ÎNDRUMATOR TEHNIC PENTRU STUDIUL PROPRIETATILOR PAMÂNTURILOR NECOEZIVE LICHEFIABILE

Indicativ P 125-84

1. DEFINITII

1.1. Prin lichefiere se întelege scaderea brusca a rezistentei la forfecare a unui pamânt necoeziv saturat, care produce o transformare temporara a materialului respectiv într-o masa fluida. Este provocata de o prabusire a structurii datorita socului sau altui tip de solicitare si este însotita de o crestere brusca, dar temporara, a presiunii apei din pori.

1.2. Se disting doua tipuri de fenomene diferite:

1.2.1. Lichefierea propriu-zisa este fenomenul prin care un pamânt necoeziv saturat afânat îsi pierde o mare parte din rezistenta la forfecare si poate curge ca un lichid, datorita unei solicitari monoton crescatoare sau ciclice.

1.2.2. Lichefierea ciclica este fenomenul de cedare progresiva a unui nisip saturat, afânat, cu îndesare medie sau îndesat, supus unei solicitari cu variatie ciclica în conditii de volum constant. Deformatia finala rezulta din cumularea deformatiilor produse în timpul fiecarui ciclu de încarcare; în cazul nisipurilor afânate deformatia poate fi nelimitata, fenomenul devenind similar lichefierii propriu-zise.

1.3. Linia starii stationare (fig. 1) reprezinta locul geometric al punctelor corespunzatoare starilor în care

pamântul poate curge pastrându-si nemodificat indicele porilor, sub efort unitar principal minim ( '3) constant si sub efort de forfecare (t) constant. Punctelor de pe curba le corespund stari ale pamântului necoeziv pentru care variatia de volum este nula când se produce cedarea prin forfecare în conditii drenate.

1.3.1. Lichefierea propriu-zisa este rezultatul cedarii în conditii nedrenate a unui nisip saturat contractiv, reprezentat în diagrama de stare (fig. 1), printr-un punct situat deasupra liniei starii de stationare. De exemplu, pornindu-se din starea C se ajunge în starea A careia îi corespunde o curgere în regim

permanent, sub volum constant si '3 constant ( '3f). în timpul curgerii în conditii nedrenate, starea pamântului ramâne cea corespunzatoare punctului A din diagrama de stare.

1.3.2. Starea de nisip miscator (borchis sau chisai) corespunde punctelor de pe ordonata (unde efortul unitar efectiv este zero) situate deasupra punctului Q. În aceasta stare nisipul are rezistenta zero si nu este nici contractiv nici dilatativ; granulele din care este format nu sunt permanent în contract.

1.3.3. Lichefierea ciclica este exemplificata în fig. 1 cu ajutorul punctului D. Pornind de la starea corespunzatoare acestui punct si aplicând pamântului necoeziv saturat dilatativ o încarcare cu crestere monotona (“statica”) în conditii nedrenate, punctul din diagrama de stare se poate deplasa putin spre stânga, dar apoi, pe masura cresterii încarcarii, se va misca orizontal spre linia starii stationare. Aplicând aceluiasi pamânt o încarcare ciclica punctul se va deplasa spre stânga putând ajunge în B periodic; deformatiile produse în momentele când efortul unitar efectiv devine zero se cumuleaza; se considera ca s-a produs lichefierea ciclica când deformatiile specifice au atins 10% (± 5%).

[top]

2. FACTORII CARE CONDITIONEAZA LICHEFIEREA PROPRIU-ZISA

2.1. Sensibilitatea la lichefiere este mai mare la nisipurile fine uniforme decât la alte pamânturi necoezive. Pot fi lichefiate însa si nisipurile medii si grosiere, neuniforme. În tabelul 1 se definesc domeniile în care curba granulometrica a pamântului necoeziv trebuie sa se afle în întregime pentru ca materialul sa fie susceptibil la lichefiere (atât propriu-zisa cât si ciclica).

Tabelul 1

CRITERIUL GRANULOMETRIC DE APRECIERE A LICHEFIABILITATII

Diametrul caracteristic sau fractiunea granulometrica

Pamânturi lichefiabile Pamânturi usor lichefiabile

Diametrul mijlociu, d50 (mm)

0,025…2 0,075..0,5

Diametrul eficace, d10 (mm)

> 0,005 > 0,025

Fractiunea argila, d < 0,005 mm (%)

< 10 0

Fractiunea pietris, d = 2…20 mm (%)

< 50 < 10

Pietris mare, d > 10 mm (%)

< 10 0

2.2. Lichefiabilitatea propriu-zisa este posibila în cazul unui pamânt granulometric lichefiabil numai daca starile de îndesare si de eforturi situeaza punctul corespunzator din diagrama de stare deasupra liniei

starii stationare (fig. 1).

2.3. Se defineste potentialul de lichefiere (PL) cu relatia:

(1)

în care:

'3c este efortul unitar principal minim efectiv initial, respectiv cel de consolidare;

'3f – efortul unitar principal minim efectiv în timpul curgerii în regim stationar, respectiv abscisa punctului de pe linia starii stationare corespunzatoare indicelui porilor initial;

( u)f – cresterea de presiune a apei din pori.

Pericolul de lichefiere devine efectiv numai când potentialul de lichefiere este mare, depasind valori de ordinul a 5-10.

Din diagrama de stare (fig. 1) se constata ca pentru un grad de îndesare (indice al porilor) dat pericolul de lichefiere creste odata cu cresterea eforturilor unitare normale efective. (În umpluturi de pamânt cu înaltime mare, cum sunt barajele din materiale locale sau iazurile de decantare, odata cu cresterea

eforturilor datorita greutatii straturilor de deasupra punctului considerat de regula si starea de îndesare; deoarece însa panta curbei compresiune-porozitate este în general mai redusa decât a liniei starii

stationare, susceptibilitatea la lichefiere creste si în aceste conditii odata cu valoarea eforturilor normale initiale).

2.4. Starea de eforturi initiale este importanta si din punct de vedere al eforturilor unitare de forfecare. Cu cât eforturile unitare de forfecare initiale (exprimate de exemplu prin raportul eforturilor unitare principale

dupa consolidare, Kc = '1c/ '3c) sunt mai mari, cu atât mai mult creste probabilitatea de lichefiere a

nisipurilor saturate contractive, fiind necesare cresteri ale efortului unitar deviator ( '1 – '3) mai mici pentru provocarea lichefierii.

[top]

3. DETERMINARI NECESARE PENTRU ESTIMAREA POTENTIALULUI DE LICHEFIERE PROPRIU-ZISA

3.1. Pentru determinarea curbei starii stationare se efectueaza încercari de laborator prin care se

stabileste pozitia unor puncte de pe curba prin perechi de valori e – ' (indice al porilor – efort unitar normal efectiv), pentru care în momentul atingerii rezistentei de vârf variatia volumului în raport cu cel

initial este nula (fig. 2).

3.2. Pentru determinarea punctelor de pe curbura se efectueaza încercari de forfecare drenate, fiind posibile doua procedee:

3.2.1. Determinare indicilor porilor critici corespunzatori unor diverse presiuni de consolidare. Pentru aceasta se efectueaza mai multe încercari de forfecare drenate cu diversi indici ai porilor dupa

consolidare (fig. 3.a).

3.2.2. Efectuarea unor serii de încercari pornind de la un acelasi indice al porilor dupa consolidare dar utilizând diverse presiuni de consolidare. Se obtin presiuni critice, carora le corespund variatii de volum

nule la atingerea rezistentei de vârf (fig. 3.b).

3.3. Prin cele doua procedee se obtine în principiu aceeasi linie a starii stationare (fig. 3.c). în functie de tipul de încercare folosit (de preferinta forfecare simpla, eventual, forfecare cu plan obligat) eforturile

unitare normale efective în raport cu care se va construi curba, vor fi cele verticale aplicate sau presiunea în celula.

