7/25/2019 CNGF12149

1/8

A XII-a ConferinNaionalde Geotehnici Fundaii - Iai, 20-22 septembrie 2012

Principii de identificare a terenurilor lichefiabile i msuri delimitare a efectelor lichefierii

Andreea Damian

Universitatea TehnicGheorghe Asachi din Iai, Facultatea de Construcii i Instalaii

Cuvinte cheie: nisip, pmnt necoeziv, lichefiere, seism, mbuntirea terenurilor

REZUMAT: Lichefierea este un fenomen care se manifestprin scderea temporara rezistenei terenului caurmare a creterii presiunii apei n pori, comportare specificn special nisipurilor saturate solicitate ciclic.Analiza n detaliu a acestui fenoment i aprecierea msurii n care declanarea este iminent necesitinvestigaii amnunite realizate de ingineri familiarizai cu noiunile legate de lichefiere, ns apreciereaaproximativ a pericolului de declanare a acesteia trebuie s fie o activitate elementar pentru oricareinginer care profeseaz n domeniul geotehnicii. n acest scop, n lucrare sunt sintetizate informaii privind

explicarea modului n care se produce lichefierea, caracteristicile pmnturilor care influeneazlichefiabilitatea i metodele de mbunire aplicabile.

1

INTRODUCERE

Comportarea terenurilor nisipoase este una dintre problemele geotehnice cele mai amnunitstudiate i aparent bine cunoscute. Parametrii ce caracterizeazproprietile nisipurilor au intrat demult n uzul tehnic curent, crendu-se chiar senzaia c stabilirea lor a constituit numai o etap

pentru aprofundarea cunoaterii pmnturilor argiloase, materiale cu o comportare mult maicomplex.

Lichefierea pmntului este un fenomen prin care rezistena la forfecare a unui teren necoeziv scadebrusc ca urmare a unei solicitri ciclice, producnd transformarea temporar a materialuluirespectiv intr-o mas fluid. Dintre numeroasele forme de micare ciclic numai valurile,cutremurele de pmnt i exploziile pot avea o intensitate suficientpentru a produce lichefierea nmasa terenurilor necoezive saturate. Lichefierea a reprezentat o cauza importanta distrugerilor

provocate de cutremure de-a lungul timpului.Pmntul este constituit dintr-un ansamblu de particule individuale, aflate in contact cu un numrde particule vecine. Greutatea particulelor suprapuse produce fore de contact ntre acestea, dndterenului rezisten. Lichefierea apare atunci cnd structura unui nisip afnat, saturat este distrusdin cauza unei ncrcri aplicate rapid. n mod obinuit, particulele au tendina de a se reaeza ntr-ostructurmai dens, nsn timpul cutremurului nu existsuficient timp pentru ca apa din pori s

poatfi drenati spermitastfel reaezarea particulelor. Lipsa posibilitii de drenare nsoitdecreterea presiunii apei din pori duce la micorarea forelor de contact dintre particule i, automat, arezistenei terenului, cptnd comportarea unui fluid.n vederea prevenirii sau limitrii efectelor lichefierii asupra construciilor se pot adopta msuri maimult sau mai puin eficiente, dar n general costisitoare. Proiectarea cu succes a unei metode dereducere a pericolului de lichefiere, care poate afecta o construcie sau un ansamblu de construcii,necesito nelegere aprofundata fenomenului de lichefiere, a consecinelor posibile ale lichefieriiasupra construciei, obictivele de performana construciei, precum i materialele i metodele deconstrucie disponibile. Alegerea finala metodei de reducere a potenialului de lichefiere depindede modul cum este definit riscul i poate varia de la o evaluare euristic la o evaluare bazatpe

calculul de risc.

1217

7/25/2019 CNGF12149

2/8

2 CARACTERISTICI ALE TERENURILOR LICHEFIABILE

Prin cunoaterea caracteristicilor pmnturilor care influeneazlichefiabilitatea lor devine posibilrealizarea a douscopuri: prognoza comportrii terenului de fundare in condiii seismice, pe bazaunor date generale i eventual a unor investigaii suplimentare uor de realizat; obinerea unor probe

netulburate i reprezentative, precum i stabilirea schemei de ncercare a lor astfel nct s fiereproduse ct mai fidel condiiile determinante din natur, atunci cnd se realizeaza o analizamnunita sensibilitii la lichefiere.n afara parametrilor solicitrii, probabilitatea de producere a lichefierii mai este condiionatde oserie de factori care pot fi grupai n doumari categorii [1]:a) caracteristici care determin tipul de pmnt: granulozitate (fraciuni granulare dominante,gradul de neuniformitate, coninutul de particule fine), forma particulelor, greutatea specific aacestora i indirect compoziia lor mineralogic;

