curs tintuire 02

Probleme speciale de fundaţii Pagina 1 din 22

Curs 3 – partea a II-a PĂMÂNT ARMAT Încercarea de forfecare pe pământ armat cu cuie rigide Câteva studii experimentale efectuate cu aparatul de forfecare directă sau încercări de teren pe pământuri armate cu cuie rigide verticale sau înclinate aparţin, printre alţii, următorilor: Juran et al. 1981; Marchal, 1984; Plumelle (Proiectul Naţional Francez CLOUTERRE, CEBTP, 1989); Delage et al. (Proiectul Naţional Francez CLOUTERRE, CEBTP, 1989). Rezultatele sunt identice şi arată că, în afară de unghiul de frecare internă al pământului, pământul armat prezintă şi o coeziune aparentă c* datorată prezenţei cuielor. Unghiul aparent de frecare internă φ* este mai mic decât unghiul de frecare internă φ al pământului deoarece cuiele împiedică dezvoltarea unui plan clar de cedare. Atâta timp cât presiunea de confinare nu este prea mare prezenţa cuielor îmbunătăţeşte rezistenţa la forfecare. Şi totuşi, valorile experimentale ale coeziunii aparente c* sunt în general mai mari decât valorile teoretice date de formula:

ST

c ∑= 0* unde T0 este forţa tăietoare într-o bară pe planul de forfecare şi S secţiunea totală a

barelor forfecate. Aceasta este explicată de faptul că prezenţa cuielor modifică semnificativ distribuţia eforturilor normale σ şi tangenţiale τ în lungul planului de forfecare. Studii folosind elemente finite au arătat complexitatea comportamentului. (Juran et al., 1981). Încercările efectuate de CEBTP în cadrul Proiectului CLOUTERRE, pe o masă de nisip ranforsat pe teren cu bare injectate (Figura 1.22), au arătat că curbele efort – deformaţie în încercările de forfecare cu sau fără cuie au acelaşi modul de deformaţie iniţial şi că vârful s-a obţinut pentru aceiaşi valoare a deplasării.

a. Jouran et al. (1981)


b. CLOUTERRE, CEBTP (1988)

Figura 1.22 Încercări de forfecare directă pe pământ armat cu bare verticale Influenţa pe care o are direcţia de introducere a cuielor asupra mobilizării stării de eforturi Aproape toate experimentele realizate în acest domeniu, şi în particular cele ale lui MARCHAL (1984), au arătat că direcţia de introducere a cuielor exprimate ca fiind diferenţa dintre axa acestora şi suprafaţa posibilă de cedare joacă un rol important în procesul de mobilizare a efortului normal şi a celui tangenţial (Figura 1.23), şi ca o definiţie generală asupra stării de efort din întregul masiv de pământ ţintuit.

Figura 1.23 Variaţia raportului dintre forţa de întindere şi forţa de forfecare funcţie de deplasarea

suprafeţei de cedare (Marchal, 1984)


În 1980 Jewell a verificat experimental şi a demonstrat că direcţia optimă necesară mobilizării eforturilor în cuiele flexibile corespunzătoare cu direcţia de apariţie a maximului valorii pentru extensia ce apare în pământurile nearmate (aproximativ 30º înclinare faţă de planul σ – τ) (Figura 1.24) iar acest lucru a fost demonstrat teoretic de către Basset şi alţii. Ca un exemplu a celor afirmate anterior o înclinare relativ mică a cuielor faţă de orizontala terenului susţinut de un zid de sprijin vertical duce la reducerea valorii forţelor de tensiune în favoarea forţei de forfecare şi a momentului aşa cum se prezintă rezultatele obţinute prin utilizarea metodei elementului finit. (Shaffie,1986).

Figura 1.24 Influenţa orientării cuielor flexibile asupra întinderilor mobilizate

şi creşterii eforturilor de forfecare la cedare (Jewell, 1980) Mobilizarea efortului normal, rezistenţei la forfecare (forţă tăietoare) şi a momentului încovoietor Cu privire la mobilizarea efortului normal, forţei tăietoare şi a momentului încovoietor în situaţia în care un masiv de pământ este solicitat la eforturi de forfecare, studiile teoretice utilizând noţiunile teoriei elasto – plastice (Schlosser,1982, 1983; Blondeau şi alţii, 1984) precum şi studii experimentale (Marschal,1984) au dus la obţinerea următoarelor rezultate: 1. În procesul de forfecare al masei de pământ ţintuit cedarea cuiului poate să apară fie prin

tensiune – forfecare în zona de intersecţie cu planul de cedare, fie prin plastifierea materialului în zona de moment maxim care de obicei este localizată în afara zonei de cedare; materialul de compoziţie al cuielor trebuie ales pe baza ductilităţii sale (oţel moale), plastificarea care apare în punctele de atingere a momentului maxim încovoietor necorespunzând totuşi cu momentul ruperii cuiului; acest moment este urmat de o fază de deformare în care plastificarea este limitată la 2 zone plastice de arie redusă, deplasările cuielor fiind limitate de mobilizarea rezistenţei laterale a pământului Pu. În timpul acestei etape (etapă de mobilizare a lui pu) cuiul se poate rupe prin tensiune – forfecare în momentul atingerii valorii maxime a forţei tăietoare;


2. Ansamblul pământ – cui poate să cedeze în două moduri ce corespund următoarelor două tipuri de interacţiuni: - efortul de forfecare îşi poate atinge valoarea limită qs cauzând în acest fel producerea cedării

prin lipsă de adeziune; - presiunea laterală p aplicată de cui pământului poate să-şi atingă valoarea limită pu producând în

acest fel tăierea pământului de către cui (aşa numitul fenomen “de tăiere cu cuţitul a untului”) 3. Ca urmare a cercetărilor ce utilizează calculul elasto – plastic aplicat sistemului pământ – cui,

studiul mobilizării şi combinarea diferitelor criterii ce tratează rezistenţa cuiului şi fenomenele care apar în cazul pământului ţintuit a dus la elaborarea unor prescripţii de proiectare şi de producere a cedării în cazul unor astfel de construcţii. Principiul se bazează prin analizarea curbelor reprezentative pentru diferite criterii de rupere, în planul (TN , TC) prin selectarea punctului ce corespunde momentului încovoietor 0 (M=0) pentru cui, ceea ce reprezintă eforturile care apar în punctele de intersecţie al cuiului cu suprafaţa de cedare.

