UNIVERSITATEA TEHNICA DE CONSTRUCTII BUCURESTI

ELECTIVA II

ALUNECARI DE TEREN – TIPURI, PROCESE, FACTORI DECLANSATORI, MONITORIZARE

PROFESOR INDRUMATORPROF.DR.ING. ANTON CHIRICA

DOCTORAND DRD.ING. ADRIAN ANDRONIC

Cuprins:

Cuprins figuri:..................................................................................................................................3

Cuprins tabele:.................................................................................................................................4

1. Introducere................................................................................................................................5

2. Alunecări de teren – tipuri şi procese.......................................................................................6

2.1. Clasificarea alunecărilor de teren......................................................................................6

2.2. Particularităţile şi geometria alunecărilor.........................................................................8

3. Mecanismul producerii alunecărilor de teren.........................................................................13

4. Factorii declanşatori ai alunecărilor de teren.........................................................................19

4.1. Ploi torenţiale..................................................................................................................19

4.2. Topirea rapidă a zăpezii..................................................................................................20

4.3. Schimbarea nivelului piezometric al pânzei freatice......................................................20

4.4. Erupţii vulcanice.............................................................................................................20

4.5. Mişcări seismice..............................................................................................................22

5. Monitorizarea alunecărilor de teren.......................................................................................24

5.1. Înclinometrul...................................................................................................................24

5.2. Măsurători hidrogeologice (piezometre).........................................................................27

5.3. Încercarea cu dilatometrul plat........................................................................................30

Bibliografie....................................................................................................................................34

Pagina 2/34

Cuprins figuri:

Fig. 2.1 Principalele tipuri de alunecări, corespunzatoare cu Tab. 2.1............................................7Fig. 2.2 Diagramă idealizată dezvoltată de Varnes(1978)...............................................................8Fig. 2.3 Diagrama dezvoltată de IAEG(1990).................................................................................9Fig. 2.4 Dimensiunile unei alunecări tipice...................................................................................11Fig. 3.1 Modelul mecanic al unui corp pe un plan înclinat...........................................................14Fig. 3.2 Modelul mecanic pentru cazul de răsturnare al corpului paralelipipedic.........................15Fig. 3.3 Modelul unui masiv de pământ şi suprafaţa plană de alunecare......................................16Fig. 4.1 Alunecarea de teren din 1983 care a blocat State Highway 1 (foto aeriană)...................19Fig. 4.2 Erupţia vulcanului St. Helens, Washington- 1980...........................................................21Fig. 4.3 Urmările alunecării provocate de erupţia vulcanului ; (a) o porţiune de drum avariată; (b) podul St. Helens, 75 de metrii înalţime, purtat 500 de metrii în aval şi parţial îngropat în noroi. 21Fig. 4.4 Alunecare de roci-avalanşă pe gheţarul Sherman provocată de cutremurul din martie 1964; în stanga e prezentat gheţarul înainte de cutremur, iar în dreapta prabuşirea vârfului Shattered Peak(distanţa medie)......................................................................................................22Fig. 4.5 Distanţa maximă de la epicentru la posibilele alunecări în cazul cutremurelor de diferite magnitudini (Keefer 1984)............................................................................................................22Fig. 5.1 Înclinometrul....................................................................................................................24Fig. 5.2 Monitorizarea alunecărilor de teren folosind înclinometre şi piezometre........................25Fig. 5.3 Monitorizarea alunecărilor de teren folosind înclinometre înclinate...............................25Fig. 5.4 Schemă reprezentând deplasarea incrementală şi deplasarea cumulativă........................26Fig. 5.5 Reprezentare grafică a citirilor înclinometrice (Alunecare Weber County, Utah)...........27Fig. 5.6Variaţia presiunii apei în pori în pori în zona de alunecare...............................................28Fig. 5.7 Variaţia conţinutului de săruri al apei în zona suprafeţei de alunecare............................28Fig. 5.8...........................................................................................................................................29Fig. 5.9 Dilatometrul plat – componente şi schemă de funcţionare..............................................30Fig. 5.10 Aparatul de citire............................................................................................................31Fig. 5.11 Obţinerea parametrilor...................................................................................................32Fig. 5.12 Rezultatele obţinute folosind dilatometru plat...............................................................32Fig. 5.13 Exemplu de folosire a dilatometrului la alunecarea “Filippone”...................................33Fig. 5.14 Exemplu de folosire a dilatometrului la alunecarea “Cave Vecchie”............................33

Pagina 3/34

Cuprins tabele:

Tab. 2.2 Clasificarea abreviată a mişcării pantelor..........................................................................6Tab. 2.3 Glosar pentru formarea numelor alunecărilor...................................................................7Tab. 2.4 Definirea particularităţilor alunecărilor de teren...............................................................9Tab. 2.5 Definirea dimensiunilor unei alunecări tipice.................................................................11

Pagina 4/34

1. Introducere

Conform definiţiei lui Cruden data în 1991, termenul alunecare de teren denotă “ mişcarea unei mase de roci, detritus sau pământ în josul unei pante”. Acest fenomen descris ca alunecare de teren este mult mai general în semnificaţie decât îl descriu cuvintele componente, având un înţeles mult mai vast.

O alunecare de teren, indiferent dacă se produce pe un versant sau pe un taluz, reprezintă un proces extrem de complexă. Când Laurits Bjerrum, la sfârşitul cursului omagial Terzaghi(1967), a reamintit că în Japonia este recunoscut un demon al alunecării, care pare să râdă de incompetenţa umană, aducând încă o dată în atenţia specialiştilor complexitatea proceselor care privesc alunecările de teren.

Gestionarea acestor procese extrem de complexe necesită invariabil simplificarea acestora sub forma unui model de calcul. Acest model înglobează esenţialul necesar pentru a îndeplini scopurile folosirii acelui model, fără să includă detalii externe acestor scopuri.

