AMENAJĂRI SPECIALE LA DRUMURI FORESTIERE

I. GEOLOGIE INGINEREASCĂ CU APLICAŢII RUTIERE

Pământul este principalul material folosit în terasamente, iar materialele pietroase sunt principalele materiale folosite în structurile rutiere.

Cercetarea pământului, limitată din motive de ordin tehnologic, a fost făcută până la o adâncime de 11 km. Cercetarea a fost completată si cu informaţii din prospecţiuni seismice (informaţii indirecte) bazate pe variaţia vitezei undei seismice.

Litosfera (scoarţa sau coaja) are in partea dinspre exterior pătura SIAL (Siliciu şi Aluminiu cu o grosime de cca 60 km.

Pe adâncime proprietăţile fizice ale pământului variază. Astfel: Densitatea intre 2,7 g/cm3 la suprafaţa pământului până la 5,7 g/cm3 la adâncimea

de 2900 de km. Presiunea, intre aceleaşi limite de adâncime, variază de la 0 la 1386300 daN/cm2. Temperatura are la suprafaţa pământului variaţii intre -830 şi +580 , iar la 2900 km

adâncime are valori de 20000. Mineralele sunt substanţe solide anorganice, formate natural şi avându-şi originea

in magmă (stratul de sub litosferă). O primă clasificare a rocilor, după modul de formare, este următoarea: Roci Magmatice (eruptive). S-au format prin cristalizarea magmei şi se împart în

roci magmatice intrusive(plutonice) şi efusive(vulcanice). Primele (intrusivele) s-au format prin întărirea magmei în crăpături ale pământului şi, din rândul lor fac parte: granitul, grandiorotul,, dioritul, sienitul, gabronul, porfirul ş.a. Cele din a doua subgrupă (efusivele)s-au format prin întărirea magmei 8lavei) la suprafaţa pământului. Fac parte următoarele roci: riolitul, dacitul, andezitul, bazaltul ş.a.

Roci Sedimentare sunt la origine tot roci magmatice dar care au fost dezagregate fizic şi alterate chimic sau au apărut prin precipitarea chimică a unor soluţii apoase ale unor substanţe, alteori prin procese biologice. Astfel, rocile sedimentare se împart în roci sedimentare detritice (clastice), roci sedimentare de precipitaţie şi roci biogene. Rocile detritice pot fi mobile (necimentate) si detritice consolidate (cimentate)

Roci Metamorfice s-au format din roci eruptive şi/sau sedimentare prin adapatre mineralogică ţi structurală la condiţiile fizice (presiune şi temperatură) şi chimice. Acest proces se numeşte metamorfism.

Pe scurt: Roci magmatice (eruptive)

Intrusive (plutonice)

Efusive (vulcanice)

Roci sedimentare

Detritice (clastice)

De precipitaţie

Biogene

Roci metamorfice

Pământul este o rocă sedimentară detritică alcătuită din fragmente solide necimentate cu dimensiuni sub 2 mm.

Solul este o rocă detritică reziduală (rămâne la locul de formare) – un amestec de

de pamânturi argiloase cu calcar şi/sau nisip, care se suprapune peste roca preexistentă care, la partea superioară a suferit un proces de solificare, adică de transformare zonei specifice scoarţei sub acţiunea complexă a factorilor climatici şi biologici, având ca produs final de alterare este humusul.

Solul este fertil, principala sa caracteristică ce îl deosebeşte de oricare di celelalte roci. Cuprinde patru orizonturi (A, B, C şi D). Primele trei au proprietăţi biologice. Grosimea solului este de 50…200 cm. Aceste ultime aspecte fac obiectul pedologiei.

Humusul scade calitatea pământului folosit l drumuri, deoarece îi creşte plasticitatea, umflările şi contracţiile şi îi scade rezistenţa la forfecare.

Loessul este un pământ macroporic (porii se văd cu ochiul liber), având şi

intruziuni de calcar Provine din particulele aduse de vânt. Este foarte afânat şi rezistă mecanic doar datorită uscăciunii prin frecare şi a intruziunilor de calcar. La inundare structura sa cedează

Alcătuirea pământurilor Pământul poate avea structură grăunţoasă (granulară) – nisipurile, în fagure

(prafuri) sau în fulgi (floculare) - argilele. Primele (nisipurile) sunt necoezive iar ultimele două sunt coezive.

Clasificarea pământurilor Nisipuri au dimensiuni între 0,05 şi 2,0 mm de culoare alb-gălbui închis- brun-

negru. Sunt foarte permeabile, au ascensiune capilară redusă, sunt insensibile la îngheţ-dezgheţ şi nu se umflă şi nici nu se contractă.

Prafurile u dimensiuni între 0,005 şi 0,05 mm. Au permeabilitate mică, ascensiune capilară mare, umflări respectiv contracţii mici sau nule, coeziune mică, dar sunt cele mai sensibile pământuri la îngheţ-dezgheţ.