S-a dovedit a fi convenabil de utilizat următorul criteriu de rezistenţă al cuiului pentru care se propune relaţia: (Tn/Rn)2+(Tc/Rc)2+|M/M0|<1 în care RN, RC şi M0 reprezintă tensiunea, forfecarea şi momentul încovoietor pentru cui. Cedarea cuiului ce poate avea loc prin pură forfecare (M=0) stare de efort limită pentru un cui forfecat, este reprezentată de ecuaţia unei elipse de forma: (Tn/Rn)2+(Tc/Rc)2=1 iar starea de plastifiere a cuiului în punctul de atingere a valorii maxime pentru momentul încovoietor (TC = 0) este pusă în evidenţă de ecuaţia unei parabole de forma: Tc0=a(M0/l0)[1-(Tn / Rn)2] unde a este o constantă egală cu 3.12 iar TC0 reprezintă forţa tăietoare ce corespunde suprafeţei de cedare. Plastifierea cuiului corespunde unei presiuni ce se manifestă la interfaţa dintre elementele constitutive ale pământului ţintuit a cărei valoare maximă în punctul de intersecţie al cuiului cu

suprafaţa de cedare a cărei valoare maximă este dată de relaţia 0

00

2lD

Tp

c

c

⋅⋅

= .

Valoarea presiunii portante pu determină timpul de cedare ce poate să apară şi poate fi pus în evidenţă de următoarea relaţie: pu<p0, Tc1=puDl0/2 (cedarea prin plastificarea pământului din jurul cuiului) pu>p0, Tc2=b(M0/l0)[1-(Tn/Rn)2]+cpuDl0 (cedarea prin plastificarea pământului din jur şi articulaţii plastice în cui), unde b şi c sunt doi coeficienţi egali cu 1.62 şi respectiv 0.24. Notă: În cazul calculului la stare limită unde se presupune că pământul se plastifică de-a lungul cuielor pe toată zona cuprinsă între două puncte unde se înregistrează valori maxime ale momentului încovoietor, se obţine o formulă de calcul diferită al cărei rezultat este foarte apropiat ca valoare numerică de cea anterioară:


2

nR

nT

1DM2pT 0uc2

= −•

Cedarea prin lipsă de adeziune se exprimă prin următorul criteriu (ecuaţie de bază): Tn=qsπDLa Intersecţia acestor criterii duce la obţinerea în planul (Tn, Tc) corespunzător punctelor în care cuiul intersectează suprafaţa potenţială de cedare, criteriul general din Figura 1.25. În felul acesta ne este permis să definim în cazul cuiului valorile pentru TC, Tn şi N, utilizând starea normalizată.

Figura 1.25 Reprezentarea diferitelor mecanisme de interacţiune din interiorul planurilor forţelor

normale (Tn) şi de forfecare (Tc); abordare după mai multe criterii (Schlosser, 1982) Este interesant de notat că acest criteriu general a fost stabilit luând în considerare cedarea pământului datorată unei presiuni portantă, rezultat al presiunii de interacţiune dintre cui şi pământ, ce corespunde plastifierii primei zone din masa de pământ ţintuit studiată. Într-un mod mult mai realist se poate considera că pământul se plastifică de-a lungul cuiului pe o anumită lungime. O altă aproximaţie a fost făcută presupunând că în faza de plastificare limită, plastifierea cuiului duce la apariţia unei articulaţii plastice. Aceasta constituie o ipoteză destul de optimistă de vreme ce în realitate secţiunea cea mai solicitată nu este în mod necesar să fie complet plastificată astfel încât să conducă la apariţia unei articulaţii plastice. Aceste rezultate experimentale (studii teoretice) pot fi comparate cu observaţiile asupra structurilor reale dar trebuie să ţinem minte că eforturile care apar în zidurile de pământ ţintuit sunt diferite şi mult mai complexe decât cele ce apar în cazul forfecării directe. În timpul realizării construcţiei apare decompresia laterală a pământului ceea ce conduce la apariţia unor eforturi de întindere în cuie. Forfecarea apare numai în zonele învecinate ale suprafeţei de


cedare ce se dezvoltă în masa de pământ ţintuit; în acest fel este posibil să se mobilizeze forţe tăietoare în cuie. Toate acestea au fost observate la realizarea primului experiment CEBTP cu privire la un zid de pământ ţintuit. Totuşi, poate fi menţionat că forţele tăietoare ce se mobilizează sunt mai mici în comparaţie cu valoarea forţelor de tensiune şi ca urmare pot fi neglijate în cazul utilizării cuielor constituite din bare metalice a căror secţiune transversală au o arie de valoare mică. Pentru o bună utilizare a cuielor ce lucrează în tensiune şi pentru a limita deformaţiile în comparaţie cu valoarea forţelor de tensiune şi ca urmare pot fi neglijate în cazul utilizării cuielor constituite din bare metalice a căror secţiune transversală au o arie de valoare mică. Pentru o bună utilizare a cuielor ce lucrează în tensiune şi pentru a limita deformaţiile ce apar în partea superioară a zidului, este de preferat ca aceste cuie, să fie plasate pe cât posibil de orizontal astfel încât să se reducă deplasările pe direcţiile verticale. Acest lucru este prezentat în Figura 3.19 ca rezultat al utilizării metodei elementului finit. Studiul stării structurilor de pământ ţintuit Distribuţia eforturilor prin cuie şi linia de efort maxim Multe din experimentele la scară naturală puse în operă înainte de începerea Proiectului CLOUTERRE au arătat că distribuţia eforturilor în cuiele unui masiv de pământ ţintuit este practic similară cu cea observată şi dedusă în urma calculelor prin utilizarea metodei elementelor finite aplicată zidurilor de pământ armat. În acest caz punctul de efort maxim în cuie dubla împărţire a masei de pământ într-o zonă activă şi respectiv zonă pasivă. Experimentele la scară naturală, instrumentele de măsură şi control montate în astfel de structuri, modelele de laborator la scară redusă precum şi calculele şi formulele de lucru puse la dispoziţie de Proiectul CLOUTERRE au făcut posibilă cunoaşterea în mai mare măsură a distribuţiei eforturilor. În general forma şi poziţia liniei de efort maxim, linie ce poate fi considerată ca o suprafaţă posibilă de cedare, sunt foarte diferite de dreapta intrinsecă a lui Coulomb. Această linie este situată în apropierea suprafeţei exterioare a zidului şi are o formă curbă care, spre partea superioară, pe o distanţă aproximativ 0.3 H devine o dreaptă (H = înălţimea zidului), în cazul unui zid vertical şi a unui pământ cu o suprafaţă limită orizontală (Figura 1.26).


