Conținut de expert arhivistic și risc serios: articolul păstrează relatarea istorică a stabilității pantei, simboluri, formule și diagrame din textul original. Nu este un studiu geotehnic, proiect de excavare sau terasament, calcul de stabilitate, plan de drenaj, evaluarea alunecării de teren sau instrucțiuni de lucru. O pantă instabilă poate îngropa brusc oameni, clădiri și drumuri; fisurile observate, umflăturile, apa tulbure, tasarea bruscă sau deplasarea ar trebui tratate ca un motiv pentru îndepărtarea zonei periculoase și evaluare profesională urgentă.
Astăzi, Savo Kusić se concentrează pe ferestre din lemn, ferestre lemn-aluminiu, ferestre personalizate, usa și cereri de ofertă. Acest articol rămâne ca arhivă tehnică și nu reprezintă o ofertă de proiectare geotehnică, supraveghere sau execuție de terasamente.
Pentru terasamentele construite, cum ar fi tăieturi, terasamente și canale, versanții finali se prăbușesc uneori. Iar o pantă naturală, fără lucrări artificiale, se poate deplasa brusc și cu mare forță sau foarte încet. Aceste fenomene au făcut de multă vreme obiectul unor studii geologice și geomecanice, cu scopul de a evalua stabilitatea din caracteristicile fizice ale solului și condițiile fiecărui caz individual.
Cauzele mișcării maselor pământului
Condiția pentru stabilitatea oricărui sol, fie că este un obiect de pământ artificial sau un sol natural, este ca să existe un echilibru între forțele externe și rezistența internă a solului. Forțele exterioare sunt în primul rând greutatea proprie a solului, care este de obicei singura forță externă, urmată de orice altă sarcină externă care acționează asupra pantei, permanentă sau în mișcare. Rezistența internă constă în coeziune și frecare în solul legat și numai frecare în solul nelegat.
Fig. 1. Panta terasamentului de sol afânat
Dacă observăm un terasament de înălțime h din pământ complet afânat, de exemplu nisip compactat uscat, vom determina că panta acelui terasament este înclinată cu un unghi β față de orizontală (fig. 1). Mărimea unghiului β depinde de mai mulți factori, cum ar fi mărimea granulelor, forma granulelor și compactarea. Dacă mărim înălțimea terasamentului h la h1, h2 etc. cu același material nelegat de aceeași compactare, unghiul β nu se va modifica, panta terasamentului va rămâne la aceeași pantă până la o înălțime nelimitată h. Pentru un sol afânat dat, unghiul natural de pantă β este independent de înălțimea pantei h. Mărimea unghiului β pentru solul nelegat depinde de unghiul de frecare internă a solului φ și se presupune că este puțin mai mică decât acesta, sau egală cu acesta, β ≤ φ.
Fig. 2. Panta de tăiere în sol legat
Dacă ne uităm la o tăietură făcută în sol legat, vom constata că panta tăieturii este menținută sub o pantă mai puternică.1:m, adică la un unghi β mai mare datorită faptului că rezistența internă a solului legat este crescută prin coeziune, care nu există în nisipul uscat (fig.2). În anumite tipuri de sol, cum ar fi loessul uscat, coeziunea poate crește rezistența internă într-o asemenea măsură încât solul poate fi ținut cu o latură tăiată vertical, adică la un unghi β =90°. Totuși, dacă creștem înălțimea de tăiere h în sol legat la h1, h2 etc., unghiul de înclinare a teșirii tăieturii β trebuie redus pentru a menține teșirea în stabilitate. Pentru fiecare unghi de pantă β al pantei tăieturii într-un sol mărginit dat există o înălțime critică hc. Dacă depășim această înălțime, panta AB nu va fi menținută în echilibru și va aluneca pe o suprafață de alunecare CD (fig.3). Alunecarea s-a produs din cauza unei perturbări a echilibrului dintre forța exterioară, greutatea proprie a masei pământului și rezistența internă, care nu a mai fost suficientă pentru a se opune forței exterioare crescute, adică greutății crescute a masei de sol cauzată de creșterea înălțimii pantei h.
