Upload
ixulescu-haralambie
View
643
Download
10
Embed Size (px)
Citation preview
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
GENERALITĂŢI
Terasamentele: totalitatea lucrărilor de pământ executate în scopul realizării
infrastructurii drumurilor, inclusiv stratul de formă.
Pământul
–
material predominant•
proprietăţile
sale fizico-mecanice determină forma şi dimensiunile profilului transversal, sistemul de scurgere şi evacuare al apelor, procesul tehnologic de execuţie etc.
•
drumul este o constructie ce se desfasoara pe zone întinse în ceea ce priveste lungimea sa ⇒ caracteristici variate ale pamântului care este supus în permanenta variatiilor de temperatura si umiditate
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
GENERALITĂŢI
Pământul
-
acumulare de particule minerale solide
-
este produs prin dezagregare fizică sau chimică a rocilor care pot conţine sau nu materii organice
-
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.).
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
GENERALITĂŢI
Faza solida
= scheletul mineral
Faza lichida
= apa
Faza gazoasa
= aer
Este posibil ca una din faze sa lipseasca:-
daca lipseste faza lichida, pamântul este uscat-
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.
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici fizice
• Densitatea pamântului:
unde
m este masa pamântului umedV –
volumul pamântului umed
• Greutate volumica:
unde
G este greutatea pamântului umedV –
volumul pamântului umed
greutatea / masa volumică a pământului în stare normală
de umiditate, w:
[kN/m3]
[t/m3]
Vm
=ρ
VG
=γ
)100
1()100
1( wnVG
Sw
w +−== γγ
)100
1()100
1( wnV
MS
ww +−== ρρ
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici fizice
greutatea / masa volumică a pământului în stare uscată:
[kN/m3]
[t/m3]
greutatea / masa volumică a pământului complet saturat:
[kN/m3]
[t/m3]
Sdn γγ )
1001( −=
Sdn ρρ )
1001( −=
wSsatnn γγγ
100)
1001( +−=
wSsatnn ρρρ
100)
1001( +−=
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici fizice
Aer
γw
ApaSolid
Stare parţial saturată (normală)
γd
Aer
Solid
Stare uscată
Solid
Apa
γsat
Stare saturata
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici fizice
• Porozitatea (%)
:
unde
Vgol este volumul golurilorVtot –
volumul total al materialului
• Indicele porilor:
unde
Vgol este volumul golurilorVS -
volumul particulelor solide
100tot
gol
VV
n =
S
gol
VV
e =
een+
=1 n
ne−
=1
totS VnV )1( −= )1( eVV Stot += eVV tot
S +=
1
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici fizice
• Capacitatea de îndesareproprietatea pamânturilor nisipoase de a-si micsora volumul porilor prin
rearanjarea particulelor solide:
unde
emax este indicele porilor unui pamânt necoeziv în starea cea mai afânataemin –
indicele porilor pamântului în starea cea mai îndesata
Clasificarea nisipurilor
dupa capacitatea de indesare:
nisipuri cu capacitate de îndesare mica:
Ci < 0.4
nisipuri cu capacitate de îndesare mijlocie: Ci = 0.4 …
0.6
nisipuri cu capacitate de îndesare mare: Ci > 0.6
min
minmax
eee
Ci−
=
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici fizice
• Umiditatea
(%)
:
unde
mw este masa apei continuta în porii unei cantitati de pamântmS –
masa particulelor solide
• Permeabilitateaproprietatea unor pamânturi de a permite circulatia apei libere printre
golurile particulelor solide sub actiunea câmpului gravitational
unde
k este coeficientul de permeabilitate (cm/s)v –
viteza de infiltrare a apei in pamânt (cm/s)I –
gradientul hidraulic (%)
100S
w
mm
w =
Ivk =
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici fizice
Identificarea pământurilor se face baza caracteristicilor sale, în funcţie de două mari categorii de elemente semnificative:
- granulozitate
- plasticitate
Această caracterizare este una subiectivă deoarece nu ia în considerare şi starea pământului.
