Curs Lichefiere

5/22/2018 Curs Lichefiere

1/23

1

PROBLEME SPECIALE DE GEOTEHNICA/FUNDATII

LICHEFIEREA PAMNTURILOR


2/23

2

INTRODUCERE

Lichefierea este un fenomen care apare n pamnturile necoezive sau slab coezive (domeniulcorespunzator fractiunilor granulometrice praf pietrisuri) cu preponderenta n cazul nisipurilor.

Efectele lichefierii se resimt prin scaderea rezistentei la forfecare a pamnturilor ce constituie terende fundare pentru constructii (figura 1) conducnd la cedarea generala a acestuia, mpingeri asupra

lucrarilor de sustinere care avnd ca efect nclinarea sau alunecarea acestora (figura 2)

Figura 1. Efectele fenomenului de lichefierea ca urmare a cutremurului de pamnt din anul 1964, Niigata,Japonia

Figura 2. Efectele fenomenului de lichefierea ca urmare a cutremurului de pamnt din anul 1995, Kobe,Japonia

Prin cresterea presiunii apei n pori se poate ajunge la declansarea unor alunecari de teren sau cedaride diguri (figura 3). n cazul prezentat n figura barajul a fost pe punctul de a ceda general, lucrucare ar fi condus la numeroase pierderi de vieti omenesti din zona puternic populata din aval deamenajarea hidroenergetica.


3/23

3

Figura 3. Cedarea barajului inferior San Fernando, 1971, California, USA

Termenul de lichefiere este n general folosit pentru a descrie cteva fenomene cu efecte similaredar care sunt diferite din punctul de vedere al mecanismului care le-a cauzat. Aceste fenomene potfi catalogate n doua mari categorii si anume:

- Lichefierea prin curgere,- Mobilitate ciclica.

Lichefierea prin curgere este un fenomen n care echilibrul static este distrus prin ncarcari staticesau dinamice aplicate unui depozit de pamnt cu rezistenta redusa la forfecare. ncarcarile statice

pot fi induse, de exemplu, de cladiri noi amplasate pe pante, cladiri care exercita forte suplimentareaplicate rapid terenului de fundare. Cutremurele, exploziile si baterea pilotilor sunt exemple dencarcari dinamice care pot declansa lichefierea prin curgere. Odata fenomenul declansat, rezistentaunui pamnt susceptibil la lichefiere prin curgere nu mai este suficienta pentru a prelua ncarcarilestatice care actionau terenul de fundare nainte de actiunea dinamica (figura 4)q

a

Figura 4: Mecanismul producerii fenomenului de lichefiere prin curgere

Cedarile rezultate n urma lichefierii prin curgere sunt cel mai adesea caracterizate de miscari rapidesi de mare amplitudine care pot avea efecte dezastruoase cum ar fi cazul colapsului imobilelor dincartierul Kawagishi n timpul cutremurului din Niigata, 1964 (figura 1).


4/23

4

Alunecarea Turnagam Heights, produsa n timpul seismului din Alaska, 1964, este considerata a fiprodusa prin lichefierea unei lentile de nisip conducnd la deplasarea unui depozit de pamnt avndo arie de aproximativ 55ha (figura 5).

Figura 5. Alunecare de teren prin lichefierea nisipului de sub masa alunecatoare n timpul cutremurului dinAlaska, 1964

n figura 6 este prezentat un alt exemplu de lichefiere prin curgere aparuta n timpul seismului SantaBarbara, 1925, n care barajul Sheffield a suferit avarii prin deplasarea unui segment de 100m cu30m n aval. Barajul era alcatuit n principal din nisipuri prafoase si prafuri nisipoase excavate din

bazin si compactate mecanic.

Figura 6. Cedarea barajului Sheffield, 1925

Asa cum arata aceste exemple lichefierile prin curgere pot antrena volume considerabile de materialatt din materialul lichefiabil ct si din masivele de pamnt sau constructiile care au ca suport astfel


5/23

5

de pamnturi. Aceste volume mari n miscare sunt de fapt declansate prin eforturi perturbatoare defoarte mica amplitudine.

Mobilitatea ciclica este un fenomen de lichefiere declansat de ncarcari ciclice, fenomen care aparen depozite de pamnt unde efortul de forfecare static este mai mic dect rezistenta la forfecare.Deformatiile datorate ncarcarii ciclice se dezvolta incremental datorita eforturilor statice sidinamice care apar n timpul unui cutremur. Dezvoltarea laterala ce apare frecvent n cazul acestui

tip de lichefieri se produce pe pante line sau chiar pe suprafete orizontale adiacente rurilor silacurilor. n 1976 cutremurul din Guatemala a cauzat o lichefiere de-a lungul rului Montaguaprezentata n figura 7. Se pot remarca crapaturile paralelele cu directia de curgere a rului.

