curs 4-tehnologii specifice

Caracteristici mecanice

Parametri de calcul (continuare)a) Indicele de capacitate portant, ICP sau CBRb) Modulul de reacie sau coeficientul patului, Kc) Modulul de deformaie, Ed d) Modulul de elasticitate, E

e) Coeficientul de compresibilitate MErezulta din incercarea cu placa LUKAS (VSS) in doua cicluri de incarcarestabileste caracteristica de portanta:

la nivelul partii superioare a terasamentului la nivelul inferior al stratului de forma (cand terasamentele sunt prevazute cu strat de forma)

este indicat pentru determinarea gradului de compactare al terasamentelor din pamanturi necoezive, materiale stancoase sau din deseuri industriale pentru care nu pot fi determinate in laborator caracteristicile de compactare

TEHNOLOGII SPECIFICE DE REALIZARE SI REABILITARE A STRAZILOR conf.dr.ing. Carmen RACANEL

e) Coeficientul de compresibilitate MEprincipiul incercarii:

se masoara tasarea terasamentului sub o placa circulara rigida supusa unei presiuni verticale ce creste treptat

placa LUKAS circulara: diametrul = 30 cm grosimea = 25 mm

Se incarca in doua cicluri:- ciclul I:

> se aplica o presiune de 0.2 bari si se fac citirile la microcomparatoare; media citirilor reprezinta zero relativ al tasarii verticale a placii> se ridica presiunea la 0.5 bari si se fac citirile pentru tasari> se continua cu trepte de incarcare de 0.5 bari pana la presiunea maxima de 4.5 bari

- se descarca placa pana la presiunea de 0 bari si se fac citiri ale tasarilor dupa stabilizare punctul de plecare pentru al doilea ciclu de incarcare


e) Coeficientul de compresibilitate ME- ciclul II:> se deruleaza la fel ca primul

- incercarea e considerata terminata dupa cea de-a doua descarcare pana la 0.02 bari si citirea se face dupa stabilizarea microcomparatoarelor

Pe baza rezultatelor masuratorilor se traseaza diagrama de incarcare (primul ciclu) descarcare si incarcare (al doilea ciclu):

Se calculeaza coeficientul de compresibilitate:

Unde: 30 este diametrul placii de incarcarep diferenta de presiune intre doua trepte de incarcare: 1 bar (intre 0.5 bari si 1.5 bari)s diferenta intre tasarile corespunzatoare treptelor respective de incarcare, pentru primul ciclu de incarcare (s1) si al doilea ciclu deincarcare (s2)

spM E = 30


e) Coeficientul de compresibilitate MESe calculeaza raportul m dintre coeficientii de compresibilitate

corespunzatori celui de-al doilea ciclu de incarcare (ME2) si primului ciclu de incarcare (ME1):

1

2

E

E

MM

m =


e) Coeficientul de compresibilitate ME

Interpretarea rezultatelor:ME1 caracterizeaza portanta atinsa prin compactare

ME1 trebuie sa fie mai mare sau egal cu criteriul impus; altfel se determina :

cand ME2 > ME1 pamantul nu a atins inca gradul de compactare maxim: compactarea trebuie continuata

cand ME2 ME1 pamantul a atins gradul de compactare maxim, o compactare suplimentare nu va mai aduce nimic; rezulta ca avem:

pamant de prosta calitatepamant pus in opera in conditii nefavorabileportanta straturilor de dedesubt (in special cea a

terenului de fundare) insuficienta.

1

2

E

E

MM

m =


n vederea micorrii sensibilitatii la variaiile de umiditate, pamnturile se mbunatatesc prin masuri speciale se modifica caracteristicile fizico-mecanice.

mbunatatirea se face pe o adncime de 30 ... 50 cm care se numeste strat de forma

Stratul de forma trebuie sa fie bine compactat si se dimensioneaza ca grosime

Grosimea minima constructiva este de 10 cm


Stratul de forma este stratul pe care se aseaza fundatia drumului si trebuie sa prezinte urmatoarele cerinte:

sa aiba o capacitate portanta ridicata si constanta pe toata suprafata indiferent de variatia umiditatii

sa constituie un strat corespunzator pentru circulatia autovehiculelor si a utilajelor de santier pe orice timp

sa aiba o suprafata plana, nedeformabila si fara denivelari

sa aiba o sensibilitate ct mai mica la actiunea apei si a nghetului


Grosimea stratului de forma variaza n functie de:

modul de constructie al profilului transversal (rambleu, debleu)

gradul de omogenitate a terenului de fundare

caracteristicile materialului din care se va realiza stratul

conditii climaterice

conditii de santier


Necesitatea adoptarii stratului de forma si solutia tehnica pentru alcatuirea acestuia depind de:

proprietatile terasamentelor si omogenitatea pamntului din fundatie

natura si caracteristicile stratului inferior de fundatie

procesul tehnologic si conditiile de executie


Metode de mbunatatire:

amestecarea pamntului necorespunzator cu adaosuri care sa-i asigure un schelet mineral rezistent si o coeziune corespunzatoare.

