FIFIZICA ZICA ŞŞI I MECANICA MECANICA

PĂMÂNTURILORPĂMÂNTURILOR

Cuvânt înainte

De un “cuvânt înainte” beneficiază adesea volumele de debut ale unor poeţi, prozatorisau dramaturgi tineri, doritori a avea girul cuiva care să facă parte dintr-o generaţie mai vârstnică.

Volumul de faţă nu aparţine literaturii beletristice. Autorii lui au depăşit de multmomentul debutului. Poziţia şi prestigiul pe care l-au dobândit în lumea academică fac de prisos orice recomandare.

Înainte de a aşterne aceste rânduri, am răscolit biblioteca lucrărilor de specialitate, însperanţa că, doar-doar, voi găsi un “cuvânt înainte”, dar n-am găsit.

Este drept că nici lucrări de factura şi anvergura aceleia pe care ne-o oferă colegii de la Iaşi, prof. univ. dr. ing. Anghel Stanciu şi conf. univ. dr. ing. Irina Lungu, nu am întâlnit.Un “cuvânt înainte” s-ar justifica, aşadar, oricum, prin caracterul de excepţie al lucrării.

Urmărind capitolele tradiţionale ale unui curs de Geotehnică, de la modul de formarea pământurilor la calculul terenului de fundare, autorii au transformat cele 10 capitole înadevărate monografii, fiecare dintre acestea putând reclama, prin conţinut şi volum, statutul unei lucrări de sine-stătătoare.

De regulă, la asemenea întreprinderi se încumetă colective largi. Cu atât mai mare estemeritul celor doi autori care, iată, au îndrăznit şi au reuşit să ducă la bun sfârşit un proiectatât de ambiţios.

Este o lucrare – unicat pentru literatura de specialitate din ţara noastră, un frumosdar pe care Şcoala de la Iaşi îl face comunităţii geotehnice din România.

Prof. univ. dr. ing. Iacint MANOLIU Preşedintele Societăţii Române de Geotehnică şi Fundaţii

Bucureşti, 2 august 2006

1Elemente privind

modul de formare a rocilor

1.1. Aspecte generale 1

1.2. Rocile magmatice 4

1.3. Rocile sedimentare 6

1.3.1. Rocile detritice sau clastice 7

1.3.1.1. Roci reziduale (solul) 11

1.3.2. Rocile sedimentare de precipitaţie 14

1.3.3. Roci sedimentare biogene sau organogene 15

1.4. Rocile metamorfice 15

2Alcătuirea şi caracterizarea

pământurilor

2.1.Consideraţii generale 192.1.1. Elemente de stratigrafie 20

2.1.1.1. Anomalii stratigrafice 242.2. Alcătuirea pământurilor 262.2.1. Structura şi textura pământurilor 27A. Structura pământurilor 27B. Textura pământurilor 36 2.2.1.1. Factori ce determină structura pământurilor 39 2.2.1.1.1. Mărimea şi forma particulelor pământului 39 2.2.1.1.1.1. Clasificarea pământurilor 46 2.2.1.1.1.2. Pământuri cu comportament special 66

a)Pământurile marnoase 66b)Pământurile macroporice 67c)Pământurile sensibile la umezire (P.S.U.) 69d)Pământurile susceptibile la lichefiere 72e) Pământurile cu umflări şi contracţii mari 81f)Pământurile gelive 82g)Pământuri cu conţinut de materii organice 84h)Pământuri eluviale 87i)Pământuri sărăturate 90j)Pământuri de umplutură 91k)Amestecurile de pământ 92

2.2.1.1.2. Indicii de structură ai pământurilor 952.2.1.1.3. Compoziţia chimico-mineralogică a particulelor solide 105

2.2.1.1.4. Alcătuirea şi proprietăţile fazei lichide şi gazoase 119a)Faza lichidă 119b)Faza gazoasă 124

2.2.1.1.5. Interacţiunea dintre faza solidă, lichidă şi gazoasă 124a) Dimensiunea şi forma particulelor 132b) Compoziţia mineralogică 135c) Condiţiile de mediu 135d) Natura cationilor 138

2.2.1.2. Proprietăţile pământului în raport cu apa 144 2.2.1.2.1. Tensiunea superficială şi ascensiunea capilară a apei în pământ 145

a. Tensiunea superficială 145b. Înălţimea capilară 150c. Presiunea capilară 154

2.2.1.2.2. Sucţiunea apei din porii pământului 162a. Definirea sucţiunii şi a potenţialului de umiditate 162b. Relaţia dintre sucţiune şi presiunea apei din pori 170

