Universitatea Tehnica “Gheorghe Asachi”

Facultatea de Constructii si Instalatii,Iasi

INCERCAREA CU DILATOMETRUL PLAT

Student: GHIURCA GABRIEL

Master: Inginerie Geotehnica

Anul : I

Incercarea cu dilatometrul plat

Sondajul cu dilatometrul plat a fost dezvoltat în Italia de Marchetti Silvano.

Acesta a fost iniţial introdus în America de Nord şi Europa în 1980 şi este folosit în

prezent în peste 40 de ţări.

Descrierea pe scurt a DMT

Dilatometrul plat este alcatuit dintr-o lama din oţel inoxidabil având o

membrana plata circulara din oţel montata lateral pe o parte.Lama este conectata

la o unitate de control pe suprafata solului printr-un tub pneumatico-

electric(transmitand presiunea gazului şi continuitatea electrică)ce trece prin tije de

inserare. Un rezervor de gaz,este conectat la unitatea de control printr-un cablu

pneumatic,aprovizionand cu gaz ,astfel incat presiunea sa fie suficienta pentru

extinderea membranei. Unitatea de control este echipata cu un regulator de

presiune, ceasuri de presiune,un semnalizator audio-vizual şi supape de aerisire.

Lama avanseaza în pământ cu ajutorul unui echipament obisnuit de teren, instalatii

care sunt in mod normal utilizate pentru test de penetrare cu con (CPT) sau

platformele de foraj. Tijele sunt utilizate pentru a transfera forţa de foraj de

inserare la lama.Dispunerea generală a testului cu dilatometrul plat este prezentată

în figura de mai sus. Testul începe prin introducerea dilatometrului în sol. La scurt

timp după penetrare, prin utilizarea unitatii de control, operatorul umflă membrana

si în aproximativ 1 minut, au loc doua citiri:

1) A-presiunea necesara doar pentru a începe mutarea membranei împotriva

solului

2) B-presiunea necesara pentru a muta centrul de membrană la 1,1 mm faţă de sol.

O a treia citire optionala C ("închidere de presiune") poate fi luata prin deflatarea

usoara a membranei la scurt timp după citirea B.Lama avanseaza apoi în pământ

pana la o creştere a adâncimii (de obicei 20 cm),fiind realizate citirile A, B

repetate la fiecare adâncime.Valorile de presiune, A, B sunt apoi corectate de

valorile DA, DB determinate prin calibrare pentru a lua în considerare rigiditatea

membranei ,fiind transformate in p0, p1.

Domeniul de aplicare a DMT este foarte larg,variind de la soluri moi la solurile

tari. DMT este potrivit pentru nisipuri, argile în cazul în care boabele sunt mici în

comparaţie cu diametrul membranei (60 mm). Acesta nu este potrivit pentru

pietrişuri, cu toate acestea, lama este suficient de solida pentru a trece de straturi de

pietriş de aproximativ 0,5 m grosime.Datorită echilibrului de măsurare a presiunii

zero metoda (metoda null), citirile DMT sunt extrem de precise, chiar şi în

situatiile pamanturilor extrem de moi - aproape soluri lichid.Pe de altă parte, lama

este foarte robusta (poate în condiţii de siguranţă rezista pana la 250 kN forţă de

împingere) şi poate pătrunde chiar roci moi. Argila poate fi testată de la cu = 2-4

kPa până la 1000 kPa (marne). Gama pentru moduli M este de la 0,4 MPa până la

400 MPa.

Caracteristicile lamei si a membrane constau in faptul ca dimensiunile

nominale ale pânzei sunt de 95 mm lăţime şi 15 mm grosime. lama are o margine

ascutita pentru a pătrunde în sol. Unghiul de vârf de la margine este de 24 ° la 32 °.

Secţiunea conica de jos are vârful 50 mm lungime. lama poate rezista în condiţii

de siguranţă până la 250 kN . Membrana din oţel circular are diametrul de 60 mm .

Grosimea normala este de 0,20 mm (membrane de 0,25 mm grosime sunt folosite

uneori în soluri care pot taie membrana). Membrana este montată la acelaşi nivel

pe lama şi păstrata în loc de un inel de reţinere.