Figura 7. Lichefierea zonei adiacente rului Montagua n timpul cutremurului din Guatemala, 1976

La suprafata terenului cresterea rapida a presiunii apei n pori poate induce o migrare a apeiinterstitiale catre cota 0.00m. Aceasta migrare se poate produce att n timpul ct si dupa ncetareamiscarii seismice. n situatia n care gradientul hidraulic depaseste valoarea critica forta curentului

pe unitatea de volum poate sa anuleze si chiar sa depaseasca greutatea volumica a materialuluiastfel nct acesta devine o masa fluida incapabila sa mai preia ncarcari si care se poate manifesta

prin fenomenul de fierbere nsotit de prabusirea zonei (figura 8) sau prin formarea unor vulcani de

nisip (figurile 9 si 10) fenomene manifestate n timpul cutremurului El Centro, California, 1979.

Figura 8. Fierbere a nisipului si colaps - cutremurul El Centro, California, 1979


6/23

6

Figura 9. Vulcani de nisip cutremurul El Centro, California, 1979

Figura 10. Vulcani de nisip - cutremurul El Centro, California, 1979

Datorita faptului ca lichefierea se produce numai n pamnturi saturate efectele acesteia sunt cel maiadesea observate n zonele adiacente volumelor de apa cum ar fi rurile, lacurile, golfurile si marile.Efectele lichefierii pot include deplasari majore de mase de pamnt (figura 11) sau doar crapaturiaparute datorita eforturilor de ntindere (figura 7).

Figura 11. Lacul Merced, California, 1957


7/23

7

Constructiile aflate n zona porturilor si docurilor sunt cel mai adesea susceptibile a fi afectate defenomenele de lichefiere induse ca urmare a ncarcarilor rapide, socurilor din ciocniri cu nave nzona cheurilor sau ncarcari seismice. Atunci cnd pamntul din zona zidurilor de cheu se lichefiazampingerea suplimentara indusa de acesta poate conduce la colapsul structurii precum si structuriloradiacente (figurile 1214).

Figura 12. Cedarea unui zid de cheu - Kobe, 1995

Figura 13. Cedare laterala a unui zid de sprijin Kobe, 1995

Figura 14. Zid de cheu avariat insula Rokko, Kobe, 1995


8/23

8

Lichefierea afecteaza de asemenea foarte frecvent fundatiile podurilor asa cum se poate vedea nfigurile 15 si 16.

Figura 15. Niigata, 1964

Figura 16. Tokachi, 1948

Cauzele fenomenului de lichefiere

Pentru a putea ntelege fenomenul de lichefiere este important sa se cunoasca natura terenului defundare nainte de producerea fenomenului. Terenul de fundare sau pamntul care constituie terenulde fundare este constituit dintr-o retea de particule solide sau schelet mineral. Particuleleconstituente ale scheletului mineral interactioneaza unele cu altele. Greutatea pamntului conduce laaparitia fortelor de contact ntre particulele solide fapt care confera pamntului asa numita rezistenta

(figurile 17 si 18).

Figura 17. Reprezentarea scheletului mineral si avalorii presiunii apei in pori

Figura 18. Reducerea fortelor de contact si crestereavalorii presiunii apei din pori n momentul produceriifenomenului de lichefiere


9/23

9

Fenomenul de lichefiere apare n cazul terenurilor de fundare alcatuite din nisipuri afnate sisaturate n situatia n care acestea sunt solicitate dinamic. Ca urmare a modificarii starii de ndesarea terenului de fundare apar tasari. In timpul cutremurelor de pamnt presiunea suplimentara apei din

pori nu are timp sa se disipe si ca urmare pentru scurt timp terenul de fundare capata o mobilitatecare conduce ulterior la o re-aranjare a scheletului mineral. Apa joaca rolul unui lubrefiant.Cresterea rapida a presiunii apei din pori are ca urmare o reducere a intensitatii fortelor de contactdintre particulele solide si chiar la anularea acestora (a se vedea figura 19) scade rezistenta

pamntului. n aceasta situatie extrema pamntul se comporta mai mult ca un fluid dect un mediusolid de unde si denumirea de lichefiere.

Figura 19. Reducerea fortelor de contact si cresterea valorii presiunii apei din pori n momentul produceriifenomenului de lichefiere

Cauzele producerii fenomenului de lichefiere

Indicele porilor criticn anul 1936 Dr. Arthur Casagrande a efectuat o serie de ncercari de tip CD n aparatul de

compresiune triaxiala cu deformatie impusa si efort masurat. Rezultatele ncercarilor efectuate peprobe de pamnt aflate la stari diferite de ndesare dar solicitate la acelasi efort hidrostatic au aratatca acestea ajung la aceiasi valoare a densitatii n momentul cedarii (la deformatii mari). Valoareaindicelui porilor corespunzatoare la aceasta densitate constanta indiferent de starea de ndesare a

pamntului poarta numele de indicele porilor critic (ec) a se vedea figura 20.

