă presupune calculul presiunii critice (pcr ).

pcr = B’N + Nqq + cNcc

unde:

- greutatea volumică a rocii pe care stă fundația [ KN/m3 ]

B’- lățimea redusă a tălpii fundației, [ m ]

N, Nq , Nc- factori de capacitate portantă care depind de unghiul de frecare internă a rocii pe care stă fundația.

L’ si B’ – dimensiunile reduse ale tălpii fundației ce se determină cu ajutorul relațiilor:

L’ = L- 2e1

B’ = B-2e2

L – lungimea tălpii fundației, [m]

B – lățimea tălpii fundației, [ m ]

e1 si e2 – execentricitățile rezultate ale încărcării de calcul față de axa transversală, respectiv axa longitudinală a fundației, [m]. Ele se pot calcula astfel:

e1 = 0.1 L

e2 = 0.1 B

q și c – factorii de formă.

Tabelul 8. Presiunea critică, amplasament 1

3.3.2. Amplasament 2

3.3.2.1. Descrierea investigațiilor geotehnice

În cadrul amplasamentului 2 s-a efectuat un singur foraj geotehnic de explorare, F3, acesta fiind executat până la adâncimea de 10 m.

În forajul F3 până la adâncimea de 2.5 m au fost interceptate fragmente de calcar alterat și cretă friabilă prinse într-o matrice de nisip argilos cu pietriș mic, plastic consistent, pe alocuri plastic moale. Până la adâncimea de 4.6 m se găsește argilă prăfoasă, de la plastic consistentă până la plastic moale, cu rare fragmente de calcar alterat. Urmează un strat de 1.3 m conținând fragmente de calcar alterat și cretă friabilă prinse într-o matrice de argilă nisipoasă cu pietriș mic, plastic vârtoasă până la plastic curgătoare. Un strat de 0.8 m de calcar lumaselic puternic fisurat, alterat și poros, este urmat de un strat de 1.3 m de fragmente de calcar alterat și cretă fiabilă prinse într-o matrice de argilă nisipoasă, plastic consistentă, pe alocuri moale. După un strat de 0.3 m de calcar lumaselic puternic fisurat, între adâncimile 8.3 și 10 se găsesc fragmente de calcar alterat și cretă friabilă prinse într-o matrice de nisip argilos cu pietriș mic, plastic consistent, pe alocuri plastic moale.

Din acest foraj au fost extrase 15 probe, din care 9 sunt netulburate.

Apa subterană a fost interceptată la adâncimea de 2.3 m.

Fișa forajului este prezentată în anexa 4.

3.3.2.2. Fundarea directă. Calculul capacității portante a terenului

Calculul capacității portante a terenului este efectuat în conformitate cu normativul NP 112-04. Fundarea se realizează într-un complex calcaros-cretos, puternic alterat și fisurat.

Dimensiunile fundației: – B=21 m

– L=42 m

Calculele au fost realizate pentru mai multe adâncime de fundare: Df=1 m, 1.5 m, 2 m, 2.5 m, 3 m, 3.5 m, 4 m și 5.2 m.

Presiunea convențională (pconv)

Presiunea convențională a fost calculată, conform normativul NP 112-04, cu formula:

pconv =pconv +CB +CD

CB : corecția de lățime pentru B>5m

CB = 0.2pconv

CD : corecția de adâncime

CD =K2 (Df -2)

[NUME_REDACTAT]=2 m și B=1 m, se consideră că pconv =300 KPa.

Tabel 9. Presiunea convențională amplasament 2

Capacitatea portantă la starea limită de deformație

Presiunea plastică se calculează cu ajutorul formulei:

ppl =m1 × ( × B × N1 + q× N2 + c × N3)

în care:

– m1 =1,4

–  (KN/m3 )  greutatea volumică a terenului de sub fundații ;

B (m) – lățimea fundațiilor;

N1, N2, N3 – factori de capacitate portantă

q = suprasarcini exterioare fundației, la nivelul tălpii de fundare (KPa).