3.4. Prin încercari edometrice se determina curba caracteristica compresiune-porozitate (indice al porilor). Starea initiala a epruvetei încercate trebuie sa corespunda starii probabile a pamântului în natura. Daca

nu este posibila folosirea unor probe netulburate, este necesar sa se foloseasca pentru pregatire epruvetei un procedeu studiat (sedimentare în aer sau în apa, compactare etc.).

3.5. Potentialul de lichefiere (PL) se determina cu ajutorul relatiei (1). Întrucât în general eforturile unitare orizontale nu sunt cunoscute (nici în depozitul din natura, nici în încercare edometrica cu care s-a determinat curba compresiune-porozitate) eforturile unitare normale efective de referinta sunt cele

verticale. Efortul unitar '3c (v. fig. 1) este cel vertical probabil la baza depozitului studiat; acestuia îi corespunde pe curba compresiune-porozitate caracteristica a materialului un indice al porilor; aceluiasi

indice al porilor îi corespunde pe curba starii stationare efortul unitar '3f.

3.6. în fig. 4 sunt aratate pentru exemplificare curbe caracteristice ale unui nisip prafos depozitat într-un iaz de decantare. Se constata ca în cazul depozitarii materialului initial în starea de afânare maxima,

potentialul de lichefiere este de ordinul a PL = 6 pentru gradul de îndesare ID = 0,8 si PL = 7 pentru ID = 0,9. În ipoteza asezarii materialului prin compactare, nu este un pericol de lichefiere pâna la eforturi

unitare normale de ordinul a 200 kN/m2; chiar la presiuni mai mari pericolul de lichefiere ramâne foarte

mic, corespunzator de exemplu unui potential de lichefiere PL = 2 la eforturi unitare normale de 1000 kN/m

2 (respectiv înaltimi de depozit de peste 50 m).

[top]

4. CALCULUL STABILITATII CU CONSIDERAREA RISCULUI DE LICHEFIERE PROPRIU-ZISA

4.1. Posibilitatea de lichefiere propriu-zisa trebui avuta în vedere când sunt întrunite urmatoarele conditii:

- lichefierea poate afecta stabilitatea unei constructii de clasa I sau II de importanta;

- stratul lichefiabil este situat la adâncimea de 20 m sau mai mare si se afla în conditii normale în stare de saturare;

- potentialul de lichefiere PL = 10, când curba granulometrica a materialului este situata în întregime în domeniul definit în tabelul 1 pentru “pamânturi lichefiabile”;

- potentialul de lichefiere PL = 5, când curba granulometrica a materialului este situata în întregime în domeniul definit în tabelul 1 pentru “pamânturi usor lichefiabile”;

4.2. Calculul stabilitatii constructiilor cu considerarea posibilitatilor de lichefiere se va efectua prin metodele clasice ale echilibrului limita (stare limita de capacitate portanta, metoda fâsiilor în ipoteza

cedarii dupa o suprafata cilindrica circulara, metoda blocurilor etc.).

4.2.1. În cazul folosirii unor metode bazate pe eforturi unitare efective, influenta lichefierii va fi considerata

prin adaugarea la presiunea apei din pori a cresterii de presiune datorite lichefierii ( u)f = '3c – '3f, definita în relatia (1). Presiunea totala a apei din pori nu va putea depasi valoarea eforturilor unitare

normale totale.

4.2.2. În cazul când presiunea apei din pori nu este considerata în mod explicit în calcul (metode bazate pe eforturi unitare totale sau similare), lichefierea propriu-zisa va fi avuta în vedere în calcul prin

considerarea, în locul unghiului de frecare interioara, , a unui unghi rezidual “ r”, definit prin relatia:

(2)

4.3. Ipoteza producerii lichefierii propriu-zise va fi considerata extraordinara, atât din punct de vedere al coeficientilor de siguranta admisibili asociati, cât si din cel al solicitarilor cu care se considera suprapusa.

[top]

5. FACTORII CARE CONDITIONEAZA LICHEFIEREA CICLICA

5.1. Ca si în cazul lichefierii propriu-zise, lichefierea ciclica este mai probabila la nisipurile fine si medii decât la nisipurile cu pietris sau la nisipurile prafoase. Criteriile cuprinse în tabelul 1 se aplica si în cazul

lichefierii ciclice.

5.2. Lichefierea ciclica este cu atât mai probabila cu cât pamântul nisipos saturat, se afla într-o stare mai afânata. Pentru o apreciere calitativa, se recomanda criteriul din tabelul 2.

Tabelul 2

CRITERIUL STARII DE ÎNDESARE PENTRU APRECIEREA SENSIBILITATII LA LICHEFIERE CICLICA

Gradul de intensitate seismica

Gradul de îndesare, ID, la care pamântul nisipos trebuie considerat susceptibil a se

lichefiav

mai mic decât VII

pamântul nu este lichefiabil indiferent de ID

VII mai mic decât 0,6

VIII mai mic decât 0,7

IX mai mic decât 0,85

mai mare decât IX

pamântul este lichefiabil indiferent de ID

Gradul de intensitate seismica este cel din harta de macrozonare seismica a tarii (STAS 11100/1-77), care poate fi modificat pe baza unui studiu de microzonare seismica. Nu va fi considerata majorarea gradului de intensitate seismica pentru clasa de importanta a constructiei (I sau II), dar în cazul unor

astfel de constructii se recomanda precizarea lui printr-un studiu de microzonare;

Gradul de îndesare ID se obtine prin încercari de laborator efectuat în conformitate cu Anexa A.

5.3. Lichefierea ciclica este cu atât mai putin probabila cu cât starea de eforturi se caracterizeaza prin valori mai mari ale eforturilor unitare normale.

Ca urmare, la adâncimi mai mari decât circa 15 m, depozitele naturale cu suprafata practic orizontala nu se mai considera lichefiabile, indiferent de compozitia granulometrica si starea de îndesare.

Din acelasi motiv, rezistenta la lichefiere “Rl”, pentru un anumit numar de cicluri ale solicitarii se exprima de regula prin parametrul adimensional (numit si efort unitar de forfecare ciclic normalizat):

Rl = max,l '0 (3)

în care: max, l – efortul unitar tangential maxim la care se produce lichefierea într-un numar dat de cicluri de solicitare uniforma;

0 – efortul unitar normal efectiv initial, pentru o stare de eforturi izotropa existenta la începerea solicitarii ciclice.

[top]

6. DETERMINAREA ÎN LABORATOR A REZISTENTEI LA LICHEFIERE

6.1. Pentru determinarea în laborator a rezistentei la lichefiere a pamânturilor nisipoase saturate se pot folosi, în ordinea preferintei, urmatoarele aparate sau instalatii:

- instalatii pentru forfecare simpla (a nu se confunda cu forfecarea directa, pentru care se utilizeaza aparatele de forfecare cu plan obligat):

prin translatie: - cu volum constant;

- cu placi rigide;

- cu membrana armata;

- în celula de presiune;

cu ajutorul meselor vibrante;

prin torsiune cu discuri rigide;

- instalatii triaxiale ciclice (cu solicitare axial simetrica):

prin torsiune, în celula de presiune:

- pe epruvete cilindrice inelare;

- pe epruvete cilindrice pline;

cu ciclarea fortei axiale.

6.2. În Anexa B sunt date detalii pentru realizarea încercarilor în triaxialul care permite ciclarea fortei axiale.

6.3. Pentru aprecierea rezistentei la lichefiere în depozitul din natura, Tmax, l / 'v (unde 'v este sarcina geologica efectiva), rezultatele obtinute în aparatul triaxial ciclic trebuie înmultite cu factorul C1:

(4)

în care K0 este coeficientul de împingere în stare de repaus al depozitului. Pentru depozite normal consolidate (depozite aluviale recente, depuneri prin hidromecanizare necompactate), se poate considera

K0 aproximativ egal cu 0,5.