b)caracteristici de stare a pmntului n depozit: gradul de ndesare, structura i indirect geologiadepozitului; starea de umiditate i condiiile de drenare ale stratului; starea de eforturi i istoriculacestora (tensorii eforturilor unitare actuale, att cel sferic ct i cel deviator, coeficientul dempingere n stare de repaus, raportul de supraconsolidare, solicitri ciclice anterioare) i indirectvrsta depozitului.

2.1

Compoziia granulometric

Cele mai susceptibile la lichefiere n timpul cutremurelor sunt pmnturile constituite din nisipurifine i prfoase.Coninutul n particule fine (fraciunile praf i argil) confer pmnturilor o plasticitate i orezistenstructuralde tip coeziv care se opune lichefierii, chiar daccreterile de presiune a apein pori pot determina deformaii apreciabile. Pe de altparte, pmnturile necoezive alctuite din

fragmente mari au n general o permeabilitate suficient de mare pentru a asigura o disipare rapidapresiunii apei din pori, chiar pe msura generrii ei de aciunea seismic[1].

Tabelul 1. Criteriul granulometric de apreciere a lichefiabilitii [2].Diametrul caracteristic sau fraciunea

granulometricPmnturi lichefiabile Pmnturi uor

lichefiabile

Diametrul mijlociu, d50(mm) 0,0252 0,075..0,5Diametrul eficace, d10(mm) > 0,005 > 0,025

Fraciunea argil, d < 0,005 mm (%) < 10 0Fraciunea pietri, d = 220 mm (%) < 50 < 10

Pietrimare, d > 10 mm (%) < 10 0

2.2

Forma granulelor

Forma particulelor din care este alctuit pmntul influeneazapreciabil lichefiabilitatea. Legturadintre particulele rotunjite, respectiv rezistena mobilizat prin frecare, se poate pierde mai facildect n cazul particulelor alungite i coluroase.Ivanov definete trei parametri pentru caracterizarea formei granulelor: coeficientul de rotunjime ,coeficientul de sfericitate i coeficientul de form.

2.3. Structura pmntului

Diferenele de comportare ntre probele de nisip preparate n laborator dupdiverse tehnici i cele

netulburate recoltate din teren avnd aceeai stare de ndesare au evideniat influena semnificativa parametrilor structurali, i anume: orientarea granulelor i a contactelor dintre granule, variaiiale porozitii n cuprinsul unei probe, segregri ale particulelor.

1218

7/25/2019 CNGF12149

3/8

S-au constatat influene ale acestor parametri asupra modului de variaie a volumului cu deformaiaspecificaxial, relaiei efort unitar - deformaie specific n cazul solicitrilor statice, rezistenei lalichefiere sub solicitri ciclice i modului de cretere a presiunii apei din pori sub un efort unitarciclic dat [1].Toate aceste aspecte ale influenei rezistenei structurale asupra sensibilitii la lichefiere, greu de

cuantificat, conduc la concluzia c este probabil ca depozitele naturale s fie mai rezistente lasolicitri ciclice dect probele formate n laborator prin metodele obinuite.

2.4. Starea de ndesare

Starea de ndesare a jucat un rol important ncde la primele studii ale fenomenului de lichefiere.Influena marcanta strii de ndesare asupra stabilitii dinamice a nisipurilor a dictat includereaacestui parametru n majoritatea criteriilor calitative de prognoza lichefierii. Aprecierea calitativa sensibilitii la lichefiere se poate face urmrind criteriile din tabelul 2.

Tabelul 2. Criteriul strii de ndesare privind lichefiabilitatea terenurilor [2].Gradul de intensitate seismica Gradul de ndesare, ID, la care pamntul nisipos trebuie considerat

susceptibil a se lichefiaMai mic dect VII pamntul nu este lichefiabil indiferent de ID

