«

»

Principii de identificare a terenurilor lichefiabile si masuri de limitare a efectelor lichefierii

Share

damian - terenuri lichefiabile fig 1Lichefierea este un fenomen care se manifesta prin scaderea temporara a rezistentei terenului, ca urmare a cresterii presiunii apei in pori, comportare specifica mai ales in cazul nisipurilor saturate solicitate ciclic. Analiza in detaliu a acestui fenomen si a masurilor in care declansarea este iminenta necesita investigatii amanuntite efectuate de ingineri familiarizati cu notiunile legate de lichefiere, insa aprecierea aproximativa a pericolului de declansare a acesteia trebuie sa fie o activitate elementara pentru oricare inginer care profeseaza in domeniul geotehnicii.

In lucrarea de fata sunt sintetizate informatii privind explicarea modului in care se produce lichefierea, caracteristicile pamanturilor ce influenteaza lichefiabilitatea si metodele de imbunatire aplicabile.

Comportarea terenurilor nisipoase este una dintre problemele geoteh­nice cel mai amanuntit studiate si aparent bine cunoscute. Parametrii care caracterizeaza proprietatile nisipurilor au intrat de mult in uzul tehnic curent, creandu-se chiar senzatia ca stabilirea lor a constituit numai o etapa pentru aprofundarea cunoasterii pamanturilor argiloase, materiale cu o comportare mult mai complexa.

Lichefierea pamantului este un fenomen prin care rezistenta la forfecare a unui teren necoeziv scade brusc ca urmare a unei solicitari ciclice, producand transformarea temporara a materialului respectiv intr-o masa fluida.

Dintre nume­roasele forme de miscare ciclica numai valurile, cutre­murele de pamant si exploziile pot avea o intensitate suficienta pentru a produce lichefierea in masa a tere­nurilor necoezive saturate. Liche­­fi­e­rea a reprezentat o cauza importanta a distrugerilor provocate de cutre­mu­re de-a lungul timpului.

Pamantul este constituit dintr-un ansamblu de particule individuale, aflate in contact cu un numar de particule vecine. Greutatea particulelor suprapuse produce forte de contact intre acestea, dand terenului rezistenta. Lichefierea apare atunci cand structura unui nisip afanat saturat este distrusa din cauza unei incarcari aplicate rapid. In mod obisnuit, particulele au tendinta de a se reaseza intr-o structura mai densa, insa, in timpul cutremurului, nu exista suficient timp pentru ca apa din pori sa poata fi drenata si sa permita, astfel, reasezarea particu­lelor.

Lipsa posibilitatii de drenare, insotita de cresterea presiunii apei din pori, duce la micsorarea fortelor de contact dintre particule si, auto­mat, a rezistentei terenului, capa­tand comportarea unui fluid.

In vederea prevenirii sau limitarii efectelor lichefierii asupra constructiilor se pot adopta masuri mai mult sau mai putin eficiente, dar, in ge­neral, costisitoare. Proiectarea cu succes a unei metode de reducere a pericolului de lichefiere care poate afecta o constructie sau un ansamblu de constructii necesita o inte­legere aprofundata a fenomenului de lichefiere, a consecintelor posibile ale lichefierii asupra constructiei, obiectivelor de performanta a constructiei, precum si materialelor si metodelor de constructie disponibile.

Alegerea finala a metodei de reducere a potentialului de lichefiere depinde de modul cum este definit riscul si poate varia de la o evaluare euristica la una bazata pe calculul de risc.

Caracteristici ale terenurilor lichefiabile

Prin cunoasterea caracteristicilor pamanturilor care influenteaza liche­fiabilitatea lor devine posibila atingerea a doua scopuri:

  • prognoza comportarii terenului de fundare in conditii seismice, pe baza unor date generale si eventual, a unor investigatii suplimentare usor de efectuat;
  • obtinerea unor probe netulburate si reprezentative, precum si stabilirea schemei de incercare a lor, astfel incat sa fie reproduse cat mai fidel conditiile determinante din natura, atunci cand se face o analiza amanuntita a sensibilitatii la lichefiere.