Amestecurile obtinute trebuie sa prezinte un indice de plasticitate dupa cum urmeaza:

Ip 3 % n regiuni foarte umedeIp = 4 ... 8 % n regiuni cu umiditate mijlocieIp = 9 ... 15 % n regiuni uscate si calde


Adaosuri pentru pamnturi argiloase:balast sau nisip localzgurasavuradeseuri de concasaredeseuri de la fabricile de caramidasfarmaturi din roci slabecenusa de termocentrala

Adaosuri pentru pamnturi necoezive:argila nisipoasa

stabilizarea pamnturilor: se actioneaza asupra particulelor argiloase din pamnturi care

sunt cele mai sensibile la variatiile de umiditate, fie pe cale fizica, fie pe cale chimica


Mijloace de stabilizare:

prelucrare termica

folosirea de substante higroscopice (retin apa si maresc coeziunea): clorura de calciu, clorura de sodiu (mai rar)

tratarea pamnturilor cu substante hidrofobizante: combinatii silico-organice, rasini sintetice

tratarea pamnturilor cu lianti (se mareste coeziunea, nu mai sunt influentate de variatiile de umiditate): minerali si bituminosi


Lianti minerali: varulcimentul

maresc capacitatea portanta si reduc sensibilitatea la umiditate.

- se utilizeaza:varul pentru pamnturi prafoasecimentul pentru pamnturi cu fractiunea argila redusacimentul si varul pentru pamnturi argiloase

Liantii bituminosi dau un grad de impermeabilizare ridicat.

Pamnturile foarte plastice, Ip = 30 ... 55 % si wL = 50 ... 90 % se stabilizeaza cu 15% cenusa si 3 % var.


- prin sapare, pamnturile se nfoiaza, si maresc volumul initial datorita cresterii volumului de goluri si n consecinta scade greutatea volumica

- pentru ca pamntul din corpul rambleului sa aiba o capacitate portanta sporita, terasamentele trebuie sa fie compactate artificial.


Procesul de compactare are loc dac pmntul este supus unor eforturi repetate (oc, treceri de vehicule, vibraii etc.) prin care se elimin o anumit cantitate de aer i ap liber i n urma cruia se mresc contactele dintre granule printr-o reaezare a acestora

Dac pmntul este foarte uscat, particulele solide nu se vor aduna; dac este prea moale, se va produce doar o deplasare a materialului, fr o tasare propriu-zis

Trebuie s existe deci o umiditate optim care va asigura o compactare maxim, n funcie de mijloacele mecanice folosite.

PROCTOR


n urma compactrii apar urmtoarele:

- greutatea volumic a pmntului crete, ceea ce conduce la o cretere a caracteristicilor mecanice (caracteristici intrinseci, modul de elasticitate, de deformaie);

- influena apei asupra pmntului scade;

- se evit tasarea ulterioar a terasamentelor i a straturilor rutiere.

Caracteristicile de compactare sunt:

- umiditatea optim de compactare, wopt;

- densitatea n stare uscat maxim, d max


Caracteristicile de compactare se stabilesc pentru un anumit lucru mecanic de compactare:

ncercarea Proctor normal, PN, cu L = 0.6 J/cm3;

se folosete pentru straturi de form i terasamente de drumuri, ci ferate, aeroporturi, locuri de parcare, platforme auto, diguri i baraje de pmnt pentru hidroamelioraii, mbuntirea terenului de fundare (conform STAS 1913/13-83);

ncercarea Proctor modificat, PM, cu L = 2.7 J/cm3;

se folosete pentru straturi de form, straturi de baz, straturi i substraturi de fundaie, situaii speciale.