Înţelegerea proceselor pe care le implică alunecările de teren şi posibilitatea de a simplifica eficient modelarea acestora presupune interpretarea unui număr de procese şi activităţi contribuabile. Principalele sunt:

geomorfologia – multitudinea de procese fizice si chimice care au afectat suprafaţa în discuţie şi zonele din proximitate;

hidrologia – influenţa pânzei freatice în infiltraţii, eroziuni, etc.; geologia – succesiunea şi caracteristicile pământurilor şi rocilor; hidrogeologia – factorii care afectează distribuţia pânzei freatice; caracterizarea geotehnică a amplasamentului; modelul geotehnic, stabilitatea şi analiza deformaţiilor; analiza de risc şi diminuarea acestuia;

Problema analizării alunecărilor de teren are o vechime considerabilă, inclusiv în România. Sunt de notorietate alunecările catastrofale , de diferite tipuri (alunecări propriu-zise, curgeri de teren, etc.), produse în ultimele două secole în Europa, America de Nord, America de Sud şi Asia , care au şocat prin amploarea consecinţelor. Astfel, legat de aceste fenomene, într-una din primele inventarieri ale alunecărilor importante, realizata de K. Terzaghi în a 2-a decada a secolului trecut, se semnala moartea a aproximativ 3000 de persoane şi importante pagube materiale.

În România, astfel de alunecări, soldate din fericire doar cu pagube materiale, s-au produs pe teritoriul judeţelor Vâlcea, Buzău , Prahova, Iaşi – în general în zonele colinare în care relieful, în interacţiune directă cu anumiţi factori geologici şi meteo - climatici, producerea unor fenomene fizico - dinamice.

Alunecările se pot produce atât în condiţii naturale de teren, cât şi în situaţia unor modelări antropice. Pot fi afectate pante naturale, inclusiv versanţi ai lacurilor de acumulare, taluzuri ale unor construcţii hidrotehnice, construcţii de infrastructura (CF, drumuri), cariere, iazuri de decantare, halde de steril, etc.

Pagina 5/34

2. Alunecări de teren – tipuri şi procese

2.1. Clasificarea alunecărilor de teren

După cum observa şi Crozier, există două cele mai întâlnite clasificări generalizate cel mai probabil să fie întâlnite în lumea vorbitoare de limbă engleză: J.N. Hutchinson (1968; Skempton şi Hutchinson,1969) şi D.J.Vernes (1958; 1978). România a adererat la aceste clasificări încă înainte de 1989, refuzând modelele de clasificare sovietice. Atât clasificarea Hutchinson cât şi cea făcută de Varnes folosesc tipuri de mişcare pentru a stabili principalele grupe. Deosebirea majoră între cele două clasificări o reprezintă statutul mişcării de curgere (mişcări ale pantelor iniţiate de cedarea la forfecare pe suprafeţe de cedare distincte, dar care realizează marea majoritate a mişcării lor translaţionale prin curgere), dilema provenind din tratarea prioritară fie a analizei condiţiilor de cedare(Hutchinson), fie a tratării rezultatului mişcării. Ambele clasificări tind însă să conveargă în ultimii ani. În timp ce schema de clasificare Vernes este mai usor de folosit şi necesită o experienţă mai mică, clasificarea Hutchinson este extrem de folosită de inginerii care realizează analize de stabilitate.

Clasificarea alunecărilor de teren după modelul Vernes(1978) pune accent pe tipul de mişcare şi pe tipul de material. Orice alunecare poate fi caracterizată de două substantive: primul descriind tipul mişcării şi al doilea materialul care alunecă (Tab. 2.1).

Tab. 2.1 Clasificarea abreviată a mişcării pantelor

Tipul mişcării

Tipul materialului

Roca de bazăPământuri inginereşti

Predominant sort mare

Predominant sort fin

Prabuşiri Prabuşiri de roci Prabuşiri de detritus Prabuşiri de pămănturiRăsturnări Răsturnări de roci Răsturnări de detritus Răsturnări de pământuriAlunecări Alunecări de roci Alunecări de detritus Alunecări de pământuri

Extinderi lateraleExtinderi laterale de

rociExtinderi laterale de

detritusExtinderi laterale de

pământuriCurgeri Curgeri de roci Curgeri de detritus Curgeri de pământuri

Prăbuşiri Răsturnări

Pagina 6/34

Alunecări Curgeri

Extinderi laterale

Fig. 2.1 Principalele tipuri de alunecări, corespunzatoare cu

Numele alunecării de teren poate deveni mai elaborată pe măsură ce se obţin mai multe informaţii despre mişcare. Pentru a construi o identificare completă a mişcării, se adaugă caracteristici ale alunecării în faţa celor doua substantive folosite pentru caracterizarea generală a alunecării. Secvenţa recomandată(Tab. 2.2) descrie activitatea urmată de descrierea mişcării.

Tab. 2.2 Glosar pentru formarea numelor alunecărilor

ActivitateaStarea Distributia StilulActivă progresivă

(advancing)Complexă

Reactivate regresivă(retrogressive)

Compozită

Stabilizate în extindere (pe laţime)(widening)

Multiplă

Inactive în extindere (pe ambele direcţii)(enlarging)

Succesiv

latente confinată(confined)

Singulară

abandonate în diminuare(diminishing)

stabilizate în mişcare(moving)

vechi

Pagina 7/34

Descrierea primei mişcăriViteza de deplasare Umiditatea Materialul Tipul

Extrem de rapid Uscat Rocă PrabuşiriFoarte rapid Umed Detritus Răsturnări

Rapid Ud Pământ AlunecăriModerat Foarte ud Extinderi laterale

Încet CurgeriFoarte încet

Extrem de încet

Descrierea celei de-a doua mişcăriViteza de deplasare Umiditatea Materialul Tipul

Extrem de rapid Uscat Rocă PrabuşiriFoarte rapid Umed Detritus Răsturnări

Rapid Ud Pământ AlunecăriModerat Foarte ud Extinderi laterale

Încet CurgeriFoarte încet

Extrem de încet

2.2. Particularităţile şi geometria alunecărilor

În clasificarea sa din 1978, Varnes dezvoltă o diagramă idealizată arătând particularităţile pentru o curgere de pământ-alunecare complexă de pământ(Fig. 2.2). Mai recent, The International Association of Engineering Geology Commission on Landslides(1990) a dezvoltat o nouă diagramă(Fig. 2.3) în care diferitele particularităţi sunt definite prin numere, definite prin referinţă la tabelul adiacent(Tab. 2.3).

