Lucrare de laborator Nr.1

Clasificarea Terasamentelor

Infrastructura căii este formată din totalitatea construcțiilor destinate pentru realizarea platformei căii și cuprinde:terasamene,poduri,podețe,viaducte,tunele,ziduri de sprijinetc.O linie de cale ferată este definită prin planul de situație,profilul în lung și prin profile transversale.

Profilul transversal este secțiunea normală pe axa longitudinalăa căii.Profilele transversale ale căii se iau în planuri verticale,deoarece axa longitudinală,avînd în înclinațiemică,poate fi considerată o linie orizontală.Profilele transversale cuprind toate amenajările situate între limitile de expropiere.Profilurile transversale de cale ferată se clasifică,în raport cu poziția platformei față de terenuș natural în:

profiluri transversale de rambleu; profiluri de debleu ; profiluri mixte;

În raport cu consecințele de proiectare și existență profilurile transversale se clasifică în profiluti tip și speciale.Profilurile tip avînd acelea care se aplică la terasamente executate din pământuri obișnuite în condiții curente și care în practică au dat rezultate bune.Profilurile speciale se aplică în următoarele cazuri:

terasamnete avînd înălțimi mari debleuri în terenuri cu straturi alterate terasamente în roci stăncoase terasamente dint pămînturi argiloase cu indice mare de plasticitate

terasamente în regiuni mlăștinoase,inundabile terasamente pe versanți cu înclinare mare peste 1/3 terasamente realizate în condiții speciale (execuție prin hidromecanizare,explozivi)

Profilul transversal trebuie conceput astfel încît să fie asigurată colectare și evacuare apelor de suprafață și totodată,cînd este cazul,să se țină seama de prezențe apelor subterane.Profilurile transversale tip sunt caracterizate prin următoarele elemente:

platforma căii; statul de repartiție; înclinarea taluzurilor; bermele și treptele de înfrățire; elementele de colectare și de îndepărtare apelor de suparafață;

Aspectele geologiceTerenul pe care se desfășoară traseul unui drum influențează stabilitatea amplasamentului,

metodele de construcție a terasamentelor, precum și costul construcției drumului, datorită structurii sale geologice, permeabilității la apă a diverselor straturi și caracteristicilor rocilor componente, în principal în raport cu apa. Ca urmare, la stabilirea amplasamentului trebuie să se aibă în vedere criterii (condiții, considerente) geologice, hidrogeologice și geotehnice.

Considerente geologice.

Acestea sunt hotărâtoare în cazul traseelor care se desfășoară pe versanți, unde se înregistrează frecvent fenomene de lunecare datorită prezenței straturilor de roci permeabile la apă, alternând cu straturi impermeabile, care constituie plane de alunecare. Astfel de terenuri se recunosc după aspectul exterior, caracterizat prin prezența ondulațiilor neregulate, a rupturilor sub formă de praguri, a arborilor înclinați, a izvoarelor, precum și a vegetației specifice, de culoare verde închis.

Prin construcția unui rambleu (fig. 4.3.1, a) componenta T paralelă cu versantul, a greutății acestuia poate să depășească forța de frecare F, a cărei valoare este minimă la nivelul patului impermeabil. Sporirea valorii forței F se poate obține prin evitarea infiltrării apelor de pe versant ca urmare a construcției unui șanț de gardă la baza rambleului.

Fig. 4.3.1. Lunecarea pe versanți.

In cazul profilurilor transversale mixte (fig. 4.3.1, b) și a celor în debleu, pierderea stabilității este favorizată de secționarea stratului geologic și sporirea infiltrării apelor din precipitații. Micșorarea

riscului de pierdere a stabilității se obține prin micșorarea volumelor de terasamente (scade forța T), prin drenarea apelor subterane și micșorarea cantității de apă infiltrată (crește forța F).

La amplasarea drumurilor pe terenuri stâncoase stabilitatea este influențată de mărimea unghiului de înclinare și de direcția straturilor geologice (fig. 4.3.2), dar și de caracteristicile rocii, ca de exemplu, prezența intercalațiilor de argilă. Există astfel amplasamente defavorabile stabilității (a), când se poate produce alunecarea straturilor și amplasamente favorabile (b).

In zone de munte se întâlnesc frecvent roci „mobile”, acestea constituind puncte sensibile pentru amplasarea drumurilor.

