of 26 /26
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.

39354362 Infrastructura Drumurilor Curs 3

Embed Size (px)

DESCRIPTION

drumuri

Text of 39354362 Infrastructura Drumurilor Curs 3

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    1

    DRUMURI II: INFRASTRUCTURA DRUMURILOR

    CURS 3

    CARACTERISTICILE PMNTURILOR DIN TERASAMENTE

    generaliti, clasificarea pmnturilor, identificare, indici fizici geotehnici compresibilitatea pmnturilor indice de capacitate portant, coeficientul patului, modul de

    deformaie i elasticitate -, rezistena la tiere GENERALITI

    Terasamentele reprezint totalitatea lucrrilor de pmnt executate n scopul realizrii infrastructurii drumurilor, inclusiv stratul de form. Materialul predominant n execuia unui drum este pmntul. Acesta necesit un studiu atent deoarece proprietile fizico-mecanice ale sale determin forma i dimensiunile profilului transversal, sistemul de scurgere i evacuare al apelor, procesul tehnologic de execuie etc. Studiul pamntului este foarte important avnd n vedere si faptul ca drumul este o constructie ce se desfasoara pe zone ntinse n ceea ce priveste lungimea sa si de aici rezulta caracteristici variate ale pamntului care este supus n permanenta variatiilor de temperatura si umiditate. Pmntul reprezint o acumulare de particule minerale solide i este produs prin dezagregare fizic sau chimic a rocilor care pot conine sau nu materii organice. Pmntul este un corp complex, alctuit din fragmente solide de natur mineralogic, de forme i mrimi diferite, cuprinznd n golurile rmase ap i aer sau doar ap. Este un sistem trifazic, comportarea pmntului fiind dat de interaciunea dintre faze. Raporturile dintre faze (solid, lichid i gazoas) sunt influenate de aciunea factorilor externi (solicitri, 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, pamntul este uscat iar daca toate golurile dintre granule sunt umplute cu apa, pamntul este saturat. n funtie de proportia n care intra cele trei faze n compozitia pamnntului, de marimea granulelor, de modul de asociere a elementelor componente rezulta diverse tipuri de pamnturi cu diverse caracateristici fizico-mecanice.

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    2

    CARACTERISTICI FIZICO-MECANICE ALE PAMNTURILOR Pentru a putea folosi un pamnt 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 pmntul este un sistem dispers trifazic, el se caracterizeaz prin mai muli indici fizici: Densitatea pamntului:

    Vm=

    unde m este masa pamntului umed V volumul pamntului umed Greutate volumica:

    VG=

    unde G este greutatea pamntului umed V volumul pamntului umed Putem avea: densitate sau greutate volumica in stare naturala (umiditate normala), densitate sau greutate volumica in stare saturata (cnd pamntul este saturat cu apa) sau densitate sau greutate volumica n stare uscata (cnd pamntul este uscat). Valoarea acestora depinde att de volumul de goluri dintre particule ct i de coninutul n ap al pmntului:

    o greutatea / masa volumic a pmntului n stare normal de umiditate, w:

    )100

    1()100

    1( wnVG

    Sw

    w +== [kN/m3] )

    1001()

    1001( wn

    VM

    Sw

    w +== [t/m3]

    Aer

    w

    ApaSolid

    Stare parial saturat (normal)

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    3

    o greutatea / masa volumic a pmntului n stare uscat:

    Sdn )

    1001( = [kN/m3]

    Sdn )

    1001( = [t/m3]

    d

    Aer

    Solid

    Stare uscat

    o greutatea / masa volumic a pmntului complet saturat:

    wSsatnn

    100)

    1001( += [kN/m3]

    wSsatnn

    100)

    1001( += [t/m3]

    Solid

    Apa

    sat

    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

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    4

    VS - volumul particulelor solide ntre cei doi indici exist urmtoarele relaii:

    een += 1 sau n

    ne = 1

    totS VnV )1( = )1( eVV Stot +=

    eVV totS += 1

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

    min

    minmax

    eeeCi

    =

    unde emax este indicele porilor unui pamnt necoeziv n starea cea mai afnata emin indicele porilor pamntului n starea cea mai ndesata Clasificarea nisipurilor dupa capacitatea de indesare:

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

    100S

    w

    mm

    w = (%)

    unde mw este masa apei continuta n porii unei cantitati de pamnt mS masa particulelor solide Permeabilitatea este proprietatea unor pamnturi de a permite circulatia apei

    libere printre golurile particulelor solide sub actiunea cmpului gravitational.