Fig. 2.2 Diagramă idealizată dezvoltată de Varnes(1978)

Pagina 8/34

Fig. 2.3 Diagrama dezvoltată de IAEG(1990)

Tab. 2.3 Definirea particularităţilor alunecărilor de teren

Număr Nume Definiţie

1 Creasta alunecăriiMaterial virtual nedeplasat adiacent celei mai înalte părţi ale

treptei principale

2 Treapta principalăSuprafaţă abruptă de material nederanjat la partea superioară a

alunecării cauzată de mişcarea materialului deplasat în raport cu cel nederanjat; reprezintă partea vizibilă a curbei de rupere

3 TopCel mai înalt punct de contact dintre materialul deplasat şi

treapta principală

4 HeadPărţile superioare ale alunecării de-a lungul contactului dintre

materialul deplasat şi cel nedeplasat

5 Treapta secundarăSuprafaţă abruptă în materialul deplasat cauzată de mişcarea

diferenţială în corpul alunecării

6 Corpul alunecăriiPartea materialului deplasat situat deasupra suprafeţei de

alunecare situată între treapta principală şi piciorul suprafeţei de alunecare

7 FootPorţiunea alunecării care s-a deplasat dincolo de piciorul suprafeţei de alunecare şi se află deasupra unei suprafeţe

nedeplasate de teren8 Tip Punctul piciorului alunecării cel mai îndepărtat de top

9 Piciorul alunecăriiMarginea de jos, de obicei curbată, a materialului deplasat al

alunecării, cea mai îndepărtată de treapta pricipală10 Suprafaţa de Suprafaţa care formează (sau care a format) limita inferioară a

Pagina 9/34

alunecarematerialului deplasat sub suprafaţa originală; idealizarea mecanică a suprafeţei de cedare se numeşte suprafaţă de

alunecare

11Piciorul suprafeţei

de alunecareIntersecţia (de obicei îngropată) dintre partea inferioară a suprafeţei de alunecare şi suprafaţa originală a alunecării

12Suprafaţa de

separaţieParte a suprafeţei originale acum acoperită de piciorul alunecării

13 Materialul deplasatMaterial deplasat din poziţia sa originală în pantă de mişcarea în

alunecare; formează atât zona de descărcare cât şi zona de acumulare

14 Zona de descărcareZonă a alunecării în care materialul deplasat este situat sub

suprafaţa originală dinainte de alunecare

15 Zona de acumulareZonă a alunecării în care materialul deplasat este situat deasupra

suprafeţei originale dinainte de alunecare

16 DepletionVolum marginit de treapta principală, depleted mass şi suprafaţa

originala dinainte de alunecare

17 Depleted massVolum de material deplasat situat deasupra suprafeţei de alunecare dar dedesubtul suprafeţei originale dinainte de

alunecare

18 AccumulationVolum de material deplasat situat deasupra suprafeţei originale

dinainte de alunecare

19 Flancul alunecării

Material nedeplasat adiacent lateralelor suprafeţei de alunecare; direcţiile compasului sunt folosite pentru descrierea flancurilor, dar dacă se folosesc termenii de “stânga” şi “dreapta”, se referă

la flancurile privite dinspre creasta alunecării20 Suprafaţa originală Suprafaţa pantei care exista înainte de producerea alunecării

În 1990 IAEG Commission on Landslides a folosit nomenclatura prezentată mai sus pentru a defini câteva dimensiuni pentru o alunecare tipică. Diagrama dezvoltată de IAEG este prezentată în Fig. 2.4. Numerele prezente în această figură sunt explicitate în Tab. 2.4.

Pagina 10/34

Fig. 2.4 Dimensiunile unei alunecări tipice

Tab. 2.4 Definirea dimensiunilor unei alunecări tipice

Număr Nume Definiţie

1Lăţimea masei deplasate, Wd

Lăţimea maximă a masei deplasate perpendiculară pe lungime,Ld

2Lăţimea suprafeţei de alunecare, Wr

Lăţimea maximă dintre flancurile alunecării perpediculară pe lungime,Lr

3Lungimea masei

deplasate, LdDistanţa minimă de la tip la top

4Lungimea

suprafeţei de alunecare, Lr

Distanţa minimă de la piciorul suprafeţei de alunecare la creasta alunecării

5Adâncimea masei

deplasate, Dd

Adâncimea maximă a masei deplasate masurată perpendicular pe planul ce le conţine pe Wd şi pe Ld

6Adâncimea

suprafeţei de alunecare, Dr

Adâncimea maximă a suprafeţei de alunecare sub suprafaţa originală măsurată perpendicul pe planul ce le conţine pe Wr şi

pe Lr

7 Lungime totală, L Distanţa minimă de la piciorul alunecării la creasta alunecării

Dimensiunile Ld, Wd, Dd, şi Lr, Wr, Dr sunt introduse pentru că, împreună cu o presupune asupra formei alunecări, produsul lor conduce la estimarea volumului alunecării, folositor în estimarea lucrărilor de remediere.

VOLeps=43

π a b c (2.1)

Pagina 11/34

unde a, b, c reprezintă axele semimajore. Astfel, volumul unei “linguri” corespunzătoare unei jumătăţi de elipsoid este :

VOLls=12

43

π a b c=46

π a b c (2.2)

dar pentru o alunecare a=Dr, b=W r

2, c=

Lr

2 , astfel :

VOLls=46

π a b c=46

Dr

W r

2

Lr

2=1

6Dr W r Lr (2.3)

Această formulă defineşte volumul materialului înainte ca alunecarea să înceapă să se deplaseze. Mişcarea de obicei măreşte volumul materialului deoarece acesta se dilată. După alunecare,

volumul materialului deplasat poate fi estimat cu formula 16

Dd W d Ld.