Intre acestea se diferențiază:- grohotişuri, care după gradul de mobilitate sunt: active, caracterizate prin mișcarea continuă a materialului pietros din alcătuire și ca urmare, lipsa vegetației; în curs de stingere, acoperite cu vegetație ierboasă și tufăriș; stinse, a căror suprafață este acoperită cu vegetație arborescentă. Se recomandă amplasarea drumului doar pe grohotișurile stinse și ocolirea pe la bază a celorlalte două tipuri.

- conuri de dejecţie (de evacuare) ale torenților, care din punctul de vedere al mobilității materialului din care sunt constituite se diferențiază în: conuri active, când albia torentului nu este stabilă, torentul „lucrând” pe toată suprafața conului; conuri de drenare, când albia torentului este stabilă, apa circulând în zona inferioară, „drenată” a conului. Amplasarea drumului depinde de importanța acestuia și se face: fie prin traversarea torentului în zona de vârf a conului de dejecție, când se impune executarea de lucrări de amenajare și regularizare a scurgerii; fie prin ocolirea torentului, drumul amplasându-se pe malul opus conului de dejecție.

Fig. 4.3.2. Stabilitatea amplasamentului pe terenuri stâncoase stratificate.

Considerente geotehnice, hidrogeologice şi hidrologice

Terenul pe care se desfășoară traseul,influențează stabilitatea amplasamentului, metodele de construcție a terasamentelor, precum și costul construcției drumului, datorită structurii sale geologice, permeabilității la apă a diverselor straturi și caracteristicilor rocilor componente, în principal în raport cu apa. Ca urmare, la stabilirea amplasamentului trebuie să se aibă în vedere criterii (condiții, considerente) geologice, hidrogeologice și geotehnice.

Considerente hidrogeologice

Este vorba de regimul apelor subterane care influențează atât stabilitatea terenului, favorizând apariția alunecărilor sau prăbușirilor datorită fenomenelor carstice, cât și comportarea în exploatare a structurii rutiere, înmuind pământul de fundare, datorită ascensiunii capilare și înghețului.

Apele subterane se întâlnesc sub următoarele forme:- straturi acvifere freatice, al căror nivel este influențat de precipitațiile atmosferice;- straturi acvifere de adâncime, acestea putând avea nivel liber sau nivel ascensional (artezian);- ape care circulă în roci fisurate;- izvoare.

Stabilirea regimului apelor subterane implică cunoașterea nivelului acestora (în corelație cu intensitatea precipitațiilor atmosferice), a direcției, vitezei și debitului scurgerii, a stratificației rocilor din vecinătatea stratului acvifer, precum și a compoziției chimice a apelor, acestea putând fi agresive față de rocile cu care vin în contact, pe care le dizolvă, producând fenomene carstice. Considerente geotehnice

Se referă la cunoașterea naturii și a caracteristicilor fizico-mecanice ale pământurilor și rocilor aflate pe amplasamentul drumului, acestea putând fi folosite în terasamente, cărora le determină forma, dimensiunile și metodele de punere în lucrare, precum și la construcția straturilor rutiere (în anumite condiții).

Considerente hidrologice

Acestea privesc regimul apelor de suprafață (cursuri de apă, lacuri, bălți, etc.), fiind necesare pentru stabilirea amplasamentului podurilor și podețelor, a deschiderii și înălțimii acestora, la fixarea liniei roșii în zone inundabile sau de băltire a apelor din precipitații, la stabilirea eventualelor lucrări de apărări de maluri și corecții de cursuri de apă, la stabilirea lucrărilor de consolidare a taluzurilor.

In cazul traseelor de drumuri amplasate de-a lungul sau transversal cursurilor de apă, elementele de ordin hidrologic necesare de cunoscut sunt: debitul maxim, nivelul apelor extraordinare (NAE) și după caz, înălțimea valurilor. Debitul maxim se stabilește prin prelucrarea statistică a datelor din observații pe perioade îndelungate, pentru un anumit grad de asigurare, exprimat prin probabilitatea (P, %) ca acesta să fie depășit în interval de 100 de ani. Valorile probabilității variază între 0,3% și 3,0%, în funcție de importanța drumului (național sau local), de durata de funcționare a construcției ( permanentă sau provizorie) și de condițiile de exploatare a construcției (condiții normale sau speciale). Pentru construcții permanente pe drumuri naționale, exploatate în condiții speciale, probabilitatea este de 0,3%, adică debitul respectiv va apărea o dată la 333 de ani.

