Infrastructura Drumurilor-curs 3

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

1

DRUMURI II: INFRASTRUCTURA DRUMURILOR

CURS 3

CARACTERISTICILE PĂMÂNTURILOR DIN TERASAMENTE

generalităţi, clasificarea pământurilor, identificare, indici fizici geotehnici compresibilitatea pământurilor – indice de capacitate portantă, coeficientul patului, modul de

deformaţie şi elasticitate -, rezistenţa la tăiere GENERALITĂŢI

Terasamentele reprezintă totalitatea lucrărilor de pământ executate în scopul realizării infrastructurii drumurilor, inclusiv stratul de formă. Materialul predominant în execuţia unui drum este pământul. Acesta necesită un studiu atent deoarece proprietăţile fizico-mecanice ale sale determină forma şi dimensiunile profilului transversal, sistemul de scurgere şi evacuare al apelor, procesul tehnologic de execuţie etc. Studiul pamântului este foarte important având în vedere si faptul ca drumul este o constructie ce se desfasoara pe zone întinse în ceea ce priveste lungimea sa si de aici rezulta caracteristici variate ale pamântului care este supus în permanenta variatiilor de temperatura si umiditate. Pământul reprezintă o acumulare de particule minerale solide şi este produs prin dezagregare fizică sau chimică a rocilor care pot conţine sau nu materii organice. Pământul este un corp complex, alcătuit din fragmente solide de natură mineralogică, de forme şi mărimi diferite, cuprinzând în golurile rămase apă şi aer sau doar apă. Este un sistem trifazic, comportarea pământului fiind dată de interacţiunea dintre faze. Raporturile dintre faze (solidă, lichidă şi gazoasă) sunt influenţate de acţiunea factorilor externi (solicitări, temperaturi etc.). Faza solida este alcatuit din scheletul mineral. Faza lichida este reprezentata de apa, iar faza gazoasa, de aer. Este posibil ca una din faze sa lipseasca. Daca lipseste faza lichida, pamântul este uscat iar daca toate golurile dintre granule sunt umplute cu apa, pamântul este saturat. În funtie de proportia în care intra cele trei faze în compozitia pamnântului, de marimea granulelor, de modul de asociere a elementelor componente rezulta diverse tipuri de pamânturi cu diverse caracateristici fizico-mecanice.


2

CARACTERISTICI FIZICO-MECANICE ALE PAMÂNTURILOR Pentru a putea folosi un pamânt fie ca teren de fundatie, fie ca material de constructie pentru terasamente sau ca masiv ce trebuie sprijinit si/sau consolidat, trebuie sa se cunoasca caracteristicile fizico-mecanice ale sale. Caracteristici fizice Deoarece pământul este un sistem dispers trifazic, el se caracterizează prin mai mulţi indici fizici:

Densitatea pamântului:

Vm

=ρ

unde m este masa pamântului umed V – volumul pamântului umed

Greutate volumica:

VG

=γ

unde G este greutatea pamântului umed V – volumul pamântului umed Putem avea: densitate sau greutate volumica in stare naturala (umiditate normala), densitate sau greutate volumica in stare saturata (când pamântul este saturat cu apa) sau densitate sau greutate volumica în stare uscata (când pamântul este uscat). Valoarea acestora depinde atât de volumul de goluri dintre particule cât şi de conţinutul în apă al pământului:

o greutatea / masa volumică a pământului în stare normală de umiditate, w:

)100

1()100

1( wnVG

Sw

w +−== γγ [kN/m3]

)100

1()100

1( wnV

MS

ww +−== ρρ [t/m3]

Aer

γw

ApaSolid

Stare parţial saturată (normală)


3

o greutatea / masa volumică a pământului în stare uscată:

Sdn γγ )

1001( −= [kN/m3]

Sdn ρρ )

1001( −= [t/m3]

γd

Aer

Solid

Stare uscată

o greutatea / masa volumică a pământului complet saturat:

wSsatnn γγγ

100)

1001( +−= [kN/m3]

wSsatnn ρρρ

100)

1001( +−= [t/m3]

Solid

Apa

γsat

Stare saturata

Porozitatea:

100tot

gol

VV

n = (%)

unde Vgol este volumul golurilor Vtot – volumul total al materialului

Indicele porilor:

S

gol

VV

e =

unde Vgol este volumul golurilor


4

VS - volumul particulelor solide Între cei doi indici există următoarele relaţii:

een+

=1

sau n

ne−

=1

totS VnV )1( −=

)1( eVV Stot +=

eVV tot

S +=

1

Capacitatea de îndesare este proprietatea pamânturilor nisipoase de a-si micsora volumul porilor prin rearanjarea particulelor solide:

min

minmax

eee

Ci−

=

unde emax este indicele porilor unui pamânt necoeziv în starea cea mai afânata emin – indicele porilor pamântului în starea cea mai îndesata Clasificarea nisipurilor dupa capacitatea de indesare:

- nisipuri cu capacitate de îndesare mica:Ci < 0.4 - nisipuri cu capacitate de îndesare mijlocie: Ci = 0.4 … 0.6 - nisipuri cu capacitate de îndesare mare: Ci > 0.6 Umiditatea:

100S

w

mm

w = (%)

unde mw este masa apei continuta în porii unei cantitati de pamânt mS – masa particulelor solide

Permeabilitatea este proprietatea unor pamânturi de a permite circulatia apei libere printre golurile particulelor solide sub actiunea câmpului gravitational.

Ivk =

unde k este coeficientul de permeabilitate (cm/s) v – viteza de infiltrare a apei in pamânt (cm/s) I – gradientul hidraulic (%)


5

Identificarea pământurilor se face baza caracteristicilor sale, în funcţie de două mari categorii de elemente semnificative: - granulozitate - plasticitate Această caracterizare este una subiectivă deoarece nu ia în considerare şi starea pământului. În concluzie, pentru aprecierea pământurilor trebuie precizate: natura pământului şi starea sa fizică (umiditate, îndesare etc.).

Granulozitatea reprezintă repartiţia, în procente din greutatea totală, a materialului uscat, a diferitelor fracţiuni granulare. Fracţiunea granulară este grupa de fragmente solide cuprinsă între două limite. Pământurile se denumesc în funcţie de dimensiunea (fracţiunea) principală, dar se amintesc şi celelalte caracteristici (de exemplu PNA = praf nisipos argilos). Clasificarea pământurilor, după mărimea particulelor constituente, este următoarea:

o blocuri.................. peste 200 mm o bolovăniş ............. 70 – 200 mm o pietriş ................... 2 – 70 mm

mare ..................... 20 – 70 mm mic ...................... 2 – 20 mm

o nisip ..................... 0.05 – 2 mm mare ..................... 0.5 – 2 mm mijlociu ............... 0.25 – 0.5 mm fin ........................ 0.05 – 0.25 mm

o praf ...................... 0.005 – 0.05 mm o argilă .................... sub 0.005 mm

Pentru determinarea granulozităţii pământului, în laborator se face analiza granulometrică, prin cernere pe ciururi şi site cu ochiuri pătrate sau prin sedimentare. Astfel rezultă curba granulometrică (reprezentare grafică a compoziţiei granulometrice). Reprezentarea grafică a compoziţiei granumoletrice a pământurilor se face şi prin diagrama ternară. Această reprezentare este avantajoasă pentru compararea pământurilor.


6

Curba granulometrică


7

Diagrama ternara

100

0 100

01000

Praf

ArgilaNisip

25

45

25

Diagrama ternară: Nisip:25%, Praf: 25%, Argilă: 45%

Dupa cum predomina fractiunea argila sau fractiunea nisip avem urmatoarele categorii de pamanturi:

- argila grasa: contine minim 60% fractiune argila, restul praf si foarte putin nisip


8

- argila: contine 30% ... 60% fractiune argila, restul praf si foarte putin nisip - argila nisipoasa: contine 30% ... 50% fractiune argila, restul nisip si foarte

putin praf - lut: contine 20% ... 30% fractiune argila, restul nisip si foarte putin praf - nisip argilos: contine 10% ... 20% fractiune argila, restul nisip si foarte putin

praf - nisip fin: contine sub 10% fractiune argila

Pe baza curbei granulometrice se poate aprecia cât de uniform sau neuniform este un pământ, cu ajutorul coeficientului sau gradului de neuniformitate, Un:

treceri, %

d60d10

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

d, mm210.50.20.10.020.0050.001

Gradul de neuniformitate

10

60

ddU n =

unde d60 este diametrul particulelor de pământ corespunzător procentului de 60 %;

d10 - diametrul particulelor de pământ corespunzător procentului de 10 %.

Clasificarea pământurilor, din punct de vedere al gradului de neuniformitate, este următoarea:

- pământuri foarte uniforme .......... Un < 5 - uniforme ..................................... 5 < Un < 15 - neuniforme ................................ Un > 15

Cu cât un pământ este mai uniform cu atât curba sa granulometrică este mai apropiată de verticală. Un pământ bun pentru lucrările de terasamente trebuie să aibă Un ≥ 7.