Tabel 10. Presiunea plastică, amplasament 2

Capacitatea portantă la starea limită de rupere

Calculul la starea limită de capacitate portantă presupune calculul presiunii critice (pcr ).

pcr = B’N + Nqq + cNcc

unde:

- greutatea volumică a rocii pe care stă fundația [ KN/m3 ]

B’- lățimea redusă a tălpii fundației, [ m ]

N, Nq , Nc- factori de capacitate portantă care depind de unghiul de frecare internă a rocii pe care stă fundația.

L’ si B’ – dimensiunile reduse ale tălpii fundației ce se determină cu ajutorul relațiilor:

L’ = L- 2e1

B’ = B-2e2

L – lungimea tălpii fundației, [m]

B – lățimea tălpii fundației, [ m ]

e1 si e2 – execentricitățile rezultate ale încărcării de calcul față de axa transversală, respectiv axa longitudinală a fundației, [m]. Ele se pot calcula astfel:

e1 = 0.1 L

e2 = 0.1 B

q și c – factorii de formă.

Tabelul 11. Presiunea critică, amplasament 2

3.4. Calculul tasării pe strate elementare

Calculul tasării se bazează pe caracteristicile de deformație ale rocilor, care sunt reprezentate de modulul de deformație liniară E și coeficientul lui Poisson , numit și modulul de deformație laterală.

Presiunea efectivă, transmisă de suprastructură este de 400 KPa în primul amplasament, și de 500 KPa în cel de-al doilea amplasament.

Presiunea netă transmisă de suprastructură de calculează cu formula:

Pn = pe – (g)hf

Modulul de deformație liniară se calculează cu formula :

Unde:

 este sarcina geologică

Raportul reprezintă deformația, din care h0 este grosimea unui strat și h este tasarea acelui strat sub acțiunea unei forte exterioare, care se mai notează cu s și se poate calcula cu formula :

s =

Coeficientul lui Poisson este considerat a fi  0.8 .

Ținând cont de toți acești parametrii, ecuația tăsării totale în zona activă devine:

Unde:

s este tasarea totală, [cm]

zi este presiunea repartizată, care se calculează la mijlocul fiecărui strat deformabil din cuprinsul zonei active, [KPa];

h0i este grosimea stratelor considerate în calcul, [cm]

Ei este modulul de deformație liniară, calculate la mijlocul fiecărui strat, [KPa].

Utilizând metoda de calcul a tasării pe strate elementare, au fost determinate tasările pe colțul fundației, pe mijlocul fundației și la mijlocul laturii fundației.

Modulul de deformatie liniară se calculează pe baza modului de deformație edometrică Eed (KPa) utlizând un coefieicent de trecere  care în funcție de tipul litologic al stratului ia valori între 1.25 pentru formațiuni acoperitoare și 1.5-2 pentru roca de bază.

Unde:

gi este sarcina geologică la mijlocul unui strat i, [KPa];

zi este presiunea repartizată la mijlocul stratului i, [KPa];

este tasarea specifică care se calculează pentru presiunile gi + zi și respectiv pentru σg,fracțiuni de unitate .

Efortul vertical creat în colțul fundației se calculează forumula următoare:

z=αc pn

αc – coeficientul de distribuție al eforturilor verticale la colțul suprafeței încărcate, care se ia conform tabelului 12 în funcție de rapoartele L/Bși z/B.

Tabelul 12. Coeficienții de distribuție al eforturilor verticale la colțul suprafeței încărcate

Efortul vertical creat în centrul fundației care reprezintă cazul cel mai dezavantajos se calculează cu formula:

z = α0 pn

α0 – coeficientul de distribuție al eforturilor verticale, în centrul fundației, pentru presiuni uniform distribuite pe talpă, care se ia conform tabelului 13 în funcție de rapoartele L/Bși z/B.

Tabel 13. Coeficienții de distribuție al eforturilor verticale, în centrul fundației, pentru presiuni uniform distribuite pe talpă, în funcție de rapoartele L/Bși z/B.