Rezultatele încercarilor de forfecare simpla, care reproduc mai bine decât compresiunea triaxiala starea de eforturi din natura, nu mai trebuie corectate cu coeficientul C1.

6.4. În cazul depozitelor cunoscute ca fiind supraconsolidate (datorita unui istoric în trecutul geologic sau a unei actiuni de îndesare artificiala), rezultatele încercarilor din laborator se vor înmulti cu factorul C2:

(5)

în care RSC = p'c/ 'v0 este raportul supraconsolidare, p'c fiind presiunea efectiva maxima sub care a fost

consolidat depozitul, iar 'v0 efortul unitar normal vertical efectiv existent în momentul aplicarii solicitarii ciclice.

6.5. Un coeficient C4 < 1,0 tine seama de tulburarea inerenta a probelor “netulburate” (recoltate cu metode obisnuite: monoliti, stuturi cu pereti subtiri) în timpul prelevarii, al transportului probelor, al

pastrarii lor un oarecare timp pâna la încercare si al fasonarii epruvetelor.

6.6. Un coeficient C4 < 1,0 tine seama de îndesarea inerenta a pamântului în timpul operatiunilor de prelevare si de fasonare a epruvetei.

6.7. În lipsa unor studii speciale pentru stabilirea influentei asupra rezultatelor a tulburarii probelor, se va considera:

C3 x C4 = 1,0 (6)

6.8. Erori necontrolabile sunt determinate de orice variatie de volum a diverselor parti ale aparatelor, care se reflecta prin variatii de volum necontrolate ale epruvetei. Astfel de variatii de volum contravin însusi

principiului determinarii rezistentei la lichefiere, care presupune constanta volumului probei (cu exceptia reducerii în foarte mica masura a volumului fazei lichide în urma cresterii presiunii apei din pori).

6.9. Evitarea unor variatii de volum în sistemele de masura a presiunii apei din pori (ansamblul format din traductori, de obicei electrici inductivi, tuburi de legatura, robineti si fitinguri) se va realiza cel putin

asigurând urmatoarele conditii:

- volumul total de lichid în sistemul de masura sa nu depaseasca 3% din volumul porilor probei;

- compresibilitatea traductorilor sa fie maximum 1,6 · 105 cm

3/daN/cm

2;

- sa se foloseasca robineti care prin actionare sa nu determine variatii de volum.

6.10. La toate aparatele în care proba este înconjurata de o membrana de cauciuc, o sursa de variatie a volumului probei este “penetrarea membranei”.

În timpul consolidarii probei, membrana este presata de presiunea din celula în golurile periferice dintre granule ale probei. În timpul solicitarii ciclice în regim nedrenat, presiunea apei din pori în exces indusa de solicitare va presa membrana în sens invers. În contrast cu conditiile din teren, aceasta deformare a

membranei va permite o curgere limitata a apei din pori catre golurile cu volum marit de la periferia probei de nisip, ceea ce corespunde unei drenari partiale a probei si unei scaderi a presiunii apei din pori în exces. Ca urmare, în ceea ce priveste generarea presiunii apei din pori si determinarea lichefiabilitatii

probei, rezultatul încercarii va fi neacoperitor.

Factorii care influenteaza penetrarea membranei sunt: presiunea efectiva din celula (respectiv diferenta dintre presiunile lichidelor pe cele doua fete ale membranei), caracteristicile porilor la periferia epruvetei

(dimensiunile granulelor, forma lor, distributia granulometrica, starea de îndesare), caracteristicile membranei (grosimea, modulul de elasticitate), suprafata probei în contact cu membrana (respectiv

dimensiunile si forma epruvetei).

Orientativ, se poate considera ca efectul penetrarii membranei este neglijabil la pamânturi cu diametrul mijlociu d50 = 0,2 mm, chiar în cazul unor epruvete cu dimensiuni mici (aria transversala de ordinul a 10

cm2). La pamânturi cu d50 = 0,6 mm sunt necesare studii speciale pentru luarea în considerare a efectului

de penetrare a membranei, chiar în cazul unor epruvete cu dimensiuni mai mari.

6.11. Daca nu se dispune de traductori corespunzatori pentru masurarea variatiei presiunii apei din pori se pot utiliza criteriile de apreciere a momentului lichefierii bazate pe masurarea deformatiei specifice

axiale (definite în Anexa B).

La probe îndesate (ID > 0,67) cresterea presiunii apei din pori pâna la egalarea efortului unitar efectiv initial corespunde aproximativ unei deformatii specifice ciclice axiale de 5% (± 2,5%), iar în cazul probelor

afânate (ID < 0,33) unor deformatii specifice ciclice axiale de ordinul a 10% (± 5%).

6.12. În lipsa unor încercari de laborator, rezistenta la lichefiere corespunzatoare unei solicitari de 20 de cicluri uniforme se poate estima orientativ cu formulele:

(7)

pentru 0,04 = d50 = 0,6 mm

(8)

pentru 0,6 = d50 = 1,5 mm

în care:

N – rezistenta la penetrare standard în lov/30 cm,

'v – sarcina geologica efectiva în daN/cm2,

d50 – diametrul mijlociu al granulelor de nisip, în mm.

Relatiile (7) si (8) au fost deduse prin prelucrarea statica a rezultatelor obtinute prin încercari triaxiale ciclice pe probe recoltate din depozite aluviale normal consolidate în domeniul unor sarcini geologice

efective ' = 0,2 – 1,7 daN/cm2, deci vor fi corectate cu ajutorul coeficientilor C1 si C2.

Pentru steril din industria miniera depus hidromecanic în iazuri de decantare s-a obtinut relatia:

(9)

În functie de gradul de îndesare (ID), rezistenta la lichefiere poate fi aproximata cu relatia:

Rr, 20 = 0,42 ID + 0,0035 S (10)

În care S este continutul procentual de particule fine (d < 0,074 mm).

Între ID si N se admite valabilitatea relatiei:

(11)

care este exprimarea analitica aproximativa a graficului din figura C.1 (anexa C).

[top]

7. ÎNCERCARI DE TEREN UTILE PENTRU APRECIEREA POTENTIALULUI DE LICHEFIERE CICLICA A DEPOZITELOR DE PAMÂNT

7.1. Încercarile de teren urmaresc de regula aprecierea starii de îndesare a depozitelor, ca principal factor care conditioneaza sensibilitatea la lichefiere.

Se enumera urmatoarele tipuri de determinari:

- recoltarea unor probe pentru determinarea gradului de îndesare:

- probe netulburate recoltate cu stanta;

- dispozitivul tip Soiltest;

- dispozitivul tip Bishop;

- încercari de penetrare:

- penetrare dinamica standard;

- penetrare dinamica cu con;

- penetrare statica.

7.2. Prelevarea unor probe “netulburate” cu stanta este posibila din santuri sau puturi, de la adâncimi relativ mici si deasupra nivelului apei subterane. Lsa adâncimi mai mari pot apare erori din cauza relaxarii

terenului prin îndepartarea sarcinii geologice sau îndesarii în urma coborârii fortate a nivelului apei freatice.

7.3. Dispozitivul tip Soiltest (ASTM D 2167-66) masoara cu ajutorul unui balon împins de apa volumul unei gropi din care s-a scos o cantitate cunoscuta de pamânt.

7.4. Dispozitivul tip Bishop poate fi actionat în foraje, sub nivelul apei subterane. Greutatea volumica în

stare uscata, d, se determina cu relatia:

(12)

în care: Gs – greutatea materialului extras, uscat în etuva la 105 – 110o C;

A – aria sectiunii transversale a prelevatorului, i – adâncimea pe care prelevatorul a fost fortat sa intre prin presare în pamânt;

V – volumul de nisip pierdut de la baza prelevatorului.

