Forfecari La Scara Mare

UNIVERSITATEA TEHNICA DE CONSTRUCTII BUCURESTI

FACULTATEA DE HIDROTEHNICA

Ing. Mihai BOBEI

MASURATORI DE LABORATOR PRIVIND

OBTINEREA COEFICIENTILOR DE FRECARE

DINTRE PAMANT-MATERIAL GEOSINTETIC

PENTRU PUNEREA IN EVIDENTA A INTERACTIUNIIRezumatul tezei de doctorat

Conducator stiintific:

Prof. Dr. Ing. Sanda MANEA

- Bucuresti, 2010 -

Aprecieri Multumiri si multa recunostinta conducatorului stiintific prof.dr.ing. Sanda

Manea care a organizat exemplar activitatea de desfasurare a cercetarilor mele si a

facut posibila punerea la dispozitie pentru incercari experimentale de laborator a

aparaturii de inalta calitate si de ultima generatie. Multumesc pentru sprijinul si

increderea acordate pe toata perioada de studiu, in acest domeniu atat de complex.

Deasemenea doresc sa multumesc tuturor membrilor Catedrei de Geotehnica

si Fundatii si in mod special prof.dr.ing. Loretta Batali, prof.dr.ing. Eugeniu

Marchidanu, conf.dr.ing. Manole Serbulea, sef lucr.ing. Ernest Olinic, as.dr.ing.

Simona Opritescu, sef lucr.ing. Andrei Olteanu pentru sfaturile, ideile si materiale

puse la dispozitia mea.

Doresc sa multumesc doamnei prof.dr.ing. Carmen Racanel pentru ajutorul

acordat in Laboratorul de Drumuri – CFDP.

Nu in ultimul rand doresc sa multumesc ing. Cristina Feodorov.

Multumesc parintilor mei pentru sinceritatea, suportul moral si indemnul de a

incepe un drum de formare profesionala.

Prefata

Studierea, modelarea, cuantificarea interactiunii materialelor in domeniul

ingineriei geotehnice constituie subiecte inepuizabile tehnic, permitand atat abordari

teoretice cat si practice, avand ca scop final obtinerea unor rezultate utile pentru

proiectarea constructiilor.

Din aceasta gama de preocupari a fost generata prezenta lucrare prin care s-a

urmarit evidentierea si cunoasterea proprietatilor specifice a doua materiale, unul

natural (pamant necoeziv) si altul artificial (geosintetic) ce conlucreaza in cazul

conceptului de “pamant armat”, concept dezvoltat in ultimii 25-30 de ani pe plan

mondial si national.

Sansa deosebita a constituit-o dotarea laboratorului de Geotehnica si Fundatii

al U.T.C.B. cu un aparat de forfecare directa avand caseta cu dimensiuni mari, aparat

necesar pentru astfel de studii.

In acest scop punerea in functiune, recalibrarea aparatului LG-116, unic pe

plan national, cat si conceperea unei proceduri a testului de forfecare la scara mare, in

cutia a carei arie de forfecare ramane constanta pe toata perioada testului de forfecare

(30x30cm), imbogatesc partea teoretica, dar si cea practica necesara ariei tehnico-

stiintifice a Laboratorului de Geotehnica si Fundatii.

Prezenta lucrare scoate in evidenta, in detaliu, pasii necesari în ceea ce

priveste partea tehnologica a testelor de forfecare directa la scara mare. Sunt

prezentate etapizat aparatul de forfecare la scara mare cat si aparatura aferenta

acestuia, procurarea si prepararea geomaterialului (pamant + geosintetic) necesar

procesului de forfecare directa, modul de lucru, aspecte practice si chiar greseli

posibile in timpul testului de forfecare precum si datele necesare intocmirii unui

raport de cercetare.

In urma programului experimental efectuat in cadrul Laboratorului de

Geotehnica si Fundatii, Geotehnica Mediului si Geosintetice al U.T.C.B. rezultatele

obtinute s-au inmagazinat intr-o baza de date ce cuprinde un numar mare de teste de

forfecare directa pe pamanturi necoezive atat in faza armata (utilizand materiale

geosintetice cu rol de armare), cat si in cea nearmata.

In scopul utilizarii “principiului omogenizarii” aplicabil unor structuri

constituite din materiale cu deformatii diferite, curbele de interactiune pe diferite

tipuri de pamanturi necoezive si geosintetice cu rol de armare s-au obtinut pentru o

gama mare de deformatii (δ=80mm si ε=20%)

Punerea in evidenta a aportului adus de catre materialul geosintetic cu rol de

armare, datorita mecanismului de interactiune pamant-geosintetic pe domeniul de

deformatii mici (ε=2%) si influenta marimii particulelor de pamant, ofera informatii

utile pentru proiectarea lucrarilor de pamant armat.

Data fiind noutatea pe plan national a aparaturii si metodologiei utilizate

validarea rezultatelor s-a realizat cu succes pe baza unor date foarte recente din

literatura internationala de specialitate confirmand astfel justetea si actualitatea

cercetarilor efectuate deschizand astfel drumul pentru noi tipuri de incercari cu

aparatura pusa in functiune.

MASURATORI DE LABORATOR PRIVIND OBTINEREA COEFICIENTILOR DE FRECARE DINTRE PAMANT-MATERIAL GEOSINTETIC PENTRU PUNEREA IN EVIDENTA A INTERACTIUNII

CUPRINS

Aprecieri Prefata 1. Importanta studiului privind rezistenta la forfecare a pamanturilor armate cu geosintetice.......................................................................3 1.1. Introducere.............................................................................................................3 1.2. Determinarea in laborator a rezistentei la forfecare a pamanturilor - aparatul de forfecare directa..............................................................4 1.3. Descrierea procesului de forfecare directa............................................................4 1.4. Evolutia utilizarii materialelor geosintetice in constructii....................................5 1.5. Conceptul de armare al pamanturilor necoezive...................................................5 1.6. Geogrilele si utilizarea lor in constructiile de pamant...........................................6 2. Aparatul de forfecare directa la scara mare LG-116............................................7 2.1. Introducere.............................................................................................................7 2.2. Specificatii tehnice................................................................................................7 2.3. Unitatea de angrenare............................................................................................7 2.4. Cutie forfecare.......................................................................................................8 2.5. Traductori..............................................................................................................8 3. Procedura testului de forfecare directa la scara mare..........................................8 3.1. Importanta testului.................................................................................................8 3.2. Calibrare/recalibrare necesara a aparatului de forfecare directa............................................................................................................8 3.2.1. Recalibrare traductor forta................................................................................8 3.2.2. Recalibrare traductor presiune..........................................................................9 3.2.3. Micrometru digital cu banc de calibrare...........................................................9 3.2.4. Recalibrare traductor deplasare......................................................................10 3.2.5. Recalibrare traductor tasare............................................................................10 3.3. Procedura etapizata a incercarii de forfecare directa...........................................10 3.4. Programul de achizitie WinSAS..........................................................................12 3.5. Calcule/analiza datelor obtinute si interpretarea datelor.....................................12 3.6. Cerinte tehnologice privind modul de punere in aplicatie-manipulare a materialelor geosintetice....................................................12 4. Programul experimental realizat..........................................................................13 4.1. Introducere...........................................................................................................13 4.2. Caracteristicile materialelor................................................................................13 4.3. Rezultatele incercarilor efectuate........................................................................16 4.3.1. Teste de forfecare directa Proba III nearmata................................................17 4.3.2. Teste de forfecare directa Proba III armata cu geogrila I (directie forfecare I).................................................................................18 5. Elemente specifice de calcul in armarea pamanturilor necoezive..............................................................................................21 5.1. Importanta reprezentarii rezultatelor experimentale...........................................21 5.2. Proiectarea constructiilor de pamant armat.........................................................21 5.3. Principiul omogenizarii.......................................................................................22 6. Interpretarea rezultatelor obtinute......................................................................23 6.1. Coeziunea aparenta si adeziunea.........................................................................23 6.2. Sinteza rezultatelor incercarilor de laborator......................................................25 6.3. Coeficientul de interactiune α.............................................................................26 6.4. Efectul dimensiunii particulelor..........................................................................27

- 1 -


6.5. Aria de contact pamant-geogrila.........................................................................29 7. Concluzii si contributii personale.........................................................................30 7.1. Concluzii.............................................................................................................30 7.2. Contributii personale...........................................................................................32 Bibliografie..................................................................................................................33

- 2 -


1. IMPORTANTA STUDIULUI PRIVIND REZISTENTA LA FORFECARE A

PAMANTURILOR ARMATE CU GEOSINTETICE

1.1.Introducere

Cunoasterea si identificarea valorilor parametrilor rezistentei la forfecare a

pamanturilor este necesara la intocmirea unor analize de stabilitate (taluzuri, versanti -

a tuturor pantelor

naturale sau artificiale - ca rezultat al implicarii omului in natura in scopul

solutionarii corecte privind realizarea constructiilor de pamant), dimensionarea de

inalta acuratete pentru baraje, diguri, terasamente, cuantificarea presiunii pamantului

asupra lucrarilor de sprijin si a capacitatii portante a terenurilor de fundare, implicit in

solutionarea si proiectarea fundatiilor.

