(sec-inv-insitu)=
# Încercări in situ

````{admonition} Intuiție
:class: tip
```{include} ../casete/09_investigatii/inv_insitu.md
```
````

Încercările pe teren (*in situ*) măsoară comportarea pământului în starea lui naturală, la adâncimea reală, evitând perturbarea produsă de prelevare. Ele sunt indispensabile în pământurile din care nu se pot lua probe netulburate (nisipuri, pietrișuri, pământuri moi) și dau profile continue sau cvasi-continue cu adâncimea, dezvăluind intercalații subțiri pe care forajul le poate rata. Dezavantajul comun este că parametrii geotehnici nu se măsoară direct, ci se obțin prin **corelații** empirice, valabile pentru tipurile de pământ pentru care au fost stabilite; de aceea încercările *in situ* nu înlocuiesc forajele, ci le completează, iar NP 074-2022 (anexa K) recomandă tipurile de încercări în funcție de natura terenului și de categoria geotehnică. Standardele europene de execuție formează seria SR EN ISO 22476; tabelul {numref}`%s <tab-inv-insitu>` sintetizează metodele principale.

~~~{list-table} Principalele încercări *in situ*: standardul de execuție, mărimile măsurate, parametrii derivați și domeniul de aplicare.
:name: tab-inv-insitu
:header-rows: 1

* - Încercarea (standard)
  - Mărimi măsurate
  - Parametri derivați (corelații)
  - Avantaje / limitări
* - SPT (22476-3)
  - $N$ – numărul de lovituri pentru 30 cm
  - $I_D$, $\varphi'$, $E$ în nisipuri; lichefiere; orientativ $c_u$
  - simplă, în orice foraj, probă tulburată; discontinuă, dispersie mare
* - CPT/CPTU (22476-1)
  - $q_c$, $f_s$, $u_2$ continuu
  - stratificație (SBT), $I_D$, $\varphi'$, $c_u$, $M$, $E$, $k$, lichefiere
  - profil continuu, repetabil, rapid; fără probe, nu pătrunde în pietriș/rocă
* - DP (22476-2)
  - $N_{10}$ / $N_{20}$
  - $I_D$, $q_d$; corelat cu SPT/CPT
  - echipament ușor, ieftin; sensibil la frecarea pe prăjini, corelații slabe în argile
* - PMT Ménard (22476-4)
  - curba presiune–volum
  - $E_M$, $p_L$, $p_f$; capacitate portantă, tasări
  - aplicabilă în pământuri și roci slabe; necesită foraj calibrat, operator experimentat
* - FVT (22476-9)
  - moment de torsiune
  - $c_u$ nedrenat, sensitivitate
  - argile moi și prafuri; necesită corecție, inaplicabilă în nisipuri
* - DMT Marchetti (22476-11)
  - $p_0$, $p_1$
  - $I_D$ (tip pământ), $K_D$ (istoric de eforturi, $K_0$, OCR), $E_D$, $M$
  - bună pentru tasări; nu pătrunde în pietriș
* - PLT (încărcare cu placa)
  - tasare–presiune
  - $E$, $k_s$, presiune critică
  - direct pe stratul de fundare, în sondaj deschis; adâncime de influență mică
~~~

(sec-inv-spt)=
## Încercarea de penetrare standard (SPT)

**Încercarea de penetrare standard** (SPT, *standard penetration test*; SR EN ISO 22476-3 {cite:p}`SR_EN_ISO_22476_3`) se execută în foraj: un tub carotier despicat (*split spoon*) cu diametrul exterior de 51 mm este bătut în terenul de la talpă cu un berbec de 63,5 kg care cade liber de la 760 mm. Se numără loviturile pentru trei tronsoane de 150 mm; primul (de așezare) se neglijează, iar suma loviturilor pentru ultimele două tronsoane este **numărul de lovituri** $N$ (sau $N_{30}$). Încercarea se oprește (refuz) la 50 de lovituri pe un tronson. Se repetă de regulă la fiecare 1–1,5 m, iar tubul aduce la suprafață o probă tulburată de categoria B, utilă pentru identificare. Valoarea $N$ depinde de energia efectiv transmisă de instalație, de aceea se normalizează la un raport energetic de 60 %: 

$$
N_{60} = N\,\frac{E_r}{60}, \qquad (N_1)_{60} = C_N\,N_{60}, \qquad C_N = \frac{2}{1 + \sigma'_{v0}/p_a},
$$ (eq-inv-n60)