Principiul de funcţionare al DMT este ilustrat în figura de mai jos .Lama

lucreaza ca un comutator electric (on / off). Scaunele izolante previn contactul

electric a discului cu senzorul corpului din oţel care stau la baza dilatometrului.

Senzorul discului este staţionar şi se păstrează în presă,montat în interiorul

scaunului de izolare. Contactul este semnalizat printr-un semnal audio / vizual .

Senzorul discului este la pământ (şi unitatea de control emite un sunet) în cadrul

unuia dintre următoarele împrejurări:

1) membrana revine împotriva senzorului discului(ca înainte de expansiunea

membranei)

2) centrul membranei s-a mutat 1.1 mm în sol (cilindru de oţel cu arc face

contact cu senzorul de disc de deasupra).

Nu există nici un contact electric, deci fără semnal, la poziţii intermediare ale

membranei.Atunci când operatorul începe creşterea presiunii interne(fig. 3), pentru

ceva timp membrana nu se misca şi rămâne în contact cu sprijinul metalic. Atunci

când presiunea internă Atunci când presiunea internă contrabalansează presiunea

externă a solului,membrana iniţiază mişcarea ei, pierde contactul cu sprijinul său

(semnal off). Intreruperea semnalului solicită operatorului să citească "lift-off" A-

presiune(mai târziu corectate în p0).

Operatorul, fără oprirea debitului de apă, continuă să se umfle membrana(semnal

off). Atunci când mişcarea centrala atinge 1.1mm,arcul de oţel atinge cilindru ,

partea de jos a senzorului de disc , reactivand semnalul. Reactivarea semnalului

solicită operatorului pentru a citi "plina expansiune" B-a presiunii (mai târziu

corectate în p1).

Partea de sus a senzorului de disc poarta un palpator de 0,05 mm purtand functia

de a imbunatatii definirea membranei,adik momentul in care circuitul electric este

intrerupt.Sistemul fix de deplasare asigura ca expansiunea membranei va fi intre

1.10mm ± 0.02 mm indiferent de modul de observare a operatorului,care nu poate

sa modifice sau sa reglementeze astfel de distante.Vor fi folosite numai cilindre din

quartz calibrat,pentru a asigura acuratetea miscarii.

Interpretarea rezultatelor in termenii parametrilor de sol,astfel in multe cazuri,

parametrii estimaţi de DMT sunt utilizati prin aplicarea metodelor uzuale de

proiectare. În acest mod, inginerul poate compara şi verifica parametrii obţinuti

prin alte teste, selectand profilurile de proiectare , apoi acesta aplica metodele

uzuale de proiectare. Aceasta metodologie lasa o usa larg deschisa varietatilor de

aplicatii ingineresti.

Principalele formule de reducere ce apartin metodei DMT precum si principalele

corelatii sunt :

p0 prima citire corectata p0 = 1.05 (A - ZM + DA) - 0.05 (B - ZM - DB)

p1 a doua citire corectata p1 = B - ZM - DB

ZM = citirea ceasului de presiune .Daca DA & DB sunt masurate de aceleasi ceas folosit pentru

citirile uzuale A si B

ZM = 0

ID = (p1 - p0) / (p0 - u0) u0 =preinserarea presiunii din pori

KD = (p0 - u0) / s'v0 s'v0 = preinserarea suprasolicitarii efortului

ED –modulul dilatometric ED = 34.7 (p1 - p0) ED nu este modulul lui Young E. ED Poate fi

utilizat doar dup ace este combinat cu KD . Mai inatai se obtine MDMT= RM ED, apoi e.g. E » 0.8

MDMT

K0-coeficientul presiunii pamantului K0,DMT = (KD / 1.5)0.47 - 0.6 for ID < 1.2

OCR raportul supraconsolidariiOCRDMT = (0.5 KD)1.56 for ID < 1.2

cu rezistenta la forfecare cu,DMT = 0.22 s'v0 (0.5 KD)1.25 for ID < 1.2

F unghiul de frecare Fsafe,DMT = 28° + 14.6° log KD - 2.1° log2 KD for ID > 1.8

ch coeficientul de consolidare ch,DMTA » 7 cm2 / tflex tflex de la A-log t DMT-A curba

decalata

kh coeficientul de permeabilitate kh = ch γw / Mh (Mh » K0 MDMT)