VII mai mic dect 0,6VIII mai mic dect 0,7IX mai mic dect 0,85

Mai mare dect IX pamntul este lichefiabil indiferent de ID

2.5. Starea de umiditate i condiiile de drenare ale stratului lichefiabil in depozit

Permeabilitatea mare fa de aer a pmntului face ca solicitrile obinuite, de exemplu de tipseismic, s nu aib un efect de lichefiere asupra nisipului uscat ci numai de tasare. Ca urmare,

problema lichefierii se pune de regulpentru zonele situate sub nivelul apei subterane i n zona de

saturare capilar; la nisipuri fine i medii se poate considera cstratul este complet saturat de la onlime de circa 1 m deasupra nivelului apei subterane, n jos [1].Poziia ridicata nivelului apei subterane are un dublu efect nefavorabil : prin reducerea eforturilor unitare normale efective datorit imersrii se micoreazcapacitatea

portanta terenului, rezistena pasiv, precum i rezistena la lichefiere ; saturarea prii superioare a terenului face posibil lichefierea n zonele care din punctul devedere al strii de eforturi sunt cele mai susceptibile la lichefiere ciclic(eforturi unitare normalereduse, amplificri ale solicitrii seismice) i pot avea efectele cele mai importante asuprastabilitii construciilor.Lichefierea chiar complet ntr-un strat, poate s conduc la degradri minore ale construciilor

fundate la suprafa dac presiunea apei din pori n exces se poate disipa rapid. De fapt, chiarnivelul maxim al presiunii apei din pori generate de solicitarea ciclicdepinde de posibilitile dedrenare simultane generrii. Aciunea combinata mai multor factori, printre care permeabilitatea ilungimea drumului parcurs de ap pentru disiparea presiunii apei din pori, pe lng parametriisolicitrii i ali factori intrinseci, determin ritmul de cretere a presiunii apei din pori, atingereasau nu a unei valori critice i durata de meninere a unei valori ridicate [1].

2.6. Permeabilitatea i compresibilitatea pmntului

Ritmul de disipare a presiunii apei din pori, dictat de permeabilitatea terenului, are o influenimportantasupra fenomenului de lichefiere. Deoarece disiparea se produce i n timpul generrii

presiunii n exces, permeabilitatea poate condiiona nsi valoarea maxima presiunii induse desolicitarea ciclic, respectiv gradul de lichefiere. Permeabilitatea relativ mic poate conduce la

1219

7/25/2019 CNGF12149

4/8

lichefiere, n special dac stratul cu potenial de lichefiere este gros, adic drumul apei pn lalimitele drenante este lung.

2.7. Starea de eforturi n masiv i istoricul eforturilor

Problema influenei strii de eforturi asupra prognozei lichefierii depozitelor din materialenecoezive saturate se pune n mod deosebit dupsituaia n care se gsete masivul: un teren practic orizontal, a crui lichefiere ciclicdeterminscderea sau pierderea completacapacitii portante ; pentru acest caz este caracteristic faptul cplanele orizontale i verticale suntiniial plane principale (exceptnd cazurile n care la suprafa se exercit presiuni transmise deconstrucii); un masiv cu taluzuri (versant natural, baraj, depozit de deeuri industriale, iaz de decantare) lacare cedarea se poate produce sub forma unei alunecri sau curgeri noroioase, prin lichefiereaciclicparialsuprapusunei stri de eforturi existente.In cazul depozitelor cu suprafaorizontalsolicitate ciclic, este recunoscut faptul csensibilitateala lichefiere ciclic scade cu creterea eforturilor efective iniiale, deci cu adncimea depozitului

atunci cnd ceilali factori sunt constani.Istoricul eforturilor, petrecut n trecutul geologic, se reflectprin influena urmtorilor trei factori[1]:a) condiiile de formare a terenului; se constat c odat cu vrsta crete i starea de ndesare adepozitului; printre cele mai uor lichefiabile terenuri se numr umpluturile realizate prinhidromecanizare.

b)perioada scursntre formarea masivului de nisip i momentul solicitrii dinamice; prin ncercride laborator pe probe pstrate sub ncrcare constantun timp ndelungat i pe probe recoltate dinumpluturi de vrst cunoscut, a fost demonstrat posibilitatea de mrire a rezistenei lalichefiere printr-o structuralizare n timp a pmnturilor necoezive.c) istoricul seismic, respectiv al deformaiilor de forfecare suferite de depozit; se consider c

repetarea de multe ori a solicitrilor ciclice poate duce la o cretere important a rezistenei lalichefiere (n asemenea condiii se produce deseori o cretere a coeficientului de mpingere n starede repaus, K0).