Afanat

Indicele porilor

Indesat

Efortu

ldeviator

Efortu

ldeviator

Afanat

Indesat

Deformatia axiala

Figura 20. Curbe de mobilizare ale efortului deviator cu deformatia specifica axiala si respectiv indiceleporilor (pentru diferite stari de ndesare).


10/23

10

ncercarile de compresiune triaxiala efectuate la eforturi hidrostatice diferite au aratat ca valoareaindicelui porilor critic variaza n functie de valoarea efortului de confinare. Reprezentarea punctelorde coordonate (e, 3) conduce la obtinerea unei relatii liniare ntre acesti parametrii (CVR liniaindicelui porilor critic). Aceasta linie constituie limita ntre dilatanta si respectiv contractanta careapare n cazul ncercarilor de compresiune triaxiala de tip CD (figura 21).

Afanat, contractil

Indesat, dilatant

Afanat, contractil

Indesat, dilatant

LiniaCVR

LiniaCVR

Figura 21. Linia CVR

Starea de eforturi si deformatii (relatia efort deformatie)

La mijlocul anilor 60 au fost efectuate o serie de ncercari de compresiune triaxiala de tip CU,ncercari cu efort impus si deformatie masurata. n functie de starea de ndesarea a probelor de

pamnt ncercate n aparatul de compresiune triaxiala au fost identificate trei tipuri diferite de relatiiefort deformatie (figura 22). Probele de material aflate n stare afnata au cedat prin forfecare

pentru valori reduse ale deformatiei axiale si fenomenul de cedare s-a propagat rapid cu crestereadeformatiilor. Acest mod de comportare a fost denumita lichefiere sau lichefiere prin curgere.

Comportarea probelor aflate la o stare de ndesare medie a fost oarecum similara cu cea a probelorafnate pentru zona deformatiilor foarte mici dupa care a aparut fenomenul de dilatanta. Astfel demateriale au fost clasificate a avnd o lichefiere redusa. Pentru materialele aflate n stare dendesare fenomenul de dilatanta se produce nca de la nceperea ncercarii de compresiune triaxiala.

Lichefiere Dilatare

Lichefiere

limitata

Lichefiere

Dilatare

Lichefiere

Lichefiere

limitata

Figura 22. Rezultatele ncercarilor de compresiune triaxiala de tip CU efectuate pe probe de material aflat ladiferite grade de ndesare

Rezultatele prezentate n figura 22 au stat la baza obtinerii liniei de stare critica (SSL steady stateline) care reprezinta un criteriu de lichefiere aplicat n cazul ncercarilor de compresiune nedrenata


11/23

11

(figura 23). SSL este oarecum similara cu linia CVS critical void ratio line. Un material aflat sublinia SSL nu este lichefiabil n schimb un material pentru care parametrii e si determina un punctsituat deasupra liniei SSL este susceptibil la lichefiere prin curgere numai daca efortul de forfecareatinge valoarea rezistentei reziduale a materialului analizat. n sistemul de reprezentare p-q (efortsferic si respectiv efort deviator) se pot identifica acele stari de eforturi (zone de eforturi) carecorespund fenomenului de lichefiere att pentru lichefierea prin curgere ct si pentru mobilitateaciclica (figura 24).

Proiectia in plan e-'

Proiectia in plan -

Materiale lichefiabile

Materiale

lichefiabile

Materiale

lichefiabile

Materiale

nelichefiabile

Materiale

lichefiabile

Proiectia in plan e-

Figura 23. Reprezentarea spatiala a criteriului de lichefiere si liniarizarea criteriului n reprezentarea plana

Lichefiere prin curgere

Mobilitate ciclica

Punct pe linia SSL

Figura 24. Identificarea starilor de eforturi care corespund fenomenului de lichefiere. FLS reprezintasuprafata limita a domeniului de lichefiere prin curgere (drum de efort)

n figura 25 sunt prezentate drumurile de efort pentru 5 probe din acelasi material forfecate nconditii nedrenate n triaxialul (Vaid si Chern, 1983). Trei epruvete de material (notate pe figura 25cu C, D, si E) au supuse unor stari de eforturi mai mari dect cele corespunzatoare rezistentei laforfecare reziduale si au cedat prin lichefiere prin curgere. Punctele care corespund initierii

procesului de lichefiere prin curgere se nscriu pe o dreapta care trece prin oricine (prelungireaacesteia linia punctata din figura 25). Aceasta dreapta poarta numele de linia sau suprafata delichefiere prin curgere (FLS n figurile 24 si 25). Deoarece fenomenul de lichefiere prin curgere nu

poate sa apara daca efortul static de forfecare este mai mic ca valoare dect valoarea rezistentei nstarea critic a a materialului, FLS este trunchiata de o linie orizontala pna n punctul corespunzatorde pe suprafata de stare critica (linia sau suprafata SSL n figura 24). Rezistenta corespunzatoarestarii critice reprezinta rezistenta unui pamnt ajuns la starea critica de deformatii corespunzatoareunei curgeri (deformari continue) sub efort de forfecare constant si efort efectiv de confinareconstant pentru volum constant (deformatie specifica volumica constanta). Fenomenul de lichefiere


12/23

12

prin curgere se produce daca drumul de efort atinge linia (suprafata) FLS flow liquefactionsurface, n timpul ncercarilor de forfecare n conditii nedrenate cu eforturi aplicate n conditiistatice sau ciclice.