Sl.3. Panta de tăiere în sol coeziv
Din cele de mai sus, rezultă că unghiul pantei naturale a solului nu poate fi adoptat ca valoare constantă pentru solul dat, deoarece valoarea lui în toate celelalte condiții depinde de înălțimea pantei și scade odată cu creșterea acestei înălțimi. Cu toate acestea, este adesea adoptat pentru pante de înălțimi mici ca valoare constantă, dependentă de unghiul de frecare internă a solului φ.
Perturbarea echilibrului poate apărea și fără creșterea înălțimii de tăiere h, de exemplu atunci când rezistența internă a solului scade. Elementele de rezistență internă a solului legat, coeziunea și frecarea, sunt foarte variabile și depind de cantitatea de apă din sol. Prin urmare, în multe cazuri, cauza alunecării este suprasaturarea solului legat de apă, care poate fi atât de mare încât solul nu se mai poate susține sub nicio pantă, ci alunecă din cauza propriei greutăți.
Fig. 4. Alunecarea solului din cauza formării suprafețelor de alunecare
Există diverse cazuri de alunecare a solului din cauza reducerii rezistenței interne, dintre care vom aminti aici câteva caracteristice.
Educația suprafețelor de alunecare
Dacă există un strat impermeabil de argilă pe o pantă sub stratul de suprafață al solului permeabil (fig. 4a), sau dacă există un strat de nisip înclinat în stratul de argilă (fig. 4b), în care se poate ajunge la o atmosferă neglijată sau de la suprafață (de exemplu) pot avea loc alunecări de teren. O cantitate mai mare de apă trece prin stratul permeabil către stratul de argilă, pe care îl umezește puternic, reducându-și rezistența la suprafață, unde stratul superior alunecă.
Perturbarea echilibrului prin tăierea unei tăieturi
Tăierea tăierilor în timpul construcției de căi ferate și drumuri perturbă starea anterioară de echilibru, deoarece în profilul tăiat solul rămâne fără sprijin și tinde să se deplaseze în jos din cauza gravitației. O stare de echilibru poate fi menținută dacă rezistența internă a solului este suficient de mare pentru a contracara această tendință, ceea ce este posibil și atunci când solul tăiat este format din straturi puternic înclinate spre tăiere.
Fig. 5. Alunecarea terenului datorită tăierii în sol stratificat
Totuși, dacă straturile de sol impermeabil și permeabil sunt tăiate alternativ (Fig. 5), există posibilitatea de leșiere a solului permeabil și umezirea solului impermeabil, pe care se poate produce alunecare.
Neomogenitatea solului
Straturile subțiri de material impermeabil într-un terasament din pământ permeabil, așa-numitele lentile de argilă (fig. 6), pot provoca de asemenea alunecare dacă o cantitate mare de apă ajunge la ele și formează o suprafață de alunecare.
Fig. 6. Cazul alunecării terasamentului din cauza compoziției neomogene
Efectul înghețului
Sub efectul înghețului, apa se acumulează în stratul de suprafață sub formă de lentile de gheață. În timpul dezghețului, lentilele de gheață se transformă în apă, care suprasatura solul până la adâncimea acțiunii înghețului, drept urmare devine o masă lichidă și își pierde stabilitatea.
Acest caz apare numai în soluri periculoase pentru îngheț și cu o durată mai lungă de îngheț, deoarece este nevoie de mult timp pentru formarea lentilelor de gheață.
Scăderea nivelului apei subterane
Când nivelul apei subterane este coborâtă permanent, de exemplu din cauza lucrărilor în pământ, solul se usucă și, dacă este argilă care are o umflătură mare, apar fisuri. Cantități mai mari de apă de suprafață și atmosferică intră în ele, umezind solul și reducându-i rezistența internă, ceea ce poate duce și la alunecări de teren.
Există și multe alte cazuri de alunecare a terenului, astfel încât se poate considera că orice sol coerent își poate pierde, în anumite împrejurări, rezistența internă într-o măsură mai mare sau mai mică și, sub influența forțelor externe, poate fi pus în mișcare.
