Ministerul Educaţiei, Cercetării şi inovării

Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi” din Iaşi

F A C U L T A T E A D E C O N S T R U C Ţ I I S I I N S T A L A Ţ I I

Investigarea terenului şi exigenţe geotehnice

Încercarea de compresiune – consolidare

Edometru

ing. Micu Alexandruing. Mihai Alex Bogdan

ing. Ciobanu MihaiMaster: Inginerie Geotehnică

Anul 2012

Încercarea de compresibilitate în edometru

conform SR EN 1997-2-2007

1. Generalităţi

Compresibilitatea este proprietatea pământurilor de a se deforma sub acţiunea unor

solicitări exterioare de compresiune.

În laborator caracteristicile de compresibilitate ale pământurilor necesare pentru

calculul tasărilor, se determină cu ajutorul unui aparat numit edometru.

Determinarea compresibilităţii în laborator constă în urmărirea deformaţiei pe

verticală a unor probe de pământ sub efectul încărcărilor pe verticală. Încercarea astfel

susţinută va conduce la aflarea deformaţiei pe verticală a probelor de pământ, în condiţiile în

care deformaţiile laterale ale probei sunt împiedicate.

Încercarea în laborator se realizează prin:

încercarea la compresiune-tasare;

încercarea la compresiune-porozitate;

încercarea la compresiune-consolidare.

În edometru, proba cilindrică este confinată lateral şi supusă unei încărcări sau

descărcări axiale în trepte, permiţându-se drenarea axială. Sunt considerate compresiunea

edometrică, încercările de umflare şi evaluarea potenţialului de prăbuşire a pământului.

În mod alternativ, se poate efectua o încercare cu încărcare continuă (cu viteză

constantă de deformare).

Obiectul încercărilor edometrice de compresiune şi umflare cu încărcare în trepte este

de a determina caracteristicile de compresibilitate, consolidare şi umflare ale pământului.

Obiectul încercării pentru potenţialul de prăbuşire este stabilirea parametrilor de

compresibilitate ai pământului în stare nesaturată şi de a evalua compresiunea suplimentară

prin inundare, datorată prăbuşirii structurii pământului.

La determinarea compresibilităţii unui strat de argilă, de praf sau de pământ cu materii

organie, trebuie utilizate probe netulburate având clasa de calitate 1.

Page 2 of 10

NOTĂ - Modulii pământului pentru deformaţii mici (de exemplu modul la deformaţii

mai mici de 1 % pentru argile cu consistenţă de la moale până la medie) sunt foarte sensibile

la toate tulburările în cursul prelevării. Pot fi utilizate echipamente şi metode specifice, de

exemplu prelevarea de monoliţi sau prelevarea cu piston staţionar sau orice altă metodă

cunoscută pentru a da cele mai bune rezultate pentru pământul de încercat.

La probele recompactate, trebuie specificate compoziţia, densitatea şi umiditatea

probelor având relevanţă pentru condiţiile in situ şi metoda de pregătire a probei.

Atunci când se determină caracteristicile de compresibilitate ale unui strat de pământ,

trebuie avute în vedere următoarele:

- rezultatele investigaţiilor geotehnice deja întreprinse;

- măsurări de tasare efectuate pe amplasamente învecinate;

- numărul şi calitatea eşantioanelor;

- numărul şi tipul încercărilor pe teren;

- prevederi speciale necesare pentru probele din pământuri sensitive şi cimentate;

- pregătirea probei;

- orientarea probei;

- necesitatea unor încercări suplimentare de clasificare.

Poate fi luată în considerare efectuarea unor încercări alternative la încercarea de tip

incremental în edometru, de exemplu încercări în edometru cu viteză constantă de deformaţie.

Efortul iniţial vertical nu trebuie să depăşească efortul vertical efectiv in-situ.

NOTĂ - De exemplu, pentru argile cu tendinţă de slăbire la creşterea deformaţiilor,

un efort iniţial egal cu o pătrime din efortul vertical efectiv in situ poate fi considerat o

valoare corespunzătoare.

Într-o încercare de compresiune, este indicat ca efortul vertical maxim aplicat să fie

considerabil mai mare decât efortul vertical efectiv maxim care se poate întâlni în teren.

