tema musat - consolidarea prin amestecarea in adancime a pamanturilor

8/13/2019 Tema Musat - Consolidarea Prin Amestecarea in Adancime a Pamanturilor

1/22

Condiii speciale de amplasament i soluii de infrastructur

1

Masterand: ing. Matei Ovidiu

ndrumtor: prof. dr. ing. Vasile Muat


2/22


2

AMESTECAREA N ADNCIME

Metoda amestecului n adncime (DSM Deep Soil Mixing) este unprocedeu de mbuntire a terenului prin amestecare in situ a acestuia cu agenide ntrire (var, ciment, cenu de termocentral, reactivi chimici i biologici),sub form de reactivi chimici sau pulbere, fr a fi necesare excavri saunlocuiri ale amplasamentului.

Metoda amestecului prin adncime este folosit ntr-o varietate larg deaplicaii:

Sprijinirea excavaiilor adnci; Stabilizarea terenurilot; Reducerea tasrilor; mbuntirea terenurilor de fundare; Reducerea potenialului de lichefiere.

Metoda amestecului n adncime este folosit n lume sub diversedenumiri, acronime i procese, procesele de baz i procedurile fiind ns n

esena lor neschimbate.Metoda const n:

Destructurarea i amestecarea mecanic in adncime - folsindechipamente cu lame rotative;

Destructurarea i amestecarea prin jet sub presiune;Destructurarea i amestecarea mecanic n adncime se poate face prin

urmtoarele metode:

A1. Procedeul uscat ce const n amestecare pmntului destructurat cuvar pulbere sau granular in sistem mecanic (DLM), sub jet uscat (DJM) ,formarea de coloane de pmnt stabilizat prinalte tehnici. Acest procedeu estefolosit pentru lucrri la scar mare ce au drept scop mbuntirea capacitii

portante a terenului i a comportrii la aciuni seismice.

A2. Procedeul umed ce include o variante de lucru ce folosesc ca agenide intrire pasta de ciment sau mortarul ciment, numite (CDM). Aceast


3/22


3

metod este folosit predominant pentru stabilizarea terenurilor i pentrureducerea tasrilor.

B. Procedeele pe baz de jet cu nalt presiune, ordin de mrime 400 Mpa

- Jet Grouting (JG), folosesc ca ageni de ntritre suspensii sau paste deciment, fr amestecare de tip mecanic.

ELEMENTE DE PROIECTARE

Coloanele obinute prin metoda Amestecului n Adncime sunt calculateasemntor conceptelor folositepentru dimensionarea coloanelor din piatr.Proiectarea este admis n ipoteza c pmntul este un material compozit(format din pmntul injectat i cel din jurul acestuia).

Amestecul n adncime pentru fundarea rambleelor

Capacitatea portant ultim a unei singure coloane poate fi estimat curelaia:

(1.1)

Unde:

(1.2)

Admind pentru materialul din coloan un unghi de frecare intern de30, rezult:

(1.3)

,2 u col reprezint rezistena la compresiune corespunztoare ruperii prin

forfecare a materialului din coloan;

presiunea orizontal dintre pmnt i coloan;

,2ult u col p hK

2tan 45

2

o

pK

2 30tan 45 3,00;

2

o

pK

-h


4/22


4

Figura 1Rezistena la forfecare a coloanelor de ciment;

Chiar dac valoarea maxim a rezistenei ult.colpoate atinge i valori de1000 kPa, n proiectare valoarea aceasta este limitat la 150 kPa.

Valoarea coeziunii nedrenate a coloanei cu.coln cazul amestecului uscat cuciment poate fi luategal cu 29% din Rezistena la compresiune liber dup 28de zile qu.