9

Pamânturile îsi maresc volumul (se înfoiaza) prin sapare: gradul de porozitate creste iar greutatea specifica aparenta scade. Cu timpul, sub actiunea greutatii proprii, a intemperiilor etc., pamânturile se taseaza, se îndeasa, porozitatea scade, iar greutatea specifica aparenta creste. Astfel, pamânturile sapate se compacteaza în mod natural. Dar pot fi compactate si în mod artificial într-un timp mult mai scurt. Între gradul de compactare obtinut pe cale naturala si cel obtinut pe cale artificiala ramâne o diferenta numita înfoiere remanenta. De aceasta înfoiere se tine seama la asezarea liniei rosii, la fixarea dimensiunilor initiale ale rambleelor, la transportul pamântului sapat etc. Înfoierea este inversul fenomenului de tasare.

Categoria pamânturilor Înfoierea initiala % Înfoierea remanenta, %

Pamânturi nisipoase 15 3

Nisipuri argiloase 20 4

Argile nisipoase 25 5

Argile compacte 30 7

Roci masive moi 40 15

Roci masive compacte tari 50 25

Plasticitatea este proprietatea pământului de a se comporta, într-un anumit

domeniu de umidităţi, ca un corp plastic. Pentru umidităţi reduse pământurile au proprietăţile unui corp tare. Pe măsură ce umiditatea creşte, ele devin plastice, adică suferă deformaţii permanente sub sarcini constante fără modificarea volumului, apoi curgătoare, adică se deformează sub propria lor greutate, tinzând să capete o suprafaţă superioară apropiată de un plan orizontal. Umidităţile care definesc domeniul în care pământul se comportă ca un corp plastic se numesc limite de plasticitate. Limita inferioară de plasticitate sau limita de frământare, wP, este umiditatea care corespunde trecerii pământului din stare solidă în stare plastică. Limita superioară de plasticitate sau limita de curgere, wL, este umiditatea care corespunde trecerii pământului din stare plastică în stare curgătoare. Caracterizarea unui pământ din punct de vedere al plasticităţii se face prin indicele de plasticitate, IP, care reprezintă intervalul de umiditate în care pământul se află în stare plastică :

PLP wwI −= [%]


10

Indicele de plasticitate

Pământurile se clasifică din punct de vedere al plasticităţii, după cum urmează:

- neplastice, IP = 0 %; - cu plasticitate redusă, IP ≤ 10 %; - cu plasticitate mijlocie, IP = 11 % ... 20 %; - cu plasticitate mare, IP = 21 % ... 35 %; - cu plasticitate foarte mare, IP > 35 %.

Pentru lucrările de terasamente se recomandă pământuri cu IP ≤ 30% şi wL ≤ 60%. În funcţie de granulozitate şi plasticitate, pământurile coezive se clasifică conform tabelului de mai jos.

Tabelul 4.1 Fracţiunea granulară

Argilă (< 0.005

mm)

Praf (0.005 ... 0.05

mm)

Nisip (0.05 ... 2 mm) Nr.

crt. Pământuri coezive Indice de

plasticitate Ip

Conţinut procentual 1 Argilă grasă >35 > 60 Variabil

2 Argilă 25..60 35..60 Mai puţin decât argilă < 30

3 Argilă prăfoasă 15..35 30..50 Mai mult decât argilă

Mai puţin decât praf

4 Argilă nisipoasă 15..35 30..60 Mai puţin decât argilă > 30

5 Argilă prăfoasă nisipoasă 15..25 30..35 Mai mult decât

argilă > 30

6 Praf argilos 10..25 15..30 Mai mult decât nisip < 30

7 Praf nisipos argilos 5..20 15..30 Mai mult decât nisip > 30

8 Praf 5..15 0..15 Mai mult decât argilă < 30

9 Praf nisipos 0..10 0..15 Mai mult decât nisip > 30

10 Nisip argilos 5..20 15..30 Mai puţin decât nisip

Mai mult decât praf

11 Nisip prăfos 0..10 0..15 Mai puţin decât nisip

Mai mult decât praf

wP wL

IP

w, %


11

Starea de consistenţă a pământurilor Starea fizică a pământurilor coezive depinde de conţinutul lor în apă. Aceasta se numeşte stare de consistenţă şi se exprimă cantitativ prin indicele de consistenţă, Ic:

P

Lc I

wwI −= [%]

unde: wL este limita de curgere, %; w – umiditatea naturală, %; Ip – indicele de plasticitate, %. Conform STAS 1243, clasificarea pământurilor după indicele de consistenţă este următoarea:

- curgătoare, Ic = 0 %; - plastic curgătoare, Ic = 0.1 % ... 0.25 %; - plastic moale, Ic = 0.26 % ... 0.50 %; - plastic consistentă, Ic = 0.51 % ... 0.75 %; - plastic vârtoasă, Ic = 0.76 ... 0.99 %; - tare, Ic = 1 % (aceasta se întâmplă pentru w = wL).

