PĂMÂNTURI CU UMFLĂRI ŞI CONTRACŢII MARI (P.U.C.M.)

1.Definirea P.U.C.M.:

Pământurile cu umflări şi contracţii mari, denumite şi pământuri contractile (expansive sau active) sunt pămanturi argiloase care prezintă proprietatea de a-şi modifica sensibil volumul, atunci când umiditatea lor variază. Toate pământurile active sunt potenţial capabile de umflări şi contracţii importante la variaţii de umiditate. Această capacitate de umflare-contracţie se manifestă însa numai atunci când condiţiile locale prilejuiesc manifestarea activă a potenţialului de contracţie-umflare a pământului.

Din punct de vedere geologic P.U.C.M. sunt de două tipuri: - formaţiuni de zonă temperată (de la sfârşitul terţiarului şi începutul

cuaternarului) constituite din depozite glaciare, lacustre sau marine vechi, de natură marnoasă calcaroasă, decalcefiate prin spălare şi îmbogaţite în coloizi, reprezentate prin formaţiuni eluviale, coluviale sau aluviale;

- formaţiuni de climă caldă, bogate în materii organice, provenite din evoluţia biodinamică a solului de origine glaciară sau aluvionară, care a suferit în timp o importantă evoluţie pedologică devenind argile fisurate, cu porozitate şi plasticitate foarte mare (prezentând o structura secundară, alcatuită din reţele de fisuri care separă masa lor în bucaţi poliedrice cu feţe lustruite). Din această categorie fac parte depunerile argiloase şi organice din Lunca şi Delta Dunării, de pe cursurile unor râuri şi depunerile argiloase lacustre (argile grase).

Pământurile cu umflături şi contracţii mari se întalnesc în toate regiunile geografice ale ţării şi sunt identificate în următoarele zone:

- zonele subcarpatice şi piemontane din Oltenia, Muntenia, Banat şi izolat în Moldova şi Dobrogea;

- Podişul Transilvaniei şi mai ales în partea sa dinspre Nord şi Vest; - zonele colineare dinspre Câmpia de Vest; - zonele de luncă şi terase ale unor râuri, mai ales în Podişul Moldovenesc;

- unele zone din Lunca şi Delta Dunării.

2. Factori care influenţează variaţiile de volum ale P.U.C.M.

2.1. Activitatea pământurilor

La baza adsorbţiei sunt fenomene de natură electromoleculară, a căror explicaţie trebuie căutată în natura mineralogică a particolelor argiloase, forma şi

1

fineţea lor, natura polară a apei şi cationii combinaţiilor chimice disociate, care se gasesc în apa din natură.

Mineralele principale din care este alcatuită scoarţa terestră în proporţie de 59,5% sunt reprezentate prin feldspaţi, care sunt alumino-silicaţi a unor metale mono şi bivalente.

Mineralul argilos care prezintă cele mai intense măriri de volum este montmorillonitul, iar variaţia de volum este legată de fenomene moleculare şi electromoleculare, reflectate prin existenţa apei peliculare şi a celei capilare, mărimea lor va depinde de natura mineralogică a particulelor care alcătuiesc fracţiunea argiloasă şi de natura ionilor absorbiţi.

2.2. Condiţiile hidrogeologice

- cazul 1: nivelul hidrostatic subteran este la o adâncime mai mare de 10m. Diagrama de variaţie a umidităţii cu adâncimea de la suprafaţa terenului, determinată prin măsurători periodice de teren, arată că la adancimea de cca. 2,00m umiditatea se menţine practic constantă în tot timpul anului;

- cazul 2: nivelul hidrostatic subteran este la o adâncime mai mică de 2,00m. Diagrama arată un orizont de iarnă şi altul de vară, adâncimea de la care umiditatea rămâne practic constantă fiind de cca. 1,40m. De la această adâncime fundaţiile nu mai sunt influenţate de uscăciune; - cazul 3: nivelul hidrostatic subteran este la o adâncime intermediară, între 2 şi 10m, caz în care diagrama rezultă ca o combinaţie a celor două cazuri precedente. Din ea rezultă că zona AB nu este supusă variaţiilor de umiditate. Punctele C şi D corespund adâncimilor maxime de variaţie ce se ating vara (D), respectiv iarna (C). Fundarea în zona AB sau sub punctul D când zona AB lipseşte, se face în condiţii sigure. Punctele A, B, C, D se stabilesc prin observaţii sezoniere în teren.