φ

φcc

τ = σtgφ + c

f

τ = cfτ = σtgφ

f

0

f

σ

ττ

σ

f

0

f

σ

τ

0

a. b. c.

τf = σtgφ τf = σtgφ +c τf = c

Fig. Fig.1.1.1. – Reprezentare grafica dreapta intrinseca: a) pamanturi necoezive;

b), c) pamanturi coezive

τf = efort unitar tangential; [kPa]

σ = efort unitar normal; [kPa]

φ = unghi de frecare interioara; [°]

c = coeziune; [kPa]

Reprezentarea grafica a rezistentei la forfecare este o dreapta ce poarta numele

de dreapta intrinseca sau dreapta lui Coulomb.

Prin trasarea dreptei intrinseci se pot cunoaste cei doi parametri de forfecare φ

si c.

- 3 -


1.2. Determinarea in laborator a rezistentei la forfecare a pamanturilor –

Aparatul de forfecare directa

In laborator determinarea rezistentei la forfecare se poate realiza utilizand

aparatul de forfecare directa pe plan obligat (Fig.1.2.1.), aparatul de forfecare

rotationala sau aparatul de compresiune triaxial, utilizand compresiuni monaxiale sau

triaxiale.

Pentru incercarea de forfecare directa se pot utiliza aparate de forfecare directa

cu plan de forfecare impus, avand casete cu suprafete de forfecare de 6x6cm2 ,

10x10cm2 , 30x30cm2 pentru probele de pamant granular cu particule mari (exemplu:

pietrisuri mijlocii), ori in cazul folosirii unor materiale geosintetice la testele de

forfecare directa.

Incercarile de forfecare directa in laborator pot fi realizate in conditii diferite,

fiind trei tipuri, fiecare tip de incercare avand caracteristice modalitatile de

consolidare probei ce trebuie forfecata si de viteza de forfecare aleasa (viteza aleasa in

functie de tipul de pamant solicitat, natura lui si scopul in care el va fi solicitat la

incarcari in decursul timpului). Aceste trei situatii sunt: C.D. (consolidat-drenat), C.U.

(consolidat-nedrenat) si U.U. (neconsolidat-nedrenat).

Fig. 1.2.1.Aparat de forfecare directa (caseta mica)

1.3 Descriere proces de forfecare directa

Etape: probe de forfecat tulburate/netulburate; cantarire; observatii legate de

natura probei de pamant; pregatire aparat forfecare directa; instalarea-consolidarea

probei (cand este cazul); forfecarea probei; oprirea testului; interpretarea rezultatelor.

- 4 -


1.4. Evolutia folosirii materialelor geosintetice in constructii

Geosinteticele sunt materiale plastice, in a caror componenta pot avea si

materiale organice, ce se folosesc in domeniul constructiilor indeplinind diferite

functii. Prelucrarea industriala specifica a maselor plastice a avut ca rezultat aparitia si

dezvoltarea acestor materiale inovatoare in domeniul constructiilor, care sunt de fapt

polimeri, avand o istorie ce nu trebuie neglijata (in anul 1926 in Carolina de Sud, s-a

utilizat pentru prima data o panza subtire de bumbac pe un prim strat de pamant, peste

care s-a turnat asfalt cald [13], rezultatele fiind unele pozitive deoarece intr-un studiu

elaborat noua ani mai tarziu au existat dovezi ce aratau ca s-au obtinut imbunatatiri

considerabile privind reducerea crapaturilor si a degradarii imbracamintii).

1.5. Conceptul de armare al pamanturilor necoezive

Domeniul lucrarilor de armare a pamanturilor cu geogrile este vast,

cuprinzand multe tipuri de lucrari si derivate ale acestor lucrari. Mai jos sunt

prezentate (Tabel 1.5.1,1.5.2.) situatiile in care sunt utilizate materialele geosintetice

cu rol de armare a constructiilor de pamant conform [23], [24].

Tabel 1.5.1.

Tabel 1.5.2.

- 5 -


1.6. Geogrilele si utilizarea lor in constructiile de pamant

Geogrilele sunt polimeri sub forma de retea de goluri (1-10cm) [13], [30],

folosite in constructii cu rol de armare, ce permit materialelor granulare sa patrunda in

golurile retelei, astfel indeplinindu-se principiile necesare de ● frecare intre material

geosintetic si teren (Fig. 1.6.1.a.) si de ● inclestare a terenului in nodurile geogrilei

(Fig. 1.6.1.b).

a. b.

Fig. 1.6.1.a) Frecare armatura/teren; b) Inclestare in nodurile geogrilei

a. b.

Fig. 1.6.2. Mecanismul armarii in cazul pantelor abrupte: a. Panta armata cu o posibila

suprafata de cedare; b. Detaliu mecanism geogrila in cazul pierderii stabilitatii (efectul

geogrilei tensionate)

a.

c.

b.

Fig. 1.6.3. Mecanismul armarii in cazul drumurilor nepavate si fundatiilor izolate: a.

Drum armat cu posibile viitoare fagase; b. Fundatii izolate armate; c. Detaliu

mecanism geogrila in cazul impiedicarii aparitiei fagaselor la drumuri si a tasarilor

independente ale pamantului de sub fundatiile izolate (efectul geogrilei tensionate)

- 6 -


2. APARATUL DE FORFECARE DIRECTA LG-116

2.1. Introducere

Utilitatea acestui aparat de forfecare, LG-116, este de a determina parametrii

rezistentei la forfecare pentru pamanturi granulare si respectiv coeficientii de frecare

dintre un pamant si materialul geosintetic folosit.

Ansamblu forfecare: masina de forfecare + compresor + regulator voltaj.

Fig. 2.1.1.Aparatul de forfecare

directa LG-116

2.2. Specificatii tehnice

Caracteristici privind performanta de lucru: • viteza rulare test: 0.0025 ÷

5.1mm/min; • cursa cutie inferioara: max. 101mm; • valoare maxima de inregistrare a

fortei: 44.48kN; • valoare maxima de inregistrare a presiunii: 690kPa; • valoare

maxima de inregistrare a tasarii: 25.83mm; • valoare maxima de inregistrare a

deplasarii: 102.11mm.

Caracteristici fizice: • masa: 317kg; • distanta reglabila intre caseta inferioara

si cea superioara: max . 9.5mm; • volum proba cutie superioara: 305 x 305 x 102mm;

• volum proba cutie inferioara: 405 x 305 x 102mm; • regulator automat pentru voltaj

- tensiune alimentare: 110V curent alternativ, 60Hz; • compressor KAESER –

alimentare cu aer: max. 1034kPa.

2.3. Unitate de angrenare

Fig. 2.3.1. Unitate de angrenare [06] (vedere laterala

stanga): a – maner manipulare aparat forfecare; b -

intrerupatoare limita de cursa; c – carlig maneta

solidarizare; d – intrerupator ON/OFF; e – roata de

mana; f – controler

- 7 -


2.4. Cutie forfecare

Cutia inferioara, situata intr-un bazin de tabla, executa o miscare de translatie

pe orizontala in lungul aparatului de forfecare, ea rezemand pe doua sine.

Fig. 2.4.1. Cutie forfecare, vedere laterala [6]: a – rama; b – maneta solidarizare; c -

montaj de aliniere; d – brat suport; e – carcasa protectie traductor deplasare; f – placa

de baza; g – cutie superioara; h – clema prindere cutie superioara; i – suport surub

ridicare/coborare caseta superioara.

2.5. Traductori

Traductor forta: capacitate maxima: 44.48kN.

Traductor presiune: capacitate maxima: 1034.20kPa.