2.2.1.2.3. Plasticitatea şi consistenţa pământurilor argiloase 1732.2.1.2.4. Variaţiile de volum ale pământurilor 190

2.2.1.2.4.1. Consideraţii generale 1902.2.1.2.4.2. Ipoteze privind contracţia şi umflarea pământurilor 192

a) Ipoteza presiunii capilare 192b) Ipoteza atracţiei electromoleculare 194

2.2.1.2.4.3. Factorii de care depind variaţiile de volum ale P.U.C.M. 197a) Factorul climatic 197b) Condiţiile hidrogeologice 198c) Vegetaţia 199d) Variaţia umidităţii terenului, în perioada de execuţie şi în timpul

exploatării construcţiei 2002.2.1.2.4.4. Caracterizarea P.U.C.M. 2012.2.1.2.4.5. Estimarea distribuţiei de echilibru a umidităţii sub construcţii 210

a) Cazul apei subterane la mică adâncime (< 6,00 m) 210b) Cazul când nu există apă subterană la mică adâncime 214

2.2.1.2.5. Sensibilitatea la îngheţ a pământurilor 218

3Noţiuni de hidrogeologie şi

elemente de hidraulică subterană

3.1. Noţiuni de hidrogeologie 2293.1.1. Studiul apei subterane 2393.2. Elemente de hidraulică subterană 2423.2.1. Definirea noţiunilor generale ale hidraulicii subterane 244

3.2.1.1. Ecuaţia de continuitate 246 3.2.1.2. Legea lui Darcy 251

3.2.1.2.1. Factorii de care depinde coeficientul de permeabilitate 2583.2.1.2.2. Domeniul de valabilitate a legii lui Darcy 267

3.2.1.3. Ecuaţia lui Laplace. Spectrul hidrodinamic 272 3.2.1.3.1. Cazul pământurilor anizotrope 276

3.2.1.3.2. Utilizarea analogiei electrice pentru determinarea spectrului hidrodinamic 2783.2.2. Utilizarea spectrului hidrodinamic pentru calculul parametrilor curgerii 2813.2.3. Determinarea experimentală a coeficientului de permeabilitate 284

a) Determinarea permeabilităţii în laborator 284· Metoda permeametrului cu gradient constant cu sau fără sucţiune 284· Metoda permeametrului cu gradient variabil 287· Încercarea de compresiune – consolidare, în edometru

(STAS 8942/1-89) 288b) Determinarea permeabilităţii prin încercări in situ 289

3.2.4. Acţiunea hidrodinamică a apei. Gradient hidraulic critic 293 3.2.4.1. Antrenarea hidrodinamică şi dimensionarea filtrelor inverse 299

4Compresibilitatea pământurilor

4.1. Consideraţii generale 3154.1.1. Ecuaţiile de bază ale mecanicii pământurilor 318

4.1.1.1. Ecuaţiile constitutive ale materialelor 3264.2. Studiul compresibilităţii pământurilor 3314.2.1. Aspecte specifice ale compresibilităţii pământurilor 3324.2.2. Studiul compresibilităţii pământurilor prin încercări de laborator 338

4.2.2.1. Încercarea edometrică 3394.2.2.1.1. Parametrii curbei de compresiune – porozitate 3424.2.2.1.2. Determinarea presiunii de preconsolidare şi corectarea curbei de

compresiune – porozitate 3614.2.2.2. Încercarea monoaxială 3704.2.2.3. Încercarea triaxială 376

4.2.3. Coeficientul presiunii laterale 3814.2.4. Exprimarea modulului de deformaţie liniară în funcţie de starea spaţială de tensiuni 3864.2.5. Studiul compresibilităţii pământurilor prin încercări in situ 392 4.2.5.1. Determinarea parametrilor compresibilităţii pământurilor prin încercări pe teren cu placa

3934.2.5.2. Determinarea coeficientului de pat 4024.2.5.3. Încercarea presiometrică (PMT) 4104.2.5.4. Încercarea penetrometrică 418

4.2.5.5. Determinarea compresibilităţii pământurilor prin metode geofizice (seismice) 4314.2.6. Compresibilitatea pământurilor sensibile la umezire 4344.2.7. Compresibilitatea pământurilor în regim dinamic (seismic) 440

