GEOTEHNICA SI FUNDATII

GEOTEHNICA SI FUNDATII

Terenul de fundare este partea scoartei terestre supusa influentei incarcarilor date de constructii. Elementul constructiei care se af1a in contact direct cu solul, si prin intermediul caruia se transmit toate incarcarile care actioneaza asupra constructiei, repartizandu-se cat mai uniform pe teren, se numeste fundatie.

Constructiile pot sa transmita catre teren incarcari mai mari sau mai mici in functie de greutatea lor proprie si de incarcarile care actioneaza asupra lor in timpul exploatarii.

Fig. 1 Fundatiile au rolul de a prelua incarcarile ce actioneaza asupra constructiei si de a le transmite la terenul de fundare.

Din acest motiv terenul pe care se amplaseaza o constructie trebuie verificat daca poate sa suporte aceste incarcari. In acest sens, inaintea inceperii lucrarilor de constructii se impune efectuarea unei cercetari a terenului pe care se va realiza constructia. Intrucat valoarea incarcarilor si tipul acestora sunt cunoscute inca din faza de proiectare, cu ajutorul informatiilor obtinute din studiul terenului se stabileste apoi metoda de realizare a fundatiilor constructiei.

1. Notiuni generale de geotehnica

Geotehnica este o disciplina tehnica al carei scop este studiul constitutiei si proprietatilor fizice si mecanice ale pamanturilor.

Geotehnica are doua parti principale si anume ¾ fizica pamanturi1or - studiaza interactiunea dintre fazele constituente: solida, lichida si gazoasa ¾ mecanica pamanturi1or -se ocupa cu studiul starilor de eforturi si deformatii in masele de pamant

sub actiunea fortelor aduse de greutatea proprie a constructiilor si de incarcarile exercitate asupra

acestora; studiaza conditiile de cedare prin alunecare si rupere a maselor de pamant, impingerea

activa si rezistenta versantilor si a taluzurilor, precum si capacitatea portanta a terenului de fundare.

Fig. 2 Reprezentarea schematica a fazelor pamanturilor.

Straturile care alcatuiesc terenul de fundare pot fi alcatuite din roci compacte (stancoase si semistancoase) sau din roci dezagregate (pamanturi).

Rocile compacte sunt roci masive sau cimentate, cu rezistente la compresiune mari, practic incompresibile pentru presiunile transmise de fundatiile constructiilor.

Rocile dezagregate sunt alcatuite din roci minerale necoezive sau coezive si din roci cu continut organic.

Pentru incadrarea corecta in tabel a observatiilor din teren este importanta distingerea diferitelor tipuri de pamanturi. Astfel, bolovanisurile si pietrisurile sunt alcatuite, in marea lor majoritate, din fragmente necimentate. Nisipul fin, curat, care se gaseste sub nivelul apei subterane, poate fi antrenat in miscare odata cu apa, de aceea se mai numeste si nisip curgator.

Pamanturile argiloase pot fi recunoscute pe santier dupa o serie de proprietati caracteristice. Astfel, o bucata de argila taiata cu cutitul prezinta o suprafata lucioasa. In stare plastica se poate framanta la fel ca ceara. Lasata sub apa, devine alunecoasa, din cauza ca permeabilitatea redusa impiedica inmuierea pe o grosime mare, putand sta sub apa un timp indelungat fara sa se desfaca.

Marnele sunt pamanturi argiloase in care calcarul, in proportie de 40-60%, este uniform raspandit. Culoarea marnelor este cenusie, vanata sau galbena, iar prin amestec cu resturi de plante sau cu carbune, poate fi rosie, bruna sau neagra.

Malurile au culoare cenusie si in stare uscata sunt tari si crapate. Au plasticitate mare.

Namolurile au structura spongioasa, datorita gazelor care rezulta din descompunerea materiilor organice. Culoarea lor este vanata sau cenusiu inchis si se desfac usor in apa.

Argilele cu contractii si umflari mari au un continut ridicat de particule fine.

In continuare sunt prezentate cateva dintre cele mai importante proprietati ale pamanturilor care influenteaza calitatea unui teren de fundare

4.1.1 Plasticitatea Functie de ordinul lor de marime, granulele minerale care alcatuiesc un pamant, pot fi inerte fata de apa sau superficial active.

Primele sunt granule minerale rezultate in decursul procesului de eroziune fizica si eroziune chimica slaba, celelalte sunt rezultatul unei eroziuni chimice puternice, cu transformarea mineralelor principale in minerale secundare. Datorita existentei apei peliculare, pamanturile care au rezultat din eroziune chimica intensa se caracterizeaza printr-o mare finete a granulelor care le compun si au structuri agregate.

Proprietatea pamanturilor coezive (argiloase si prafoase) aflate in anumite limite de umiditate, de a se deforma ireversibil sub actiunea fortelor exterioare fara variatia volumului si fara aparitia unor discontinuitati in masa lor poarta numele de p1asticitate. Aceasta proprietate se datoreaza fractiunii foarte fine (argiloase) din pamant inconjurata de apa peliculara. In fig. 3 se poate observa cum pelicula de apa adsorbita asigura continuitatea masei prin refacerea contactului dintre pelicule in cazul unei deplasari reciproce a granulelor minerale.

