3. VALORI CARACTERISTICE ALE PARAMETRILOR GEOTEHNICI
3.1. Definirea valorilor caracteristice și selectarea datelor
3.1.1. Valoarea caracteristică a unui parametru geotehnic (Xk) trebuie stabilită ca o estimare prudentă a valorii care influențează apariția stării limită. De regulă, valorile caracteristice ale parametrilor geotehnici se stabilesc pentru un element geologic denumit strat, alcătuit din pâmânt aparținând aceleiași formațiuni geomorfologice și aceleiași clase (conform SR EN 14688-2:2005, SR EN ISO 14688-2:2005/C91:2007), care prezintă o variabilitate limitată a valorilor acestor parametri. Când în formațiunea geologică alcătuită din aceeași clasă de pâmânt apar porțiuni cu proprietăți distincte, se poate păstra denumirea integrală de strat, dar în cuprinsul acestuia se conturează subdiviziuni ca: - orizonturi (delimitate în grosime), - lentile (delimitate în plan și în grosimea stratului), - zone (delimitate în plan), pentru care se stabilesc valori proprii ale parametrilor geotehnici.
3.1.2. La selectarea datelor pentru stabilirea valorilor caracteristice ale parametrilor geotehnici trebuie să se țină seama de următoarele aspecte majore: - existența unor informații prealabile privind geologia și hidrogeologia zonei și a altor date din proiecte anterioare, - variabilitatea valorilor măsurate ale parametrilor și cunoștințele preexistente privind aceste date, - volumul investigațiilor întreprinse pe teren și în laborator, numărul și calitatea probelor prelevate, - extinderea zonei din teren care guvernează, pentru starea limită considerată, comportarea structurii geotehnice, - capacitatea structurii geotehnice de a transfera încărcările de la zonele slabe la zonele mai rezistente din teren.
3.1.3. Cerințele generale privind colectarea informațiilor prealabile, tipul, volumul și extinderea investigațiilor geotehnice în terenul de fundare sunt precizate în SR EN 1997-2:2007 și NP 074-2007. Aceste criterii se aplică, pe baza experienței și a competenței tehnice a specialistului care efectuează investigarea geotehnică, la condițiile locale de teren în funcție de caracteristicile și importanța structurii proiectate, reflectate în categoria geotehnică a lucrării, definită în conformitate cu NP 074-2007.
3.1.4. Variabilitatea valorilor parametrilor geotehnici se ia în considerare prin stabilirea valorii caracteristice inferioare (Xk inf) și a valorii caracteristice superioare (Xk sup) și utilizarea în calcul a combinației cele mai defavorabile a acestor valori. Pentru exemplificare, în Anexa A1 se prezintă situații care impun utilizarea valorilor caracteristice inferioare și superioare. Modul de stabilire a valorilor Xk inf și Xk sup este dat la pct. 3.2.2 (3), cu respectarea principiului medierii expus la pct. 3.1.5. În cazul în care valorile determinate prin încercări indică o tendință certă de variație în plan sau în adâncime, se poate stabili o dependență matematică a valorilor caracteristice în funcție de dimensiunea respectivă, conform indicațiilor de la pct. 3.2.3.
3.1.5. Zona din teren care guvernează comportarea structurii geotehnice la o stare limită este de obicei mult mai mare decât proba de laborator sau zona din teren afectată de o încercare in-situ. În consecință, valoarea parametrului geotehnic care guvernează starea limită este deseori valoarea medie a unui șir de valori care acoperă o suprafață sau un volum mai mare de teren. Valoarea caracteristică Xk este o estimare prudentă a acestei medii. În cazul în care comportarea structurii geotehnice la starea limită este guvernată de valoarea cea mai scăzută sau cea mai mare a proprietății pâmântului, valoarea caracteristică Xk loc trebuie să fie o estimare prudentă a celei mai scăzute sau celei mai mari valori din zona care guvernează comportarea. Deoarece extinderea zonei de teren care guvernează comportarea structurii geotehnice depinde de capacitatea acestei structuri de redistribuire a încărcărilor la terenul de fundare este important ca specialistul care stabilește valorile caracteristice ale parametrilor geotehnici să fie informat de către proiectantul de rezistență asupra tipului și particularităților structurii proiectate. În anexa A2 se prezintă exemple de utilizare a valorilor caracteristice stabilite ca o estimare prudentă a mediei Xk, respectiv a valorii locale (minime) Xk loc. În cazul necesității utilizării valorilor Xk loc, este indicat să se realizeze o investigare geotehnică detaliată a zonelor cu parametri scăzuți din terenul de fundare.