7.5. Încercarea de penetrare dinamica standard este cea mai utilizata metoda indicata pentru aprecierea sensibilitatii la lichefiere a depozitelor de pamânturi necoezive (a se vedea fig. C.2 din anexa C). Metoda recomandata prin STAS 1242/5-81 nu este adecvata folosirii în cazul pamânturilor lichefiabile, astfel ca în

aceste conditii se recomanda utilizarea metodicii expuse în anexa C.

7.6. Penetrarea dinamica cu con va efectua în conformitate cu prevederile “Instructiunilor tehnice pentru cercetarea terenului de fundare prin penetrare dinamica cu con”, indicativ C 176-84.

7.7. Penetrarea statica se va efectua conform STAS 1242/2-76. Criteriul de apreciere a lichefiabilitatii din fig. C.2 (anexa 2) poate fi folosit si în cazul acestei determinari stabilind corelatia între rezistenta la

penetrare statica “qc”, si rezistenta la penetrare dinamica standard “N”.

Se admite în general ca raportul între “qc" (daN/cm2) si “N” (lovituri/30 cm) este 3,5…4 la nisipuri fine si

4,5…5 la nisipuri grosiere.

[top]

8. ALTE CARACTERISTICI DINAMICE ALE PAMÂNTURILOR NISIPOASE NECESARE CALCULELOR DE LICHEFIABILITATE

8.1. Eforturile unitare de forfecare induse de o solicitare de tip seismic se caracterizeaza prin: schimbarea periodica a sensului de variatie, variatia amplitudinii si a frecventei; o relatie efort-deformatie tipica este

prezentata în fig. 5.

8.2. În cazul particular al actiunii unui ciclu de eforturi a carui amplitudine variaza, cu schimbare de sens, simetric fata de zero, relatia efort-deformatie este reprezentata printr-o bucla de hysteresis (fig. 6),

definita de doi parametri:

- modulul dinamic maxim de deformatie transversala (modulul de forfecare dinamic initial sau modulul de rigiditate maxim) “G0", definit ca panta tangentei în origine (Y = 0) la curba efort-deformatie;

- fractiunea de amortizare critica D = AT/4 AB, în care AB este aria buclei de hysteresis si AT aria

triunghiului hasurat în fig. 6.

Se mai definesc:

- modulul dinamic (secant) de deformatie transversala “G”;

- fractiunea maxima de amortizare critica “Dmax”, corespunzatoare G = 0;

- deformatia unitara de referinta r = tmax/G0, tmax fiind efortul unitar de forfecare la cedare (asimptota orizontala a curbei corespunzatoare unei solicitari cu crestere monotona).

Între parametrii dinamici se admit valabilitatea unor relatii de tip hiperbolic:

G/G0 = 1/(1 + I / rI) (13)

D/Dmax = I / rI/(1 + I / I) (14)

D = Dmax (1 – G/G0) (15)

8.3. Parametrii dinamici de rigiditate ai pamânturilor se determina prin încercari de laborator si de teren, conform anexei D.

8.4. În lipsa unor încercari, pentru studii preliminare se pot aprecia parametrii dinamici la nisipuri saturate cu urmatoarele relatii empirice:

G0 = (353 + 13,3 ID) ( 'oct)0,5

, daN/cm2 (16)

în care 'oct = (1 + 2K0) 'v/3 este presiunea efectiva medie exprimata în daN/cm2, iar ID – gradul de

îndesare.

Dmax = 28 – 1,5 lgNc (17)

Nc fiind numarul de cicluri.

[top]

ANEXA A

DETERMINAREA INDICILOR PORILOR MAXIMI SI MINIMI LA PAMÂNTURI

A.1. APLICABILITATE

A.1.1. Metoda este aplicabila la nisipuri curate, cu continut de maximum 5% din fractiunile praf si argila (< 0,05 mm) si fara particule de pietris (> 2 mm).

A.1.2. Experimental, metoda poate fi aplicata si la alte tipuri de pamânturi nisipoase.

A.2. DISPOZITIVE NECESARE

A.2.1. Vasul în care se face determinare se executa din otel, are grosimea peretilor de 8 mm si diametrul interior de 60 mm, asa cum se arata în fig. A.1. Vasul are adâncimea de 40 mm si este prevazut cu un

guler prelungitor de 20 mm.

A.2.2. Nisipul se toarna printr-o pâlnie de carton cu dimensiunile din fig. A.2. (pâlnia se poate executa si din alt material).

A.2.3. Se mai folosesc: un ciocan de lemn, un cutit cu lama dreapta de cca. 20 cm si o balanta cu precizia de 0,1 g.

A.3. DETERMINAREA INDICELUI PORILOR MAXIMI

A.3.1. Circa 500 g nisip se usuca în etuva la 105…110o C.

A.3.2. Se aseaza pâlnia pe fundul vasului fara guler, în centru si se umple cu nisip uscat. Se ridica pâlnia încet, astfel ca înaltimea de cadere a nisipului sa fie nula. Viteza de ridicare va fi constanta si va asigura

curgerea în vas a întregii cantitati de nisip în 20…30 s. se va urmari sa nu fie întreruperi în curgerea nisipului.

A.3.3. Se aseaza lama cutitului pe marginea vasului si se îndeparteaza surplusul de nisip printr-o miscare rapida a cutitului. Se va avea grija sa nu se loveasca vasul.

A.3.4. Se cântareste nisipul din vas. Se obtin:

- greutatea volumica uscata minima:

(A.1)

- indicele porilor maxim:

(A.2)

Cu Gu min s-a notat greutatea nisipului, cu V – volumul vasului si cu s – greutatea specifica a particulelor de nisip.

A.4. DETERMINAREA INDICELUI PORILOR MINIM

A.4.1. Se prelungeste vasul cu gulerul. Nisipul este asezat în vas în 10 straturi. Cantitatea de nisip folosita pentru realizarea fiecarui strat este astfel aleasa încât vasul sa fie umplut cu al 9-lea strat, stratul

al 10-lea realizându-se în guler.

A.4.2. Dupa introducerea în vas a cantitatii de nisip corespunzatoare unui strat, se lovesc peretii vasului de 100 de ori cu un ciocan de lemn. Cu o mâna se roteste permanent vasul asezat pe masa, astfel ca

îndesarea realizata sa fie cât mai uniforma, iar cu cealalta se misca orizontal ciocanul asezat de asemenea pe masa.

A.4.3. Dupa terminarea îndesarii ultimului strat, se îndeparteaza gulerul si nisipul în exces cu ajutorul cutitului.

A.4.4. Se cântareste nisipul din vas. Se obtin:

- greutatea volumica uscata maxima:

(A.3)

- indicele porilor minim:

(A.4)

Cu Gu max s-a notat greutatea nisipului.

A.5. UTILIZAREA REZULTATELOR

A.5.1. Cu ajutorul emax si emin, cunoscând si indicele porilor al probei, e, se determina gradul de îndesare, ID:

(A.5)

A.5.2. Gradul de îndesare poate fi obtinut si din greutatile volumice în stare uscata:

(A.6)

Cu “ d” s-a notat greutatea volumica uscata a probei. Folosirea relatiei (A.6) nu presupune cunoasterea

greutatii specifice a granulelor “ s".