Punct pe

suprafata

de stare

critica

Punct pe

suprafata de

stare critica

Figura 25. Reprezentarea grafica a fenomenului de lichefiere prin curgere

n figura 26 sunt prezentate drumurile de efort pentru fenomenul de lichefiere prin curgere n cazulncarcarilor aplicate static si ciclic . In prima faza a procesului de cedare presiunea suplimentara aapei din pori care apare ca urmare a deformatiilor mici conduce la deplasarea drumului de efortefectiv catre suprafata de lichefiere prin curgere. n momentul atingerii suprafetei materialul devineinstabil. n momentul n care un material atinge acest grad de instabilitate n conditii nedrenaterezistenta sa la forfecare atinge valoarea reziduala. Ca un rezultat al acestei stari eforturile statice deforfecare provoaca deformatii mari lucru care conduce la colapsul sau cedarea pamntului prin

lichefiere.

Figura 26. Cedarea n cazul solicitarilor statice si ciclice (curbe de mobilizare a efortului deviator si drumuride eforturi efective)

Lichefierea prin mobilitate ciclica poate sa apara chiar daca efortul static de forfecare este mai micca valoare dect rezistenta la forfecare corespunzatoare starii critice (rezistenta reziduala). n figura


13/23

13

27, n sistemul de coordonate p-q, sunt identificate zonele de eforturi corespunzatoare fenomenelorde contractanta si dilatanta care pot sa apara n cazul nisipurilor ndesate si respectiv aflate n starede ndesare medie. Trecerea ntre cele doua stari de deformatii se face prin intermediul linie PTL

phase transformation line ce trece prin originea sistemului de coordonate.

Suprafata de cedare(infasuratoarea)

Dilata

nta

Linia de trecereintre faze

Contractanta

Figura 27. Reprezentarea n sistem p-q a dilatantei si contractantei

n zona de manifestare a contractantei drumul de efort n conditii de forfecare nedrenate tinde sa sedeplaseze catre stnga ca urmare a cresterii presiunii apei din pori care are ca urmare crestereavalorii efortului sferic (a se vedea figura 28). Pe masura ce drumul de efort se apropie de linia detransformare a fazei acesta se apropie de verticala pe masura ce fenomenul de contractanta scade nintensitate. Atingerea liniei PTL corespunde unei stari de echilibru limita (valoarea constanta pentru

p). Dupa ce drumul de efort depaseste linia PTL fenomenul de dilatanta care apare ca urmare ascaderii presiunii apei din pori face ca valoarea efortului sferic sa creasca iar drumul de efort sedeplaseaza catre dreapta.

Figura 28. Drumul de efort n conditii nedrenate cu manifestarea fenomenelor de contractanta sidilatanta

Evaluarea potentialului de lichefiere

Evaluarea potentialului de lichefiere se poate face n functie de rezultatele obtinute cu privire laintensitatea cutremurului de pamnt (actiunii dinamice) si respectiv n functie de valorile obtinute

pentru rezistenta la lichefiere. Modalitatea cea mai buna de a caracteriza ncarcarile induse deactiunea seismica n terenul de fundare este interpretarea rezultatelor cu privire la eforturile deforfecare ciclice. Prin normalizarea valorii maxime a efortului de forfecare ciclic prin intermediulefortului normal efectiv se poate obtine un indice (CSR cyclic stress ratio) care exprima nivelul dencarcare (solicitare) indus la diferite adncimi n teren de actiunea seismica. Pentru obtinerea


14/23

14

valorii efortului de forfecare ciclic se utilizeaza ncercarile triaxiale (triaxial ciclic) sau rezultatelencercarilor de penetrare (SPT sau CPT) exprimate prin intermediul valorilor N sau qc. Utilizndrezultatele obtinute pe mai multe studii de caz (rezultate in situ) n care s-au produs sau nufenomene de lichefiere (a se vedea figura 28) a putut fi determinata curba de rezistenta ciclica (CRR- cyclic resistance ratio) ce reprezinta o limita a domeniului lichefiabil exprimat n functie derezultatele ncercarilor de penetrare. Potentialul de lichefiere poate fi exprimat prin raportul

CRR/CSR sau factorul de siguranta la lichefiere:CSR

CRRF

s = . O valoarea supraunitara pentru

factorul de siguranta se traduce prin faptul ca rezistenta la lichefiere a materialului depasestevaloarea eforturilor datorate actiunii seismice si ca urmare fenomenul de lichefiere nu poate sa se

produca.