3.1.6. La selectarea rezultatelor încercărilor în laborator și pe teren trebuie să se țină seama de factorii care influențează proprietățile pâmântului și care au fost indicați la pct. 2.3.1. În special în cazul parametrilor de deformabilitate și ai rezistenței la forfecare încercările trebuie să urmărească reconstruirea cât mai fidelă a stării de eforturi în teren și aplicarea unei secvențe de încărcare care să simuleze condițiile de solicitare induse de realizarea structurii proiectate.
3.1.7. Asupra valorilor unor parametri, determinați prin încercări în laborator și pe teren, se pot aplica coeficienți de corecție fundamentați din punct de vedere teoretic sau bazați pe experiența acumulată, obținându-se valorile derivate care reprezintă mai fidel comportarea pâmânturilor în lucrarea respectivă. În anexa A3 se prezintă coeficienții de corecție recomandați în vederea determinării valorilor derivate ale parametrilor de compresibilitate și ai rezistenței la forfecare pentru unele categorii de pâmânturi.
3.1.8. În figura 1 este reprezentată schematic procedura de stabilire a valorilor caracteristice ale parametrilor geotehnici pe baza măsurătorilor obținute din încercări directe și indirecte și a măsurătorilor privind comportarea structurilor geotehnice.
[Fig. 1. Schema modului de stabilire a valorilor caracteristice ale parametrilor geotehnici]
3.1.9. Pentru stabilirea valorilor caracteristice ale parametrilor geotehnici, mai ales în cazul structurilor încadrate în categoria geotehnică 3, se recomandă utilizarea metodelor statisticii matematice. Nivelul de asigurare al valorilor Xk va fi de 95 %. Pentru valorile locale Xk loc estimarea trebuie făcută astfel ca probabilitatea de apariție a unei valori mai nefavorabile să fie de 5 %. În figura 2 sunt arătate valorile caracteristice inferioară (Xk inf) și superioară (Xk sup) și valoarea caracteristică locală (Xk loc) stabilite pe baza prelucrării statistice a valorilor parametrului geotehnic X.
[Fig. 2. Stabilirea valorilor caracteristice pe baza prelucrării statistice. Semnificația simbolurilor corespunde relațiilor (3.1) ... (3.5')]
3.2. Stabilirea valorilor caracteristice cu ajutorul metodelor statisticii matematice
3.2.1. Delimitarea elementelor geologice
(1) Elementele geologice pentru care se stabilesc valori caracteristice ale parametrilor geotehnici se delimitează cu ajutorul datelor obținute prin lucrările de investigare geotehnică pe amplasament, efectuate conform exigențelor indicate în SR EN 1997-2:2007 și NP 074-2007, pe baza informațiilor geologice generale precum și a criteriilor de clasificare recomandate în SR EN 14688-2:2005, SR EN ISO 14688-2:2005/C91:2007.
(2) Coeficientul de variație Vx pentru valorile determinate prin încercări și pentru valorile derivate ale parametrilor geotehnici care servesc la identificarea și clasificarea pâmântului din cuprinsul elementului geologic se recomandă să nu depășească Vx max în tabelul 3.1.
Coeficientul de variație se calculează cu ajutorul relațiilor:
Vx = sx / Xm (3.1)
sx = sqrt( (1/(n-1)) * sum(Xi - Xm)^2 ) (3.2)
Xm = sum(Xi) / n (3.3)
în care: sx abaterea standard a valorilor individuale selectate Xi, determinate prin încercări sau derivate din rezultatele încercărilor pe teren sau în laborator, Xm media aritmetică a valorilor Xi selectate, n numărul de valori Xi selectate.
Tabelul 3.1 Valori maxime ale coeficientului de variație recomandate pentru delimitarea unui element geologic
Parametrul geotehnic Vx max Greutatea volumică, γ 0,05 Umiditatea naturală, w Indicele de consistență, Ic Indicele porilor, e 0,15 Gradul de îndesare, ID Indicele de plasticitate, IP 0,30
(3) În cazul pâmânturilor cu caracteristici speciale se poate lua în considerare și variabilitatea altor parametri geotehnici, precum: - conținutul în materii organice, - conținutul de carbonați (în special Ca CO3), - tasarea specifică suplimentară la umezire (pentru pâmânturile sensibile la umezire - PSU), - umflarea liberă și presiunea de umflare (pentru pâmânturile cu umflări și contracții mari).
(4) În situația în care coeficienții de variație pentru un strat de pâmânt delimitat pe considerente geomorfologice depășesc valorile maxime indicate în tabelul 3.1 se recomandă împărțirea acestuia în subdiviziuni geologice sau să se stabilească o dependență a variației parametrilor în raport cu dimensiunile în plan sau în adâncime ale terenului de fundare respectiv. Indicații privind analiza stratelor cu tendință de variație spațială sunt date la pct. 3.2.3.
