15
RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA FACULTATEA DE CONSTRUCTII SPECIALIZAREA CCIA Disciplina: GEOTEHNICĂ 1. Componentele pământurilor – faza solidă, compoziţia chimico-mineralogică. Răspuns 1: Din punct de vedere fizic, pământurile sunt medii disperse, trifazice, alcătuite, în general, din următoarele faze: faza solidă (particule solide care alcătuiesc scheletul mineral); faza lichidă (apa din golurile dintre particulele solide, numite pori); faza gazoasă (alcătuită din aer sau gazele din porii neocupaţi de apă). Fig. 1. Componentele pământurilor: 1 - particulă solidă; 2 - apă; 3 – aer Scheletul mineral al pământurilor s-a format prin dezagregarea fizică și alterarea chimică a mineralelor din rocile preexistente (minerale primare rezultate prin dezagregarea rocilor și minerale secundare formate prin alterarea chimică a mineralelor primare rezultând minerale noi). Cele mai frecvente minerale primare, care intră în compoziţia pământurilor nisipoase şi prăfoase, sunt: cuarţul, feldspatul, calcitul, mica, etc. Argilelor le sunt caracteristice mineralele secundare, printre care: montmorillonitul, caolinitul, haloisitul, illitul etc.

RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA … · RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA FACULTATEA DE CONSTRUCTII SPECIALIZAREA CCIA Disciplina: GEOTEHNICĂ 1. Componentele pământurilor

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA … · RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA FACULTATEA DE CONSTRUCTII SPECIALIZAREA CCIA Disciplina: GEOTEHNICĂ 1. Componentele pământurilor

RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA

FACULTATEA DE CONSTRUCTII

SPECIALIZAREA CCIA

Disciplina: GEOTEHNICĂ

1. Componentele pământurilor – faza solidă, compoziţia chimico-mineralogică.

Răspuns 1:

Din punct de vedere fizic, pământurile sunt

medii disperse, trifazice, alcătuite, în general, din

următoarele faze: faza solidă (particule solide care

alcătuiesc scheletul mineral); faza lichidă (apa din

golurile dintre particulele solide, numite pori); faza

gazoasă (alcătuită din aer sau gazele din porii

neocupaţi de apă).

Fig. 1. Componentele pământurilor:

1 - particulă solidă; 2 - apă; 3 – aer

Scheletul mineral al pământurilor s-a format prin dezagregarea fizică și alterarea

chimică a mineralelor din rocile preexistente (minerale primare rezultate prin dezagregarea

rocilor și minerale secundare formate prin alterarea chimică a mineralelor primare rezultând

minerale noi). Cele mai frecvente minerale primare, care intră în compoziţia pământurilor

nisipoase şi prăfoase, sunt: cuarţul, feldspatul, calcitul, mica, etc. Argilelor le sunt

caracteristice mineralele secundare, printre care: montmorillonitul, caolinitul, haloisitul, illitul

etc.

Page 2: RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA … · RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA FACULTATEA DE CONSTRUCTII SPECIALIZAREA CCIA Disciplina: GEOTEHNICĂ 1. Componentele pământurilor

2. Caracteristici fizice ale pământurilor – densitatea scheletului mineral şi a pământului

(ρs, γs, ρ, γ).

Răspuns 2:

Densitatea scheletului mineral reprezintă raportul dintre masa particulelor solide Ms

dintr-o probă de pământ şi volumul propriu al acestora Vs; se exprimă cu relaţia:

s =

s

s

V

M [g/cm

3]

Densitatea scheletului variază între limite relativ restrânse (2,6-2,8 g/cm3). Densitatea

scheletului mineral se determină în laborator folosind metoda picnometrului.

Greutatea volumică a scheletului mineral se poate defini ca raport între greutatea

particulelor solide Gs dintr-o probă de pământ şi volumul acestora Vs. Relaţia de calcul este:

s = gV

gM

V

Gs

s

s

s

s

[kN/m3] în care g este acceleraţia gravitaţională.

Densitatea pământului reprezintă raportul dintre masa unei probe de pământ M şi

volumul total al acesteia V, în care este inclus şi volumul porilor (golurile dintre particulele

solide). Se exprimă prin relaţia: = V

M [g/cm

3]

Densitatea pământului variază, pentru acelaşi fel de pământ, cu aceeaşi porozitate

(volum de goluri), în limite largi în funcţie de conţinutul de apă.