M modulul limitat vertical drenat

MDMT = RM ED

daca ID £ 0.6 RM = 0.14 + 2.36 log KD

daca ID ³ 3 RM = 0.5 + 2 log KD

daca 0.6 < ID < 3 RM = RM,0 + (2.5 - RM,0) log KD RM,0 = 0.14 + 0.15 (ID - 0.6)

daca KD > 10 RM = 0.32 + 2.18 log KD

if RM < 0.85 set RM = 0.85

u0 presiunea echilibrata a porilor u0 = p2 = C - ZM + DA In free-draining soils

Citirile A si B sunt corectate pentru rigiditatea membrane.Pentru a determina

presiunile Po si P1 se folosesc urmatoarele formule:

p0 = 1.05 (A – ZM + A) – 0.05 (B – ZM – B) (1)

p1 = B – ZM – B

Presiunile corectate Po si P1 sunt ulterior folosite in loc de A si B in

interpretare.Corelatiile originale(Marchetti 1980) au fost obtinute calibrand

rezultatele DMT cu parametrii de calitate superioara .Multe dintre aceste corelatii

pun bazele interpretarii de azi,fiind confirmate de cercetari ulterioare.Interpretarea

a evoluat prin descoperirea celor 3 parametrii intermediari:indicele de material

ID,indicele efortului orizontal KD si modulul dilatometric ED.Acesti trei parametrii

intermediari se relationeaza cu parametrii obisnuiti ai solului.

O interpretare mai exacta ne este furnizata prin intemediul urmatorilor parametrii:

-modulul constrains vertical drenat M(toate tipurile de pamant);

-rezistenta la forfecare nedrenata cu (argila);

-coeficientul presiunii laterale a pamantului K0(argila);

-raportul supraconsolidarii OCR(argila);

-coeficientul orizontal de consolidare ch(argila);

-coeficientul de permeabilitate kh(argila);

-unghiul de frecare ϕ(nisip);

-greutatea de volum γ si tipul solului(toate tipurile de pamant);

-presiunea echilibrata din pori u0(nisip);

Corelatiile pentru argila se aplica pentru cazul in care ID<1.2 ,iar cele pentru nisip

in cazul in care ID>1.8 .Cei mai de incredere si folositori parametrii obtinuti prin

intermediul DMT se considera a fi M si cu.

In imaginile de mai jos ne sunt prezentate reprezentarile grafice recomandate ale

rezultatelor DMT.

Printre principalele aplicatii ale acestei metode in rezolvarea diferitelor probleme

ingineresti,constau in situatii precum realizarea fundatiilor de mica inaltime,in

special in terenuri nisipoase,caz in care prelevarea de probe netulburate si

estimarea compresibilitatii sunt deosebit de dificile.Calcularea acestora se

realizeaza prin intermediul urmatoarei formule:

S1-DMT=∑ Δσ vM DMT

Δz

Δσ v=este in general calculat in conformitate cu Boussinesq

Trebuie mentionat faptul ca formula de sus fiind bazata pe teoria elasticitatii liniare

furnizeaza o fundatie proportionala cu incarcarea,si nu este capabila sa furnizeze

un rezultat nonliniar.

O alta problema in care metoda DMT este extrem de utila,o reprezinta cea a

pilotilor incarcati axial si cea a pilotilor incarcati lateral.Aceasta metoda se bazeaza

pe determinarea 'hc(efortul orizontal efectiv impotriva lamei DMT,la sfarsitul

reconsolidarii).Apoi un factor este aplicat 'hc iar produsul este folosit ca o

estimare a suprafetei de frecare a pilotului (fs = 'hc).