Lichefiere

Fara lichefiere

Figura 29. Raportul CSR n functie de N sau qc

Pentru reducerea pericolului producerii fenomenului de lichefiere pentru terenurile de fundare cu rolde suport pentru suprastructura si respectiv infrastructura pot fi luate urmatoarele masuri:

1. Identificarea terenului de fundare ca fiind susceptibil la producerea fenomenelor de

lichefiere2. Proiectarea de structuri capabile sa reziste eforturilor si deformatiilor suplimentare care aparn cazul lichefierii terenului de fundare,

3. mbunatatirea terenului de fundare (reducerea lichefiabilitatii terenului).

1. Prima masura care poate fi adoptata, nainte de a trece la faza de proiectare a viitoarei constructii obiectiv pe amplasamentul ales este aceea de a identifica daca materialul respectiv este sau nulichefiabil. Astfel de criterii de identificare a pamnturilor lichefiabile sunt urmatoarele:- Istoria amplasamentului n sensul cunoasterii de informatii cu privire la potentialul de lichefiere

pentru anumite amplasamente respectiv anumite stratificatii (harti de risc). Amplasamentele n cares-au produs n trecut fenomene de lichefiere sunt n continuare, n eventualitatea producerii unormiscari de teren, susceptibile la astfel de fenomene. n aceasta situatie importanta hartilor de risc n

ceea ce priveste pericolul producerii fenomenelor de lichefiere devine foarte mare.- Criteriul geologic natura fenomenelor geologice care au condus la crearea unui depozitinfluenteaza n mare masura fenomenele de lichefiere. Depozitele de pamnt saturat, depozite create

prin sedimentare, specifice albiilor rurilor sau bazinelor lacurilor (depozite fluviale sau aluvial),depozitele de aluviuni sau de materiale erodate (depozite coluviale) sau depozite de pamnturitransportate eolian (depozite eoliane) sunt depozite n care pot sa apara fenomene de lichefiere.Realizarea umpluturilor de pamnt prin hidro mecanizare constituie de asemenea amplasamentesusceptibile la producerea fenomenelor de lichefiere.- Structura pamnturilor materialele alcatuite din particule solide avnd aproximativ aceiasidimensiune (diametru mediu d) constituie terenuri n care pot sa apara fenomene de lichefiere spre


15/23

15

deosebire de pamnturile neuniforme (Un>15). Pamnturile alcatuite din particule solide avndforme rotunjite sunt mai susceptibile la producerea fenomenelor de lichefiere dect pamnturilealcatuite din particule cu forme neregulate (colturoase). Istoria fenomenelor de lichefiere a aratat caacest fenomen se produce cu preponderenta n cazul nisipurilor (pamnturilor nisipoase) dar au fostnregistrate si situatii de lichefiere a unor terenuri alcatuite din pietrisuri si respectiv prafuri.- Starea materialului starea initiala a unui material (pamnt) poate fi descrisa prin densitate si efortefectiv (nainte de producere miscarii seismice undei de soc). Pentru un anumit nivel al efortului

efectiv pamnturile afnate sunt mult mai lichefiabile dect cele ndesate. Pentru o valoareconstanta a efortului de confinare valoarea rezistentei la lichefiere creste cu valoarea gradului dendesare ID iar la o valoare constanta a gradului de ndesare rezistenta la lichefiere creste cuvaloarea efortului de confinare. ncercarile efectuate de mai multi cercetatori n domeniu (Castro,1969, Kramer si Seed, 1988) au aratat ca starea initiala de eforturi de forfecare ntr-un depozit de

pamnt influenteaza n mare masura producerea fenomenului de lichefiere n sensul ca cu cteforturile de forfecare sunt mai aproape de valorile maxime cu att mai repede si cu o amploare maimare se vor produce fenomene de lichefiere n acel material.

2. n situatia n care suntem obligati sa fundam n zone cu potential de producere a fenomenelor delichefiere conditionatii fiind de spatiul de constructie aflat la dispozitie, locatia favorabila aamplasamentului din alte motive dect cele cu privire la terenul de fundare etc., trebuie proiectata o

structura rezistenta la lichefiere ceea ce nseamna proiectarea unui sistem de fundare care sa ia nconsiderare efectele lichefierii terenului de fundare.

Un material (structura) care are ductilitate este un material care poate suporta deformatii mari farapierderea capacitatii portante, un material care si poate permite sa preia tasari diferentiate si ncolaborare cu o proiectare judicioasa poate conduce la diminuarea si chiar eliminarea efectelorfenomenelor de lichefiere. Pentru a avea o astfel de situatie trebuiesc luate anumite masuriconstructive care difera n functie de sistemul de fundare si anume:

a) Fundatii de suprafata n cazul fundatiilor de suprafata amplasate pe pamnturi lichefiabile esteimportanta realizarea unei legaturi ntre elementele de fundare izolate pentru ca fundatia sa sedeplaseze sau sa se taseze uniform, acest lucru conducnd la reducerea valorii eforturilor deforfecare suplimentare care port sa apara n suprastructura. n figura 30 este prezentat exemplulunei fundatii continue sub pereti (grinda continua de fundare). Un astfel de perete perimetralcompletat de pereti interiori fac ca structura sa suporte mai bine deformatiile si deplasarileterenului de fundare.