Traductor tasare: capacitate maxima: 25.83mm.

Traductor deplasare: capcitate maxima: 102.11mm.

3. PROCEDURA TESTULUI DE FORFECARE DIRECTA LA SCARA MARE

3.1. Importanta testului

Prin activitatea experimentala de forfecare directa cu plan orizontal-obligat a

probelor de material granular si prin utilizarea materialelor geosintetice cu rol de

armare, potentialul privind utilizarea acestor materiale geosintetice este scos in

evidenta si dezvoltat. Prin astfel de experimente sunt eliminate comportamentele

"neprevazute" ale diverselor geomateriale, iar informatiile obtinute ofera inginerului

raspunsuri necesare in solutionarea/proiectarea constructiilor de pamant armat.

3.2. Calibrare-recalibrare necesara a aparatului de forfecare

3.2.1. Recalibrare traductor forta

Pentru recalibrarea traductorului de forta am folosit greutatile specifice pentru

incarcarea edometrelor si aparatelor de forfecare de dimensiuni mici. Traductorul a

fost asezat pe o suprafata perfect plana si a fost incarcat treptat. - 8 -


Recalibrare LVDT

y = 1.0214x

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Valoare impusa (reala) [kN]

Valo

are

citit

a [k

N]

Fig.3.2.1.1. Recalibrare

traductor forta

3.2.2. Recalibrare traductor presiune

In vederea recalibrarii traductorului de presiune am folosit ca aparat de

calibrare traductorul de forta (precedent calibrat). Pe cutia inferiara a cutiei de

forfecare am asezat platanul inferior (avand o grosime de 25mm). Pe acest platan

inferior a fost pozitionat si centrat traductorul de forta, urmand ca ulterior sa fie

coborata puntea transversala prin intermediul careia s-au exercitat presiuni normale cu

ajutorul cilindrului de mare rezistenta. Intre piesa de impingere si traductorul de forta

am pozitionat o greutate de fonta. Treptele de incarcare au fost facute dupa cititorul

digital al traductorului de forta si au avut un pas de 0.5kN .

Recalibrare traductor presiune

y = 3.2083x

0

200

400

600

800

1000

1200

50 100 150 200 250 300 350

Valoare impusa (reala) [kPa]

Valo

are

citit

a [k

Pa]

0


traductor forta

3.2.3. Micrometru digital cu banc de calibrare

Traductorul a fost pozitionat astfel incat capul micrometrului sa nu isi

depaseasca cursa si sa fie in permanenta in contact cu varful traductorului. Cu ajutorul

manivelei au fost impuse un numar mare de deplasari, avand pasul de 0.1mm.

. Fig.3.2.3.1. Micrometru digital Mitutoyo 164-162

- 9 -


3.2.4. Recalibrare traductor deplasare

Recalibrarea s-a efectuat in doua etape. In prima etapa traductorul a fost

pozitionat la capatul bancului, iar in a doua etapa traductorul a fost pozitionat undeva

la jumatatea bancului de calibrare, respectandu-se astfel ortogonalitatea si pastrarea

contactului permanent al varfului traductorului cu capul micrometrului. Pasul impus a

fost de 0.1mm.

Recalibrare traductor deplasare

y = 0.9997x

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100 120

Valoare impusa (reala) [mm]

Valo

are

citit

a [m

m]


traductor deplasare

3.2.5. Recalibrare traductor tasare

Recalibrarea traductorului de tasare s-a efectuat intr-o singura etapa. Pasul

impus a fost de 0.10mm.

Recalibrare traductor tasare

y = 0.9969x

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25 30

Valoare impusa (reala) [mm]

Valo

are

citit

a [m

m]


traductor tasare

3.3. Procedura etapizata a incercării de forfecare directa

Etape:

- prepararea probei tulburate de pamant necoeziv:

- procurarea a trei probe de pamant ce vor fi supuse sub presiuni normale

- desfacerea pamantului in apa cu reactiv (carbonat de litiu)

- spalarea pamantului pe site sub jetul de apa

- uscarea pamantului in etuva termoreglabila la o temperatura de 105°C

- alegerea/conceperea granulometriei dorite a probei de pamant dupa uscarea

pamantului - 10 -


- prepararea probei se face direct in cutia de forfecare,

impunandu-se o densitate si o umiditate dorita

- cantarirea masei probei de pamant

- procurare de probe din epruveta pentru aflarea umiditatii

- pregatirea aparatului de forfecare: verificareaconexiunilor,

alimentarea cu tensiune a aparatului de forfecare, respectarea indicatiilor

producatorului aparatului de forfecare directa LG-116, verificarea/ajustarea

pozitiei rotii de mana, verificarea cititoarelor digitale, pregatirea aparaturii

aferente (etuva termoreglabila, balanta, tavi metalice, ceas laborator, pensule

pentru spalat, verificarea/procurarea reactivi)

- stabilirea vitezei de forfecare si a treptelor normale de incarcare

- asezarea la baza cutiei inferioare a unui distantier pentru a impune planul de

forfecare la jumatatea inaltimii probei de pamant

- pozitionarea probei de pamant in cutia inferioara

- aducerea probei la un grad de indesare dorit

- atasarea/fixarea materialului geosintetic cu rol de armare la partea superioara

a cutiei inferioare

- pozitionarea cutiei superioare de forfecare

- ajustarea distantei intre cutiile de forfecare

- ungerea fetele superioara (cutia inferioara) si inferioara (cutia superioara) a

peretilor cutiilor de forfecare sa fie unse cu ulei

- zavorarea pieselor aparatului de forfecare directa LG-116

- umplerea cutiei superioare cu proba de pamant, respectand

gradul de indesare dorit

- asezarea platanului inferior pe fata superioara (libera) a probei

- coborarea/fixarea puntii ransversale a aparatului de forfecare

- pornirea proramului de achizitie WinSAS

- aplicarea efortului normal necesar fazei de consolidare a probei de pamant

- monitorizarea/urmarirea tasarii probei de pamant cu citiri

din 20 in 20 de minute

- dupa terminarea consolidarii se incepe forfecarea probei de pamant

- dupa terminarea cursei casetei inferioare de forfecare se opreste aparatul

- eliberarea probei de pamant de sub efortul normal

- indepartarea probei de pamant din cutia superioara si inspectarea starii

materialului geosintetic - 11 -


- scoaterea cutiei superioare si a materialului geosintetic

- indepararea probei din cutia inferioara

- reprezentarea grafica a datelor testelor de forfecare directa

- interpretarea reprezentarilor grafice

- intocmirea unui raport care sa cuprinda urmatoarele date:

nume contract/proiect, numar de inregistrare, tip de pamant,

caracteristici fizice ale probei, datele testelor de forfecare si reprezentarea lor

grafica, observatii privind comportamentul aparatului, a probei de pamant si a

materialului geosintetic, in timpul si inaintea testului de forfecare

3.4. Programul de achizitie WinSAS

Programul de achizitie WinSAS este folosit pentru testul de forfecare directa

cu scopul de salvare a datelor testului de forfecare, inregistrate de cei patru traductori

si salvate sub forma a doua fisiere cu extesiile “txt” si ”out”.

.

3.5. Calcule/analiza datelor obtinute si Interpretarea datelor

Dupa salvarea fisierelor de date, de catre programul de achizitie WinSAS,

operatorul le utilizeaza pentru a afla parametrii de forfecare “φ” (unghi de frecare

interioara) si “c” (coeziune) si a efortului unitar tangential “τf “.

Parametrii rezistentei la forfecare se pot stabili prin metoda grafica sau prin

metoda analitica.

3.6. Cerinte tehnologice privind modul de punere in aplicatie-manipulare

a materialelor geosintetice

Pe baza experientei dobandite in punerea la punct a metodologiei de incercare

s-au sintetizat cerintele tehnice pentru realizarea unor incercari corecte.

La inceputul fiecarui test de forfecare directa respectiv la montarea si fixarea

geogrilei, trebuie urmarite si verificate urmatoarele aspecte: planeitatea geogrilei sa

fie perfecta, sa se respecte ortogonalitatea retelei de nervuri la geogrile (unde este

cazul), sau unghiurile pe care le formeaza nervurile intre ele sa se respecte cu

regularitate asa cum au fost prevazute in fisa tehnica editata de catre producator.

Este foarte important, a nu se folosi material geosintetic (geogrila) procurat de

la marginea rolelor de material geosintetic, unde in general exista defecte de

fabricatie.