3.2.2. Stabilirea valorilor caracteristice pentru elemente geologice fără tendință de variație spațială
(1) În majoritatea cazurilor valorile determinate direct prin încercări sau derivate din acestea se prelucrează ca variabile independente.
(2) Se admite și prelucrarea statistică a unor variabile corelate (unghiul de frecare internă φ și coeziunea c) cu condiția ca încercările respective (forfecare directă, compresiune triaxială) să fie realizate în condiții asemănătoare pentru toate probele selectate. În acest caz valorile caracteristice φk și ck se stabilesc pentru un nivel de asigurare de 95% față de dreapta de regresie medie (dreapta intrinsecă, conform modelului Mohr-Coulomb), calculată prin metoda abaterilor medii pătratice minime.
(3) Valoarea caracteristică a parametrului geotehnic Xk se stabilește cu relația:
Xk = Xm (1 ± kn · Vx) (3.4)
în care: Vx și Xm sunt definite prin relațiile (3.1 ... (3.3) kn este un coeficient statistic de variație a mediei, care depinde de numărul de valori selectate și de nivelul de asigurare al mediei, dat în tabelul 3.2 ținând seama de explicațiile de la subpunctele (4) și (5).
Semnul + sau - din relația (3.4) corespunde valorii caracteristice superioare (Xk sup), respectiv (Xk inf) a parametrului respectiv:
Xk sup = Xm (1 + kn · Vx) (3.4') Xk inf = Xm (1 - kn · Vx) (3.4'')
Tabelul 3.2 Valorile coeficientului statistic kn pentru un nivel de asigurare de 95% în stabilirea valorilor caracteristice
Numărul de valori n Valori kn pentru: Vx necunoscut Vx cunoscut 3 1,69 0,95 4 1,18 0,82 5 0,95 0,74 6 0,82 0,67 8 0,67 0,58 10 0,58 0,52 20 0,39 0,37 >= 30 0,31 0,30
Notă: Pentru valori n intermediare se admite interpolarea liniară a valorilor kn din tabel.
(4) În cazul în care se iau în considerare numai valorile determinate direct prin încercări și valorile derivate din acestea, coeficientul de variație pentru terenul respectiv nu este cunoscut în prealabil și valorile kn, pentru nivelul de asigurare de 95%, se iau din tabelul 3.2, coloana Vx necunoscut.
(5) Deoarece în multe cazuri practice, pentru un element geologic se pot selecta puține valori, ceea ce conduce la valori ridicate pentru Vx și kn, se poate utiliza metoda „cunoștințelor preexistente", prin care se preia valoarea coeficientului de variație Vx din date documentare relevante. La preluarea coeficientului de variație, care este - de regulă - mai mic decât cel ce rezultă pe baza datelor selectate pe amplasament, trebuie să se verifice dacă datele documentare (din publicații, arhive etc.) se referă la aceleași tipuri de pâmânturi pentru care este de așteptat o comportare geotehnică similară, pentru structuri geotehnice similare. Se recomandă, în acest sens, utilizarea datelor obținute pe plan local și a băncilor de date, precum și a criteriilor de similitudine a pâmânturilor (clasificări, amprente etc.). În aceste situații, valorile coeficientului statistic kn din relația (3.4), pentru același nivel de asigurare de 95%, se iau din tabelul 3.2, din coloana Vx cunoscut. În lipsa unor date documentare pe amplasamentul respectiv, la proiectarea structurilor geotehnice încadrate în categoriile geotehnice 1 și 2 se pot utiliza valorile coeficientului Vx cunoscut recomandate în anexa A4, pentru unele categorii de pâmânturi de vârstă cuaternară.
(6) Valorile caracteristice locale Xk loc, stabilite pentru situațiile arătate la pct. 3.1.5 se calculează cu relația:
Xk loc = Xm (1 ± 2Vx) (3.5)
în care Xm și Vx sunt definite prin relațiile (3.1), (3.2) și (3.3). În acest caz nu se va utiliza metoda Vx cunoscut.
Observație: De regulă, în calculele practice intervine numai valoarea locală inferioară:
Xk loc = Xm (1 - 2Vx) (3.5')
3.2.3. Stabilirea valorilor caracteristice pentru elemente geologice cu tendință de variație spațială
(1) În cazul în care se constată existența unei tendințe de variație cu adâncimea sau în plan (în limita amplasamentului studiat) a unor parametri geotehnici (în special de compresibilitate sau de rezistență la forfecare) ai stratului, există posibilitatea divizării acestuia în elemente geologice pentru care se stabilesc valorile caracteristice bazate pe media valorilor determinate în limitele fiecărui element (conform pct. 3.2.2) sau a stabilirii unei dependențe matematice a parametrului în funcție de poziția în spațiu a punctului respectiv.