 în care $E_r$ este raportul energetic al instalației (în procente, măsurat conform standardului), $(N_1)_{60}$ valoarea corectată pentru efortul efectiv vertical $\sigma'_{v0}$ din nivelul încercării, $p_a = 100$ kPa presiunea de referință, iar $C_N$ factorul de adâncime propus de {cite:t}`Skempton1986` pentru nisipuri normal consolidate. Tot Skempton a corelat $(N_1)_{60}$ cu indicele de densitate: sub 3 lovituri – nisip foarte afânat, 3–8 afânat, 8–25 îndesare medie, 25–42 îndesat, peste 42 foarte îndesat. În pământurile coezive, $N$ dă numai indicații orientative asupra consistenței; în pietrișuri, valorile sunt exagerate de granulele mari. SPT rămâne încercarea de referință pentru evaluarea susceptibilității la lichefiere a nisipurilor ({numref}`Secțiunea %s <sec-cut-lichefiere>`).

(sec-inv-cptu)=
## Penetrarea statică cu con (CPT) și cu piezocon (CPTU)

**Încercarea de penetrare statică cu con** (CPT, *cone penetration test*; SR EN ISO 22476-1 {cite:p}`SR_EN_ISO_22476_1`) constă în împingerea în teren, cu viteza constantă de 20 mm/s, a unui con cu unghiul la vârf de 60$^\circ$ și aria bazei de 10 cm$^2$ (diametrul 35,7 mm; există și conuri de 15 cm$^2$), urmat de un manșon de frecare cu aria de 150 cm$^2$ ({numref}`Figura %s <fig-inv-cptu>`a). Traductoarele din con măsoară continuu **rezistența pe con** $q_c$ și **frecarea laterală** $f_s$; la **piezocon** (CPTU) un filtru poros amplasat imediat deasupra conului (poziția $u_2$) măsoară și presiunea apei din pori generată de penetrare. Din aceste trei mărimi se calculează: 

$$
q_t = q_c + (1 - a)\,u_2, \qquad R_f = \frac{f_s}{q_t}\cdot 100\,\%, \qquad B_q = \frac{u_2 - u_0}{q_t - \sigma_{v0}},
$$ (eq-inv-cptu)

 în care $q_t$ este rezistența pe con corectată pentru efectul presiunii apei pe umărul conului, $a$ raportul ariilor nete al conului (0,55–0,9, determinat prin calibrare), $u_0$ presiunea hidrostatică, $\sigma_{v0}$ efortul vertical total, $R_f$ **raportul de frecare** și $B_q$ **parametrul presiunii apei din pori**. Corecția din relația {eq}`eq-inv-cptu` este esențială în argilele moi, unde $u_2$ poate fi comparabil cu $q_c$.

Interpretarea se bazează pe observația că fiecare tip de pământ produce o combinație caracteristică a celor trei mărimi ({numref}`Figura %s <fig-inv-cptu>`b): nisipurile au $q_c$ mare, $R_f$ mic (sub 1 %) și $u_2$ apropiat de $u_0$ (drenare rapidă); argilele moi au $q_c$ mic, $R_f$ de 1–3 % și presiuni $u_2$ mult peste $u_0$; argilele tari, supraconsolidate, au $R_f$ mare (3–6 %) și $u_2$ adesea sub $u_0$ (comportare dilatantă); pământurile organice au $R_f$ foarte mare. {cite:t}`Robertson1990` a sistematizat aceste observații în diagrama de clasificare după **tipul de comportare** (SBT, *soil behaviour type*), în coordonate normalizate: 

$$
Q_t = \frac{q_t - \sigma_{v0}}{\sigma'_{v0}}, \qquad F_r = \frac{f_s}{q_t - \sigma_{v0}}\cdot 100\,\%, \qquad I_c = \sqrt{(3{,}47 - \lg Q_t)^2 + (\lg F_r + 1{,}22)^2},
$$ (eq-inv-sbt)