Sisteme de fundare de tipul radierele generale (Figura 31) reprezinta cele mai bune masuri care potfi luate n cazul fundarii pe pamnturi lichefiabile, aceste fundatii fiind capabile sa preia eforturilecare apar n zonele lichefiate si sa le transmita zonelor adiacente, mai rezistente.


16/23

16

Figura 30. Fundatie continua sub pereti,Kobe, Japonia

Lichefiere

Radier

Figura 31. Radier sistem de fundare de suprafata

Sistemele de canalizare si respective alimentare cu apa trebuie sa constituie legaturi ductile ntredoua elemente de constructie asa cum se poate vedea n figura 31. Acest mod de realizare a

mbinarilor face ca structurile (utilitare) sa lucreze mai eficient n cazul aparitiei unui fenomen delichefiere.

Figura 31. Proiectarea sistemelor utilitare de legatura ntre constructii nvecin ate n cazul fundarii pe terenuricu potential de producerea a fenomenelor de lichefiere

b) Fundatii de adncime n cazul sistemelor de fundare de adncime fenomenele de lichefiereconduc la aparitia unor eforturi mari pe directie orizontala deci perpendic ular pe axa pilotilor(forte taietoare). Sistemele de fundare de tipul pilotilor, sisteme care traverseaza stratullichefiabil si se ncastreaza ntr-un strat portant trebuie sa preia pe lnga eforturile induse de

suprastructura si pe cele care deriva din actiunea fenomenului de lichefiere (forte taietoare simomente ncovoietoare) a se vedea figura 32. O rezistenta superioara (forte si momentecapabile a fi preluate) pentru astfel de sisteme de fundare se obtine n situatia n care seutilizeaza piloti de diametru mare sau se mareste procentul de armatura pentru sectiunea de

beton utilizata. Modul de lucru al radierului cu pilotii este de asemenea important deoarece ncazul unor astfel de situatii trebuie ca elementele de fundare sa fie articulate n placa (radier).Daca aceasta legatura cedeaza suprastructura nu va fi capabila sa preia momentele ncovoietoarecare apar si ca urmare este de asteptat u fenomen de cedare generala asa cum se poate vedea nfigura 33.


17/23

17

Teren

lichefiabil

Umplutura

Roca de

baza

Zone in careapar momente

incovoietoare

maxime

Figura 32. Comportarea fundatiilor indirecte n cazulproducerii fenomenelor de lichefiere

Roca de

baza

Teren

lichefiabil

UmpluturaRuperea

legaturii

pilot - radier

SENS MISCARE

Figura 33. Cedare prin ruperea legaturii radier -pilot

4. mbunatatirea terenului de fundare se constituie ca o metoda de reducere si chiar eliminaretotala a fenomenului de lichefiere, metoda ce are la baza o mbunatatire a proprietatilor fizico mecanice ale pamnturilor din cuprinsul terenului de fundare. Tehnicile de mbunatatire aterenului de fundare au ca scop principal reducerea pericolului de crestere a presiunii apei din

pori, fenomen care apare ca urmare a actiunii seismice. Acest lucru poate fi realizat prinndesarea pamntului lichefiabil si / sau mbunatatirea capacitatii acestuia de drenaj. Principalelemasuri de mbunatatire a terenului de fundare prin raport cu fenomenul de lichefiere sunturmatoarele:

VibroflotatiaTehnica vibroflotatiei presupune utilizarea unui utilaj cu cap vibrant care pe masura ce nainteaza n

terenul de fundare ndeasa materialul urmnd ca volumul ramas liber sa fie completat cu material deumplutura (figura 34). n situatia n care este utilizat si material de umplutura acesta este de obiceipietrisul lucru care conduce la obtinerea unei capacitati portante sporite pentru terenul de fundare simai ales la cresterea capacitatii de drenare a acestuia coloanele de balast avnd rolul de drenuriverticale. Pentru o eficienta sporita a solutiei proiectarea retelei n care aceste coloane de balast(pietris) trebuiesc realizate trebuie sa tina cont de capacitatea de drenaj a stratului lichefiabil.

Tehnica vibroflotatiei presupune un fenomen de vibrare n masa a terenului produs cu un generatorde vibratii ntretinute care provocnd lichefierea terenului, permite o restructurare a acestuia,respectiv ndesarea pamntului. n cazul pamnturilor coezive se distruge temporar coeziunea si serealizeaza de fapt niste piloti de material granular care pot ndeplinii si rolul de drenuri. Procedeulvibroflotatiei se poate utiliza si n combinatie cu o injectare simultana de mortar de ciment;

injectarea se poate realiza fie n masa (pentru nisipuri afnate), fie numai la vrful coloanei (pentruterenuri cu frecare laterala suficient de mare). Efectul compactarii prin vibroflotatie nu esteinfluentat de prezenta apei subterane.