Argilele au dimensiuni sub 0,005 mm, fiind, aşadar, cele mai fine pământuri, au o formă plată sau solzoasă. Sunt impermeabile, ascensiune capilară importantă, dar cu viteză redusă, sunt foarte coezive şi au umflări şi contracţii mari şi foarte mari.

Identificarea pe teren a pământurilor Argila grasă este lucioasă, unsuroasă şi aderă la metale (se lipeşte de

lama cuţitului); Argila prăfoasă este lucioasă, puţin unsuroasă (scârţâie între dinţi); Argila nisipoasă este puţin lucioasă, aspră la pipăit (scârţâie intre dinţi) şi are aderenţă moderată la metale; Praful şi Praful argilos sunt mate, puţin aspre (scârţâie) şi au aderenţă scăzută la metale; Praful nisipos este mat, puţin aspru şi are aderenţă foarte redusă la metale; Nisipul prăfos este mat, puţin aspru şi nu are aderenţă la metale; Culoarea pământurilor Neagră humus sau oxizi şi/sau hidroxizi de mangan; Ruginiu-galbenă compuşi ferici; Albă siliciu hidratat, hidroxid de aluminiu, săruri solubile de carbonat de calciu sau sulfură de calciu Pământuri cu comportament special Sunt pământurile marnoase, cele macroporice, cele sensibile la umezire,

susceptibile la lichefiere, pământuri cu umflări şi contracţii mari, cele gelive, cele cu conţinut ridicat de materii organice (turbe, nămoluri şi mâluri), pămâturile eluviale, cele sărăturoase, pământurile de umplutură şi amestecurile de pământuri.

Se vor detalia următoarele tipuri de pământuri: Pământurile marnoase Sunt pământuri argiloase cu un conţinut de peste 5% de carbonat de calciu. Sunt

bune ca pământuri de fundare, cu atât mai bune cu cât este mai mare proporţia de carbonat de calciu.

După Stanciu şi Lungu , 2007

Pământuri macroporice

% CaCO3 % Argilă Denumire Comportament 0 100 Argilă Plastic 5 95 Argilă marnoasă Plasticitate moderată 20 80 Marnă argiloasă Plasticitate moderată 35 65 Marnă Plasticitate moderată 65 35 Marnă calcaroasă Plasticitate moderată 75 25 Calcar Rigid 100 0 Calcar Rigid

Au pori vizibili ( porozitate între 40% şi 60%) şi din categoria lor fac parte loessul şi pământurile loessoide.

Loessul are o culoare galben deschis ….ruginiu….cenuşiu gălbui şi conţine 25% nisip fin, 60% praf şi 15% argilă. Prezintă multiple concreţiuni de calcar şi se caracterizează printr-o bună rigiditate în stare uscată care însă se pierde brusc în caz de umezire (se dezagregă)

Pământurile sensibile la umezire. Se tasează sub propria sarcină la creşterea umidităţii şi fac parte tot loessul şi

pământurile loessoide, adică pământurile macroporice. Se defineşte potenţialul de prăbuşire – Cp:

[ ]%1001 0

21 ⋅+

−=

e

eeC p ,

unde: e0 – indicele porilor în stare naturală; e1 – indicele porilor înainte de inundare; e2 – indicele porilor după inundare; Pământurile susceptibile la lichefiere Sunt pământuri care supuse unor solicitări dinamice (explozii, cutremure) şi fiin

submersate, le scade foarte capacitatea portantă (foarte important în cazul terasamentelor cu risc de inundare). Acest fenomen se întâmplă din cauza sporirii presiunii apei din pori care anulează frecarea internă şi scade brusc rezistenţa la forfecare. Pământurile se transformă în noroi.

Fac parte: � Nisipul uniform foarte fin; � Nisipul cu grad de îndesare de 50..70%; � Nisipurile saturate; � Nisipurile cu permeabilitate mică; � Unele prafuri;

Riscul lichefierii este mare la rambleurile alcătuite din materiale necoezive şi

saturate, în cazul cutremurelor şi a variaţiilor de trafic

Siguranţa la alunecare la taluzuri se complică foarte mult şi datorită faptului că

există numeroşi factori ce pot produce lichefiere şi de care nu se poate ţine seama la alcătuirea unui model de calcul.

Măsuri ce pot fi luate pentru îmbunătăţirea proprietăţilor mecanice ale

pământurilor de mai sus

� Corectarea granulometriei prin amestecarea cu alte pământuri; � Compactare suplimentară pentru sporirea îndesării; � Drenarea terenului pentru a evita saturarea; � Creşterea coeziunii prin injectări;

Pământuri cu umflări şi contracţii mari Sunt unele pământuri argiloase ce-şi modifică volumul cu variaţia umidităţii. Au indicele de plasticitate de peste 35% şi limita inferioară de plasticitate sub

10%. Pământuri gelive Sunt pământurile cu mare sensibilitate la îngheţ. Sunt reprezentate de următoarele

tipuri de pământuri: � Pământuri necoezive dar cu liant argilos; Au indicele de plasticitate su

10% şi granulometria de sub0,02 mm; � Argilele şi argilele grase cu indice de plasticitate sub 10% şi granulometrie

sub 0,1 mm; Cele mai gelive sunt pământurile coezive cu indice de plasticitate între 10 şi 35% şi granulometrie de sub 0,02 mm.