 în care **indicele de comportare** $I_c$ delimitează zonele diagramei: sub 1,31 nisip cu pietriș, 1,31–2,05 nisipuri, 2,05–2,60 amestecuri de nisip, 2,60–2,95 amestecuri de praf, 2,95–3,60 argile, peste 3,60 pământuri organice {cite:p}`RobertsonCabal2022`. Versiunea actualizată {cite:p}`Robertson2016` folosește un exponent de normalizare variabil și separă pământurile după comportarea contractantă sau dilatantă, esențială pentru analiza lichefierii. Pe baza $q_t$ se obțin apoi, prin corelații, rezistența nedrenată a argilelor ($c_u = (q_t - \sigma_{v0})/N_{kt}$, cu $N_{kt}$ de 10–20, tipic 14), indicele de densitate și unghiul de frecare al nisipurilor, modulul de deformație edometric ($M = \alpha_M (q_t - \sigma_{v0})$), coeficientul de permeabilitate (din $I_c$ sau din încercări de disipare a presiunii $u_2$) și rezistența la lichefiere {cite:p}`Lunne1997,RobertsonCabal2022`. Profilul CPTU este cel mai fin instrument de stratificare al geotehnicianului: în {numref}`Figura %s <fig-inv-cptu>`b se recunosc imediat limitele stratelor, mult mai precis decât în orice foraj. Pentru corelarea cu o descriere litologică, fiecare campanie CPTU trebuie însoțită de cel puțin un foraj de referință; NP 074-2022 prevede CPT/CPTU la categoriile geotehnice 2 și 3 în pământuri fine și nisipuri, iar avantajele practice – viteză (20–30 m pe oră), repetabilitate, cost redus pe metru – explică extinderea rapidă a metodei în România după 2000, inclusiv în variantele seismice (SCPTU, cu măsurarea $V_s$).

```{figure} ../figures/svg/inv-cptu.svg
:name: fig-inv-cptu
:width: 100%

\(a\) Geometria piezoconului standard (con de 10 cm$^2$ cu unghi de 60$^\circ$, manșon de frecare de 150 cm$^2$, filtru poros în poziția $u_2$); (b) profil CPTU tipic, simplificat, cu stratificația interpretată: nisipurile se recunosc prin $q_c$ mare și $u_2 \approx u_0$, argila moale prin $q_c$ mic și $u_2 \gg u_0$, argila tare supraconsolidată prin $R_f$ mare și $u_2 < u_0$.
```

(sec-inv-dp)=
## Penetrarea dinamică (DP)

**Penetrarea dinamică** (DP, *dynamic probing*; SR EN ISO 22476-2 {cite:p}`SR_EN_ISO_22476_2`) bate în teren un con fixat pe prăjini, cu un berbec standardizat, și înregistrează numărul de lovituri pentru 10 cm ($N_{10}$) sau 20 cm ($N_{20}$) de pătrundere. Standardul definește patru tipuri: DPL (ușoară, berbec de 10 kg, cădere 50 cm, con de 10 cm$^2$), DPM (medie, 30 kg, 50 cm, 15 cm$^2$), DPH (grea, 50 kg, 50 cm, 15 cm$^2$) și DPSH (supergrea, 63,5 kg, cădere 50 cm la tipul A și 75 cm la tipul B, con de 16 respectiv 20 cm$^2$, cu $N_{20}$). Rezultatul se exprimă și ca **rezistență dinamică pe con** $q_d$, calculată din energia loviturii, aria conului și pătrunderea pe lovitură (formula „olandezilor”). Penetrarea dinamică este ieftină și folosește echipamente ușoare, de aceea este metoda ideală pentru a îndesi rețeaua de puncte între foraje, pentru a delimita umpluturi și zone afânate și pentru a verifica compactarea; limitările ei sunt frecarea pe prăjini, care crește cu adâncimea (se reduce cu noroi sau prin rotirea periodică a prăjinilor), și corelațiile slabe în pământurile coezive. Corelațiile $N_{10}$–$N_{\mathrm{SPT}}$ trebuie stabilite local, prin încercări alăturate; DPH și DPSH sunt cele mai răspândite în practica românească.

(sec-inv-pmt)=
## Încercarea presiometrică Ménard (PMT)

**Presiometrul Ménard** (SR EN ISO 22476-4 {cite:p}`SR_EN_ISO_22476_4`) este o sondă cilindrică cu membrană elastică, introdusă într-un foraj executat cu grijă la diametrul sondei (de regulă 60–76 mm), care se umflă radial în trepte de presiune; se înregistrează curba presiune–volum. Din ea se obțin **modulul presiometric** $E_M$ (din porțiunea cvasi-liniară a curbei), **presiunea de fluaj** $p_f$ și **presiunea limită** $p_L$, la care volumul cavității s-a dublat. Modulul se calculează cu relația 

$$
E_M = 2\,(1 + \nu)\,(V_c + V_m)\,\frac{\Delta p}{\Delta V},
$$ (eq-inv-em)

 în care $V_c$ este volumul inițial al celulei de măsură, $V_m$ volumul mediu injectat pe intervalul considerat, $\Delta p/\Delta V$ panta curbei, iar $\nu = 0{,}33$ coeficientul lui Poisson convențional. Metoda, dezvoltată în Franța, are avantajul unei teorii proprii de proiectare (capacitatea portantă din $p_L$, tasarea din $E_M$) și se aplică în toate pământurile și în rocile slabe, inclusiv în marne și în loessuri; în schimb, rezultatele depind puternic de calitatea forajului (tulburarea pereților micșorează $E_M$), iar încercarea este discontinuă și lentă.