- 12 -


4. PROGRAM EXPERIMENTAL REALIZAT

4.1. Introducere

Scopul principal al incercarilor efectuate in aparatul de forfecare directa cu

dimensiuni mari este de a pune in evidenta interactiunea intre doua materiale: cel

natural granular si cel artificial-geosintetic.

Probele de pamant necoezive utilizate sunt in numar de cinci.

S-au efectuat incercari de forfecare directa intai pe materialele granulare si

apoi pe probele armate cu geosintetice.

Pentru testele experimentale de forfecare directa au fost folosite doua tipuri de

geogrile si un geotexil.

Forfecarile directe au fost caracterizate de doua etape: consolidare proba si

forfecare proba, viteza de forfecare aleasa fiind de 1mm/min.

Pentru etapa de consolidare a probei s-au facut citiri ale tasarii la intervale de

20 de minute.

Numarul de teste de forfecare este prezentat sub forma de seturi de teste pe

treptele de forfecare 100, 200, 300kPa si 25, 50, 100kPa.

4.2. Caracteristicile materialelor

Fig. 4.2.1. Curbe granulometrie

- 13 -


Tabel 4.2.1.Proprietati probe de pamant utilizate

Un ρd (g/cm3) D50(mm) Tip proba

Proba I - P I 3.04 1.95 0.4 Nisip 0.50÷0.85mm;

Proba II - P II 1 1.77 1 Nisip 1mm

Proba III - P III 1.25 1.58 10 Pietris mijlociu 8÷10mm

Proba IV - P IV 6 1.46 8.3 Pietris mijlociu si mic +

nisip

Proba V - P V 1.97 1.34 20 Pietris mijlociu 10÷20mm

Pentru testele experimentale de forfecare directa au fost utilizate doua tipuri de

geogrile si un geotextil, notate cu numele: geogrila nr.1, geogrila nr.2 si geotextilul

nr.1. (Tabel 4.2.2.). Numarul de teste de forfecare este prezentat sub forma a patru

seturi de teste de forfecare directa:

• Proba I (Nisip 0.50÷0.85mm; D50=0.4mm)

• Proba II (Nisip 1mm; D50=1.0mm)

• Proba II (Nisip 1mm; D50=1.0mm) + Geotextil I-d1

• Proba II (Nisip 1mm; D50=1.0mm) + Geogrila I-d1

• Proba III (Pietris mijlociu 8÷10mm; D50=10.0mm)

• Proba III (Pietris mijlociu 8÷10mm; D50=10.0mm) + Geogrila I-d1

• Proba III (Pietris mijlociu 8÷10mm; D50=10.0mm) + Geogrila II-d1

• Proba III (Pietris mijlociu 8÷10mm; D50=10.0mm) + Geogrila II-d2

• Proba IV (Pietris mijlociu si mic + nisip; D50=8.3mm)

• Proba IV (Pietris mijlociu si mic + nisip; D50=8.3mm) + Geogrila I-d1

• Proba V (Pietris mijlociu 10÷20mm; D50=20.0mm)

• Proba V (Pietris mijlociu 10÷20mm ; D50=20.0mm) + Geogrila I-d1

Pentru geogrilele nr.1 si 2 cu anumite zone ale caror geometrii nu respecta

specificatiile din fisa tehnica nu au fost utilizate. Nu a fost utilizat de asemenea nici

material din zonele de margine.

Tabel 4.2.2.Defecte materiale geosintetice - 14 -


Tabel 4.2.2. Caracteristicile ale materialelor geosintetice folosite

- 15 -


a. b. c.

Fig. 4.2.3. Vedere de sus (schema): a. Pasi tehnologici PROBA III + geogrila nr.2

(directie forfecare 1); b. Pasi tehnologici PROBA III + geogrila nr.2 (directie

forfecare 2); c. Pasi tehnologici PROBA II, III, IV, V + geogrila nr.1 (directie

forfecare 1)

4.3. Rezultatele incercarilor efectuate

Pentru fiecare set de incercari s-au obtinut direct si s-au prelucrat date care

evidentiaza:

- o mobilizare a curbelor rezistentei la forfecare cu deplasarile (τ−δ);

- parametrii rezistentei la forfecare de varf (dreapta intrinseca);

- drepte τ−σ, de egale deplasari δ;

- curbele de mobilizare a parametrilor φ si c cu deformatiile δ;

- mobilizare α−ε in domeniul de deformatii mici (ε<6%).

In figurile ce urmeaza este prezentat un set complet de rezultate pe materialul

granular si pe acelasi material granular (proba III) armat cu geogrila, iar in Anexa A,

rezultatele tuturor incercarilor.

In cazul pamanturilor necoezive, nearmate s-a obtiut o coeziune aparenta, iar

in cazul pamanturilor necoezive, armate s-a obtinut o adeziune.

Pentru evidentierea rolului armaturii (geosintetice) se utilizeaza coeficientul de

interactiune α= tg φarmat/tgφnearmat.

In scopul utilizarii rezultatelor la proiectarea lucrarilor ingineresti s-au

prelucrat datele si au fost realizate diagramele de conlucrare cu scopul de a urmari

mobilizarea φε, cε si Τε pentru ε<2%, unde ε este deformatia admisibila. Din aceste

- 16 -


grafice se pot obtine valorile corespunzatoare fiecarui parametru pentru o deformatie

impusa.

Sintetizarea tuturor rezultatelor este prezentata in tabele.

4.3.1. Teste de forfecare directa PROBA III nearmata

Dreapta intrinseca τ−σProba III

Set I

1: y = 0.4861x + 7.4958

2: y = 0.4749x + 23.745

3: y = 0.673x + 43.454: y = 1.012x + 3.3713

5: y = 0.9604x - 15.162

00 50 100 150 200 250 300 350

σ

50

100

150

200

250

300

350

[kPa]

τ[kP

a]

12

3

4

5


Set II

1: y = 0.4933x + 5.70162: y = 0.6203x - 3.0421

3: y = 0.6721x + 39.855

4: y = 0.6721x + 72.078

5: y = 0.7447x + 50.312

0

50

100

150

200

250

300

0 50 100 150 200 250 300 350

σ [kPa]

τ[kP

a]

1

2

3

45


Set III

1: y = 0.3454x + 33.2452: y = 0.3245x + 48.9683:y = 0.4662x + 81.499

4: y = 0.7258x + 60.194

5: y = 1.0279x - 3.3254

0

50

100

150

200

250

300

350

0 50 100 150 200 250 300 350

σ [kPa]

τ[kP

a]

12

3

4

5

Curba de mobilizare τ−δProba III

0

50

100

150

200

250

300

350

0 20 40 60 80 100

δ [mm]

τ[kP

a]

Test 001

Test 002

Test 003

Test 004

Test 005

Test 006

Test 007

Test 008

Test 009


y = 0.8851x + 45.05

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00

σ[kPa]

250.00 300.00 350.00

τ[kP

a]

φ=41.51˚

c=45.05kPa

a. b.

Fig. 4.3.1.1. a) Curbe mobilizare τ − δ; b) Dreapta intrinseca

a.

a.

Fig. 4.3.1.2. Drepte de egale deformatii-

deplasari σ = 100, 200 , 300kPa: a. SET I,

b. SET II, c. SET III (1- δ=10mm, 2 - δ=10mm, 3 -

δ=10mm, 4 - δ=10mm, 5 - δ=10mm)

c.