    Ivk =

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

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    5

    Identificarea pmnturilor se face baza caracteristicilor sale, n funcie de dou mari categorii de elemente semnificative: - granulozitate - plasticitate Aceast caracterizare este una subiectiv deoarece nu ia n considerare i starea pmntului. n concluzie, pentru aprecierea pmnturilor trebuie precizate: natura pmntului i starea sa fizic (umiditate, ndesare etc.). Granulozitatea reprezint repartiia, n procente din greutatea total, a

    materialului uscat, a diferitelor fraciuni granulare. Fraciunea granular este grupa de fragmente solide cuprins ntre dou limite. Pmnturile se denumesc n funcie de dimensiunea (fraciunea) principal, dar se amintesc i celelalte caracteristici (de exemplu PNA = praf nisipos argilos). Clasificarea pmnturilor, dup mrimea particulelor constituente, este urmtoarea:

    o blocuri.................. peste 200 mm o bolovni ............. 70 200 mm o pietri ................... 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 argil .................... sub 0.005 mm

    Pentru determinarea granulozitii pmntului, n laborator se face analiza granulometric, prin cernere pe ciururi i site cu ochiuri ptrate sau prin sedimentare. Astfel rezult curba granulometric (reprezentare grafic a compoziiei granulometrice). Reprezentarea grafic a compoziiei granumoletrice a pmnturilor se face i prin diagrama ternar. Aceast reprezentare este avantajoas pentru compararea pmnturilor.

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    6

    Curba granulometric

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    7

    Diagrama ternara

    100

    0 100

    01000

    Praf

    ArgilaNisip

    25

    45

    25

    Diagrama ternar: Nisip:25%, Praf: 25%, Argil: 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

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    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 ct de uniform sau neuniform este un pmnt, 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 pmnt corespunztor procentului de 60 %;

    d10 - diametrul particulelor de pmnt corespunztor procentului de 10 %.

    Clasificarea pmnturilor, din punct de vedere al gradului de neuniformitate, este urmtoarea:

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

    Cu ct un pmnt este mai uniform cu att curba sa granulometric este mai apropiat de vertical. Un pmnt bun pentru lucrrile de terasamente trebuie s aib Un 7.

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    9

    Pamnturile si maresc volumul (se nfoiaza) prin sapare: gradul de porozitate creste iar greutatea specifica aparenta scade. Cu timpul, sub actiunea greutatii proprii, a intemperiilor etc., pamnturile se taseaza, se ndeasa, porozitatea scade, iar greutatea specifica aparenta creste. Astfel, pamnturile sapate se compacteaza n mod natural. Dar pot fi compactate si n mod artificial ntr-un timp mult mai scurt. ntre gradul de compactare obtinut pe cale naturala si cel obtinut pe cale artificiala ramne o diferenta numita nfoiere remanenta. De aceasta nfoiere se tine seama la asezarea liniei rosii, la fixarea dimensiunilor initiale ale rambleelor, la transportul pamntului sapat etc. nfoierea este inversul fenomenului de tasare.