Figura 1.26 Comportamentul unui zid de pământ ţintuit: zonele activă şi pasivă,

linia de întindere maximă De menţionat că înclinarea suprafeţei zidului faţă de verticală precum şi prezenţa unei pante în partea superioară a acestuia modifică poziţia liniei de efort maxim.


Dacă influenţa pe care o are înclinarea cuielor faţă de orizontală a fost subiectul de discuţie al unor studii detaliate din cadrul Proiectului CLOUTERRE (modele la scară redusă, experimente, calcule cu ajutorul metodelor elementelor finite) influenţa pe care o are înclinarea feţei zidului a rămas de studiat. Ca în cazul masivelor de pământ armat raportul T0/Tmax care reprezintă tensiunea înregistrată la faţa zidului şi valoarea maximă a efortului, raport întotdeauna subunitar, este o funcţie de mai mulţi parametri; un interspaţiu mare între cuie (interspaţiu orizontal Sh şi respectiv interspaţiu vertical Sv) şi o pronunţată rigiditate a suprafeţei limită conduc la mărirea valorii raportului. Măsurătorile efectuate în condiţii de serviciu au arătat că valoarea acestui raport este mai mică decât în cazul pământului armat cu o valoare medie în domeniul 0.4 ÷ 0.5 pentru aceiaşi valoare a interspaţiului dintre cuie. Acest lucru este explicat prin decompresia laterală a pământului, fenomen ce apare în timpul fazelor de excavare înainte de introducerea cuielor în viitoarea structură de pământ ţintuit. Eforturile în pământul dintr-un masiv ţintuit Este posibil să estimăm starea de efort ce apare în pământul unui zid ţintuit, de-a lungul unei linii de efort maxim prin cunoaşterea valorii maxime a efortului Tmax şi prin considerarea raportului K

definit ca hv SzS

TK

γθcosmax= unde:

γz este sarcina geologică în punctul de calcul a efortului maxim, Sv, Sh reprezintă interspaţiul vertical şi respectiv orizontal dintre cuie, θ este înclinarea cuielor faţă de orizontală. Această formulă valabilă în cazul zidurilor de pământ armat, ziduri având o suprafaţă verticală, stă la baza comparării efortului maxim în cuie cu presiunea activă a pământului care s-ar exercita pe faţa zidului în situaţia în care cuiele s-ar elimina dar s-ar menţine aceiaşi deplasare laterală. Experimentele (studiile) realizate pe structuri reale, modele la scară redusă şi cele care utilizează metoda elementelor finite au arătat că starea de eforturi este apropiată de starea K0 (coef. împingerii pământului în stare de repaos) spre partea superioară a masivului de pământ ţintuit în timp ce spre bază starea eforturilor este exprimată de condiţiile K<Ka (coeficientul împingerii active a pământului ământului) (Figura 1.26).


Figura 1.26 Starea de eforturi în pământul unui perete de pământ ţintuit

(comparaţie cu starea K0 şi Ka) Acest lucru este explicat pe de o parte prin faptul că elementele de ţintuire (cuiele) limitează deplasarea laterală a feţei zidului iar pe de altă parte prin prezenţa efectului de arc. Această scădere a coeficientului K cu adâncimea de la valoarea K0 la Ka, este mult mai pronunţată în cazul masivelor ţintuite decât în cazul zidurilor de pământ armat. Acest lucru se datorează metodei de construcţie, fazele de realizare pornind dinspre partea superioară şi succesivelor etape de realizare care odată ce partea superioară a zidului a fost construită, mobilizează efectul de arc dintre vârful şi baza zidului.


Mobilizarea rezistenţei la încovoiere a cuielor Cuiele au o anumită rezistenţă la încovoiere. Pentru a fi mobilizate această rezistenţă necesită apariţia unor valori importante şi concentrate ale deformaţiilor. Experimentele la scară naturală au arătat că această rezistenţă la încovoiere a cuielor este mobilizată cu adevărat în vecinătatea zonei de cedare atunci când o suprafaţă sau o zonă de forfecare se dezvoltă în zidul de pământ ţintuit. De fapt atâta timp cât deformaţiile zidului de pământ ţintuit rămân mici se poate spune că în condiţii de serviciu rezistenţa la încovoiere a cuielor are o valoare mică. În condiţii de serviciu şi în cazul structurilor obişnuite având cuie cu înclinare suborizontală, valoarea maximă a raportului TC/TN între forţele tăietoare şi cele normale este neglijabilă în cazul cuielor din bare metalice şi foarte mică în cazul cuielor introduse în găuri forate. Cele mai mari valori sunt obţinute în partea superioară a zidului, către limita laterală a zidului acolo unde încovoierile prezintă valoare maximă datorită metodei de construcţie (Figura 1.27) în faze succesive de excavare. Dar, atunci când o zonă de forfecare se dezvoltă în apropierea zonei de cedare, încovoierea devine importantă aşa cum se prezintă în Figura 1.28 unde este prezentat experimentul nr. 1 din cadrul CEBTP. Media unghiului de încovoiere a cuielor este de 20o pentru o lungime de transfer l0=20cm. În felul acesta rezistenţa la încovoierea cuielor este mobilizată la situaţia limită de tensiune. Rezistenţa la încovoiere a cuielor, atunci când este important, conduce la orientarea eforturilor în lungul suprafeţei de cedare lucru care este benefic în ceea ce priveşte stabilitatea masivului. Acest aspect nu este luat, în general, în calcul atunci când se proiectează astfel de structuri.