- 17 -


φ, −δcProba III

SET I, II, III

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

δ(mm)

φ(

)

-20

0

20

40

60

80

c(kP

a)

Fig. 4.3.1.3. Mobilizare a

parametrilor rezistentei la unghi frecare SET Iunghi frecare SET II forfecare φ, c cu deplasarile δ unghi frecare SET IIIadez

- 18 -

iune SET Iadeziune SET IIadeziune SET III

Dreapta intrinseca τ−σProba III + Geogrila I-d1

Set I

1: y = 0.4731x + 43.211

2: y = 0.6177x + 48.3993: y = 0.7615x + 70.03

4: y = 0.8189x + 56.2855: y = 0.7976x + 70.168

0

50

100

τ[k

150

200

250

300

350

0 50 100 150 200 250 300 350

σ [kPa]

Pa]

2

1

5

43

DP 1

Se I

reapta intrinseca τ−σroba III + Geogrila I-d

t I

1: y = 0.4336x + 52.099

2: y = 0.532x + 66.1063: y = 0.64x + 83.895

5: y = 0.9757x + 28.0814: y = 0.7711x + 56.033

0

50

100

150

200

250

300

350

0 50 100 150 200 250 300 350

σ [kPa]

τ[kP

a]

2

1

5

43


Set III

1: y = 0.5368x + 30.5352: y = 0.5867x + 49.183

3: y = 0.7037x + 77.8244: y = 0.773x + 75.015: y = 0.7457x + 67.89

0

50

100

150

200

250

300

350

0 50 100 150 200 250 300 350

σ [kPa]

τ[kP

a]

2

1

5

4

3

Curba de mobilizare τ−δProba III + Geogrila I-d1

0

50

100

150

200

250

300

350

0 20 40 60 80 100

δ [mm]

τ[kP

a]

Test 001

Test 002

Test 003

Test 004

Test 005

Test 006

Test 007

Test 008

Test 009


y = 0.842x + 70.845

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00

σ[kPa]

250.00 300.00 350.00

τ[kP

a]

4.3.2. Teste de forfecare directa PROBA III armata cu

geogrila nr.1. (directie forfecare 1)

φ=40.10˚

c=70.85kPa

a. b.

Fig. 4.3.2.1. a) Curbe mobilizare τ − δ; b) Dreapta intrinseca

a.

Fig. 4.3.2.2. Drepte de egale deformatii-

deplasari σ = 100, 200 , 300kPa: a. SET I,

b. b. SET II, c. SET III (1- δ=10mm, 2 - δ=10mm,

3 - δ=10mm, 4 - δ=10mm, 5 - δ=10mm)

c.


- 19 -

φ, c−δProba III + Geogrila I-d1

SET I, II, III

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

δ(mm)

φ(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

c(kP

a)

Fig. 4.3.2.3. Mobilizare a

parametrilor rezistentei la unghi frecare SET Iunghi frecare SET IIunghi frecare SET III

forfecare φ, c cu deplasarile δ adeziune SET Iadeziune SET II

adeziune SET III

α−ε

Proba III - Geogrila 1-d1

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

ε%

α

Fig. 4.3.2.4. Mobilizare coeficient de interactiune α in functie de deformatie ε

tgφ

F (k

N/m

)

c (k

Pa)ε

ε

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

21 3 4 5 6 δ (mm)

Coeziune

Unghi de frecare Efort-deformatie

[ε (%)][0.66] [0.98] [1.31] [1.64] [1.97]

interna

[0.33]

5

10

15

20

25

30

10

20

40

30

50

60

70

y=-0.0231x +0.1948x+0.13062

y=-0.755x +14.216x+0.19192

Digrama de conlucrare din incercari de forfecare directa (Proba III) si intindere (Geogrila I-d1) SET I

tgφ

F (k

N/m

)

c (k

Pa)ε

ε

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

21 3 4 5 6 δ (mm)

Coeziune

Unghi de frecEfort-deform

[ε (%)][0.66][0.33] [0.98] [1.31] [1.64] [1.97]

are internaatie

5

10

15

20

25

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Digrama de conlucrare din incercari de forfecare directa (Proba III) si intindere (Geogrila 1-d1) SET II

2y=-1.7018x +21.948x-6.4825

2y=-0.0187x +0.1705x+0.1199

tgφ

F (k

N/m

)

c (k

Pa)ε

ε

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

21 3 4 5 6 δ (mm)

CoeziuneUnghi de frecare internaEfort-deformatie

[ε (%)][0.66][0.33] [0.98] [1.31] [1.64] [1.97]

5

10

15

20

25

30

y=-0.8313x +16.366x-10.9162

Digrama de conlucrare din incercari de forfecare directa (Proba III) si intindere (Geogrila I-d1) SET III

2y=-0.0238x +0.2032x+0.1396

70

60

50

40

30

20

10

0

80

90

30

a. b. c.

Fig. 4.3.2.5. Prelucrarea diagramei de conlucrare din incercari de forfecare directa

(Proba III) si intindere (Geogrila I-dI): a. SET I;

b. SET II; c. SET III


- 20 -


5. ELEMENTE SPECIFICE DE CALUL IN ARMAREA PAMANTURILOR

NECOEZIVE

5.1.Importanta reprezentarii a rezultatelor experimentale

Tabele cu valori ajustate, legende lamuritoare si adecvate, grafice cu axe de

coordonate potrivit alese, graficele insotite de legende lamuritoare, cu referinta

asupra alurii curbelor reprezentate la scari alese intemeiat in scopul final de a

demonstra posibilitatea aplicarii in anume limite a rezultatelor obtinute, trebuiesc

indeplinite in paralel cerinte referitoare la acuratetea masuratorilor si reprezentarea

adecvata a acestora. pentru obtinerea unor rezultate ale masuratorilor

experimentale, pozitive si credibile.

5.2. Proiectarea constructiilor de pamant armat

Fig. 5.2.1. Stări limită ultime pentru stabilitatea externă: a. Rasturnare; b. Alunecare;

c. Pierderea stabilitatii globale

Ana

liza

stab

ilitat

e ex

tern

e

1. alegere criterii de performanta si factori partiali

2. predimensionare structura

3. evaluare stabilitate externa conditii statice

4. stabilirea lungimilor de armatura

5. verificarea stabilitatii externe in seismice

alunecare pe talpa - Fig. 6.2.1.b.

rasturnare Fig. 6.2.1.a.

presiuni pe teren Fig. 6.2.4.

stabilitate globala Fig. 6.2.1.c. si 6.2.5.

tasare/deformatii ale terenului de fundare si a umpluturii

zveltetea structurii H/L, incastrare in terenul de fundare

evaluarea presiunii pamantului - Fig. 6.2.2. si 6.2.3.

lungimi minime de armare in functie de H structura

presiuni si forte de inertie Fig. 6.2.6.

Tabel 5.2.1. Etape stabilitate analiza externa

- 21 -


Fig. 5.2.2. Cedarea prin pierderea

stabilitatii globale: a. suprafata de

cedare trece prin zona armata; b.

suprafaţa potenţială de cedare

intersectează structura

Fig. 5.2.3. Tipuri de cedari

interne pentru structurile de

pamant armat: a. Ruperea

armaturii; b. Smulgerea armaturii

Ana

liza

stab

ilita

te in

tern

e

1. alegerea tipului de armatura

2. alegerea distantei intre armaturi

3. metoda penei ancorate

4. metoda gravitatii coerente

rupere a armaturilor Fig. 6.2.7.a.

smulgere a armaturilor Fig. 6.2.7.b.

stabilitatea pe plane inclinate

starea limita a exploatarii normale

coeficientul impingerii pamantului

forta de intindere in armatura Fig.6.2.8., 6.2.9. si 6.2.10

verificarea la rupere a armaturilor Tc Ti

forta de intindere in armatura Fig.6.2.11, 6.2.12 si 6.2.13

verificarea la smulgere a armaturilor Fig. 6.2.14.

starea limita a exploatrii normale

verificarea stabilitatii globale interne

4. stabilitatea interna la actiuni seismice greutati si forte de inertie Fig. 6.2.15.

Tabel 5.2.2. Etape stabilitate analiza interna

5.3. Principiul omogenizarii - Diagrama de conlurare pamant-geogrila

“In domeniul elastic (pana in momentul cedarii) la contactul dintre cele doua

materiale deformatia lor specifica ε este egala (εp =εr)…diagrama de conlucrare

permite urmarirea in paralel a mobilizarii parametrilor rezistentei la forfecare (φε ,

cε) ca si a fortei de intindere din ranforsare, Tε , pentru o aceeasi deformatie ε” . [5]

- 22 -


tgφ

c (k

Pa)ε

ε

Digrama de conlucrare din incercari de forfecare directa (pamant armat) si intindere (geosintetic cu rol de ranforsare)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

δ (mm)[ε (%)]

5

10

15

20

25

30

10

20

40

30

50

60

701 1 1 1

2

1[ε ] 2[ε ] 3[ε ] 4[ε ] 5[ε ] 6[ε ]δ1 δ2 δ3 δ4 δ5 δ6

F (k

N/m

)

2y =a x +b x+c (c)

2222y =a x +b x+c (tgφ)

Fig. 5.3.1. Diagrama de conlucrare

6. INTERPRETAREA REZULTATELOR OBTINUTE

6.1. Coeziunea aparenta si adeziunea

Evolutia valorilor rezistentei la forfecare, este influentata evident de forma

particulelor si textura suprafetei lor in mod special cand este vorba de pamaturi

granulare si necoezive.