    Categoria pamnturilor nfoierea initiala % nfoierea remanenta, %

    Pamnturi 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 pmntului de a se comporta, ntr-un anumit

    domeniu de umiditi, ca un corp plastic. Pentru umiditi reduse pmnturile au proprietile unui corp tare. Pe msur ce umiditatea crete, ele devin plastice, adic sufer deformaii permanente sub sarcini constante fr modificarea volumului, apoi curgtoare, adic se deformeaz sub propria lor greutate, tinznd s capete o suprafa superioar apropiat de un plan orizontal. Umiditile care definesc domeniul n care pmntul se comport ca un corp plastic se numesc limite de plasticitate. Limita inferioar de plasticitate sau limita de frmntare, wP, este umiditatea care corespunde trecerii pmntului din stare solid n stare plastic. Limita superioar de plasticitate sau limita de curgere, wL, este umiditatea care corespunde trecerii pmntului din stare plastic n stare curgtoare. Caracterizarea unui pmnt din punct de vedere al plasticitii se face prin indicele de plasticitate, IP, care reprezint intervalul de umiditate n care pmntul se afl n stare plastic :

    PLP wwI = [%]

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    10

    Indicele de plasticitate

    Pmnturile se clasific din punct de vedere al plasticitii, dup cum urmeaz:

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

    Pentru lucrrile de terasamente se recomand pmnturi cu IP 30% i wL 60%. n funcie de granulozitate i plasticitate, pmnturile coezive se clasific conform tabelului de mai jos.

    Tabelul 4.1 Fraciunea granular

    Argil (< 0.005

    mm)

    Praf (0.005 ... 0.05

    mm)

    Nisip (0.05 ... 2 mm) Nr. crt. Pmnturi coezive

    Indice de plasticitate

    Ip Coninut procentual

    1 Argil gras >35 > 60 Variabil

    2 Argil 25..60 35..60 Mai puin dect argil < 30

    3 Argil prfoas 15..35 30..50 Mai mult dect argil Mai puin dect praf

    4 Argil nisipoas 15..35 30..60 Mai puin dect argil > 30

    5 Argil prfoas nisipoas 15..25 30..35 Mai mult dect

    argil > 30

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

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

    8 Praf 5..15 0..15 Mai mult dect argil < 30

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

    10 Nisip argilos 5..20 15..30 Mai puin dect nisip Mai mult dect

    praf

    11 Nisip prfos 0..10 0..15 Mai puin dect nisip Mai mult dect

    praf

    wP wL

    IP

    w, %

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    11

    Starea de consisten a pmnturilor Starea fizic a pmnturilor coezive depinde de coninutul lor n ap. Aceasta se numete stare de consisten i se exprim cantitativ prin indicele de consisten, Ic:

    P

    Lc I

    wwI = [%]

    unde: wL este limita de curgere, %; w umiditatea natural, %; Ip indicele de plasticitate, %. Conform STAS 1243, clasificarea pmnturilor dup indicele de consisten este urmtoarea:

    - curgtoare, Ic = 0 %; - plastic curgtoare, Ic = 0.1 % ... 0.25 %; - plastic moale, Ic = 0.26 % ... 0.50 %; - plastic consistent, Ic = 0.51 % ... 0.75 %; - plastic vrtoas, Ic = 0.76 ... 0.99 %; - tare, Ic = 1 % (aceasta se ntmpl pentru w = wL).

    Pentru lucrrile de terasamente se recomand pmnturi cu Ic > 0.50 %. Aprecierea strii de consisten a pmnturilor coezive pe baza indicelui de consisten Ic poate fi uneori eronat (cnd se frmnt pamntul pentru determinarea limitelor de plasticitate se pot distruge legturile de cimentare dintre particule). Pentru a preveni aceast situaie este indicat aprecierea strii de consisten i cu metode nedistructive (de exemplu, penetrarea).

    PROPRIETILE MECANICE ALE PMNTURILOR Compresibilitatea pmnturilor este proprietatea pmnturilor de a se deforma sub aciunea unor solicitri de compresiune, devenind mai ndesate. Un pmnt, chiar dac este saturat, nu este caracterizat numai prin umiditate. La o umiditate dat, exist o infinitate de stri posibile n funcie de volumul de aer coninut n pmnt, fiecare stare fiind definit de densitatea n stare uscat (d). Se consider c un pmnt nesaturat poate fi compactat dac se poate elimina aerul (umiditatea rmne constant, dar crete d). Dac exist posibilitatea de a se elimina i apa, procesul se numete consolidare (crete d i se micoreaz umiditatea). Consolidarea este un proces de desfurare n timp, sub ncrcare constant, a deformaiilor pmntului. Consolidarea reprezint un proces caracteristic argilelor care au o permeabilitate foarte sczut. La nisipuri nu se pune problema consolidrii deoarece, datorit permeabilitii lor