Solul incoerent este stabil atâta timp cât unghiul de înclinare al pantei este mai mic decât unghiul de frecare internă a solului. La acest tip de sol, alunecarea are loc numai dacă unghiul de pantă este mai mare decât unghiul de frecare internă. Totuși, dacă un terasament este realizat din material nelegat pe sol argilos, solul argilos poate aluneca și terasamentul se poate prăbuși și este necesar să se verifice stabilitatea.
Testarea stabilității versanților de pământ
Forma suprafeței de alunecare
Condiția de echilibru între forțele externe și rezistența internă a solului a fost stabilită de Coulomb cu ecuația sa
τ ≤ c + σ tgϕ
unde τ este efortul de forfecare a solului, c este coeziunea, σ este tensiunea normală pe suprafața de alunecare, ϕ este unghiul de frecare internă.
Dacă rezistența internă a solului, coeziunea c și frecarea σ tgϕ nu sunt suficiente pentru a se opune solicitării de forfecare a solului, alunecarea are loc pe o suprafață de alunecare din interiorul solului. Există diferite forme de suprafețe de alunecare, care depind de proprietățile fizice ale solului, stratificare, umiditate, încărcare externă și alți factori.
Următoarele carcase glisante tipice diferă în funcție de poziție:
Fig. 7. Cazuri tipice de alunecări de teren
a) Alunecarea laturilor verticale ale tăieturii. În cazul canalelor de alimentare cu apă, canalizare etc., care sunt săpate cu laturi verticale (fig. 7a), dacă se depăşeşte înălţimea critică hc, care depinde de proprietăţile fizice ale solului, se produce alunecare pe suprafaţă ADC. Aceste alunecări nu sunt de obicei pe toată lungimea canalului, ci sunt localizate, ceea ce se explică prin rezistența neuniformă la forfecare a solului.
b) Alunecări parțiale de pantă (fig. 7b). Aceste alunecări apar adesea primăvara pe tăierile de cale ferată și rutieră și sunt rezultatul suprasaturarii solului cu apă.
c) Alunecare în pantă noaptea (fig. 7c). Este alunecarea întregii pante a tăieturii sau terasamentului către piciorul C.
d) Panta alunecare sub picioare (Fig. 7d). Este alunecarea întregii pante a tăieturii sau terasamentului și a solului sub talpă. Această diapozitivă mai este numită și fractură subterană sau fractură suedeză, după suedezii care au descris-o primii.
Referitor la forma suprafetei de alunecare, se poate afirma doar ca suprafata de alunecare in pamant legat nu este dreapta, ci este o suprafata curbata. Unii autori adoptă un arc de cerc (Fellenius), o spirală logaritmică (Rendulić) sau o combinație a acestor linii curbe (Brinch Hansen) ca formă a suprafeței de alunecare.
Efectul filtrării apei asupra stabilității pantei
Dacă în fața versantului există apă exterioară cu un nivel de N1 (smochin.8), curgerea apei are loc în sol în spatele pantei, ceea ce determină presiunea internă a apei în pori, în urma căreia frecarea dintre particulele solide scade și efortul de forfecare în sol crește.
Dacă nivelul este N1 de apă în fața pantei o coloană de apă constantă H*γW determină presiunea apei în porii solului, ceea ce reduce frecarea dintre particulele solide, ca urmare a căreia pericolul alunecării pantei crește. Cu toate acestea, când nivelul este N1 constantă, presiunea coloanei de apă H*γW împinge particulele solide spre interiorul solului, datorită faptului că pericolul de alunecare a pantei este redus într-o oarecare măsură. În acest caz, la nivel constant al apei N1 în fața taluzului, există pericolul de alunecare a versantului din aval, deoarece efectul filtrării apei în sol determină împingerea particulelor solide în direcția laturii exterioare a versantului din aval.
Sl.8. Efectul filtrării asupra stabilității pantei solului
Dacă nivelul extern al apei scade brusc de la nivelul N1 pe N2 atunci stabilitatea versantului din amonte este ameninţată. În acest caz, apa internă a porilor curge spre partea exterioară a versantului din amonte, împingând particulele solide spre acea parte.