Pagina 12/34

3. Mecanismul producerii alunecărilor de teren

Evaluarea stabilităţii la alunecare a unui masiv de pământ implică parcurgerea următoarelor etape:

- adoptarea unui model de cedare şi a unei definiţii a factorului de siguranţă la alunecare;

- analiza influenţei diverselor ipoteze privind suprafaţa de cedare, valorile solicitărilor şi valorile parametrilor rezistenţei la forfecare asupra mărimii factorului de siguranţă.

Pentru punerea în evidenţă a principalilor factori care condiţionează mecanismul proceselor de alunecare, modelul mecanic al corpului ce reazemă pe un plan înclinat oferă avantajul simplităţii şi clarităţii formulării problemei. Considerând corpul paralelipipedic din Fig. 3.5, acţionat numai de greutatea proprie W, forţa activă care tinde să producă lunecarea în lungul planului înclinat, este T=W sin α . Acestei forţe i se opune componenta normală a greutăţii (N=W cosα) multiplicată cu valoarea coeficientului de frecare la alunecare ( f =tan ϕ). Deci forţa rezistenţă care se opune tendinţei de alunecare este R=W cosϕ tan ϕ.

Pagina 13/34

Fig. 3.5 Modelul mecanic al unui corp pe un plan înclinat

Dacă sporim treptat unghiul de înclinare , al planului, prin rotire în jurul articulaţiei de la baza lui, forţa activă creşte iar forţa rezistentă scade, aşa cum arată cele 2 curbe T şi R din Fig. 3.5. Înclinarea cr, pentru care are loc alunecarea, corespunde punctului de intersecţie al celor două curbe:

W sin α cr=W cosα cr tan ϕ (3.4)

de unde

tan αcr=tan ϕ (3.5)

Se observă că valoarea înclinării critice, corespunzătoare momentului alunecării, este independentă de greutatea corpului, W, depinzând numai de mărimea unghiului de frecare, . Un corp de formă sferică va începe să se rostogolească pe planul înclinat la un unghi mai mic decât

Pagina 14/34

valoarea cr dată de ecuaţia (3.5),deoarece coeficientul de frecare de rostogolire este mai mic decât coeficientul de frecare de alunecare.

În unele situaţii, corpul paralelipipedic din Fig. 3.5 poate prezenta şi pericolul răsturnării, aşa cum se întâmplă în cazul masivelor de rocă fragmentate în blocuri care se pot roti şi rostogoli înspre exteriorul masivului. Condiţia de răsturnare este dictată de poziţia vectorului greutăţii W prin raport cu suprafaţa de reazem a blocului. Atunci când vectorul greutăţii cade în afara suprafeţei de reazem se produce răsturnarea blocului aşa cum rezultă din graficul redat în Fig.3.6.

Fig. 3.6 Modelul mecanic pentru cazul de răsturnare al corpului paralelipipedic

Problema stabilităţii la alunecare, după suprafeţe plane de cedare, a masivelor de pământ mărginite de taluzuri limitate ca extindere, nu diferă cu nimic de problema stabilităţii unui corp rezemat pe un plan înclinat.

Într-adevăr să considerăm masivul de pământ din Fig. 3.7 şi suprafaţa plană de alunecare, înclinată cu unghiul prin raport cu orizontala. Suprafaţa de alunecare poate fi necunoscută, urmând să se stabilească prin calcul poziţia suprafeţei critice de cedare, sau poate fi predeterminată, ca suprafaţă de contact între un material slab şi un material rezistent sau ca suprafaţă de discontinuitate structurală într-un masiv stâncos. În afară de greutatea proprie, W, asupra prismului de cedare KLM, mai acţionează şi o forţă exterioară A care poate reprezenta reacţiunea dintr-un ancoraj pretensionat. Se pune problema stabilirii factorului de siguranţă la alunecare pentru suprafaţa plană de cedare considerată.

Pagina 15/34

Fig. 3.7 Modelul unui masiv de pământ şi suprafaţa plană de alunecare

Utilizarea noţiunii de factor de siguranţă pune o dublă problemă:

(1) alegerea parametrului caracteristic pentru definirea factorului de siguranţă.

(2) alegerea valorii limită admisibilă pentru factorul de siguranţă.

Prima alegere este arbitrară, iar a doua, prima fiind făcută, se bazează pe experienţa acumulată care reflectă un echilibru între siguranţă şi economie. Ceea ce este comun diverselor definiţii ale factorului de siguranţă este faptul că, în momentul cedării, valoarea factorului de siguranţă este egală cu unitatea. În cazul analizei stabilităţii la alunecare după suprafeţe plane de cedare, modul cel mai potrivit de definire a factorului de siguranţă este cel care face referire la forţele care asigură stabilitatea pe de o parte, şi la forţele care tind să producă cedarea pe de altă parte. Notând cu WN şi WT

componentele greutăţii după direcţia normalei şi tangentei la planul de cedare, şi cu AN şi AT

componentele reacţiuni din ancoraj după aceleaşi direcţii, factorul de siguranţă la alunecare poate fi definit ca raport între suma forţelor rezistente şi suma forţelor active, după cum urmează.

FSB=

Rmax

(W T−AT )(3.6)

FSB=

Rmax+AT

W T

(3.7)

în care Rmax reprezintă forţa maximă ce se poate dezvolta în lungul suprafeţei de cedare prin mobilizarea rezistenţei la forfecare.

Diferenţa între cele două definiţii constă în rolul atribuit componentei din ancoraj după direcţia planului de cedare. În ecuaţia (3.6), care corespunde definiţiei factorului de siguranţă în metoda Bishop, componenta AT este introdusă prin scădere în suma forţelor active, în timp ce în ecuaţia (3.7), care corespunde definiţiei factorului de siguranţă în metoda Fellenius, componenta AT este introdusă prin adaos în suma forţelor rezistente.