În concluzie, pentru aprecierea pământurilor trebuie precizate: natura pământului şi starea sa fizică (umiditate, îndesare etc.).
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici fizice
• Granulozitatea
repartiţia, în procente din greutatea totală, a materialului uscat, a diferitelor fracţiuni granulare
Fracţiunea granulară este grupa de fragmente solide cuprinsă între două limite.
Pământurile se denumesc în funcţie de dimensiunea (fracţiunea) principală, dar se amintesc şi celelalte caracteristici (de exemplu PNA = praf nisipos argilos).
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici fizice
Clasificarea pământurilor, după mărimea
particulelor constituente:
blocuri..................
peste 200 mmbolovăniş
.............
70 –
200 mmpietriş
...................
2 –
70 mmmare .....................
20 –
70 mmmic ......................
2 –
20 mmnisip .....................
0.05 –
2 mmmare .....................
0.5 –
2 mmmijlociu ...............
0.25 –
0.5 mmfin ........................
0.05 –
0.25 mmpraf ......................
0.005 –
0.05 mmargilă ....................
sub 0.005 mm
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici fizice
Pentru determinarea granulozităţii pământului, în laborator
se face analiza granulometrică, prin cernere pe ciururi şi site cu ochiuri pătrate sau prin sedimentare.
Astfel rezultă curba granulometrică (reprezentare grafică a compoziţiei granulometrice).
Reprezentarea grafică a compoziţiei granumoletrice a pământurilor se face şi prin diagrama ternară. Această reprezentare este avantajoasă pentru compararea pământurilor.
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici fizice
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici fizice
100
0 100
01000
Praf
ArgilaNisip
25
45
25
Diagrama ternară: Nisip:25%, Praf: 25%, Argilă: 45%
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Categorii de pamanturi
dupa cum predomina fractiunea argila
sau fractiunea nisip
argila grasa:minim 60% fractiune argila, restul praf si foarte putin nisip
argila:30% ... 60% fractiune argila, restul praf si foarte putin nisip
argila nisipoasa:30% ... 50% fractiune argila, restul nisip si foarte putin praf
lut:20% ... 30% fractiune argila, restul nisip si foarte putin praf
nisip argilos:10% ... 20% fractiune argila, restul nisip si foarte putin praf
nisip fin:sub 10% fractiune argila
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici fizice
Pe baza curbei granulometrice se poate aprecia cât de uniform sau neuniform este un pământ, 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
10
60
ddU n =
d60 este diametrul particulelor de pământ corespunzător procentului de 60 %;
d10 - diametrul particulelor de pământ corecpunzător procentului de 10 %.
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici fizice
Clasificarea pământurilor, din punct de vedere al gradului de neuniformitate:
- pământuri foarte uniforme ..........
Un < 5
- uniforme ..........................................
5 < Un < 15
-
neuniforme ......................................
Un > 15
Cu cât un pământ este mai uniform cu atât curba sa granulometrică este mai apropiată de verticală.
Un pământ bun pentru lucrările de terasamente trebuie să aibă Un
≥ 7.
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici fizice
• Plasticitateaproprietatea pământului de a se comporta, într-un anumit
domeniu de umidităţi, ca un corp plastic
Pentru umidităţi reduse pământurile au proprietăţile unui corp tare.
Pe măsură ce umiditatea creşte, ele devin plastice, adică suferă deformaţii permanente sub sarcini constante fără modificarea volumului, apoi curgătoare, adică se deformează sub propria lor greutate, tinzând să capete o suprafaţă superioară apropiată de un plan orizontal.
Umidităţile care definesc domeniul în care pământul se comportă ca un corp plastic se numesc limite de plasticitate.
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici fizice
Limita inferioară de plasticitate sau limita de frământare, wP, este umiditatea care corespunde trecerii pământului din stare solidă în stare plastică.
