The role of structural cohesion in clay soils in the evaluation of soil bases bearing capacity

Abstract

The article examines the causes of bearing-capacity failures in foundations of buildings and structures situated on sloping areas in Republic of Moldova, focusing on the response of Sarmatian clay foundation soils, which exhibit time-dependent strength reduction and variations of shear resistance when subjected to prolonged loading. The experiments included tests on undisturbed monolithic samples using a direct shear apparatus at various levels of normal stress, as well as an evaluation of residual and long-term strength in accordance with the principles of the physico-technical theory of creep. The obtained data indicate that the investigated clays are characterized by a significant structural cohesion (average value of approximately 60kPa) and a relatively low internal friction angle of 7-12° (average around 9°). It was established that the application of long-term loads leads to a pronounced reduction in shear strength parameters: the long-term strength reaches approximately 40kPa, while the residual strength is on the order of 20kPa. Calculations of ultimate bearing capacity showed that, depending on the applied stress level, the permissible bearing capacity of the foundation may decrease by 2.5-3 times compared to the initially determined values. These findings highlight the need to account for time-dependent strength degradation when designing foundations on Sarmatian clays and emphasize the importance of accurately determining soil strength parameters, particularly the structural cohesion.

În articol sunt analizate cauzele pierderii capacității portante a terenurilor de fundare ale construcțiilor amplasate pe versanți sau zonele în pantă din Republica Moldova, cu un accent pe comportarea argilelor sarmatiene utilizate ca teren de fundare, care prezintă o reducere și o variație în timp a rezistenței la forfecare sub acțiunea sarcinilor permanente. Partea experimentală a inclus încercări pe probe monolitice neperturbate (stare naturală), utilizând aparatul de forfecare directă pentru diferite valori ale tensiunii normale, precum și evaluarea rezistenței reziduale și cea de lungă durată în conformitate cu principiile teoriei fizico-tehnice a fluajului. Datele obținute indică faptul că argilele studiate sunt caracterizate printr-o coeziune structurală ridicată (valoare medie de aproximativ 60 kPa) și un unghi de frecare internă relativ redus, cuprins între 7–12° (în medie circa 9°). S-a constatat că aplicarea sarcinilor de lungă durată conduce la o diminuare pronunțată a parametrilor de rezistență la forfecare: rezistența pe termen lung ajungând la aproximativ 40 kPa, iar rezistența reziduală poate ajunge până la 20 kPa. Calculul capacității portante la starea limită ultimă a arătat că, în funcție de nivelul solicitării aplicate, capacitatea portantă admisibilă a fundației poate scădea de 2,5–3 ori în comparație cu valorile determinate inițial. Aceste rezultate subliniază necesitatea luării în considerare a degradării în timp a rezistenței pământului la proiectarea fundațiilor pe argile sarmatiene și evidențiază importanța determinării cât mai corecte a parametrilor de rezistență, în special a coeziunii structurale.