Pagina 16/34

Considerând că rezistenţa la forfecare mobilizabilă în lungul planului de alunecare este dată numai de frecarea internă (c=0), rezultă

Rmax=N tan ϕ (3.8)

Scriind ecuaţia de echilibru a forţelor în direcţie normală la planul de cedare:

N=W cosα+ A sin(α +β) (3.9)

şi ţinând seama că W T=W sin α , iar AT=A cos (α+ β), cele două ecuaţii de definire a factorului de siguranţă devin:

FSB=

W cos α+ A sin (α+β ) tan ϕW sin α−A cos(α+β )

(3.10)

Cele două de finiţii conduc la valori diferite ale factorului de siguranţă aşa cum rezultă din graficul prezentat în Fig. 3.7.

Ecuaţia (3.5) conduce la valori Fs infinite pentru AT /W T=1, deoarece în acest caz forţa activă în lungul planului de cedare devine nulă şi alunecarea nu mai are loc. Pentru valori AT /W T<1 alunecarea se poate produce înspre piciorul pantei; iar pentru valori AT /W T>1 alunecarea se

poate produce numai înspre partea superioară a pantei.

Definirea factorului de siguranţă conform ecuaţia (3.7), nu poate lua în considerare cele două aspecte menţionate mai sus. Fs are valori finite pentru AT /W T=1, ceea ce contrazice realitatea fizică, iar alunecarea înspre partea superioară a pantei nu poate fi redată prin ecuaţia (3.7). De asemenea, definiţia (3.7) violează legea mecanicii corpului rigid, potrivit căreia acţiunea unui grup de forte poate fi înlocuită prin acţiunea rezultantei. Determinarea unei rezultante a forţelor exterioare nu este posibilă, în cazul ecuaţia (3.7), datorită grupării incorecte a acestor forţe, care sunt considerate parţial ca forte rezistente, parţial ca forţe active (Habib, 1979). Ca urmare, definiţia corectă a factorului de siguranţă, care trebuie aplicată în calculele de stabilitate la alunecare, este definiţia exprimată prin ecuaţia (3.6).

Cele două expresii ale factorului de siguranţă conduc la valori identice în următoarele situaţii particulare:Când FS =1. ecuaţiile (3.6) şi (3.7) sunt identice şi revin la condiţia : Rmax=W T−AT

În cazul în care A=0 :

FS=FSB=FS

F=Rmax

W T

(3.11)

FS=W cos α tan ϕ

W sin α= tan ϕ

tan α(3.12)

Pagina 17/34

Ecuaţia (3.12), pentru FS=1, reprezintă condiţia de echilibru limită pentru un masiv de pământ necoeziv, acţionat de forţe exterioare. Se observă că această condiţie este identică cu ecuaţia (3.5) obţinută pentru echilibrul blocului rigid pe un plan înclinat. Deoarece această condiţie de echilibru trebuie îndeplinita pentru orice suprafaţă plană de cedare, KM, ce trece sub planul taluzului, KL, rezultă că înclinarea maximă pe care o poate avea un taluz stabil într-un pământ necoeziv, este egală cu unghiul de frecare internă a pământului şi este independentă de înălţimea taluzului. Acest unghi limită poartă numele de unghi de taluz natural.

Pagina 18/34

4. Factorii declanşatori ai alunecărilor de teren

Alunecările de teren pot avea cauze multiple, incluzând cauze geologice, morfogeologice, fizice şi antropice, dar un singur factor declanşator (Varnes 1978, 26). Prin definiţie, factorul declanşator reprezintă un stimulus extern (ploi torenţiale, mişcări seismice, erupţii vulcanice, valuri puternice sau eroziuni cauzate de torenţi rapizi) care provoacă un raspuns aproape instantaneu în forma unei alunecări de teren datorată creşterii rapide a eforturilor sau scăderii rezistenţei materialului ce formează panta.

4.1. Ploi torenţiale

Furtunile care produc căderi intense de precipitaţii pentru perioade de câteva ore sau căderi moderate, dar care durează câteva zile au declanşat alunecări abundente în multe regiuni. Spre exemplu, alunecarea din 1 mai 1983 care a blocat State Highway 1 () a fost o alunecare masivă de rocă având 1.2 milioane de m3, cuprinzând întreg dealul. Ploile excepţionale din iernile 1981-1982 şi 1982-1983 au fost răspunzătoare de creşterea pânzei freatice şi de declanşarea alunecării. În timpul excavaţiei, debite de aproximativ 378000 l/zi au fost colectate prin drenare.

Fig. 4.8 Alunecarea de teren din 1983 care a blocat State Highway 1 (foto aeriană)

Pagina 19/34

Studiile au arătat o strânsă legătură între intensitatea precipitaţiilor şi activarea alunecărilor. Alunecările de suprafaţă în pământuri şi roci degradate sunt generate des pe pante abrupte în timpul părţilor de intensitate mare ale furtunilor, dar o combinaţie de intensitate şi durată e necesară pentru a declanşa alunecarea.

Se presupune că infiltraţiile rapide ale apei meteorice, provocând saturarea pământului şi cresterea temporară a presiunii apei din pori, sunt mecanismul prin care cele mai multe alunecări de teren sunt generate în timpul furtunilor.

4.2. Topirea rapidă a zăpezii

Topirea rapidă a zăpezii cauzate de încălzirea bruscă sau de ploaie căzută peste aceasta poate creşte umiditatea pământului. Horton (1938) a examinat infiltrarea apei obţinute din topirea zapezii în pământ, încluzând cazul ploii căzute peste zăpadă. Concluziile au fost că procesul topirii zăpezii furnizează o sursă mai continuă de umezire pe o perioadă mai lungă de timp în comparaţie cu durata infiltraţiilor provenite din ploi.

Situaţia ploii căzute peste zăpadă reduce de obicei cantitatea de apă din masa de zăpadă si furnizează o cantitate suficientă apă pământului pentru a reprezenta un factor declanşator semnificativ al alunecării.