Greutatea volumică a pământului se defineşte ca raport între greutatea unei probe

de pământ G şi volumul acesteia V: = gV

gM

V

G

[kN/m

3]

Page 3: RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA … · RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA FACULTATEA DE CONSTRUCTII SPECIALIZAREA CCIA Disciplina: GEOTEHNICĂ 1. Componentele pământurilor

3. Umiditatea pământurilor şi gradul de umiditate (w, Sr).

Răspuns 3:

Umiditatea unui pământ reprezintă raportul dintre masa apei Mw conţinută în porii

unei cantităţi de pământ şi masa particulelor solide Ms din acea cantitate. Se notează cu w şi

se exprimă prin relaţiile:

w

s

w

M

M sau: în procente w 100

M

M

s

w [%]

În laborator, umiditatea se determină prin uscarea probelor de pământ (în etuvă la

temperatură de 105°C) până la obţinerea unei mase constante a acestora.

Gradul de umiditate se defineşte ca fiind raportul între volumul de apă conţinut de

proba de pământ şi volumul total al golurilor (porilor) probei respective:

p

wr

V

VS

După valoarea gradului de umiditate pământurile se clasifică:

- pământ uscat, Sr ≤ 0,40;

- pământ umed, 0,40 < Sr ≤ 0,80;

- pământ foarte umed, 0,80 < Sr ≤ 0,90;

- pământ practic saturat, 0,90 < Sr ≤ 1,00.

Page 4: RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA … · RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA FACULTATEA DE CONSTRUCTII SPECIALIZAREA CCIA Disciplina: GEOTEHNICĂ 1. Componentele pământurilor

4. Indicele porilor, porozitatea pământurilor şi gradul de îndesare (e, emax, emin, n%, ID).

Răspuns 4:

Indicele porilor (e) reprezintă raportul dintre volumul porilor Vp şi volumul fazei

solide (a particulelor solide) pentru proba de pământ considerată: e = Vs

Vp

Porozitatea (n) exprimă raportul dintre volumul porilor şi volumul total al unei

cantităţi de pământ considerate:

n =V

Vp sau în procente: n = 100V

Vp [ % ] unde: Vp - volumul porilor

din proba de pământ analizată; V - volumul total al probei de pământ.

Pentru definirea stării de îndesare sau afânare se utilizează indicele geotehnic

denumit grad de îndesare, ID, definit cu următoarea relaţie: ID =

minmax

max

ee

ee

unde: emax -

indicele porilor corespunzător stării celei mai afânate; emin - indicele porilor corespunzător

stării celei mai îndesate; e - indicele porilor corespunzător stării naturale de îndesare.

Page 5: RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA … · RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA FACULTATEA DE CONSTRUCTII SPECIALIZAREA CCIA Disciplina: GEOTEHNICĂ 1. Componentele pământurilor

5. Limitele de plasticitate, indicele de plasticitate şi de consistenţă (wL, wP, IP, IC).

Răspuns 5:

Umidităţile care delimitează inferior şi superior, domeniul de comportare plastică a

pământurilor coezive poartă denumirea de limite de plasticitate.

Limita inferioară de plasticitate wp, denumită şi limită de frământare, reprezintă

umiditatea minimă de la care începând un pământ argilos se comportă asemănător cu un corp

plastic, ea marcând trecerea pământului din stare tare (semisolidă) în stare plastică.

Limita superioară de plasticitate wL sau limita de curgere, reprezintă umiditatea

maximă până la care un pământ argilos are comportare plastică, ea marcând trecerea

pământului din stare plastică în stare curgătoare, pentru umidităţi mai mari decât wL pământul

curge sub greutatea sa proprie.

Proprietatea pământurilor coezive de a se comporta, într-un anumit domeniu de

umiditate ca un corp plastic poartă denumirea de plasticitate. Cantitativ plasticitatea se

exprimă prin indicele de plasticitate Ip, care reprezintă intervalul de umiditate în limitele

căruia pământurile coezive se află în stare plastică, fiind definit prin relaţia: Ip = wL - wp.

Indicele de consistenţă Ic exprimă cantitativ starea de consistenţă a pământurilor

coezive, fiind definit cu următoarea relaţie: Ic =

p

L

pL

L

I

ww

ww

ww

.

