Geotehnica I

  • View
    135

  • Download
    22

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Iacnit Manoliu

Text of Geotehnica I

  • IACINT MANOLIU NICOLETA RDULESCU

    GEOTEHNIC I

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETI

    2010

  • 5

    CUPRINS Pag.

    INTRODUCERE 7

    1. Noiuni preliminare 7 2. Scurt Istoric 11

    Capitolul 1. NATURA I COMPOZIIA PMNTURILOR 13

    1.1. Originea i tipurile depozitelor de pmnt 13

    1.2. Particulele de pmnt 16

    1.2.1. Compoziia granulometric sau granulozitatea 16

    1.2.1.1. Efectuarea analizei granulometrice 16 1.2.1.2. Reprezentarea grafic a compoziiei granulometrice 20

    1.3. Compoziia mineralogic a pmnturilor 24

    1.3.1. Minerale primare 24 1.3.2. Minerale argiloase 25

    1.4. Sarcina electric i capacitatea de schimb a mineralelor argiloase 28

    1.5. Interaciunea dintre ap i mineralele argiloase 31

    1.6. Plasticitatea i coeziunea. Consistena 32

    1.7. Structura pmnturilor 41

    1.7.1. Structura pmnturilor necoezive 41 1.7.2. Structura pmnturilor coezive 43 1.7.3. Modificri structurale la pmnturile coezive 46

    1.8. Proprietile fizice de baz ale pmnturilor 48

    1.8.1. Porozitatea, indicele porilor, umiditatea 48 1.8.2. Greuti unitare ale pmnturilor 51 1.8.3. Gradul de saturaie 56

    1.9. Identificarea, clasificarea i descrierea pmnturilor 57

  • 6 Pag.

    Capitolul 2. APA N PMNT 59

    2.1. Apa reinut 59

    2.1.1. Apa capilar 59 2.1.2. Apa adsorbit 62 2.1.3. Deplasarea apei reinute n pmnt 63 2.1.4. Fenomene higro - termice n pmnturi 65

    2.2. Apa liber 69

    2.2.1. Curgerea apei n pmnturi 69 2.2.2. Permeabilitatea pmnturilor 72 2.2.3. Ecuaiile micrii apei prin pmnt. Spectrul hidrodinamic 77 2.2.4. Aciunea mecanic a apei asupra pmntului (Aciunea hidrodinamic) 84

    Capitolul 3. EVACUAREA APEI DIN EXCAVAII 91

    3.1. Epuismentul direct 91

    3.2. Coborrea general a nivelului apei subterane (epuismente indirecte) 94

    BIBLIOGRAFIE 103

  • Introducere

    Iacint Manoliu & Nicoleta Rdulescu - Geotehnic I

    7

    INTRODUCERE

    1. NOIUNI PRELIMINARE

    Fundaia - reprezint partea din construcie care preia ncrcrile aduse de suprastructur i le transmite la terenul de fundare.

    Terenul de fundare - este acea parte a scoarei terestre n cuprinsul creia se manifest influena ncrcrilor transmise de fundaii.

    Straturile care alctuiesc terenul de fundare pot fi formate din roci compacte sau pmnturi. a) Rocile compacte (roci stncoase sau semi-stncoase) sunt caracterizate prin rezistene

    mecanice mari, de acelai ordin de mrime sau chiar mai mari dect ale materialelor de construcii artificiale (zidrie de crmid, beton simplu, beton armat).

    De aceea, fundarea construciilor obinuite pe asemenea roci nu ridic probleme deosebite. La construciile speciale (baraje, tuneluri hidrotehnice etc.) la care eforturile transmise de construcie la teren sunt foarte mari, trebuiesc cunoscute amnunit proprietile rocilor compacte din terenul respectiv.

    Roci stncoase: rezistene mecanice foarte mari, Rc > 50 daN/cm2; stabile la aciunea apei.

    Roci semistncoase: rezistene mecanice reduse, Rc < 50 daN/cm2; influenate de prezena apei (contracie - umflare).

    Mecanica rocilor este disciplina constituit n a doua jumtate a sec. XX care se ocup cu studiul rocilor compacte.

    b) Rocile dezagregate (pmnturile) sunt roci sedimentare provenite din dezintegrarea pe cale fizic i chimic a rocilor compacte n buci, de la dimensiunile blocurilor de piatr (> 20 cm), pn la dimensiunile particulelor de argil (dimensiuni coloidale de ordinul micronilor).

    Pmnturile, medii disperse alctuite din particule cu sau fr legtur ntre ele, sunt sisteme trifazice:

    faza gazoas (aer, alte gaze); faza lichid (n general ap); faza solid (particule de roci care formeaz scheletul solid sau mineral).

    ntre cele trei faze componente se stabilesc legturi care se modific nencetat sub aciunea unor factori externi, ntre care ncrcrile transmise de construcii. Raportul ntre cele trei faze variaz n timp din cauza unor factori naturali (temperatur, umiditate) i a ncrcrilor transmise de construcii.

  • Introducere

    Iacint Manoliu & Nicoleta Rdulescu - Geotehnic I

    8

    Rezistenele mecanice fiind mult mai mici dect rezistenele materialelor artificiale de construcii, ntre elementele portante ale structurii (ziduri, stlpi, diafragme etc.) i teren trebuie interpus un element de repartizare: fundaia.

    De studiul proprietilor pmnturilor se ocup Mecanica pmnturilor (Geotehnica).

