care

Factori care influențează stabilitatea pantelor și a pantelor din sol

Extras dintr-unul din modulele „Curs privind riscurile geologice ale versanților și pante instabile”, care este predat la centrul de instruire Ingeoexpert, condus de Juan José Pérez Santos.

Stabilitatea pantelor și a pantelor în materialele de tip sol este determinată de factori capabili să modifice forțele interne și externe care acționează pe sol. Acești factori care determină situația de echilibru a unei pante sau pante sunt grupați în:

  • Factori factori de condiționare (sau „pasive”): sunt intrinseci materialelor naturale, precum factori geometrici sau morfologici, geologici, hidrogeologici, geotehnici, structurali. În soluri, litologia, morfologia și condițiile hidrogeologice determină proprietățile rezistente și comportamentul terenului.
  • Factori declanșează (sau „active”): aceștia sunt factori externi care acționează asupra solurilor, modificându-le caracteristicile, proprietățile și condițiile de echilibru ale pantei sau pantei, provocând sau declanșând instabilități odată îndeplinite o serie de condiții. În general, sunt responsabili de amploarea și viteza mișcărilor.

Factori de condiționare

Dintre factorii de condiționare, proprietățile fizice și rezistente ale materialelor (strâns legate de litologie) și caracteristicile morfologice și geometrice ale versanților și versanților sunt fundamentale pentru predispoziția la instabilitate. Alți factori importanți sunt structura și discontinuitățile geologice, condițiile hidrogeologice, gradul de intemperii etc.

Următoarele secțiuni includ câteva aspecte ale factorilor de condiționare a instabilității terenului, pentru pante și pante în materiale de tip sol:

relief si geometrie ele joacă un rol definit în sensul că este necesară o anumită pantă pentru a se produce mișcări gravitaționale de masă. Regiunile muntoase sunt zonele cele mai predispuse la apariția mișcărilor de pe deal. Cu toate acestea, uneori, și în funcție de alți factori prezenți, o pantă foarte mică, de câteva grade, este suficientă pentru a se produce anumite tipuri de instabilități, cum ar fi fluxurile de noroi sau pământ. În cazul pârtiilor, înclinația lor este foarte importantă.

  • Stratigrafie și litologie.

Natura materialului care formează o pantă sau o pantă este strâns legată de tipul de instabilitate pe care îl poate suferi (figurile 3.1 și 3.2), diferitele litologii prezentând diferite grade de susceptibilitate potențială la apariția alunecărilor de teren sau a rupturilor. Proprietățile fizice și rezistente ale fiecărui tip de material, împreună cu prezența apei, guvernează comportamentul său de stres-deformare și, prin urmare, stabilitatea acestuia.

Aspecte precum alternarea materialelor de litologie diferită, concurența și gradul de alterare sau prezența straturilor de material moale sau straturi dure, controlează tipurile și dispunerea suprafețelor de avarie, care tind să fie orientate, de exemplu, de zonele superioare ale rocii perturbate sau prin zone cu soluri mai mult sau mai puțin omogene.

  • Structura geologică și discontinuități

Structura geologică joacă un rol definit în condițiile stabilității. Combinația elementelor structurale cu parametrii geometrici ai pantei, înălțimii și înclinației și cu lor orientare, definește problemele de stabilitate care pot apărea. Acești factori sunt mai influenți în masivele stâncoase decât în ​​materialele de tip sol. Cu toate acestea, solurile pot fi, de asemenea, afectate de defecte și discontinuități (stratificare), deci este, de asemenea, important să se ia în considerare acești factori. În capitolul despre instabilitățile rockului, o atenție specială va fi acordată acestor tipuri de factori.

  • Condiții hidrogeologice.

Cele mai multe pauze sunt produse de efectele apei asupra solului, cum ar fi generarea de presiunile porilor, sau trasarea și eroziunea, superficială sau internă, a materialelor care formează panta sau panta. În general, se poate spune că apa este cel mai mare dușman al stabilității pantelor (pe lângă acțiunile antropice, atunci când săpăturile sunt efectuate fără criterii geotehnice).

Prezența apei pe o pantă sau pantă reduce stabilitatea acesteia prin reducerea rezistenței terenului și creșterea forțelor care tind spre instabilitate. Cele mai importante efecte ale sale sunt:

  • Reducerea rezistenței la forfecare a planurilor de avarie prin scăderea efortului normal efectiv (σn '):

  • Presiunea exercitată asupra fisurilor de întindere crește forțele care tind să alunece.
  • Creșterea greutății materialului datorită saturației:


Unde:

γdry = greutate specifică uscată;

S = gradul de saturație;

γw = greutatea specifică a apei.

  • Eroziune internă prin curgere subterană sau subterană.
  • Meteorizarea și modificările compoziției mineralogice a materialelor.
  • Deschiderea discontinuităților de către apă

Forma suprafața freatică pe o pantă sau pantă depinde de diferiți factori, printre care se numără permeabilitatea materialelor, geometria sau forma pantei și condițiile de limitare. Pe versanții din soluri, structura geologică și permeabilitatea materialelor au o mare influență asupra dispunerii pânzei freatice și, prin urmare, asupra distribuției presiunilor porilor pe orice potențială suprafață de alunecare pe o pantă (figura 1).