Mâlurile Mâlurile sunt pământuri recente (câteva mii de ani) cu conţinut de materii

organice sub 5%. Sunt pământuri aluvionare, argiloase, afânate cu limita superioară de plasticitate de peste 60% şi indicele de plasticitate de 30…80% şi umiditatea naturală apropiată limitei de curgere.

Nămolurile

Sunt pământuri asemănătoare mâlurilor dar cu un conţinut de materii organice de aproape 10%.

Turba

Conţine materii organice peste 60% şi provine din descompunerea incompletă a

vegetaţiei într-un mediu saturat şi neoxigenat. Are o structură fibroasă şi o culoare brun închisă. Reţine foarte multă apă (peste 400%). Sunt foarte compresibile şi au o rezistenţă la forfecare foarte mică.

În cazul pământurilor de mai sus, adâncimea de fundare trebuie să de păşească

grosimea stratului de mâl, nămol sau turbă (nu se fundează în aceste pământuri). Pământurile eluviale Sunt roci pe cale de transformare în roci sedimentare detritice. Se găsesc î zona de

deteriorare a scoarţei. Aceste pământuri sunt în formare de la suprafaţă spre adâncime şi tot în această variază şi intensitatea proceselor fizico – chimice (cel mai intens la suprafaţă).

Alcătuirea de sus în jos a unor astfel de pământuri este: argilă, nisipuri argiloase, nisipuri şi pietrişuri.

Pământurile eluviale sunt, aşadar, neuniforme (se manifestă pregnant tasările diferenţiate), anizotrope, saturate cu apă până devin curgătoare, se umflă, uneori, la umezire, excavaţiile lăsate descoperite în aceste pământuri , accentuează alterarea din cauza factorilor atmosferici.

Pământuri sărăturate Sunt pământuri ce prezintă tasări sufozionare la umezire, respectiv umflări şi sunt

agresive asupra elementelor de construcţii. Măsuri recomandate;

� Evitarea umezirii acestor pământuri; � Fundarea sub stratul sărăturat; � Îmbunătăţirea, prin procedeele cunoscute a proprietăţilor fizico –

mecanice; � Adoptarea unor structuri constructive care să preia deformaţiile terenului

de fundare; Pământuri de umplutură Sunt pământuri constituite din depuneri aluvionare recente, incă neconsolidate.

Sunt neomogene şi au o compresibilitate foarte mare, apărând adeseaîndesarea sub propria lor greutate.

Măsuri: compactare, perne de nisip sau balast, fundarea sub aceste straturi de pământ

Amestecurile de pământ Exemplu: pietriş cu praf sau cu argilă. Sunt pământuri puţin permeabile, negelive, cu contracţii reduse. Se folosesc

suficient de bine la terasamente şi la platformele drumurilor. Studiul geologic

• Constă, în esență, în următoarele: • Determinarea naturii petrografice a rocilor; • Stabiliea stratificației; • Evidențierea proceselor fizico-geologice;

Zone de teren ce trebuie evitate la construcția drumurilor: • Zone mlăștinoase; • Zone instabile

Exemplu de zone instabile geologic: Alunecările de teren apar, mai ales, în zone cu stratificații de următorul tip: roci impermeabile în adâncime și roci permeabile la suprafață. Apa trece prin aceste roci și se acumulează la interfața cu rocile de adâncime, reducând frecarea și crescând greutatea stratului permeabil.

II. GEOTEHNICĂ PENTRU INFRASTRUCTURI DE DRUMURI

FORESTERE

Proprietăţi fizico-mecanice ale pământurilor folosite la drumuri Sensitivitatea

Sensitivitatea este raportul dintre rezistenţa la compresiune cu deformaţii laterale

neîmpiedicate şi aceeaşi rezistenţă, a aceluiaşi pământ, dar dintr-o probă tulburată, fără a-i fi afectate umiditatea sau părăzitatea.

Sensitivitatea măsoară, aşadar, sensibilitatea pământurilor la tulburarea (deranjarea) probelor. Există astfel, pământuri sensitive şi pământuri nesensitive.