Figura 1.27 Mobilizarea rezistenţei de încovoiere în modelele la scară redusă a pereţilor de pământ

ţintuit sub eforturi de exploatare (Juran et al., 1985)


Figura 1.28 Mobilizarea rezistenţei la încovoiere a cuielor din apropierea suprafeţei de cedare în

primul experiment de perete din pământ ţintuit, efectuat la scară naturală (CEBTP, CLOUTERRE, 1986)

Deformaţii şi deplasări pentru un zid de pământ ţintuit Deformaţii interne ale zidurilor solicitate de încărcări de serviciu Rezultatele numeroaselor experimente şi ale programelor de instrumentare cu aparatură de înregistrare a eforturilor şi deformaţiilor pentru structuri reale, obţinute de-a lungul desfăşurării proiectului naţional francez CLOUTERRE (CEBTP1, CEBTP3, Vierzon, Knutange, Aigueblanche, Mâcon) au permis să se definească ordinul deformaţiilor de extensie şi distorsiune la care o structură de pământ ţintuit este supusă. Aşa cum se prezintă în Figura 1.29 este posibil să luăm în considerare faptul că valoarea medie a deformaţiilor care se înregistrează la o structură de pământ ţintuit cu o suprafaţă orizontală poate fi estimată pornind de la valorile următorilor trei parametri de deplasare: δ0 – deplasarea suprafeţei orizontale din spatele zidului, δh – deplasarea orizontală înregistrată în partea superioară a zidului, δv – deplasarea verticală înregistrată în partea superioară a zidului. În toate structurile de pământ ţintuit se constată cu o oarecare aproximaţie că deplasarea orizontală δh a părţii superioare a zidului este egală cu deplasarea verticală δv. Deplasarea δ0 are valori cuprinse în general între 4H/10.000 şi 5H/10.000; aceste valori sunt invers proporţionale cu valoarea raportului L/H şi de asemenea depind de natura pământului.


Figura 1.29 Schiţa deformaţiilor unui perete de pământ ţintuit

Deplasările paramentului Figura 1.30a prezintă un număr de rezultate ale măsurătorilor cu privire la deplasările înregistrate în partea superioară a zidurilor de pământ ţintuit, date obţinute în cadrul Proiectului CLOUTERRE. Deplasările orizontale şi verticale în partea superioară sunt aproximativ egale. Acestea sunt cuprinse ca valoare între H/1000 şi 4H/1000 unde H reprezintă înălţimea zidului de pământ ţintuit aşa cum se prezintă în Figura 1.30b. Cu o precizie mai mare se poate spune că deplasările înregistrate în partea superioară a zidurilor de pământ ţintuit depind de următorii parametri: - viteza de realizare a construcţiei; - înălţimea treptelor de excavaţie şi spaţiul dintre cuie; - flexibilitatea cuielor; - factorul de siguranţă al construcţiei; - raportul L/H; - înclinarea cuielor faţă de orizontală (rigiditate la încovoiere); capacitatea portantă a pământului de fundare. Atunci când zidul de pământ armat are un coeficient de siguranţă global mic valorile δ0 şi δh ale deplasărilor fiind să crească. În cazul experimentului CEBTP Nr. 1 din cadrull Proiectului CLOUTERRE zidul de pământ ţintuit a fost proiectat pentru situaţia de cedare (Fs=1.1) astfel încât deplasarea orizontală δh a avut o valoare 3H/1000. În general, zidurile de pământ ţintuit înregistrează valori mari ale deplasărilor orizontale în situaţiile în care raportul H/L are valori mari. În felul acesta este normal ca deplasările paramentului să varieze invers proporţional cu raportul L/H, aşa cum se prezintă în Figura 1.30c care corespunde fazelor de construcţie pentru zidul de pământ ţintuit, CEBTP, experimentul nr. 1 din cadrul Proiectului CLOUTERRE.


b. Deplasarea orizontală în pereţii de pământ ţintuit

c. Evoluţia deplasărilor normalizate ale zidului în timpul diferitelor etape de construcţie

Figura 1.30 Deplasările faţadelor pereţilor ţintuiţi


Mai mult, o înclinare pronunţată faţă de orizontală a cuielor duce la mobilizarea momentului încovoietor şi a forţei tăietoare în detrimentul eforturilor de tensiune. Ca un rezultat imediat, apar deplasări mari ale paramentului aşa cum prezintă rezultatele calculului cu metoda elementelor finite. De notat faptul că în ceea ce priveşte mobilizarea forţelor şi momentelor în cuie, deplasarea verticală δv este în legătură cu efortul tensional în cuie în timp ce deplasarea orizontală δh are o tendinţă importantă de a mobiliza momente încovoietoare într-un mod similar cu situaţia unui pilot solicitat la o forţă laterală în capul acestuia. Atunci când se face un calcul pentru a se urmări dacă structurile existente, aflate în vecinătatea unui zid de pământ ţintuit proiectat şi construit ca urmare a prezentelor recomandări, pot să reziste la câmpul de deplasări care apare ca urmare a realizării zidului următoarele reguli trebuiesc luate în considerare: Tabelul 1

Pământuri intermediare (roci)

Nisip Argilă

δv=δh H/1000 2H/1000 4H/1000 k 0.8 1.25 1.5

unde k este utilizat la determinarea lungimii de la care deformaţiile sunt stabilizate (nu se mai înregistrează). Toate acestea pornesc de la faptul că fundaţiile zidurilor pot influenţa într-o mare măsură deplasările care apar în partea superioară a zidului. Câmpul de eforturi şi deformaţii care apare în zidul de pământ ţintuit în timpul realizării construcţiei acestuia În timpul construirii zidului (structura de pământ ţintuit) mobilizarea eforturilor în cuie apare numai în timpul fazelor succesive de excavare 3, 4; în acest moment eforturile în cuie se stabilizează ca valoare. Această stare de efort corespunde în principal decompresiei laterale a pământului precum şi apariţiei în mod succesiv a efectului de arc pe măsură ce excavaţia progresează. Aceste fenomene se produc cu atât mai rapid cu cât înălţimea excavaţiei este mai mare. De notat faptul că distribuţia stării de eforturi în lungul cuielor se modifică pe măsură ce zidul de pământ ţintuit este realizat. Raportul T0/Tmax, apropiat de 1 la începutul tensionării cuielor atinge în mod progresiv valori mult mai mici decât cea iniţială, fiind o funcţie de adâncimea la care se găseşte stratul luat în calcul, şi are valori cuprinse între 0.3 şi 0.7 pentru structura de pământ ţintuit CEBTP nr. 1 (Figura 1.31).