Limita superioară de plasticitate sau limita de curgere, wL, este umiditatea care corespunde trecerii pământului din stare plastică în stare curgătoare.
Caracterizarea unui pământ din punct de vedere al plasticităţii se face prin indicele de plasticitate, IP, care reprezintă intervalul de umiditate în care pământul se află în stare plastică:
PLP wwI −=wP wL
IP
w, %
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici fizice
Pământurile se clasifică
din punct de vedere al plasticităţii, după cum urmează:
neplastice, IP = 0 %;
cu plasticitate redusă, IP ≤
10 %;
cu plasticitate mijlocie, IP = 11 % ... 20 %;
cu plasticitate mare, IP = 21 % ... 35 %;
cu plasticitate foarte mare, IP > 35 %.
Pentru lucrările de terasamente se recomandă pământuri cu IP ≤
15% şi wL ≤
60%.
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici fizice
Clasificareapamanturilorcoezive
Nr
.crt
.
Pământuri coeziveIndice de
plasticitateIp
Fracţiunea granulară
Argilă (< 0.005
mm)
Praf(0.005 ... 0.05
mm)
Nisip(0.05 ... 2
mm)
Conţinut procentual
1 Argilă grasă >35 > 60 Variabil
2 Argilă 25..60 35..60 Mai puţin decât argilă < 30
3 Argilă prăfoasă 15..35 30..50 Mai mult decât argilă
Mai puţin decât praf
4 Argilă nisipoasă 15..35 30..60 Mai puţin decât argilă > 30
5 Argilă prăfoasă nisipoasă 15..25 30..35 Mai mult
decât argilă > 30
6 Praf argilos 10..25 15..30 Mai mult decât nisip < 30
7 Praf nisipos argilos 5..20 15..30 Mai mult decât nisip > 30
8 Praf 5..15 0..15 Mai mult decât argilă < 30
9 Praf nisipos 0..10 0..15 Mai mult decât nisip > 30
10 Nisip argilos 5..20 15..30 Mai puţin decât nisip
Mai mult decât praf
11 Nisip prăfos 0..10 0..15 Mai puţin decât nisip
Mai mult decât praf
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici fizice
• Starea de consistenţă a pământurilor
Starea fizică a pământurilor coezive depinde de conţinutul lor în apă
= stare de consistenţă
indicele de consistenţă, Ic [%]
:
unde: wL este limita de curgere, %;w – umiditatea naturală, %;Ip –
indicele de plasticitate, %.
P
Lc I
wwI −=
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici fizice
Conform STAS 1243, clasificarea pământurilor după indicele de consistenţă:
curgătoare, Ic = 0 %;
plastic curgătoare, Ic = 0.1 % ... 0.25 %;
plastic moale, Ic = 0.26 % ... 0.50 %;
plastic consistentă, Ic = 0.51 % ... 0.75 %;
plastic vârtoasă, Ic = 0.76 ... 0.99 %;
tare, Ic = 1 % (aceasta se întâmplă pentru w = wL).
Pentru lucrările de terasamente se recomandă pământuri cu Ic > 0.50 %.
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Compresibilitatea pământurilor
proprietatea pământurilor de a se deforma sub acţiunea unor solicitări de compresiune, devenind mai îndesate
Un pământ, chiar dacă este saturat, nu este caracterizat numai prin umiditate. La o umiditate dată, există o infinitate de stări posibile în funcţie de volumul de aer
conţinut în pământ, fiecare stare fiind definită de densitatea în stare uscată
(ρd).
Se consideră că un pământ nesaturat poate fi compactat dacă se poate elimina aerul (umiditatea rămâne constantă, dar creşte ρd).
Dacă există posibilitatea de a se elimina şi apa, procesul se numeşte consolidare
(creşte ρd şi se micşorează umiditatea).