Pentru lucrările de terasamente se recomandă pământuri cu Ic > 0.50 %. Aprecierea stării de consistenţă a pământurilor coezive pe baza indicelui de consistenţă Ic poate fi uneori eronată (când se frământă pamântul pentru determinarea limitelor de plasticitate se pot distruge legăturile de cimentare dintre particule). Pentru a preveni această situaţie este indicată aprecierea stării de consistenţă şi cu metode nedistructive (de exemplu, penetrarea).

PROPRIETĂŢILE MECANICE ALE PĂMÂNTURILOR Compresibilitatea pământurilor este proprietatea pământurilor de a se deforma sub acţiunea unor solicitări de compresiune, devenind mai îndesate. Un pământ, chiar dacă este saturat, nu este caracterizat numai prin umiditate. La o umiditate dată, există o infinitate de stări posibile în funcţie de volumul de aer conţinut în pământ, fiecare stare fiind definită de densitatea în stare uscată (ρd). Se consideră că un pământ nesaturat poate fi compactat dacă se poate elimina aerul (umiditatea rămâne constantă, dar creşte ρd).

Dacă există posibilitatea de a se elimina şi apa, procesul se numeşte consolidare (creşte ρd şi se micşorează umiditatea). Consolidarea este un proces de desfăşurare în timp, sub încărcare constantă, a deformaţiilor pământului. Consolidarea reprezintă un proces caracteristic argilelor care au o permeabilitate foarte scăzută. La nisipuri nu se pune problema consolidării deoarece, datorită permeabilităţii lor


12

mari, apa este expulzată din pori, practic odată cu aplicarea încărcării, dând posibilitatea particulelor să ocupe poziţia corespunzătoare noii stări de îndesare. În problemele de construcţii interesează în general deformarea pe verticală, numită tasare. Compresibilitatea se studiază în laborator cu ajutorul edometrului prin urmărirea tasărilor şi evoluţia acestora în timp sub efectul unor încărcări axiale aplicate în trepte, în condiţiile deformărilor laterale împiedicate.

microcomparator

dispozitiv de incarcare

placa rigida

proba de pamant cilindrica

pietre poroase

Edometru pentru studiul compresibilităţii pământurilor

Încercarea de laborator cu edometrul se face pe probe cilindrice de pământ cu diametrul 7-10 cm şi înălţimea 2-4 cm, aplicându-se încărcarea pe faţa superioară a probei şi măsurându-se tasarea (deformaţia pe varticală a probei) la microcomparator. Sub încărcarea aplicată se observă modul de consolidare al probelor de pământ:

- la început tasarea se produce repede - cu timpul tasarea este din ce în ce mai mică până se opreşte.

Se pot realiza două tipuri de încercări: - încercarea de compresiune – tasare: se stabilişte relaţia tensiune –

tasare şi se determină modulul de deformaţie edometric (modul de compresibilitate), M, pentru intervalul de presiuni 2 ... 3 daN/cm2:

23

100

== −=

ΔΔ

=pp

pMεεε

[daN/cm2]

sau se exprimă prin curba de compresiune – porozitate, stabilindu-se coeficientul de compresibilitate, av (raport între variaţia indicelui porilor şi variaţia corespunzătoare a tensiunii de compresiune) pentru acelaşi interval al presiunilor 2 ... 3 daN/cm2:


13

12

12

ppee

peav −

−=

ΔΔ

= [cm2/daN]

Curba compresiune – tasare se execută pentru construcţiile la care este necesară stabilirea tasărilor probabile.