Principiul metodei de determinare a caracteristicilor de compactare:

- se determin, prin ncercri de laborator, variaia densitii n stare uscat, d, a pmntului, n funcie de variaia umiditii, w, sub efectul unui lucru mecanic de compactare, L;

- ntr-un cilindru metalic de dimensiuni standard se introduce pmntul cu o aumit umiditate; pmntul este aezat n straturi succesive, fiecare strat fiind compactat cu un mai de mas standardizat ce cade de la o anumit nlime; numrul de lovituri ce se aplic fiecrui strat se calculeaz n funcie de datele de mai sus, din relaia:

J/cm3Aa

mghnL =


Dup terminarea compactrii se stabilete densitatea n stare umed a pmntului, w:

[t/m3]

unde Mw este masa pmntului, [t];V volumul pmntului, [m3].

Apoi se calculeaz, n funcie de umiditatea pmntului, densitatea n stare uscat, d:

[t/m3]

unde w este densitatea n stare umed a pmntului, [t/m3];w umiditatea prescris.

VMw

w =

1001 w

wd

+=


Caracteristicile de compactare n domeniul uscat pot fi luate n considerare numai dac d uscat max 0.95 d max

Domeniulumed

Domeniuluscatd max

d, [t/m3]

woptimw1 w2 w3 w4 w5 w, [%]wcr

uscatd max

wuscatoptim

I

II


Pentru controlul alurii curbei de compactare Proctor se traseaza curba de saturatie (II) folosind formula:

s

sd w

100

1+=


Principalii factori care influeneaz compactarea:

energia de compactare: influeneaz pn la un punct valoarea umiditii optime de compactare pentru un pmnt dat, n sensul c densitatea maxim n stare uscat d max crete pentru umiditi mai mici dect umiditatea optim de compactare, wopt;

E4

E3>E4

E2>E3>E4

E1>E2>E3>E4d max1

d, [t/m3]

woptim3woptim1 w, [%]woptim2 woptim4

d max2d max3d max4

umiditatea de saturaie 100%


Principalii factori care influeneaz compactarea:

natura pmntului: materialele neuniforme - cu granulozitate ntins pot fi aduse prin compactare la densiti foarte ridicate (de exemplu nisipurile argiloase sau nisipurile prfoase, la care d max poate fi mai mare de 2g/cm3); de asemenea, pmnturile nisipoase sau prfoase (inclusiv loessurile) se compacteaz bine (d max > 1.7 g/cm3); n schimb, pmnturle argiloase sunt greu de compactat, fac bulgri care se sfarm greu.

N

NP

NA

P

d, [t/m3]

255 w, [%]15

A

NA - nisip argilosNP nisip prfosN nisipP prafA - argil


2...52...6Balast

6...88...11Nisip

3...64...8Pietri

8...1111...14Nisip prfos

10...1313...16Nisip argilos

8...1211...16Praf nisipos

10...1213...16Praf

9...1212...16Praf argilos nisipos

10...1414...18Praf argilos

12...1416...18Argil prfoas nisipoas

10...1614...20Argil nisipoas

12...1716...22Argil prfoas

12...1816..23Argil

15...2020...25Argil gras

Umiditatea optim Proctor modificat, %

Umiditatea optim Proctor normal, %Denumirea pmntului


Controlul compactrii pmnturilor din corpul terasamentelor de drum se verific prin gradul de compactare prescris i prezint o importan deosebit n asigurarea capacitii portante a terasamentelor.

Gradul de compactare se obine ca raport ntre starea de ndesare a unui pmnt la un moment dat, d i starea de ndesare maxim d max obinut n laborator:

[%]

Pentru situaii concrete, pe teren se prescrie gradul de compactare care trebuie realizat la diferite adncimi ale terasamentelor; se stabilete prin mai multe ncercri relaia care exist ntre numrul de treceri (sau lovituri) ale utilajului care efectueaz compactarea i densitatea n stare uscat, d care trebuie obinut.

maxd

dk =

0.50k = 100%

k = 95 - 98%

k = 97 - 100%

k = 92 - 95%

1.50

1.00


Pentru realizarea gradului de compactare prescris, nainte de nceperea lucrarilor de compactare trebuie stabilite grosimile straturilor elementare de compactat si numarul necesar de treceri sau de lovituri peste aceeasi suprafata, n functie de caracteristicile utilajului folosit.

Grosimea stratului elementar compactat:

- pe o platforma consolidata si nivelata se aseaza placute P1, P2, .. din tabla metalica din 3...5 m n 3...5 m

- peste placute se asterne un strat din pamnt de latime egala cu latimea de lucru a utilajului de compactat sporita cu 50% si de grosimi hi diferite si cunoscute de la placuta la placuta

- se compacteaza cu un anumit numar de treceri ale utilajului si se masoara grosimea rezultata, hi

- se determina tasarea procentuala a fiecarui strat: 100100'

i

i

i

iii h

hhhht ==


Grosimea h a stratului de pamnt corespunzatoare tasarii procentuale maxime reprezinta grosimea optima de compactare a stratului de pamnt.