Gradul de saturaţie - Sr

Sr=w%.ϒ/e.ϒw Clasificarea pământurilor după gradul de saturaţie După Stanciu şi Lungu, 2007

Caracterizarea pământului Gradul de saturaţie

uscat Sr=0…0,4 umed Sr=0,4…0,8 foarte umed Sr=0,8…0,9 saturat Sr peste 0,9

Valori orientative ale greutăţilor volumetrice şi ale densităţilor pământurilor

Pământuri γ[kN/m

3] ρ[g/cm

3]

Nisipuri, nisipuri prăfoase, nisipuri argiloase 26 2,65 Prafuri, prafuri nisipoase, prafuri argiloase 26,2 2,67 Argile, argile prăfoase, argile nisipoase 26,7 2,72

Aprecierea stări fizice a pământurilor în funcţie de indicele porilor

pământuri stare Indicele porilor

Pietriş nisipos Afânat îndesat

0,61..0,72 0,22..0,33

Nisip mare şi mediu Afânat îndesat

0,67…0,82 0,33…0,47

Nisip fin Afânat îndesat

0,82…0,82 0,49…0,56

Praf mare Afânat îndesat

0,82…1,22 0,54…0,67

Praf Plastic moale Plastic tare

0,82…1,00 0,43…0,49

Argilă Plastic moale Plastic tare

1,00…1,22 0,43…0,54

Aprecierea stării fizice a pământurilor după gradul de îndesare

Stare nisip Grad de îndesare Caracterizarea teren

afânat Sub 0,33 Teren slab Îndesare medie 0,34…0,66 Teren bun îndesată Peste 0,66 Teren foarte bun (indicele

porilor tinde către minim) Tabelul de mai sus foloseşte la aprecierea nisipurilor pentru construcţii, nefiind

toate la fel de bune. Plasticitatea şi consistenţa pământurilor argiloase

Coeziunea are drept cauze:

� Forţele electromoleculare; � Tensiuni în meniscuri capilare (la nisipuri unde se manifestă în acest mod

coeziunea capilară); � Lianţi ce apar în geneza rocilor (cimentare prin silicifiere, calcifiere,

ferizare etc.);

Umiditate şi plasticitate

Pământurile cu cât au particule mai fine, cu atât au coeziune mai mare. Dimensiuni mici ale particulelor înseamnă suprafaţă specifică mare şi, deci, complex de adsorbţie mai mare.

Apa adsorbită diminuează legăturile dintre particule, pământurile se deformează fără a-şi modifica volumul şi fără fisuri sau ruperi, adică devin plastice.

Indice de plasticitate nul înseamnă pământ neplastic iar un indice de plasticitate de peste 35 reprezintă o plasticitate foarte mare (argilă grasă).

Apa adsorbită (0,5 microni în jurul particulei solide) poate fi eliminată doar prin forțe de natură electrostatică sau termică. La nisipuri fenomenele de suprafață sunt slabe în comparație cu argila, dat fiind compoziția mineralogică diferită la cele două tipuri de pământ. Condițiile de mediu, reprezentate de indicele de aciditate – pH și de salinitate, sunt importante pentru fenomenele de interfață putând modifica proprietățile pământurilor slabe pentru construcții.

• pH între 3 și 6 definește un mediu acid; • pH= 7 înseamnă o aciditate medie; • pH între 8 și 12 este propriu unui mediu alcalin;

Aciditatea este legată de preponderența ionilor pozitivi, iar alcalinitatea de cei

negativi. De asemenea, dacă scade aciditatea pământurile devin electropozotive și invers. Potențialul electrodinamic determină potențialul electrocinetic. Astfel, influența

încărcării electrice modifică interacțiunea lichid – solid (pământ – apă) și, totdată, proprietățilemecanice ale pământului. Exemplu: turba este foarte acidă și conține multă apă.

În concluzie, pământurile trebuie alcalinizate pentru a le face bune pentru construcții.

Salinitatea, de asemenea, influențează proprietățile mecanice ale pământurilor. Cu cât salinitatea este mai mare cu atât crește încărcarea electropozitivă și, deci, apetența pentru apă. Astfel, sodiul determină un înveliș gros de apă adsorbită, spre deosebire de calciuș, mai ales, de aluminiu care au valențe mai mari și facsă scadă grosimea învelișului de apă adsorbită, ameliorând, după cum s-a spus deja, proprietățile mecanice ale pământului.

Sensul de descreștere a grosimii învelișului de apă este: Li, Na, Ca, Mg, Al, Fe, K, H, NH4.

Prin trecerea unui curent electric prin pământ se crează o electrodrenare: apa se deplasează spre catod (care este încăcat negativ) și apoi poate fi evacuată. Totodată, seproduce și o electroîndesare.

Migrarea cationilor hidratați (așadar a apei) spre catod se numește „electroosmoză”.

Migrarea particulelor spre anod se nemește „electroforeză”. Indicele de consistenţă Acest indice dacă are valori negative indică un pământ curgător, dacă are valori

pozitive dar subunitare indică un pământ plastic, iar dacă are valori supraunitare indică un pământ în stare semisolidă sau chiar solidă.