Rezistena la fluaj de lung durat se presupune a fi circa 65% din

valoarea capacitii portante ultim, adic incrcarea maxim pe o singurcoloan este dat de relaia:

unde:

,max 0,65 1.4l ult q a

2

2 2 (1.5)

A da a

c c


5/22


5

Figura 2. Amplasarea coloanelor;

a - coeficientul ariilor coloan-spaiere:

Aaria seciunii transversale a coloanei;

cdistana de spaiere a coloanelor;

Ecuaia de echilibru a forelor verticale pentru un coeficient al ariilorcoloan spaiere a, este dat de urmtoarea ecuaie:

Unde: qefortul mediu pe unitatea de celul (ansamblul coloan terenmbuntit);

Eforturile din coloana obinut prin amestecul n adncime i terenulnconjurtor poate fi determinat din ecuaia (1.6), astfel:

Rezistena la forfecare medie este notat cu:

(1 ); (1.6)s cq a a

; (1.7)1 ( 1)

; (1.8)1 ( 1)

c

s

q

n a

n q

n a

(1 ) ; (1.9)pc c p

a a


6/22


6

n care:

c media rezistenei la forfecare pentru coloana AA;

p media rezistenei pmntului moale;

Figura 3-Relaia eforturi - deformaii specifice pentru teren ca un compozit

, ,

, ,

(1.10)

(1.11)

c u c n u col

p u p n p col

c tg

c tg

n efortul normal total n planul de rupere;

,u c unghiul de frecare interioar pentru coloan aflat n stare nedrenat;

,u cc coeziunea nedrenat pentru coloan;

,u p

unghiul de frecare interioar pentru terenuri aflat n stare nedrenat;,u sc valoarea coeziunii nedrenate pentru pmntul interceptat de coloane;


7/22


7

Figura 4. Suprafa de cedare circular (dup Broms i Boman 1979);

Dac , , 0u c u p , cum se consider n practic pentru coloane AA

n argile moi, atunci , ,este egal cuu c u cc i , ,este egal cuu p u pc . Cnd

sunt folosite aceste simplificri, ecuaia rezistenei la forfecare medie este egal(1.9) cu:

Rezistena la forfecare ultim a coloanei de var/ciment, ncrcat derambleu i manifestnd cedarea prin ncovoiere , fugura 4, este estimat pe bazarelaiei:

unde: Mumomentul capabil al seciunii coloanei, valoarea maxim fiind dat

de relaia de mai sus;

ucc rezistena la compresiune a coloanei;

D- diametrul coloanei;

, ,(1 ) ; (1.12)pc u c u pa c a c

3

32,max

2 1

24 1 (1.13) cu (1.14)

121 /

u uf u ucc

u u

M cM D

D c c


8/22


8

Figura 5. Zone de cedare tratate prin AA sub ncrcri aduse de rambleu

PORTANA COLOANELOR

Coloan singular, caz n care capacitatea de preluare a ncrcrii esteguvernat de dou mecanisme de cedare:

- unul ce ine de rezistena terenului din jur rupere prin forfecareaacestuia;

- altul care are n vedere rezistena materialului din coloan - rupereacoloanei.

Din condiia de evitare a cedrii terenului, a ruperii prin forfecare,valoarea capacitii portante a coloanei, n termenii scurt durat, este dat derelaia:

unde: d diametrul coloanei, curent 0,5 la 0,6m;

lungimea coloanei;

uc valoarea medie a rezistenei nedrenate a pmntului din jurul coloanei;

2

2

9( ) sau

4

( 2,25 )

col

c u

col

c u

Q d l d c

Q d l d c

cl


9/22


9

n relaie s-a admis c rezistena la forfecare nedrenat a pmntului esteaceiai pe suprafaa lateral i baza coloanei, iar rezistena pe baza colanei este

.

Pentru coloanele flotante, rezistena pe baz este n general mai redusdect cea din frecare lateral i invers n cazul celor care descarc pe un stratrezistent.

Figura 6. Rupere prin forfecare a grupului de coloane ca un bloc

, 9v bc c u up N c c


10/22


10

Grup de coloane

Portana grupului de coloane este influenat i condiionat att derezistena pmtului dintre coloane ct i a geomaterialului din coloan.