Metoda DMT-hc isi are radacinile in teoria dezvoltata de Baligh(1985).Totusi in

practica aceasta teorie are doua inconveniente:

-in cazul argilelor determinarea hc –ului poate sa dureze destul de mult

timp(reconsolidarea din jurul lamei a argilei de joasa permeabilitate poate sa

dureze cateva ore sau chiar 2 zile)ceea ce face din determinarea hc –ului un process

destul de scump;

- s-a constatat ca factorul nu este o constanta,fiind mai mult un factor

variabil(variaza de cele mai multe ori in jurul valorii de 0.10… 0.20).Drept urmare

pana cand nu se vor gasi noi metode de selectare a factorului incertitudinea in

jurul suprafetei de frecare a pilotului este prea mare.Totusi in probleme destul de

importante,metoda poate deveni ca un supliment pentru celelalte metodepentru

a obtine informatii despre forma profilului fs,pentru a estima o limita inferioara a

valorii fs folosind

Bibliografie

ASTM Subcommittee D 18.02.10 - Schmertmann, J.H.,Chairman (1986).

"Suggested Method for Performing the

Flat Dilatometer Test".

ASTM Geotechnical Testing Journal,Vol. 9, No. 2, June, 93-101.

ASTM. "Standard Test Method for Performing the Flat PlateDilatometer ".

Approved Draft, 2001.

Aversa, S. (1997). "Experimental aspects and modeling indesign of retaining walls

and excavations" (in Italian). Proc.IV Nat. Conf. of the Geotechn. National

Research CouncilGroup, Perugia, Oct., Vol. II, 121-207.

Baldi, G., Bellotti, R., Ghionna, V. & Jamiolkowski, M.(1988). "Stiffness of sands

from CPT, SPT and DMT – A

critical review". ICE Proc. Conf. Penetration Testing in theUK, Univ. of

Birmingham, July, Paper No. 42, 299-305.

Baldi, G., Bellotti, R., Ghionna, V., Jamiolkowski, M. & LoPresti, D.C.F. (1989).

"Modulus of Sands from CPT's andDMT's". Proc. XII ICSMFE, Rio de Janeiro,

Vol. 1, 165-170.

Baldi, G., Bellotti, R., Ghionna, V., Jamiolkowski, M.,Marchetti, S. & Pasqualini,

E. (1986). "Flat DilatometerTests in Calibration Chambers". Proc. In Situ '86,

ASCESpec. Conf. on "Use of In Situ Tests in Geotechn.Engineering", Virginia

Tech, Blacksburg, VA, June, ASCEGeotechn. Special Publ. No. 6, 431-446.

Baligh, M.M. (1985). "Strain path method". ASCE Jnl GE,Vol. 111, No. GT9,

1108-1136.

Baligh, M.M. & Scott, R.F. (1975). "Quasi Static DeepPenetration in Clays".

ASCE Jnl GE, Vol. 101, No. GT11,

1119-1133.

Benoit, J. (1989). Personal communication to S. Marchetti.

Boghrat, A. (1987). "Dilatometer Testing in Highly

Overconsolidated Soils". Technical Note, ASCE Journal ofGeotechn. Engineering,

Vol. 113, No. 5, May, 516.

Borden, R.H., Aziz, C.N., Lowder, W.M. & Khosla, N.P.(1986). "Evaluation of

Pavement Subgrade Support

Characteristics by Dilatometer Test". Proc. 64th AnnualMeeting of the

Transportation Res. Board, June, TR Record

1022.Riv. Italiana di Geotecnica, 26, No. 4, 237-243.Gravesen, S. (1960). "Elastic

Semi-Infinite Medium Bounded

by a Rigid Wall with a Circular Hole". Laboratoriet forBygninsteknik, Danmarks

Tekniske Højskole, Meddelelse

No. 10, Copenhagen.Hamza, M. & Richards, D.P. (1995). "Correlations of

DMT,CPT and SPT in Nile BasinSediment". Proc. XI Afr. Conf.SMFE, Cairo,

437-446.Hayes, J.A. (1990). "The Marchetti Dilatometer and

Compressibility". Seminar on "In Situ Testing andMonitoring", Southern Ont.

Section of Canad. Geot. Society,Sept., 21 pp.

Hryciw, R.D. (1990). "Small-Strain-Shear Modulus of Soil Dilatometer". ASCE Jnl

GE, Vol. 116, No. 11, Nov., 1700-1716.