Page 6: RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA … · RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA FACULTATEA DE CONSTRUCTII SPECIALIZAREA CCIA Disciplina: GEOTEHNICĂ 1. Componentele pământurilor

6. Studiul compresibilităţii pământurilor în condiţii de laborator. Încercarea

edometrică.

Răspuns 6:

În laborator, pentru studiul compresibilităţii se utilizează aparatul numit edometru

(fig. 1). În cadrul acestei încercări, asupra probei se aplică în trepte o încărcare verticală de

compresiune prin intermediul unui piston. Pentru a se crea posibilitatea drenării apei din porii

probei, aceasta este intercalată între două pietre poroase.

Fig. 1. Edometru Fig. 2. Curba de compresiune-tasare

Caracteristica principală a încercării de compresibilitate constă în faptul că

deformarea laterală a probei de pământ este complet împiedicată.

Pe baza rezultatelor încercării de compresibilitate în edometru se poate trasa curba de

compresiune-tasare (fig. 2). Cu ajutorul curbei de compresiune-tasare se determină: tasarea

specifică:

0

ii

h

h100

[%] și modulul de deformaţie edometric:

ppptgM

12

12

Valoarea lui M se calculează pentru intervalul de presiuni: p1 = 200 kPa şi p2 = 300

kPa; această valoare se notează cu M2-3.

Page 7: RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA … · RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA FACULTATEA DE CONSTRUCTII SPECIALIZAREA CCIA Disciplina: GEOTEHNICĂ 1. Componentele pământurilor

7. Rezistenţa la forfecare a pământurilor, definiţie, Legea lui Coulomb.

Răspuns 7:

Aplicarea unei sarcini exterioare asupra unui masiv de pământ (fig.1) şi greutatea sa

proprie dezvoltă în masa acestuia tensiuni normale şi tangenţiale. Tensiunile normale

produc apropierea între ele a particulelor, iar tensiunile tangenţiale tind să le deplaseze

lateral unele faţă de altele. Deplasărilor produse de tensiunile tangenţiale li se opune rezistenţa

la forfecare f a pământului, generată de forţele de legătură dintre particulele sale constitutive.

Fig. 1. Evidenţierea rezistenţei la forfecare Fig. 2. Dreapta intrinsecă:

a - pământ necoeziv; b - pământ coeziv

Prin rezistenţa la forfecare a unui pământ se înţelege rezistenţa pe care acesta o

opune la ruperea prin forfecare a legăturilor dintre particulele componente, fiind egală

ca valoare cu mărimea tensiunii tangenţiale care produce ruperea.

Legea lui Coulomb: - pentru pământurile necoezive: f = tg,

- pentru pământurile coezive: f = tg + c

Dreapta corespunzătoare fiecăreia din ecuaţiile de mai sus poartă denumirea de

dreaptă intrinsecă sau dreapta lui Coulomb, este definită prin doi parametri: înclinarea faţă

de orizontală, care reprezintă unghiul de frecare interioară al pământului și ordonata la

origine, care reprezintă coeziunea pământului c.

Page 8: RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA … · RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA FACULTATEA DE CONSTRUCTII SPECIALIZAREA CCIA Disciplina: GEOTEHNICĂ 1. Componentele pământurilor

8. Împingerea pământurilor. Diagrame de presiuni din împingerea pământului şi sarcini

uniform distribuite.

Răspuns 8:

În cazul când pe suprafaţa masivului de pământ sprijinit acţionează o sarcină uniform

distribuită q (fig. 1), aceasta se echivalează cu un strat de pământ, de înălţime i, care are

aceeaşi greutate volumică ca şi pământul din spatele suprafeţei de sprijin: qi

Făcând această înlocuire fictivă, se poate considera că pe înălţimea H+i se găseşte un

strat omogen de pământ cu greutatea volumică , căruia îi corespunde o diagramă

triunghiulară de presiune (abc).

Fig. 1. Diagrama de presiune

Valorile presiunii la nivelul punctelor B şi A

sunt: aaB KqKip

aaaA KiKHKiHp

aa KqKH

Diagrama de presiune corespunzătoare

împingerii generate de sarcina uniform distribuită q

este reprezentată prin dreptunghiul afed, iar cea

datorată pământului din spatele suprafeţei de sprijin,

prin triunghiul fbe.