Într-o încercare de umflare, este indicat ca domeniul de descreşteri ale efortului vertical de

aplicat în cursul încercării să includă domeniul de eforturi care se poate întâlni in situ.

Page 3 of 10

La încercarea pentru potenţialul de prăbuşire, probele trebuie alese ţinând seama de

cunoştinţele disponibile privind comportarea pământului atunci când este inundat. Efortul

asupra probei sub care se face inundarea trebuie să fie în raport cu domeniul de eforturi

verticale susceptibile de a se produce in situ.

2. Evaluarea şi utilizarea rezultatelor încercării

Rezultatele încercării în edometru pot fi folosite pentru a estima presiunea de pre-

consolidare pentru argile, pământuri organice şi pământuri prăfoase.

Este indicat să se ţină seama de faptul că presiunea de preconsolidare determinată prin

încercarea în edometru poate fi puternic afectată de perturbarea la prelevarea eşantionului.

Cele mai comune valori pentru a caracteriza compresibilitatea sunt modulul edometric

(Eoed), coeficientul de compresibilitate (mv), indicele de compresiune (Cc) şi presiunea de

preconsolidare (σ'p). Descărcarea şi recomprimarea pot fi reprezentate de indicele de umflare

(Cs). Toţi aceşti parametri sunt deduşi direct din părţile corespunzătoare ale curbelor de

compresiune.

Tasările datorate curgerii lente pot fi calculate folosind coeficientul de consolidare

secundară (Cα).

Coeficientul de consolidare cv poate fi dedus pe baza teoriei consolidării

unidimensionale.

3. Numărul încercărilor

Pentru un strat de pământ care contribuie în mod semnificativ la tasarea unei

construcţii, tabelul 1 furnizează indicaţii asupra numărului minim cerut de încercări

edometrice în funcţie de variabilitatea pământului şi de experienţa comparabilă disponibilă

pentru acel tip de pământ.

Este indicat ca numărul de probe încercate să fie sporit dacă structura este foarte

sensibilă la tasări. Atunci când în tabelul 1, este specificată o singură încercare, aceasta

înseamnă că se verifică doar cunoştinţele existente. Dacă noile rezultate ale încercării nu

sunt în concordanţă cu datele existente, este indicat să se efectueze încercări suplimentare.

Page 4 of 10

Tabelul 1 — Încercarea în edometru prin încărcarea în trepte. Numărul minim de încercări

pentru un strat de pământ

Variabilitatea modulului edometric Eoed

(în domeniul de variaţie de eforturi considerat)

Experienţa comparabilă

Nici una Medie Mare

Domeniul de variaţie a valorilor Eoed > 50 % 4 3 2

20 % < Domeniul de variaţie a valorilor Eoed < 50 % 3 2 2

Domeniul de variaţie a valorilor Eoed < 20 % 2 2 1a

a - O încercare edometrică şi încercări de clasificare pentru verificarea compatibilităţii cu

experienţa comparabilă

4. Evaluarea caracteristicilor de compresibilitate prin alte metode

Există patru metode utilizate pentru determinarea compresibilităţii unui pământ:

prin calculul invers pe baza tasărilor măsurate;

evaluarea empirică a rezultatelor investigaţiilor indirecte realizată in situ, ca de exemplu

penetrările;

prin încercări directe pe teren, cum sunt încărcarea cu placa sau încercările presiometrice;

încercări de compresibilitate pe eşantioane de pământ în laborator.

Calculul invers pe baza tasărilor măsurate sub eforturi comparabile poate fi o metodă

fiabilă pentru estimarea caracteristicilor de compresibilitate (stratificarea terenului,

redistribuirea încărcărilor şi efectele de timp pot fi dificil de luat în considerare). Pentru

fundaţii pe nisip şi pietriş, încercări pe teren cum sunt penetrările, sunt deseori utilizate:

interpretarea lor este empirică, cel mai adesea bazată pe experienţă comparabilă. În cazul în

care se aşteptă să se întâlnească nisipuri, pământuri mai grosiere, prafuri şi argile, este de

dorit să se combine metodele pe teren şi în laborator. Încercările de compresibilitate în

laborator sunt mai fiabile pentru pământurile fine şi pământurile organice, la care este relativ

uşor să se obţină eşantioane din clasa 1 de calitate.