2

2.3. Variaţiile de umiditate

Variaţiile de umiditate pot apărea din următoarele motive: - datorită infiltraţiilor de apă atmosferică sau din instalaţii industriale sau prin ridicarea nivelului hidrostatic; - acumularea umidităţii sub constucţii într-o zonă limitată ca adâncime prin perturbarea condiţiilor naturale de evapo-transpiraţie; - umflări şi contacţii în partea superioară a zonei de aeraţie din cauza schimbării regimului hidro-termic provocat de variaţiile climatice; - prezenţa vegetaţiei perne lângă constucţii.

La evaluarea distribuţiei de echilibru a umiditaţii distingem următoarele două situaţii : - prima, în care nivelul apei subterane se găseşte la mică adâncime (sub 6m) faţă de nivelul terenului şi când starea de echilibru a umidităţii este condiţionată de nivelul apei subterane ; - a doua, în care nu există un strat de apă subterană şi când starea de echilibru a umidităţii este condiţionată în principal de condiţiile climatice ale regiunii considerate.

Pentru situaţiile intermediare când există un strat de apă subterană la adâncime mare, se consideră zona de aeraţie subîmpărţită în două zone : - una inferioară în care este predominant efectul stratului de apă subterană; - una superioară în care starea de echilibru a umidităţii este determinată de condiţiile climatice ale amplasamentului considerat, precum şi de condiţiile de dirijare a apelor în vecinătatea imediată a construcţiei.

În terenul de sub îmbrăcămintea impermeabilă se realizează un echilibru al stării de umiditate corespunzător unor sucţiuni determinate de condiţiile şi natura pământului.

Factorul climatic şi variaţiile de temperatură în sol influenţează prin regimul lor alternant pe anotimpuri şi chiar zilnic umflarea, respectiv contracţia pământului. Zonele cu P.U.C.M. din ţară au precipitaţii de 500...700mm/an cu regim torenţial şi ecarturi mari de temperatură între vară şi iarnă şi între zi şi noapte care provoacă fenomene repetate de umflare şi contracţie pâna la o adâncime de cca. 2,00m.

Variaţii mult mai importante de umiditate au loc în timpul exploatării construcţiei atât prin efectul de acoperire a suprafeţei terenului şi prin efectul ciclic sezonier dat de factorul climatic, cât şi prin procesele tehnologice care pot modifica temperatura şi umiditatea terenului de fundare.

2.4. Grosimea stratului

Cu cât stratul este mai gros, cu atât există posibilitatea ca să aibă loc o umflare mai mare rezultată din însumările umflărilor ce au loc în diferite puncte.

3

2.5. Suprafaţa umezită

Cu cât suprafaţa umezită sub construcţie va avea dimensiuni mai reduse, cu atât creşte neuniformitatea deformaţiilor care vor avea loc sub aceasta, mărind gradul pericolului apariţiei unor degradări în construcţia respectivă.

2.6. Proprietăţile lichidului infiltrat şi procesele tehnologice din constucţiile respective

În cazul construcţiilor industriale, unele reziduri chimice pot provoca umflarea terenului care nu prezintă creşteri importante de volum la sporirea umidităţii. Procesele tehnologice cu surse puternice de căldură sau de frig, pot conduce la variaţii importante de umiditate şi de volum ale terenului de fundare argilos.

3.Criterii de recunoastere şi identificare a P.U.C.M.

Recunoaşterea pe teren a zonelor cu pământuri contractile se poate face relativ simplu pe baza unor fenomene naturale caracteristice. Astfel, suprafaţa terenului în aceste zone este de regulă plană şi predispusă la băltiri, datorită permeabilităţii reduse a pământului, iar în perioadele secetoase se acoperă cu o reţea poligonală de crăpături, cu deschideri de 5…10 cm şi cu adâncimi ce pot ajunge până la 2,00 m. La creşterea umidităţii datorită precipitaţiilor, bulgării de pământ separaţi de aceste crăpături se desfac în glomerule de 1…2 cm, asemănător procesului de stingere a varului. Argilele contractile se sapă greu, iar când umiditatea lor creşte devin lipicioase, aderând puternic la uneltele de săpat.

În vederea identificării pământurilor contractile, în afară de cunoaşterea indicilor geotehnici care definesc în general natura şi starea pământurilor, este necesar să se determine unele caracteristici geotehnice specifice cum sunt: limita de contracţie ws, contracţia volumică Cv, umflarea liberă UL, căldura maximă la umezire qumax, capacitatea de reţinere a apei la sucţiunea de 15 bari w15, presiunea de umflare pu etc.