4.3. Schimbarea nivelului piezometric al pânzei freatice

Scăderea bruscă a nivelului piezometric al apei subterane de-a lungul unei pante poate declanşa alunecări în corpurile barajelor de pământ, de-a lungul coastelor maritime şi în malurile lacurilor, rezervoarelor, canalelor şi a râurilor. Această scădere se poate produce o dată cu scăderea nivelurilor râurilor după o perioadă de inundaţii, nivelul apei dintr-un rezervor e scăzut brusc sau nivelul mării scade după o furtună. Dacă presiunea apei din porii pământului din panta adiacentă acestor corpuri de apă nu se poate disipa rapid, în masivul de pământ se produce o creştere a eforturilor şi a potenţialului de instabilitate. Bishop(1954, 1955) a introdus, în termeni de eforturi efective, o metodă de estimare a presiunii apei din pori din punct de vedere al presiunilor principale şi analiză a stabilităţii pantelor după reducerea încărcărilor hidrostatice.

Depozitele masive uniforme de argile şi prafuri cu permeabilitate scăzută sunt în mod deosebit susceptibile la alunecări declanşate de scăderi bruşte ale nivelului apei. Morgenstern (1963) a creat o listă cu 16 cazuri în care scăderea bruscă a nivelului apei a declanşat alunecari în corpul unor baraje de pământ.

4.4. Erupţii vulcanice

Depunerea cenuşii vulcanice expulzate în atmosferă în timpul erupţiei vulcanice pe pante este urmată de eroziune accentuată şi curgeri de noroi şi detritus declanşate de ploi intense (Kadomura et al., 1983). Izaru, un vulcan în centrul Costa Rica a erupt cenuşă aproape în permanenţă între martie 1963 şi februarie 1965. Ploile intense cumulate cu eroziunea pantelor acoperite de cenuşă vulcanică au provocat mai mult de 90 de curgeri de detritus în văile pantelor vulcanului. Erupţiile vulcanice au declanşat unele din cele mai mari şi mai catastrofice alunecări

Pagina 20/34

din istorie. În 18 mai 1980, în urma erupţiei vulcanului St.Helen din Washington(), s-a produs o alunecare masivă(2.8 km2) de roci – avalanşă de detritus care a coborât rapid pe panta de nord a muntelui şi s-a deplasat 22 km în josul văii, distrugând 9 poduri şi numeroşi kilometrii de drum.

Fig. 4.9 Erupţia vulcanului St. Helens, Washington- 1980

Fig. 4.10 Urmările alunecării provocate de erupţia vulcanului ; (a) o porţiune de drum avariată; (b) podul St. Helens, 75 de metrii înalţime, purtat 500 de metrii în aval şi parţial îngropat în noroi

Ca rezultat a topirii rapide a zăpezii şi a gheţii din cauza erupţiei, s-au produs curgeri de noroi în văile situate radial în jurul muntelui. Cea mai mare şi mai distructivă s-a petrecut în valea North Fork şi a distrus sau avariat grav 200 de case, a îngropat jumătate dintr-o porţiune de 27 de kilometri din autostrada State Highway 504 , a distrus 27 de kilometri de cale ferată şi 27 de poduri de autostradă sau cale ferată(Fig. 4.10).

Pagina 21/34

4.5. Mişcări seismice

Mişcarea pământului în timpul cutermurelor a declanşat alunecări în zone extrem de diferite din punct de vedere topografic sau geologic. Cele mai abundente forme de alunecări provocate de seisme istorice(Fig. 4.11) au fost căderile de roci, alunecări de pământ, alunecări de roci de pe pante abrupte, dar şi extinderi laterale, alunecări de pământ în blocuri sau avalanşe de pământ pe pante mai puţin abrupte (Keefer 1984).

Fig. 4.11 Alunecare de roci-avalanşă pe gheţarul Sherman provocată de cutremurul din martie 1964; în stanga e prezentat gheţarul înainte de cutremur, iar în dreapta prabuşirea vârfului Shattered Peak(distanţa medie)

Fig. 4.12 Distanţa maximă de la epicentru la posibilele alunecări în cazul cutremurelor de diferite magnitudini (Keefer 1984)

Pagina 22/34

În 1984 Keefer a determinat, pentru 40 de cutremure istorice, distanţa maximă de la epicentru la alunecările de teren ca funcţie de magnitudine pentru trei tipuri diferite de alunecări(Fig. 4.12), această diagramă fiind folosită pentru a trasa limitele alunecărilor de teren în cazul unui cutremur de anumite magnitudine şi locaţie, folosindu-se pentru evaluarea hazardului.

Alunecările ce implică pământuri necoezive afânate şi saturate aşezate în pante mici şi medii se produc ca rezultat al lichefiere produse de cutremur, un proces în care mişcarea seismică ridică pe moment presiunea apei din pori şi reduce rezistenţa pământului. De obicei , posibilitatea de lichefiere a unui strat este determinată de mediul de sedimentare, vârsta depozitului, istoria geologică, adâncimea pânzei freatice, distribuţia granulometrică, densitatea şi adâncimea stratului. De obicei, sedimentele necoezive de vârstă holocenă sau mai tinere aflate sub nivelul pânzei freatice sunt cele mai susceptibile la lichefiere.

Pagina 23/34

5. Monitorizarea alunecărilor de teren

Un rol foarte important în modelarea alunecărilor de teren îl are determinarea planului de cedare şi presiunea apei în pori din acest plan. Acestea sunt determinate de masuratori pe teren( foraje instrumentate sau teste in-situ)

5.1. Înclinometrul

Fig. 5.13 Înclinometrul

Înclinometrele sunt instrumentele cel mai des folosite la monitorizarea mişcărilor laterale ale pământului în zonele cu alunecări de teren şi ramblee. Mai sunt folosite de asemenea la monitorizarea abaterilor zidurilor de spijin şi a conductelor supuse încărcărilor.