Deformabilitatea pământului se mai poate exprima şi prin modulul de tasare (εΔp [cm/m]), care este valoarea deformaţiei specifice corespunzătoare unui spor de compresiune dat. Pentru o încărcare de 2daN/cm2 pământurile se împart din punct de vedere al compresibilităţii, după cum urmează:

- pământuri foarte compresibile, εΔp > 10cm/m

- pământuri compresibile, εΔp = 10 ... 1 cm/m

- pământuri puţin compresibile, εΔp = 1 ... 0,1 cm/m

- pământuri necompresibile, εΔp < 0,1 cm/m

Curba de compresiune - tasare

Curba de compresiune – porozitate

presiunea, p p2p1

e2

e1

porozitatea, e

încărcare

descărcare

presiunea, pp2p1

εp2

εp1

2 3

tasarea ε,%

încărcare

descărcare


14

- încercarea de compresiune – consolidare: constă în stabilirea relaţiei

tensiune – tasare – timp şi se execută pe pământuri argiloase saturate, pentru acele construcţii la care interesează precizarea duratei de stabilizare a tasărilor.

Pentru studiul consolidării cu ajutorul edometrului se procedează astfel: pentru aceeaşi treaptă de încărcare se înregistrează deformaţiile la diferite intervale de timp [(ΔH)t1; [(ΔH)t2; ...; [(ΔH)tfinal].

Gradul de consolidare corespunzător timpul t se determină astfel:

100)()(

final

t

HHU

ΔΔ

=

Se desenează curba de consolidare ca variaţie în timp a gradului de consolidare.

Curba de consolidare a pământurilor prin tasare

Se observa în figura de mai sus ca la nisipuri timpul de consolidare este foarte mic, deoarece evacuarea apei din pori este rapida. În prafuri si argile, din cauza permeabilitatii lor reduse, timpul de consolidare este mult mai mare, tasarile producându-se în timp îndelungat.

Parametri de calcul În practică, relaţia dintre încărcări şi deformaţiile corespunzătoare ale pământului se apreciează pe baza unor parametrii care stau la baza dimensionării elementelor de construcţie (de exemplu, suprastructura drumurilor). Aceşti parametri sunt prezentaţi în cele ce urmează.

timp, ore 4824

1.0

0.6

grad de consolidare, U

argilăpraf (pământ)

nisip Argilă prafoasa


15

a) Indicele de capacitate portantă, ICP sau CBR (Californian Bearing Ratio) reprezintă rezistenţa pe care o opune un pământ la pătrunderea unui dorn standardizat. Se calculează ca raport între presiunea, p necesară pătrunderii unui dorn cu diametrul de 50 mm pe o anumită adâncime în materialul care se studiază şi presiunea, p0 necesară pătrunderii dornului în aceleaşi condiţii, într-un material etalon (piatră spartă, p0 = 70 daN/cm2):

0

100ppICPCBR == [%]

Curba C.B.R.

Valori C.B.R. determinate în laborator pe diverse materiale sunt după cum urmează:

- macadam ................................. 90 – 150% - piatră spartă nesorată .............. 80 – 120 % - pietriş ....................................... 40 – 80 % - nisip argilos .............................. 25 – 40 % - argilă nisipoasă ........................ 5 – 15 % - argilă plastică ........................... 1 – 5 %

Pentru a fi bun de utilizat în lucrări de terasamente, un pământ trebuie să aibă C.B.R.min = 20 ... 40 %.

b) Modulul de reacţie sau coeficientul patului, K, este raportul între presiunea „p”

exercitată pe suprafaţa pământului prin intermediul unei plăci rigide cu diametrul D = 75 cm şi tasarea corespunzătoare „t”:

presiunea, pp0p

h

adâncimea h, mm

material standard

material analizat


16

tpK = [daN/cm3]

Schema de determinare a modulului de reactie Se determină fie direct pe teren (cu placa de încărcare), fie indirect, prin relaţii de legătură cu alţi parametri ce caracterizează deformabilitatea pământurilor.

- pentru placa cu D = 75 cm: p = 0.7 daN/cm2. Se mentine aceasta presiune pâna când deformatia înceteaza sa mai creasca sau creste cu mai putin de 5/100 mm/min:

)()/(7.0 2

cmtcmdaNk = (daN/cm3)

- pentru placa cu D = 75 cm: se aplica presiunea p uniform distribuita pâna când se atinge tasarea admisibila sub placa de 1.27 cm:

27.1pk = (daN/cm3)

Valoarea lui „K” depinde de calităţile elastice ale pământului, de dimensiunile şi de forma suprafeţei de încărcare, de structura şi starea de compactare a pământului.