Capacitatea portant este dat de:

- Frecarea lateral, peperimetrul grupului de coloane, de valoare :

Rezistena pe baza blocului, care se consider cu valoare unitar de:

Valoarea total a capacitii grupei de coloane fiind:

observaii:

-factorul de valoare 6 se refer la fundaii pentru care L B, iar cel devaloare 9 este aplicabil fundaiilor cu suprafaa tlpii ptratic;

- mobilizarea rezistenei pe baz este atins la o deformaie verticalestimat la 5 pn la 10% din limea ariei bazei, motiv pentru care ea

poate fi neglijat (Broms, 1991);

Tasri ale grupului de coloane;

mbuntirea cu coloane din pmnt stabilizat reduce tasare cu 25 la80%, reducere ce depinde de: tipul de structur, proprietile pmntuluinetratat, natura liantului folosit,

Tasarea coloanei poate fi calculat cu relaia:

grosimea stratului ;

presiunea pe coloan;

modulul de compresiune pentru coloan.

2 c uB L l c

6 la 9 cu uc

2 6 la 9grupult c u uQ B L l c B L c

11

c

qhs

a M

1

c

h

q

M


11/22


11

Similar, tasrea pmntului nestabilizat este calculat cu relaia:

Presiunea total aplicat este :

Primul calcul poate fi fcut admind o valoare maxim pentru presiuneapreluat de coloan:

obinndu-se o prim valoare s1 care se va compara cu tasarea terenuluinestabilizats2.

Dac se admit distribuii noi prin reducerea treptat a ncrcriipe coloan, i implicit creterea celei ce revine terenului nconjurtor pn cecondiia de egalitate a tasrilor este ndeplinit:

Tasarea terenului va fi cea corespunztoare condiiei de egalitate i este estimatcu relaia:

Pe de alt parte, dac coloana nu poate prelua mai mult dinncrcare i

Pentru coloane flotante, tasarea terenului moale rmas sub planul bazei secalculeaz pe baza metodelor aplicabile fundaiilor de suprafa.

De interes sun diferenele de tasri, ele genernd degradri, fiind guvernate dedeformaiile specifice de forfecare.

Rotirea unghiular maxim - ntre dou iruri de coloane va fiproporional cu efortul tangenial mediu n lungul perimetrului bloculuiranforsat i modulul de forfecare mediu al pmntului nestabilizat, dup cum

red relaia :

22

1s

qhs

a M

grosimea stratului;h

2 presiunea pe terenul nestabilizat;q

modulul de compresiune pentru p m ntul nestabilizat.sM

1 2q q q

1 1,maxq q

1 2s s

1 2s s

1 2 1m c s

h qs s s

a M a M

1 2s s

2ms s

m

sG


12/22


12

APLICAIE

Vom considera o cldire cu structur pe cadre, avnd regimul denlime P+4E, fundat pe un teren argilos, de compactitate mijlocie.

Nr.crt.

Natura terenuluik

s

[kN/m3]

1.Nisip argilos afnat, argil i argil nisipoas, n starede curgere

1000 5000

2.Pietri, nisip i nisip argilos de compactitate mijlocie,argil i argil nisipoas n stare plastic

5000 50000

3.Pietri, nisip argilos n stare compact, argil i argilnisipoas consistent

50000 100000

4. Stnc dur, stnc cu fisuri 100000 1000000

Caracteristicile terenului

1=21,50 kN/m

3

;1=7,00;

c1=12,00 kPa;

Eoed=2,00 N/mm2;

=0,37

Df=1,20 m

T=4,00 m

L=4,00 m

24,00 x 20,00 = 480 mp

Dimensiuni n plan structur


13/22


13

Perspectiv structur;

Solicitri la baza stlpilor

Predimensionare fundaie conform NP112-2010;

Pot fi deduse relaii aproximative pentru stabilirea capacitii portanteverticale de calcul dedus din teoria plasticitii i din rezultate experimentale.

