Specializare Ingineria geologică a mediului [307296]

Universitatea București

Facultatea de Geologie și Geofizică

Specializare Ingineria geologică a [anonimizat] 0+000-km 4+400 Brăila

Profesor coordonator

Conferențiar dr.ing. Mihaela Stănciucu

Absolvent: [anonimizat]/a __________________________________________, candidat: [anonimizat]/diplomă/ [anonimizat]/ [anonimizat] (specializarea) ________________________________________________, [anonimizat], [anonimizat]. Declar că nu am folosit în mod tacit sau ilegal munca altora și că nici o parte din teză nu încalcă drepturile de proprietate intelectuală a altcuiva, persoană fizică sau juridică. Declar că lucrare nu a mai fost prezentată sub această formă vreunei alte instituții de învățământ superior în vederea obținerii unui grad sau titlu științific ori didactic.

Data _____________ Semnătura _______________

Cuprins

1 Introducere 5

2 [anonimizat] 6

2.1 Granulozitatea 6

2.1.1 Metoda cernerii 7

2.1.2 Metoda sedimentării 9

2.2 Plasticitate, consistență 11

2.2.1 Limita inferioară de plasticitate 12

2.2.2 Limita superioară de plasticitate 12

2.3 Compresibilitate. Terenuri sensibile la umezire (colapsibile; cu umflări și contracții mari) 15

2.3.1 Încercarea edometrică 15

2.3.2 [anonimizat] 17

2.4 Rezistența la forfecare 19

2.4.1 Determinarea rezistenței la forfecare prin forfecare directă 21

2.4.2 Determinarea rezistenței la forfecare prin comprimare triaxială 22

2.5 Proprietati geomecanice rezultate prin incercari in situ 23

2.5.1 Penetrarea dinamică standard 23

2.5.2 Penetrarea dinamică pe con 25

3 Date despre amplasament 27

3.1 Așezare teritorială 27

3.2 Relief 27

3.3 Geologia regiunii 28

3.3.1 [anonimizat] 28

3.3.2 [anonimizat] 33

3.4 Tectonica amplasamentului Brăila 36

3.5 Cadrul seismic 37

3.6 Hidrogeologia amplasamentului Brăila 38

3.6.1 Ape de suprafață 38

3.6.2 Ape subterane 39

3.7 Condiții meteoclimatice 40

4 [anonimizat] 0+00- km 4+400 Brăila 41

4.1 Investigații efectuate pe tronson 41

4.1.1 Prezentarea datelor 41

4.1.2 Realizarea structurii stratigrafice 43

4.2 Prelucrarea statistica a parametriilor 43

4.2.1 Rezultate privind aplicarea prelucrării statistice a parametrilor măsurați 45

4.3 Calculul terenului de fundare directă 46

4.3.1 Tasarea 46

4.3.2 Presiunea convențională 50

4.3.3 Capacitatea portanta 51

5 Concluzii 57

6 Bibliografie 59

Anexe 61

Anexa 4.1 61

Anexa 4.2 65

Anexa 4.3 68

Anexa 4.4 72

Anexa 4.5 76

Anexa 4.6 79

Anexa 4.7 83

Anexa 4.8 86

Anexa 4.9 88

Anexa 4.10 91

Anexa 4.11 95

Anexa 4.12 97

Anexa 4.13. 100

Anexa 4.14. 101

[anonimizat] 0+000-km 4+400 Brăila, o parte a „STUDIULUI GEOTEHNIC pentru PROIECTARE și EXECUȚIE POD SUSPENDAT PESTE DUNĂRE în ZONA BRĂILA”.

Podul și varianta de traseu aleasă sunt amplasate în aval de municipul Brăila la kilometrul fluvial 165+800 pe raza municipiului Brăila și a comunei Vădeni din județul Brăila și a comunelor Smârdan și Jijila din județul Tulcea.

Programul de investigații de teren a fost realizat în două etape în anii 2015 respectiv în 2018, răspunzând temei program generate de proiectant.

În prima etapă (2015) programul de investigații de teren a cuprins foraje geotehnice (83) însumând 1246m, măsurători seismice down-hole (1), teste de penetrare statică cu măsurarea presiunii apei din pori CPTU (19), sondaje electrice verticale SEV (59).

În etapa a doua (2018) programul de investigare realizat a constat în 60 de foraje geotehnice însumând 2551,5m. Dintre acestea, 2 au fost echipate ca foraje înclinometrice (70m), 10 ca foraje piezometrice (deschise sau electrice) și unul ca foraj de testare downhole (55m). În zona podului programul de investigație a cuprins 17 foraje din totalul de 60, din care 4 foraje geotehnice de peste 100 m fiecare, însumând un total de 1332,5 m, un numãr de 16 încercări de penetrare statică pe con, din care 8 cu înregistrarea vitezei undelor de forfecare, însumând 484,8m, precum și 15 determinări Lefranc, un test seismic de tip cross-hole sau teste de profilare verticală de viteze (forajele BH-AB3, BH-AJ2, BH-TB3 și BH-TJ3).

Studiul geologic-geotehnic al tronsonului de autostradă km 0+000-km 4+400 Brăila presupune relizarea modelului geologic-geotehnic al amplasamentului, stabilirea valorilor caracteristice ale nivelelor interpretate și calcului terenului de fundare (fundarea directă) pe baza forajelor FG7, FG8, IG1, IG2, FG9, FG10 realizate în a doua etapă de investigare.

Proprietățile fizico-mecanice ale rocilor moi

Granulozitatea

Este procedeul tehnic prin care se sortează procentual particulele dintr-o probă de sol, în funcție de mărimea acestora.

Analiza granulometrică se realizează prin trei tehnici, conform STASS 1913/5-85:

Metoda cernerii cu ajutorul ciururilor (pentru granule mai mari de 2 mm) și al site/or (pentru granule intre 2 și 0,08 … 0,05 mm) a pământurilor necoezive.

Metoda sedimentării cu aerometrul sau pipeta, utilizată pentru pământuri cu granule mai mici de 0,08 – 0.05 mm.

Metoda combinată, atât cernere cât și sedimentare, folosită pentru pământurile polidisperse, cu limite mai mari de granulozitate cum ar fi nisipurile argiloase sau prafurile nisipoase.

Metoda cernerii

Diametrul granulei se consideră egal cu diametrul ochiului sitei sau ciurului prin care trece granula. Această metodă se utilizează pentru pământurile necoezive având diametrul peste 0,05 mm, se alege masa materialului cernut în funcție de tipul acestuia astfel încât rezultatul să fie valabil.

Tabel 1.1 – Masa materialului

Metoda constă în separarea fragmentelor solide din pământurile necoezive după mărimea lor, în fracțiuni granulometrice, prin cernere pe ciururi și site. Diametrul fragmentelor solide este considerat egal cu mărimea ochiului ultimului ciur sau ultimei site prin care acestea nu pot trece prin cernere.

Proba de pământ se introduce într-o capsulă tarată, apoi se pune la uscat în etuvă la temperatura de 105° C, până se ajunge la masa constantă, după uscare, tara cu probă se lasă la răcit, apoi se determină masa totală a acestora, notată cu m, cu ajutorul următoarei relații: m=md-mc

Unde: md- masa probei de pământ uscat (g)

mc- masa capsulei (g)

În cazul în care proba prezintă coeziune, pământul uscat pus în capsulă se acoperă cu apă, apoi se adaugă 0,2 g carbonat de litiu cu rolul de a dispersa particulele. Se așteaptă 24h, apoi se spală pământul din capsulă cu apă pe o sită de sârma cu ochiuri de 0,063 mm, separându-se liantul până la îndepartare cu ajutorul unui curent de apă potabilă. Proba de pământ rămasa pe sita de sârma se antrenează cu apă într-o capsulă, apoi se usucă la etuva la 105° C până când proba ajunge la masa constantă, apoi se lasă la răcit, după care se cântarește. Pământul se trece printr-o baterie de site, cu ochiurile din ce în ce mai mici. Materialul rămas pe fiecare sită se cântarește, iar cernerea se consideră terminată, în cazul în care scuturând fiecare ciur sau sită, timp de un minut, deasupra unei hârtii, trece mai mult de 1% din materialul de pe sita sau ciurul respectiv, acesta este pus pe sita sau ciurul următor.

Se verifică dacă analiza a fost făcută corect, însumând ce ne-a rămas pe site, rezultatul îl comparăm cu cantitatea de material de pământ cu care am început analiza pe site sau ciururi. Dacă pierderile sunt mai mari de 1%, analiza se reface, în caz contrat se trece la reprezentarea grafica a rezultatelor.

În cazul în care masa liantului rezultat din spălare depășește 10% din masa probei analizate md, aceasta se analizează în continuare prin metoda sedimentării, rezultând astfel analiza combinată.

Rezultatele analizelor granulometrice prin metoda cernerii pot fi utilizate pentru reprezentări grafice precum curba granulometrică/curba cumulativă sau histograma, stabilind astfel denumirea materialului analizat. Denumirea se află după fracțiunea predominantă, din diagrama ternară.

Metoda sedimentării

Principiul metodei constă în măsurarea densității suspensiei de fragmente solide din apă, în timpul sedimentării, cu ajutorul areometrului. Areometrul este un corp din sticlă, plutitor, de formă cilindrică, având la capătul inferior un rezervor cu alice de plumb, iar la capătul superior o tijă de sticlă, prevăzută cu o scară gradată.