2.8. Eforturi unitare de forfecare iniiale (statice)

Rezultatele experimentale au condus la concluzia c ntr-un taluz pericolul de lichefiere este maimic dect n teren cu suprafaa orizontal; pericolul pare a fi cu att mai redus cu ct panta este maiabrupt, respectiv eforturile unitare de forfecare iniiale mai mari, ca urmare a reducerii gradului deschimbare a sensului eforturilor unitaren taluzuri lichefierea poate fi condiionatde depirea rezistenei la forfecare n zone lichefiate

parial, deci ca urmare a unor deformaii de forfecare mari (lichefiere propriu-zis).

3 MSURI DE LIMITARE A EFECTELOR LICHEFIERII

Proiectarea cu succes a unei metode de reducere a pericolului de lichefiere, care poate afecta oconstrucie sau un ansamblu de construcii, necesit o nelegere aprofundat a fenomenului delichefiere, a consecinelor posibile ale lichefierii asupra construciei, obictivele de performan aconstruciei, precum i materialele i metodele de construcie disponibile. Alegerea finala metodeide reducere a potenialului de lichefiere depinde de modul cum este definit riscul i poate varia dela o evaluare euristicla o evaluare bazatpe calculul de risc. Diversele strategii de reducere pot

include urmtoarele [3]: A nu lua nici o msur, acceptnd distrugerile poteniale i nivelul lor de risc; Abandonarea proiectului sau schimbarea amplasamentului;

1220

7/25/2019 CNGF12149

5/8

mbuntirea terenului astfel ca distrugerile sfie evitate sau reduse la un nivel acccptabil; Modificarea proiectului astfel ca lichefierea terenului s nu deterioreze structura, saudeteriorrile sfie reduse la niveluri acceptabile.Pentru evaluarea oportunitii unei metode de mbuntire a terenului ntr-un amplasament dat, esteimportant: (1) s se neleag mecanismele de baz ale mbuntirii, astfel ca procedeele de

proiectare i control al calitii sau criteriile de verificare sfe rezonabile i (2) ca proiectanii sfie familiarizai cu problemele legate de punerea n practica metodei alese, astfel ca aceasta sse

poatconstrui i sfie eficientdin punct de vedere economic.n vederea prevenirii sau limitrii efectelor lichefierii asupra construciilor se pot adopta msuri maimult sau mai puin eficiente, n general costisitoare, printre care [1]: corectarea curbei granulometrice ; mrirea ndesrii prin : explozii, compactare de la suprafa, vibrare, baterea unor piloi delemn, formarea unor piloi de nisip ; scoaterea terenului din starea de saturaie ; creterea eforturilor unitare normale, de exemplu prin realizarea unei suprasarcini cu rambleu de

pmnt sau prin coborrea nivelului apei subterane; mbuntirea condiiilor de drenare (cu saltele drenante, puuri-filtre); mrirea componentei coezive a rezistenei la forfecare (de exemplu prin injecii).Proiectarea i execuia lucrrilor de mbuntire a terenului n vederea reducerii riscului seismicsunt afectate de un spectru larg de consideraii.Alegerea final a unei metode de mbuntire a terenului poate depinde de ncrederea

proiectantului n tehnologiile disponibile i n metodele de proiectare corespunztoare. ncredereantr-o tehnologie datpoate depinde de o serie de factori, cum ar fi ncrederea n mecanismul dembuntire, posibilitatea demonstrat a msurrii i a cuantificrii eficienei tratamentului,exactitatea i bazele fundamentale ale metodologiei de proiectare i existena unor observaii pemodele fizice sau cazuri concrete care sdemonstreze eficiena tehnologiei n reducerea efectelor

duntoare ale solicitrii seismice. Din aceste motive, sunt necesari civa ani pentru ca otehnologie noude mbuntire a terenului sfie acceptati folositpe scarlarg[3].Eficiena unei metode de mbuntire a terenului ntr-un amplasament dat poate fi foarte dificil de

prezis corect. Din acest motiv se obinuiete sse cearo aplicaie demonstrativsau de ncercarenaintea proiectrii finale i a lansrii licitaiei pentru construcie. O seciune de ncercare ntr-olocaie reprezentativpentru amplasament va permite att proiectantului ct i constructorului sidentifice dificultile poteniale in construcie i/sau procedeele de control al calitii i soptimizeze sau sverifice parametrii necesari pentru obinerea mbuntirii dorite. n cazul unoradintre metodele de mbuntire i tipuri de pmnt, rezistena la penetrare de dup tratare poatemanifesta modificri importante n decursul unor perioade variind ntre cteva sptmni i maimulte luni. Pentru evaluarea acestui efect al timpului, poate fi necesar ca ncercrile in situ s fierepetate la anumite intervale de timp, pentru a se stabili cuantumul mbuntirii de lungdurat(deexemplu Mitchell i Solymar 1984). n unele cazuri seciunea de probpoate arta cprin metoda