Înclinometrele ne dau informaţii despre: Adancimea planului de alunecare şi forma acesuia(plană sau circulară) Grosimea suprafeţei de forfecare (de obicei între 30 cm şi 150 cm) Aceasta este foarte

importantă în cazul stabilizării cu piloţi (momentul încovăietoar din dreptul acestei suprafeţe fiind momentul la care se dimensionează pilotul)

Măsoară mişcarea în zona de forfecare, Viteza de deplasare

Directia de deplasare.

În cele mai multe cazuri aceasta este evidentă dar pentru suprafeţe mari de alunecare aceasta poate varia.

Pagina 24/34

Fig. 5.14 Monitorizarea alunecărilor de teren folosind înclinometre şi piezometre

În cazul zonelor abrupte sau greu accesibile se pot instala şi tuburi înclinometrice înclinate

Fig. 5.15 Monitorizarea alunecărilor de teren folosind înclinometre înclinate

Operaţii şi Componente

Învelişul Înclinometrului – Învelişul înclinometrului are un scop special, este alcătuită din ţeavă de aluminiu sau plastic cu caneluri. Are trei funcţii: (1) asigură accesul sondei înclinometrului, permiţându-i să obţină măsurător de adâncime; (2) se deformează cu structura sau pământul de alături, în aşa măsură încât măsurarea înclinării învelişului să reflecte cu acurateţe mişcările pământului, şi (3) canelurile interioare controlează rotiţele sondei înclinometrului.

Pagina 25/34

Sonda înclinometrului – Sonda cu rotiţe a înclinometrului urmăreşte canelurile longitudinale din tubaj. Conţine două accelerometre. Un accelerometru măsoară înclinarea în planul roţilor înclinometrului. Acest ax este cunoscut drept axa A. Celălalt accelerometru măsoară înclinarea în planul perpendicular pe rotiţe. Acest plan este cunoscut ca axa B. Citirile înclinării sunt obţinute tipic la interval de doi metri pe măsură ce sonda este ridicată de la bază spre vârful tubajului.

Cablul de Control – Cablul de control este folosit la controlul adâncimii la care se află sonda înclinometrului. De asemeni, mai transmite şi energia şi semnalul între probă şi aparatul care face citirile. Cablurile de control metrice sunt gradate la un interval de 0,5m.

Aparatul de măsură digital – Aparatul de măsură afişează măsurătorile înclinării obţinute de la sonda înclinometrului. Aparate sofisticate de măsură, cum ar fi Digitilt Data Mate, înregistrează citirile în memoria proprie, eliminând inconvenientul înregistrării valorilor, manual, pe hârtie.

Corecţia datelor

Măsurarea Înclinaţiei – Măsurarea înclinării tubajului cu ajutorul sondei înclinometrului. Cu sonda, măsurarea înclinării sunt luate la interval de 0,5m de la bază spre vârf.

Deviaţia Laterală – Când sunt procesate citirile înclinometrului, înclinarea este convertită într-o distanţă laterală, aşa cum este prezentat mai jos. Deviaţia la fiecare interval este denumită deviaţie incrementală. Suma deviaţiilor incrementale este denumită deviaţie cumulativă. deviaţiile reprezintă poziţia tubajului. Un grafic al deviaţiilor cumulative arată profilul tubajului.

Fig. 5.16 Schemă reprezentând deplasarea incrementală şi deplasarea cumulativă

Deplasarea Laterală – Deplasarea reprezintă o schimbare a poziţiei tubajului, de ex. o schimbare a deviaţiei. Deplasarea este calculată prin scăderea deviaţiei iniţiale din deviaţia curentă.

Pagina 26/34

Deplasarea incrementală este schimbarea la un singur interval. Deplasarea cumulativă este suma deplasărilor incrementale.

Fig. 5.17 Reprezentare grafică a citirilor înclinometrice (Alunecare Weber County, Utah)

5.2. Măsurători hidrogeologice (piezometre)

Măsurarea in situ a presiunii apei din pori in corpul unor argile senzitive de tip quick clay, prin intermediul forajelor piezometrice, a evidenţiat că zona suprafeţei de alunecare este caracterizată prin valori anormale ale acestei presiuni.

Din figurile de mai jos se remarcă că în zona masei alunecătoare ca şi a suprafetelor de alunecare presiunea apei din pori prezintă valori mai mari decât presiunea hidrostatică. Aceste zone cu exces de presiune a apei din pori sunt asociate, cu zone de degradare a structurii iniţale a rocii.

Datorită faptului că discontinuitatea rupturală data de suprafaţa de alunecare căt .şi creşterea poroziăţii zonelor adiacente constituie căi preferenţiale de drenaj ale masivului instabil, se întălneşte frecvent cazul unei diferenţe notabile între conţinutul de săruri al apei subterane din masa alunecitoare .şi cel a1 masivului nedizlocat.

Pagina 27/34

Fig. 5.18Variaţia presiunii apei în pori în pori în zona de alunecare.

În principiu, mineralizaţa apei din acumulatul de alunecare este mai mică decăt a apei subterane din zonele vecine şi decăt mineralizaţia apei subterane din depozitele situate sub suprafaţa de alunecare.Reducerea mineralizaTei apei subterane poate constitui un criteriu de recunoştere nu numai a1 alunecării de teren ci şi al adăcimii la care se află suprafţa de alunecare.

În figura de mai jos se observă că suprafaţa de alunecare este totodată şi o limită de discontinuitate al conţinutului săruri al apei subterane

Fig. 5.19 Variaţia conţinutului de săruri al apei în zona suprafeţei de alunecare

Pagina 28/34

În unele cazuri, conţinutul de săruri variaza de la câteva g/l în zona alunecată la căteva zeci de g/l sub suprafaţa de alunecare sau in zonele neafectate de alunecări.

In functie de gradul instrumentare piezometrele se clasifica in piezometre neechipate (cu fluier) şi piezometre echipate cu senzor de presiune. Piezometrele cu fluier (Casagrande)sunt cel mai des folosite datorita costurilor mici de instalare ale acestora. Totuş, acestea au doua mari dezavantaje, faţă de cele echipate: răspund incet la variaţii are presiunii apei în pori în pamanturi cu permeabilitate mică şi nu pot fii citite automat, necesitand numeroase vizite pe teren.