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Compresibilitatea pământurilor
Consolidarea:proces de desfăşurare în timp, sub încărcare constantă, a deformaţiilor
pământului
proces caracteristic argilelor care au o permeabilitate foarte scăzută
La nisipuri nu se pune problema consolidării deoarece, datorită permeabilităţii lor mari, apa este expulzată din pori, practic odată cu aplicarea încărcării, dând posibilitatea particulelor să ocupe poziţia corespunzătoare noii stări de îndesare.
În problemele de construcţii interesează în general deformarea pe verticală, numită tasare.
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Compresibilitatea pământurilorse studiază în laborator cu ajutorul edometrului prin urmărirea tasărilor şi
evoluţia acestora în timp sub efectul unor încărcări axiale aplicate în trepte, în condiţiile deformărilor laterale împiedicate
microcomparator
dispozitiv de incarcare
placa rigida
proba de pamant cilindrica
pietre poroase
Încercarea de laborator cu edometrul se face pe probe cilindrice de pământ cu diametrul 7-10 cm şi înălţimea 2-4 cm, aplicându-se încărcarea pe faţa superioară a probei şi măsurându-se tasarea (deformaţia pe varticală a probei) la microcomparator.
Sub încărcarea aplicată se observă modul de consolidare al probelor de pământ:•la început tasarea se produce repede•cu timpul tasarea este din ce în ce mai mică până se opreşte
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Compresibilitatea pământurilor
Se pot realiza două tipuri de încercări:
• încercarea de compresiune –
tasare: ♦se stabilişte relaţia tensiune –
tasare
şi se determină modulul de deformaţie edometric (modul de compresibilitate), M, pentru intervalul de presiuni 2 ... 3 daN/cm2:
[daN/cm2]
sau se exprimă prin curba de compresiune –
porozitate, stabilindu-se coeficientul de compresibilitate, av (raport între variaţia indicelui porilor şi variaţia corespunzătoare a tensiunii de compresiune) pentru acelaşi interval al presiunilor 2 ... 3 daN/cm2:
[cm2/daN]
23
100
== −=
ΔΔ
=pp
pMεεε
12
12
ppee
peav −
−=
ΔΔ
=
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Compresibilitatea pământurilor
presiunea, pp2p1
εp2
εp1
2 3
tasarea
ε,%
încărcare
descărcare
Curba de compresiune -
tasare
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Compresibilitatea pământurilor
presiunea, pp2p1
e2
e1
porozitatea, e
încărcare
descărcare
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Compresibilitatea pământurilor
Curba compresiune – tasare se execută pentru construcţiile la care este necesară stabilirea tasărilor probabile.
Deformabilitatea pământului se mai poate exprima şi prin modulul
de tasare
(εΔp
[cm/m]), care este valoarea deformaţiei specifice corespunzătoare unui spor de compresiune dat.
Pentru o încărcare de 2daN/cm2 pământurile se împart din punct de vedere al compresibilităţii:
pământuri foarte compresibile, εΔp
> 10cm/m
pământuri compresibile, εΔp
= 10 ... 1 cm/m
pământuri puţin compresibile, εΔp
= 1 ... 0,1 cm/m
pământuri necompresibile, εΔp
< 0,1 cm/m
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Compresibilitatea pământurilor
•încercarea de compresiune –
consolidare: ♦constă în stabilirea relaţiei tensiune –
tasare –
timp şi se execută pe pământuri argiloase saturate, pentru acele construcţii la care interesează precizarea duratei de stabilizare a tasărilor
Pentru studiul consolidării cu ajutorul edometrului se procedează astfel: pentru aceeaşi treaptă de încărcare se înregistrează deformaţiile la diferite intervale de timp [(ΔH)t1; [(ΔH)t2; ...; [(ΔH)tfinal].
Gradul de consolidare corespunzător timpul t se determină astfel:
Se desenează curba de consolidare ca variaţie în timp a gradului de consolidare.