Page 5 of 10

Procedura de laborator pentru încercarea de compresiune-consolidare

conform STAS 8942/1-89

1. SCOP

Descrierea modului de lucru, a responsabilităţilor şi a înregistrărilor făcute la determinarea în laborator a consolidării pământurilor cu edometrul.

2. DOMENIU

Procedura se aplică în cadrul laboratorului de încercări, atât la probe coezive cât şi la probe necoezive care nu prezintă neomogenitate mare şi care nu conţin concreţiuni ori granule cu diametru mai mare de 0,1 din înălţimea epruvetei. Încercările în edometru se efectuează pe probe netulburate sau pe probe compactate.

3. DEFINITII SI PRESCURTARI

3.1. Determinarea în laborator a consolidării pământului reprezintă urmărirea tasării probelor precum şi evoluţia în timp a acestora, sub efectul încărcărilor axiale verticale, aplicate în efectul încărcării în trepte. Măsurarea deformaţiilor, sub încărcare constantă, se face pe epruvete cilindrice, cu deformaţii laterale nule şi cu drenare pe feţele inferioară şi superioară.

4. DOCUMENTE DE REFERINTA

4.1. STAS 8942/1-89: Teren de fundare. Determinarea compresibilităţii pământurilor prin încercarea în edometru.

5. RESPONSABILITĂŢI

5.1. Laborantul care efectueaza determinarea raspunde de :

- pregatirea probelor conform procedurii aplicabile;

- efectuarea determinarii si calcularea corecta a rezultatelor;

- completarea datelor in inregistrarile calitatii specifice.

5.2. Seful de laborator:

- supravegherea activitatilor de prelevare si efectuare a determinarilor si incercarilor de laborator;- utilizarea in activitatile de laborator numai de aparatura verificata metrologic;- interpretarea rezultatelor obtinute in urma determinarilor si incercarilor efectuate in laborator;- verificarea completitudinii si corectitudinii datelor consemnate in inregistrarile calitatii.

Page 6 of 10

6. PROCEDURA

6.1. Principiul metodei

Determinarea în laborator a consolidării pământurilor constă în urmărirea tasării probelor precum şi a evoluţiei în timp a acestora, sub efectul încercărilor axiale verticale, aplicate în trepte. Măsurarea deformaţiilor, sub încărcarea constantă, se face pe epruvete cilindrice, cu deformaţii laterale nule şi cu drenare pe feţele inferioare şi superioare.

6.2. Aparatura utilizata

Aparatura necesară pentru determinarea în laborator a compresibilităţii pământurilor este alcătuită din:

- edometru (fig. 1), aparat care prezintă următoarele componente : placă de bază prevăzută cu o piatră poroasă filtrantă şi un locaş în care se introduce ştanţa cilindrică cu epruveta de pământ; un piston de încărcare prevăzut cu o placă poroasă filtrantă; un cilindru clopot de ghidare a pistonul fixat pe placa suport şi trei şuruburi de presiune;

- pentru evacuarea apei în timpul încercării, ca şi pentru inundarea probei prin partea inferioară, respectiv cea superioară, placa de bază este prevăzută cu un orificiu la care se poate racorda o pâlnie şi respectiv cilindru-clopot:

- edometru mai conţine o piuliţă pentru împiedicarea umflării epruvetei, precum şi un comparator necesar măsurării tasării epruvetei de pământ sub încărcarea aplicată;

- ştanţa metalică are formă cilindrică, având dimensiunile uzuale de d = 70 mm şi h = 20 mm;

-dispozitivul de încărcare constă dintr-un jug centrat pe pistonul de încărcare a probei, legat de o pârghie pe care se aşează plăcile de încărcare, echilibrată prin contragreutăţi fixe şi culisate;

-setul de plăci de încărcare care permite realizarea următoarelor trepte de încărcare: 10, 20, 50, 100, 200, 300, 500 şi 1000 kPa;

-balanţă tehnică cu capacitatea de 500N;-etuvă termoreglabilă la 1050C;-exicator cu clorură de calciu anhidră;-ceas de laborator;-sticle de ceas;-cuţite de laborator cu lamă dreaptă pentru nivelarea probelor;-presă pentru scos probele din ştuţuri.