Inălțimea valurilor se stabilește tot prin prelucrarea statistică a datelor din observații pe perioade îndelungate. Aceasta depinde în principal de viteza vântului astfel:- dacă viteza vântului este de 0,5...1,0 m/s se formează valuri capilare, având aspectul unei încrețiri ușoare a suprafeței apei;- dacă viteza vântului depășește 1,0 m/s se formează valuri caracterizate prin formă regulată, de lungimea de undă L și înălțimea H (fig. 4.4.1), denumite valuri de hulă (libere), care depind de: viteza vântului, durata de acțiune a vântului, suprafața luciului de apă pe care acționează vântul, adâncimea apei.

Fig. 4.4.1. Valuri de hulă.

La mal, se produce spargerea finală a valurilor, însoțită de ridicarea hr și coborârea hc (fig. 4.4.2). Inălțimea terasamentelor trebuie să depășească cu cel puțin 0,5m înălțimea hr de ridicare a valurilor.

Fig. 4.4.2. Ridicarea și coborârea valurilor la mal.

Valurile acționează asupra taluzurilor prin presiunile și vitezele dezvoltate la ridicare și coborâre, motiv pentru care acestea trebuie consolidate. Pentru dimensionarea consolidărilor se consideră presiunile dinamice, care apar la ridicarea valurilor și subpresiunile, de la fața inferioară a consolidării, care apar la retragerea valurilor. Subpresiunile trebuie anulate de greutatea consolidării.

Pământuri folosite în lucrări de terasamente

Există astăzi mai multe sisteme de clasificare a pămînturilor, considerate ca materiale pentru construcții rutiere.

Standardele , ținînd seama de necesitățile practice, împart pămînturile în patru grupe:

pămînturi nisipoase ;

pămînturi argiloase;

pietrișuri și bolovănișuri;

roci stîncoase.

Fiecare grupă posedă anumite proprietăți caracteristice.

Pămînturile nisipoase se caracterizează prin lipsă de coeziune și plasticitate, permeabilitate mare, precum și o compresibiîitate redusă sub sarcinile statice (crește la sarcini dinamice și la vibrații). Repartizează pe suprafață mare presiunile la care sînt supuse și sînt stabile pe taluzuri, în schimb, fiind necoezive, nu rezistă la acțiunea de eroziune a apei și a vîntului, din care cauză taluzurile trebuie protejate. Constituie un bun teren de fundație pentru terasamente, precum și un material bun pentru executarea terasamentelor în locurile cu condiții hidrologice nefavorabile (de exemplu: nivelul apelor subterane aproape de suprafață).

Pămînturile argiloase sînt plastice și prezintă variații de volum la variațiile de umiditate. Cînd procentul de apă depășește o anumită limită, argilele se înmoaie complet, devenind curgătoare. Argilele umede, cînd se usucă sau îngheață, crapă. Argilele fine sînt ușor spălate de apă la supra fața lor. Tasarea argilelor se desfășoară într-un timp cu atît mai îndelungat cu cît conținutul de apă este mai mare și cu cît permeabilitatea și posibilitățile de drenare sînt mai reduse.Aceste proprietăți fac ca pămînturile argiloase să fie puțin proprii executării rambleurilor.

Între pămînturile argiloase și nisipoase există foarte multe pămînturi cu o compoziție intermediară, care se întîlnesc frecvent în lucrările de terasamente. Cele mai bune din punct de vedere constructiv sînt nisipurile argiloase și argilele nisipoase cu un adaos de nisip de granulație mare. Celelalte argile nisipoase, care conțin particule din fracțiunea praf, curg ușor în cazul unui exces de apă. De asemenea, nu se recomandă pămînturile nisipoase prăfoase, care sînt slab legate și în cazul saturării cu apă își reduc mult stabilitatea, putînd da naștere la alunecări de taluzuri. Mai există o serie de pămînturi, cum sînt loessul și marnele (marnă este o rocă compusă dintr-un amestec de argilă şi carbonat de caliciu) ale căror proprietăți depind nu numai de mărimea granulelor, ci și de prezența unor adaosuri minerale și organice, precum și de structura lor.

