tema 1 dinamica

Dinamica pământurilor ing. Matei Ovidiu

În urma investigării geotehnice a unui amplasament, prin metoda seismică cu refracţie, s-au înregistrat următorii timpi de propagare ai undelor seismice:

t 1 ( X )=0,5 ∙ X=0,5 ∙ 18=9 [10−2 s ]

t 2 ( X )=0,1 ∙ X+1,5+M 1=0,1 ∙18+1,5+0,9=4,2 [10−2 s ]

t 3 ( X )=1,0 [10−2 s ] în care:

M 1=0,05 ∙ N=0,05 ∙ 18=0,9

M 2=0,025 ∙ N=0,025 ∙ 18=0,45

În geofonul 5 se înregistrează timpul t1;În geofonul 8 se înregitrează timpul t2;În geofonul 10 se înregistrează timpul t3;

X este distanţa în metri

Ştiind că s-a folosit un număr de 10 geofoni orizontali, poziţionaţi la o distanţă de 10 m între ei, să se întocmească graficul distanţă-timp, şi utilizţnd relaţiile de calcul cunoscute, să se identifice natura şi grosimea straturilor din amplasament.

1

Distanţa (m)

Tim

p (s

)

10-2


V 1=d1

t1

= 500,09

=556ms

V 2=d2

t2

= 300,042

=714ms

V 3=d3

t3

= 200,01

=2000ms

d s1=12

X1√ V 2−V 1

V 2+V 1

=12

∙50√ 714−556714+556

=8,81 m

d s2=12 (t 2 ( x )−2 ∙ ds 1 √ V 3

2−V 12

V 3∙ V 1) ∙

V 3 ∙V 2

√V 32−V 2

2=1

2 (0,042−2 ∙ 8,81√ 20002−7142

2000∙556 )∙ 2000 ∙ 714

√20002−7142=12,25 m

II. ÎNCERCAREA CU PLACA

Lucrarea stabileşte modul de determinare a modulului de deformaţie liniară E l pământurilor care alcătuiesc terenul de fundare a construcţiilor, prin încărcarea directă cu plăci rigide, aplicând presiuni în trepte succesive. Încercările cu placa pentru determinarea modulului de deformaţie liniară se realizează în sondaje deschise (puţuri, şanţuri şi galerii) precum şi în foraje. Se aplică atât la pământuri coezive cât şi la cele necoezive.

2. Modul de lucru

2.1 Definiţii şi principii de bază

Modulul de deformaţie liniară E se defineşte ca fiind raportul dintre efortul unitar de compresiune aplicat pământului şi deformaţia specifică corespunzătoare.

Încercarea cu placa constă, în principiu, prin încărcarea printr-un mijloc oarecare (lestare sau cu presă hidraulică), în trepte, a unei plăci circulare sau pătrare, rogide, şi măsurarea tasărilor înregistrate. Schema de principiu a dispozitivului de încercare cu placa în sondaje deschise este dată în fig. II.1 Înaintea încercării propriuzise, placa se preîncarcă până la realizarea unei presiuni egală cu presiunea geologică dată de coloana de pământ dislocuită de deasupra nivelului plăcii, lăsând să se stabilească tasările sub această presiune.

2


Fig. 2.1: Schema de principiu a dispozitivului de încărcare cu placa în sondaj deschis1 – placă de încărcare; 2 - distanţier; 3 – presă hidraulică; 4 – piloţi de ancoraj; 5 – grinzi transversale; 6 – nisip (1-2 cm grosime).

2.2 Aparatura utilizată

Plăci rigide de încărcare: au formă în plan circulară sau pătrată şi o suprafaţă minimă de 2500 cm2 (sondaje deschise) şi de 600 cm2 (foraje). Dimensiunile recomandabile sunt prezentate în STAS 8942/3-90.

Tabel II.1

Încercare în: Forma plăcii Diametrul d(latura) cm

Suprafaţăcm2

Sondajedeschise

Circulară 56,179,8

25005000

Pătrată 50,070,7

25005000

Foraje Circulară 28,239,9

6251250

Dispozitive de testare sunt alcătuite din platforme metalice, dimesionate corespunzător, pe care se aşează lestul necesar încărcării plăcii. Transmiterea încărcărilor la placa de probă se face prin intermediul preselor hidraulice.