35

+=CBRk

c) Modulul de deformaţie, Ed este raportul între presiunea „p” transmisă pe teren de

placa de încărcare şi tasarea relativă „λ” a suprafeţei încărcate, multiplicat cu un coeficient „α” care variază în funcţie de forma în plan, rigiditatea plăcii de încărcare şi natura pământului cercetat:

DlppEd α

λα == [daN/cm2]

unde: D este diametrul plăcii de încărcare, [cm] l – tasarea reală, [cm]


17

Modulul de deformaţie

Modulul de deformaţie se determină pe teren sau în laborator. Încercarea pe teren consta în aplicarea unor încarcari verticale în trepte, pe o placa rigida (din metal sau beton armat) asezata pe suprafata de încercat şi masurarea tasarilor dupa fiecare treapta. Fiecare treapta se mentine pâna la stabilizarea tasarii (Δs < 0.05 mm în 5 minute). Încercarea se opreste dupa obtinerea unei deformatii relative efective s’ > s relativ de calcul:

dss ='

unde s este tasarea medie d – diametrul placii de încarcare Deformatia relativa de calcul se adopta diferit daca încercarea se face la nivelul patului drumului sau la suprafata îmbracamintii, pentru drumuri; pentru cai ferate aceasta valoare se precizeaza în tema de cercetare. Se construieste diagrama presiune – deformatie relativa efectiva:

p

(presiunea)

λ (tasarea relativă)

p2p1

λ2

λ1


18

's

pEd = în mediu semiinfinit, omogen si izotrop

'spEd

⋅=

α în mediu stratificat sau complex rutier

α = 1.20 pentru un mediu alcatuit din doua straturi

α = 1.57 pentru un mediu alcatuit din mai multe straturi s’ sunt valorile deformatiei relative de calcul:

Tipul de sistem rutier Deformatia relativa de calcul

S.R.Nerigide cu îmbracaminti permanente 0.010

S.R.Nerigide cu îmbracaminti semipermanente sau grosimea totala mai mica decât diametrul cercului echivalent de contact al suprafetei pneurilor autovehiculului de calcul

0.020

S.R.Nerigide cu îmbracaminti provizorii 0.030

S.R.Rigide 0.001

Tipul îmbracamintii Deformatia relativa de calcul

Îmbracaminti bituminoase în doua straturi

Straturi de uzura asfaltice pe binder, executate la cald cu bitumuri de petrol cu penetratie de 80..120 (1/10 mm) si mai scazute

0.035

Permanente Straturi de uzura asfaltice pe binder, executate la cald cu nisipuri bituminoase, cu bitumuri de petrol cu penetratia peste 120 (1/10 mm) sau cu bitumuri taiate, precum si pavaje cu pavele normale, abnorme sau din calupuri

0.038

Covoare bituminoase executate la rece, mortare asfaltice, macadamuri asfaltice 0.040

Semipermanente Covoare bituminoase executate din mixturi bituminoase 0.045

Macadam protejat cu tratamente superficiale precum si pavaje de bitum sau din piatra bruta

0.050

Macadam simplu 0.050 Provizorii

Impietruiri din balast sau pietris 0.060


19

Încercarea în laborator este asemanatoare celei pe teren cu deosebirea ca încarcarea în trepte se aplica prin intermediul unei stampe de anumite dimensiuni, pe probe netulburate sau tulburate.

1a – forma metalica 2 – stampa de încarcare 3 – comparatoare 4 – placute metalice si pârghii 5 – presa pârghie Se compacteazala acelasi grad de compactare (98%), trei probe cilindrice din pamânt pregatit conform STAS 2914/4-89. Se aplica stampa pe suprafata libera, nivelata, a probei din forma cilindrica a aparatului. Se fixeaza microcomparatoarele pentru masurarea deplasarilor pe verticala a stampei. Se încarca stampa cu presa-pârghie prin adaugarea treptata de greutati pe platanul pârghiei tinând seama ca raportul dintre acestea si încarcarea transmisa este de 1/10. Se mentine fiecare treapta de încarcare pâna când deplasarea verticala a stampei practic înceteaza (comparatoarele înregistreaza maximum 0.03 mm în 5 minute). Se înregistreaza deplasarile pe verticala, s1, s2 într-un tabel:


20

Dupa stabilizarea deformatiei sub încarcarea anterioara se incarca platanul pârghiei cu treapta urmatoare astfel încât sa se asigure sporul de presiune de:

- 25 ... 50 kPa pentru pamânturi argiloase în stare de consistenta tare, plastic vârtoasa sau plastic consistenta si nisipuri îndesate sau cu îndesare mijlocie

- 5 ... 10 kPa pentru pamânturi argiloase în stare de consistenta plastic moale sau plastic curgatoare si nisipuri afânate

La încercarea pamânturilor necoezive pe suprafata probei se pun greutati inelare care sa asigure o presiune suplimentara în jurul stampei de 5 kPa.