100)()(
final
t
HHU
ΔΔ
=
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Compresibilitatea pământurilor
timp, ore4824
1.0
0.6
grad de consolidare, U
argilăpraf(pământ)
nisip Argilă prafoasa
Curba de consolidare a pământurilor prin tasare
-la nisipuri timpul de consolidare este foarte mic, deoarece evacuarea apei din pori este rapida
-
in prafuri si argile, din cauza permeabilitatii lor reduse, timpul de consolidare este mult mai mare, tasarile producându-se în timp îndelungat.
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
În practică, relaţia dintre încărcări şi deformaţiile corespunzătoare ale pământului se apreciează pe baza unor parametrii care stau la baza dimensionării elementelor de construcţie (de exemplu, suprastructura drumurilor).
a) Indicele de capacitate portantă, ICP sau CBR
(Californian Bearing Ratio)
reprezintă rezistenţa pe care o opune un pământ la pătrunderea unui dorn standardizat
se calculează ca raport între presiunea, p necesară pătrunderii unui dorn cu diametrul de 50 mm pe o anumită adâncime în materialul care se studiază şi presiunea, p0 necesară pătrunderii dornului în aceleaşi condiţii, într-un material etalon (piatră spartă, p0 = 70 daN/cm2):
%0
100ppICPCBR ==
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
presiunea, pp0p
h
adâncimea h, mm
material standard
material analizat
Curba C.B.R.
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
Valori C.B.R. determinate în laborator pe diverse materiale sunt după cum urmează:
-
macadam .................................
90 – 150%- piatră spartă nesorată ..............
80 –
120 %- pietriş
.......................................
40 –
80 %-
nisip argilos ..............................
25 – 40 %- argilă nisipoasă ........................
5 – 15 %-argilă plastică ...........................
1 –
5 %
Pentru a fi bun de utilizat în lucrări de terasamente, un pământ trebuie să aibă C.B.R.min = 20 ... 40 %.
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
b) Modulul de reacţie sau coeficientul patului, K
este raportul între presiunea „p” exercitată pe suprafaţa pământului prin intermediul unei plăci rigide cu diametrul D = 75 cm şi tasarea corespunzătoare „t”:
[daN/cm3]tpK =
Schema de determinare a modulului de reactie
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
b) Modulul de reacţie sau coeficientul patului, K
Se determină fie direct pe teren (cu placa de încărcare), fie indirect, prin relaţii de legătură cu alţi parametri ce caracterizează deformabilitatea pământurilor.
•
pentru placa cu D = 75 cm: p = 0.7 daN/cm2. Se mentine aceasta presiune pâna când deformatia înceteaza sa mai creasca sau creste cu mai putin de 5/100 mm/min:
(daN/cm3)
•
pentru placa cu D = 75 cm: se aplica presiunea p uniform distribuita pâna când se atinge tasarea admisibila sub placa de 1.27 cm:
(daN/cm3)
)()/(7.0 2
cmtcmdaNk =
27.1pk =
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
b) Modulul de reacţie sau coeficientul patului, K
Valoarea lui „K”
depinde de:
-
calităţile elastice ale pământului
-
de dimensiunile şi de forma suprafeţei de încărcare
-
de structura şi starea de compactare a pământului.
35
+=CBRk
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
c) Modulul de deformaţie, Ed
este raportul între presiunea „p” transmisă pe teren de placa de încărcare şi tasarea relativă „l”
a suprafeţei încărcate, multiplicat cu un coeficient „a” care variază în funcţie de forma în plan, rigiditatea plăcii de încărcare şi natura pământului cercetat:
[daN/cm2]
unde:
D este diametrul plăcii de încărcare, [cm]l – tasarea reală, [cm]
DlppEd α
λα ==
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
c) Modulul de deformaţie, Ed
p(presiunea)
λ(tasarea relativă)
p2p1
λ2
λ1
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
c) Modulul de deformaţie, Ed
Modulul de deformaţie se determină pe teren sau în laborator.