3


Dispozitive de ancorare, sunt alcătuite din ginzi sau cruci metalice dimensionate corespunzător şi din elemente de ancoraj (burghie, piloţi de inventar, etc.) introduse în teren în jurul plăcii de probă.

Prese hidraulice au secţiunea pistonului etalonată şi sunt prevăzute cu manometre sau dinamometre cu o precizie de măsurare de 5% din valoarea forţei minime de aplicare.

Cadre de referinţă faţă de care se măsoară tasarea plăcii de probă – se confecţionează din ţevi sau profile metalice şi se fixează pe teren la o distanţă de minim 2d faţă de centrul plăcii.

2.3 Efectuarea determinării

Talpa sondajului deschis, pe care se execută încercarea trebuie să aibă dimensiunile în plan de minimum 3d, unde d este diametrul sau latura plăcii. Pe această suprafaţă nu se admit nici un fel de încărcare în afara plăcii.

Forajul în care se prevede efectuarea unor încercări cu placa se tubează pe întreaga adâncime. Diametrul forajului va fi cu 4...10 cm mai mare decât diametrul plăcii de probă.

Placa se aşează orizontal pe talpa sondajului deschis sau forajului pe care, după curăţirea materialului provenit din spălare, se aşterne un strat de nisip de 1...2 cm grosime.

Înainte de începerea încărcării propriuzise, placa se preîncarcă până la realizarea unei presiuni σg , corespunzătoare greutăţii coloanei de pământ dislocuită de deasupra plăcii. Încărcarea cu presiunea σg se menţine până la stabilizarea corespunzătoare a tasării plăcii.

Încărcarea propriuzisă se face în trepte egale, de câte 25 -50 kPa pentru pământuri nisipoase afânate şi de îndesare medie, şi pentru pământuri coezive având Ic<0,50 şi de câte 50 -100 kPa pentru petrişuri, pământuri nisipoase îndesate şi nisipuri coezive cu Ic>0,50.

Sub fiecare treaptă de încărcare se efectuează măsurători de tasare pe suprafaţa plăcii, la încercările în sondaje deschise, sau pe prelungitorul metalic solidarizat cu placa, la încărcările în foraje. Măsurarea tasării se face în minimum trei puncte dispuse în apropierea conturului plăcii, la interval de 15 minute în prima oră şi de 30 de minute în continuare până la stabilizarea tasărilor.

Se consideră atinsă stabilizarea tasărilor atunci când sporul de tasare înregistrat este mai mic de 0,1 mm pentru un interval de două ore la pământurile coezive, respectiv o oră la pământurile necoezive.

Încărcarea este mărită progresiv până când creşterea tasării medii depăşeşte de 1,5 ori creşterea valorii înregistrate în treapta precedentă fără a depăşi treapta de încărcare pentru care tasarea medie devine mai mare de 1/10 din diametrul (latura) plăcii.

Dacă atingerea ultimei trepte de încărcare se procedează la descărcarea plăcii, în trepte de valoare egală cu suma a două trepte de încărcare.

4


2.4 Exprimarea rezultatelor

Rezultatele încercării se trasează grafic printr-o diagramă centralizată (fig. II.2) care cuprinde:

Variaţia presiunii nete (pnet), cu timpul t; Variaţia tasării stabilizate (s) în funcţie de timp; Variaţia tasării stabişizatoare (s) în funcţie de presiunea netă.

Fig. II.2: Reprezentarea grafică a rezultatelor încercării cu placa;

Pe baza diagramei s=f(pnet) se determină presiunea limită de proporţionalitate (pi) până la care există o dependenţă liniară între încărcare şi deformaţie:

- Dacă diagrama presiune – tasare prezintă o porţiune liniară urmată de o curbură, atunci pl se determină direct pe diagramă la limita porţiunii liniare.

5


Fig. II.3: Determinarea presiunii limită de proporţionalitate;

- Când curbura diagramei s=f(pnet) creşte progresiv în acelaşi timp cu creşterea pnet presiunea liniară se consideră corespunzătoare cu palierul i de sarcină (pi=pl) pentru care se îndeplineşte condiţia (fig. II.3.b):si+1−si>1,5(si−si−1) Asimilând tasarea plăcii de încercare cu deformaţia verticală a suprafeţei unui

semispaţiu elastic sub o încărcare uniform distribuită, aceasta se poate calcula, după teoria Bousinesq, cu relaţia:

s=c f

p ∙ R∙ (1−ν2)E

Unde:- p este presiunea de încărcare;- R este raza sau semilatura plăcii de încărcare;- ν reprezintă coeficientul de deformare laterală (coeficientul lui Poisson), conform

tabelului:Tabel II .2

Pământuri νBolovani, pietriş 0,27Nisip, nisip argilos 0,30Praf, praf argilos, argilă nisipoasă, argilă prăfoasă

0,35

Argilă, argilă grasă 0,42

- E, modul de deformaţie liniară;- cf este un coeficient adimensional, depinzând de forma şi rigiditatea plăcii (1,57

pentru plăci rigide circulare şi 1,76 pentru plăci rigide pătrate).