Numarul de treceri ale utilajului pe aceeasi suprafata:

- se asterne pamnt ntr-un strat de grosime h, determinat ca mai sus, pe o platforma consolidata

- se verifica grosimea stratului asternut

- se ncepe compactarea prin treceri repetate cu compactorul

- dupa fiecare trecere se masoara grosimea stratului obtinut

- se nregistreaza rezultatele ntr-un grafic, numarul de treceri n n functie de tasarea procentuala t


Dupa un anumit numar de treceri pamntul se compacteaza foarte putin. n acest moment se opreste compactarea si se determina gradul de compactare. Se compara gradul de compactare obtinut cu cel prescris. Daca corespunde, atunci numarul de treceri efectuat se considera satisfacator si se mentine procesul de compactare. Altfel, se continua compactarea pna se obtine gradul de compactare prescris.


100100100100n deblee pe adncimea de 30 cm sub patul drumului

1009490

1009792

1009792

10010095

n corpul rambleelor la adncimea (h) sub patul drumului:h 0.50 m0.5 < h 2.00 mh > 2.00 m

9390

9792

9592

10095

Primii 30 cm ai terenului natural de sub un rambleu cu nlimea h de:h 2.00 mh > 2.00 m

Gradul de compactare, %

mbrc-mini semi-permanente

mbrc-mini

permanente

mbrc-mini semi-

permanente

mbrc-mini

permanente

coezivenecoezive

Pmnturi

Zonele din terasament la care se prescrie gradul de compactare


Utilaje pentru compactarea terasamentelor

utilaje care actioneaza prin apasare:compactoare cu rulouri netedecompactoare cu pneuricompactoare tractate (tavalugi) cu rulouri cu crampoane

utilaje care actioneaza prin batere:maiuri mecanice usoare (portabile)maiuri mecanice grelemaiuri macara (cu cadere libera)

utilaje care actioneaza prin vibrare:compactoare vibratoareplaci vibratoare


Alegerea utilajului de compactare se face n functie de:

caracteristicile pamntului

gradul de compactare ce trebuie realizat

adaptarea la conditiile de lucru, pe santier n functie de conditiile climatice

Pamnturile coezive si mai putin coezive pot fi compactate cu masini care exercita o presiune statica (prin cilindrare) si cu masini de batatorit.

Pamnturile necoezive se compacteaza n general prin batatorire si vibrare.


Pamnturile fine argilele si prafurile se caracterizeaza prin permeabilitate redusa.

Prezinta o compactare diferita n prezenta apei fata de pamnturile grosiere.

Se utilizeaza pentru compactare compactoare cu rulouri metalice cu crampoane sau compactoare cu pneuri.

Pentru netezirea suprafetei (la sfarsitul zilei de lucru) se utilizeaza compactoare cu rulouri netede.


Nisipurile argiloase se compacteaza ca si argilele.

Nisipurile monogranulare sunt permeabile si insensibile la apa; sunt sensibile la decompactare, se compacteaza cu mare greutate.

Se folosesc compactoare vibratoare, dupa o prealabila compactare cu un utilaj usor, nevibrator.

Nisipurile cu granulozitate corespunzatoare pot fi compactate cu aproape orice fel de utilaj.

Pentru grosimi mici de strat se folosesc compactoare cu rulouri netede.


Balasturile argiloase reprezinta un material bun pentru constructia rambleelor.

Se folosesc compactoare cu pneuri (pentru grosimi de pna la 50 cm) sau compactoare vibratoare (pentru grosimi peste 50 cm).

Daca balastul contine un procent ridicat de argila si nu are granule mari, se potfolosi compactoare cu rulouri cu crampoane.

Balasturile cu granulozitate necorespunzatoare nu permit obtinerea unor straturi stabile, ceea ce duce de multe ori la deformarea structurii rutiere.

Se recomanda completarea curbei granulometrice cu material deficitar.

Se folosesc compactoare cu pneuri cu sarcina reglata astfel nct sa se evite pierderea stabilitatii materialului ce se compacteaza.

Pentru straturi subtiri de balast grosier se poate utiliza compactorul cu rulouri netede.