Figura 1.31 Dezvoltarea eforturilor în cuie în timpul construcţiei unui perete de pământ ţintuit

(CEBTP Nr. 1, CLOUTERRE, 1986) Deplasările paramentului δh şi δv, având valori mici la începutul realizării construcţiei, cresc mult mai rapid în comparaţie cu creşterea adâncimii excavaţiei. Acest lucru se datorează influenţei pe care o are raportul L/H a cărei valoare scade pe măsură ce zidul este pus în operă (Figura 1.30c). Stabilitatea locală din timpul fazelor de excavare reprezintă unul dintre punctele importante de determinat în timpul realizării unui zid de pământ ţintuit. În numeroase studii s-a examinat acest aspect cu ajutorul experimentelor la scară naturală din cadrul Proiectului CLOUTERRE precum şi prin folosirea modelării numerice. Efectul de arc reprezintă fenomenul major ce apare în cazul stabilităţii locale a unei excavaţii. Acesta necesită puncte de suport în partea superioară de amplasare a cuielor, punct de sprijin care să fie bine realizate, precum şi spre baza excavaţiei. Posibila infiltraţie a apei precum şi fenomenele de fluaj trebuiesc eliminate (a se elimina cauzele care le produc) prin reducerea timpului de realizare a fazelor excavaţie. Se poate spune că există o înălţime (adâncime) critică de excavare care nu trebuie sub nici o formă depăşite. Dacă este depăşită această înălţime critică efectul de arc dispare lucru ce cauzează o cedare globală cu o curgere a pământului pe toată lungimea paramentului. În situaţia în care cuiele sunt flexibile ele rezistă acestui tip de cedare dar punctele de ancorare ale acestora în parament cedează. Înălţimea critică de excavare este în principal o funcţie de natura pământului (terenul de fundare sau de realizare a structurii de pământ ţintuit); aceasta este în general limitată numai la 2m. Atunci când natura pământului conduce la o înălţime critică ce are o valoare redusă stabilitatea locală este asigurată de efectul de arc în direcţie orizontală. Toate observaţiile precum şi datele înregistrate pe parcursul monitorizării unor astfel de structuri au demonstrat că fluajul apare în cazul structurilor de pământ ţintuit numai după ce se realizează construcţia acestuia. Acest lucru se prezintă sub forma unei uşoare creşteri ale valorilor deformaţiilor şi printr-un surplus de efort în cuie, în mod special în cele situate la baza zidului. Starea de eforturi şi deformaţii în paramentul zidului de pământ ţintuit


Studiile şi datele programului de monitorizare ale structurilor de pământ ţintuit realizate în cadrul Proiectului CLOUTERRE nu au permis o investigare amănunţită a stării de eforturi şi deformaţii în paramentul structurii. În general, paramentul este supus la un efort T0 (forţa) care acţionează în cuie spre capetele acestora şi la presiunea pământului po (z) dintre cuie. Se poate spune că această structură se comportă ca planşeul unui etaj. În vederea proiectării paramentului unei structuri de pământ ţintuit este necesar să se stabilească valorile parametrilor T0 şi respectiv p0. Tipuri de cedare în masivele de pământ ţintuit Trebuie făcută distincţia dintre cedarea internă care apare într-un zid de pământ ţintuit şi cedarea externă în care zidul se comportă ca un bloc monolit. Cedarea prin ruperea cuielor (cedarea internă) Cedarea cauzată de ruperea cuielor este tipul de cedare obţinut în marea majoritate a studiilor ce au utilizat modele la scară redusă sau în situaţia experimentelor la scară naturală în care cedarea a fost provocată. Experimentul nr. 1 CEBTP în care zidul de pământ ţintuit a fost forţat să cedeze prin saturarea pământului a arătat faptul că în vecinătatea liniei de cedare şi de-a lungul liniei de efort maxim o zonă de pământ ce cedează se află în contact cu poziţia în care cuiele sunt îndoite. Suprafaţa de cedare care se dezvoltă în pământ este foarte apropiată ca urmare aceasta din urmă poate fi considerată ca o suprafaţă potenţială de rupere (Figura 1.32). Rezistenţa la încovoiere a cuielor previne dezvoltarea (apariţia) unui plan de tăiere similar celui observat în modelele la scară redusă instrumentate cu cuie perfect flexibile.

Figura 1.32 Cedarea prin ruperea cuielor în timpul primului experiment la scară naturală pe un zid

de pământ ţintuit (CEBTP) Utilizând cuie flexibile cedarea este rapidă (bruscă) şi fără avertizare. Rezistenţa la încovoiere a cuielor duce la deformaţii mari înainte de cedare; acest lucru se constituie ca un semnal de alarmă în cazul structurilor de pământ ţintuit.


Acest tip de cedare poate să apară în unul din cazurile ce sunt menţionate în cele ce urmează: 1. o incorectă proiectare şi dimensionare a ariei secţiunii transversale a cuielor; 2. cedarea poate să apară datorită coroziunii materialului din care sunt realizate cuiele. Acest

tip de cedare a fost provocat în cadrul unui zid de pământ armat experimental (Guilloux et Jailloux, 1979). Suprafaţa de cedare observată s-a format rapid şi s-a suprapus exact peste linia de valoare maximă a tensiunii în cuie (efort în cui).

Conceptul şi proiectarea Conceperea structurilor Posibilităţi şi limitări ale tehnicilor de realizare ale lucrărilor de pământ ţintuit Ţintuirea pământurilor este o tehnică utilizată la construirea lucrărilor de sprijinire pe termen scurt, mediu sau lung. Acest lucru se datorează: - posibilităţilor de adaptare rapidă la condiţiile din teren, acest lucru neimpunând realizarea de

excavaţii preliminare în faţa paramentului; datorită echipamentului folosit (simplitatea acestuia) această tehnică este indicată în locuri în care accesul altor tipuri de utilaje este împiedicat,

- este indicată pentru pământurile heterogene (omogene) indiferent de înălţimea excavaţiei de realizat,

- datorită vitezei rapide de construire şi în special datorită faptului că excavarea se realizează practic simultan cu punerea în operă a fazelor de realizare a zidului de pământ ţintuit.