Acceptând o comportare liniar deformabilă a terenului sub placa de încărcare, modulul de deformaţie liniară rezultă prin explicitarea lui în relaţia următoare:

E=c f

p ∙ R ∙(1−ν2)s

sau E=ωpl ∙ d ∙(1−ν2)

sl

6


unde :

− pl - este presiunea limită de proporţionalitate;

− sl- este tasarea corespunzătoare din acţiunea pl; − d - este diametrul sau latura plăcii de încărcare;

− ω=c f

2 este un coeficient adimensional ce depinde de forma şi rigiditatea plăcii (

ω=0,79 pentru placa circulară şi ω=0,88 pentru placa pătrată).

Activitate individuală

Într-un deschis din amplasament se realizează o încercare cu o placă pătrată cu dimensiunile 50 x 50 cm. Pentru încercare se utilizează 7 trepte de încărcare şi 4 trepte de descărcare.

Urmează să se traseze graficele de variaţie dintre presiune – deformaţie, presiune – timp şi să se calculeze modulul de deformaţie liniară E.

Se cunosc următoarele date:

Încărcare DescărcareP (kN) 2500 5000 7500 10000 12500 15000 17500 12500 7500 2500 0p=P/A 1 2 3 4 5 6 7 5 3 1 0s (cm) 0,16 0,4 0,75 1,16 1,75 2,6 4,2 3,2 2,6 1,3 0,6timp (s) 2 4 6 8 10 13 16 19 22 25 27

Placă pătrată 50 x 50 cm = 2500 cm2

A=0,50 ∙0,50=0,25 m2 ω=0,88 – placă de formă rectangulară;argila υ=0,42

7


si+1−si=1,5 ( si−si−1)=0,16−si=1,5 ( si−0 )⇒ si=0,162,5

=0,064 cm ;

pel=0,0640,16

=0,40daN /cm2

E=ωp l ∙ d ∙(1−ν2)

sl

=0,880,4 ∙0,5∙(1−0 ,422)

0,064=226,5 daN /m2

Încercarea terenului de fundare prin penetrare

Încercarea de penetrare dinamică cu con face parte din gama de încercări în situ ale terenului de fundare şi constituie, de regulă, un procedeu ce completează metodele de cercetare prin metode distructive (foraje şi sondaje deschise), permiţând astfel reducerea volumlui acestor lucrări şi extrapolarea informaţiilor. Condiţiile de afectare a încercării sunt precizate prin instrucţiunile tehnice C 159/89 şi SR EN 22476-2/2006.

Descrierea încercării şi aparaturii utilizate

Penetrarea dinamică cu con constă în introducerea în teren, prin batere sau cu ajutorul unui berbec ce cade liber de la o înălţime constantă, a unui ansamblu de tije metalice, cu sau fără manta de protecţie, dintre care prima este prevăzută la partea inferioară cu un vârf de înaintare conic. Pe parcursul încercării se înregistrează un număr de Nz corespunzător unei înfingeri a conului pe echidistanţe z de 10 cm (sau 20 cm).

8


Fig... Schema de principiu a unui penetrometru dinamic1 – sistem de susţinere; 2 – troliu manual; 3 – berbec; 4 – tija de culisare a berbecului; 5 – cablu de tragere; 6 – capul de batere; 7 – tija de penetrare; 8 – conul de penetrare; 9 – garnitură de tuburi protectoare

În funcţie de masa berbecului, penetrometrele se clasifică în:

Penetrometre dinamice uşoare (PDU) cu berbec de 5 – 10 kg; Penetrometre dinamice mijlocii (PDM) cu berbec de 20 – 40 kg; Penetrometre dinamice grele (PDG) cu berbec de 50 – 80 kg; Penetrometre dinamice supergrele (PDSG) cu berbec mai mare de 80 kg.