Efortul vertical creat în mijlocul laturii fundației se calculeaza cu următoarea formula:

Prin suprapunerea efectelor se poate determina efortulz σz pe verticala unui punct P sub o fundație aflată la o distanță oarecare de o suprafață dreptunghiulară ABCD, încărcată cu o presiune uniformdistribuită Pnet.

σz = Pn(αc1+αc2-αc3-αc4)

αc1 – coeficientul de distribuție al eforturilor pentru dreptunghiul AEPG

αc2 – coeficientul de distribuție al eforturilor pentru dreptunghiul GPFD

αc3 – coeficientul de distribuție al eforturilor pentru dreptunghiul BEPH

αc4 – coeficientul de distribuție al eforturilor pentru dreptunghiul HPFC.

Figura 4. Fundației aflată la o distanță oarecare de o suprafață dreptunghiulară ABCD.

Tasarea terenului în punctul considerat de calcul de pe fundație se consideră suma tasărilor pentru toate stratele.

Calculul tasării pe strate elementare a fost făcut separat pentru cele 2 amplasamente, adâncimea de fundare fiind la 5.2 m.

Aplicând metoda împărțirii terenului de fundare pe strate elementare, cu grosimi de 2m sau mai mici de 2m, au fost calculate tasările la coltul fundației, la mijlocul laturii și pe mijlocul fundației, care se produc sub fundațiile directe. Rezultatele calculelor sunt reprezentate în tabelul 14.

Tabel 14: Sarcina geologică și presiunea netă transmisă de fundație

Tabel 15: Tasarea totală pentru fiecare amplasament

Concluzii și recomandări

Prin investigațiile efectuate s-a pus în evidențã cã structura terenului de fundare este alcãtuitã dintr-un complex calcaros-cretos, puternic alterat și fisurat, constituit din fragmente de roci de dimensiuni variabile prinse într-o matrice slab coezivă aflată în stare de consistență plastic curgătoare la plastic vârtoasă, ce este străbătut de nivele discontinui de calcar mai compact de maxim 0,80m gosime și nivele coezive plastic vârtoase de până la 2,10m grosime;

Analizând perimetrul care face obiectul prezentului referat prin prizma reglementãrii NP074/2007, încadrarea amplasamentului se face categorie geotehnicã 2 având risc geotehnic moderat:

Fațã de cele expuse mai sus:

în vederea fundãrii obiectivelor : filtrul, ventilatorul și coșul ventilatorului – linia de saci 11, recomandãm urmãtoarele valori:

– presiunea convențională va avea valori cuprinse între 185 și 356 KPa în primul amplasament, iar în cel de-al doilea amplasament valorile pot ajunge până la 388 KPa. Presiunea convențională variază în funcție de adâncime.

– presiunea plastică variază între 2265 și 2356 KPa în primul amplasament, iar în cel de-al doilea valorile sunt cuprinse între 2487 și 3928 KPa.

– presiunea critică depinde atât de greutatea volumică a rocii pe care stă fundația și de dimensiunile fundației cât și de unghiul de frecare internă și coeziune. Valorile presiunii critice sunt cuprinse între 2112 și 2931 KPa în primul amplasament, iar în amplasamentul al doilea presiunea critică este între 2642 și 5143 KPa

dată fiind neomogenitatea complexelor litologice puse în evidențã prin prezenta lucrare, în vederea minimizării riscului de producere a tasărilor diferențiale sub sarcina viitoarelor obiective, recomandăm:

compactarea terenului de fundare dacă este posibil prin mijloace grele;

dispunerea unui nivel de 0,50m-0,70m de balast stabilizat cu ciment sau beton de egalizare;

susținerea sãpãturilor pe toatã perioada de lucru și aplicarea prescripțiilor normativului NP 120-06;

epuismentul temporar al gropii de fundare (daca va fi necesar) se va asigura prin pompaj direct din groapa de fundare;

se recomandă protejarea terenului de fundare de infiltrații, precum și asigurarea unei configurații topografice a drumurilor de acces care să permită drenarea rapidă a apelor de precipitații de pe amplasament;

sistematizarea scurgerilor de apă de pe acoperiș prin colectarea lor în rețeaua de canalizare.