Principala limitare în ceea ce priveşte utilizarea acestei tehnici este dată de faptul că aceste tipuri de lucrări afectează mediul înconjurător din imediata vecinătate a structurii; o altă limitare este dată de prezenţa unui nivel ridicat al apei subterane fapt ce îngreunează foarte mult procesul de realizare a lucrării de pământ ţintuit. Efectele asupra mediului înconjurător Prezenţa unei structuri de pământ ţintuit (zid de sprijin) poate duce la apariţia de deplasări şi deformaţii ale căror valori pot indica tehnica de ţintuire ca ineficientă, acest lucru fiind posibil mai ales în zonele urbane. Partea superioară a structurii se deplasează atât lateral cât şi vertical mai ale în timpul fazelor de construcţie. Aceste deplasări sunt de ordinul a 1000÷4000 din înălţimea, măsurată pe verticală, a structurii. Totuşi, valorile acestor deplasări depind de un nr. de factori printre care se numără înălţimea zidului, unghiul paramentului făcut cu orizontala, densitatea şi rigiditatea cuielor, calitatea şi natura pământului precum şi condiţiile în care structura este realizată. Aceste deplasări afectează mediul înconjurător iar valorile lor scad odată cu creşterea distanţei faţă de paramentul zidului. În practică trebuie să se asigure că orice structură care se află în vecinătatea unui zid de pământ ţintuit poate să suporte aceste valori ale deplasărilor fără a înregistra avarii importante. Câteva prescripţii de proiectare cum ar fi utilizarea pământului ţintuit împreună cu ancore pretensionate (structură mixtă), sau utilizarea unor grinzi de capăt vor duce la reducerea valorilor acestor deplasări. În primul rând, trebuie verificat dacă orice deplasare laterală (orizontală) sau verticală este compatibilă cu gradul de deformaţie ce poate fi suportat de structură.


De asemenea, este important de menţionat că o deosebită atenţie trebuie acordată studiului zonei de influenţă pe care o manifestă cuiele şi în particular ancorele pretensionate asupra construcţiilor învecinate lucrării. Condiţii speciale ale terenului Deoarece ce ţintuirea pământului este o tehnică recunoscută în termeni tehnici ca fiind aplicabilă la majoritatea tipurilor de pământuri ea este supusă unor anumite condiţionări. Acest lucru se datorează modului în care structura este realizată şi uneori chiar datorită proiectării acesteia. Tehnica ţintuirii pământului nu este în general recomandată în unele cazuri cum ar fi cele enumerate mai jos:

- acolo unde nisipurile nu prezintă coeziune aparentă şi mai ales în situaţia în care stabilitatea pereţilor excavaţiei nu este garantată, lucru ce conduce la limitări ale lungimii şi înălţimii construcţiei; în termeni mai generali, utilizarea tehnicii de ţintuire în cazul pământurilor granulare, fără fracţiune fină, sau a pământurilor uscate (umiditate scăzută), pământuri ce nu prezintă o umiditate aparentă, este adesea dificilă şi chiar dacă este aplicată este necesar a se lua anumite măsuri de precauţie (tratarea pământului prin injectare, faza de excavare cu înălţimi reduse, etc.); avantajele referitoare la costul lucrării se pierd rapid în aceste condiţii,

- în cazul pământurilor foarte plastice, argiloase şi pământurilor sensibile (pământuri cu contracţii şi umflări mare P.U.C.M.); în special acolo unde valoarea coeficientului de frecare dintre pământ şi elementele de ţintuire este foarte mică,

- în cazul argilelor fisurate (pământuri argiloase cu umflări mari) sau a pământurilor sensibile la îngheţ; în aceste situaţii se pot dezvolta eforturi de valori mari în cuie şi în zonele de fixare a acestora în pământul lucrării; este de menţionat faptul că, totuşi, în cazul pământurilor sensibile la îngheţ, ca o măsură de precauţie, pot fi instalate anumite straturi de protecţie in jurul cuielor precum şi în vecinătatea paramentului lucrării, lucru ce va permite evitarea îngheţării terenului lucrării precum şi eliminarea eventualelor consecinţe pe care le-ar induce aceste fenomene,

- în cazul pământurilor cu o agresivitate ridicată faţă de materialele din care cuiele sunt realizate (pământuri cu conţinut mare de săruri, săruri ce afectează proprietăţile şi integritatea materialului folosit la ţintuire, lucru ce conduce la reducerea portanţei şi a rezistenţei lucrării, la periclitarea ansamblului funcţional). Nivelul apei subterane Realizarea unui zid de pământ ţintuit în condiţiile în care permit un nivel ridicat al pânzei freatice nu trebuie planificată deoarece experienţa a arătat faptul că apar probleme atât în procesul de construcţie cât şi în faza de proiectare (calculul de stabilitate a structurii, problemele de fluaj, etc.). Singura excepţie o constituie situaţia în care terenul unde urmează a se realiza structura de sprijin (zid de pământ ţintuit) este mai întâi instrumentat cu un sistem de drenuri care să elimine problemele ce pot apărea în timpul realizării fazelor de excavare precum şi pe durata preconizată de funcţionare a lucrării respective. Ca o consecinţă, o astfel de etapă (realizarea unui drenaj) se pretează din punct de vedere tehnic şi economic doar în cazul pământurilor cu un coeficient mic de permeabilitate. O problemă asemănătoare se întâlneşte în cazul pământurilor ce conţin mici lentile sau pachete de pământ granular saturate. Acest lucru conduce la instabilitatea masivului cu repercursiuni majore asupra structurii atât pe durata realizării acesteia cât şi după intrarea în funcţiune. Alegerea tehnicii de ţintuire a pământului


Cea mai utilizată tehnică de introducere a cuielor în teren este percuţia ( baterea) sau tehnica de vibrare a acestuia precum şi introducerea cuielor în găuri perforate (tehnica forajului orizontal). Din punct de vedere al cantităţii de muncă pe care o implică, ambele tehnici (cele menţionate anterior) prezintă avantaje cât şi dezavantaje.

- baterea (în principal percuţia) este recomandată pentru pământurile moi (plastice) ce nu conţin blocuri (obstacole dure în calea cuielor) şi pentru cuie uşoare a căror lungime medie nu depăşeşte 8 m; pentru motive legate de modul de instalare aceste cuie (de fapt materialul din care sunt constituite) trebuie să aibă o anumită rigiditate; ca urmare cuiele folosite pot fi constituite din bare metalice având o eficienţă mecanică ridicată (probele metalice sau tuburi metalice),

Este de subliniat faptul că utilizarea barelor metalice la ţintuirea masivelor de pământ ridică probleme în ceea ce priveşte protejarea materialului împotriva coroziunii. O atenţie specială trebuie acordată situaţiei în care elementele de ţintuire sunt folosite pe termen lung sau mediu în cazul pământurilor agresive.