Din punct de vedere al instalării, aceasta se face la fel în ambele cazuri, evitându se forarea cu suspensie de bentonită.

Fig. 5.20

Un detaliu important la instalarea piezometrelor este ca varful piezometrului(senzorul, în cazul piezometrelor echipate cu senzori de presiune) să fie situat imediat deasupra planului de forfecare, iar nisipul care îl inconjoară să patrundă in planul de forfecare, pentru a avea o inregistrare cat mai buna a presiunii apei din pori din planul de alunecare.Pătrunderea senzorului în zona de forfecare poate duce la avarierea acestuia datorită deformatiilor ce au loc. Ideal ar fii detectarea planului de alunecare cu ajutorul înclinometrelor sau a dilatometrului plat şi apoi instalare piezometrelor.

Pagina 29/34

5.3. Încercarea cu dilatometrul plat

Sondajul cu dilatometrul plat a fost dezvoltat în Italia de Marchetti Silvano. Acesta a fost iniţial introdus în America de Nord şi Europa în 1980 şi este folosit în prezent în peste 40 de ţări.

Descrierea pe scurt a DMT

Dilatometrul plat este alcatuit dintr-o lama din oţel inoxidabil având o membrana plată circulară din oţel montată lateral pe o parte.Lama este conectată la o unitate de control la suprafaţa solului printr-un tub pneumatico-electric(transmitănd presiunea gazului şi continuitatea electrică)ce trece prin tijele aparatului. Un rezervor de gaz,este conectat la unitatea de control printr-un cablu pneumatic,aprovizionănd cu gaz ,astfel incat presiunea sa fie suficientă pentru extinderea membranei. Unitatea de control este echipată cu un regulator de presiune, ceasuri de presiune,un semnalizator audio-vizual şi supape de aerisire.

Fig. 5.21 Dilatometrul plat – componente şi schemă de funcţionare

Lama avansează în pământ cu ajutorul unui echipament obisnuit de teren, instalatii care sunt in mod normal utilizate pentru test de penetrare cu con (CPT) sau platformele de foraj. Tijele sunt utilizate pentru a transfera forţa reactivă şi pentru a face posibilă avansarea lamei.Dispunerea generală a testului cu dilatometrul plat este prezentată în figura de mai sus. Testul începe prin introducerea dilatometrului în pământ. La scurt timp după penetrare, prin utilizarea unităţii de control, operatorul umflă membrana si înntr-un interval de aproximativ 1 minut, au loc doua citiri:

1)citirea A-presiunea necesară pentru ca membrana să depaşească suprafaţa lamei

Pagina 30/34

2) citirea B-presiunea necesara pentru a muta centrul de membrană la 1,1 mm faţă de suprafaţa laterală a lamei

O a treia citire optionala C ("închidere de presiune") poate fi luata prin deflatarea usoara a membranei la scurt timp după citirea B.Lama avanseaza apoi în pământ pana la o creştere a adâncimii (de obicei 20 cm),fiind realizate citirile A, B repetate la fiecare adâncime.Valorile de presiune, A, B sunt apoi corectate de valorile DA, DB determinate prin calibrare pentru a lua în considerare rigiditatea membranei ,fiind transformate in p0, p1.

Fig. 5.22 Aparatul de citire

Folosind cele doua citiri (A şi B ) se pot determina cu precizie destul de bună o patetă largă de parametrii:

Pagina 31/34

Fig. 5.23 Obţinerea parametrilor

Reprezentarea rezultatelor încercărilor se face asemanător încărcării CPT, obţinându-se grafice asemanătoare ca formă.

Fig. 5.24 Rezultatele obţinute folosind dilatometru plat

Pagina 32/34

O valoare scăzută al lui Kd indică un pământ moale, un Kd=2 fiind corelat cu OCR=1.

În urma testelor pe alunecări de teren în care se cunoştea adancimea şi respectiv forma planului de forfecare, s-a certificat consecvenţa acestor teste.

Fig. 5.25 Exemplu de folosire a dilatometrului la alunecarea “Filippone”

Fig. 5.26 Exemplu de folosire a dilatometrului la alunecarea “Cave Vecchie”

Încercarea cu dilatometrul plat oferă în timpul cel mai scurt(faţă de înclinometre şi piezometre) poziţia(,forma) si grosimea planului de forfecare, dar nu prezintă posibilitatea monitorizării în timp.

Pentru a corela rezultatele şi pentru a avea cat mai multe informaţii despre fenomenul în cauză (atât pe loc-DMT etc, cât şi în timp-înclinometre şi piezometre, etc) se recomandă folosirea cât mai multor metode de investigare in-situ.

Pagina 33/34

Bibliografie

1. Bromhead, E. N. – „The Stability of Slopes”, Ed. Taylor&Francis2. Chirică, A. – „ Lucrări de stabilizare a taluzurilor şi versanţilor-documentare”3. Cornforth, D. – „Landslides in practice”4. Cruden, M et al. – „Landslide Types and Processes”, Landslides-Investigation and

Mitigation, Special Raport 247, Editors:A.Keith Turner,Robert L. Schuster5. Duncan, J.M. et al. – „Soil Strength and Slope Stability”, Ed. John Wiley&Sons, Inc.,

20066. Manea, S. et al. – „ Geotehnica mediului înconjurator – Protecţia terenurilor de fundare

şi depoluarea lor.Soluţii de depozitare a deşeurilor”, Ed. Conpress, 20097. Sassa, K. et al. – „Landslides-risk analysis and sustainable disaster management”,Ed.

Springer8. Wieczorek, G. F. – „Landslide Triggering Mechanisms”, Landslides-Investigation and

Mitigation, Special Raport 247, Editors:A.Keith Turner,Robert L. Schuster9. ASTM. "Standard Test Method for Performing the Flat PlateDilatometer "10. ASTM Geotechnical Testing Journal,Vol. 9, No. 2, June, 93-101.11. www.eeg.geoscienceworld.org

Pagina 34/34