Metoda se bazează din punct de vedere teoretic pe aplicarea legii lui Stokes. Pentru analiza granulometrică a pământurilor, această lege este valabilă pentru toate fragmentele solide ce se depun din suspensia aflată în cilindru. Suspensia de fragmente solide, la începutul sedimentării în apa este uniform repartizată.

Peste materialul utilizat pentru analiză (50 – 100g), aflat într-o capsulă, se pun reactivi corespunzatori și apă potabilă, după care se lasă de la 8 la 24 h pentru a se obține o înmuiere completă a materialului. Amestecul obținut se supune unei agitări timp de 1 – 15 minute, într-un agitator mecanic , pneumatic sau ultrasonic.

Suspensia obținută se pune pe o sită din sârmă, având latura ochiurilor de 0,063 mm. Sita este așezată pe o capsulă metalică sau din porțelan, apoi prin pensulare și cu apă potabilă se reține pe sită doar fractiunea mai mare de 0,063 mm.

Materialul care trece prin sită, colectat în capsula de sub sită, este transferat într-un cilindru gradat, evitându-se pierderile. Volumul suspensiei aflate în cilindru se completează cu apa potabilă pana la 1000 cm3. Suspensia obținută se agită timp de 15 – 30 sec, apoi se începe cronometrarea sedimentării.

Areometrul se introduce cu multă atenție fără a tulbura suspensia, apoi se fac citirile pe areometru la partea inferioară a meniscului. Citirile pe areometru se efectuează la diferite intervale de timp pana la 16 h. După aplicarea corecțiilor de menisc și temperatură, se obțin valorile corectate cu ajutorul cărora se determină densitatea suspensiei pe parcursul sedimentării.

În urma determinării granulozității pământurilor, se face calculul coeficientului de neuniformitate cu ajutorul următoarei relații:

(1)

Unde:

Un – coeficientul de neuniformitate;

d60 -dimensiunea granulei corespunzătoare conținutului de 60% pe curba cumulativă, exprimată în mm;

d10 – dimensiunea granulei corespunzătoare conținutului de 10% pe curba cumulativă denumită și dimensiunea efectivă exprimată în mm.

Prin intermediul coeficientului de neuniformitate, putem împărții pământurile, conform STAS 1243-88 în următoarele categorii:

Tabel 1.2 Clasificarea pământurilor conform STAS 1243-88

Cu cât pământurile prezintă o granulozitate neuniformă, cu atât capacitatea lor de compactare crește, prin umplerea spațiilor dintre particulele mari cu particule mici. Prin urmare se consideră că un nisip cu Un < 4- 5 și un pietriș având Un> 4 constituie un bun material pentru realizarea terasamentelor.

Plasticitate, consistență

Plasticitatea reprezintă proprietatea unor pământuri coezive sau semicoezive, aflate între limita superioară și limita inferioară de umiditate, de a se deforma ireversibil sub acțiunea forțelor exterioare, fără variații de volum și fără apariția unor discontinuități în masa lor. Pământurile cu aceasta proprietate sunt cunoscute sub demunirea de pământuri plastice și sunt reprezentate de argile, prafuri, iar cele care nu posedă această proprietate se numesc pământuri neplastice, reprezentate de nisipuri.

Pământul uscat se comportă ca un corp solid cu rezistențe mecanice relativ mari si culori deschise, datorită aerului din pori, în cazul în care intervine umiditatea, apa formează o peliculă în jurul particulelor, grosimea acesteia crescând odată cu dezvoltarea procesului de umezire. În cazul în care cantitatea de apă din pământ crește, peste cantitatea necesară asigurării grosimii învelișului de apă absorbită, pământul se va comporta ca un lichid vâscos ce curge sub propria sa greutate sau poate lua forma vasului în care este pus.

Pământurile plastice pot avea stări fizice diferite:

Starea solidă, reprezentativă pământurilor uscate, caracterizate prin deformații sub sarcini, comportament mecanic asociat corpurilor solide și reveniri elastice;

Starea semisolidă, reprezentativă pământurilor cu deformații remanente plastice după încetarea acțiunii;

Starea plastică , corespunzătoare pământurilor care prezintă numai deformații plastice sub sarcini , fără variații de volum și fără apariția discontinuităților materializate în fisuri.

Starea de curgere, corespunzătoare pământurilor cu umiditate ce depășește umiditatea aferentă apei peliculare, astfel particulele se pot deplasa ușor unele față de celelalte, pământul având astfel caracteristicile unui lichid.

Plasticitatea pământurilor se întinde pe un interval de variație a umidității limitat de cele două extreme:

Limita inferioară de plasticitate, notată cu WP și reprezintă limita de umiditate care corespunde trecerii pământului din stare solida în stare plastică;

Limita superioară de plasticitate, notată cu WL și reprezintă limita de umiditate care corespunde trecerii pământului din stare plastică în stare de curgere sau lichidă.

Limita inferioară de plasticitate

Determinarea limitei inferioare de plasticitate sau limita de frământare se poate face prin două metode conform STAS 1913-86:

Metoda cilindrilor de pământ constă în realizarea unor cilindri din pământul omogenizat, prin rulare pentru detereminarea umidității minime la care pământul poate fi modelat. Se ia o cantitate de aproximativ 100 g, din proba de pământ ce urmeaza a fi analizată și se trece prin razătoare, se omogenizează, iar mai apoi se frământă. În cazul în care pământul este prea uscat se adaugă apă distilată pentru a se obține o pastă consistentă. Se ia o cantitate din pasta de încercare și se rulează pe placa de sticlă peste care se află o sugativă până se obține un cilindru cu diametrul de 3-4 mm și lungime de 30 – 50 mm. Dacă suprafața cilindrului nu prezintă fisuri sau crăpături, se rulează pasta în continure pentru a pierde apa, până când formând 7 astfel de cilindri, aceștia încep să prezinte fisuri. În momentul în care aceștia prezintă fisuri se poate determina umiditatea, pentru fiecare din cei 7 cilindri. Limita inferioară de plasticitate reprezintă media aritmetică a umidităților determinate.

Metoda mediilor absorbante constă în confecționarea a trei discuri de pastă cu diametrul de aproximativ 50 mm și grosimea fiecăruia de aproximativ 2 mm. Pachetul format din cele trei discuri sunt puse între hârtii de filtru este așezat într-o presă sub o presiune de aproximativ 65 daN/cm2, timp de 30 de secunde. În cazul în care discul așezat orizontl pe o sticlă de ceas crapă în urma apăsării cu mâna, timpul de presare este suficient și umiditatea probei este considerata valoarea limitei inferioare de plasticitate.

Limita superioară de plasticitate

Determinarea limitei superioare de plasticitate se poate face prin următoarele metode:

Metoda cupei Casagrande

Constă în umplerea a 2/3 din cupă cu pasta de pământ și se trasează cu ajutorul unei spatule standardizate un șanț cu lățimea la bază de 2 mm. Șanțul se va închide treptat, odată cu căderea cupei de la o înălțime de 10 mm cu o frecvență de 120 de căderi/ minut. Încercarea se oprește în momentul în care zona închisă are o lungime de 12mm la 25 de căderi ale cupei, această umiditate corespunde limitei superioare de plasticitate și se determină prin interpolare grafică.

Metoda conului Vasiliev

Constă în utilizarea unui con din oțel inoxidabil, care are unghiul la vârf de 30° și înălțimea de 25 mm. Greutatea conului împreună cu contragreutățile, cu rol în asigurarea stabilității este de 76 g. Determinarea se realizează pe o probă de pământ, adusă sub formă de pastă plastic moale , care se introduce într-un pahar fără a se lăsa goluri și se nivelează cu un cuțit. Apoi se pune conul la suprafața probei și se lasă ca aceasta să pătrundă prin greutatea proprie. Limita superioară de plasticitate este reprezentată de umiditatea corespunzătoare pastei omogenizate pentru care conul a patruns pe 10 mm. Această limită variază foarte mult în funcție de tipul de pământ.

Indicele de plasticitate, notat cu IP, reprezintă intervalul de variație a umidității în care pământurile se comportă plastic. Acesta este dat de relația: IP=WL-WP( 2 )

Cu cât indicele de plasticitate al argilei este mai mare, cu atât aceasta are o capacitate mai mare de absorbție a apei. Indicele de plasticitate oferă informații asupra posibilității de absorbție a apei, iar limita de curgere asupra proporției de părți fine din compoziția argilei.

Tabel 1.3 Clasificarea pământurilor conform STAS 1243-88

Compresibilitate. Terenuri sensibile la umezire (colapsibile; cu umflări și contracții mari)

Compresibilitatea reprezintă proprietatea pământurilor de a se deforma. Metodele studierii compresibilității sunt împărțite în două categorii: încercări în laborator și încercări in situ.

Încercarea edometrică

Încercarea edometrică constă în supunerea unei probe de pământ, tăiată cu ajutorul unui inel metalic dintr-un eșantion netulburat, la diferite trepte de încărcare, pentru măsurarea tasărilor. Se măsoară tasarea sub fiecare treaptă de încărcare constantă, după un minut, 30 de minute, o oră, 2 ore, iar apoi din oră în oră până în momentul în care trei citiri succesive nu diferă cu mai mult de 0,01 mm.