Trebuie s se ia n considerare influena urmtorilor factori:

rezistena terenului, n general reprezentat prin valori de calcul ale lui cu,c i ;

excentricitatea inclinarea ncrcrilor de calcul;


14/22


14

forma, adncimea i nclinarea fundaiei; nclinarea suprafeei terenului;presiunea apei subterane i gradienii hidraulici; variabilitatea terenului, n special stratificarea;

Capacitatea portant de calcul se poate determina cu:

Eforturile transmise la teren trebuie sa indeplineasca conditia:

pefectiv max


15/22


15

n care'

2

(baz rugoas);

nclinarea bazei fundaiei;

forma fundaiei;(B=B = 1,20 m i L= L = 1,00 m; deoarece ncrcarea este centric);

- pentru forma rectangular: 1,201 ( '/ ')sin ' 1 sin 7 1,151,00

qs B L ;

- pentru forma rectangular: 1 0,30( '/ ') 1 0,30 1,20 0,64s B L ;-

pentru forma rectangular, ptrat sau circular:( 1) / ( 1) (1,15 1,88 1) / (1,88 1) 1,02;c q q qs s N N nclinarea ncrcrii produs de o for orizontal;

n care:

- cnd H acioneaz n direcia lui B:'

2''

1'

B

B

Lm mB

L

- cnd H acioneaz pe direcia lui L:

n cazul n care componenta orizontal a ncrcrii acioneaz ntr-odirecie care formeaz un unghi cu direcia lui L, m poate fi calculat prin:

2 2cos sinL Bm m m m

2 2

1

1,00tan '

(1 tan ') (1 0 tan 7 ) 1,00

q

c q

c

q

b

b b N

b b

1

(1 )( tan ') 1;

1 1;' 'c '

1 1;' 'c '

c q q c

m

q

m

i i i N

Hi

V A c tg

Hi

V A c tg

'2

'

'1

'

L

L

Bm m

L

B


16/22


16

ic, iq, i factori adimensionali pentru nclinarea ncrcrii V produs dencrcarea orizontal H (au valori unitare deoarece Hd=0);

2 3

3

1012 12 772142,00

1,20 1,20

1,20 142 1012 12 772 0

f

plf

N Mp p kPa

A W B B

B B

Soluia real a ecuaiei este B=4,31 mConsiderm B=4,35 m;L=1,20*B=5,25 m;

Se impun urmatoarele dimensiuni pentru baza fundatiei, lungimeafundatiei L=4,35 m latimea fundatiei B=5,25m.

Se observ c se depesc dimensiunile interax al traveelor, de underezult necesitatea radierului.

Determinarea capacitii portante a coloanelor obinute prin Amestec n

Adncime

Tabel. Domeniul de valori pentru rezisten i permeabilitate (dup Topolnicki, 2003)

Tip de pmnt Cantitateade ciment

(kg/m3)

Rezistena lacompresiune liber

dup 28 de zile qu

(MPa)

Permeabilitateak(m/s)

Mluri, nmoluri 250 -400 0.1 0.4 1x10-

Turb, argile i prafuri organice 200 -350 0.3 1.2 5x10

-

Argile moi 150 -300 0.5 1.7 5x10-

Argile vrtoase/tari 120 -300 0.7 2.5 5x10

-

Prafuri i nisipuri prfoase 120 -300 1.0 3.0 1x10-

Nisipuri fine-medii 120 -300 1.5 5.0 5x10

-

Nisipuri grosiere i pietriuri 120 -250 3.0 7.0 1x10-

Capacitatea portant ultim a unei singure coloane poate fi estimat curelaia:

2

,

2

,

2 3 2 145 3 77,40 522,20 / ;

500

29500 145 145 / ;

100

ult u col h

u

u col

c kN m

q kPa

c kPa kN m


17/22


17

Figura 7 . mpingerea pmntului dintre coloane;

2

max ( 1,20) 21,50 (6,00 1,20) 154,80 / ;f pD l kN m

Vom considera o valoare medie:

2max 154,80 77,40 / ;2 2

h kN m

Rezistena la fluaj de lung durat se presupune a fi circa 65% dinvaloarea capacitii portante ultim, adic incrcarea maxim pe o singurcoloan este dat de relaia:

unde:

2

,max 0,65 0,65 0,20 522,20 68 / ;l ult q a kN m

2

2 2

0,60 =0,20 (1.5)

4 1,20

Aa a

c


18/22


18

Figura 8. Amplasarea coloanelor;

a - coeficientul ariilor coloan-spaiere:

Aaria seciunii transversale a coloanei;

cdistana de spaiere a coloanelor;

Rezistena la forfecare medie este notat cu:

n care:

c media rezistenei la forfecare pentru coloana AA;

p media rezistenei pmntului moale;

2, ,

2

, ,

=145,00kN/m ;

=12,00kN/m ;

c u c n u col

p u p n p col

c tg

c tg

n efortul normal total n planul de rupere;

,u c unghiul de frecare interioar pentru coloan aflat n stare nedrenat;

,u cc coeziunea nedrenat pentru coloan;

,u p unghiul de frecare interioar pentru terenuri aflat n stare nedrenat;

2(1 ) 0,20 145 0,80 12 38,60 / ;pc c pa a kN m


19/22


19

,u sc valoarea coeziunii nedrenate pentru pmntul interceptat de coloane;

Dac , , 0u c u p , cum se consider n practicpentru coloane AA

n argile moi, atunci , ,este egal cuu c u cc i , ,este egal cuu p u pc . Cndsunt folosite aceste simplificri, ecuaia rezistenei la forfecare medie este egal(1.9) cu:

PORTANA COLOANELOR

Coloan singular, caz n care capacitatea de preluare a ncrcrii esteguvernat de dou mecanisme de cedare:

- unul ce ine de rezistena terenului din jur rupere prin forfecareaacestuia;

- altul care are n vedere rezistena materialului din coloan - rupereacoloanei.

Din condiia de evitare a cedrii terenului, a ruperii prin forfecare,valoarea capacitii portante a coloanei, n termenii scurt durat, este dat derelaia:

Pentru coloanele flotante, rezistena pe baz este n general mai redusdect cea din frecare lateral i invers n cazul celor care descarc pe un stratrezistent.

2

, ,(1 ) 0,20 145,00 (1 0,20) 12,00 38,60 / ;pc u c u pa c a c kN m

2 2 ( 2,25 ) =( 0,60 6,00 2,25 0,60 ) 77,40 1072 ;col c uQ d l d c kN


20/22


20

Figura 5. Rupere prin forfecare a grupului de coloane ca un bloc

Grup de coloane

Rezult un numr de 480 coloane cu rezistena:

353707737,00

480

grup

colQ kN

Capacitatea portant a terenului mbuntit este de:

2 24 27,60 6,00 77 24,00 27,60 6 77 47678 306029 353707grupultQ kN

2353707 534 / ;24 27,60

grup

ultcap

mbunatatita

Qp kN m

A


21/22


21

observaii:

-factorul de valoare 6 se refer la fundaii pentru care L B, iar cel devaloare 9 este aplicabil fundaiilor cu suprafaa tlpii ptratic;

- mobilizarea rezistenei pe baz este atins la o deformaie verticalestimat la 5 pn la 10% din limea ariei bazei, motiv pentru care ea

poate fi neglijat (Broms, 1991);

2 3

3

1012 12 772522,20

1,20 1,20

1,20 522 1012 12 772 0

f

plf

N Mp p kPa

A W B B

B B

Soluia real a ecuaiei este B=2,67 m

Adoptm B=2,70 m; L=3,25 m;

Sarcina transmis de la suprastructur este de:

N=1012 kN;2

2

1012 12 772115,32 391,00 506,32 / ;

2,70 3, 25 2,70 3, 25q kN m


22/22


22

Concluzii

Terenul natural de fundare are o capacitate portant de 142 kPa, iar dupmbuntire capt o capacitate portant de 522 kPa;

Dimensiunile fundaiei necesare iniial sunt de: B=4,25 m; L=5,35 m; Dimensiunile fundaiei necesare dup mbuntirea terenului sunt de: B=2,70 m; L=3,25 m

tema musat - consolidarea prin amestecarea in adancime a pamanturilor

Documents