Încercarea pe teren
consta în aplicarea unor încarcari verticale în trepte, pe o placa rigida (din metal sau beton armat) asezata pe suprafata de
încercat şi masurarea tasarilor dupa fiecare treapta. Fiecare treapta se mentine pâna la stabilizarea tasarii (Ds < 0.05 mm în 5 minute).
Încercarea se opreste dupa obtinerea unei deformatii relative efective s’
> s relativ de calcul:
unde s este tasarea medied –
diametrul placii de încarcare
dss ='
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
c) Modulul de deformaţie, Ed
Se construieste diagrama presiune –
deformatie relativa efectiva:
'spEd =
'spEd
⋅=
α
în mediu semiinfinit, omogen si izotrop
în mediu stratificat sau complex rutier
α
= 1.20 pentru un mediu alcatuit din doua straturiα
= 1.57 pentru un mediu alcatuit din mai multe straturi
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
c) Modulul de deformaţie, Ed
s’
sunt valorile deformatiei relative de calcul:
Tipul de sistem rutier Deformatia relativa de calcul
S.R.Nerigide cu îmbracaminti permanente 0.010
S.R.Nerigide cu îmbracaminti semipermanente sau grosimea totala mai mica decât diametrul cercului echivalent de contact al suprafetei pneurilor autovehiculului de calcul 0.020
S.R.Nerigide cu îmbracaminti provizorii 0.030
S.R.Rigide 0.001
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
c) Modulul de deformaţie, Ed Tipul îmbracamintii Deformatia relativa de calcul
Permanente
Îmbracaminti bituminoase în doua straturiStraturi 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
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
Semipermanente
Covoare bituminoase executate la rece, mortare asfaltice, macadamuri asfaltice 0.040
Covoare bituminoase executate din mixturi bituminoase 0.045
Provizorii
Macadam protejat cu tratamente superficiale precum si pavaje de bitum sau din piatra bruta
0.050
Macadam simplu 0.050
Impietruiri din balast sau pietris 0.060
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
c) Modulul de deformaţie, Ed
Încercarea în laborator
este asemanatoare celei pe teren cu deosebirea ca încarcarea în trepte se aplica prin intermediul unei stampe de anumite dimensiuni, pe probe netulburate sau tulburate.
1a –
forma metalica2 –
stampa de încarcare3 –
comparatoare4 –
placute metalice si pârghii5 –
presa pârghie
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
c) Modulul de deformaţie, Ed
Încercarea în laborator-
Se compacteazala acelasi grad de compactare (98%), trei probe cilindrice din pamânt 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 încarca stampa cu presa-pârghie prin adaugarea treptata de greutati pe platanul pârghiei tinând seama ca raportul dintre acestea si încarcarea transmisa este de 1/10-
Se mentine fiecare treapta de încarcare pâna când deplasarea verticala a stampei practic înceteaza (comparatoarele înregistreaza maximum 0.03 mm în 5 minute)- Se înregistreaza deplasarile pe verticala, s1, s2 într-un tabel:
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
c) Modulul de deformaţie, Ed
Încercarea în laborator
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
c) Modulul de deformaţie, Ed
Încercarea în laborator
-
Dupa stabilizarea deformatiei sub încarcarea anterioara se incarca platanul pârghiei cu treapta urmatoare astfel încât sa se asigure sporul de presiune de:
-
25 ... 50 kPa pentru pamânturi argiloase în stare de consistenta tare, plastic vârtoasa sau plastic consistenta si nisipuri îndesate sau cu îndesare mijlocie
-
5 ... 10 kPa pentru pamânturi argiloase în stare de consistenta plastic moale sau plastic curgatoare si nisipuri afânate
La încercarea pamânturilor necoezive pe suprafata probei se pun greutati inelare care sa asigure o presiune suplimentara în jurul stampei de 5 kPa.