Pentru terenuri coezive nesaturate utilizarea jetului de apa influenteaza negativ caracteristicilemecanice ale acestora si din aceasta cauza se va prefera un jet de aer.

Compozitia granulometrica a pamnturilor necoezive vibrondesabile respectiv vibronlocuibile esteredata n figura 35.


18/23

18

atatirea terenului defundare prin vibroflotatie

Figura 35. Compozitia granulometrica a pamnturilor vibrond

uspendare

ap de distributie

urtun de apa

urtun hidraulic

ub de prelungire

uza superioara

olator

ibrator

otor hidraulic

onducta de apa

xcentrice

ripi stabilizatoare

arful stabilizatorului

Figura

vibrator

Eficienta vibroflotarii n functie de granulozitatea terenuluise poate urmarii pe figura de mai jos (figura 37)

Cercetarile ntreprinse n diferite tari au condus la concluziaca cea mai mare eficacitate a compactarii se obtine cnd

punctele de vibroflotare sunt amplasate n reteatriunghiulara (figura 38).

Etapa I Etapa II

Distanta dintre punctele de consolidare este de regula 1.702.50m, raza de influenta fiind0.91.25m, revenind de fapt un punct de consolidare la 3.005.00m2. Vibratorul se compune dintr-


19/23

19

un tub metalic cu diametrul de 3050cm, cu lungimi de 1030m; puterea motorului este de100200CP iar vibratorul dezvolta o vibratie circular orizontala maxima de 52Hz si o acceleratiemaxima de 20g.

Tehnologia de lucru are 4 faze principale conform figuriialaturate (figura 39) si anume:

Faza 1:Se aduce vibratorul la turatia maxima, se deschide jetul deapa inferior si apoi se coboara vibratorul cu vrful conic pesuprafata terenului.

Faza 2:Cu jetul de apa n plina actiune vibratorul este lasat sa se

afunde n teren sub greutatea proprie; vibratia mpreuna cujetul de apa (sau aer) fac ca vibratorul sa avanseze repede nteren.

Faza 3:n timpul coborrii vibratorului fragmentele solide dinimediata vecinatate a acestuia se rearanjeaza formndu-seun crater de cca. 1.0m la suprafata terenului; odata atinsaadncimea de compactare, jetul de apa este dirijat spre

partea superioara, antrennd fractiunea fina din pamnt, ntimp ce fractiunile mai mari se rearanjeaza ntr-o stare maindesata.

Faza 4:n craterul format la suprafata terenului se introducematerialul de aport (nisip, balast, etc.); prin ridicari sicoborri repetate ale vibratorului se ndeasa materialul

introdus suplimentar pna cnd vrful conic ajunge lasuprafata terenului.

Verificarea efectului consolidarii prin vibroflotatie se va realiza n principal prin ncercari de terencum sunt penetrarea statica, dinamica si presiometrie.Compactarea


20/23

20

Compactarea de adncime reprezinta o solutie ce poate fi aplicata n cazul terenurilor lichefiabile.Compactarea pamntului se realizeaza cu ajutorului maiurilor supergrele (30t100t) a se vedeafigura 40. Aplicarea acestei solutii trebuie sa tina cont de natura terenul de compactat, de prezentaapei n strat si necesita o compactare de suprafata ulterior de aplicat terenului de fundare.

Figura 40. mbunatatirea terenului de fundare prin compactare

Coloane de balastColoanele de balast reprezinta o metoda eficienta de crestere a capacitatii de drenaj a terenului defundare si a caracteristicilor mecanice ale acestuia. Coloanele de balast sunt similare unui sistem defundare indirect. Coloanele se instaleaza n teren cu ajutorul tehnicii de realizare a pilotilor dendesare (Franki) sau utiliznd vibroflotatia. Consolidarea cu coloane de balast a terenurilor defundare slabe se aplica pentru a marii starea de ndesare a pamnturilor mbunatatindu-le n acest felcaracteristicile fizico-mecanice. Consolidarea pamntului cu coloane de balast, executate prinvibrare, se realizeaza prin:- ndesarea pamntului natural ca urmare a nfigerii prin vibrare a tubului nchis la partea

inferioara,- introducerea unei anumite cantitati de balast, prin vibrare continua, concomitent cu extragerea

coloanei metalice.