[top]

ANEXA B

EFECTUAREA ÎNCERCARILOR DE COMPRESIUNE TRIAXIALA CICLICA LA NISIPURI

B.1. APARATURA NECESARA

B.1.1. Se poate folosi orice aparat de compresiune triaxiala statica, completat cu un dispozitiv de încarcare ciclica a pistonului vertical. Încarcarea verticala, deplasarea verticala si presiunea apei din pori în epruveta trebuie sa poata fi urmarite cu traductori electrici si înregistrate automat. Încarcarea ciclica

trebuie sa poata fi aplicata astfel ca la fiecare ciclu sa se realizeze o compresiune urmata de o extindere triaxiala, presiunea în celula ramânând constanta. Deci, la fiecare ciclu efortul unitar de forfecare trebuie

sa se schimbe de semn, astfel:

- la compresiune (B.1)

- la extindere (B.2)

unde d este efortul unitar deviatoric ciclic, iar

1 = 3 = 3i – presiunea initiala în celula.

Consolidarea epruvetei sub o presiune izotropa în celula “ 3i” trebuie sa fie posibila în conditiile aplicarii unei contrapresiuni (a unei presiuni initiale în apa din pori, ui, compensata de o parte din presiunea din

celula, 3c = ui + 3i). în figura B.1. este prezentata o schema posibila pentru sistemul de contrapresiune:

- presiunea din celula este asigurata de sistemul B, care poate fi compus dintr-un rezervor cu apa la suprafata careia se aplica o presiune de aer controlata de un robinet si un regulator de presiune;

- de regula, pentru asigurarea unei stari de eforturi izotrope în epruveta este necesara aplicarea unei încarcari statice suplimentare pe piston (controlate de robinetul si regulatorul de presiune A), care sa

compenseze reducerea încarcarii verticale transmise epruvetei în raport cu cea orizontala, ca urmare a prezentei tijei pistonului;

- contrapresiunea în apa din pori este controlata de robinetele C, D, E, F, G, H si I, regulatorul de presiune C si rezervoarele D si E. apa presurizata din rezervorul D patrunde în epruveta pe la baza, în

timp ce la partea superioara aceeasi presiune este aplicata deschizând robinetele F si H, prin intermediul coloanei de apa din tubul calibrat situat în dreptul riglei gradate. Nivelul de apa din tubul calibrat foloseste

la urmarirea volumului de apa iesit din epruveta în timpul consolidarii; contrapresiunea este mentinuta constanta modificând în tot timpul consolidarii pozitia tubului si a riglei gradate solidare cu acesta, asa fel

încât nivelul de apa sa se gaseasca aproximativ la nivelul mijlocului epruvetei;

- închizând robinetele F si H si deschizând E si I, contrapresiunea este aplicata prin intermediul cilindrului E. Plasând acest cilindru mai jos decât cilindrul D, de exemplu cu 70 cm, se stabileste o diferenta de nivel piezometric în epruveta care determina o curgere a apei prin ea; în acest fel se elimina bulele de aer din

proba.

B.2. PREPARAREA PROBELOR

B.2.1. Încercarile triaxiale ciclice pot fi efectuate pe probe netulburate sau pe probe realizate în laborator din material tulburat.

B.2.2. Recoltarea probelor netulburate de nisip este posibila deasupra nivelului apei dar foarte dificila sub nivelul pânzei de apa subterane. Se poate recurge la metoda congelarii, sau în masivul de pamânt înaintea extragerii probei, sau dupa recoltare cu stuturi cu pereti subtiri si drenare partiala, pentru

prezervarea structurii în timpul transportului si al montarii epruvetei în celula triaxialului.

B.2.3. Pentru pregatirea unor probe din material tulburat se va alege o metoda care sa reproduca cât mai fidel modul probabil de formare a depozitului studiat, în natura. Se va urmari realizarea unei stari de îndesare sau egale cu cea din natura, sau de ordinul ID = 0,5 urmând ca rezistenta la lichefiere “Rl”,

pentru pamântul cu gradul de îndesare ID (în natura), sa fie apreciata cu relatia:

(B.3)

în care Rl (în laborator) s-a obtinut prin încercarea probei pregatite artificial la gradul de îndesare arbitrar ID (în laborator).

B.2.4. Pentru pregatirea artificiala a probelor se poate folosi orice fel de metoda care modeleaza cât mai bine conditiile de formare a depozitului. Proba realizata poate avea de la început dimensiunile epruvetei

sau poate fi mai mare, urmând ca epruveta sa fie fasonata ulterior.

B.2.5. depozitele de pamânt susceptibile a se lichefia sunt de regula depozite aluvionare formate recent prin sedimentare. Ca urmare, pentru pregatirea artificiala a probelor este convenabila metoda

sedimentarii, care, în varianta realizarii unei probe având chiar dimensiunile epruvetei, consta în urmatoarele operatiuni:

- se cântareste o cantitate “Gd" de nisip uscat:

(B.4)

în care s este greutatea specifica a granulelor de nisip, e – indicele porilor dorit, de exemplu cel corespunzator gradului de îndesare “ID", respectiv e = emax – ID (emax – emin), V – volumul epruvetei;

- se amesteca aceasta cantitate de nisip cu apa, iar amestecul se fierbe pentru eliminarea aerului dizolvat în apa;

- se umple partial cu apa dezaerata forma care are dimensiunile epruvetei si se toarna amestecul de nisip si apa cu o lingura sau cu un tub flexibil montat la o pâlnie. Nivelul apei din forma se mentine la circa 3

cm deasupra suprafetei nisipului sedimentat. Înaltimea de cadere libera în apa a nisipului va fi permanent de ordinul a 3 cm;

- când s-a ajuns cu sedimentarea la partea de sus a formei se loveste usor forma cu un ciocan de lemn pâna când suprafata depozitului de nisip se taseaza cu 20…30% din înaltime; se completeaza cu nisip

pâna la înaltimea dorita; se loveste usor suprafata cu un mic mai de lemn pentru realizarea unei suprafete plane;

- se aseaza pe suprafata piatra poroasa si apoi pistonul, dupa care se ruleaza pe piston membrana de cauciuc, care fusese montata de la început în interiorul formei; se etanseaza membrana pe piston cu

inelele de cauciuc;

- se aplica un vacuum de circa 7 kPa (0,07 daN/cm2) pentru prevenirea deformarii epruvetei când se

îndeparteaza forma. Pentru aceasta se închide robinetul care permite drenarea pe la baza epruvetei si se coboara cu circa 70 cm fata de nivelul mijlocului epruvetei tubul gradat conectat la partea superioara a

epruvetei.

B.3. EFECTUAREA ÎNCERCARII

B.3.1. Se îndeparteaza forma pentru modelarea epruvetei. Se masoara dimensiunile epruvetei (circumferinta si înaltimea) cu o precizie de cel putin 0,03 mm, în vederea stabilirii volumului si a starii de

îndesare efectiv realizate. Se monteaza celula triaxialului.

B.3.2. Sub o presiune în celula de 20 kPa se revine la presiunea atmosferica în tubulatura de la partea superioara a epruvetei, cu robinetul de la partea inferioara închis. Se aplica apoi presiunea initiala

(contrapresiunea) egala în celula si în apa din pori; se recomanda o presiune initiala de 100…200 kPa pentru asigurarea saturarii probei.

B.3.3. În aceste conditii de presiune se realizeaza o curgere prin proba pentru saturarea cât mai completa. În acest scop se stabileste o diferenta de potential între nivelele de apa din rezervoarele D si E (fig. B.1.) de circa 70 cm si se circula apa dezaerata prin proba închizând robinetele F si H si deschizând

robinetele D, E, G si I.

B.3.4. Se conecteaza tubul gradat în circuitul probei prin închiderea robinetelor E si I si deschiderea robinetelor F si H. Se aplica o presiune suplimentara în celula de 100 kPa, astfel încât sa se asigure în interiorul probei dupa consolidare o stare de eforturi unitare efective uniforma egala cu s'3 = 100 kPa

(aceasta stare de eforturi corespunde aproximativ conditiei din natura a depozitelor lichefiabile, situate de obicei la adâncimi de 5…15 m).