4

3.1 Limita de contracţie

În cadrul pământurilor argiloase se definesc trei umidităţi caracteristice şi anume: - limita de plasticitate – wP

- limita de curgere – wL

- limita de contracţie – ws

Limita de contracţie: când umiditatea scade sub limita de plasticitate, pierderea apei se manifestă prin formare de meniscuri capilare, până când argila trece de la starea unui corp cvasisolid în starea unui corp tare.

Reprezentarea variaţiei de volum în raport cu variaţia umidităţii este util să fie realizată în raport cu volumul unei mase de 100g de pământ uscat.

Volumul unui pământ saturat este alcătuit din volumul ocupat de schelet şi volumul ocupat de apă.

, în care- este volumul total;- volumul ocupat de schelet;- volumul ocupat de apǎ.

Limita de contracţie se obţine pe abscisă la intersecţia celor două ramuri rectilinii a curbei de contracţie-umiditate. La limita de contracţie, pământul respectiv are greutatea volumică maximă.

Limitele de variaţie a umidităţii se iau: - pentru probe netulburate, umiditatea de saturaţie (wsat) şi limita de contracţie (wS); - pentru probe tulburate, limita de curgere (wL) şi limita de contracţie (ws);

Pentru primul caz se poate scrie:

, în care

- este volumul iniţial al probei de pământ  cu umiditate wL;- volumul final al probei uscate de pământ;- masa de pământ uscat;

ρw - densitatea apei.

5

S-a constatat că micşorarea volumului probei nu este egală cu volumul de apă evaporat, deoarece porii rămân plini cu vapori de apă saturaţi şi că umiditatea iniţială influenţează micşorarea de volum a probei.

3.2. Contracţia volumică este raportul procentual dintre variaţia de volum

datorită uscării unui pământ saturat şi volumul final al acestuia, care se calculează cu relaţia :

, în care

Vi - volumul iniţial al probei saturate;Vf - volumul final al probei după uscare.

3.3. Umflarea liberă reprezintă raportul procentual dintre creşterea de volum

prin saturarea unei probe uscate şi volumul iniţial al probei:

La determinarea în laborator a umflării libere se ia .

6

3.4. Umiditatea la sucţiune

Capacitatea de reţinere a apei la sucţiunea de 15 bari, w15 , este umiditatea probei corespunzătoare sucţiunii de 15 bari, adică deficitul de presiune de 15 bari care apare în apa din porii pământului în raport cu presiunea atmosferică.

3.5. Granulozitatea

Se referă la conţinutul procentual de granule, având diametrul egal şi mai mic decât 0,002 mm.

- conţinutul în fracţiuni mai mici sau egale cu 0,002 mm.

3.6. Căldura maximă de umezire – q u max

Este dezvoltată de unitatea de masă, şi este cantitatea de căldură degajată la umezirea până la saturaţie a unui gram de pământ uscat în etuvă la 105oC.

3.7. Indicele de plasticitate calculat cu relaţia:

3.8. Criteriul de plasticitate caracterizează contractilitatea unui pământ

atunci când şi se calculează cu relaţia:

3.9. Indicele de activitate reprezintă cantitativ susceptibilitatea de contracţie a pământurilor, fiind raportul între indicele de plasticitate al pământului şi procentul de particule cu dimensiuni mai mici de 0,002 mm al acelui pământ. Se determină cu relaţia:

, în care

- este indicele de plasticitate;- conţinutul în fracţiuni mai mici sau egale cu 0,002 mm.

3.10. Indicele de contracţie-umflare se calculează cu relaţia:

Funcţie de valoarea acestui indice existǎ urmǎtoarele posibilitǎţi: sunt posibile numai contracţii

7

sunt posibile şi fenomene de contracţie şi de umflare sunt posibile numai fenomene de umflare.

3.11. Presiunea de umflare pu este o caracteristică mecanică a pământurilor contractile reprezentând presiunea dezvoltată, în urma inundării cu apă de către un pământ aflat într-o incintă etanşă şi având umiditatea în apropierea limitei de contracţie.

Funcţie de indicii arătaţi există posibilitatea de a clasifica pământurile contractile în trei categorii : - pământuri foarte active (de contractilitate foarte mare); - pământuri active (de contractilitate mare); - pământuri puţin active (de contractilitate mică);

8