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
c) Modulul de deformaţie, Ed
Încercarea în laborator
-
Sporurile de presiune se aleg astfel încât sa se atinga deformatia relativa s’
de 0.03 dupa 3 –
4 trepte de încarcare.-
La atingerea deformatiei relative s’
= 0.03 încarcarea se opreste. Încercarea continua pe suprafata interioara a probei.-
Dupa efectuarea încercarilor se determina umiditatea reala a pamântului încercat luând câte o proba de pamânt din dreptul stampei, de la adâncimea de 4 cm fata de ultima suprafata încercata.-
Se calculeaza deformatiile efective s’
corespunzatoare fiecarei trepte de încarcare. -
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%.
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
c) Modulul de deformaţie, Ed
Încercarea în laborator
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
c) Modulul de deformaţie, Ed
Modulul de deformaţie Ed prin încercări directe pe teren se determină pentru:
-
stabilirea sau precizarea valorilor de calcul ale Ed pe terenul de fundaţie
-
verificarea prin încercări directe în timpul execuţiei, a Ed pentru terenul de fundaţie
-
verificarea capacităţii portante a unei structuri rutiere
-
verificarea în timpul execuţiei a lui Ed echivalent la nivelul unui strat rutier sau pentru întregul complex rutier
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
c) Modulul de deformaţie, Ed
Modulul de deformaţie prin încercări de laborator se determină pentru:
-
precizarea valorilor de calcul ale Ed când se cunosc valorile de calcul ale umidităţii şi gradul de compactare
-
compararea deformabilităţii diferitelor tipuri de pământuri şi materialestabilirea variaţiei Ed în funcţie de grad de compactare, umiditate, temperatură, viteză de încărcare
CBREd 14≅
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
d) Modulul de elasticitate,
E
este limita raportului dintre variaţia presiunii aplicate pe placa de diametru D şi deformaţia elastică corespunzătoare, Δl:
[daN/cm2]
Deformaţia elastică se determină pe baza curbei de revenire a diagramei compresiune-tasare, la cicluri de încărcare-descărcare.
DlpE
ΔΔ
= lim
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
d) Modulul de elasticitate,
E
Δl
s, cm(tasarea)
p1
s1
p, daN/cm2
(presiunea)
Tasarea remananentă
l1
Δp
Caracteristici mecanice
Parametri de calcul
e)
Coeficientul de compresibilitate MErezulta din incercarea cu placa LUKAS (VSS) in doua cicluri de incarcarestabileste caracteristica de portanta:
la nivelul partii superioare a terasamentului la nivelul inferior al stratului de forma (cand terasamentele sunt prevazute cu strat de forma)
este indicat pentru determinarea gradului de compactare al terasamentelor din pamanturi necoezive, materiale stancoase sau din deseuri industriale pentru care nu pot fi determinate in laborator caracteristicile de compactare
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
e)
Coeficientul de compresibilitate MEprincipiul incercarii:
se masoara tasarea terasamentului sub o placa circulara rigida supusa unei presiuni verticale ce creste treptat
placa LUKAS circulara:
diametrul = 30 cm grosimea = 25 mm
Se incarca in doua cicluri:-
ciclul I:> se aplica o presiune de 0.2 bari si se fac citirile la microcomparatoare; media citirilor reprezinta zero relativ al tasarii verticale a placii> se ridica presiunea la 0.5 bari si se fac citirile pentru tasari> se continua cu trepte de incarcare de 0.5 bari pana la presiunea
maxima de 4.5 bari
-
se descarca placa pana la presiunea de 0 bari si se fac citiri ale tasarilor dupa stabilizare ⇒ punctul de plecare pentru al doilea ciclu de incarcare
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
e)
Coeficientul de compresibilitate ME-
ciclul II:> se deruleaza la fel ca primul
-