Balasturile cu granulozitate corespunzatoare se compacteaza tinnd seama de unghiul de frecare interna.

Pentru un unghi mic se folosesc compactoare cu pneuri grele iar pentru unghi mare se combina compactorul cu pneuri cu cel cu vibrare greu.

Materiale cu elemente foarte mari: elementele mari se vor sparge deoarece ridica probleme la compactare ntruct acestea pot sa se blocheze lasnd ntre ele goluri care determina o tasare inegala a rambleului si deformatii anormale.


n unele conditii de compactare pot aprea fenomene precum:

salteaua de cauciuc

decompactarea

efectul de nicovala

Salteaua de cauciuc: apare la compactarea unui pamnt fin argilos sau prafos, cu un continut ridicat de apa.

Dupa un numar relativ redus de treceri, pamntul se taseaza mult sub compactor, se creeaza valuri care avanseaza n fata rulourilor.

Dupa trecerea compactorului pamntul se reumfla, revine la forma initiala. Continuarea compactarii este ineficienta.

Ca remediu, se decapeaza pamntul din zona respectiva si se nlocuieste cu un material corespunzator sau se asteapta uscarea naturala sau artificiala (prin drenare) a pamntului si abia atunci se reia compactarea.


Decompactarea: apare n cazul pamnturilor cu granulozitate necorespunzatoare si cu granule rotunde.

Ele si pastreaza cu greu ndesarea obtinuta prin compactare,cel putin la suprafata.

Se cauta marirea unghiului de frecare interna prin concasarea materialului.

Efectul de nicovala: apare la compactarea unui pamnt asternut pe un suport rigid.

Se usureaza procesul de compactare.

Atunci cnd utilajul de compactare este corespunzator se pot obtine densitati n stare uscata ridicate cnd exista un suport rigid.


Metodele de control al compactrii (se mai numesc metode de santier) se folosesc n vederea obinerii rapide, n timpul executiei, a parametrilor de compactare obtinuti (densitate n stare uscata, d si umiditate, w):metode directe:

metoda penetraiei

metoda izotopilor radioactivi

- se aplic direct pe teren;

- sunt rapide furniznd rezultate imediate i prezentnd un cost redus;

- se utilizeaz mai ales ca metode comparative ntre zone cu compactri diferite;

- au dezavantajul c necesit curbe etalon n funcie de natura pmntului i de umiditatea acestuia pentru diferite grade de compactare.


Metoda cu penetrometru static (acul Proctor) const n presarea pe teren, n mod lent i continuu, a unei tije cu un dorn standardizat.

Se nregistreaz fora de apsare i se determin rezistena pmntului ca raport ntre fora de apsare, F i suprafaa dornului, S:

Metoda cu penetrometru static se recomand pentru pmnturi cu granulaie fin.

SFRp =


n metoda cu penetrometru dinamic se calculeaz rezistena pmntului la penetrarea cu o tija metalica standardizata pe care culiseaza un ciocan, prin aciune dinamic.

Gradul de compactare se verifica n functie de numarul de lovituri necesar patrunderii tijei n pamnt pe grosimea stratului care se compacteaza cu numarul de lovituri luat ca etalon pentru gradul de compactare dorit.

Daca tija patrunde pe un alt strat pentru acelasi numar de lovituri, atunci straturile au acelasi grad de compactare.

Daca patrunderea se face pentru un numar mai mic de lovituri atunci stratul controlat este insuficient compactat.

Metoda cu penetrometru dinamic se recomand ca pmnturile s fie nisipoase, puin sensibile la umezire i a cror umiditate variaz puin.


Metoda izotopilor radioactivi const n msurarea intensitii de ptrundere a radiaiilor (radiaii gamma sau cu neutroni) emise de izotopi radioactivi, n stratul de pmnt.

Se masoara direct densitatea aparenta si umiditatea pamntului


metode indirecte:

se determin parametrii de compactare (densitatea aparent, i umiditatea pmntului) att pe teren ct i n laborator.

Densitatea aparent a pmntului se determin pe probe tulburate sau netulburate, n funcie de coeziunea pmntului.

La umiditatea natural, densitatea aparent, w este:unde mw este masa pmntului umed extras, determinat prin cntrire

V volumul probei de pmnt extras.

Umiditatea pmntului se determin prin metoda uscrii:

unde m este masa probei de pmnt umedm1 masa aceleai probe de pmnt uscat.

1001

1

mmmw =

Vmw

w =


curs 4-tehnologii specifice

Documents