Un echipament de penetrare dinamică este compus din următoarele elemente:

- Un berbec de batere;- O nicovală;- Un ansamblu de tije;- Un vârf cu formă conică;- Sisteme anexe de ghidare, reperare şi numărare.

Berbecul culisează pe tija de ghidare şi loveşte nicovala, transmiţând astfel energia de bataj ansamblului de tije şi vârfului.

Prelucrarea şi interpretarea rezultatelor obţine

Pe baza datelor înregistrate într-un formular tip se întocmesc diagramele de penetrare, în care pe abscisă se trece numărul de lovituri pentru înfingerea conului pe 10 cm, N10, sau pe 20 cm, N20, iar în ordonată adâncimea.

Fig: .....Diagrama de penetrare dinamică cu conul;

9


În funcţie de pătrunderea conului sub o lovitură a berbecului se determină rezistenţa la penetrare dinamică pe con qd, care reprezintă rezistenţa opusă de teren la ănaintarea conului de penetrare sub acţiunea lucrului mecanic constant realizat prin căderea berbecului. Se calculează cu relaţia:

qd=m1 ∙ g ∙ H

A ∙e∙

m1

m1+m2

;

Unde:

m1 – masa berbecului (kg);

g – acceleraţia gravitaţională (m/s);

H – înălţimea de cădere a berbecului;

A – aria secţiunii transversale a conului;

e – pătrunderea medie a conului sub o singură lovitură: e=0,1N10

;

m2 – masa tijelor (include nicovala, conul şi racordul tijelor) (kg);

Diagrama de variaţie a rezistenţei dinamice se poate reprezenta prin suprapunere peste diagrama de penetrare notând pe abscisă valorile qd.

Penetrarea dinamică cu con, fiind o metodă de investigare continuă, permite detectarea şi controlul stratificaţiei terenului de fundare, deoarece rezistenţa la penetrare pe vârf, exprimată prin numărul de lovituri Nz, variază funcţie de natura terenului. Prin această metodă se pot sesiza chiar şi intercalaţiile subţiri, care se diferenţiază de pachetul în care se găsesc.

Pe baza penetrărilor şi a unui număr de foraje se pot întocmi profile litologice sau bloc diagrame, din care să rezulte grosimea diferitelor straturi, adâncimea la care se află straturile de portanţă ridicată, gradul de uniformitate litologică din cuprinsul unui amplasament.

Domeniul de utilizare a rezultatelor

La cercetarea terenului în vederea stabilirii condiţiilor de fundare, diagrama de penetrare, reprezentată pentru fiecare încercare efectuată, oferă o serie de elemente calitative asupra amplasamentului cercetat:

- Extrapolarea identificării litologice făcute prin fondaje/sondaje;- Verificarea uniformităţii litologice pe suprafaţa unui amplasament;- Reperarea diferitelor orizonturi litologice.

Pe baza rezistenţelor la penetrare pot fi apreciate unele caracteristici fizico – mecanice ale terenului, utilizând în acest scop corelaţiile existente în literatura de

10


specialitate. Utilizarea acestor corelaţii trebuie făcută cu mare atenţie întrucât ele au o validitate locală, fiind în general, specifice condiţiilor concrete în care s-au determinat.

Pe amplasamentul analizat s-a efectuat o încercare de penetrare dinamică cu con.

Se cunosc următoarele caracteristici ale penetrometrului:

- mberbec=30 kg;- mN=10 kg;- mT=3,06 kg;- mC=0,39 kg;- hc=0,20 m;- A=10 cm2 (arie transversală con);

N20

Determinaţi variaţia la cădere a berbecului pe un amplasament.

Rezistenţa de penetrare (laterală).Grosimea stratificaţiei este de 3,0

m.N20 e qd

0,2 130,015

42641588,0

3

0,4 140,014

32844787,1

1

0,6 150,013

33047986,1

9

0,8 130,015

42641588,0

3

1 120,016

72438388,9

5

1,2 120,016

72438388,9

5

1,4 120,016

72438388,9

5

1,6 120,016

72438388,9

5

1,8 130,015

42641588,0

3

2 130,015

42641588,0

3

2,2 140,014

32844787,1

1

2,4 130,015

42641588,0

3

2,6 130,015

42641588,0

3

2,8 130,015

42641588,0

3

3 130,015

42641588,0

3

11


12

tema 1 dinamica

Documents