(sec-inv-fvt)=
## Forfecarea cu palete (FVT)

**Scizometrul** de șantier (FVT, *field vane test*; SR EN ISO 22476-9 {cite:p}`SR_EN_ISO_22476_9`) este format din patru palete dreptunghiulare în cruce, cu înălțimea $H = 2D$ (uzual $D$ = 50–75 mm), introduse în argila moale de la talpa forajului sau prin împingere directă și rotite lent; momentul de torsiune maxim $T_{\max}$ dă **rezistența la forfecare nedrenată**: 

$$
c_u = \frac{6\,T_{\max}}{7\,\pi\,D^3},
$$ (eq-inv-vane)

 relație obținută admițând că forfecarea se produce pe suprafața laterală și pe cele două baze ale cilindrului descris de palete. Repetând rotirea după remanierea pământului se obține rezistența remaniată și **sensitivitatea** $S_t = c_u/c_{u,\mathrm{rem}}$. Valorile brute trebuie corectate cu un factor empiric subunitar, dependent de indicele de plasticitate, pentru a fi folosite în calcule de stabilitate. Metoda este simplă și precisă în argile moi și prafuri saturate, dar inaplicabilă în nisipuri, în argile tari sau în pământuri cu pietriș.

(sec-inv-plt)=
## Încercarea de încărcare cu placa (PLT)

**Încercarea de încărcare cu placa** constă în aplicarea, în trepte, a unei presiuni pe o placă rigidă circulară (diametre uzuale 300–760 mm) așezată pe stratul de fundare la fundul unui sondaj deschis, cu măsurarea tasării până la stabilizare pe fiecare treaptă. Din porțiunea liniară a curbei presiune–tasare, cu soluția lui Boussinesq pentru placa rigidă pe semispațiul elastic, rezultă modulul de deformație liniară 

$$
E = \frac{\pi}{4}\,(1 - \nu^2)\,\frac{\Delta p\, D}{\Delta s},
$$ (eq-inv-plt)

 în care $D$ este diametrul plăcii, $\Delta p$ treapta de presiune și $\Delta s$ tasarea corespunzătoare. Placa încarcă însă terenul numai pe o adâncime de circa 1,5–2 diametre, așa încât rezultatul caracterizează stratul de suprafață, nu terenul până la adâncimea zonei active a unei fundații reale; de aceea este folosită mai ales pentru verificarea platformelor, a umpluturilor compactate și a pământurilor macroporice sensibile la umezire, la care NP 074-2022 și NP 125 prevăd încercarea cu placa în sondaj deschis, cu inundare.

(sec-inv-dmt)=
## Dilatometrul plat Marchetti (DMT)

**Dilatometrul plat** (DMT; {cite:alp}`Marchetti1980`; SR EN ISO 22476-11, {cite:alp}`SR_EN_ISO_22476_11`) este o lamă de oțel de 95 mm lățime și 15 mm grosime, cu o membrană circulară de 60 mm diametru pe una din fețe, împinsă în teren ca un con CPT; la fiecare 20 cm se măsoară presiunea $p_0$ necesară pentru a desprinde membrana de pământ și presiunea $p_1$ pentru a o umfla cu 1,1 mm. Din ele rezultă trei indici: **indicele de material** $I_D = (p_1 - p_0)/(p_0 - u_0)$, care identifică tipul de pământ (argilă sub 0,6, praf 0,6–1,8, nisip peste 1,8), **indicele efortului orizontal** $K_D = (p_0 - u_0)/\sigma'_{v0}$, corelat cu istoricul de eforturi (OCR, $K_0$) și cu $c_u$, și **modulul dilatometric** $E_D = 34{,}7\,(p_1 - p_0)$, din care se obține modulul edometric $M$. Dilatometrul este apreciat pentru estimarea tasărilor fundațiilor de suprafață și pentru detectarea suprafețelor de alunecare (prin scăderea locală a $K_D$), completând CPTU acolo unde se cer parametri de deformabilitate.