propusnu se pot obine rezultatele dorite, ceea ce face sse evite schimbrile de soluie care ar fifost necesare dacnu s-ar fi beneficiat de seciunea de prob[3].Execuia cu succes a unui proiect de mbuntire a terenului depinde de elaborarea de ctre inginera unor detalii de execuie (specificaii) clare, rezonabile, realizabile i obligatorii, precum i a unor

procedee de control al calitii. Detaliile de execuie i procedeele de control al calitii trebuie spermit mici modificri n practic i adaptare la schimbrile condiiilor n amplasament. Esteimportant ca proiectantul s fie familiar cu limitrile n ceea ce poate fi construit cu tehnologiile

prezente i numai dupaceea selaboreze proiectul de mbuntire a terenului, avnd n vedere

aceste limitri.

1221

7/25/2019 CNGF12149

6/8

4 CONCLUZII

Lichefierea pmntului este un fenomen prin care rezistena la forfecare a unui teren necoeziv scadebrusc ca urmare a unei solicitri ciclice, producnd transformarea temporar a materialuluirespectiv intr-o masfluid.

Pe baza tuturor caracteristicilor terenului i amplasamentului n care se aflse poate face o sinteza acriteriilor de apreciere calitativa posibilitii de lichefiere, dupcum se poate observa n figura 1.

Figura 1. Criterii de apreciere a lichefiabilitii (adaptat dup[1])

Prin cunoaterea caracteristicilor pmnturilor care influeneazlichefiabilitatea lor devine posibilrealizarea a douscopuri: prognoza comportrii terenului de fundare in condiii seismice, pe bazaunor date generale i eventual a unor investigaii suplimentare uor de realizat; obinerea unor probenetulburate i reprezentative, precum i stabilirea schemei de ncercare a lor astfel nct s fiereproduse ct mai fidel condiiile determinante din natur, atunci cnd se realizeaza o analizamnunita sensibilitii la lichefiere.

Factorii care influeneazproducerea lichefierii pot fi mprii n doua categorii [1]:

1222

7/25/2019 CNGF12149

7/8

a) caracteristici care determin tipul de pmnt: granulozitate (fraciuni granulare dominante,gradul de neuniformitate, coninutul de particule fine), forma particulelor, greutatea specific aacestora i indirect compoziia lor mineralogic;

b) caracteristici de stare a pmntului n depozit: gradul de ndesare, structura i indirect geologiadepozitului; starea de umiditate i condiiile de drenare ale stratului; starea de eforturi i istoricul

acestora (tensorii eforturilor unitare actuale, att cel sferic ct i cel deviator, coeficientul dempingere n stare de repaus, raportul de supraconsolidare, solicitri ciclice anterioare) i indirectvrsta depozitului.Pornind de la aceste caracteristici care determinlichefiabilitatea unui teren, n vederea mbuntiilui se va urmri abordarea unor metode care sa aib o influen direct asupra acestora. Astfel,

putem enumera o serie de msuri care pot fi luate cu scopul de a preveni sau limita efectelelichefierii asupra construciilor: corectarea curbei granulometrice ; mrirea ndesrii prin : explozii, compactare de la suprafa, vibrare, baterea unor piloi delemn, formarea unor piloi de nisip ; scoaterea terenului din starea de saturaie ;

creterea eforturilor unitare normale, de exemplu prin realizarea unei suprasarcini cu rambleu depmnt sau prin coborrea nivelului apei subterane; mbuntirea condiiilor de drenare (cu saltele drenante, puuri-filtre); mrirea componentei coezive a rezistenei la forfecare (de exemplu prin injecii).

BIBLIOGRAFIE

1. Perlea, V., Perlea, M. - Stabilitatea dinamica terenurilor nisipoase, Editura Tehnic, Bucureti,

1984

2. ***ndrumtor tehnic pentru studiul proprietilor pmnturilor necoezive lichefiabile,P 125 -

84

3. Idris, I. M., Boulanger, R. W., (traducere Perlea, V.) - Lichefierea pmnturilor n timpulcutremurelor, Editura Politehnic, Timioara, 2010

1223

7/25/2019 CNGF12149

8/8