După stabilizarea treptei de încărcare se aplică următoarea treaptă de încărcare, iar citirea tasărilor se face pentru fiecare traptă în parte. Tasările remanente se înregistrează la descărcarea epruvetei tot în trepte.

Rezultatele încercării edometrice sunt reprezentate grafic pe curba de compresiune-tasare, care dă pentru fiecare tensiune verticală (notată pe abscisă, la scara logaritmică), valoarea deformării specifice dupa consolidare.

Pentru calculele de tasare specifică folosim curba de compresiune – tasare, valorile vor fi tasări maxime pentru o consolidare completă. În funcție de εp=2, ce corespunde tasării specifice la presiunea de 2 daN/cm2, se realizează compararea pământurilor în funcție de compresibilitate.

Tabel 1.4 Clasificarea pământurilor în funcție de compresibilitate (Manoliu, 2011)

Pentru calculul modului de deformație edometric M, se folosește intervalul dintre doua presiuni p1 și p2 și tasările specifice corespunzătoare εp1 și εp2 , iar formula utilizată este:

Se calculează M pentru intervalul de presiune de la 2 la 3 daN/cm2 pentru a compara pământurile în funcție de modulul de deformație:

Tabel 1.5 Clasificarea pământurilor în funcție de modulul de deformație (Manoliu, 2011)

Pentru obținerea coeficientului de compresibilitate av și coeficientului de compresibilitate volumică mv , realizăm curba de compresiune-porozitate.

Coeficientul de compresibilitate av este dat de relația:

Coeficientul de compresibilitate volumică mv este dat de relația:

Încercarea de compresiune-consolidare

Încercarea de compresiune–consolidare se realizează de asemenea cu ajutorul edometrului, prin aplicarea unui efort vertical uniform σ și citind tasările corespunzătoare de-a lungul timpului, asupra unui eșantion saturat și imersat în timpul determinării. Se aplică o încărcare inițială, în funcție de consisteța pământului și de tendința de umflare a epruvetei. Încarcarea inițială se menține timp de 24 h, dar durata se poate prelungi. La expirarea timpului de menținere a încărcării inițial, se citește și se notează indicația comparatorului. Apoi se citesc indicațiile după 10 s, 15 s, 30 s, 1 min., 2 min., 4 min., 8 min., 15 min., 30 min., 1 h, 2 h, 4 h, 8 h și 24 h, în cazul în care diferența dintre ultimele două citiri este mai mare de 0,01 mm se continuă citirile din 24 h în 24 h până la consolidare. După aplicarea ultimei trepte de încărcare și consolidarea epruvetei , se descarcă epruveta până la încărcarea inițială, care se menține 24 h. Se scoate din edometru ștanța cilindrică și se cântărește, după care se scoate epruveta de pământ din ștanță și se usucă în etuva la 105 °C . După uscare se cântărește epruveta și sticla de ceas.

Metoda Taylor și Merchant

Coeficientul de consolidare Cv, se obține din relația tasare- timp, înregistrate sub forma unui grafic în funcție de tasarea s și rădăcina pătrată a timpului t. Acest coeficient se calculează cu relația:

Unde:

T90% -factor de timp Terzaghi, cu valoare 0,848, valoare corespunzătoare unei consolidări primare în proporție de 90%;

d -lungimea drumului de drenaj sau distanța parcursă de apă, din planul median al epruvetei spre piatra poroasă, în centimetri;

t90% -timpul corespunzător unei consolidări primare de 90%, este dedus pe cale grafică, în secunde.

Valoarea t90% se determină grafic, după cum urmează: partea rectilinie a curbei se prelungește până taie axa ordonatelor, din acest punct se trasează o dreaptă a cărei pantă este 1,15 ori panta prelungirii părții rectilinii a curbei. Punctul unde această dreaptă taie curba de consolidare, corespunde pe axa absciselor timpului t90% corespunzător unei consolidări primare de 90%.

Metoda cassagrande

Coeficientul de consolidare cv se determină prin metoda semilogaritmică, Cassagrande, cu următoarea relație:

Unde:

t 50% -timpul corespunzător unei consolidări primare de 50% determinat pe curba tasare specifică timp cu reprezentare semilogaritmică. La ultimul punct de inflexiune a curbei se prelungesc cele două linii drepte până se intersectează; această intersecție este punctul pentru care tasarea la consolidare primară se consideră consumată în proporție de 100%;

T50% -factor de timp, la o consolidare primară de 50% în tabelul Terzaghi este egal cu 0,197;

d50 = h0 – s50 -distanța parcursă de apă din planul median al epruvetei ajunse la consolidare primară de 50%, spre piatra poroasă, în centimetri.

Rezistența la forfecare

Condiția de rupere la pământuri se definește cu ajutorul cunoașterii rezistenței la forfecare. Rezistența la forfecare a pământurilor se exprimă prin relația dintre efortul unitar normal σ și efprtul unitar tangențial τf.

τ f – rezistența la forfecare

σ – efortul unitar normal

ϕ – unghiul de frecare internă

c – coeziunea

La rocile saturate se ține seama de presiunea apei din pori u , iar rezistența la forfecare depinde de efortul efectiv, efort ce actionează la contactul dintre granule.

Ecuația Coulomb – Terzaghi:

σ I – efortul efectiv care acționează la contactul dintre granule – eforul intergranular

ϕ I – unghiul efectiv de frecare internă

cI – coeziunea efectivă

Eforturile unitare principale σ 1 și σ 3 reprezintă eforturile unitare normale ce acționează asupra planelor principale. Ecuația efortului principal maxim σ 1 are expresia:

Determinarea rezistenței la forfecare prin forfecare directă

Se utilizează aparatul de forfecare directă, alcătuit din două casete care se pot deplasa una față de cealaltă, determinănd forfecarea probei după planul de separație al casetelor.

Ecuația efortului normal este dată de relația , în care P reprezintă încărcarea verticală, iar S reprezintă suprafața. Efortul tangențial dată de relația , se calculează după aplicarea forței orizontale T, ce duce la forfecarea probei. Rezistența la forfecare reprezintă valoarea maximă a efortului tangențial înregistrat. Se observă că de-a lungul suprafeței de forfecare S, corespunzătoare planului a-b, în probă se formează și ruperi locale. Efortul tangențial real este , unde s reprezintă suprafața totală de ruperi locale .Se realizează cel puțin trei încercări. Perechile de valori ale lui σ si τ max se reprezintă în sistemul de coordonate σ0τ .

Se reprezintă grafic și se construiește dreapta medie care trece prin cele trei încercări , pentru alfarea unghiului de frecare internă ϕ și a coeziunii c .

Determinarea rezistenței la forfecare prin comprimare triaxială

Se folosește aparatul triaxial, alcătuit dintr-o celulă cu pereți rezistenți în interiorul căreia se introduce proba de pământ învelită într-o membrană etanșă și subțire. Înălțimea probei este de 8 cm iar diametrul de 3 cm. După așezarea probei se introduce un lichid (apă, glicerină sau ulei de parafină) , care creează o solicitare hidrostatică asupra probei prin aplicarea unei presiuni asupra fluidului.

Proba este supusă unei presiuni σ 3, care reprezintă efortul principal minim, acesta acționează atât lateral cât și axial. Se menține constantă această presiune, apoi se trece la aplicarea presiunii verticale P. Efortul principal maxim sau efortul axial total este dat de relația . Pentru a duce proba la rupere, trebuie aplicat un efort deviator, care va lua valori din ce în ce mai mari.

La rocile argiloase cu consistență ridicată ruperea probei se produce după un plan care face unghiul α cu orizontală. Cedarea probei se poate produce și prin menținerea efortului σ1 la o valoare constantă, crescând în același timp presiunea laterală σ3 .

Pentru determinarea dreptei intrinseci se realizează de obicei trei încercări, construindu-se apoi cercurile lui Mohr cu tensiunile principale.

Unghiul de frecare internă și coeziunea pot fi calculate și analitic utilizându-se ecuația efortului principal maxim:

Valorile obținute cu ajutorul aparatului triaxil sunt mai apropiate de cele reale în comparație cu valorile obținute prin forfecarea directă. Rezistența reziduală la forfecare (τfr), reprezintă valoarea stabilizată a efortului tangențial. Unghiul rezidual de frecare interioară este mai mic decât unghiul de frecare interioară (ΦR<Φ), iar coeziunea reziduală are o valoare foarte mică și poate fi neglijată (Cr≈0).

Proprietati geomecanice rezultate prin incercari in situ

Penetrarea dinamică standard

Standard Penetration Test – S.P.T se execută în gaura de foraj. Testul constă în lansarea unui dispozitiv cu tub carotier cu diametrul de 51 mm pe talpa găurii de foraj. Tubul carotier se înfinge în talpă pe 15 cm adâncime, marcându-se adâncimea pe garnitura de prăjini și apoi se înregistrează numărul de lovituri N necesare pentru înfingerea tubului carotier pe 30 cm adâncime folosindu-se un berbec, având greutatea de 63,5 kg. Berbecul cade de la o înălțime de 760 mm.

Tipurile de penetrometre dinamice utilizate variază în funcție de lucrul mecanic dezvoltat de berbecul în cădere, de modul de acționare al acestuia și de modul de înregistrare al numărului de lovituri la înaintare pe o adâncime constantă. Astfel, în fucție de masa berbecului , penetrometrele se clasifică în:

Tabel 1.6 Clasificarea penetrometrelor dinamice în funcție de masa berbecului (Stanciu 2006)

Încercarea de penetrare se realizează în pământuri coezive și în pământuri necoezive lipsite de particule grosiere.