    Locul geotehnicii n rndul disciplinelor tehnice Geotehnica face parte din familia larg a Mecanicii construciilor, dar n acelai timp face

    apel i se ntreptrunde cu numeroase alte discipline (Fig. 1).

    1. Pmntul ca suport al construciilor (teren de fundare). Fie o structur de beton armat sau metal n cadre, avnd ca fundaie o plac extins pe

    ntreaga suprafa a construciei, numit radier. S admitem c ncrcarea transmis de structur radierului este centric, iar presiunea la

    contactul radierului cu terenul este uniform, p. Presiunea p determin n teren apariia unor eforturi unitare verticale z care se suprapun

    peste eforturile unitare gz date de greutatea proprie a pmntului. Influena lui p se stinge la o adncime mare fa de talpa fundaiei.

    Dar eforturile z care prezint interes practic se exercit pe o adncime limitat. De exemplu, izobara (curba de egal efort) a lui 0, 2z p = se extinde pe o adncime de cca. 3 B, iar izobara lui 0,1z p = pe adncimea de cca. 6 B, B fiind limea fundaiei (Fig. 2). Examinnd influena presiunii p asupra terenului de fundare se pun dou probleme:

    Fig. 1. Principalele aspecte n legtur cu pmnturile la lucrrile de construcii

    a) Problema de deformaii (tasri) (Fig. 3) Notm cu s tasarea - care este deformaia pe vertical a terenului de fundare ntr-un punct

    dat. Intereseaz mrimea tasrilor, modul de evoluie al acestora n timp etc. gz este efortul unitar vertical dat de greutatea proprie a pmntului. Zona activ este zona de sub talpa fundaiei n cuprinsul creia efortul suplimentar z este suficient de mare pentru a fi luat n consideraie la calculul deformaiilor probabile.

  • Introducere

    Iacint Manoliu & Nicoleta Rdulescu - Geotehnic I

    9

    Un criteriu uzual de definire a zonei active este: 0, 2z gz =

    Sunt pmnturi la care tasarea este un proces de lung durat, uneori de ordinul sutelor de ani (pmnturi argiloase); la altele este un proces de scurt durat (pmnturi prfoase), iar la altele se produce practic odat cu aplicarea ncrcrilor (pmnturi nisipoase).

    Fig. 2

    Fig. 3

    Problema de deformaii const din compararea deformaiei calculate cu deformaia acceptabil att pentru structura de rezisten ct i pentru exploatarea normal a construciei.

    b) Problema capacitii portante Atunci cnd presiunea pe talpa fundaiei atinge o valoare critic, per, se produce pierderea

    capacitii portante n urma formrii n teren a unei suprafee de cedare, nsoit de rsturnarea structurii (Fig. 4).

    Suprafaa de fundare trebuie s fie astfel dimensionat nct s nu existe riscul de a se pierde capacitatea portant a terenului de fundare.

    Fig. 4

  • Introducere

    Iacint Manoliu & Nicoleta Rdulescu - Geotehnic I

    10

    2. Pmntul ca aciune (solicitare) asupra construciilor Sunt construcii care trebuie dimensionate la aciunea pmntului, ca de exemplu lucrrile de

    susinere. n figura 5 sunt date dou exemple

    Fig. 5. Lucrri de susinere: a - zid de sprijin; b sprijinirea pereilor unei spturi

    3. Pmntul ca material pentru construcii de pmnt. n figura 6 se dau dou exemple:

    Fig. 6 - Construcii de pmnt: a - rambleu pentru calea ferat (are rolul att de suport pentru structura cii ferate ct i

    de construcie de pmnt); b - dig

    4. Lucrri de excavaii i modificri ale taluzurilor naturale

    Se execut o lucrare subteran prin excavare deschis (debleu) (Fig. 7).

    Fig. 7

    Se cere alegerea unei pante 1:m a taluzului astfel nct stabilitatea acestuia s fie asigurat. Dar o suprasarcin q, modificarea strii de umiditate a pmntului sau alte cauze pot determina pierderea de stabilitate a taluzului, n lungul unei suprafee de alunecare i atingerea unei noi forme de echilibru a terenului.

  • Introducere

    Iacint Manoliu & Nicoleta Rdulescu - Geotehnic I

    11

    nscrierea unei lucrri ntr-un versant poate impune modificarea versantului prin decopertare la partea superioar i rambleiere la partea inferioar (Fig. 8). Se pune problema asigurrii stabilitii n aceste condiii.

    Aadar, iat cteva probleme la care trebuie s rspund Geotehnica: tasarea construciilor; capacitatea portant a terenului de fundare; mpingerea pmntului; asigurarea calitii i verificarea lucrrilor de pmnt; stabilitatea taluzurilor i versanilor.

    Fig. 8

    2. SCURT ISTORIC

    Pn spre sfritul secolului XVIII, problemele pe care le ridica fundarea construciilor au fost rezolvate empiric.

    n anul 1773 savantul francez Coulomb a elaborat o teorie privind mpingerea pmnturilor asupra zidurilor de sprijin, valabil i astzi. Coulomb a formulat i o relaie ntre rezistena la forfecare a pmntului (f) i efortul normal din masivul de pmnt:

    tgf c = + dreapta lui Coulomb unde: - unghi de frecare interioar; c - coeziune.

    n 1853, inginerul englez Rankine a studiat starea de echilibru limit n p