- folosind procedeul de forare este posibil să se utilizeze cuie de orice lungime şi practic în orice tip de pământ. De fapt această tehnică este singura care asigură folosirea cuielor de lungime mare şi foarte mare introduse in pământuri în care procedeul de batere sau vibrare nu se poate aplica.

Dacă unul din cele două procedee se cere a fi folosit la realizarea unor structuri de sprijin din pământ ţintuit, criteriile de alegere vor fi pe lângă cel economic acelea legate de alegerea tipului de cui şi de dificultăţile pe care le implică acest lucru (stabilitatea pereţilor forajului), eficienţa cuiului pentru un anumit tip de pământ (rezistenţa materialului şi modul de conlucrare cu terenul) precum şi de înălţimea paşilor de excavare care se cer realizaţi. Ca urmare, pentru pământurile granulare de densitate medie sau mică şi cu o oarecare coeziune aparentă, unde introduse în găuri forate reprezintă cea mai bună soluţie. Dispunerea generală în plan a structurii de pământ ţintuit

Paramentul – elevaţia şi planul general În practică înălţimea maximă a unei structuri de sprijin şi este posibil de realizat prin folosirea tehnicii de ţintuire a pământului este limitată de mediul înconjurător sau de criterii economice. În zonele urbane, pentru motive legate de spaţiul realizării unei astfel de lucrări, structurile sunt în general proiectate cu paramente verticale. În această situaţie o structură cu o durată de viaţă scurtă sau medie este deseori neeconomică chiar dacă, din ce în ce mai frecvent, paramentul lucrării este astfel proiectat încât să se integreze în mediu ca o structură permanentă (durată mare de viaţă). Indiferent de tipul de structură (durată de viaţă scurtă, mediu sau lungă) este recomandat ca la proiectarea paramentului lucrării să se prevadă o anumită pantă a acestuia. Acest lucru influenţează favorabil stabilitatea atât în timpul realizării construcţiei (realizării excavaţiei) cât şi după darea în folosinţă a acestuia. Indiferent de tipul de structură şi în mod particular pentru acele lucrări a căror înălţime este considerabilă terasarea taluzului este în general metoda cea mai bună din punct de vedere tehnic cât şi estetic. Taluzarea în terase succesive uşurează realizarea drenajului precum şi accesul la diferite cote ale lucrării. Acest avantaj se dovedeşte extrem de mare atunci când se impune o monitorizare a lucrării sau atunci când sunt necesare a fi realizate alte lucrări în zona respectivă. Ca o regulă generală,


cuiele sunt dispuse în găuri a căror axă este uşor înclinată faţă de orizontală. În particular zona necesară pentru echipamentul necesar introducerii cuielor trebuie să fie asigurată şi mai ales trebuie diminuat riscul intersectării cuielor între ele sau intersectării zonelor învecinate pe care este situat paramentul în cazul structurilor de pământ ţintuit ce se dezvoltă pe 2 direcţii orizontale. Cu excepţia câtorva cazuri speciale unde soluţii tehnice pot fi aplicate în general. În practică, este posibil să se proiecteze structuri de pământ ţintuit având o suprafaţă curbă sau întreruptă a paramentului. Lungimea , dispoziţia şi unghiul de instalare al cuielor Alegerea lungimii, unghiului de instalare şi a poziţiei cuielor depind de un număr de factori, în particular de înălţimea paramentului şi de unghiul de înclinare al acestuia faţă de orizontală, de tipul de cui utilizat (bătut sau introdus în găuri de foraj), de calitatea materialului utilizat la realizarea cuielor (de care va depinde coeficientul de frecare pământ – cui) şi de orice alţi factori care sunt introduşi de natura zonelor învecinate lucrării. Ca o regulă generală, pentru o structură de pământ ţintuit ce are un parament vertical, valoarea medie a lungimii cuielor utilizate este: - 0.5 ÷ 0.7 H (H = înălţime tot. structură) pentru cuiele introduse prin batere (batere în teren utilizând metoda percuţiei sau vibrării) situaţie în care se recomandă o densitate a cuielor de 1 ÷ 2 buc. pe m2, - 0.8 ÷ 1.2 H (H=înălţimea totală a structurii) pentru cuiele introduse în găuri de foraj unde densitatea acestora este de 1 buc / 2.5 ÷ 6 m2. Este de notat că în timp ce utilizarea cuielor introduse prin batere conduce la obţinerea unor lungimi totale ale acestora care sunt mai mari decât lungimile cuielor introduse prin forare acest lucru conduce la o ramforsare mai slabă a structurii. În orice caz alegerea uneia sau alteia dintre cele două tipuri de tehnici de introducere a cuielor este, în practică condiţionată puternic de alţi factori. Proiectarea cuielor (alegerea) având aceeaşi lungime pe toată înălţimea structurii este o măsură uzuală, adeseori fiind cea mai bună, pentru realizare structurii de pământ ţintuit. Totuşi este posibil de a proiecta cuie cu lungimi diferite soluţie ce se aplică în anumite condiţii ce sunt cerute de mediul de lucru. Astfel introducerea unor cuie de lungime mare în partea superioară a paramentului constituie o procedură valabilă şi bine fundamentată pentru structurile foarte înalte. În felul acesta deplasările orizontale în partea superioară a zidului se reduc. Pe de altă parte o distribuţie inversă a lungimii cuielor (faţă de distribuţia precedentă, adică lungimea cuielor creşte cu adâncimea) nu este recomandată pentru realizarea lucrării. Cuiele sunt aranjate pe înălţimea structurii în coloane. Ele sunt distribuite (întermeni de densitate) astfel încât să se asigure stabilitatea generală a zidului de pământ ţintuit. Cuiele amplasate în partea superioară a paramentului contribuie la reducerea deplasărilor orizontale în această zonă. Cele instalate în partea inferioară lucrează în cazul de cedare al masivului prin alunecare. Acest lucru se datorează orientării lor faţă de suprafaţa posibilă de cedare precum şi lungimii mari de ancorare ce se situează dincolo de planul de cedare (această lungime asigură, prin intermediul legăturii pământ – cui, o rezistenţă a lucrării). Este posibil să se varieze modul de distribuţie al cuielor prin modificarea capacităţii unitare a acestora (lungime, aria secţiunii transversale) sau prin modificarea interspaţiilor verticale Sv sau orizontale Sh dintre cuie.