Pe suprafața amplasamentului cercetat se execută cel puțin un foraj geotehnic, care se va cupla cu un test de penetrare executat în apropierea acestuia, la o distanță de minim 2 m. Diagrama de penetrare obținută se corelează cu stratificația rezultată din foraj, se va considera diagramă etalon. În cazul în care există modificări pronunțate între cele două diagrame, se va executa un nou foraj în apropierea sondajului de penetrare.

Adâncimea sondajelor de penetrare este egală cu cea stabilită prin foraje, însă limitată de capacitatea de penetrare al aparatului utilizat în condițiile geotehnice prezente pe suprafața amplasamentului. Sondajele de penetrare pot atinge adâncimi de 20 m.

Penetrometrul dinamic ușor PDU, este folosit pentru cercetarea terenului pe adâncimi reduse, în pământurile argiloase de consistență redusă până la 4..5 m, iar în pământurile nisipoase afânate și de îndesare medie până la 6..8 m. Penetrometrul dinami mijlociu PDM poate atinge adâncimi de 8..15 m, iar penetrometrul dinamic greu PDG poate atinge adâncimi de 15..20 m.

Datele obținute din penetrarea dinamică standard permit aprecierea stării de îndesare a nisipurilor sau stării de consistență a argilelor. Diagrama de penetrare efectuată pentru fiecare test oferă o serie de informații calitative asupra amplasamentului cercetat. Rezultatele se utilizează la:

Exploatarea identificării litologice

Verificarea uniformității litologice pe suprafața amplasamentului

Repararea diferitelor orizonturi litologice

Prin compararea diagramelor de penetrare martor efectuate în terenul îmbunătățit, la verificarea calității lucrărilor de îmbunătățire a terenului de fundare se vor stabili, atât efectul calitativ al lucrării de îmbunătățire prin majorarea rezistenței la penetrare, cât și efectul lucrării de îmbunătățire prin aprecierea unor caracteristici geotehnice ale terenului natural și îmbunătățit, dar și adâncimea până la care se resimte influența lucrării de îmbunătățire a terenului.

Rezistența reală a terenului poate fi modificată de factori geotehnici și hidrogeologici, dar și de factori tehnologici. Printre factorii legați de condițiile geotehnice și hidrogeologice se găsesc granulozitatea, forma și rugozitatea particulelor, gradul de îndesare, consistența pământurilor argiloase, alternanța stratelor moi cu altele mai tari, influența apei subterane, dar și adâncimea, aceasta se resimte prin creșterea rezistenței la penetrare.

Un factor tehnologic este reprezentat de modificarea vitezei de penetrare , care se resimte în special la pământurile coezive cu consistență scăzută, pentru care rezistența de penetrare este invers proporțională cu viteza de penetrare.

Penetrarea dinamică pe con

Efectuarea încercării propriu-zise constă în aplicarea loviturilor cu o frecvență de 15-30 de lovituri pe minut prin cădere liberă a berbecului, de la o înălțime constantă, pe nicovala aparatului, iar fiecare oprire a procesului de penetrare mai mare de 5 minute se va consemna în fișele de înregistrare a rezultatelor. Se vor înregistra numarul de lovituri necesare pentru înaintarea conului pe 10 sau 20 cm, în funcție de precizia cu care se trasează diagrama de penetrare.

Pe baza datelor se întocmește diagrama de penetrare, pe abscisă se vor trece numarul de lovituri, iar e ordonată adâncimea în metri. Se va reprezenta si coloana stratigrafică alaturi de diagramă.

Se determină rezistența la penetrare dinamică pe con Rd care reprezintă rezistența opusă de teren la înaintarea conului de penetrare sub acțiunea lucrului mecanic realizat prin căderea berbecului. Aceasta se calculează cu relația:

Unde :

G1 – greutatea berbecului [kN]

G2 – greutatea tijelor ( inclusiv nicovala , tija de ghidaj si conul ) la adâncimea respectivă [kN]

h – înălțimea de cădere a berbecului [m]

e – pătrunderea conului sub o singură lovitură [m]

A – aria secțiunii transversale a conului [m2]

Diagrama obținută pe baza datelor sondajelor de penetrare , la fel ca și în cazul altor încercări in situ, se compară cu diagrama de penetrare etalon . În cazul în care cele doua diagrame se aseamănă , penetrarea efectuată în punctul respectiv poate înlocui forajul , terenul prezentând uniformitate . Se va executa un alt foraj , în cazul în care alura celor doua diagrame va fi diferită . Această metodă , fiind o metodă de investigație continuă , permite detectarea și controlul stratificației terenului de fundare , deoarece rezistența la penetrare pe vârf variază în funcție de natura terenului .

Singurul parametru geomecanic rezultat direct din prelucrarea datelor de penetrare dinamică cu con este gradul de îndesare al nisipurilor mijlocii și fine din depozitele naturale sau rambleuri . Acesta se apreciază orientativ cu relația :

Greutatea volumică în stare uscată , indicele porilor și modulul de deformație edometric , pentru nisipuri se pot aprecia , utilizând rezistența la penetrare statică pe con , determinată cu relațiile :

Tabel 1.7 Relații de legătură ( Stanciu, 2006)

Date despre amplasament

Așezare teritorială

Județul Brăila se află în regiunea Muntenia din România. Se învecineaza la nord cu județele Vrancea și Galați, la est cu județul Tulcea, la sud cu județele Constanța și Ialomița și la vest cu județul Buzău.

Situată în Est, Sud-Estul țării pe coordonatele 45°16’9’’, latitudine Nordică și 27°57’27’’, longitudine estică, Brăila se află pe Dunărea inferioară.

Zona de interes, unde sunt realizate investigațiile geotehnice pentru viitorul pod suspendat, se află în partea de nord-est a județului Brăila și nord-vest a județului Tulcea.

Relief

În partea estică a Câmpiei Române se afla Câmpia Brăilei, denumită și Bărăganul Nordic, cu altitudine cuprinsă între 20-30 metri, aceasta constituie terasa inferioară a Dunării de vârstă holocenă și include urmatoarele sub-unități morfologice: Câmpul Ianca, Câmpul Viziru, Câmpul Mircea Vodă și o parte de est a Câmpului Roman-Gemenele reprezentat de un interfluviu cu depozite eoliene și nisipuri fluviatile cu o altitudine medie de 25 metri.

La contactul dintre Câmpia Română și Podișul Dobrogei se află Balta Brăilei, o regiune inundabilă a fluviului, sedimentată în regim deltaic, aceasta este denumită Insula Mare a Brăilei. Cea mai importantă unitate fizico-geografică a Brăilei, cunoscută și sub numele de Lunca Dunării, are o lungime de 60 de kilometri pe direcția nord-sud (Vadul Oii-Brăila) și o lățime ce variază de la 7-m kilometri în zona de separare a Bălții Ialomiței de Balta Brăilei, la 15-20 km în subsectorul Bălților. Cea mai mică altitudine este reprezentată de fundurile lacurilor Zaton și Dunarea Veche (1-2 metri), iar cea mai mare altitudine este de 45 de metri în popina Blasova.

Podișul Dobrogei de Nord cuprinde Munții Măcinului (denumiți și Culmea Pricopanului), care au altitudinea maximă de 467 m (Vârful Greci), Glacisul Măcinului cu unități asociate câmpiei specifice zonelor Jijila și Mâcin-Greci, Balta Jijila cu o altitudine cuprinsă între 4-5 m pe grinduri, este considerată o parte a Bălții Isaccei care se extinde extinde pe o distanță de 19m între Brăila-Măcin și Bugeac-Galați.

Lunca Siretului Inferior, aflată în extremitatea nordică a județului Brăila, cu soluri aluvionare specifice albiilor părăsite, reprezintă o câmpie în devenire, joasă cu altitudini variate între 5-15 m. Datorită abaterii cursului Siretului spre nord, abandonând numeroase albii de curgere în sud, Lunca se întinde pe o arie cu lățimea de 30 km.

Geologia regiunii

Din punct de vedere geologic, teritoriul Brăilei se află la contactul dintre Orogenul Nord-Dobrogean și Platforma Moesică.

Structogenul Nord-Dobrogean

Orogenul Nord-Dobrogean, este o structură tectonică alpină, delimitată în două perioade tectogenetice, respectiv faza chimerică veche, la limita Triasic-Jurasic Inferior și faza Chimerică nouă, la limita Jurasic-Cretacic Inferior (după Mutihac, Stratulat, Fechet, 2004).

Structogenul Nord-Dobrogean este delimitat la sud de falia Peceneaga-Camena care îl separă de platforma Meosică, la nord de faliile Trotușului și Galați-Sf. Gheorghe, care urmărește aproximativ cursul Dunării, iar spre est Orogenul se continuă cu Platforma Continentală a Mării Negre.

În Orogenul Nord-Dobrogean au fost descrise 3 unități tectonice cu rang de Pânze de șariaj, respectiv de la sud-vest spre nord-est: Pânza de Măcin, Pânza de Niculiței, Panza de Tulcea.