Figura 1. Scheme ale pânzei freatice într-o pantă în funcție de permeabilitatea și distribuția materialelor (Geological Engineering 2002).

Nivelul freatic poate suferi modificări sezoniere sau ca urmare a unor perioade lungi de ploaie sau secetă. Doar o parte din apa de ploaie sau scurgerea pătrunde în sol, iar o mică parte ajunge la pânza freatică. Deși modificarea nivelului freatic se datorează în general schimbărilor lente și perioadelor lungi, în cazul materialelor foarte permeabile, poate apărea o creștere relativ rapidă ca urmare a precipitațiilor intense punctuale.

În plus față de apa din pământ, este necesar să se ia în considerare rolul apei de suprafață (datorită precipitațiilor, scurgerilor etc.), care poate provoca probleme semnificative de stabilitate prin crearea unor presiuni puternice în discontinuități și fisuri prin care intră, și în zona cea mai superficială a terenului; de fapt, rupturile de pantă în soluri sunt mai frecvente în perioadele de ploaie intensă, după o furtună puternică sau în perioade de dezgheț. Fenomenele de eroziune și spălare în materiale moi sau nu foarte consistente sunt, de asemenea, asociate cu prezența apei de suprafață.

Influența apei asupra proprietăților materialelor depinde de acestea comportamentul hidrogeologic. Cel mai important efect este presiunea exercitată de apă și definită de înălțimea nivelului piezometric.

Cele mai importante aspecte care trebuie cunoscute pentru a evalua amploarea și distribuția presiunile porilor pe versanți și pante datorate efectelor apei sunt:

  • Comportamentul hidrogeologic al
  • Prezența nivelului freatic și a nivelurilor piezometrice.
  • Debitul apei pe panta o
  • Parametrii hidrogeologici de interes: coeficient de permeabilitate sau conductivitate hidraulică, gradient hidraulic, transmisivitate și coeficient de

Presiunile porilor care acționează în interiorul unei pante pot fi măsurate direct cu piezometre. Aceste instrumente furnizează valoarea presiunii exercitate de apă la punctul de măsurare din interiorul unui foraj. Indirect, presiunile pot fi evaluate din rețea de flux pantă sau deal. Această metodă oferă valorile presiunii în diferite puncte de pe suprafața de rupere. Forma rețelei de curgere pe o pantă sau pantă depinde de omogenitatea și anizotropia terenului, care determină permeabilitatea acesteia în direcții diferite și de geometria pantei (figura 2).

Figura 2. Rețea de curgere pe o pantă. Exemplu de înălțime piezometrică corespunzătoare unui punct A (inginerie geologică).


Dacă elementele necesare pentru trasarea rețelei de curgere sunt necunoscute, dar se cunoaște poziția pânzei freatice în interiorul pantei, cu condiția să fie un acvifer liber, presiunea apei, „u”, într-un punct poate fi estimată ca greutatea coloana verticală de apă de pe ea:


În cazul în care „z” este înălțimea coloanei de apă și „γw” este greutatea specifică a apei (în funcție de anizotropia în permeabilitatea materialelor de pantă și de caracteristicile fluxului, această ipoteză poate presupune erori importante).

  • Proprietățile geomecanice ale solurilor.

Posibila spargere a unei pante sau a unei pante în favoarea unei anumite suprafețe depinde de rezistența acesteia la tăiere. În prima instanță, această rezistență depinde de parametrii rezistenți ai materialului, de coeziune și de frecare.

  • Efectele intemperiilor.

În anumite tipuri de soluri, procesele meteorologice joacă un rol important în reducerea proprietăților lor rezistente, ducând la modificări și degradări intense atunci când materialele sunt expuse condițiilor de mediu ca urmare a săpăturilor. Această pierdere de rezistență poate duce la căderea materialului de suprafață și, dacă afectează zonele critice ale pantei, cum ar fi piciorul său, poate genera pauze generale, în special în condiții de prezență a apei.

Declanșatoare

Cu privire la declanșează, cele mai importante sunt precipitațiile, modificările condițiilor hidrogeologice ale versanților, supraîncărcările statice și sarcinile dinamice, modificarea geometriei, eroziunea și cutremurele. Unele dintre ele, cum ar fi schimbările în condițiile de apă, în geometrie, precum și supraîncărcări și sarcini dinamice, sunt frecvent consecința acțiunilor antropice.

  • Supraîncărcări statice și încărcări dinamice.

Aceste presiuni exercitate asupra versanților și versanților modifică distribuția forțelor și pot genera condiții de instabilitate. Printre primele se numără greutatea structurilor sau clădirilor sau a altor tipuri de încărcături precum depozite de deșeuri, halde, trecerea vehiculelor grele etc. care, atunci când sunt exercitați pe capul pârtiilor și/sau pantelor, își modifică condițiile de stabilitate în măsura în care contribuie la o sarcină suplimentară care poate contribui la creșterea forțelor destabilizante.