1.2. Contractia si umflarea Variatia cantitatii de apa continuta intr-un pamant are drept consecinta

o variatie a volumului acestuia. Aceasta variatie de volum are loc numai daca cantitatea respectiva de apa depaseste o anumita valoare. Cand apa este in cantitate mica, evaporarea ei din pamant nu mai este insotita de schimbare de volum.

Contractia se datoreaza actiunii fortelor capilare si a fortelor care se dezvolta datorita prezentei particulelor de apa adsorbite, precum si din cauza structurii microcristaline a mineralelor argiloase. Pamanturile care prezinta acest fenomen intr-o masura mai mare se numesc pamanturi cu umflari si contractii mari.

Limita de contractie este umiditatea la care pamantul nu mai prezinta variatii importante de volum. Pentru a caracteriza un pamant din acest punct de vedere se foloseste indicele geotehnic denumit contractie volumica, care se calculeaza cu relatia:

V_i − V_f
=
^Ci

^Vf

unde: Vi - este volumul initial al probei de pamant

Vf - volumul final al probei de pamant

Procesul de eliminare a apei si legat de el variatia corespunzatoare de volum, se poate reprezenta grafic (fig. 4). In etapa I a uscarii, daca se porneste de la o umiditate egala cu limita de curgere la un pamant cu structura distrusa sau umiditatea la saturatie la un pamant cu structura nederanjata, variatia este liniara. Pierderea apei prin evaporare produce o reducere de volum. Initial contractia este produsa de fortele capilare ce actioneaza pe suprafata probei si unde se formeaza meniscuri. In etapa a doua, variatia este curbilinie, cauza contractiei fiind fortele de hidratare.

Marimea acestei variatii de volum este influentata de: natura mineralogica a particulelor fractiunii argiloase si de natura ionilor adsorbiti. In general limita de contractie este mai mica decat limita de plasticitate, exceptie facand pamanturile argiloase cu un continut bogat in nisip.

1.3. Fortele de legatura din pamanturi

In cazul structurilor agregate, legaturile hidrocoloidale sunt generate de insasi natura coloidala a mineralelor argiloase. Aceste legaturi de coeziune se pot explica prin faptul ca pelicula de apa legata dintre doua granule minerale, denumita patura de contact, cuprinde granule care au molecule de apa ce sunt atrase in acelasi timp de ambele granule. Daca distanta dintre centrele de greutate ale acestora este mai mica decat dublul razelor de atractie, aceste molecule de apa asigura legatura dintre granule (fig. 5).

Prin procesul de coagulare a fractiunilor fin dispersate se obtin aglomerari de particule fine in glomerule rezistente numite agregate structurale. Acestea au o rezistenta foarte mare si se pot uni intre ele dand nastere unor agregate mari, tot pamantul capatand o structura glomerulara.

Fig. 5-Coeziunea primara, hidrocoloidala

Rezulta ca in structurile agregate se dezvolta legaturi in cadrul microagregatelor precum si legaturi intre microagregate. Marimea fortelor de legatura din cadrul microagregatelor este determinata de gradul de dispersie, de componenta mineralogica si de forma granulelor. Marimea fortelor de legatura dintre microagregate este determinata de fenomenele de adsorbtie, de fenomenele capilare si de legaturile de cristalizare.

1.4. Umiditatile caracteristice ale pamanturilor

S-a constat ca pamanturile se pot prezenta in stari mult diferite functie de continutul de apa pe care il au. Din acest motiv umiditatile la care apar schimbari in starea pamantului argilos respectiv au fost denumite umiditati caracteristice. Se disting din acest punct de vedere urmatoarele umiditati caracteristice: ¾ limita superioara de plasticitate - WL - corespunde unei umiditati la care pamantul trece din starea

plastica in starea curgatoare ¾ limita inferioara de plasticitate -Wp - umiditatea corespunzatoare trecerii pamantului din starea tare sau semisolida in starea plastica ¾ limita de contractie -WS - corespunde umiditatii la care pamantul trece din starea semisolida in stare solida

Ca marime numerica aceste trei umiditati se afla in urmatoarea relatie: WS < Wp< WL

Marimile WL si Wp sunt cunoscute de obicei sub denumirea de limite de plasticitate, deoarece in intervalul de umiditati dintre ele pamantul se comporta plastic. Marimea acestui interval se determina prin intermediul indicelui de plasticitate:

IP = WL - Wp

Factorii care determina valoarea limitelor de plasticitate sunt: compozitia granulometrica, natura mineralogica a granulelor minerale, natura ionilor adsorbiti. Valoarea indicelui de plasticitate raportat la compozitia granulometrica da urmatoarele corelatii:

. argile slabe: 17≤ Ip < 30

. argile obisnuite: 30 ≤ Ip < 60

. argile grase: 60 ≤ Ip < 100

. argile foarte grase: Ip ≥ 100