Stratigrafie și litofaciesuri

Pânza Măcin

Se situează în partea vestică a Dobrogei de Nord și se delimitează prinfalia Dunării, la sud, și falia Luncavița – Consul, la nord. În alcătuirea acestei pânze intră formațiuni prealpine. În timpul orogenezei alpine activitatea în zonă s-a concretizat doar prin consolidarea unor roci eruptive pe filoane.

Fundamentul cristalin este alcătuit din șisturi cristaline care se împart în grupa șisturilor cristaline mezometamorfice (se cunosc din aflorimente deoarece alcătuiesc dealurile Orliga și Sărărica și intră în alcătuirea dealului Medgina și sunt reprezentate prinamfibolite, gnaise, micașisturi, calcare cristaline provenite prin metamorfozarea în facies amfibolitic a unor formațiuni epiclastice și a unor magmatite bazice înaliniamentul Priopcea – Piatra Cernei, în culmile Boclugea și Coșlugea și a rezultat în urma unui metamorfism în faciesul șisturilor verzi care a afectat formațiuni epiclastice).

Magmatite asociate șisturilor cristaline descrise mai sus le străbat pe acestea sub formăde corpuri intrusive reprezentate, în principal, prin granite și granitoide, ca de exemplu granitul de Megina.

Învelișul sedimentar paleozoic se dezvoltă pe o arie destul de mare în cuprinsul pânzei Măcin și este reprezentat prin depozite siluriene, devoniene și carbonifere. Corpuri magmatice prehercinice străbat șisturile cristaline și aceste depozite sedimentare, formând aureole de contact termic cu corneene. Magmatismul se manifestă destul de pregnant în timpul orogenezei hercinice (granite calcoalcaline se găsesc în alcătuirea Masivului Greci, granite alcaline se situează pe un aliniament situat la vest de primul și intră în alcătuirea Masivului Iacobdeal).

Formațiuni sedimentare alpine – în fundamentul bazinului Babadag apar, sub cuvertura cretacică, depozite jurasice (între localitățile Cârjelari și Camena, în vecinătatea faliei Peceneaga – Camena). Aceste depozite au un caracter turbiditic și sunt asociate cu produse vulcanice.

Pânza Niculițel

Se situează la NE de pânza Măcin, dincolo de falia Luncavița – Consul. Extinderea acestei pânze se face până la falia Sarica dincolo de care se află pânza Tulcea.

Magmatitele triasice sunt rezultatul unei activități magmatice efuzive atât bazică cât și acidă.

Vulcanitele bazice se situează mai ales în sectorul nordic al digitației (între Luncavița și Niculițel). Sunt reprezentate prin bazalte ce formează curgeri submarine.

Vulcanitele acide au o dezvoltare mai mare în digitația Consul dar apar și în digitația Sarica.

Cuaternarul – acoperă depozite mai vechi și este reprezentat prin depozite loessoide în alcătuirea cărora intră prafuri arenito-siltito-argiloase cu grosimi de 2 până la 5 m. Apar intercalații de paleosoluri (soluri fosile).

Pânza Tulcea

Se delimitează de pânza Niculițel prin falia Sarica și de Platforma Scitică, prin falia Sf. Gheorghe.

În alcătuirea pânzei Tulcea intră formațiuni prealpine, formațiuni alpine șidepozite cuaternare care acoperă în mare parte depozitele mai vechi.

Formațiunile prealpine aflorează în Dealul Rediu și în Colinele Mahmudia – Tulcea (în fruntea pânzei). Cele mai vechi formațiuni din anticlinalul Rediu sunt slab metamorfozate, vârsta lor fiind presiluriană. Între Tulcea și Mahmudia apar tot depozite slab metamorfozate reprezentate prin filite verzi cuarțoase, uneori roșietice.

Magmatitele paleozoice asociate acestor depozite sunt roci intrusive cu o prezență mai modestă decât în pânza Măcin. În axul anticlinalului Rediu aflorează granitele de UzumBair.

Formațiunile alpine sunt reprezentate prin depozite sedimentare însoțite de prezența unor roci magmatice ca rezultat al activității vulcanice ce a avut loc în acest interval de timpgeologic.

Magmatitele triasice sunt localizate în nord-vest, între Somova și Malcoci, destul de restrânse ca arie. La fel ca și în cazul pânzei Niculițel, sunt reprezentate prin roci bazice și acide caexpresie a unui magmatism bimodal.

Cuaternarul – depozitele cuaternare acoperă depozitele mai vechi și sunt reprezentate de depozite loessoide și de loess, cu grosimi ce variază între 5 și 20 m intercalate cu niveluri brune de paleosoluri. Deasemenea, complexul lacustru Razelm – Sinoe este determinant pentru formarea depozitelor din vecinătatea acestuia.

Platforma Moesică – sectorul Valah

Platforma Valahă reprezintă sectorul nordic al Platformei Moesice, cuprinsă între falia Fierbinți la nord-est și Dunăre la sud pe teritoriul României, acesta prelungindu-se și la sud de Dunăre până în fața Balcanilor.

Stratigrafie si litofaciesuri – Platforma Valahă

Soclul Platformei Valahe:

În urma executării unor foraje într-o structura anticlinală numită Ridicarea Balș-Optași s-au întâlnit sub formațiuni mezozoice, roci mezo-metamorfice de tipul micașisturilor cu granați și silimanit, gnaiselor și paragnaiselor.Vârsta acestora nu este cunoscută cu exactitate, dar din motive regionale sunt considerate Proterozoic Superior (după Mutihac, Stratulat și Fechet, 2004).

O serie de incluziuni granioitice interceptate în soclu, de vârstă cuprinsă între 300-400 M.a. (Devonian), străbat și o parte a cuverturii sedimentare. Prezența lor indică o activitate tectonică mai accentuată a sectorului Valah în raport cu cel Dobrogean.

Cuvertura platformei valahe:

Mișcările caledoniene timpurii au marcat trecerea la stadiul de cratogen. Depozitele sedimentare au mulat relieful soclului astfel încât s-au estompatdenivelările acestuia, la suprafață înregistrându-se un relief de câmpie.S-au diferențiat patru cicluri de sedimentare importante, corespunzătoare unor transgresiuni majore, separate între ele prin faze de exondare:

Ciclul Cambrian – Carbonifer

Depozitele sedimentare s-au dispus discordant pesteformațiunea de soclu. La sfârșitul Carboniferului începe o fază de exondare care a afectat întreaga platformă și a durat până în Permian.

Ciclul Permian – Triasic

Procesul de sedimentare s-a reluat la sfârșitul Permianului. Grosimea acestor depozite se reduce astfel încât în unele zone de elevare a soclului ele nu se mai întâlnesc (forajele executate pe ridicarea Balș – Optași). Pe parcursul acestui ciclu de sedimentare s-au înregistrat manifestări magmatice efuzive. Efuziunile de natură bazică (bazalte, andezite bazaltice), asociate depozitelor permo-triasice inferioare, sunt orientate pe direcție predominant est-vest.

Ciclul Jurasic – Cretacic – Jurasic

Acest al treilea ciclu de sedimentare debutează cudepozite epiclastice pentru ca apoi să treacă în depozite carbonatice.

Ciclul Badenian – Pleistocen

A început odată cu înaintarea apelor dinspre avanfosacarpatică, acoperind partea nordică și vestică a platformei. Sedimentarea Neogenului din platformă este guvernată în special de

subsidența accentuată din avanfosa externă. Depozitele aparținând acestui ciclu de sedimentare sunt predominant detritic, molasice.

Depozitele loessoide sunt siltite și argile nisipoase de culoare gălbuie, cu o grosime cuprinsă între 5 și 40 m. În cuprinsul lor se găsesc câteva intercalații roșii sau cărămizii, argiloase, considerate soluri fosile.

Depozite de terasă: În partea vestică, devenită uscat în Pleistocenul inferior, s-au acumulat depozite de terasă.

Depozite de dune: Între Craiova și Dunăre și în Bărăgan apar nisipuri gălbui, fine până la grosiere de câțiva metri grosime. Acumularea lor s-a produs în Holocen.

Tectonica amplasamentului Brăila

În urma executării forajelor adânci în județul Brăila și a cercetărilor geofizice au fost evidențiate mai multe compartimente tectonice separate prin falii mari, majoritatea fiind orietntate NW-SE sau N-S raportate cuverturii paleozoic-mezozoică până la cuvertura neogenă.

S-au luat în considerare cele mai importante elemente tectonice:

Cu interes din punct de vedere seismic, sistemul de falii cu direcția NW-SE,

compus din Falia transcrustrală Peceneaga-Camena care este activă pe anumite segmente din vecinătatea Dunării și Falia Sf. Gheorghe a cărui activitate este dovedită de numeroase cutremure recente.

În plan secund se află sistemul de falii cu direcția N-S, care are o activitate mai mică în prezent și cuprinde Falia Voitești care are o direcție de la Tulcea spre Kaliakra, cunoscută ca o fractură indusă de flexura depozitelor afectate care barează ingresiunea apelor marine în teritoriul uscat și Falia Dunării care traversează pe direcția de nord-sud a regiuneii din nordul Bulgariei până în localitatea Fălciu, pe Prut. Falia Dunării trece prin limita de vest a Dobrogei și intersectează faliile regionale (Falia Capidava-Ovidiu, Falia Intramoesică, Falia Peceneaga-Camena, Falia Sf. Gheorghe), generând o frecvență mai mare a evenimentelor seismice.