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    12

    mari, apa este expulzat din pori, practic odat cu aplicarea ncrcrii, dnd posibilitatea particulelor s ocupe poziia corespunztoare noii stri de ndesare. n problemele de construcii intereseaz n general deformarea pe vertical, numit tasare. Compresibilitatea se studiaz n laborator cu ajutorul edometrului prin urmrirea tasrilor i evoluia acestora n timp sub efectul unor ncrcri axiale aplicate n trepte, n condiiile deformrilor laterale mpiedicate.

    microcomparator

    dispozitiv de incarcare

    placa rigida

    proba de pamant cilindrica

    pietre poroase

    Edometru pentru studiul compresibilitii pmnturilor

    ncercarea de laborator cu edometrul se face pe probe cilindrice de pmnt cu diametrul 7-10 cm i nlimea 2-4 cm, aplicndu-se ncrcarea pe faa superioar a probei i msurndu-se tasarea (deformaia pe vartical a probei) la microcomparator. Sub ncrcarea aplicat se observ modul de consolidare al probelor de pmnt:

    - la nceput tasarea se produce repede - cu timpul tasarea este din ce n ce mai mic pn se oprete.

    Se pot realiza dou tipuri de ncercri: - ncercarea de compresiune tasare: se stabilite relaia tensiune

    tasare i se determin modulul de deformaie edometric (modul de compresibilitate), M, pentru intervalul de presiuni 2 ... 3 daN/cm2:

    23

    100

    == =

    =pp

    pM [daN/cm2]

    sau se exprim prin curba de compresiune porozitate, stabilindu-se coeficientul de compresibilitate, av (raport ntre variaia indicelui porilor i variaia corespunztoare a tensiunii de compresiune) pentru acelai interval al presiunilor 2 ... 3 daN/cm2:

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    13

    12

    12

    ppee

    peav

    == [cm2/daN]

    Curba compresiune tasare se execut pentru construciile la care este necesar stabilirea tasrilor probabile.

    Deformabilitatea pmntului se mai poate exprima i prin modulul de tasare (p [cm/m]), care este valoarea deformaiei specifice corespunztoare unui spor de compresiune dat. Pentru o ncrcare de 2daN/cm2 pmnturile se mpart din punct de vedere al compresibilitii, dup cum urmeaz:

    - pmnturi foarte compresibile, p > 10cm/m - pmnturi compresibile, p = 10 ... 1 cm/m - pmnturi puin compresibile, p = 1 ... 0,1 cm/m - pmnturi necompresibile, p < 0,1 cm/m

    Curba de compresiune - tasare

    Curba de compresiune porozitate

    presiunea, p p2p1

    e2

    e1

    porozitatea, e

    ncrcare

    descrcare

    presiunea, pp2p1

    p2 p1

    2 3

    tasarea ,%

    ncrcare

    descrcare

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    14

    - ncercarea de compresiune consolidare: const n stabilirea relaiei

    tensiune tasare timp i se execut pe pmnturi argiloase saturate, pentru acele construcii la care intereseaz precizarea duratei de stabilizare a tasrilor.

    Pentru studiul consolidrii cu ajutorul edometrului se procedeaz astfel: pentru aceeai treapt de ncrcare se nregistreaz deformaiile la diferite intervale de timp [(H)t1; [(H)t2; ...; [(H)tfinal].

    Gradul de consolidare corespunztor timpul t se determin astfel:

    100)()(

    final

    t

    HHU

    =

    Se deseneaz curba de consolidare ca variaie n timp a gradului de consolidare.