5Starea de tensiune din

masivele de pământ

5.1. Consideraţii generale 4665.2. Starea de tensiune în semispaţiu 470

a.Forţă concentrată acţionând la suprafaţa semispaţiului 470b.Semispaţiul acţionat de mai multe forţe concentrate 477c.Semispaţiu acţionat de o forţă orizontală pe planul de separaţie 477d.Forţă concentrată acţionând normal pe sau paralel cu planul de separaţie,

la o adâncime h faţă de acesta 478e.Semispaţiu acţionat de forţe distribuite pe planul de separaţie 480

5.2.1. Metoda punctelor de colţ pentru determinarea tensiunii verticale 4905.2.2. Determinarea tensiunii verticale din acţiuni uniform distribuite după

suprafeţe de formă oarecare 4935.3. Starea de tensiune în semiplan 497

a.Semiplan încărcat cu o forţă concentrată 498b.Semiplan solicitat de o forţă tangenţială pe contur 503c.Semiplan solicitat de o forţă concentrată de direcţie oarecare pe contur 504d.Semiplan acţionat de un moment concentrat 505e.Semiplan acţionat de o forţă concentrată normală pe planul de separaţie

sau orizontală plasată la adâncimea (d) 506f.Semiplan acţionat de o forţă verticală parţial distribuită 508g.Semiplan acţionat de o sarcină triunghiulară verticală 515h.Semiplan acţionat de o sarcină orizontală parţial distribuită 518i.Semiplan acţionat de o sarcină orizontală triunghiulară 521j.Semiplan acţionat de o sarcină verticală trapezoidală limitată 525k.Semiplan acţionat de alte tipuri de acţiuni 526

5.3.1. Calculul şi distribuţia tensiunilor din terasamente, diguri, baraje 5315.4. Soluţii aproximative pentru calculul tensiunii verticale 5365.5. Influenţa anizotropiei şi neomogenităţii asupra distribuţiei tensiunilor 5375.5.1. Starea de tensiune în sistemul stratificat 5405.6. Starea de tensiune de origine gravitaţională 5505.6.1. Definirea stării primare de tensiune, de natură gravitaţională 5515.7. Particularităţi ale stării de tensiune din masivele de pământ 5565.7.1. Parametrii presiunii fluidului din pori 562

6Tasarea construcţiilor

6.1. Consideraţii generale 5696.2. Estimarea tasării imediate (instantanee) 5796.2.1. Estimarea tasării instantanee a pământurilor necoezive 5806.2.2. Estimarea tasării imediate (elastice) sau a tasării totale, în cazul pământurilor coezive, pe

baza extrapolării rezultatelor teoriei elasticităţii 593 6.2.2.1. Calculul tasării masivelor omogene şi izotrope 594 6.2.2.2. Estimarea tasării imediate sub acţiunea unei sarcini excentrice 610 6.2.2.3. Estimarea deplasărilor orizontale instantanee şi a rotirilor fundaţiilor de fomă

oarecare 6186.2.3. Aplicabilitatea relaţiilor de calcul a tasării instantanee stabilite pe baza teoriei elasticităţii

6206.2.4. Calculul tasării totale sau imediate în cazul pământurilor coezive stratificate 627

6.2.4.1. Metoda Egorov 6276.2.4.2. Metoda însumării tasării straturilor elementare (utilizarea rezultatelor încercării triaxiale)

6396.3. Estimarea tasării din consolidarea primară 6446.3.1. Evoluţia în timp a tasării din consolidarea primară la terenurile de fundare omogene 654 6.3.1.1. Teoria liniară a consolidării monodimensionale 656 6.3.1.2. Consolidarea pământurilor sub încărcare variabilă 669 6.3.1.3. Teoria neliniară a consolidării monodimensionale 6736.3.1.4. Tipuri de distribuţii ale presiunii de consolidare 677

6.3.2. Evoluţia în timp a tasării din consolidarea primară la terenurile stratificate 6806.3.3. Studiul consolidării cu luarea în considerare şi a efectului legăturilor structurale 6896.3.4. Determinarea coeficientului de consolidare pe baza încercării edometrice 6926.3.5. Problema plană şi spaţială a teoriei consolidării 7016.3.6. Estimarea deformaţiilor pământurilor prin umflare 716