B.3.5. Consolidarea probei se realizeaza prin drenare pe la partea superioara, în conditiile în care diferenta între presiunea din celula si cea impusa în apa din pori prin intermediul cilindrilor B si D este

mentinuta constanta, la valoarea s'3. Pentru aceasta este recomandabil ca nivelul apei în tubul gradat sa

fie mentinut în vecinatatea nivelului mijlociu al epruvetei. Variatia de volum în tubul gradat este folosita pentru corectarea volumului epruvetei utilizat în calculul gradului de îndesare initial (la sfârsitul

consolidarii).

B.3.6. Consolidarea se considera încheiata când nivelul apei în tubul gradat nu se mai modifica. Acest procedeu este însa nesigur, fiind de preferat sa se verifice daca presiunea apei din pori nu mai variaza în cazul închiderii caii de drenare (respectiv a robinetului H). Daca traductorul pentru presiunea apei din pori

sesizeaza o variatie a acesteia, se redeschide calea de drenare, prelungindu-se durata afectata consolidarii.

B.3.7. Dupa terminarea consolidarii se face verificarea realizarii unui grad de saturare satisfacator prin aplicarea presiunii initiale (contrapresiunii) de 1 daN/cm

2. Pentru aceasta se închid robinetele G si H (I

fiind deja închis), se mareste presiunea din celula cu 3, de exemplu 0,5 daN/cm2, si se masoara

cresterea corespunzatoare a presiunii apei din pori “ u”. Se calculeaza coeficientul presiunii apei din pori

B = u/ 3. Daca B = 0,95 gradul de saturare se considera satisfacator; daca B < 0,95 se deschid caile de drenare (respectiv robinetele G, F si H) si se mareste contrapresiunea cu 0,5 daN/cm

2 prin cresterea

presiunii aerului în rezervoarele B si D. Apoi se împiedica din nou drenarea (prin intermediul robinetelor G si H, I fiind deja închis) si se verifica valoarea coeficientului B.

B.3.8. Cu drenarea împiedicata se aplica încarcarea axiala ciclica. Se prefera o variatiei sinusoidala unei triunghiulare sau dreptunghiulare. Pentru un tip de nisip la o anumita stare de îndesare se efectueaza cel putin 3 determinari cu valori diferite ale amplitudinii încarcarii ciclice verticale care determina lichefierea

“ dl”. Se recomanda urmatoarele valori:

dl = 0,3; 0,4 si 0,6 daN/cm2

carora le corespund valorile efortului unitar ciclic normalizat:

dl/2 '3 = 0,15; 0,20 si 0,30.

B.3.9. Încarcarea ciclica se aplica pâna când dublul amplitudinii deformatiei specifice ciclice axiale atinge 10% din înaltimea initiala a epruvetei.

B.3.10. Se înregistreaza cu ajutorul unui oscilograf variatia în timp a încarcarii ciclice axiale, a deformatiei specifice axiale si a presiunii apei din pori.

B.4. PRELUCRAREA REZULTATELOR ÎNCERCARILOR

B.4.1. Este preferabil ca cedarea în încarcarea ciclica sa fie exprimata dupa trei criterii:

- lichefierea initiala, definita ca starea în care presiunea apei din pori în exces (generata de încarcarea ciclica) devine pentru prima oara egala, într-un anumit moment al ciclului, cu efortul unitar efectiv initial

“ '3i";

- deformatia specifica axiala 5% (± 2,5%); aceasta deformatie se atinge de regula la nisipuri curate aproximativ în acelasi moment cu lichefierea initiala;

- deformatia specifica axiala 10% (± 5,0%).

B.4.2. Rezultatele încercarii triaxiale ciclice se reprezinta ca în fig. B.2. Punctele de pe grafic corespund criteriilor de la pct. B.4.1. si reprezinta numarul de cicluri pâna la lichefiere (marcat pe abscisa în scara

logaritmica) pentru efortul unitar ciclic normalizat aplicat în fiecare încercare (marcat pe ordonata în scara normala).

B.4.3. Daca epruvetele încercate la diverse valori ale efortului unitar ciclic normalizat nu au aproximativ acelasi grad de îndesare, desi variatia acestuia este într-un domeniu restrâns, asezarea punctelor pe

grafic se face dupa o corectare a valorilor /2 '3 dupa relatia

(B.5)

B.4.4. Daca gradele de îndesare variaza într-un domeniu suficient de larg, poate fi posibila stabilirea unei corelatii între gradul de îndesare “ID”, si rezistenta la lichefiere corespunzatoare unui anumit numar de

cicluri (de exemplu 20), reprezentata grafic ca în figura B.3.

B.4.5. Gradul de îndesare reprezentativ pentru o încercare trebuie stabilit prin corectarea gradului de îndesare obtinut la pregatirea epruvetei cu variatia de volum masurata în timpul consolidarii ei în triaxial.

Indicele porilor “e” se calculeaza cu relatia:

(B.4)

în care:

s – greutatea specifica a granulelor de nisip;

V – volumul initial al epruvetei minus modificarea de volum în timpul consolidarii;

Gu – greutatea nisipului uscat, determinata sau înaintea pregatirii probei, sau dupa încercare prin colectarea întregii cantitatii de nisip utilizate si cântarirea ei dupa uscare în etuva.

[top]

ANEXA C

EFECTUAREA DETERMINARILOR DE PENETRARE STANDARD ÎN PAMÂNTURILE LICHEFIABILE

C.1. PRESCRIPTII ÎN VIGOARE SI PRINCIPIUL DETERMINARII

C.1.1. Efectuarea penetrarii standard formeaza obiectul STAS 1242/5-81 #Teren de fundare. Cercetarea terenului prin penetrare dinamica în foraj”. Metoda nu se poate utiliza în cazul pamânturilor refulante în

gaura de foraj sau care manifesta fenomene tixotropice (trecere în stare lichida la solicitari dinamice). Ca urmare, metodica prevazuta în STAS 1242/5-81 nu poate fi aplicata la pamânturi lichefiabile.

C.1.2. Societatea Internationala de geotehnica si Fundatii a numit un comitet tehnic pentru redactarea unor instructiuni de efectuare a încercarii de penetrare standard (SPT), cu termen în ianuarie 1985. Un

material preliminar a fost întocmit în octombrie 1983; aceste recomandari internationale provizorii au fost folosite la prezenta redactare. Au fost avute, de asemenea, în vedere standardele în vigoare în S.U.A. si

Japonia, tari în care SPT este principala încercare de tern utilizata pentru determinarea sensibilitatii la lichefiere a terenurilor nisipoase.

C.1.3. Cu ajutorul SPT se determina rezistenta pamântului într-un foraj, prin înfigerea unui tub carotier, obtinându-se astfel si probe tulburate pentru identificare. Rezistenta la penetrare poate fi corelata cu

caracteristici ale pamântului.

C.1.4. Rezistenta la penetrare (N) reprezinta numarul de caderi ale unui berbec cu masa de 63,5 kg, de la o înaltime de 76 cm pe o nicovala montata în capul unui tren de tije, necesar pentru înfigerea pe 30 cm

(dupa patrunderea sub greutate proprie si penetrare de fixare) a unui tub carotier.

C.2. APARATURA UTILIZATA

C.2.1. Tubul carotier se executa din otel tratat si trebuie sa aiba suprafete netede atât exterior cât si interior. Diametrul exterior este de 51 mm ± 1 mm iar cel interior 35 mm ± 1 mm. Lungimea trebuie sa fie de minimum 460 mm la care se adauga 75 mm ± 1 mm ale unui sabot detasabil. Sabotul este filetat la un capat si terminat cu un cutit practicat pe 19-20 mm la celalalt capat. Capatul superior, al tubului carotier

se însurubeaza într-o piesa de legatura cu tijele instalatiei, prevazuta cu o valva si orificii care sa asigure iesirea libera a fluidului din carotier la patrunderea probei si mentinerea acesteia în carotier la extragere.