    Curba de consolidare a pmnturilor prin tasare

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

    Parametri de calcul n practic, relaia dintre ncrcri i deformaiile corespunztoare ale pmntului se aprecieaz pe baza unor parametrii care stau la baza dimensionrii elementelor de construcie (de exemplu, suprastructura drumurilor). Aceti parametri sunt prezentai n cele ce urmeaz.

    timp, ore 4824

    1.0

    0.6

    grad de consolidare, U

    argilpraf (pmnt)

    nisip Argil prafoasa

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    15

    a) Indicele de capacitate portant, ICP sau CBR (Californian Bearing Ratio) reprezint rezistena pe care o opune un pmnt la ptrunderea unui dorn standardizat. Se calculeaz ca raport ntre presiunea, p necesar ptrunderii unui dorn cu diametrul de 50 mm pe o anumit adncime n materialul care se studiaz i presiunea, p0 necesar ptrunderii dornului n aceleai condiii, ntr-un material etalon (piatr spart, p0 = 70 daN/cm2):

    0

    100ppICPCBR == [%]

    Curba C.B.R.

    Valori C.B.R. determinate n laborator pe diverse materiale sunt dup cum urmeaz:

    - macadam ................................. 90 150% - piatr spart nesorat .............. 80 120 % - pietri ....................................... 40 80 % - nisip argilos .............................. 25 40 % - argil nisipoas ........................ 5 15 % - argil plastic ........................... 1 5 %

    Pentru a fi bun de utilizat n lucrri de terasamente, un pmnt trebuie s aib C.B.R.min = 20 ... 40 %.

    b) Modulul de reacie sau coeficientul patului, K, este raportul ntre presiunea p

    exercitat pe suprafaa pmntului prin intermediul unei plci rigide cu diametrul D = 75 cm i tasarea corespunztoare t:

    presiunea, pp0p

    h

    adncimea h, mm

    material standard

    material analizat

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    16

    tpK = [daN/cm3]

    Schema de determinare a modulului de reactie Se determin fie direct pe teren (cu placa de ncrcare), fie indirect, prin relaii de legtur cu ali parametri ce caracterizeaz deformabilitatea pmnturilor.

    - pentru placa cu D = 75 cm: p = 0.7 daN/cm2. Se mentine aceasta presiune pna cnd deformatia nceteaza 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 pna cnd se atinge tasarea admisibila sub placa de 1.27 cm:

    27.1pk = (daN/cm3)

    Valoarea lui K depinde de calitile elastice ale pmntului, de dimensiunile i de forma suprafeei de ncrcare, de structura i starea de compactare a pmntului.

    35

    += CBRk

    c) Modulul de deformaie, Ed este raportul ntre presiunea p transmis pe teren de placa de ncrcare i tasarea relativ a suprafeei ncrcate, multiplicat cu un coeficient care variaz n funcie de forma n plan, rigiditatea plcii de ncrcare i natura pmntului cercetat:

    DlppEd == [daN/cm

    2]

    unde: D este diametrul plcii de ncrcare, [cm] l tasarea real, [cm]

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    17

    Modulul de deformaie

    Modulul de deformaie se determin pe teren sau n laborator. ncercarea pe teren consta n aplicarea unor ncarcari verticale n trepte, pe o placa rigida (din metal sau beton armat) asezata pe suprafata de ncercat i masurarea tasarilor dupa fiecare treapta. Fiecare treapta se mentine pna la stabilizarea tasarii (s < 0.05 mm n 5 minute). ncercarea se opreste dupa obtinerea unei deformatii relative efective s > s relativ de calcul:

    dss ='

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

    p

    (presiunea)

    (tasarea relativ)

    p2p1

    2

    1

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    18

    's

    pEd = n mediu semiinfinit, omogen si izotrop

    'spEd

    = n mediu stratificat sau complex rutier = 1.20 pentru un mediu alcatuit din doua straturi = 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 mbracaminti permanente 0.010

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

    0.020

    S.R.Nerigide cu mbracaminti provizorii 0.030

    S.R.Rigide 0.001

    Tipul mbracamintii Deformatia relativa de calcul

    mbracaminti bituminoase n 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

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    19

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

    1a forma metalica 2 stampa de ncarcare 3 comparatoare 4 placute metalice si prghii 5 presa prghie Se compacteazala acelasi grad de compactare (98%), trei probe cilindrice din pamnt 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 ncarca stampa cu presa-prghie prin adaugarea treptata de greutati pe platanul prghiei tinnd seama ca raportul dintre acestea si ncarcarea transmisa este de 1/10. Se mentine fiecare treapta de ncarcare pna cnd deplasarea verticala a stampei practic nceteaza (comparatoarele nregistreaza maximum 0.03 mm n 5 minute). Se nregistreaza deplasarile pe verticala, s1, s2 ntr-un tabel:

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    20

    Dupa stabilizarea deformatiei sub ncarcarea anterioara se incarca platanul prghiei cu treapta urmatoare astfel nct sa se asigure sporul de presiune de:

    - 25 ... 50 kPa pentru pamnturi argiloase n stare de consistenta tare, plastic vrtoasa sau plastic consistenta si nisipuri ndesate sau cu ndesare mijlocie

    - 5 ... 10 kPa pentru pamnturi argiloase n stare de consistenta plastic moale sau plastic curgatoare si nisipuri afnate

    La ncercarea pamnturilor necoezive pe suprafata probei se pun greutati inelare care sa asigure o presiune suplimentara n jurul stampei de 5 kPa.

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    21

    Sporurile de presiune se aleg astfel nct sa se atinga deformatia relativa s de 0.03 dupa 3 4 trepte de ncarcare. La atingerea deformatiei relative s = 0.03 ncarcarea se opreste. ncercarea continua pe suprafata interioara a probei. Dupa efectuarea ncercarilor se determina umiditatea reala a pamntului ncercat lund cte o proba de pamnt din dreptul stampei, de la adncimea de 4 cm fata de ultima suprafata ncercata. Se calculeaza deformatiile efective s corespunzatoare fiecarei trepte de ncarcare. 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 deformaie Ed prin ncercri directe pe teren se determin pentru:

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    22

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

    - verificarea prin ncercri directe n timpul execuiei, a Ed pentru terenul de fundaie

    - verificarea capacitii portante a unei structuri rutiere - verificarea n timpul execuiei a lui Ed echivalent la nivelul unui strat

    rutier sau pentru ntregul complex rutier Modulul de deformaie prin ncercri de laborator se determin pentru:

    - precizarea valorilor de calcul ale Ed cnd se cunosc valorile de calcul ale umiditii i gradul de compactare

    - compararea deformabilitii diferitelor tipuri de pmnturi i materiale

    - stabilirea variaiei Ed n funcie de grad de compactare, umiditate, temperatur, vitez de ncrcare

    CBREd 14

    d) Modulul de elasticitate, E este limita raportului dintre variaia presiunii aplicate pe placa de diametru D i deformaia elastic corespunztoare, l:

    DlpE

    = lim [daN/cm2] Deformaia elastic se determin pe baza curbei de revenire a diagramei compresiune-tasare, la cicluri de ncrcare-descrcare.

    Modulul de elasticitate

    s, cm (tasarea)

    p2p1

    s2

    s1

    p3

    p, daN/cm2(presiunea)

    s3

    Tasarea

    l1

    l3

    l2

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    23

    Rezistena la tiere condiioneaz stabilitatea pmnturilor sub aciunea diferitelor tipuri de solicitri. Cnd aceasta se depete, se produce ruperea, formndu-se o suprafa de rupere. Cunoaterea rezistenei la tiere a pmnturilor este necesar pentru studiul stabilitii taluzurilor, a mpingerii pmntului asupra lucrrilor de sprijinire etc. Rezistena la tiere a pmntului se exprim prin relaia:

    ctg += (dreapta caracteristic sau intrinsec) LEGEA lui COULOMB unde: este rezistena pmntului la tiere [daN/cm2] presiunea normal pe planul de tiere [daN/cm2] unghiul de frecare intern

    c coeziunea tiere [daN/cm2]

    Pentru pmnturile argiloase = 0 ... 15o iar pentru pmnturile nisipoase = 30 ... 40o. n cazul pamnturilor necoezive, rezistenta la taiere depinde de frecarea dintre particulele solide, iar unghiul de frecare interioara depinde de caracteristicile particulelor. n cazul pamnturilor 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 ndesare, umiditate. Coeziunea se datoreaza unor forte de legatura interioare dintre particulele pamntului exercitate prin intermediul apei adsorbite. Coeziunea argilelor variaza cu umiditatea si cu starea de ndesare.