In afara parametrilor solicitarii, probabilitatea de producere a liche­fierii mai este conditionata de o serie de factori, care pot fi grupati in doua mari categorii [1]:

  1. a) caracteristici ce determina tipul de pamant: granulozitate (fractiuni granulare dominante, gradul de neuniformitate, continutul de parti­cule fine), forma particulelor, greutatea specifica a acestora si indirect, compozitia lor mineralogica;
  2. b) caracteristici de stare a pamantului in depozit: gradul de indesare, structura si indirect, geologia depozitului; starea de umiditate si conditiile de drenare ale stratului; starea de eforturi si istoricul lor (tensorii eforturilor unitare actuale, atat cel sferic cit si cel deviator, coeficientul de impingere in stare de repaus, raportul de supraconsolidare, solicitari ciclice anterioare) si indirect, varsta depozitului.

Compozitia granulometrica

Cele mai susceptibile la liche­fiere, in timpul cutremurelor, sunt pamanturile constituite din nisipuri fine si prafoase.

Continutul in particule fine (fractiunile praf si argila) confera pamanturilor o plasticitate si o rezistenta structurala de tip coeziv care se opune lichefierii, chiar daca creste­rile de presiune a apei in pori pot determina deformatii apreciabile. Pe de alta parte, pamanturile neco­ezive, alcatuite din fragmente mari, au, in general, o permeabilitate suficient de mare pentru a asigura o disipare rapida a presiunii apei din pori, chiar pe masura generarii ei de actiunea seismica [1].

Forma granulelor

Forma particulelor din care este alcatuit pamantul influenteaza apreciabil lichefiabilitatea. Legatura dintre particulele rotunjite, respectiv rezistenta mobilizata prin frecare, se poate pierde mai facil decat in cazul particulelor alungite si colturoase.

Ivanov defineste trei parametri pentru caracterizarea formei granu­lelor: coeficientul de rotunjime, coeficientul de sfericitate si coeficientul de forma.

Structura pamantului

Diferentele de comportare intre probele de nisip preparate in laborator dupa diverse tehnici si cele netulburate recoltate din teren avand aceeasi stare de indesare au evidentiat influenta semnificativa a parametrilor structurali, si anume: orientarea granulelor si a contactelor dintre granule, variatii ale porozitatii in cuprinsul unei probe, segregari ale particulelor.

S-au constatat influente ale acestor parametri asupra modului de variatie a volumului cu deformatia spe­cifica axiala, a relatiei efort unitar – deformatie specifica, in cazul solici­tarilor statice, a rezistentei la lichefiere sub solicitari ciclice si a modului de crestere a presiunii apei din pori sub un efort unitar ciclic dat [1].

Toate aceste aspecte ale influentei rezistentei structurale asupra sensibilitatii la lichefiere, greu de cuantificat, conduc la concluzia ca este probabil ca depozitele naturale sa fie mai rezistente la solicitari ciclice decat probele formate in laborator prin metodele obisnuite.

Starea de indesare

Starea de indesare a jucat un rol important inca de la primele studii ale fenomenului de lichefiere. Influenta marcanta a starii de indesare asupra stabilitatii dinamice a nisi­purilor a dictat includerea acestui parametru in majoritatea criteriilor calitative de prognoza a lichefierii.

Aprecierea calitativa a sensibili­tatii la lichefiere se poate face urmarind criteriile din tabelul 2. 

Starea de umiditate si conditiile de drenare ale stratului lichefiabil in depozit

Permeabilitatea mare fata de aer a pamantului face ca solicitarile obisnuite, de exemplu de tip seismic, sa nu aiba un efect de lichefiere asupra nisipului uscat, ci numai de tasare. Ca urmare, problema liche­fierii se pune, de regula, pentru zonele situate sub nivelul apei subterane si in zona de saturare capilara; la nisipuri fine si medii se poate considera ca stratul este complet saturat de la o inaltime de circa 1 m deasupra nivelului apei subterane, in jos [1]. Pozitia ridicata a nivelului apei subterane are un dublu efect nefavorabil:

  • prin reducerea eforturilor uni­tare normale efective din cauza imer­sarii se micsoreaza capacitatea
    portanta a terenului, rezistenta pasiva, precum si rezistenta la lichefiere;
  • saturarea partii superioare a terenului face posibila lichefierea in zonele care, din punctul de vede­re al starii de eforturi, sunt cele mai susceptibile la lichefiere ciclica (eforturi unitare normale reduse, amplificari ale solicitarii seismice), putand avea efecte importante asupra stabilitatii constructiilor.