(2) Pentru situațiile tratate în acest punct nu se recomandă utilizarea metodei Vx cunoscut.
3.3. Stabilirea pe cale indirectă a valorilor caracteristice pe baza corelațiilor cu unele încercări
3.3.1. Pentru unele încercări (mai ales cele efectuate pe teren) în care se măsoară valori ale unor indici a căror dependență cu valorile parametrilor geotehnici poate fi demonstrată în condițiile date ale unui amplasament sau pe zone mai extinse, se pot utiliza corelații matematice stabilite între cele două șiruri de valori. Asemenea corelații pot fi stabilite în cadrul programului de investigare geotehnică a amplasamentului sau preluate din arhive și publicații. Pentru utilizarea acestor corelații trebuie îndeplinite următoarele condiții: - utilizarea unor metode standardizate de determinare a indicilor, - demonstrarea similitudinii tipului de teren pentru care se utilizează corelația cu terenul pentru care a fost stabilită aceasta, - cunoașterea nivelului de încredere al corelației utilizate, caracterizat prin: numărul de încercări care au servit la stabilirea corelației, coeficientul de corelație, nivelul de asigurare al corelației.
3.3.2. În anexa A5 se prezintă un exemplu de corelație liniară între valorile modulului de deformație liniară E determinat prin încercări cu placa și valorile rezistenței pe con la penetrare statică (CPT) efectuate în paralel pe mai multe amplasamente din țară.
3.4. Stabilirea valorilor caracteristice pe baza măsurătorilor privind comportarea structurilor geotehnice realizate
3.4.1. Atunci când în zone apropiate de amplasamentul pe care se proiectează noua construcție și având condiții geotehnice similare s-au realizat măsurători sistematice privind comportarea unor structuri existente care permit, prin calcul invers, determinarea unor valori ale parametrilor geotehnici (în special parametri de deformabilitate), aceste date pot fi considerate drept valori caracteristice sau pot fi folosite în prelucrările statistice, împreună cu mărimile selecționate din încercările pe teren și în laborator.
3.4.2. Acceptarea valorilor rezultate din măsurători pe construcții reale poate fi admisă când se îndeplinesc următoarele condiții: - măsurătorile se efectuează pe baza unor reglementări tehnice sau a unor documente tehnice (reglementări interne, caiete de sarcini, programe de monitorizare etc.), întocmite conform legislației în vigoare, - măsurătorile conform legislației în vigoare, cu aparatură adecvată și cu indici de precizie determinați, - acțiunile (încărcările) care s-au aplicat terenului de fundare în perioada de măsurare au fost evaluate cu o precizie satisfăcătoare, - măsurătorile permit evidențierea clară a contribuției fiecărui strat care conlucrează cu structura monitorizată, - modelul utilizat la calculul invers al parametrului respectiv este justificat din punct de vedere teoretic sau confirmat de experiența acumulată.
3.4.3. Lucrările de monitorizare a structurilor geotehnice cele mai des utilizate la stabilirea, prin calcul invers, a valorilor caracteristice sunt: - măsurătorile de tasare ale elementelor structurale sub încărcări cunoscute, - măsurătorile deplasărilor orizontale ale lucrărilor de susținere (măsurători inclinometrice), - determinarea suprafețelor de rupere în cazul unor alunecări de teren produse. În cazul stabilirii parametrilor rezistenței la forfecare pe suprafețe de rupere determinate se va acorda o atenție deosebită analizei mobilizării rezistenței în straturi cu rigidități diferite.
3.5. Stabilirea valorilor caracteristice pe baza datelor documentare
3.5.1. Pentru proiectarea structurilor geotehnice care se încadrează în categoria geotehnică 1 și pentru fazele preliminare de proiectare a structurilor din categoria geotehnică 2 se admite utilizarea valorilor caracteristice ale parametrilor geotehnici preluate din documente relevante: tabele de valori recomandate în reglementările tehnice, bănci de date, valori obținute prin investigații geotehnice efectuate în formațiuni geologice asemănătoare, de preferință pe amplasamente apropiate. Pentru a putea fi utilizate aceste date documentare, trebuie demonstrată asemănarea pâmânturilor pe baza unor criterii clare de similitudine (clasificări, amprente etc.).
3.5.2. Valorile preluate din sursele documentare trebuie să reprezinte o estimare foarte acoperitoare a parametrului geotehnic respectiv pentru volumul de pâmânt care conlucrează cu structura geotehnică, și să țină seama de precizările făcute la pct. 3.1.4 și 3.1.5 privind valorile Xk sup, Xk inf și Xk loc.
3.5.3. În anexa A6 se dau tabele de valori caracteristice pentru unele categorii de pâmânturi, care pot fi utilizate în condițiile precizate la pct. 3.5.1.