Încărcările dinamice se datorează în principal mișcărilor seismice, naturale sau induse, și vibrațiilor produse prin sablare în apropierea unei defrișări sau pante sau a unor instalații industriale cu utilaje grele.

În cazurile de mișcări seismice puternice, forțele aplicate instantaneu pot provoca eșecul general al pantei dacă există precondiții favorabile instabilității. Stabilitatea „dinamică” a unei pante este legată de stabilitatea „statică” a acesteia, aceiași factori controlând în general ambele tipuri de stabilitate.

În analiza stabilității pante și pante în zone seismice sau zone supuse altor tipuri de forțe dinamice, aceste forțe trebuie incluse. În mod aproximativ, în calcule acțiunea dinamică poate fi considerată ca o forță pseudo-statică, dată în funcție de accelerația orizontală maximă datorată cutremurului.

  • Precipitații și condiții meteorologice.

Dezlănțuirea meteorologică și climatică a mișcărilor pantei și a instabilității pantei este fundamental legată de volumul, intensitatea și distribuția precipitațiilor și de regimul climatic. Astfel, trebuie luat în considerare răspunsul terenului la precipitații intense în timpul orelor (furtuni) sau zile, precum și răspunsul sezonier (anotimpuri secetoase și ploioase pe tot parcursul anului) sau multianual (cicluri umede și de secetă).

Apa din pământ dă naștere la presiuni care modifică stările de stres, din cauza presiunilor interstițiale și a greutății crescute, a proceselor de eroziune internă și externă și a modificărilor mineralogice, toate aspectele care modifică proprietățile și rezistența materialelor de tip sol.

Infiltrarea apei de ploaie produce fluxuri subterane și subterane pe versanți, o creștere a conținutului de apă din zona nesaturată și o creștere a stratului freatic, reîncărcând zona saturată.

Cantitatea de apă care se infiltrează în sol depinde de intensitatea și durata ploilor, de dimensiunea bazinului de alimentare, de conținutul de apă anterior din sol (poziția pânzei freatice și gradul de saturație), de permeabilitatea și transmisibilitatea acesteia și de topografia și alte caracteristici ale pantei, cum ar fi prezența vegetației. În funcție de acești factori, se generează stări de dezechilibru care pot duce la instabilitatea versanților.

precipitații abundente timp de ore sau zile se poate declanșa mișcări superficiale, cum ar fi alunecările de teren și fluxurile de nămol sau resturi, care afectează materialele de alterare și solurile, reactivările vechilor alunecări de teren fiind de asemenea frecvente.

Infiltrarea rapidă a apei de ploaie, saturarea terenului de suprafață și creșterea presiunii porilor, explică generarea mișcărilor. Lipsa de vegetație pe versanți, prezența materialelor libere și existența anterioară a instabilităților joacă un rol fundamental datorită capacității mai mari de infiltrare și mobilizare a materialelor. Riscul datorat acestor procese este în principal asociat cu apariția lor bruscă.

Dezlănțuirea noului alunecări de teren adânci sau de mare amploare nu este legată de fenomenele meteorologice sezonier, se datorează condițiilor climatice termen lung, cu regimuri de precipitații și condiții de umiditate suficiente pentru a modifica substanțial nivelul apelor subterane și conținutul de apă al terenului. Mecanismul principal care contribuie la instabilitate este ridicarea stratului freatic datorită infiltrării nete a apei, creșterea greutății specifice a terenului jucând un rol secundar. În general, cu cât materialele sunt mai puțin permeabile, cu atât este mai mică influența precipitațiilor scurte și influența regimului climatic și a condițiilor multianuale, anuale sau sezoniere.

inundații și bulevarde ele măresc efectul destabilizator al ploilor pe versanții văilor râurilor (în special în meandre și secțiuni curbate sau încorporate ale albiilor). Rolul eroziv al curentului de apă la baza pantei se alătură celui al ploii care saturează terenul, generând fluxuri și alunecări de teren sau reactivând mișcări (foto 3.5).

Fotografia 3. Alunecarea de teren de pe un deal datorită creșterii râului Kufranja. (Ajloun. Iordania). Anul 2014. Autor: Pérez, JJ.

Un alt tip de acțiuni legate de climă sunt procesele de îngheț-dezgheț condiții sezoniere care provoacă instabilități superficiale (solifluxiuni) pe versanții zonelor reci. Procesele rapide de dezghețare permit o creștere bruscă și prelungită a conținutului de apă în materialele libere.

  • Condiții antropice.

Înălțimea nivelului apei pe versanți, ca o consecință a perioadelor prelungite de ploaie sau a umplerii rezervoarelor, lacurilor artificiale etc., determină o creștere a presiunilor interstițiale care pot declanșa sau accelera alunecările de teren. Cel mai rău caz pentru stabilitatea versanților lacurilor de acumulare și lacuri este scăderea rapidă a nivelului apei, când se generează condiții dezechilibrate din cauza materialelor rămase pe versanți cu presiuni ridicate ale porilor care nu se disipează cu aceeași viteză ca scăderea nivelului apei.