Lichefierea, chiar completa intr-un strat, poate sa conduca la degradari minore ale constructiilor fundate la suprafata, daca presiunea in exces a apei din pori se poate disipa rapid. De fapt, chiar nivelul maxim al presiunii apei din pori, generate de solicitarea ciclica, depinde de posibilitatile de drenare simultane gene­rarii. Actiunea combinata a mai multor factori, printre care permeabilitatea si lungimea drumului parcurs de apa pentru disiparea presiunii apei din pori, pe langa parametrii solicitarii si alti factori intrinseci, determina ritmul de cres­tere a presiunii apei din pori, atingerea sau nu a unei valori critice si durata de mentinere a unei valori ridicate [1].

Permeabilitatea si compresibilitatea pamantului

Ritmul de disipare a presiunii apei din pori, dictat de permeabilitatea terenului, are o influenta importanta asupra fenomenului de liche­fiere. Deoarece disiparea se produce si in timpul generarii presiunii in exces, permeabilitatea poate conditiona insasi valoarea maxima a presiunii induse de solicitarea ciclica, respectiv gradul de lichefiere.

Permeabilitatea relativ mica poate conduce la lichefiere, in special daca stratul cu potential de lichefiere este gros, adica drumul apei pana la limi­tele drenante este lung.

Starea de eforturi in masiv si istoricul eforturilor

Problema influentei starii de eforturi asupra prognozei lichefierii depozitelor din materiale necoezive saturate se pune, in mod deosebit, dupa situatia in care se gaseste masivul:

  • Un teren practic orizontal, a carui lichefiere ciclica determina scaderea sau pierderea completa a
    capacitatii portante; pentru acest caz este caracteristic faptul ca planele orizontale si verticale sunt initial plane principale (exceptand cazurile in care, la suprafata, se exercita presiuni transmise de constructii);
  • Un masiv cu taluzuri (versant natural, baraj, depozit de deseuri industriale, iaz de decantare) la
    care cedarea se poate produce sub forma unei alunecari sau curgeri noroioase, prin lichefierea ciclica partiala suprapusa unei stari de eforturi existente.

In cazul depozitelor cu suprafata orizontala, solicitate ciclic, este recunoscut faptul ca sensibilitatea la lichefiere ciclica scade odata cu cresterea eforturilor efective initiale, deci cu adancimea depozitului, atunci cand ceilalti factori sunt constanti. Istoricul eforturilor, petrecut in trecutul geologic, se reflecta prin influenta urmatorilor trei factori [1]:

  1. a) Conditiile de formare a terenului; se constata ca, odata cu varsta, creste si starea de indesare a
    depozitului; printre cele mai usor lichefiabile terenuri se numara umpluturile efectuate prin hidromecanizare.
  2. b) Perioada scursa intre formarea masivului de nisip si momentul solicitarii dinamice; prin incercari
    de laborator pe probe pastrate sub incarcare constanta un timp indelungat si pe probe recoltate din
    umpluturi de varsta cunoscuta, a fost demonstrata posibilitatea de marire a rezistentei la lichefiere, printr-o structuralizare in timp a pamanturilor necoezive.
  3. c) Istoricul seismic, respectiv al deformatiilor de forfecare suferite de depozit; se considera ca repetarea de multe ori a solicitarilor ciclice poate duce la o crestere importanta a rezistentei la lichefiere (in asemenea conditii se produce, deseori, o crestere a coeficientului de impingere in stare de repaus, K0).

Eforturi unitare de forfecare initiale (statice)

Rezultatele experimentale au condus la concluzia ca, intr-un taluz, pericolul de lichefiere este mai mic decat in teren cu suprafata orizontala; pericolul pare a fi cu atat mai redus cu cat panta este mai abrupta, respectiv eforturile unitare de forfecare initiale mai mari, ca urmare a reducerii gradului de schimbare a sensului eforturilor unitare.

In taluzuri lichefierea poate fi conditionata de depasirea rezistentei la forfecare in zone lichefiate partial, deci ca urmare a unor deformatii de forfecare mari (lichefiere propriu-zisa).

Masuri de limitare a efectelor lichefierii

Proiectarea cu succes a unei metode de reducere a pericolului de lichefiere, care poate afecta o constructie sau un ansamblu de constructii, necesita o intelegere apro­fundata a fenomenului de lichefiere, a consecintelor posibile ale lichefierii asupra constructiei, obiectivele de performanta a constructiei, precum si materialele si metodele de constructie disponibile.