Page 9: RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA … · RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA FACULTATEA DE CONSTRUCTII SPECIALIZAREA CCIA Disciplina: GEOTEHNICĂ 1. Componentele pământurilor

9. Ziduri de sprijin. Clasificarea zidurilor de sprijin şi verificarea presiunilor pe teren.

Răspuns 9:

Sub aspect constructiv, construcţiile de sprijin se clasifică în ziduri de sprijin de

greutate, ziduri de sprijin tip cornier, ziduri de sprijin din elemente prefabricate și construcţii

de sprijin din pământ armat.

Pentru verificarea presiunii pe teren se reduc toate încărcările exterioare faţă de

mijlocul tălpii fundaţiei zidului, obţinându-se solicitările N, M şi T. Mărimea presiunii pe

teren este:

Fig. 1. Schema de calcul a

zidurilor de sprijin de greutate

B

e61

B

N

6

B1

M

1B

N

W

M

A

Np

22,1

în

care B - lăţimea tălpii zidului, e = M/N -

excentricitatea forţei N faţă de mijlocul tălpii zidului.

Pentru ca dimensiunile zidului alese să fie bune,

trebuie îndeplinită condiţia:

p1 ≤ ptr în care ptr reprezintă presiunea

maximă acceptată pe terenul de fundare la nivelul

suprafeţei de contact cu talpa fundaţiei zidului.

Dacă nu este îndeplinită condiţia de mai sus se

modifică dimensiunile zidului de sprijin.

Page 10: RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA … · RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA FACULTATEA DE CONSTRUCTII SPECIALIZAREA CCIA Disciplina: GEOTEHNICĂ 1. Componentele pământurilor

10. Ziduri de sprijin. Verificările de stabilitate a zidurilor de sprijin.

Răspuns 10:

Fig. 1. Schema de calcul a

zidurilor de sprijin de greutate

Verificarea stabilităţii la răsturnare.

Sub acţiunea componentei orizontale Pah a

împingerii active a pământului, zidul de sprijin îşi poate

pierde stabilitatea prin răsturnare în jurul muchiei din faţă

a fundaţiei. Stabilitatea la răsturnare a zidului de sprijin

este asigurată dacă este îndeplinită condiţia:

Mr ≤ mrMs în care:

Mr - momentul de răsturnare;

Ms - momentul de stabilitate;

mr - coeficientul condiţiilor de lucru egal cu 0,8.

În cazul schemei de calcul din fig. 1, cele două

momente pot fi explicitate astfel: Mr = Pahh şi Ms =

Gd + PavB

Verificarea stabilităţii la alunecare pe talpă. Această verificare constă în

compararea forţei de frecare dintre talpa fundaţiei şi teren cu rezultanta încărcărilor orizontale

(componenta T), conform relaţiei: T < mhμN în care:

N - rezultanta încărcărilor verticale (N = G + Pav);

mh - coeficientul condiţiilor de lucru egal cu 0,8;

μ - coeficientul de frecare dintre talpa fundaţiei şi teren: unde, μ = tg , unde =

(1/3…1/2) este unghiul de frecare dintre teren şi talpa zidului de sprijin sau μ = tg , unde

este unghiul frecării interioare a pământului. Această relaţie se foloseşte în cazul realizării

unui pinten din beton simplu la talpa fundaţiei zidului.

Page 11: RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA … · RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA FACULTATEA DE CONSTRUCTII SPECIALIZAREA CCIA Disciplina: GEOTEHNICĂ 1. Componentele pământurilor

V. STUDII DE CAZ/ PROBLEME

GEOTEHNICĂ

Problema 1

Să se determine caracteristicile fizice (greutatea volumică a pământului, γd,

porozitatea, n, indicele porilor, e) ale nisipului care în stare naturală are umiditatea w = 25%,

greutatea volumică γ = 17,5 kN/m3 şi greutatea volumică a scheletului γs = 26,5 kN/m

3.

Rezolvare 1:

Greutatea volumică a pământului în stare uscată este: 3kN/m 0,14

100251

5,17

1

wd

Porozitatea se determină cu relaţia: %2,47100

5,26

0,145,26100%

s

dsn

Indicele porilor este dat de relaţia: 894,0

1002,471

1002,47

1

n

ne

Page 12: RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA … · RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA FACULTATEA DE CONSTRUCTII SPECIALIZAREA CCIA Disciplina: GEOTEHNICĂ 1. Componentele pământurilor

Problema 2

O probă de argilă saturată cântăreşte în stare naturală, m1 = 490,2 g, iar după uscare,

m2 =368,2 g. Greutatea volumică a scheletului, γs, a fost determinată în laborator şi este de

27,2 kN/m3. Să se calculeze următoarele caracteristici fizice ale argilei: umiditatea,w, indicele

porilor, e, porozitatea, n.