6.4. Estimarea tasării totale 7226.4.1. Metoda însumării tasării straturilor elementare 7236.4.2. Metoda stratului echivalent 7316.4.3. Calculul simplificat al tasării straturilor omogene compresibile de grosime finită 7366.5. Estimarea tasărilor fundaţiilor rezemate pe pământuri necoezive la

acţiuni seismice 7406.6. Calculul tasării din consolidarea secundară 7496.7. Deformaţiile pământurilor sensibile la umezire (P.S.U.) 7536.8. Deformaţiile pământurilor cu umflări şi contracţii mari 7706.9. Estimarea tasărilor terenurilor de fundare constituite din pământuri

sărăturate sau umpluturi 7816.10. Tasări admisibile sau tolerabile 785

7Rezistenţa la forfecare

a pământurilor

7.1. Consideraţii generale, noţiuni şi definiţii 7997.2. Criteriul de cedare plastică Mohr-Coulomb 8117.2.1. Criteriul de cedare Mohr-Coulomb în formulare analitică 818

7.2.1.1. Criteriul de plasticitate Mohr-Coulomb exprimat prin unghiul de deviere maxim 8227.3. Determinarea în laborator a rezistenţei la forfecare a pământurilor 8267.3.1. Încercarea de forfecare (tăiere) 826

7.3.1.1. Încercarea de forfecare directă 8277.3.1.1.1. Rezistenţa la forfecare a pământurilor necoezive 8307.3.1.1.2. Rezistenţa la forfecare a pământurilor coezive 836

7.3.1.1.2.1. Factori de care depinde rezistenţa la forfecare a pământurilor argiloase(parametrii Hvorslev) 846

7.3.2. Încercarea de forfecare simplă 8637.3.3. Încercarea de forfecare prin torsiune 8667.3.4. Determinarea rezistenţei la forfecare prin compresiune 867

7.3.4.1. Determinarea rezistenţei la forfecare prin încercarea triaxială (axial simetrică) 8687.3.4.1.1. Drumul de efort 886

7.3.4.1.1.1. Criteriul de cedare plastică Mohr-Coulomb în reprezentările (s;t); (p;q) 9017.3.4.1.2. Criteriul de cedare Cam-Clay (C.S.M.) 906

7.3.4.2. Determinarea rezistenţei la forfecare prin alte tipuri de încercări triaxiale 920 7.3.4.2.2. Sinteză a criteriilor de cedare plastică cu aplicabilitate la pământuri 923

7.3.4.3. Încercarea monoaxială 9247.3.4.4. Determinarea rezistenţei la forfecare prin încercări pe teren 9347.3.4.5. Influenţa anizotropiei şi a vitezei de încărcare asupra rezistenţei la forfecare 944

7.4. Parametrii rezistenţei la forfecare în regim dinamic 9467.5. Selectarea parametrilor rezistenţei la forfecare 953

8Stabilitatea taluzurilor

şi versanţilor

8.1. Consideraţii generale 9608.1.1. Definirea şi clasificarea principalelor tipuri de alunecări 9648.1.2. Cauze şi acţiuni care determină alunecările de teren 9788.2. Estimarea stabilităţii taluzurilor şi versanţilor 9958.2.1. Consideraţii generale 995 8.2.1.1. Modalităţi de definire a coeficientului de siguranţă al taluzurilor 10058.2.2. Metode de estimare a stabilităţii taluzurilor şi versanţilor 1023 8.2.2.1. Metode care consideră echilibrul limită 1024

8.2.2.1.1. Metoda taluzurilor infinite 10288.2.2.1.2. Metoda Culmann 1040

8.2.2.1.3. Ruperea progresivă a versanţilor plani 10448.2.2.1.4. Metoda blocurilor 10558.2.2.1.5. Metoda Fellenius 10668.2.2.1.6. Metoda Bishop 10778.2.2.1.7. Metoda Nonveiller 10898.2.2.1.8. Metoda Janbu 10998.2.2.1.9. Metoda cercului de fricţiune (Taylor) 1117

8.2.3. Estimarea stabilităţii taluzurilor ţinând seama de anizotropia şi neomogenitateapământului 1134

8.2.4. Analiza probabilistică a stabilităţii taluzurilor 11408.2.5. Particularităţi privind analiza stabilităţii taluzurilor amplasate pe terenuri compresibile 11458.2.6. Particularităţi privind analiza stabilităţii taluzurilor supuse acţiunii apei de infiltraţie

şi acţiunii seismice 11628.2.6.1. Efectul apei de infiltraţie asupra stabilităţii taluzurilor 11628.2.6.2. Efectul acţiunii seismice asupra stabilităţii taluzurilor 1175