Page 7 of 10

Fig. 1 - Edometru

6.3. Efectuare determinare

Încercarea de consolidare.

Se saturează cu apă pietrele poroase filtrante şi se montează pâlnia de la placa de bază a edometrului, având grijă prin măsuri adecvate de a se lua măsuri pentru evitarea pierderilor de apă. Încercarea se execută pe epruvete saturate şi imersate în tot timpul determinării.

Se introduce ştanţa cilindrică cu epruveta de încercat în edometru, se aplică o încărcare iniţială (funcţie de consistenţa pământului şi de tendinţa de umflare a epruvetei – 5...25KPa ) şi se inundă epruveta; nivelul apei se păstrează, pe cât posibil, la nivelul superior al epruvetei.

Încărcarea iniţială se menţine timp de 24h; durata se poate prelungi la 48h în cazul argilelor grase cu permeabilitate scăzuta.

Se citeşte şi se notează indicaţia consemnată la expirarea timpului de menţinere a încărcării iniţiale, după care se aplică prima treaptă de încărcare şi se declanşează ceasul de laborator.

Se citesc indicaţiile comparatorului dupa 10s; 15s; 30s; 1 min; 2 min; 4 min; 8 min; 15min; 30 min; 1h; 2h; 4h; 8h; 24h şi apoi din 24h în 24h până la consolidare (între două citiri succesive să nu fie o diferenţă mai mare de 0,01 mm).

Datele obţinute se inregistrează în buletinul încercării întocmit conform tabel 6, anexa STAS 8942/1-89.

Page 8 of 10

După consolidarea epruvetei sub treapta respectivă, se va aplica treapta următoare de încărcare, citirile pe comparator efectuându-se ca mai sus.

După aplicarea ultimei trepte de încărcare şi consolidarea epruvetei, se va descărca epruveta până la încărcarea iniţială, care se menţine 24h. Se vor înregistra indicaţiile comparatorului la revenirea epruvetei.

Se scoate epruveta din edometru şi se cântăreşte cu tot cu ştanţă şi apoi fără ştanţă, se usucă în etuvă, pe o sticlă de ceas, la 1055oC.

După uscare până la masă constantă, se cântăreşte epruveta cu sticla de ceas. Datele obţinute se înregistrează în buletinul încercării întocmit conform tabel 1, anexa STAS 8942/1-89.

6.4. Interpretarea rezultatelor.

Fig. 2 - Curba de compresiune - consolidare

Pe baza încercării de compresiune-consolidare se determină:

Coeficientul de consolidare cv, prin metoda semilogaritmică se calculează cu relaţia:

cv=T50 % H50 %

2

t50 %

unde:

t50% este timpul consolidării primare de 50%, in secunde;

T50% este factorul de timp (cu valoarea de 0,197 pentru punctul corespunzător unei consolidări primare de 50%);

Page 9 of 10

H50% distanţa parcursă de apă, din planul median al epruvetei cu consolidare primara de 50%, spre piatra poroasă, calculată cu relaţia:

H50 %=h0

2 [1− 1100 ( Δh

h0)50 %]

Coeficientul de consolidare cv , prin metoda radăcinii pătrate se calculează cu relaţia:

cv=T90 %⋅H90 %

2

t90 %

cm2 /s

Coeficientul consolidării secundare se determină cu relaţia:

cα=− 1100

ΔεΔ log t

=ε2−ε1

100 logt2

t1

De asemenea:

cα=Δe

(1+e0) logt2

t1

=e1−e2

(1+e0 ) logt2

t1

Coeficientul de permeabilitate k, se determină cu relaţia:

k=cv av γ w

100 (1+e )cm/s

unde: w este greutatea specifică a apei la temperatura determinării, în KN/m3;

e, indicele porilor sub treapta respectivă.

Page 10 of 10