C.2.2. Tijele care fac legatura între carotierul de la baza forajului si nicovala de la suprafata terenului trebuie sa fie astfel dimensionate încât sa nu flambeze în timpul operatiunilor de penetrare. Se folosesc de regula tijele instalatiei de foraj. Obisnuit tijele au greutatea medie de 3-4 daN/cm; nu se admit tije cu

greutatea mai mare de 10 daN/m.

Nu se vor folosi decât tije drepte; o verificare vizuala periodica este obligatorie. Sageata remanenta a unei tije nu trebuie sa depaseasca 1 : 1000. Tijele vor fi îmbinate prin înfiletare.

C.2.3. Nicovala se îmbina cu tijele prin înfiletare la capatul lor superior. Pe ea cade liber un berbec cu masa de 63,5 kg ± 0,5 kg de la o înaltime de 760 mm. Este necesar ca frecarea între berbec si tija de

ghidare sa fie nesemnificativa în ceea ce priveste energia de batere.

C.3. METODA DE FORARE

C.3.1. Instalatia de forare trebuie sa asigure o gaura de foraj curata, astfel încât penetrarea sa se efectueze într-un teren relativ netulburat.

C.3.2. Se recomanda ca forarea sa se efectueze prin procedeul rotativ, mentinerea peretilor forajului asigurându-se prin tubare sau cu ajutorul noroiului de foraj. În cazul tubarii forajului, diametrul sculei de

sapare nu va depasi 90% din diametrul interior al burlanului de tubare.

C.3.3. Se admite forarea prin spalare, cu conditia ca dispozitivul de forare sa dirijeze jeturile de apa în sus sau lateral, nu si în jos.

C.3.4. Nu se admite folosirea pompei cu clapet sau a altor dispozitive la care pamântul extras din foraj este scos din partea lor inferioara.

C.3.5. Diametrul forajului trebuie sa fie cuprins între 63,5 mm si 100 mm.

C.4. EXECUTAREA ÎNCERCARII

C.4.1. Tubul carotier se coboara în gaura de foraj pâna se reazema pe talpa, cu trenul de tije înfiletate pâna la suprafata si cu berbecul si nicovala montate la extremitatea superioara a trenului de tije.

C.4.2. Se masoara “penetrarea initiala” realizata sub greutatea proprie a ansamblului de tije si piese de la capete. Daca aceasta penetrare depaseste 15 cm, nu mai este necesara penetrarea de fixare; daca

depaseste 45 cm, nu se mai efectueaza penetrarea propriu-zisa, rezultatul încercarii fiind N = 0. Dupa penetrarea initiala, încercarea se realizeaza în doua etape:

- penetrarea de fixare, pe 15 cm; daca cei 15 cm de penetrare nu se realizeaza în 50 de lovituri, penetrarea de fixare se considera terminata;

- penetrarea propriu-zisa, pe 30 cm; numarul de lovituri necesar pentru aceasta penetrare se numeste rezistenta la penetrare standard (N); încercarea se întrerupe la N = 50, notându-se adâncimea de

penetrare corespunzatoare acestui numar de lovituri.

C.4.3. Viteza de aplicare a loviturilor nu trebuie sa fie mai mare de 30 de lovituri/minut.

C.4.4. Presiunea exercitata pe talpa de noroiul din foraj, sau de apa din forajul tubat, trebuie sa fie mai mare decât presiunea hidrostatica a apei în teren la cota talpii forajului. În cazul forajului tubat este necesar deci ca în gaura de foraj sa fie mentinut artificial un nivel de apa superior celui hidrostatic.

C.4.5. În cazul în care exista nesiguranta privind caracterul netulburat al materialului de pe fundul forajului, se vor înregistra separat N15-30 si N30-45, valori corespunzatoare penetrarii propriu-zise partiale pe primii si ultimii 15 cm. Teoretic, în cazul unui masiv omogen pe adâncimea penetrarii de 3 cm, între cele

doua marimi trebuie sa existe relatia:

(C.1)

în care A este un coeficient functie de N si de caracteristicile geometrice ale penetrometrului (variind între 0,69 si 0,68 pentru penetrometrul standard si N = 10…30). O diferenta mare între N15-30 masurat si

valoarea teoretica 0,7 · N30-45 (mai mare de 1-2 lovituri) indica o neuniformitate accentuata a materialelor strabatute si impune studii suplimentare pentru determinarea cauzelor acestei diferente.

C.5. INTERPRETAREA REZULTATELOR

C.5.1. Pentru compensarea efectului presiunilor negative în apa din pori care pot apare la nisipurile cu indicele porilor inferior celui critic (considerat corespunzator N = 15) la nisipurile fine sau prafoase saturate, sub pânza de apa subterana, daca valoarea N' înregistrata depaseste 15, rezistenta la

penetrare standard va fi corectata astfel:

N = 15 + 0,5 (N' – 15) (C.2)

C.5.2. Gradul de îndesare (ID) poate fi apreciat în mod orientativ cu relatia:

(C.3)

în care:

'v este sarcina geologica efectiva exprimata în daN/cm2.

Relatia (C.3) este prezentata grafic în fig. C.1.

C.5.3. Lichefiabilitatea pamânturilor granulometric lichefiabile poate fi apreciata cu ajutorul graficului din fig. C.2.

[top]

ANEXA D

DETERMINAREA PARAMETRILOR DINAMICI AI PAMÂNTURILOR

Proprietatile dinamice ale pamânturilor variaza cu nivelul de deformatie. În functie de nivelul de deformatie pentru care este necesar un anumit parametru dinamic se poate folosi pentru determinarea sa

una din metodele din tabelul de mai jos:

Tabelul D 1

Marimea deformatiei (cm/cm)

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

fenomene Propagarea

undelor.Vibratii.

Crapaturi Tasari

diferentiale

Alunecari Compactari Lichefieri

Parametri dinamici

Modulul de deformatie transversala

Coeficientul Poisson Fractiune de

amortizare critica

Unghiul de frecare interna Coeziunea

Caracteristici mecanice Elastice Elasto-plastice

Rezistenta

Metoda de

laborator

Metoda propagarii

undelor _____________

Metoda coloanei

rezonante _____________

Metoda încarcarilor

ciclice ___________________

Metoda de teren

Metode seismice ___________

Metoda vibratiilor de

teren _____________

Metoda încarcarilor

ciclice

___________________

METODE DE LABORATOR

D.1. Metoda propagarii undelor

Aceasta metoda consta în transmiterea unei unde, generata de un impuls electric, prin proba de pamânt. Impulsul electric trece printr-un cristal piezoelectric amplasat la un capat al probei si apoi prin proba catre alt cristal piezoelectric amplasat la celalalt capat al probei. Se determina viteza de propagare a undei prin înregistrarea timpului de trecere prin proba. În acest mod se determina viteza undelor longitudinale, “VL".

Prin asezarea radiala a cristalelor si transmiterea impulsului electric astfel încât proba sa fie torsionata se poate obtine viteza undelor transversale, "Vs".

Pe baza valorilor vitezelor de propagare a undelor se poate determina atât modulul dinamic longitudinal, “E”, cât si modulul dinamic transversal, “G”, din relatiile:

(D.1)

(D.2)

(D.3)

unde “ ” este coeficientul lui Poisson.

D.2. Metoda coloanei rezonante

În aceasta încercare, o proba cilindrica de pamânt este solicitata la vibratii longitudinale sau torsionale, dupa ce în prealabil a fost consolidata.