8.3. Analiza stabilităţii taluzurilor şi versanţilor în baza ecuaţiilor de echilibru limită 11828.3.1. Taluzuri de egală stabilitate 11838.3.2. Precizări privind starea iniţială de tensiune din masivele de pământ 11938.3.3. Metoda tensiunilor conjugate 11988.3.4. Unele aspecte privind utilizarea M.E.F. în analiza stabilităţii taluzurilor şi versanţilor 12048.4. Considerarea efectului spaţial al alunecărilor 12118.5. Principii de prevenire, combatere şi stabilizare ale alunecărilo de teren 1215

9Împingerea activă şi pasivă

a pământurilor

9.1. Consideraţii generale 12269.1.1. Împingerea pământurilor în stare de repaos 12309.1.2. Împingerea pământului în condiţii speciale 12349.2. Teoria Coulomb 12449.2.1. Împingerea activă – soluţie analitică 12449.2.2. Rezistenţa pasivă – soluţie analitică 12549.2.3. Împingerea pământurilor – soluţii grafice 1258

9.2.3.1. Metoda Poncelet 12589.2.3.2. Metoda Culmann 1261

9.2.4. Efectul suprasarcinii asupra împingerii pământului 12659.2.5. Efectul acţiunii seismice asupra împingerii pământurilor 12679.2.6. Distribuţia împingerilor active 12729.2.7. Calculul împingerii active şi pasive a pământurilor coezive în cadrul

ipotezelor Coulomb 12829.2.8. Teoria generalizată Coulomb-Stanciu 1288

9.2.8.1. Procedeul grafic generalizat Culmann-Stanciu 12979.3. Calculul împingerii pământului în baza analizei în tensiuni totale 13239.4. Teoria RANKINE 13279.4.1. Cazul terenului cu suprafaţă înclinată 13349.5. Calculul rezistenţei pasive a pământurilor prin metode grafo-analitice 13389.5.1. Metoda spiralei logaritmice 13399.5.2. Metoda cercului de fricţiune 13459.6. Calculul împingerii active şi pasive a pământurilor utilizând teoria plasticităţii 13499.7. Precizări privind utilizarea rezultatelor metodelor de calcul a împingerii

pământurilor în proiectare 1353

10Calculul terenului de fundare

10.1. Consideraţii generale 136110.2. Calculul terenului de fundare pe baza presiunilor convenţionale 137510.3. Calculul terenului de fundare la starea limită de deformaţie 139110.3.1. Teoria Puzîrevski - Ghersevanov - Fröhlich 139410.3.2. Teoria Puzîrevski - Ghersevanov - Fröhlich - Stanciu 140310.4. Calculul terenului de fundare la starea limită de capacitate portantă 141210.4.1. Calculul capacităţii portante şi a presiunii critice a terenului de fundare 1423 10.4.1.1. Metode bazate pe teoria plasticităţii (Sokolovski) 1428 10.4.1.2. Calculul presiunii critice de refulare laterală pentru suprafeţe plane de cedare 1440 10.4.1.3. Calculul presiunii critice de refulare laterală pentru suprafeţe compuse de cedare 1442

10.4.1.3.1. Metoda Prandtl 144510.4.1.3.2. Metoda Terzaghi 145210.4.1.3.3. Metoda Berezanţev 145910.4.1.3.4. Metoda Meyerhof 146210.4.1.3.5. Metoda B. Hansen (Vesić Al.) 1466

10.4.1.4. Particularităţi specifice calculului terenului de fundare pentru construcţii hidrotehnice 1471

10.4.1.4.1. Calculul capacităţii portante pentru construcţii hidrotehnice 1488 10.4.1.5 Calculul capacităţii portante pentru fundaţii aflate în condiţii speciale 1503

10.4.1.5.1 Fundaţie cu talpa înclinată acţionată de o forţă normală şi centrică 150310.4.1.5.2. Fundaţii plasate pe taluz 1506

10.4.1.5.3. Capacitatea portantă pentru terenuri de fundare stratificate 151310.4.2. Efectul apei subterane asupra capacităţii portante 151810.4.3. Efectul acţiunii seismice asupra capacităţii portante 152110.4.4. Estimarea capacităţii portante în baza încercării de tip SPT sau CPT. 152910.4.5. Calculul capacităţii portante a terenului de fundare după normele româneşti 153310.4.6. Relaţia generală de calcul a presiunii critice recomandată 154210.5. Calculul capacităţii portante a terenului de fundare la smulgere 156110.5.1. Precizări privind utilizarea practică a relaţiilor de calcul a capacităţii

portante la smulgere 1584