Dacă indicele de consistenţă are valori sub 0,5 indică un pământ ce poate fi folosit

la drumuri fără îmbunătăţiri. Dacă are valori între 0,5 şi 0,75, se aşteaptă tasări importante. Un pământ bun pentru terasamente are un indice de consistenţă între 0,1 şi 0,15.

Clasificarea pământurilor după indicele de plasticitate

Grad de plasticitate Indice de plasticitate Denumire pământ neplastic 0 Nisip Plasticitate redusă Sub 10 Nisip prăfos; praf nisipos Plasticitate mijlocie 11…20 Praf; praf argilos; nisip

argilos; Plasticitate mare 21…35 Argilă, argilă prăfoasă;

argilă nisipoasă; Plasticitate foarte mare Peste 35 Argilă grasă

Evaluarea empirică a indicelui de plasticitate

Grad de plasticitate Aparență la pipăit Neplastic aspru Ușor plastic aspru-neted Plasticitate redusă aspru spre neted Plasticitate medie neted Plasticitate ridicată strălucitor Plasticitate foarte ridicată strălucitor ca ceara Consistența pământurilor plastice după Atterberg

V

w wc

wp ws

1,00

0,75

0,50 0,25

0

s ss

Granulozitatea Granulozitatea este foarte importantă pentru stabilirea compactității unui pământ,

ceea ce intereseayă calitățile mecanice ale unui terasament. Cu cât granulozitaeaeste mai neuniformă (vezi Hazen), cu atât pământurile pot fi

compactate mai bine. Exemplu: un nisip având coeficientul lui Hazen de 4..5, dacă este amestecat cu un

pietriș cu U mai mare de 4, rezultă un terasament foarte bun. Pământurile necoezive pot fi caracterizate cu ajutorul granulozitatii, cele coezive

cu ajutorul plasticitatii. La acestea din urmă, limita de separație dintre praf și argilă se poate considera a fi fracțiunea de 0,06mm.

Indicele de grupă – Ig Este un indicator al propietăților mecanice ale pământului dintr-un terasment și se

calculează cu relația de mai jos: Ig=0,2a+0,05ac+0,01bd, în care: a= P74 – 35%, unde: P74 reprezintă proporția procentuală de material ce trece prin sita de 0,074mm; b = P74 – 15% c = Wc – 40% d = Ip – 10%

Indicii de grupă la pământurile folosite la terasamente Pământuri P74 Ip Ig Wc

Necoezive sub 35 sub 10 0 - Praf, argilă nisipoasă peste 36 sub 10 4…8 sub 40 Praf argilos peste 36 sub 10 8…12 peste 41 Argilă prăfoasă peste 36 peste 11 12…16 sub 40 Argilă peste 36 peste 11 16…20 peste 41 Se consideră că pământurile avand indicele de grupă:

• între 0 și 1 sunt bune pentru terasamente; • între 2 și 4 sunt acceptabile; • între 5 și 9 sunt rele; • între 10 și 20 foarte rele;

Cele 5 grupe ale pământurilor pentru terasamente

Categoria pământ Tip pământ Clasificare pământ Ip Compozitie

A% P% N%

necoeziv P1 P2

Pietriș cu nisip

Sub 10 10…20

coeziv P3 P4 P5

Nisip prăfos Nisip argilos Praf nisipos Praf argilo-nisipos Praf, praf argilos Argilă prăfoasă Argilă nisipoasă Argilă prafo –nisipoasă, argilă

0…20 0…25 Peste 15

0..30 0..50 35..100 0..30 35..100 0..50 30..100 0..70 0..70

Echivalentul de nisip - EN Indicele de plasticitate și cel de consistență nu sunt suficienți pentru caracterizarea pământurilor din punctul de vedere al proprietăților lor fizice. Așa au apărut indicele de grupă echivalentu de nisip și albastru de metilen. Echivalentul de nisip ilustrează proporția elementelor fine (argilă) într-o masă de nisip. Se amestecă foarte bine o probă de pământ uscat și, după 20 de minute, se produce o coagulare a particulelor argiloase, separându-se astfel de nisip. EN=H2/H1, unde: H2 – înălțimea volumului de nisip; H1 – înălțimea întregului volum;

• EN sub valoarea de 20 reprezintă un pământ plastic; • Între 20 și 30 înseamnă o plasticitate mijlocie; • Peste 30 înseamnă neplastic;

Echivalentul de nisip se folosește nu numai la pământuri ci și la alte materiale utilizate la drumuri. Albastru de metilen (indicele de albastru demetilen – AM

Acest indice reprezintă cantitatea de albastru de metilen adsorbită de pământul studiat. Cu cât această cantitate este mai mare, cu atât pământul este mai argilos și, deci, mai activ în raport cu apa. Astfel:

• Iam sub 0,1 reprezintă un pământ insensibil la apă; • Iam = 0,2 apare sensibilitatea la apă; • Iam = 1,5 reprezntă limita dintre pământurile nisipo-prăfoase și cele

nisipo- • argiloase; • Iam = 2,5 reprezintă limita dintre pământurile prăfoase cu plasticitate

redusă și • cele cu plasticitate medie; • Iam = 6 reprezintă limita dintre pământurile prăfoase și cele argiloase; • Iam = 8 reprezintă limita dintre pământurile argiloase și cele foarte

argiloase; Indicele de nocivitate - N% Este un alt indice ce măsoară calitatea pământurilor folosite la terasamente. N=Iam/A2

unde A2 reprezintă proporția procentuală corespunzătoare fracțiunii de 0,002mm;

• N sub 1 înseamnă pământ fară argilă; • Între 1și 3 – inactiv în raport cu apa dar conține argilă; • Între 3 și 5 – puțin activ în raport cu apa; • Între 5 și 8 – activitate medie; • Între 8 și 18 activitate mare, adică pământ”nociv”; • Peste 18 – foarte nociv

Alte sisteme de clasificare a pământurilor sunt: AASHTO, STAS1243-48, Casagrande și U.S.C.S. (Unified Soil Classification System). Conform U.S.C.S. pământurile se împart în 2 grupe, după cum particulele cu dimensiuni de peste 0,074mm sunt sau nu în proporție de peste 50%. Sensibilitatea la îngheț dezgheț a pămânurilor Pământul înghețat își mărește volumul cu 9%. Către acesta se îndreaptă apa lichidă din zonele mai calde. Acest fenomen se numește ”termoosmoză”. Migrarea apei are loc, în general, de jos în sus. Temperatura de înghețare a apei este de 00 în nisipuri și sub 00 în argile. Înghețarea patului fisurează îmbrăcămintea. Coborârea adâncimii de îngheț la drumuri este dificil de realizat. Dezghețul se produce de la suprafață catre adâncime, însoțit de scăderea capacității portante. Sensibilitatea diferitelor tipuri de pământuri la îngheț dezgheț este următoarea:

• Nisip neglijabilă; • Argilă moderată; • Praf foarte mare;

Un criteriu empiric de stabilire a gelivității pământurilor a fost stabilit de Casagrande: O probă de pământ luată între degete, dacă sefărâmă este geliv, iar dacă nu se sfărâmă, pământul respectiv nu este geliv. III. CUANTIFICAREA STABILITĂTII VERSANȚILOR ȘI TALUZURILOR Generalități

Modalități de definire a coeficientului de siguranță la taluzuri și versanți Fef – coeficient de siguranță (factor de stabilitate ) al versantului sau taluzului estimat prin diverse metode de cuantificare: Fadm – coeficient de siguranță admis prin norme sau bună practică; Fef - Fadm – rezervă de stabilitate; Fie taluzul omogen având:

• caracteristici geometrice: o înălțime – H(m) o pantă - β

• caracteristici mecanice: o greutate specifică – ϒ

Mecanica Pământurilor

Determinarea stării de - Tensiuni

- Deformații

în pământ sub acțiunea încărcărilor exterioare

Aprecierea comportării pământului prin prisma criteriilor de

- rezistență

- rigiditate

- stabilitate

o unghi de frecare internă – ϕ o coeziune specifică - c

• acțiunea exterioară – Q

Se demonstrează că R=G+Q. Problema constă în cuantificarea raportului : rezistența cu care răspunde pământul/acțiunea exterioară de forfecare – τi. Unghiul de deviere

i

Q

R

G

O

C

B

A

suprafață posibilă de rupere

masă ce lunecă

ds. supraf. infinite de cedare

σi

σi

τi

τi

unde: τir – rezistența la forfecare ce se dezvoltă pe elementul de suprafață ds.1 pe care acționează R. În situația din figură, semnificațiile sunt următoarele: M – stadiul elastic (τi<τir); M/ - echilibrul limită (τi=τir); M// - stadiul plastic (τi>τir); Astfel, Fef poate fi definit ca raportul dintre forța de forfecare și rezistență la forfecare mobilizată de pământ: Fef=τir/τi = sinϕ/sinϴmax, unde: ϴmax este unghiul maxim de deviere;

σ

Θmax ϕ

τi

τi=σitgϕ+e

τ

M" M' M

O' O O''

Punctul P pentru a rămâne în echilibru este necesar ca forța care-l poate face să alunece – T să fie mai mică decât forța de frecare Ff

Ff =Rcosϴtgϕ Deoarece condiția de echilibru este Rsinϴ≤Rcos ϴtgϕ, condiția devine tgϴ≤tgϕ Dar tgϴ=T/N=τ/σ ϴmax descrie ”conul de frecare”. Concluzie: ϴmax=ϕ , reprezintă condiția de echilibru lmită.

Stabilitatea taluzurilor cu luarea în considerare a apei subterane

Determinarea stabilității taluzurilor afectate de antrenarea hidrodinamică este dificilă datorită variației permeabilității i a caracterului quasi imprevizibil al scurgerii apei.