În timpul încercarii se modifica frecventa de vibrare (crescând de la 30 Hz) pâna când se obtine prima frecventa fundamentala de rezonanta. Pe baza acesteia, a dimensiunilor probei si caracteristicilor aparatului se poate calcula modulul dinamic transversal, G. De asemenea prin oprirea brusca a generatorului de frecventa si înregistrarea scaderii amplitudinii vibratiei în timp, se poate obtine

decrementul logaritmic al amortizarii (fig. D.1 a); pe baza valorii decrementului logaritmic se determina fractiunea de amortizare critica cu formula:

(D.4)

Prin înregistrarea amplificarii la rezonanta (fig. D.2) se obtine raportul de amortizare (ß) cu formula:

(D.5)

Pentru majoritatea problemelor practice se poate considera ß ˜ D

în figura D.3 se arata schema unui echipament pentru încercarea tip “coloana rezonanta”.

D.3. Metoda încercarilor ciclice

În domeniul marilor deformatii (> 10-4

) pentru foarte multe probleme practice este utilizat modulul echivalent (fig. 6) care reprezinta panta dreptei ce uneste vârfurile buclei de histerezis (modulul secant);

daca bucla reprezinta curba (8, ) se obtine modulul dinamic transversal, “G”, iar pentru curba ( ) se obtine modulul dinamic longitudinal "E".

De asemenea, pe baza buclei de histerezis (fig. 6) se poate determina capacitatea de amortizare

specifica = AB/AT, unde AB este aria buclei si reprezinta energia absorbita (sau pierduta), iar AT este aria triunghiului hasurat si reprezinta energia înmagazinata. Pe baza lui ? se poate determina fractiunea

de amortizare critica cu formula:

(D.5)

În general, orice încercare ciclica la care se poate înregistra relatia efort-deformatie poate fi folosita pentru evaluarea modulilor dinamici si amortizarilor, aparatele cele mai cunoscute pentru aceste încercari

fiind:

- triaxialul ciclic;

- aparatul de forfecare simpla ciclica;

- aparatul de torsiune ciclica;

- masa vibranta.

Încercarile ciclice cu aceste aparate conduc la deformatii cuprinse între 10…101 cm/cm.

D.3.1. Triaxialul ciclic

Triaxialul ciclic este asemanator celui static având în plus un sistem de ciclare a probei, compus în principal dintr-un sistem pneumatic de actionare cu regulatorul de presiune electro-valve si un comutator care asigura prin pulsatii alternante încercare cu dubla actiune a unui piston de încarcare-descarcare a

probei.

Pe timpul încercarii se înregistreaza relatia efort-deformatie, precum si evolutia în timp a presiunii apei din pori. Efortul este transmis prin intermediul unei doze de forte, deformatie cu ajutorul unui traductor liniar

variabil, iar presiunea apei din pori cu un traductor electric de presiune.

Unele triaxiale ciclice pot modela numai fenomenul lichefierii. Prin consolidarea izotropa a probei; altele folosesc la consolidarea anizotropa a probei furnizând date asupra caracteristicilor de deformatie ale

pamânturilor.

Este foarte important ca variatia în timp a solicitarii ciclice sa fie cât mai apropiata de o sinusoida; de asemenea, este necesar ca fiecare ciclu sa se compuna dintr-o compresiune si o extindere triaxiala a

probei de pamânt.

Triaxialele ciclice lucreaza cu frecvente cuprinde între 0,5 si 2,0 Hz, apropiate de cele întâlnite în cazul problemelor legate de cutremure si trafic. Aceste valori ale frecventei sunt destul de mici astfel încât

fortele de inertie care iau nastere, în interiorul probei de pamânt sa fie neglijabile.

D.3.2. Aparatul de forfecare simpla ciclica

Spre deosebire de triaxialul ciclic, aparatul de forfecare simpla ciclica foloseste consolidarea anizotropa a probelor (de tip K0), simulând mai bine eforturile si deformatiile care apar în teren în timpul unui cutremur. Totusi, datorita unor considerente teoretice controversate referitoare la distributia eforturilor în proba, cei

mai multi cercetatori folosesc triaxialul ciclic.

Se cunosc doua tipuri de aparate de forfecare simpla: tip Geonor si tip Cambridge;

La cel de tip Geonor, proba este cilindrica si este montata într-o membrana ranforsata cu sârma de otel; la cel de tip Cambridge proba este montata într-o caseta prismatica având peretii legati prin articulatii.

D.3.3. Aparatul de torsiune ciclica

Aparatul de torsiune ciclica foloseste probe inelare de pamânt. Fata de aparatul de forfecare simpla ciclica prezinta avantajul distributiei uniforme a eforturilor si înlaturarii frecarii laterale.

Totusi acest tip de aparat are o utilizare restrânsa fiind relativ compicat si încercarea destul de dificil de realizat.

D.3.4. Masa vibranta

Pentru a reduce neuniformitatea distributiei eforturilor în proba de pamânt, unii cercetatori au folosit mese vibrante cu probe având dimensiuni de 30 (20) x 20 (10) cm

2 si 1 cm grosime. În acest fel, în cea mai

mare parte a suprafetei probei, se realizeaza o stare de eforturi si deformatii.

METODE DE TEREN

D.4. Metode seismice

Prin metodele seismice se determina viteza de propagare a undelor prin teren si cu ajutorul formulelor de la pct. D.1 se stabilesc valorile modulilor dinamici.

Metodele seismice cele mai raspândite sunt:

- metoda refractiei, care consta în generarea unui impact la suprafata terenului si masurarea vitezei de propagare a undelor longitudinale si eventual transversale; metoda aceasta conduce la bune rezultate

pentru o stratificatie uniforma a terenului, obtinându-se valori medii ale vitezelor de propagare a undelor prin teren;

- metoda forajului singular, care consta fie în generarea impactului la suprafata terenului si masurarea vitezei de propagare a undelor în adâncime în foraj, fie în generarea impactului în adâncime, în foraj, si

masurarea vitezei de propagare a undelor la suprafata terenului; prin aceasta metoda se obtin bune rezultate în terenuri omogene pe verticala;

- metoda forajelor în cruce, care consta în generarea impactului într-un foraj la un anumit nivel si înregistrarea vitezei de propagare a undelor la un alt foraj, la acelasi nivel; aceasta metoda conduce la

bune rezultate în terenurile stratificate.

D.5. Metoda vibratiilor pe teren

Prin amplasarea unui vibrator pe suprafata terenului se poate determina amplitudinea pentru diferite frecvente, inclusiv cea la rezonanta.

Pa baza frecventei de rezonanta se poate determina modulul transversal dinamic, iar prin determinare a latimii vârfului amplificarii la rezonanta (v. Fig. D.2 si formula D.5) se determina fractiunea de amortizare

critica.

De asemenea, cu ajutorul unui vibrator amplasat pe teren se pot determina vitezele de propagare a undelor prin teren, transmise de acesta si respectiv valorile modulilor dinamici ai terenului.

D.6. Metoda încarcarilor ciclice

Prin încarcarea statica a unei placi de proba cu mai multe cicluri de încarcare-descarcare realizate pentru 4-5 presiuni se determina valorile coeficientului elastic de deformatie, cu formula:

(daN/cm3) (D.6)

în care "p" este presiunea (daN/cm2);

Se – tasarea elastica din descarcare (cm)

Pe baza lui "Cz" se poate determina modulul transversal, "G", cu formula:

(D.7)

în care este coeficientul lui Poisson,

A – suprafata de contact.

D.7. Prin determinare parametrilor dinamici prin diferite metode se pot trasa curbele (G, ) si

respectiv (D, ) necesare efectuarii calculelor în diferite probleme de dinamica a pamânturilor. în figura D.4 si figura D.5 se dau orientativ aceste curbe pentru pamânturi coezive si necoezive.

[top]