3.2. Afânat și îndesat: două drumuri spre același loc#
Figura 3.2 Două probe din același nisip, la același \(\sigma'_n\), forfecate drenat în cutie. Sus: efortul tangențial. Jos: variația de volum (dilatare pozitivă în sus). Proba îndesată (D) are vârf și se dilată; proba afânată (L) crește monoton și se contractă. La deplasări mari, ambele ajung la același \(\tau_{cs}\) și la același indice al porilor \(e_{cs}\).#
3.2.1. Proba îndesată#
Granulele sunt bine împănate. Pentru ca un strat să alunece peste celălalt, granulele trebuie să se ridice una peste alta — proba se dilată (\(\Delta h > 0\)). Ridicarea costă lucru mecanic suplimentar, deci \(\tau\) urcă peste frecarea „pură” dintre granule: apare un vârf \(\tau_{peak}\). Pe măsură ce proba se afânează prin dilatare, împănarea slăbește, \(\tau\) scade (înmuiere, strain softening) și dilatarea încetează. La sfârșit: volum constant, efort constant.
3.2.2. Proba afânată#
Granulele au loc să se rearanjeze mai compact: proba se contractă (\(\Delta h < 0\)). Nu există împănare de învins, deci nu există vârf; \(\tau\) crește monoton (întărire, strain hardening) până la un platou. La sfârșit: volum constant, efort constant.
3.2.3. Starea critică#
Definiție
Starea critică este starea în care pământul continuă să se deformeze la forfecare fără variație de volum și fără variație a eforturilor efective:
La un \(\sigma'\) dat, starea critică are un singur \(\tau_{cs}\) și un singur \(e_{cs}\), indiferent de starea inițială.
Acesta este faptul experimental pe care stă întreaga teorie (Casagrande, 1936, l-a numit critical void ratio; Roscoe, Schofield & Wroth, 1958, l-au transformat în teorie). Pământul uită cum a început: afânat sau îndesat, NC sau OC — la deformații mari este același material, în aceeași stare.
3.2.4. Două unghiuri de frecare#
Din înfășurătoarea construită cu valorile de vârf obținem \(\varphi'_{peak}\) (și, adesea, un \(c'\) aparent). Din cea construită cu valorile la stare critică obținem
\(\varphi'_{cs}\) este o constantă a materialului: depinde de mineralogie, de forma granulelor, de granulometrie — nu de îndesare, nu de OCR, nu de istorie. Tipic 30–36° la nisipuri, 20–30° la argile (mai mic la argile foarte plastice).
\(\varphi'_{peak} \approx \varphi'_{cs} + 0{,}8\,\psi_{dil}\) (Bolton, 1986), unde unghiul de dilatanță \(\psi_{dil}\) depinde de cât de îndesat este pământul față de starea critică și de nivelul de efort (la eforturi mari, granulele se sparg în loc să se ridice, și vârful dispare). Vârful este o proprietate a stării, nu a materialului.
De ce ne pasă în practică
Un taluz natural în argilă supraconsolidată poate sta decenii „pe vârf”. Deformațiile mici, lente, îl duc încet spre starea critică (și chiar mai jos, spre rezistența reziduală, la argile cu particule plate). Proiectarea pe \(\varphi'_{peak}\) este optimistă; proiectarea pe \(\varphi'_{cs}\) este robustă — nu depinde de cât de îndesat este pământul azi. Alegerea între cele două valori este o decizie de proiectare: Eurocodul 7 cere o „estimare prudentă” a valorii caracteristice, iar pentru lucrări la care deformațiile pot fi mari sau de lungă durată, rezistența de stare critică este alegerea prudentă.
3.2.5. Același lucru la argile#
Înlocuiește „afânat” cu normal consolidat și „îndesat” cu supraconsolidat: comportarea este identică. Argila NC se contractă și se întărește; argila OC (OCR mare) se dilată, are vârf și se înmoaie. Motivul este același: argila OC se află sub NCL, deci are mai puține goluri decât i-ar „plăcea” la acel efort; argila NC are exact câte goluri trebuie, și la forfecare le pierde.
Rezumat
Îndesat/OC → dilatare, vârf, înmuiere. Afânat/NC → contracție, întărire, fără vârf.
Ambele converg spre starea critică: \(\tau_{cs}\), \(e_{cs}\) unice pentru un \(\sigma'\) dat.
\(\varphi'_{cs}\) este constantă a materialului; \(\varphi'_{peak}\) depinde de stare.