Din această cauză, dacă panta solului este scufundată în apă, la testarea stabilității pantei trebuie luat în considerare și efectul filtrării apei.
Efectul filtrării apei în sol depinde de mai mulți factori, dintre care cei mai importanți sunt permeabilitatea solului, presiunea hidrostatică a apei exterioare, rata de scădere a nivelului apei externe și omogenitatea solului.
Dacă presupunem că terasamentul din fig. 8 de masă omogen izotropă, sub efectul presiunii hidrostatice a apei exterioare de nivelul N1, apa va curge în porii terasamentului în direcția versantului aval, prin care nivelul apei subterane din terasament va scădea odată cu lungimea drumului parcurs. Dacă introducem țevi piezometrice AA’, BB’ și CC’ în terasament (fig. 9), apa din pori sub efectul presiunii hidrostatice va intra în aceste conducte și va urca la nivelul N1, care poate fi același în toate conductele, dacă punctele A, _C_B sunt selectate astfel încât C_B și înălțimea coloanei de apă. țevile sunt h1, h2 și h3.
Fig. 9. Linii echipotențiale și curente
Dacă notăm cu h cota nivelului apei N1 în raport cu un plan O-O ales arbitrar, atunci potențialul h pentru toate punctele 3, A, B și C este același. Linia care leagă aceste trei puncte este linia echipotențială. Apa subterană din sol nu poate curge de-a lungul acelei linii, ci doar în direcția punctelor cu potențial mai mic.
În mod similar putem selecta în aceeași masă punctele D, E și F cu un potențial mai mic h ― Δh. Linia care unește aceste trei puncte este linia echipotențială a potențialului h ― Δh. Curgerea apei de la punctul A al liniei echipotențiale ABC la un punct infinit apropiat D al liniei echipotențiale DEF va exista în direcția celei mai mari căderi hidraulice imax, adică cea mai mică distanță _AD_AD_Δ_min. Aceasta înseamnă că linia AD de-a lungul căreia curge apa este perpendiculară pe ambele linii echipotențiale, deoarece
imax = Δh / Δlmin
unde Δlmin este normal pentru ambele linii echipotențiale. Acele normale la liniile echipotenţiale sunt direcţiile fluxului de apă în masa permeabilă şi se numesc linii curente. Comunitatea liniilor echipotențiale și de curent, reciproc perpendiculare între ele, formează o rețea de flux.
Rețelele de flux au forme diferite în funcție de permeabilitatea masei. Cel mai frecvent caz este un terasament din masă permeabilă pe sol impermeabil, adică pe sol care poate fi făcut impermeabil (fig. 10). În acest caz, dacă nivelul extern al apei este constant, liniile de curgere se află în partea de mijloc a parabolei.
Fig. 10. Rețea de curgere într-un terasament permeabil pe sol impermeabil
La versantul din amonte, parabolele se leagă de liniile perpendiculare pe taluz, care reprezintă linia echipotențială, deoarece la un nivel constant N1 apa nu curge în jos pe versant. Cu panta din aval, parabolele se termină tangențial cu panta, care nu este nici o linie echipotențială, nici o linie curentă. Suprafața solului impermeabil de sub terasament este o linie de curgere, deoarece apa de la fundul terasamentului curge paralel cu această suprafață. În partea superioară, rețeaua de curgere se termină cu o parabolă de bază numită linia de infiltrație, care reprezintă limita solului sub acțiunea filtrării. Sub această limită, solul se află sub efectul filtrării din cauza presiunii hidrostatice a apei exterioare H*γW, în timp ce în solul de deasupra acestuia nu există filtrare. Linia de infiltrație se mai numește și linia de saturație, deoarece se presupune că solul de sub acesta este complet saturat cu apă, în timp ce deasupra este parțial saturat.
Evaluarea actuală a pantei trebuie să includă investigarea, stratificarea, parametrii de rezistență, apa subterană și de suprafață, schimbările de nivel, fazele de drenaj, seism, de excavare sau de umplere, structuri adiacente și condiții temporare. Excavarea fără o protecție adecvată și intrarea în zona de posibilă alunecare de teren nu sunt sigure pe baza textului general sau a formei taluzului în sine.