Conlucrarea particulelor unei probe de pamant, in planul de forfecare (de

cedare), este caracterizata de rigiditate si de rezistenta la blocare a particulelor, unele

in celelalte. Conlucrarea dintre particulele rotunjite este mai mica decat cea in cazul

particulelor cu muchii, si permite o lucrabilitate mai buna prezentand si un mai mare

efect combinat de rostogolire si culisare a particulelor.

In cazul testelor de forfecare directa, particulele constituente ale probei de

forfecat, nu se deplaseaza independent, astfel ca mai ales in planul de forfecare - 23 -


(interfata celor doua parti ale cutiei de forfecare), conlucrarea dintre particule este

destul de mare incat spargerea si ciobirea particulelor grosiere este inevitabila. Acest

fenomen este prezent si restul masei probei de pamat, dar nu atat de accentuat.

Lipirea particulelor de pamant, unele de celelalte, si capacitatea lor de a face

un contact ferm fara rosogolirea si culisarea lor, prezinta o stransa legatura si cu

rezistenta acestor particule la uzura. Sfaramarea si ciobirea particulelor grosiere are ca

rezultat creerea muchiilor si a unei parti fine in masa volumului de pamant. In urma

testului Los Angeles, efectuat pe Proba III (Pietris mijlociu 8÷10mm; D50=10.0mm) a

fost obtinut un coeficient ~ 23.48%, ceea ce inseamna ca aproximativ 24% din proba

initiala ce a fost supusa uzurii s-a spart, acest lucru modificand granulometria probei.

In plus particulele ramase in procent de aproximativ 76% si-au modificat la randul lor

forma, astfel ca din suprafete mai fine si forme circulare, ele au capatat muchii si au

devenit mai rugoase.

Acesti factori impreuna cu fortele de atractie ce se dezvolta intre particule,

legati de variatia formei si dimensiunile particulelor solide, conduc la obtinerea unei

coeziuni de valoare diferita de zero pentru pamanturile necoezive si nearmate, in urma

efectuarii testelor de forfecare directa la scara mare.

Aceasta coeziune obtinuta practic si nefireasca, dar care nu poate fi neglijata,

in literatura de specialitate poarta numele de coeziune aparenta.

Pentru testele unde pamantul a fost armat, coeziunea aparenta obtinuta poarta

numele in literatura de specialitate de adeziune. Aceasta adeziune se datoreaza

umplerii golurilor materialului geosintetic cu rol de armare de catre particulele probei

de pamant, la interfata, si este datorata fortei de atractie dintre cele doua materiale

diferite in contact (proba de pamant si geosintetic cu rol de armare).

Atat pentru testele de forfecare directa, din prezenta lucrare, unde au fost

folosite materialele geosintetice cu rol de armare cat si in cazul in care probele de

pamant nu au fost armate, si-a facut aparitia aceasta adeziune, respectiv coeziune

aparenta.

In cazul incercarilor proprii, un factor favorizant pentru aparitia adeziunii il

constituie faptul ca desi probele de pamant obtinute au fost tulburate, ele sunt de

aceiasi natura si au compozitii sau structuri similare, la origine ele fiind obtinute de la

balastiera Campina. O a doua explicatie o constituie viteza de forfecare a probelor de

pamant

Aparitia prezentei unei adeziuni/coeziuni aparente, atat pentru nisip cat si

pentru pietris in cele doua faze armat/nearmat, este confirmata si in literatura de - 24 -


specialitate spre exemplu de Chia-Nan Liu s.a. (2008) [17] (Fig. 6.1.1.) realizand

incercari de acelasi tip arata: Posibilele explicatii se regasesc in relatiile non-lineare

ale efortului de forfecare si in frecarile interne ale aparatului sub efort.

Fig. 6.1.1. Valori de varf eforturi

de forfecare pentru pamant

si pamant armat cu geotextil [17]

6.2. Sinteza rezultatelor incercarilor de laborator

Din analiza rezultatelor obtinute, utilizand diagrama de conlucrare, s-au

constatat urmatoarele aspecte:

● Proba II + geogrila nr.1 - Din diagrama de conlucrare, mobilizarea curbei

unghiului de frecare denota o crestere accentuata a parametrului de frecare pana la o

deformatie de ε≈0.33% unde valoarea de varf este tgφε≈0.6, dupa care aceasta curba

devine descendenta, ceva mai lina, obtinandu-se la deformatia ε≈1.97% o valoare a

tgφε≈0.4. Aliura curbei de coeziune este ascendenta, prezentand la deformatia

ε≈1.97% o valoare maxima a coeziunii cε≈45kPa.

● Proba III + geogrila nr.1 - Din diagramele de conlucrare, mobilizarea

curbelor unghiului de frecare denota o crestere a parametrului de frecare pana la o

deformatie de ε≈0.33% unde se inregistreaza valoari de varf de tgφε≈0.35÷0.4, dupa

care aceasta curba isi continua aescendenta, ceva mai lin, obtinandu-se la deformatia

ε≈1.31% valoare ale tgφε≈0.5÷055. Incepand cu deformatia de ε≈1.31% valorile

unghiului de frecare au tendinta de a intra pe un palier orizontal prezentand valori ale

tgφε≈0.5÷055. Aliura curbei de coeziune este ascendenta, aproape liniara, prezentand

la deformatiua ε≈1.97% o valoare maxima a coeziunii cε≈60kPa.

● Proba IV + geogrila nr.1 - Din diagrama de conlucrare, mobilizarea curbei

unghiului de frecare denota o crestere a parametrului de frecare pana la o deformatie

de ε≈0.98% unde valoarea de varf este tgφε≈0.6, dupa care aceasta curba o ia pe o cale

descendenta, obtinandu-se la deformatia ε≈1.97% o valoare a tgφε≈0.5. Aliura curbei

de coeziune este ascendenta, aproape liniara, prezentand la deformatiua ε≈1.97% o

valoare maxima a coeziunii cε≈70kPa.

- 25 -


● Proba V + geogrila nr.1 - Din diagrama de conlucrare, mobilizarea curbei

unghiului de frecare denota o crestere a parametrului de frecare pana la o deformatie

de ε≈1.64% unde valoarea de varf este tgφε≈0.7, dupa care aceasta curba ajunge pe un

palier de valori constante pana la deformatia ε≈1.97%. Aliura curbei de coeziune este

ascendenta, prezentand la deformatiua ε≈1.31% o valoare maxima a coeziunii

cε≈40kPa, dupa care inregistreaza o scadere, inregistrand la deformatia de ε≈1.97% o

valoare cε≈30kPa.

Pentru probele II, III, IV, V in faza de forfecare a pamantului nearmat valorile

adeziunii se incadreaza in plaja de valori 13.36÷45.05kPa, iar in urma utilizarii

georilei nr.1 plaja de valori este de 14.98÷80.85kPa, cu mentiunea ca pentru probele

III si V valorile adeziunii aproape s-au dublat.

Obtinerea unui unghi maxim de frecare interna in urma utilizarii geogrilei nr.1

a fost obtinut pe Proba IV (nisip+pietris) avand o crestere de 2°, pentru celelalte probe

inregistrandu-se scaderi nesemnificative de ~0.3° pentru proba II, ~1.4° pentru proba

III si ~4.4° (Fig. 6.2.1.).

Urmarind diagramele de conlucrare, la toate incercarile se constata o crestere a

frecarii pana la deformatii de ε≈0.3 ÷ 1.31% si tgφε≈0.55 ÷ 0.6, urmata de o scadere

(aplatizare) catre o valoare tgφε≈0.4 ÷ 0.5. “Adeziunea” creste permanent cu

deformatia. Aceasta “adeziune” reprezinta efectul ranforsarii.