θmax

θ

N

R

P T x' x

Antrenarea hidrodinamică – J este orientată după linia de curent (vezi figura).

Rezultanta R dintre greutatea G și antrenarea hidrodinamică J face un unghi de 900 – ϕ cu linia AB a taluzului.

Taluz necoeziv

Forțele care provoacă alunecare: T=Gsinβ=ϒsubVsinβ J=ϒwVsinβ, unde: V – volumul de pământ ce lunecă; Forțele care se opun alunecării: T1=Ntgϕ=ϒsubV.cosβ.tgϕ (frecarea dată de componenta normală a greutății – G); Deci: tgβ=ϒsubtgϕ/(ϒsub+ϒw) Taluz coeziv Condiția de echilibru: ϒsubsinβ+ϒasinβ=ϒsubcosβ.tgϕ+c, unde: ϒa – greutatea specifică a apei;

IV. Infrastructura drumurilor forestiere Totalitatea lucrărilor menite să învingă dificultățile de relief alcătuiesc infrastructura.

linie curent

90°-ϕ

β=ϕ

A

B

R

J

G

Problematica terenurilor de fundare ale drumurilor forestiere Stadiile de lucru ale maselor alunecătoare (UNESCO)

• Alunecări active: se dezvoltă și în prezent;

• Alunecări stabilizate dar active în trecut;

• Alunecări inactive: mai vechi de 1 an; o abandonate: au dispărut cauzele; o stabilizate: prin folosirea unor metode de consolidare; o vechi: au fost active cu mii de ani în urmă dar mai sunt încă vizibile;

• Alunecări reactivate;

• Alunecări stabilizate;

Cauza principală a alunecării o constituie depășirea rezistenței la forfecare care se poate produce:

• modificarea stării de tensiuni, adică creșterea diferenței σ1-σ2 ceea ce înseamnă creșterea razei cercului lui Mohr;

• micșorarea pantei – tgϕ (frecarea internă) și/sau a tăieturii – c (coeziunea specifică), panta scade pin efectul lubrifiant al apei, coeziunea scade de cinci ori la o crestere cu 10% a umidității;

• amândouă cauzele de mai sus;

4 3 2 1 5 Timp [arii]

Deplasări

a. stabilizate

a. reactivate

a. stabilizate

a. active

CONCLUZII:

Alunecările de teren sunt fenomene geodinamice cu cauze multiple trebuind studiate din punct de vedere stratigrafic, litologic, tectonic și geomecanic.

Prevenirea și stabilizarea instabilității versanților/taluzurilor

Îndepărtarea prin excavare a pământului din partea superioară a suprafeței de

alunecare. Se micșorează astfel forțele de alunecare și greutatea masei prezumtive de alunecare;

compresiune

întindere

(tăietura)

σ

σ1

σ2

panta

ϕ

τ

c

Încărcarea la piciorul alunecării cu material drenant (anrocamente); Trepte; materialul excavat pentru trepte se pune la piciorul taluzului. Treptele

întrerup continuitatea suprafeței de alunecare, astfel încât, eventualele alunecări vor fi de mai mică amploare;

Realizarea de pinteni și contraforți (care se dimensionează); Drenarea apelor de suprafață și de adâncime; Tratarea crăpăturilor de întindere; se folosește blocaj de balast în adâncimea

crăpăturii și argilă către suprafață; scopul este de a permite circulația apei în masa alunecătoare, oprirea ei ar fi catastrofală; totodată se urmărește și oprirea apei de suprafață;

Drenuri deschise perpendiculare pe linia de cea mai mare pantă;

îndulcește panta se excavează și

contra

drenuri

Casiuri; Vegetație pentru desecare și consolidare (în principal prin evapotranspirație); se

folsesc următoarele specii: oțetar, tamarix, glădice, sexaulul; Ziduri de sprijin ”cadru (celulare)”;

Gabioane; Ranforți, barete, coloane, chesoane; Ancoraje, care pot fi sub forma unor ancore simple (bare metalice fixate în rocă),

tiranți pretensionați (se fixează la un capăt și apoi se întind, ceea ce este complicat din punct de vedere tehnologic

pământ excavat la construirea celulelor

cadru de beton armat

pământ

Bulonarea (țintuirea) taluzurilor – ”soil nailing”; Se fac la taluzuri de debleu.

Bulonul se introduce prin foraj și se fixează prin cimentare sau cu rășini sintetice. La partea superioară, de bulon se fixează o placă de beton armat, așa numitul parament, care preia împingerea pământului și o transmite bulonului care lucrează la smulgere.