Cadrul seismic

Seismicitatea României este activă, unde se produc anual peste 300 de cutremure, majoritatea fiind de magnitudine medie (M > 2.5), superficiale.

Conform SR P100-1/2003, amplasamentul lucrării se află în zona macroseismică cu intensitate I = 81 pe scara MSK, unde indicele 1 corespunde pentru o perioadă de revenire pe o perioadă de 50 de ani.

Amplasamentul studiat se învecinează cu zona seimogenă Shabla-Capul Caliacra și cu zonele epicentrale Vrancea, Dobrogea Centrală.

Vrancea este cea mai complexă zonă seismogenă fiind situată la convergența a cel puțin 3 plăci tectonice: Placa Est Europeană, Platforma Meosică și Placa Intra-Alpină.

În Vrancea au loc cutremure intermediare (subcrustale) cu adâncimi de 70-180 km (VRI), zonă ce poate genera 3-5 evenimente seismice cu Mw > 7 pe secol și cutremure crustale (de suprafață) cu o adâncime epicentrală până la 40 km (VRI) activate în zona dintre falia Peceneaga-Camena și falia IntraMeosică.

Hidrogeologia amplasamentului Brăila

Ape de suprafață

Cea mai importantă resursă de apă a zonei studiate este reprezentată de Dunăre, al doilea fluviu al Europei ca lungime, izvorăște din Munții Pădurea Neagră (Germania) și curge pe o distanță de 2.858 km, pe direcția sud-est, până la Marea Neagră.

În aval de Vadul Oii, Dunărea se ramnifică în două brațe principale: brațul Dunărea Veche sau Măcin în est și brațul Cremenea în vest.

Brațul Măcin sau Dunărea Veche, se întinde pe o lungime de 96km și o lățime medie de 250 m, transportă o cantitate mică de apă (15%) din debitul total de la Hârșova (5949m3/s) datorită gradului mare de meandrare, cu un coeficient de sinuzitate 1,24 și panta mică de 0,22‰.

Brațul Cremenea se întinde pe o lungime de 70 km și o lățime medie de 500 m, transportă 85% din volumul de apa al Dunării, după confluența cu Brațul Vâlciu, fiind important din punc de vedere hidogeologic și al navigației. Din el se desprind patru brațe cu lungimi cuprinse între 3 și 8 km: Mănușoaia 6,3 km, Pasca 5 km, Calia 8,8 km, Arapu 3 km.

Ape subterane

Primul orizont de ape subterane îl reprezintă apele freatice cu nivel hidrostatic liber și variabil, care au culcușul impermeabil din apropierea suprafeței terestre, continuat de apele intercalate între stratele impermeabile, cantonate in depozite friabile, numite ape de adâncime, cu nivel hidrostatic liber sau sub presiune.

Hidrostructurile sunt alimentate în principal prin infiltrarea precipitațiilor în formațiunile acoperitoare nisipoase-argiloase sau prin drenajul apelor de suprafață (după Scrădeanu și Gheorghe, 2007).

Apele freatice din zona studiată sunt plasate în depozitele lossoidale și nisipurile eoliene de pe interfluvii și în aluviunile fluviatile din lunca Dunării. Adâncimea lor variază de la 0 m în lunca joasă până la peste 20 m, pe câmpurile acoperite cu nisipuri. Litologia depozitelor favorizează infiltrarea precipitațiilor și a irigațiilor prin fisurile de uscare sau prin macroporii verticali care înaintează până la roca de bază sau până la un nivel de sol fosil cucontinuitate spațială. În urma dizolvării compușilor solubili și a antrenării hidrodinamice a granulelor pe care le transportă, se pot declanșa fenomene de sufoziune (eroziune internă) și se pot forma goluri subterane sub formă de rețea de canale paralele cu suprafața topografică, tuneluri de dimensiuni mari, iar la suprafața terenului pâlnii sufuzionare sau chiar depresiuni de subsidență locală.

Nivelul hidrostatic înregistrează variații de 1-2 m, datorită diferenței mari de cantități de precipitații din timpul anului, iar acestea nu reprezintă o sursă importantă pentru alimentarea cu apă a populației, pentru industrie sau pentru irigații.

Din punct de vedere hidrochimic, apele freatice se încadrează în tipul bicarbonatat calcic și sodic, în mai mică măsură și în sulfatate și clorurate calcice și sodice, în cea mai mare parte, cu mineralizări care depășesc uneori 5 g/l.

Principalele acvifere de adâncime care au și calități potabile mai bune se gasesc în sttratele de Frătești, cu grosimi de până la 20 m, constituite din nisipuri fine, medii și grosiere.

Condiții meteoclimatice

Din punct de vedere meteorologic, zona studiată se încadrează în clima temperat continentală, cu ierni reci fără strat de zăpadă stabil și veri calduroase și uscate.

Temperatura medie anuală este de 11,1°C, temperaturi medii lunare mai mici, se înregistrează în luna ianuarie 2,1°C; cea mai caldă fiind luna iulie cu temperatura medie multianuală de 23,1°C.

Temperatura aerului (1961-2000) înregistrează valori medii anuale sub 10°C. Luna ianuarie prezintă valori medii cuprinse între -2°C și -3°C în partea vestică și în bordura estică a zonei studiate, iar în luna iulie cea mai mare parte a zonei analizate se încadrează între izotermele de 22-23°C și coboară între 21-22°C la est de Brațul Dunărea Veche.

Temperatura de la suprafața solului (1961-2000) înregistrează valori medii anuale cuprinse între 2-3°C. În luna ianuarie sunt valori între -2°C și -3°C datorită radiatiei solare reduse, iar în luna iulie se ating valori cuprinse între 25-27°C.

Precipitațiile atmosferice reflectă caracterul continental al climei, cad în cantități variabile de la un an la altul și sunt repartizate inegal anual. Se încadrează într-o medie anuală care variază între 400-490 mm/an. În anotimpul rece, cea mai mare cantitate de apă este sub formă de zăpadă, cantitatea de apă rezultată este de circa 100 mm/an în cadrul Brăilei, reprezentând 20-23% din totalul anual al precipitațiilor.

Zona studiată prezintă o durată anuală medie a strălucirii soarelui cuprinsă între 2200-2300 ore, reprezintă intervalul de timp în care este vizibil discul solar cu o variabilitate de la o lună la alta.

Vântul se deplasează cu ușurință în Brăila datorită lipsei obstacolelor orografice și forestiere și constituie un element climatic cu influență mare în condițiile morfografice ale Campiei Române și Brăilei. Direcțiile vânturilor principale sunt din nord cu o frecvență anuală de 21,3%, urmate de cele de nord-est 18,0%, vanturile de vest de 16,7% și de sud-vest 12,8%. Viteza pe direcția nord este zde 3,1 m/s, iar pe cea nord-est de 2,9 m/s.

Adâncimea maximă de înghet a zonei analizate este de 90-100 cm conform STAS 6054-77.

Studiul de caz – studiul geotehnic al tronsonului de autostrada km 0+00- km 4+400 Brăila

Investigații efectuate pe tronson

Obiectivele situate pe acest tronson au fost investigate prin foraje, incluzând încerări SPT.

Prezentarea datelor

Pentru realizarea temei am primit, ca material de studiu, setul B de date, respectiv: 6 foraje (Tabel 4.1) cu cele 6 fișe de foraj (Anexele 4.1.-4.6.) și analizele pentru roci moi și apa, prelucrate în laborator.

Realizarea structurii stratigrafice

Pe baza fișelor de foraj din teren și a analizelor geotehnice de laborator, s-au realizat modelul geologic și geotehnic în programul Autocad 2017 :

fișele complexe de foraj (Anexele 4.7-4.12)

secțiunea geologică (Anexa 4.13), obținută prin corelarea stratelor.

Astfel, s-au obținut 4 strate (tabel 4.2.), 2 complexe coezive și 2 complexe necoezive.

Prelucrarea statistica a parametriilor

Caracterizarea geotehnică a terenului de fundare s-a făcut pe baza încercărilor fizico-mecanice de laborator asupra probelor preluate din foraje.

Pentru prelucrarea statistică a valorilor caracteristice și calculul parametrilor geotehnici la un nivel de asigurare de 95%, s-au folosit următoarele relații, conform normativului NP 122:2010:

Valoarea mediei aritmetice :

Abaterea standard :

Coeficientul de variație :

Valoarea caracteristică a parametrilor geotehnici :

Unde kn reprezintă un coeficient statistic care depinde de numărul n de valori măsurate ale parametrului .

Tabel 4.3. – Valori kn ( NP 122:2010 )

Pentru n valori intermediare se admite interpolarea lineară a valorilor kn din tabel.

Pentru prelucrarea și interpretarea încercărilor de penetrare dinamică standard SPT executate în foraje conform SR EN ISO 22476-3/2006 s-au folosit relațiile utilizate frecvent în practica internațională.