Bibliografie

1. [NUME_REDACTAT], Geografia unităților de platformă și a [NUME_REDACTAT]-Dobrogean. [NUME_REDACTAT], București, 1994.

2. [NUME_REDACTAT], Structura geologică a teritoriului României, [NUME_REDACTAT], București, 1990.

3. [NUME_REDACTAT], Ionesi L., [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], București, 1973.

4. [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] în contextul geostructural cestral-est-european, [NUME_REDACTAT] și Pedagogică, București, 2010.

5. [NUME_REDACTAT],[NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], Geotehnică și fundatii, Editura didactică și pedagogică, București, 1982.

6. [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], București, 1984.

7. [NUME_REDACTAT], Cadrul geologic și structural al terenurilor din jurul [NUME_REDACTAT], cu privire în special asupra marginii nord-vestice, [NUME_REDACTAT]: [NUME_REDACTAT] în [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] al României.

8. [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], Fundații – fizica și mecanica pământurilor, [NUME_REDACTAT], București, 2006.

9. [NUME_REDACTAT], Investigații geotehnice in situ, [NUME_REDACTAT] din București, 2010.

10. [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], Mecanica rocilor: lutite-rudite, caiet de lucrări practice, 1998.

11. [NUME_REDACTAT], Mecanica rocilor: lutite-rudite: calculul terenului de fundare, [NUME_REDACTAT] din București, 2009.

12. [NUME_REDACTAT], Mecanica rocilor: roci argiloase nisipoase, proprietăți fizico-mecanice, [NUME_REDACTAT] din București, 2000.

13. Normativ indicativ: P 7-2000 privind fundarea construcțiilor pe pământuri sensibile la umezire (proiectare, execuție, exploatare)

14. Normativ indicativ: NP 112 – 2004 "Normativ pentru proiectarea structurilor de fundare directă"

15. STAS 3300/2-85 Calculul terenului de fundare în cazul fundării directe

16. Normativ indicativ NP 074: 2007 “Normativ privind documentațiile geotehnice pentru construcții”

17.Normativ indicativ NP 100/1-2006 “Codul de proiectare seismică. Partea I – Prevederi de proiectare pentru clădiri. Bazele proiectării structurilor în construcții.

18. STAS 6054/77 „Zonarea teritoriului României dupa adâncimea de îngheț”

19. SR EN 1991-1-4/NB: 2007 „Eurocod 1. Acțiuni asupra structurilor. Partea 1-4: Acțiuni generale – Acțiuni ale vântului. Anexa națională

20. NP 125/2008 „Normativ privind fundarea construcțiilor pe pământuri sensibile la umezire colapsibile”.

21. NP 126/2008 „Normativ privind fundarea construcțiilor pe pământuri cu umflări și contracții mari”

22. SR EN 1997-2 Eurcod 7: Proiectarea geotehnică. Partea 2: Investigarea și încercarea terenului

23. SR EN 1997-1 Eurocod 7: Proiectarea geotehnică Partea 1: Reguli generale

24. SR EN ISO 22475-1 Investigații și încercări geotehnice. Metode de prelevare și măsurări piezometrice Partea 1: Principii tehnice pentru execuție

25. STAS 1242/4 – 85 Teren de fundare. Cercetări geotehnice prin foraje executate în pământuri

26. SR EN ISO 14688-1:2004. Cercetări și încercări geotehnice. Identificarea și clasificarea pământurilor. Partea 1: Identificare și descriere

27. SR EN ISO 14688-2:2006. Cercetări și încercări geotehnice. Identificarea și clasificarea pământurilor. Partea 2: Principii pentru o clasificare.

28. SR EN ISO 22476-2:2006. Cercetări și încercări geotehnice. Încercări pe teren. Partea 2: Încercare de penetrare dinamică

29. SR EN ISO 22476-3:2006. Cercetări și încercări geotehnice. Încercări pe teren. Partea 3: Încercare de penetrare standard

30. Harta geologică scara 1:200000, foaia 46, Constanța, [NUME_REDACTAT], 1968

31. www.doru.juravle.com

32. www.outils-cetu.fr