Pământ armat; constă din inserarea între două straturi de pământ compactat a unei rețele de armături;

Drenajul prin electroosmoză; este eficient la pământurile argiloase care nu se autodrenează (gravitațional). Se cunoaște că drenajele nu dau rezultate satisfăcătoare în argile și nici în prafuri, având efect doar de coborâre a nivelului apelor subterane sau, după caz, favorizarea migrării apei subterane. În procedeul electroosmotic, apa se deplasează datorită unui câmp electric. În masiv se introduc două tuburi de oțel pentru anod care este confecționat din aluminiu, oțel sau calciu, respectiv țevi perforate (filtre aciculare) pentru catod. Distanța dintre cei doi electrozi este de 10m. Electrozii se leagă la sursă de curent continuu de 25A și 50…150V. Apa se deplasează de la anod către catod (anodul are sarcină electrică pozitivă), după care este evacuată cu pompe.

suprafață prezumtivă de rupere

tirant

placă de beton armat

ancore

element de fixare în rocă

Injectare; Se injectează silicat de sodiu, rășină carbamidică sau mortar de ciment

în zona suprafeței de alunecare. Piloți de pământ stabilizat cu var sau ciment; constau în execuția unor foraje cu

diametre de 10…60cm și adâncimi de 10…12m care se umplu cu pământ amestecat cu var nestins sau ciment realizându-se coloane sau piloți.

Varul acționează astfel: absoarbe apa (așadar, drenează argila – foarte important), reacționează cu pământul făcând să apară niște compuși calcici care reduc afinitatea la apă a pământului, prin înlocuirea în complexul de adsorbție, a ionilor existenți cu ioni de calciu;

Protecția taluzurilor Vegetația absoarbe apa din pământ cu ajutorul rădăcinilor, reducând umiditatea,

respectiv contracția terenului de fundare. Tăierea arborilor cauzează umflări ale ternului, cca 8mm pe an și cu perspectivă de sporire.

Foarte periculos de tăiat este arțarul, mesteacănul, frasinul, fagul, stejarul și tufanul. Pericolul dispare dacă arborele tăiat se află la o distanță de cel puțin o dată și jumătate de zona cu pericol prezumtiv de alunecare.

Biodrenaj Se folosesc arbori care au o evapotranspirație mare și modifică bilanțul hidric al unui teren. Acești arbori sunt: stejarul, arțarul, fagul, frasinul, mesteacănul, ulmul, plopul piramidal, arinul,salcia și oțetarul. Ei au coroana stufoasă și sistemul radicilar dezvoltat.

În funcție de momentul executării drumului, pot apărea în timp, umflări, dacă

execuția a avut loc într-o perioadă secetoasă, respectiv contracții dacă execuția a avut loc într-o perioadă umedă.

C (-) A

pompe

DRENURI (vezi Zarojanu D, ”Mecanica pământurilor pentru infrastructuri de instalații de

transport forestiere”; Zarojanu D, ”Drumuri forestiere”) V. SUPRASTRUCTURA DRUMURILOR FORESTIERE Totalitatea lucrărilor menite a reduce rezistența la rulare formează suprastructura. În caz de terenuri dificile sau condiții hidrologice dificile se prevede un ”strat de

formă” la partea superioară a terasamentului cu rol de a uniformiza suprafața superioară a apatului și a-i spori capacitatea portantă.

Prin condiții hidrologice se înțelege regimul apelor de suprafață, iar cele hidrogeologice denumesc regimul apelor subterane.

În principal, privitor la condițiile hidrologice, de preferință să nu se perturbe echilibrul natural; iar privitor la cele hidrogeologice, trebuie cunoscut N.A.S. și variația acestuia.

Prin condiții climaterice se înțelege regimul precipitațiilor, temperaturilor și direcția vânturilor, mai ales iarna, dat fiind pericolul înzăpezirii

Raza curentă este raza cea mai mică pentru care se acceptă racordarea cu arc de cerc fără curbă progresivă (convertirea se poate face și pe aliniament în vreme ce supraînălțarea numai pe curba progresivă).

Metode de trasare a curbelor cu vârf inaccesibil. Metoda coordonatelor rectangulare pe coardă (metoda ordonatelor pe coardă)

Fie P(x,y) punctul ce trebuie trasat. Originea sistemului de coordonate este în M/.

Abscisa x se impune de proiectant. Trebuie determinat y. MM/=y+y/=R – R.cos α/2 = R.(1 – cos α/2); y/= R- R /-y/ Se pichetează Ti, Te M

/, M după care M/ se determină cum s-a a arătat mai sus.

Metoda tangentelor succesive Este o metodă la care trasarea se face din aproape în aproape., pe porțiuni mici.

Curba se împarte în mai multe curbe mici.

x

ymax y

y'

x

Te Ti

P

M'

Q

V

M

y

Se calculează tangentele corespunzătoare unghiului la centru α/4. Ti1V1=V1Te1=R.tgα/8= t

Curbe policentrice simetrice

Aceste curbe (în figură este o curbă circulară de rază R flancată de alte două curbe

de rază 2R) pot înlocui, dacă este cazul, curbele progresive.

BIBLIOGRAFIE

V1

C3 C2

2R 2R C1

R R