3.4. Drenat și nedrenat

Intuiție

Pământul „vrea” să-și schimbe volumul la forfecare: să se contracte dacă e afânat, să se dilate dacă e îndesat. Drenat înseamnă că îl lăsăm — apa iese sau intră, volumul se schimbă, presiunea apei rămâne cum era. Nedrenat înseamnă că nu îl lăsăm — volumul e blocat (apa e incompresibilă și nu poate pleca), iar dorința de a-și schimba volumul se transformă în presiune a apei: pământul care ar vrea să se contracte presează apa (\(\Delta u > 0\)); cel care ar vrea să se dilate suge apa (\(\Delta u < 0\)).

3.4.1. Aceeași probă, două încercări

Luăm o argilă normal consolidată la \(p'_0 = 200\) kPa.

Drenat (CD). Forfecăm încet. Argila se contractă; apa iese; \(v\) scade; \(u\) rămâne \(u_0\). Efortul deviator crește monoton până la un platou — starea critică — la care volumul nu mai variază. Efortul mediu efectiv a crescut pe parcurs (am adăugat efort axial fără să scădem nimic).

Nedrenat (CU). Forfecăm cu drenajul închis. Argila ar vrea să se contracte, dar nu poate: \(v\) = const. În schimb, \(\Delta u\) crește — adesea la 50–70 % din \(p'_0\) la argile NC. Efortul mediu efectiv \(p' = p - u\) scade, deși efortul total mediu crește. Argila cedează la un \(q\) mai mic decât în încercarea drenată, pentru că a ajuns la stare critică la un \(p'\) mai mic.

Acum luăm aceeași argilă, dar puternic supraconsolidată (OCR = 8).

Drenat. Se dilată (după o mică contracție inițială), are vârf, apoi se înmoaie spre starea critică; \(v\) crește.

Nedrenat. Ar vrea să se dilate, nu poate; \(\Delta u\) devine negativ (sucțiune), \(p'\) crește, argila devine temporar mai rezistentă decât ar fi drenat. Dar este o rezistență împrumutată: dacă în timp apa intră și \(\Delta u\) se disipă, \(p'\) scade și rezistența scade odată cu el.

Tabelul 3.1 Semnul lui \(\Delta u\) și al lui \(\Delta v\) la forfecare

Starea inițială	Drenat: \(\Delta v\)	Nedrenat: \(\Delta u\)	Nedrenat: \(p'\)
afânat / NC / ușor OC („ud”, deasupra CSL)	\(< 0\) (contracție)	\(> 0\)	scade
îndesat / puternic OC („uscat”, sub CSL)	\(> 0\) (dilatare)	\(< 0\)	crește

Termenii „ud” (wet of critical) și „uscat” (dry of critical) sunt ai lui Schofield și Wroth și îi vom defini precis în Parametrul de stare: „ud” și „uscat”: „ud” = are mai multă apă (mai multe goluri) decât ar avea la stare critică la acel \(p'\); „uscat” = mai puțină.

3.4.2. Rezistența nedrenată \(c_u\)

În încercarea nedrenată, efortul deviator maxim se notează \(q_f\), iar

\[ c_u = s_u = \frac{q_f}{2} = \frac{\sigma_1 - \sigma_3}{2}\Big|_f . \]

\(c_u\) nu este o proprietate a materialului, ci a stării: depinde de \(v\) (deci de \(p'_0\) și de OCR) — o vom calcula direct din parametrii stării critice în cap. 7. Este însă extrem de utilă în practică, pentru că o argilă încărcată rapid (o umplutură, o fundație, o excavație) se comportă nedrenat, iar analiza în eforturi totale cu \(\varphi_u = 0\), \(c_u\) este simplă și sigură. Corelația empirică

\[ \frac{c_u}{\sigma'_{v0}} \approx 0{,}22 \ (\pm 0{,}03) \quad \text{pentru argile NC} \]

(Mesri, 1975) este una dintre cele mai folosite în geotehnică — și teoria stării critice explică de ce un astfel de raport este constant, nu doar o constată.

0,22 sau 0,31?

În capitolele următoare vom calcula pentru Weald Clay \(c_u/p'_0 = 0{,}31\) [–]. Nu este o contradicție. Valoarea lui Mesri este rezistența mobilizată în teren (din cedări reale de umpluturi), raportată la efortul vertical de preconsolidare. Valoarea de 0,31 este pentru o probă consolidată izotrop și forfecată în compresiune triaxială, raportată la efortul mediu. Modul de forfecare (compresiune, forfecare simplă, extensiune), consolidarea \(K_0\) și viteza de încărcare coboară valoarea de laborator spre cea din teren. Raportul este constant pentru o argilă dată; valoarea lui depinde de încercare.

3.4.3. De ce contează pentru proiectare

• Argilă NC sub o umplutură: nedrenat este cazul critic — \(\Delta u > 0\), \(p'\) scade, rezistența e minimă la sfârșitul construcției și crește în timp. Verificăm stabilitatea pe termen scurt.

• Argilă OC într-o excavație sau un taluz: nedrenat este cazul favorabil — \(\Delta u < 0\) îi dă rezistență temporară. Problema apare pe termen lung, când sucțiunea dispare. Verificăm stabilitatea pe termen lung, drenat, cu \(\varphi'_{cs}\).

Aceste două reguli de aur ale practicii geotehnice sunt, de fapt, Tabelul 3.1 citit pe coloane.

Rezumat

• Drenat: volumul se schimbă, \(u\) nu. Nedrenat: \(u\) se schimbă, volumul nu.

• Dorința de contracție → \(\Delta u > 0\) → \(p'\) scade → mai slab. Dorința de dilatare → \(\Delta u < 0\) → \(p'\) crește → mai tare (temporar).

• \(c_u = q_f/2\) este o proprietate a stării, nu a materialului.