mpanarea cu balast compactat prin vibrare/batere are drept efect sporirea densitatii medii amasivului de pamnt tratat. Solutia de consolidare cu coloane de balast se aplica terenurilor defundare alcatuite din: nisip mijlociu, curat sau cu rar pietris, nisip fin prafos, nisip argilos, argilanisipoasa, nisip argilos-prafos, mluri etc., pamnturi situate deasupra sau sub nivelul apelorsubterane, inclusiv loessurilor umezite. Adncimea de compactare realizabila cu coloane de balastdepinde de grosimea stratelor slabe si parametrii utilajelor. Este recomandat ca vrful coloanei de

balast sa patrunda n stratul bun de fundare cel putin 30cm. Pentru nisipuri si alte pamnturi n stare

nesaturata calculul distantei dintre axele coloanelor se face pe baza relatieifi

fc nn

n100dl

= n

care:- l reprezinta distanta ntre axele coloanelor, n m,

- dceste diametrul proiectat al coloanelor de balast, n m,- ni este porozitatea initiala (porozitatea medie a terenului natural, valoare indicata n studiul

geotehnic),- nf este porozitatea finala sau porozitatea minima ce se poate obtine pentru pamntul respectiv; n f

se determina prin realizarea n laborator de compactari pe probe netulburate; n cazul n carenatura terenului nu permite recoltarea de probe netulburate pentru determinarea porozitatiiaceasta se va determina pe baza valorilor medii ale rezistentelor la penetrare.

Adncimea de consolidare, lungimea coloanei, se va stabilii din conditiile de capacitate portanta side deformatie tinnd seama de caracteristicile de rezistenta si de deformatie ale terenului compactat


21/23

21

si a celui de sub zona compactata, caracteristici stabilite prin ncercari de laborator si de teren.Stabilirea datelor necesare compactarii se poate face si prin folosirea diagramei din figura 41 prin

parcurgerea urmatoarelor etape:a) n functie de porozitatea medie a terenului care trebuie consolidat si de necesitatea asigurarii

unei porozitati finale se determina pe grafic distanta ntre axele coloanelor,b) n functie de distanta l dintre coloane si diametrul d al tubului se determina numarul de

coloane/m2 si volumul de balast suplimentar pentru un volum de 1m3 de pamnt necesar a fi

consolidat,c) n diagrama, la stabilirea volumului necesar de balast s-a considerat ca se foloseste un balastcu porozitatea de cca. 45% care prin vibrare trebuie ndesat astfel nct porozitatea lui saajunga la cca. 30%,

d) fata de volumul total al coloanelor volumul balastului este cu 30% mai mare,e) n cazul coloanelor executate prin vibrare, dublu sau triplu vibropresate, cantitatile se

nmultesc cu 2 respectiv cu 3.

Figura 41. Diagrama pentru calculul grafic al consolidarii cu coloane de balastTehnologia de executie a consolidarii cu coloane de balast realizate prin vibrare, simplu sau dubluvibropresate este prezentata n figura 42.


22/23

22

Tubul de inventar

Dipozitiv cu clapete

5

6

7

1

4 4

3

23

2

1

44

3 3

22

Tub de inventar si detaliu de vrf

1. tubul de inventar2. clapetele vrfului: cioc de rata3. balamale4. limitator de deschidere5. flansa de prindere la vibrator6. fereastra superioara de umplere7. fereastra inferioara

Balast

a)

Balast

b) c) d) e) f)

d+~d/2

Figura 42. Fazele procesului de executie a coloanei de balast simplu (a,b,c)/dublu vibropresate (a,b,c,d,e,f)

a) nfigerea tubului la cota, b) umplerea cu balast a golului ramas prin extragerea tubului, c)pozitionarea tubului pentru faza a II-a, d) reluarea vibropresarii, e) alimentarea cu balast, f) coloanade balast n faza finala . Durata de executie, pe metru liniar de coloana, variaza ntre 2 si 6 nfunctie de tipul utilajului, natura terenului, diametrul tubului si lungimea coloanei.

Piloti de ndesareRealizarea sistemelor de fundare indirecte utiliznd piloti de ndesare are ca efect imediat

compactarea terenului de fundare (efect similar cu cel al coloanelor de balast) dupa care acesteelemente fisate reprezinta suportul pentru infrastructura ce se doreste a fi realizata pe acelamplasament.

Grouting (injectarea terenului de fundare)Utilizarea tehnicii de injectare a terenului de fundare prin utilizarea de suspensii apa/nisip/cimentconduce la marirea capacitatii portante a terenului de fundare prin ndesarea si cresterea rezistenteila solicitari a acestuia (figura 43). Tehnica injectarii se aplica cel mai des n situatiile n care seimpune consolidarea terenului de fundare pentru constructii existente.


23/23

23

Figura 43. mbunatatirea terenului de fundare prin injectareDrenajul terenului de fundareReducerea riscului de lichefiere a terenului de fundare poate fi realizata prin sisteme de drenajcapabile sa preia presiunile n exces care apar n teren (n porii pamntului) ca urmare a actiuniiseismice. Drenajul terenului poate fi realizat prin utilizarea drenurilor din materiale granulare(sisteme de drenaj verticale coloanele de balast) sau sintetice (sisteme de drenaj verticale si / sausuborizontale drenuri fitil, materiale geosisntetice).

Documents

Curs Lichefiere