Rezolvare 2:

Umiditatea este dată de relaţia:

%1,331002,368

2,3682,490100

2

21

m

mmw

Indicele porilor este:

90,010

2,27

100

1,33

w

swe

Porozitatea este:

%4,4710090,01

90,0100

1

e

en

Page 13: RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA … · RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA FACULTATEA DE CONSTRUCTII SPECIALIZAREA CCIA Disciplina: GEOTEHNICĂ 1. Componentele pământurilor

Problema 3

Unui pământ argilos i s-a determinat umiditatea, w = 40%, limita inferioară de

plasticitate, wP = 15% şi limita superioară de plasticitate, wL = 60%. Să se calculeze valoarea

indicelui de plasticitate, IP şi a indicelui de consistenţă, IC.

Rezolvare 3:

Indicele de plasticitate este dat de relaţia:

%451560 PLP wwI

Indicele de consistenţă este dat de relaţia:

44,01560

4060

PL

LC

ww

wwI

Page 14: RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA … · RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA FACULTATEA DE CONSTRUCTII SPECIALIZAREA CCIA Disciplina: GEOTEHNICĂ 1. Componentele pământurilor

Problema 4

Să se determine modulul de deformaţie edometric, M2-3 şi modulul de deformaţie al

terenului, E pentru un nisip argilos (cu indicele de consistenţă, IC = 0,55 şi indicele porilor, e

= 0,47) care înregistrează următoarele tasări specifice:pentru presiunea de 50 kPa, ε0 = 1,20%,

la 100 kPa ε1 = 2,13%, la 200 kPa ε2 = 3,95%, la 300 kPa ε3 = 5,15% , la 500 kPa ε4 = 7,49%,

iar la 300 kPa ε5 = 7,31%, la 100 kPa ε6 = 6,70% şi care sunt prezentate sub forma curbei de

mai jos:

Rezolvare 4:

Modulul de deformaţie edometric este dat de relaţia:

kPappp

M 33,8395,315,5

200300

23

20030032

Modulul de deformaţie al terenului este dat de relaţia:

32 MME o

Deoarece pământul analizat este un nisip argilos, cu indicele de consistenţă, IC = 0,55

şi cu indicele porilor, e = 0,47, valoarea coeficientului de corecţie M0 fiind egală cu 1,6,

conform STAS 8942/1-84.

Astfel, kPaE 33,13333,836,1

Page 15: RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA … · RĂSPUNSURI SUBIECTE EXAMEN LICENTA FACULTATEA DE CONSTRUCTII SPECIALIZAREA CCIA Disciplina: GEOTEHNICĂ 1. Componentele pământurilor

Problema 5

Pe probe de pământ cu secţiunea de 36 cm2 s-au efectuat încercări de forfecare directă,

obţinându-se următoarele rezultate:

σ 100,00 kPa 200,00 kPa 300,00 kPa

τmax 107 kPa 122 kPa 137 kPa

Să se determine parametrii rezistenţei la forfecare, unghiul de frecare interioară Φ şi

coeziunea c (folosind metoda celor mai mici pătrate) şi să se traseze dreapta lui Coulomb.

Se precizează că relaţiile de determinarea a parametrilor rezistenţei la forfecare

folosind metoda celor mai mici pătrate sunt:

2

11

2

111

n

i

n

i

n

fi

n

i

n

fii

n

n

tg

2

11

2

1111

2

n

i

n

i

n

i

n

fii

n

fi

n

i

n

c

Rezolvare 5:

Folosind metoda celor mai mici pătrate unghiul de frecare interioară a pământului este

dat de relaţia:

15,03002001003002001003

13712210730020010013730012220010710032222

tg

Φ = 8,530

Folosind metoda celor mai mici pătrate coeziunea pământului este dată de relaţia:

kPac 923002001003002001003

3002001001373001222001071001371221073002001002222

222

Cu ajutorul perechilor de valori σ şi τmax se trasează dreapta lui Coulomb.