80.85

38.01

70.85

45.0533.7123.1614.98

13.360

c 40

20

100

80

60

Proba II (nisip)

Proba IV(nisip+pietris)

Proba III(pietris 8-10)

Proba V(pietris 10-20)

Crestere adeziuneScadere adeziune

Lipsa aport geogrila Aport geogrila

Proba II(nisip) +Geogrila I

Proba III (pietris8-10) + Geogrila I

Proba IV (nisip+pietris) + Geogrila I

Proba V (pietris 10-20) + Geogrila IProba V (pietris 20mm)

Proba IV (nisip+pietris)

Proba III (pietris 8-10)

Proba II (nisip)

37.92

42.3640.1041.51

43.9041.87

31.36

Proba V(pietris 10-20)

Proba III(pietris 8-10)

Proba IV(nisip+pietris)

Proba II (nisip)

31.61

40

45

50

30

35

25

20

φ

Fig. 6.2.1. Diferenta de valori a

unghiurilor de frecare interna φ si a

coeziunilor aparente - adeziunilor c,

pentru cele doua faze (armata si

nearmata)

6.3. Coeficientul de interactiune α

Valorile coeficientului α, de interactiune pamant geosintetic, obtinute obtinute

in urma testelor experimentale de forfecare directa, utilizand valorile de varf ale

- 26 -


eforturilor de forfecare, sunt comparabile cu cele ce se gasesc in literatura de

specialitate(tabel).

Tabel 6.3.1. Valorile

coeficientului α (literatura de

specialitate) [17]

Tabel 6.3.2. Valorile coeficientului α

obtinute in prezenta lucrare

Folosind diagrama efort deformatie a producatorului geogrilei nr.1 unde exista

control numai pana la deformatii ≤1.94%, s-a obtinut o plaja de valori a coeficientului

α, care se mareste in cazul nisipului si a pietrisului si se micsoreaza in cazul

pietrisului amestecat cu nisip, in comparatie cu valorile obtinute utilizand valorile de

varf.

In urma forfecarii probei III cu geogrila numarul II-d1 pentru σ=300 si

200kPa, s-a produs cedarea acesteia (ruperea) la deplasari ale cutiei de forfecare

inferioara incepand cu δ=60mm (ε=13.3%). Aceasta rupere a geogrilei s-a produs nu

din cauza eforturilor de forfecare la interfata, ruprea ei producandu-se din cauza

intinderii (geogrila a fost practic fixata la cele doua capete longitudinale: clema de

prindere si pietrisul din cutia de forfecare ce a reusit sa patrunda in deschiderile

nervurilor).

6.4. Efectul dimensiunii particulelor

Facand o prezentare a unghiurilor de frecare interioara obtinute experimental

pe probel de material necoeziv, in functie de dimensiunea medie a granulelor D50 se

observa ca pentru obtinerea unor unghiuri de frecare interna cat mai mari este indicat

a se obtine o granulometrie a probelor granulare in a caror componenta sa fie si parte

- 27 -


fina dar si parte grosiera. Reprezentarea grafica a unghiului de frecare interna φ, a

adeziunii c si a coeficientului α, in functie de dimensiunea medie a granulelor D50

pune in evidenta influenta marimii particulelor de pamant. In lucrarea de fata aportul

adus probei de pamat, cu privire la unghiul de frecare interna φ, de catre geogrila

prezinta rezultatul cel mai bun in cazul interactiunii geogrilei cu Proba IV (pietris

mijlociu+pietris mic+nisip mare), proba ale carei particule de dimensiune maxima se

situeaza la valoarea de 10mm (aproape de 4 ori mai mica deca deschiderea nervurilor

retelei rectangulare a geogrilei I-d1). In ansamblu, coeficientul α este supraunitar

pana la D50=10.00mm. Atat in cazul de forfecare nearmata cat si in cea armata,

prezenta adeziunii este evidenta, ea avand o tendinta de crestere, saltul cel mai

semnificativ (crestere de cca. 3kPa) inregistrandu-l de la trecerea lui D50=8.30mm

catre D50=10.00mm. Marirea granulometriei probei de pamant III catre o compozitie

mai grosiera (Proba V) mentine tendinta de crestere a adeziunii, dar nu atat de

semnificativ.

Tabel 6.4.1 Valori parametri rezistenta la forfecare in functie de D50

- 28 -


a.

b.

c.

Fig. 6.4.1. a) φ - D50; b) c - D50; c) α - D50

6.5. Aria de contact

Comparand ariile de contact intre geogrilele I si II cu proba III, la interfata, se

poate observa ca desi in cazul existentei unei arii mai mari a geogrilei I fata de cele

ale geogrilei II, a fost obtinuta o valoare mai mica a unghiului de frecare interna φ.

Explicatia sta in faptul ca reteau de nervuri triunghiulare lucreaza mai benefic din

punct de vederemecanic fata de cea rectangulara.

- 29 -


Ageogrila I-d1/ Ageogrila II-d1 = 1.51

Ageogrila I-d1/ Ageogrila II-d2 = 1.57

Tabel 6.5.1. Valorile

unghiurilor de frecare φ in

cazul probelor de pamant

armate cu geogrilele I, II

Desi geogrila I prezinta propietati mecanice mai bune decat ale geotextilului I,

unghiul de frecare interna φ al geotextilului este mai mare decat cel al geogrilei, si

mai exact cu putin peste 4°, acest lucru fiind posibil datoria suprafetei ariei de conact

a geoextilului, care este egala cu dimensiunea ariei de forfecare in plan orizonal.

7. CONCLUZII SI CONTRIBUTII PERSONALE

7.1. Concluzii

Cunoasterea si identificarea valorilor parametrilor rezistentei la forfecare a

pamanturilor, este necesara la studierea comportarii si/sau proiectarea prin analize de

stabilitate a pantelor naturale sau artificiale de pamant sau pamant armat ca rezultat al

implicarii omului in natura in scopul solutionarii corecte a constructiilor.

Parametrii rezistentei la forfecare ai pamanturilor si respectiv materialelor

compozite (pamant armat) se mobilizeaza diferentiat cu deformatiile, in functie de

conditiile incercarilor (drenare – stare de umiditate, viteza de incercare, consolidare –

stare de indesare, etc.).

Scopul principal al incercarilor efectuate in cadrul cercetarilor proprii, in

aparatul de forfecare directa cu dimensiuni mari este de a pune in evidenta

interactiunea intre doua materiale: cel natural granular si cel artificial-geosintetic.

Prin testele experimentale de forfecare directa la care au fost folosite doua

tipuri de geogrile, un geotextil si cinci probe de pamant ganular, in total reprezentand

12 seturi de teste, a fost urmarita mobilizarea parametrilor rezistentei la forfecare, prin

forfecare la viteza de 1mm/min, cu probele de pamant aflate in stare uscata si avand

acelasi grad de indesare. Utilizarea aparatului de forfecare, LG-116 (suprafata arie de

forfecare constanta egala cu 30x30cm2, face posibila determinarea parametrilor

rezistentei la forfecare pentru pamanturi granulare si grosiere, in cele doua faze

(armat/nearmat).

- 30 -


Punerea in functiune pentru prima oara in Romania a acestui aparat a permis

stabilirea unei proceduri de lucru specifice, atentionand asupra unor posibile erori ce

pot fi enuntate astfel:

• Planeitatea geogrilei sau a oricarui material geosintetic, ce se foloseste pentru testele

de forfecare directa, trebuie sa fie perfecta (fara a se incovaia, aparand astfel in

sectiune transversala, sau daca e cazul longitudinala, forma de bolta), in caz contrar

rezultatele obtinute putand influenta negativ testele experimentale, ducand la

interpretare gresita.

• Urmarirea unei proceduri etapizate respectand normele tehnice in vigoare atat

nationale cat si internationale (in cazul lucrarii de fata neexistand un STAS cu privire

la forfecarea directa la scara mare in fazele armat/nearmat) este obligatorie.

• Normelor de securitate a muncii trebuiesc respectate in cazurile de pregatire a

aparatului de forfecare, a aparaturii aferente acestuia si a materialelor.

• In cazul cutiilor de forfecare care sunt alcatuite din mai multe piese (in cazul LG-

116 cei patru pereti ai cutiilor de forfecare sunt solidarizati cu ajutorul unor buloane)

trebuie verificata planeitatea fetelor superioara (cutie inferioara) si inferioara (cutie

superioara) pentru a elimina posibila situatie in care existenta unor praguri in zonele

de contact ale peretilor, poate produce frecare intre cele doua cutii.

• Pentru testele de forfecare directa calibrarea/recalibrarea traductorilor este o etapa

obligatorie pentru obtinerea rezultatelor corecte.

Atat in cazul pamanturilor necoezive, nearmate ca si in cazul pamanturilor

necoezive armate s-au obtinut alaturi de unghiul de frecare si o coeziune aparenta

respectiv o adeziune.