Alegerea uneia dintre aceste posibilităţi este condiţionată de existenţa altor lucrări aflate în zonă (fundaţii de structuri, piloţi, canale de utilităţi). În faza preliminară de proiectare a structurii se alege o distribuţie uniformă a cuielor. Din motive de instalare axa cuielor este uşor înclinată faţă de orizontală. Totuşi cuiele lucrează mult mai bine în ceea ce priveşte controlul deplasărilor laterale ale structurii atunci când ele sunt orizontale. În principiu este necesar să se studieze influenţa pe care o are unghiul de introducere al cuielor asupra stării de deplasări din masiv. De vreme ce această înclinare poate să depindă de tehnologia avută la dispoziţie precum şi de condiţiile de lucru la care cuiele vor lucra, precum şi de tipul şi calitatea pământului în care acestea vor fi introduse, în practică unghiul de înclinare, este cuprins în domeniul 50 ÷ 150. Din considerente practice, şi mai ales acolo unde este posibil, este de preferat ca elementele de ţintuire (cuiele) să aibă acelaşi unghi de înclinare. O orientare diferită poate fi justificată în anumite cazuri speciale; de exemplu atunci când se ştie că în zonă există anumite obstacole (fundaţii ale construcţiilor existente în zona de lucru, conducte sau cabluri etc.). Prescripţii de realizare a structurilor de pământ ţintuit Măsuri de protecţie faţă de infiltraţiile de apă în structura de pământ ţintuit Este necesar (vital) ca structurile să fie protejate faţă de eventualele infiltraţii de apă, lucru ce ar conduce la o supraîncărcare laterală a paramentului care, în unele situaţii, se fisurează sau se rupe (pierderea stabilităţii generale). Pe de altă parte, prezenţa apei duce la fenomenele de coroziune al materialului cuielor fapt ce afectează considerabil rolul de element de rezistenţă al acestora (cursul apelor agresive). Chiar şi în situaţia în care nu este prezent un nivel al pânzei de apă freatice (apă subterană) este posibil să existe infiltraţii ale apei în teren dinspre suprafaţa acestuia (apă de suprafaţă, meteorică sau eventuale infiltraţii din reţelele de canalizare sau alimentare cu apă din zonă). În vederea protejării structurilor de pământ ţintuit la acţiunea apei subterane trebuie realizat un sistem de drenaj eficient. Pentru a elimina sau limita infiltraţiile de apă ce provin dinspre suprafaţa terenului spre masa acestuia se impune realizarea unui sistem de canalizare de suprafaţă (canale, rigole etc.). Măsurile de drenaj (sistemul de drenaj) pot fi realizate în mai multe moduri (sau diferite moduri). Pot fi folosite drenuri suborizontale de obicei realizate din tuburi perforate instalate în teren în găuri realizate prin procedeul de forare. Această soluţie este recomandată în cazul structurilor de pământ cu o durată de funcţionare medie sau lungă (mare), în mod special acolo unde zona nu este protejată împotriva infiltraţiilor printr-un sistem corespunzător de colectare a apelor meteorice sau în situaţia în care printr-un studiu geotehnic au fost descoperite pungi de apă în masiv. Densitatea minimă a drenurilor trebuie să fie de 1 buc./ 50 m2 de parament (pentru o eficientă colectare a apelor). În toate situaţiile trebuie realizat şi un sistem de drenaj amplasat în spatele paramentului, sistem realizat fie din material granular fie pe bază de geotextile caz în care, în parament, sunt prezente nişe de evacuare a apei colectate din zona adiacentă structurii de pământ ţintuit. Asigurarea împotriva infiltraţiilor de apă dinspre suprafaţa terenului


Asigurarea faţă de posibilele infiltraţii de apă dinspre suprafaţă spre interiorul masivului şi mai ales pe lângă parament trebuie realizată prin instalarea unui sistem de colectare şi dirijare a apei corespunzător. Acest lucru poate fi realizat în mod eficient dacă se asigură o impermeabilizare a suprafeţei terenului din zonă. Atunci când masivul de pământ suportă o cale de comunicaţie, în orice situaţie, trebuie realizat un sistem de colectare şi dirijare a apelor meteorice la o distanţă considerabilă fată de zona construită fără a se permite pierderi din sistem. Atunci când acest lucru este posibil se impune o pantă uşoară (mică) sistemului de colectare a apei astfel încât sistemul de drenaj (subteran) sau de colectare de suprafaţă (canale, rigole) să poată fi instalat la o distanţă corespunzătoare faţă de calea de comunicaţie. Încastrarea paramentului zidului de pământ ţintuit în terenul de fundare Adesea, din motive de stabilitate şi mai ales pentru a elimina situaţiile în care presiunea exercitată de parament depăşeşte capacitatea portantă a pământului de fundare, este necesar ca paramentul să se prelungească sub de cota de excavare (adâncimea acesteia). Acest procedeu se dovedeşte eficient (lucrează foarte bine) la prevenirea fenomenelor de fluaj (cazul pământurilor cu granulaţie fină sau foarte fină). Încastrarea paramentului depinde în principal de proprietăţile terenului de fundare (pământul) şi de geometria feţei structurii (înălţime, pantă). În cazul structurilor de sprijinire cu o durată de funcţionare estimată a fi medie sau mare adâncimea de încastrare nu trebuie să fie mai mică de 0.20 m pentru terenurile stâncoase şi 0.41 m sau H/20 (valoare maximă) în cazul pământurilor. Considerente estetice pentru structurile de pământ ţintuit Estetica (modul de prezentare) reprezintă un aspect important în cazul structurilor de sprijinire ce au o durată de funcţionare mare. Proiectarea arhitecturală va ţine cont de geometria secţiunii transversale a lucrării (care va fi unghiul de înclinare a paramentului, dacă este necesară o taluzare în trepte sau o terasare, etc.) şi modul în care pereţii zidurilor de sprijin vor fi realizaţi. Obligatoriu se va analiza modul de încastrare a cuielor în paramentul zidului de sprijin. O soluţie adesea utilizată de îmbunătăţire a esteticii zidurilor de sprijin realizate din pământ ţintuit este folosirea elementelor prefabricate sau a panourilor arhitecturale care dublează paramentul. Aceste elemente vor fi părţi integrate în structură deci este necesară proiectarea şi calculul modului de distribuire a încărcărilor între cele două strate (paramentul în care sunt încastrate cuiele şi dublura de panouri sau elemente prefabricate).

curs tintuire 02

Documents