Alegerea finala a metodei de redu­cere a potentialului de lichefiere depinde de modul cum este definit riscul si poate varia de la o evaluare euristica la o evaluare bazata pe calculul de risc. Diversele strategii de reducere pot include urmatoarele [3]:

  • A nu lua nicio masura, acceptand distrugerile potentiale si nivelul lor de risc;
  • Abandonarea proiectului sau schimbarea amplasamentului;
  • Imbunatatirea terenului, astfel ca distrugerile sa fie evitate sau reduse la un nivel acceptabil;
  • Modificarea proiectului in asa fel incat lichefierea terenului sa nu deterioreze structura, sau deteriorarile sa fie reduse la niveluri acceptabile.

Pentru evaluarea oportunitatii unei metode de imbunatatire a terenului intr-un amplasament dat, este important: (1) sa se inteleaga mecanismele de baza ale imbu­natatirii, astfel ca procedeele de proiectare si control al calitatii sau criteriile de verificare sa fie rezo­nabile si (2) ca proiectantii sa fie familiarizati cu problemele legate de punerea in practica a metodei alese, astfel ca aceasta sa se poata construi si sa fie eficienta din punct de vedere economic.

In vederea prevenirii sau limitarii efectelor lichefierii asupra constructiilor se pot adopta masuri mai mult sau mai putin eficiente, in general costisitoare, printre care [1]:

  • Corectarea curbei granulometrice;
  • Marirea indesarii prin: explozii, compactare de la suprafata, vibrare, baterea unor piloti din lemn, forma­rea unor piloti de nisip;
  • Scoaterea terenului din starea de saturatie;
  • Cresterea eforturilor unitare normale, de exemplu prin realizarea unei suprasarcini cu rambleu de
    pamant sau prin coborarea nivelului apei subterane;
  • Imbunatatirea conditiilor de drenare (cu saltele drenante, puturi – filtre);
  • Marirea componentei coezive a rezistentei la forfecare (de exemplu prin injectii).

Proiectarea si executia lucrarilor de imbunatatire a terenului, in ve­derea reducerii riscului seismic,
sunt afectate de un spectru larg de consideratii.

Alegerea finala a unei metode de imbunatatire a terenului poate depin­de de increderea proiectantului in tehnologiile disponibile si in meto­dele de proiectare corespunzatoare.

Increderea intr-o tehnologie data poate depinde de o serie de factori, cum ar fi increderea in mecanismul de imbunatatire, posibilitatea demonstrata a masurarii si a cuantificarii eficientei tratamentului, exactitatea si bazele fundamentale ale metodologiei de proiectare si existenta unor observatii pe modele fizice sau cazuri concrete care sa demonstreze eficienta tehnologiei in reducerea efectelor daunatoare ale solicitarii seismice. Din aceste motive, sunt necesari cativa ani pentru ca o tehnologie noua de imbunatatire a terenului sa fie acceptata si folosita pe scara larga [3].

Eficienta unei metode de imbu­natatire a terenului intr-un amplasament dat poate fi foarte dificil de prezis corect. Din acest motiv, se obisnuieste sa se ceara o aplicatie demonstrativa sau de incercare inaintea proiectarii finale si a lansarii licitatiei pentru constructie. O sectiune de incercare intr-o locatie reprezentativa pentru amplasament va permite atat proiectantului cat si constructorului sa identifice dificultatile potentiale in constructie si/sau procedeele de control al cali­tatii si sa optimizeze sau sa verifice parametrii necesari pentru obtinerea imbunatatirii dorite. In cazul unora dintre metodele de imbunatatire si tipuri de pamant, rezistenta la penetrare de dupa tratare poate manifesta modificari importante in decursul unor perioade, variind intre cateva saptamani si mai multe luni. Pentru evaluarea acestui efect al timpului, poate fi necesar ca incercarile in situ sa fie repetate la anumite intervale de timp, pentru a se stabili cuantumul imbunatatirii de lunga durata (de exemplu Mitchell si Solymar 1984).

In unele cazuri, sectiunea de proba poate arata ca, prin metoda propusa, nu se pot obtine rezultatele dorite, ceea ce face sa se evite schimbarile de solutie care ar fi fost necesare daca nu s-ar fi beneficiat de sectiunea de proba [3].