21

Sporurile de presiune se aleg astfel încât sa se atinga deformatia relativa s’ de 0.03 dupa 3 – 4 trepte de încarcare. La atingerea deformatiei relative s’ = 0.03 încarcarea se opreste. Încercarea continua pe suprafata interioara a probei. Dupa efectuarea încercarilor se determina umiditatea reala a pamântului încercat luând câte o proba de pamânt din dreptul stampei, de la adâncimea de 4 cm fata de ultima suprafata încercata. Se calculeaza deformatiile efective s’ corespunzatoare fiecarei trepte de încarcare. Cu datele obtinute se construieste diagrama presiune-deformatii relative efective si se calculeaza modulele de deformatie liniara corespunzatoare umiditatii cerute si gradului de compactare de 98%.

Modulul de deformaţie Ed prin încercări directe pe teren se determină pentru:


22

- stabilirea sau precizarea valorilor de calcul ale Ed pe terenul de fundaţie

- verificarea prin încercări directe în timpul execuţiei, a Ed pentru terenul de fundaţie

- verificarea capacităţii portante a unei structuri rutiere - verificarea în timpul execuţiei a lui Ed echivalent la nivelul unui strat

rutier sau pentru întregul complex rutier Modulul de deformaţie prin încercări de laborator se determină pentru:

- precizarea valorilor de calcul ale Ed când se cunosc valorile de calcul ale umidităţii şi gradul de compactare

- compararea deformabilităţii diferitelor tipuri de pământuri şi materiale

- stabilirea variaţiei Ed în funcţie de grad de compactare, umiditate, temperatură, viteză de încărcare

CBREd 14≅

d) Modulul de elasticitate, E este limita raportului dintre variaţia presiunii aplicate pe placa de diametru D şi deformaţia elastică corespunzătoare, Δl:

DlpE

ΔΔ

= lim [daN/cm2]

Deformaţia elastică se determină pe baza curbei de revenire a diagramei compresiune-tasare, la cicluri de încărcare-descărcare.

Modulul de elasticitate

s, cm (tasarea)

p2p1

s2

s1

p3

p, daN/cm2

(presiunea)

s3

Tasarea

l1

l3

l2


23

Rezistenţa la tăiere condiţionează stabilitatea pământurilor sub acţiunea diferitelor tipuri de solicitări. Când aceasta se depăşeşte, se produce ruperea, formându-se o suprafaţă de rupere. Cunoaşterea rezistenţei la tăiere a pământurilor este necesară pentru studiul stabilităţii taluzurilor, a împingerii pământului asupra lucrărilor de sprijinire etc. Rezistenţa la tăiere a pământului se exprimă prin relaţia:

ctg += ϕστ (dreapta caracteristică sau intrinsecă) LEGEA lui COULOMB

unde: τ este rezistenţa pământului la tăiere [daN/cm2]

σ – presiunea normală pe planul de tăiere [daN/cm2]

ϕ – unghiul de frecare internă c – coeziunea tăiere [daN/cm2]

Pentru pământurile argiloase ϕ = 0 ... 15o iar pentru pământurile nisipoase ϕ = 30 ... 40o. În cazul pamânturilor necoezive, rezistenta la taiere depinde de frecarea dintre particulele solide, iar unghiul de frecare interioara depinde de caracteristicile particulelor. În cazul pamânturilor coezive, rezistenta la taiere depinde de caracteristicile particulelor, de coeziune si de umiditate. Unghiul de frecare interioara depinde de marimea si forma particulelor solide, gradul de îndesare, umiditate. Coeziunea se datoreaza unor forte de legatura interioare dintre particulele pamântului exercitate prin intermediul apei adsorbite. Coeziunea argilelor variaza cu umiditatea si cu starea de îndesare.

Dreapta intrinsecă

c

ϕ

τ = σ tgϕ + c

τf

σ


24

Se studiază în laborator cu ajutorul aparatului pentru tăiere directă (forfecare

directă).

piston

proba de pamant

pietre poroaseplaci dintate

caseta metalica

Aparat pentru tăiere directă

Rezistenţa la tăiere rezultă şi din compresiune monoaxială (pentru pământurile argiloase) şi compresiune triaxială.