Experimentul in sine si rezultatele lui reprezinta un pas inainte pentru

laboratoarele din Romania, prin rezultatele ce se pot obtine si care permit corelatii si

comparatii cu cele din literatura de specialitate de pe plan mondial, in scopul unor

modelari cat mai veridice prin calcul.

Prin incercarile efectuate, mentinand constante conditiile de testare, ca si

starea de indesare a materialului, s-au pus in evidenta factori ce pot influenta

parametrii rezistentei la forfecare pe materiale granulare (compozitia granulometrica,

D50, rezistenta particulelor) la care se adauga si cei ce influenteaza aportul armarii

pamantului (tipul si proprietatile armaturii, aria de contact).

Modul de prelucrare a datelor din incercari de tipul celor realizate permite

studierea fenomenului de interactiune dintre materialul granular si un material

geosintetic folosit ca armatura tinand seama de deformabilitatea celor doua materiale - 31 -


in contact, informatii utile pentru dimensionare si proiectarea unor solutii ingineresti

specifice.

Observatiile si concluziile obtinute pe parcursul derularii cercetarilor au fost

validate prin comparatii cu date din literatura de specialitate.

7.2. Contributii personale:

• Punerea in functiune si recalibrarea aparatului LG-116, unic pe plan

national

• Conceperea si redactarea unei proceduri a testului de forfecare la scara mare,

in cutie cu dimensiuni 30x30cm

• Realizarea unui numar mare de incercari de forfecare directa pentru punerea

in evidenta a interactiunii pamant - armatura geosintetica cu deformatiile din planul

de contact

• Obtinerea curbelor de interactiune pe diferite tipuri de pamanturi si

geosintetice, pentru o gama mare de deformatii (δ=80mm corespunzator ε=20%)

• Confirmarea aparitiei unei coeziuni aparente si a unei adeziuni la forfecarea

pamaturilor necoezive nearmate si armate, si justificarea lor

• Aplicarea principiului omogenizarii masivelor de pamant armat pentru

stabilirea parametrilor de interactiune pe domeniu deformatii lor compatibile ambelor

materiale.

• Detalierea interactiunii pamant-geosintetic pana la deformatii de δ=6mm

corespunzator ε=2%

• Obtinerea coeficientului de eficienta (frecare) α ca reflectare a mecanismului

de interactiune pamant-geosintetic pe domeniul de deformatii mici (ε=2%) in scopul

utilizarii la proiectarea lucrarilor de pamant armat

• Punerea in evidenta a influentei marimii particulelor de pamant in valorile

parametrilor rezistentei la forfecare, respectiv a coeficientului de eficienta - frecare

• Comparatie pe baza coeficientilor de frecare intre diferitele tipuri de

materiale geosintetice utilizate ca armaturi

• Validarea si confirmarea rezultatelor obtinute prin comparatii cu date foarte

noi din literatura de specialitate (Bratislava -2010).

- 32 -


Bibliografie

a) Publicatii stiintifice

[01] (2010) Reza Ziaie Moayed, Moeen Nazari. Effect of geosynthetic inclusion

on bearing ratio of two layered soil. Bratislava Conference;

[02] (2010) Reza Ziaie Moayed, Mehrad Kamalzare. Influence of geosynthetic

reinforcement of shear strength characteristics of two layer subgrade.

Bratislava Conference;

[03] (2008) Chia-Nan Lin, Yu-Hsien Ho, Jian-WennHuang. Large scale direct

shear tests of soil/PET-yarn geogrid interfaces. Science Direct;

[04] (2007) A.Hosny Abdel Rahman, M.Abdel-Moniem Ibrahim, Alaa K.

Ashmawy. Utilization of a large-scale testing apparatus in investigating and

formulating the soil/geogrid interface characteristics in reinforced soil.

ISInet Publication;

[05] (2007) Manualul operatorului. Cutie de forecare de sarcina mare-

Versiunea 1.0. Durham Geo, USA;

[06] (2007) Masina de forfecare LG-116. Manual de operare-Versiunea 1.3.

Durham Geo, USA;

[07] (2006) A.Stanciu si I.Lungu. Fundatii. Bucuresti, Editura Tehnica;

[08] (2006) Julian Coronel. Friction interaction properties between geomaterials

and geosynthetics;

[09] (2003) S.Manea, L.Batali si H.Popa. Mecanica pamanturilor. Elemente de

teorie. Incercari de laborator. Exercitii. Bucuresti, Editura Conspress;

[10] (1999) A.Gazdaru, V.Feodorov, S.Manea si L.Batali. Geosinteticele in

constructii-Vol.2. Propietati, utilizari, elemente de calcul. Bucuresti, Editura

Academiei Romane;

[11] (1998) S. Manea. Evaluarea riscului de alunecare. Bucuresti, Editura

Conspress;

[12] (1998) S.Manea, I.Antonescu, V.Feodorov. Saltele geocelulare. Bucuresti,

U.T.C.B.;

[13] (1994) L.Kellner, A.Gazdaru si V.Feodorov. Geosinteticele in constructii-

Vol.1. Bucuresti, Editura Inedit;

[14] (1992) A.Silvan, S.Manea, L.Batali. Principiul omogenizarii. Bucuresti,

U.T.C.B.;

- 33 -


[15] (1987) Ennio Marques. The study of soil reinforcement interaction by means

of large scale laboratory tests., Magdalen College;

[16] (1980) P.Stefan. Pedologie. Bucuresti, Editura Ceres;

[17] (1978) I.Antonescu. Manual de laborator geotehnic. Bucuresti, Institutul de

Constructii Bucuresti, Catedra de Geotehnica si Fundatii;

[18] (1973) I. Manoliu. Fundatii si procedee de fundare. Bucuresti, Editura

Didactica si Pedagogica;

[19] (1973) N.Maior si M.Paunescu. Geotehnica si fundatii. Bucuresti, Editura

Didactica si Pedagogica;

[20] (1968) A.Caquot si J.Kerisel. Tratat de mecanica pamanturilor. Bucuresti,

Editura Tehnica;

[21] (1959) A.G.Worthing si.J.Geffner. Prelucrarea datelor experimentale.

Bucuresti, Editura Tehnica;

b) Norme tehnice

[22] (2009) P 134-95 Terasamente-Vol.1. Ghid pentru proiectarea lucrarilor ce

inglobeaza materiale geosintetice. Bucuresti, Editura matrix Rom;

[23] (2007) GP 093-06 Fundatii-Vol.5. Ghid privind proiectarea structurilor de

pamant armat cu materiale geosintetice si metalice. Bucuresti, Editura

matrix Rom;

[24] (2007) NP 075-2002 Fundatii-Vol.4. Normativ pentru utilizarea materialelor

geosintetice la lucrarile de constructii. Bucuresti, Editura matrix Rom;

[25] (2007) SR EN ISO 12957 Geosintetice. Determinarea caracteristicilor de

frecare. Incercarea de forfecare directa-Part.1 Bucuresti, ASRO;

[26] (2004) SR EN ISO 14688 Cercetari si incercari geotehnice. Identificarea si

clasificarea pamanturilor-Part.1 Bucuresti, ASRO;

[27] (2005) SR EN ISO 14688 Cercetari si incercari geotehnice. Identificarea si

clasificarea pamanturilor-Part.2 Bucuresti, ASRO;

[28] (2003) ASTM D3080-03 Standard test method for direct shear test of soils

under consolidated drained conditions;

[29] (2002) ASTM D5321-02 Standard test method for determining the

coefficient of soil and geosynthetic or geosynthetic and geosynthetic friction

by the direct shear method;

[30] (2002) ASTM D4873-02 Standard guide for identification, storage and

handling of geosynthetic rolls and samples; - 34 -


[31] (2002) D4439-02 Standard terminology for geosynthetics

[32] (1999) D4354-99 Sampling of geosynthetics for testing

[33] (1988) STAS 1243-88 Clasificarea si identificarea pamanturilor. Institutul

roman de standardizare;

[34] (1985) STAS 1913/5-85 Determinarea granulozitatii. Institutul roman de

standardizare;

[35] (1982) STAS 8942/2-82 Determinarea rezistentei pamanturilor la forfecare,

prin incercarea de forfecare directa. Institutul roman de standardizare..

- 35 -

Forfecari La Scara Mare

Documents

Transcript of Forfecari La Scara Mare