    Dreapta intrinsec

    c

    = tg + c

    f

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    24

    Se studiaz n laborator cu ajutorul aparatului pentru tiere direct (forfecare

    direct).

    piston

    proba de pamant

    pietre poroaseplaci dintate

    caseta metalica

    Aparat pentru tiere direct

    Rezistena la tiere rezult i din compresiune monoaxial (pentru pmnturile argiloase) i compresiune triaxial.

    Felul pamntului (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

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    25

    Identificarea pmnturilor a. Blocuri buci mari de stnc, cu diametre peste 20 cm. ngrmdite

    prin aciunea torenilor sau ghearilor. b. Bolovniuri sau pietriuri fragmente necimentate, cu dimensiuni peste

    2 mm; uneori golurile pot fi umplute cu nisip sau argil (aceasta influeneaz rezistena stratului).

    c. Nisipuri granule coluroase sau rotunjite cu diametrul cuprins ntre 0.05 mm i 2 mm; porozitate redus, fr coeziune, frecare intern mare;

    - la solicitri statice au deformaii mici; - la solicitri dinamice au deformaii mari i brute; - nisipurile mari i mijlocii sunt foarte bune pentru fundare (nu

    sunt influenate de poziia fa de pnza de ap); - nisipurile fine pot fi antrenate de ap i se transform n

    nisipuri curgtoare. d. Prafuri cu diametrul cuprins ntre 0.005 i 0.05 mm, prezint oarecare

    plasticitate i coeziune (se comport ca i chitul); - amestecate cu ap se depun n aproximativ 30 minute; - au rezistene sczute; - trebuie utilizate cu precauii.

    e. Argila pmnt cu un bogat coninut de minerale secundare; - unsuroas la pipit, ader de corpurile umede; - se frmnt ca ceara iar uscat formeaz bulgri care se

    sfrm greu; - are porozitate mare i frecare intern mic; - calittile mecanice sunt mult influenate de ap.

    f. Loessul majoritatea particulelor sunt din fraciunea praf; - prezint pori foarte mari (vizibili cu ochiul liber =

    macropori); - comportare foarte mult influenat de ap. Cnd este uscat

    este foarte bun dar cnd se umezete devine foarte ru, prezentnd deformaii mari.

    g. Marna pmnt argilos, cu calcar uniform rspndit n masa de argil; - reprezint o trecere de la argil la calcar; - denumirea este n funcie de procentul de CaCO3 (argil

    marnoas, marn calcaroas). h. Mluri argile prfoase provenite din depuneri neconsolidate ale apelor

    curgtoare sau lacurilor;

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 3 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    26

    - uneori conin nisip sau pietri; - uscate, sunt tari i cu crpturi; - au plasticitate mare.

    i. Nmoluri mluri cu un coninut de substane organice mai mare de 10%;

    - au o structur spongioas datorit gazelor care se degaj din descompunerea materiilor organice;

    - se desfac uor n ap; - prin uscare crap n buci poligonale.

    n funcie de fora de atracie dintre particulele solide, pmnturile pot fi coezive i necoezive. Dupa rezistenta opusa la sapare (de care trebuie sa tina seama la executarea lucrarilor de tersamente) pamnturile pot fi:

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

    - pamnturi 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, pamnt vegetal cu radacini

    - pamnturi tari: se pot sapa cu excavatorul, grederul elevator, draglina iar manual cu trnacopul 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 nesfarmata, pamnt amestecat cu bolovani

    - pamnturi foarte tari: se pot sapa cu excavatorul si grederul elevator iar manual cu ranga, trnacopul, piul, barosul (fara explozivi); fac parte argila grea compacta umeda, argila grasa sau argila nisipoasa grea si cu amestec de piatra sfarmata, pietris, moloz ndesat, bolovani, pietris, balast compact, argila tare, pamnturi nghetate