Felul pamântului Φ (grade) c (daN/cm2)

Nisipuri prafoase 22 .. 30 0

Nisipuri fine si mijlocii 23 .. 33 0

Nisipuri mari 31 .. 36 0 Prafuri si prafuri argiloase 18 .. 25 0.012 .. 0.060

Argile prafoase 12 .. 22 0.055 .. 0.180

Argile 6 .. 18 0.115 .. 0.325


25

Identificarea pământurilor a. Blocuri – bucăţi mari de stâncă, cu diametre peste 20 cm. îngrămădite

prin acţiunea torenţilor sau gheţarilor. b. Bolovănişuri sau pietrişuri – fragmente necimentate, cu dimensiuni peste

2 mm; uneori golurile pot fi umplute cu nisip sau argilă (aceasta influenţează rezistenţa stratului).

c. Nisipuri – granule colţuroase sau rotunjite cu diametrul cuprins între 0.05 mm şi 2 mm; porozitate redusă, fără coeziune, frecare internă mare;

- la solicitări statice au deformaţii mici; - la solicitări dinamice au deformaţii mari şi bruşte; - nisipurile mari şi mijlocii sunt foarte bune pentru fundare (nu

sunt influenţate de poziţia faţă de pânza de apă); - nisipurile fine pot fi antrenate de apă şi se transformă în

nisipuri curgătoare. d. Prafuri – cu diametrul cuprins între 0.005 şi 0.05 mm, prezintă oarecare

plasticitate şi coeziune (se comportă ca şi chitul); - amestecate cu apă se depun în aproximativ 30 minute; - au rezistenţe scăzute; - trebuie utilizate cu precauţii.

e. Argila – pământ cu un bogat conţinut de minerale secundare; - unsuroasă la pipăit, aderă de corpurile umede; - se frământă ca ceara iar uscată formează bulgări care se

sfărâmă greu; - are porozitate mare şi frecare internă mică; - calitătile mecanice sunt mult influenţate de apă.

f. Loessul – majoritatea particulelor sunt din fracţiunea „praf”; - prezintă pori foarte mari (vizibili cu ochiul liber =

macropori); - comportare foarte mult influenţată de apă. Când este uscat

este foarte bun dar când se umezeşte devine foarte rău, prezentând deformaţii mari.

g. Marna – pământ argilos, cu calcar uniform răspândit în masa de argilă; - reprezintă o trecere de la argilă la calcar; - denumirea este în funcţie de procentul de CaCO3 (argilă

marnoasă, marnă calcaroasă). h. Mâluri – argile prăfoase provenite din depuneri neconsolidate ale apelor

curgătoare sau lacurilor;


26

- uneori conţin nisip sau pietriş; - uscate, sunt tari şi cu crăpături; - au plasticitate mare.

i. Nămoluri – mâluri cu un conţinut de substanţe organice mai mare de 10%;

- au o structură spongioasă datorită gazelor care se degajă din descompunerea materiilor organice;

- se desfac uşor în apă; - prin uscare crapă în bucăţi poligonale.

În funcţie de forţa de atracţie dintre particulele solide, pământurile pot fi coezive şi necoezive. Dupa rezistenta opusa la sapare (de care trebuie sa tina seama la executarea lucrarilor de tersamente) pamânturile pot fi:

- pamânturi slabe: pot fi sapate cu orice utilaj terasier iar manual se sapa cu lopata si cazmaua; sunt argilele nisipoase, prafoase, nisipul argilos, zgura afânata, loessul (praf argilos, nisipos), pamântul vegetal pâna la adâncimea de 30 cm, turba, terenurile saraturoase si cele cu saratura de consistenta moale

- pamânturi mijlocii: pot fi sapate cu orice utilaj terasier iar manual se sapa cu cazmaua si partial cu tarnacopul; sunt argile marnoase, pietris, argila grasa amestecata cu piatra sparta sau pietris, balast marunt, pamânt vegetal cu radacini

- pamânturi tari: se pot sapa cu excavatorul, grederul elevator, draglina iar manual cu târnacopul si cu cazmaua; fac parte argila grasa compacta, argila grasa amestecat cu piatra sparta sau pietris, argila marnoasa compacta, pietris cu bolovanis, zgura de furnal nesfarâmata, pamânt amestecat cu bolovani

- pamânturi foarte tari: se pot sapa cu excavatorul si grederul elevator iar manual cu ranga, târnacopul, şpiţul, barosul (fara explozivi); fac parte argila grea compacta umeda, argila grasa sau argila nisipoasa grea si cu amestec de piatra sfarâmata, pietris, moloz îndesat, bolovani, pietris, balast compact, argila tare, pamânturi înghetate

Infrastructura Drumurilor-curs 3

Documents

Transcript of Infrastructura Drumurilor-curs 3