Executia cu succes a unui proiect de imbunatatire a terenului depinde de elaborarea de catre inginer a unor detalii de executie (specificatii) clare, rezonabile, realizabile si obli­gatorii, precum si a unor procedee de control al calitatii.

Detaliile de executie si procedeele de control al calitatii trebuie sa permita mici modificari in practica si adaptare la schimbarile conditiilor in amplasament. Este important ca proiectantul sa fie familiarizat cu li­mitarile in ceea ce poate fi construit cu tehnologiile prezente si numai dupa aceea sa elaboreze proiectul de imbunatatire a terenului, avand in vedere aceste limitari.

CONCLUZII

Lichefierea pamantului este un fenomen prin care rezistenta la forfecare a unui teren necoeziv scade brusc ca urmare a unei solicitari ciclice, producand transformarea temporara a materialului respectiv intr-o masa fluida.

Pe baza tuturor caracteristicilor terenului si amplasamentului in care se afla, se poate face o sinteza a criteriilor de apreciere calitativa a posibilitatii de lichefiere, dupa cum se poate observa in figura 1.

Prin cunoasterea caracteristicilor pamanturilor care influenteaza liche­­fiabilitatea lor, devine posibila inde­plinirea a doua scopuri: prognoza comportarii terenului de fundare in conditii seismice, pe baza unor date generale si eventual, a unor investigatii suplimentare usor de realizat; obtinerea unor probe netulburate si reprezentative, precum si stabilirea schemei de incercare a lor, astfel incat sa fie reproduse cat mai fidel conditiile determinante din natura, atunci cand se face o analiza amanuntita a sensibilitatii la lichefiere.

Factorii care influenteaza produ­cerea lichefierii pot fi impartiti in doua categorii [1]:

  1. a) Caracteristici care determina tipul de pamant: granulozitate (fractiuni granulare dominante, gradul de neuniformitate, continutul de parti­cule fine), forma particulelor, greutatea specifica a acestora si indirect, compozitia lor mineralogica;
  2. b) Caracteristici de stare a pamantului in depozit: gradul de indesare, structura si indirect, geologia depozitului; starea de umiditate si conditiile de drenare ale stratului; starea de eforturi si istoricul
    acestora (tensorii eforturilor unitare actuale, atat cel sferic cat si cel deviator, coeficientul de impingere in stare de repaus, raportul de supraconsolidare, solicitari ciclice anterioare) si indirect varsta depozitului.

Pornind de la aceste caracteristici care determina lichefiabilitatea unui teren, pentru imbunatatirea lui se vor adopta metode care sa aiba o influenta directa asupra acestora. Astfel, putem enumera o serie de masuri care pot fi luate cu scopul de a preveni sau limita efectele liche­fierii asupra constructiilor:

  • Corectarea curbei granulometrice;
  • Marirea indesarii, prin: explozii, compactare de la suprafata, vibrare, baterea unor piloti din lemn, forma­rea unor piloti de nisip;
  • Scoaterea terenului din starea de saturatie;
  • Cresterea eforturilor unitare normale, de exemplu prin realizarea unei suprasarcini cu rambleu de
    pamant sau prin coborarea nivelului apei subterane;
  • Imbunatatirea conditiilor de dre­nare (cu saltele drenante, puturi-filtre);
  • Marirea componentei coezive a rezistentei la forfecare (de exemplu prin injectii).

BIBLIOGRAFIE

  1. Perlea, V., Perlea, M. – Stabilitatea dinamica a terenurilor nisipoase, Editura Tehnica, Bucuresti, 1984;
  2. *** Indrumator tehnic pentru studiul proprietatilor pamanturilor necoezive lichefiabile, P 125-84;
  3. Idris, I. M., Boulanger, R. W., (traducere Perlea, V.) – Lichefierea pamanturilor in timpul cutremurelor, Editura Politehnica, Timisoara, 2010.

Autor:
ing. Andreea Damian – manager, SC GEOPEC MASTERY SRL, Iasi

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 122 – ianuarie-februarie 2016, pag. 16

 



Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Share

Permanent link to this article: http://www.revistaconstructiilor.eu/index.php/2016/02/07/principii-de-identificare-a-terenurilor-lichefiabile-si-masuri-de-limitare-a-efectelor-lichefierii/

Lasă un răspuns

Adresa de email nu va fi publicata.