Valorile NSPT au fost corectate la un raport energetic de 60%, care reprezintă parametrul N60. Trecera s-a facut aplicând o serie de corecții valorilor înregistrate pe teren conform formulei :

Unde pentru tipul de aparatură folosită s-au admis următoarele valori :

CE=0,85 (de energie)

CB=1 (de diametru al găurii de foraj)

CS=1 (de tub carotier)

CR=1 (de lungime)

Valorile corectate N60 , în legislația europeană EUROCOD 8, trebuie normalizate la o presiune litostatică de referință de 100KPa. Acest lucru se realizează prin multiplicare cu un factor CN:

Unde σvo reprezintă efortul vertical efectiv, care acționează la adâncimea și la momentul la care s-a înregistrat NSPT. Astfel valorile SPT, au fost normalizate și corectate la un raport energetic de 60%.

Pe baza valorilor SPT, evaluarea parametrilor fizico-mecanici s-a facut în raport cu normele naționale și europene în vigoare. S-au utilizat o serie de corelații publicate și general acceptate specifice depozitelor necoezive :

Pentru densitatea relativă s-a folosit formula Mayne,P.W.,2001:

Pentru estimarea modului de deformație liniară E[KPa] în nisipuri curate s-a utilizat formula Bowles , 1989 :

Pentru unghiul efectiv de frecare interioară s-a folosit relația bazată pe corelațiile citate de Hatanaka și Uchida , 1996:

Rezultate privind aplicarea prelucrării statistice a parametrilor măsurați

Tabel 4.4. Valori caracteristice – stratul A, coeziv.

Tabel 4.5. Valori caracteristice (SPT) – stratul B, necoeziv.

Tabel 4.6. Valori caracteristice – stratul C, coeziv.

Tabel 4.7. Valori caracteristice (SPT) – stratul D, necoeziv.

Calculul terenului de fundare directă

Tasarea

Calculul tasării absolute prin metoda însumării pe strate elementare se bazează de regulă pe caracteristicile de deformație al rocilor, reprezentate de modulul de deformație liniară și coeficientul lui Poisson, cunoscut ca și coeficient de deformație laterală. Modulul de deformație liniară reprezintă un raport între efortul unitar σ și deformația ε.

Metoda extinde la terenul de fundare relația de calcul a deformației Δh prin comprimarea unei bare de secțiune A și lungime h supusă acțiunii unei forțe axiale N.

Formula de calcul al tasării prin metoda însumării pe strate , pentru toată mărimea zonei active deformabile, luându-se în considerare β aproximativ 0,8 este :

( 30 )

Unde :

s – tasarea totală[cm];

σzi – presiunea repartizată, calculat la mijlocul fiecărui strat deformabil din cuprinsul zonei active [daN/cm2];

h0i – grosimea stratelor considerate în calcul [cm];

Ei – modulul de deformație liniară calculat la mijlocul fiecărui strat[daN/ cm2];

Modulul de deformație liniară Ei se calculează pe baza modulului de deformație edometric Eed, folosind un coeficient de trecere α:

( 31 )

Unde : α ≈ 1,25 – 2.

Valoarea coeficientului α se alege în funcție de caracterul formațiunii care intră în zona activă.

( 32 )

Unde :

– sarcina geologică la mijlocul unui strat i [daN/ cm2];

σzi – presiunea repartizată la mijlocul stratului i[daN/ cm2] ;

Δh/h – tasarea specifică calculată pentru presiunile +, respectiv , fracțiuni de unitate.

Pentru folosirea acestei metode, terenul de fundare se împarte în strate de grosime h0. La împărțirea în strate se are în vedere limita dintre formațiunea acoperitoare și rocă de bază, precum și limitele stratificației naturale dintre diferite strate și adâncimea la care se află apa subterană. Cu alte cuvinte, se vor duce mai întâi aceste limite, corespunzătoare celor naturale, după care se va trece la împărțirea în strate de grosime h0 în cadrul a două limite naturale succesive. Pentru h0 se recomandă o valoare de 1 – 2 m.

După împărțirea în strate de grosime h0, se calculează pentru fiecare strat sarcina geologică , presiunea repartizată , modulul de deformație liniară Ei și tasarea si pe toată zona activă. Tasarea terenului în punctul considerat se obține prin însumarea tasărilor calculate pentru toate stratele, s = Σ si. Menționăm că sarcina geologică și presiunea repartizată trebuie calculate pentru toate stratele în vederea identificării mărimii zonei active, însă, modulul de deformație liniară și tasarea se calculează numai pentru stratele deformabile din cuprinsul zonei active. Evident că pentru calculul modulului de deformație edometric se folosește curba de compresiune-tasare obținută în laborator.

Pentru alegerea punctelor pe suprafața fundației la calculul tasării prin metoda însumării pe strate folosindu-se pentru fundații elastice, tasarea se calculează, pentru o fundație dreptunghiulară de exemplu, în centrul (punctul 1), la mijlocul laturii lungi (2), la mijlocul laturii scurte (3) și în colțul fundației (4) . Notând cu s1, s2 … tasările în cele patru puncte considerate, și având în vedere că s2 și s3 au, prin simetrie, valori duble și că tasarea din colț se repetă de 4 ori, valoarea medie s a tasării terenului de fundare este:

( 33 )

În cazul în care o construcție este situată pe mai multe fundații cu suprafețele S1, S2 … Sn, având fiecare tasarea s1, s2 … sn, valoarea medie a tasării întregii construcții se obține cu formula:

( 34 )

Rezultate privind calculul tasării absolute prin metoda însumării pe strate elementare

Pentru efectuarea calculului tasării, s-a obținut valoarea medie a stratelor A, B, C, D (tabelul 4.6.) și nivelul hidrostatic mediu la 10 m adâncime.

Tabel 4.8. – Adâncimea medie a stratelor.

Aplicând metoda însumării pe strate, s-a realizat „Schema de calcul a tasării prin împărțirea în strate elementare” în programul Autocad 2017 – Anexa 4.14., s-au obținut 16 strate elementare, astfel s-a putut calcula tasarea pentru L/B = 6m, Df=3m și p=300 kPa.

Tabel 4.9. – Rezultate tasare

Presiunea convențională

Conform Normativului NP 112:2014, presiunile convenționale, pconv, se determină luând în considerare valorile standard din tabele, care se corectează după prevederile din normativ, în funcție de lățimea tălpii și adâncimea de fundare.

Valorile de bază din tabele corespund presiunilor convenționale pentru fundații cu lățimea tălpii B=1.0 m și adâncimea de fundare D=2.0 m. Pentru alte lățimi ale tălpii sau alte valori ale adâncimii de fundare, se utilizează formula de calcul:

Unde:

– Valoarea de bază a presiunii convenționale pe teren, conform tabelelor;

CB – Corecția de lățime;

CD – Corecția de adâncime.

Corecția de lățime, CB :

Pentru B ≤ 5 m corecția de lățime se determină cu relația:

Unde:

K1 = 0.10 pentru pământuri necoezive (cu excepția nisipurilor prăfoase);

K1= 0.05 pentru nisipuri prăfoase și pământuri coezive.

Pentru B > 5 m corecția de lățime este:

CB = 0.4 pentru pământuri necoezive, cu excepția nisipurilor prăfoase

CB = 0.2 pentru nisipuri prăfoase și pământuri coezive.

Corecția de adâncime, CD

Pentru D ≤ 2 m:

CD = (D-2)/4

Pentru D > 2 m:

CD = (D-2)

Unde:

– greutatea volumică de calcul a straturilor situate deasupra nivelului tălpii fundației.

Rezultate presiune convențională

Pentru indicii: e = 0.70, Ic = 0.56 și Sr =0.52 din nivelul superior de tip PSU-colapsibil, s-a obținut prin interpolarea valorilor, presiunea convențională de bază = 169 kPa (Conform NP 125_2010), iar în urma corecțiilor aplicate s-a obținut presiunea convențională = 219,77 kPa.

Tabel 4.10. – Corecții aplicate pentru B- 6 m și D = 3 m

Capacitatea portanta

Cunoașterea capacității portante Pa, respectiv a presiunii critice Pcr, conduce la proiectarea în condiții economice acceptabile a sistemului de fundare și la asigurarea construcțiilor împotriva pierderii stabilității generale în cazul acțiunilor din gruparea specială .

Cedarea completă sau generală, este caracterizată prin apariția unui prism de pământ îndesat sub fundație. Acest tip de cedare este specific pământurilor necoezive îndesate sau celor coezive tari. Prisma de pământ se află în domeniul elastic și acționează ca o pană pentru pământul înconjurator, determinând apariția unor suprafețe de cedare curbilinii, care se extind până la suprafața terenului. Cedarea prezintă un carcater brusc, catastrofal, datorită apariției unor tasări mari și deplasări în plan orizontal și rotiri ale fundației. Curba de compresiune- tasare pune clar în evidență punctul ce marchează presiunea critică.

Cedarea locală, este specifică pământurilor de îndesare și consistență medie . Suprafețele de cedare sunt bine definite doar în zona marginilor fundației, neajungând la suprafața terenului. Viteza de patrundere a fundației în terenul de fundare este relativ constantă, iar pe diagrama de compresiune-tasare nu este marcat clar punctul de presiune critică.

Cedarea de tip poansonare, este specifică pământurilor afânate și de consistență redusă . Penetrarea terenului de fundare se realizează asemeni unui poanson, fară să apară suprafețe de cedare.