Pietrişurile şi bolovănişurile sînt alcătuite din sfărîmături de roci necimentate, cu dimensiuni mai mari de 2 mm. Proprietățile lor fizico-mecanice variază cu conținutul fracțiunilor de nisip, pietriș și bolovani. Se întîlnesc sub formă de grohotișuri, morene, depuneri formate de rîuri și sînt foarte per-meabile datorită golurilor mari dintre granule. Amestecate cu un aglomerant de natură minerală și supuse la presiuni naturale puternice, prundișurile (rotunjite) formează conglomerate, iar grohotișurile (sfărîmături colțuroase) formează breccii (breccie este o rocă detrică cimentată constituită din fragmente mari (peste 1 cm) de roci de natură diferite. Pămînturile pietroase care nu conțin în golurile dintre granule prea multă argilă sau argilă nisipoasă, reprezintă un material bun pentru executarea rambleurilor, fiind stabile și schimbîndu-și relativ puțin proprietățile sub acțiunea umezirii. Dacă însă cantitățile de argilă sînt însemnate, ele devin nestabile în urma îmbibării cu apă, iar taluzurile executate cu acest pămînt devin, de asemenea, nestabile. Rocile stîncoase se prezintă sub formă stratificată sau nestratificată, mai mult sau mai puțin fisurate și cu diferite grade de alterare și rezistențe mecanice. În cazul unor calități mecanice corespunzătoare ele constituie terenuri bune de fundație pentru rambleuri și permit executarea de debleuri cu diferite înclinări de taluzuri. Piatra provenită din roci stîncoase se poate utiliza la executarea rambleurilor dacă nu este galivă și dacă are o rezistență mecanică ridicata. Asemenea rambleuri sînt stabile, insensibile la modificarea gradului de umiditate și rezistă bine la acțiunile apei curgătoare. Datorită permeabilității sînt folosite ca rambleuri filtrante, care asigură scurgerea apelor prin ele. Unele roci stîncoase ca marna, creta, șisturile argiloase, calcarele argiloase, nu pot fi folosite pentru executarea rambleurilor în locurile cu umiditate pronunțată, deoarece se înmoaie prin îmbibare cu apă, se fisurează treptat și provoacă deformarea terasarnentelor. Utilizarea lor presupune luarea de măsuri împotriva acțiunii apei atît în interiorul terasarnentelor, cît și la suprafața platformei drumului și a taluzurilor. Debleurile executate în astfel de roci sînt supuse surpărilor și alunecărilor, datorită alterării lor sub acțiunea factorilor atmosferici. Pe lîngă pămînturile descrise, care se întîlnesc frecvent în construcțiile de drumuri, mai trebuie amintit pămîntul vegetal, folosit la protejarea taluzurilor prin însămînțări și brăzduiri, precum și unele pămînturi prăfoase etc, care au o capacitate portantă foarte redusă și de aceea lucrările de terasamente pe aceste pămînturi sau cu aceste pămînturi necesită studii speciale. În afară de caracteristicile amintite, pentru organizarea lucrărilor, stabilirea necesarului de forță de muncă și utilaj, precum și pentru stabilirea celor mai corespunzătoare metode de lucru, este necesar să se cunoască rezistența pe care o opun pămînturile la săpare. Normele în vigoare clasifică în acest sens pămînturile în: uşoare, mijlocii, tari și foarte tari, iar rocile în: semidure, dure și foarte dure.

Un sistem de clasificare a pămînturilor, adoptat de A.A.S.H.O.(American Asociation of Stătes Highway Oficials) și folosit frecvent în S.U.A., este acela al indicelui de grupă, elaborat de S t e e 1 e.

Indicele de grupă, în funcție de care pot fi calificate calitățile portante ale unui pămînt, se determină cu relația:

Ig = 0,2 a + 0,005 a c + 0,01 b d, (5.2.1)

în care: a și b sînt coeficienți care exprimă granulozitatea pămîntului, depind de conținutul de elemente mai mici de 0,074 mm și variază între 0 și 40; c — coeficient care variază între 0 și 20 și depinde de limita superioară de plasticitate; d — coeficient care depinde de indicele de plasticitate al pămîntului și este cuprins, de asemenea, între 0 și 20. In funcție de mărimea indicelui de grupă, pămînturile, ca materiale pentru construcții rutiere, se califică astfel:

foarte bune...................... Ig ≤ 1;

bune..................................Ig = 2...4;

mediocre...........................Ig = 5 ... 9;

o — slabe ...............................Ig = 10 ... 20.

Indicele de grupă exprimă caracteristicile globale ale unui pămînt. Este utilizat și la dimensionarea sistemelor rutiere.

Traversarea cursurilor de ape curgătoare și a căilor de comunicațieLa traversarea cursurilor de ape curgătoare se proiectează și se construiesc poduriși podețe. În apropierea acestor lucrări de artă palnulde situație șiprofilul în lung a liniei trebuie astfel proiectat încît:să asigure scurgerea neîntrerupta a apelor,să elimine pericolul de inundare a terasamentelor și să asigure condițiile bune pentru construirea și exploatare liniei.