Ecuațiile capacității portante – Terzaghi:

Ecuațiile stabilite de Terzaghi pentru diferite tipuri de fundații de suprafață, în cazul terenurilor omogene, sunt următoarele:

1) Fundații sub formă de talpă continuă:

( 36)

2) Fundații pătrate:

( 37 )

3) Fundații circulare:

( 38 )

Unde :

pcr – capacitatea portantă totală a terenului de fundare [daN/cm2];

γ – greutatea volumică, [kN/m3] ;

B – lățimea fundației, [m];

L – latura fundației, [m];

D – diametrul fundației, [m];

c – coeziunea terenului de fundare, [daN/cm2];

hf – adâncimea de fundare, [m];

1/100 – coeficient de transformare a unităților de măsură din kN/m2 în daN/cm2;

Nγ, Nc și Nq sunt factori de capacitate portantă, adimensionali, ce se determină în funcție de unghiul de frecare interioară Ф al terenului de fundare, pe cale analitică sau grafică.

( 39 )

Unde :

pa – capacitatea portantă a terenului de fundare, [daN/cm2] ;

pcr – capacitatea portantă totală stabilită cu ecuațiile 28-30, [daN/cm2] ;

η – coeficient de siguranță.

Valoarea obișnuită a coeficientului de siguranță recomandată pentru ecuațiile lui Terzaghi este η = 2 – 3. Pentru fundații cu dimensiuni mari rezultă uneori valori exagerat de mari ale capacității portante totale, la care trebuie să adoptăm o valoare mai mare a coeficientului de siguranță, chiar dacă terenul de fundare are calități foarte bune.

Capacitatea portantă la starea limită de deformații:

Pentru construcții fără subsol, capacitatea portantă la starea limită de deformații are expresia:

( 40 )

Unde :

pa- capacitatea portantă la starea limită de deformații [KPa];

m – coeficient adimensional;

γ – greutatea volumică a terenului de fundare[kN/m3];

B – lățimea fundației, m; N1, N2 și N3 – coeficienți adimensionali;

c – coeziunea rocilor din terenul de fundare [kN/m2];

q – supraîncărcarea de calcul la nivelul tălpii fundației, lateral față de fundație [KPa].

Pentru construcții cu subsol, capacitatea portantă la starea limită de deformații se calculează cu formula:

( 41 )

Unde :

qe și q – supraîncărcarea la nivelul tălpii fundației , la exterior , respectiv interiorul fundației;

m – coeficient, se alege în funcție de natura terenului de fundare 1..2.

Capacitatea portantă la starea limită de rupere

Capacitatea portantă la starea limită de rupere corespunde stării care precede pierderea stabilității terenului de fundare. Aceasta se realizează prin extinderea zonelor de rupere în care se depășește rezistența la forfecare a terenului de fundare și aici, alături de solicitările permanente, se adaugă și solicitările temporare provenite din zăpadă, vânt (pentru construcțiile joase), cutremure de pământ sau alte solicitări temporare estimate de proiectant.

( 42 )

Unde :

pcr – capacitatea portantă la starea limită de rupere, [KPa] ;

γ – greutatea volumică a terenului de fundare, [kN/m3];

B' – lățimea redusă a fundației, [m];

Nγ, Nq și Nc – factori de capacitate portantă (adimensionali) ce se determină în funcție de unghiul de frecare interioară al terenului de fundare;

λγ, λq și λc – coeficienți adimensionali ce depind de forma și dimensiunile fundației;

c – este coeziunea terenului de fundare[kN/m2];

q – supraîncărcarea la nivelul fundației, lateral față de fundație[KPa];

Rezultate capacitate portantă

Talpa fundației se află în stratul A, coperta loessoidică, cu unghiul de frecare

Φ = 13,50° și coeziunea cinf = 19,18 kPA.

Pentru B = 6m și Df = 3m, am obținut urmatoarele valori:

Tabel 4.14. – Capacitatea portantă la starea limită de deformații.

Tabel 4.15. – Capacitatea portantă la starea limită de rupere.

Concluzii

Zona studiată din punct de vedere geotehnic, pentru complexul rutier și viitorul pod suspendat peste Dunăre, se află în partea de nord-est a județului Brăila și nord-vest a județului Tulcea, într-o zonă complexă de îmbinare între cele doua unități geomorfologice Câmpia Română și Podișul Dobrogei.

STUDIUL GEOTEHNIC pentru “PROIECTARE și EXECUȚIE POD SUSPENDAT PESTE DUNĂRE în ZONA BRĂILA” (Etapa II – 2018) a constat în 60 de foraje geotehnice însumând 2551,5ml. Dintre acestea, 2 au fost echipate ca foraje înclinometrice (70ml), 10 ca foraje piezometrice (deschise sau electrice) și unul ca foraj de testare downhole (55ml). În zona podului programul de investigație a cuprins 17 foraje din totalul de 60, din care 4 foraje geotehnice de peste 100 m fiecare, însumând un total de 1332,5 ml, un număr de 16 încercãri de penetrare statică pe con, din care 8 cu inregistrarea vitezei undelor de forfecare, însumând 484,8ml, precum și 15 determinãri Lefranc, un test seismic de tip cross-hole sau teste de profilare verticală de viteze.

Pentru studiul geologic-geotehnic al tronsonului de autostradă km 0+000-km 4+400 Brăila s-au realizat modelul geologic-geotehnic al amplasamentului, s-au stabilit valorile caracteristice ale nivelelor interpretate și s-a efectuat calcul terenului de fundare, fundarea directă:

Metoda însumării pe strate pentru calcul tasării

Presiunea convențională

Capacitatea portantă

În urma coloanelor stratigrafice realizate pe baza fișelor de foraj: FG7, FG8, IG1, IG2, FG9 și FG10, s-au corelat 4 strate.

Stratul A – coeziv, reprezentat de coperta loessoidă, cu grosimea medie de aproximativ 6 m.

Stratul B – necoeziv, format din nisip argilos, cu grosimea medie de aproximativ 10,67 m.

Stratul C – coeziv, format din argilă prăfoasă și praf argilos, cu grosimea medie de aproximativ 8,33 m.

Stratul D – necoeziv, format din nisip argilos, cu grosimea medie de aproximativ 6,33 m.

Cu ajutorul investigațiilor geotehnice efectuate s-a pus în evidență structura terenului de fundare pe adâncimea maximă de 3 m, cu o presiune de 300 kPa și lățimea/lungimea fundației L/B = 6 m.

Pentru fundarea la 3 m, presiunea convențională este de aproximativ 219,77 kPa, iar presiunea critică este de 392,72 pentru unghiul de frecare Φ= 13,50°. Pentru o presiune efectivă de 300 kPa, tasarea medie a terenului este de 4,30 cm, tasarea în centru fiind egală cu 9,91 cm.

Bibliografie

Florea M. N. -(1982)- “Mecanica rocilor” Editura Tehnică

Luca A., Marin C., Popescu M.- (2000) „Geologie generală și Geologia României. Caiet de lucrări practice” Editura Fundației “România de Mâine”.

Manoliu I., Rădulescu N. – (2011) „Geotehnică II”, Universitatea Tehnică de Construcții București.

Mărunțeanu C., Stanciucu M., Ciupercă L., Berceanu V. (1999) „Geologie Inginerească- Aplicații practice”, Editura Universității București.

Mutihac V. -(1990) „Structura geologică a teritoriului României” Editura Tehnică.

Mutihac V. , Stratulat I. M., Fechet R. M. – (2004) „Geologia României” Editura Didactică și Pedagogică.

Oaie Gh., Seghedi A., Rădulescu V. – (2016) “Natural Marine Hazards in the Black Sea and the system of their monitoring and real- time warning” Geo-Eco-Marina 22, pp.: 5-28.

Săndulescu M. –(1985) „Geotectonica României” Editura Tehnică.

Scrădeanu D., Gheorghe A.- (2007) „Hidrogeologie generală” Editura Universității București

Stanciu A., Lungu I. – (2006) „Fizica și Mecanica pământurilor” Ediitura Tehnică.

Stănciucu M. – (2010) „Investigații geotehnice in situ” Editura Universității București.

EN ISO 22476-3_2006 „Cercetări și încercări geotehnice. Încercări pe teren. Partea 3: Încercare de penetrare standard”.

NP 112_2014 „Proiectarea fundațiilor de suprafață”

NP 120_2014 „Normativ privind cerințele de proiectare și execuție și monitorizare a excavațiilor adânci în zone urbane”.

NP 122_2010 ‚Normativ privind determinarea valorilor caracteristiceși de calcul ale parametrilor geotehnici"

NP 125_2008 “Normativ privind fundarea construcțiilor pe pământuri sensibile la umezire colapsibile”

NP 126_2008 „Normativ privind fundarea construcțiilor pe pământuri cu umflături și contracții mari.

SR 11100/1-93 “Macrozonarea seismică a teritoriului României

STAS 1243/88 „Clasificarea și identificarea pământurilor”

STAS 6054/77 „Zonarea teritoriului României dupã adâncimea de ȋngheț”

S.C. GEOTESTING C.I. S.R.L. – (2018) STUDIU GEOTEHNIC pentru „Proiectare și Execuție Pod Suspendat peste Dunăre în Zona Brăila”

ARCGIS – Institutul Național de Cercetare – Dezvoltare pentru Fizica Pământului

Anexe

Anexa 4.1

Anexa 4.2

Anexa 4.3

Anexa 4.4

Anexa 4.5

Anexa 4.6

Anexa 4.7

Anexa 4.8

Anexa 4.9

Anexa 4.10

Anexa 4.11

Anexa 4.12

Anexa 4.14.