incercarea e considerata terminata dupa cea de-a doua descarcare pana la 0.02 bari si citirea se face dupa stabilizarea microcomparatoarelor
Pe baza rezultatelor masuratorilor se traseaza diagrama de incarcare (primul ciclu) –
descarcare si incarcare (al doilea ciclu):Se calculeaza coeficientul de compresibilitate:
Unde: 30 este diametrul placii de incarcareΔp –
diferenta de presiune intre doua trepte de incarcare: 1 bar (intre 0.5 bari si 1.5 bari)Δs –
diferenta intre tasarile corespunzatoare treptelor respective de incarcare, pentru primul ciclu de incarcare (Δs1) si al doilea ciclu de
incarcare (Δs2)
spM E Δ
Δ= 30
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
e)
Coeficientul de compresibilitate MESe calculeaza raportul m dintre coeficientii de compresibilitate
corespunzatori celui de-al doilea ciclu de incarcare (ME2
) si primului ciclu de incarcare (ME1
):
1
2
E
E
MM
m =
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
e)
Coeficientul de compresibilitate ME
Interpretarea rezultatelor:ME1 caracterizeaza portanta atinsa prin compactare
ME1 trebuie sa fie mai mare sau egal cu criteriul impus; altfel se determina :
cand ME2 > ME1 pamantul nu a atins inca gradul de compactare maxim: compactarea trebuie continuata
cand ME2 ≅ ME1
pamantul a atins gradul de compactare maxim, o
compactare suplimentare nu va mai aduce nimic; rezulta ca avem:
pamant de prosta calitatepamant pus in opera in conditii nefavorabileportanta straturilor de dedesubt (in special cea a
terenului de fundare) insuficienta.
1
2
E
E
MM
m =
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Rezistenţa la tăierecondiţionează stabilitatea pământurilor sub acţiunea diferitelor tipuri de
solicitări. Când aceasta se depăşeşte, se produce ruperea, formându-se o suprafaţă de rupere
este necesară pentru studiul stabilităţii taluzurilor, a împingerii pământului asupra lucrărilor de sprijinire etc.
Rezistenţa la tăiere a pământului se exprimă prin relaţia:
(dreapta caracteristică sau intrinsecă) LEGEA lui COULOMB
unde:
t este rezistenţa pământului la tăiere [daN/cm2]s – presiunea normală pe planul de tăiere [daN/cm2]ϕ
– unghiul de frecare internăc – coeziunea tăiere [daN/cm2]
ctg += ϕστ
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Rezistenţa la tăiere
c
ϕ
τ
= σ tgϕ + c
τf
σ
Dreapta intrinsecă
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Rezistenţa la tăiere
- pentru pământurile argiloase ϕ
= 0 ... 15o
- pentru pământurile nisipoase ϕ
= 30 ... 40o
În cazul pamânturilor necoezive, rezistenta la taiere depinde de frecarea dintre particulele solide, iar unghiul de frecare interioara depinde de
caracteristicile particulelor.
În cazul pamânturilor 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 îndesare, umiditate.
Coeziunea se datoreaza unor forte de legatura interioare dintre particulele pamântului exercitate prin intermediul apei adsorbite. Coeziunea
argilelor variaza cu umiditatea si cu starea de îndesare.
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Rezistenţa la tăiere
Se studiază în laborator cu ajutorul aparatului pentru tăiere directă (forfecare directă).
piston
proba de pamant
pietre poroaseplaci dintate
caseta metalica
Rezistenţa la tăiere rezultă şi din compresiune monoaxială (pentru pământurile argiloase) şi compresiune triaxială.
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Caracteristici mecanice
Rezistenţa la tăiere
Felul pamântului Φ
(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
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Identificarea pământurilor
Blocuri
– bucăţi mari de stâncă, cu diametre peste 20 cm. îngrămădite prin acţiunea torenţilor sau gheţarilor.
Bolovănişuri sau pietrişuri
–
fragmente necimentate, cu dimensiuni peste 2 mm; uneori golurile pot fi umplute cu nisip sau argilă (aceasta influenţează rezistenţa stratului).
Nisipuri –
granule colţuroase sau rotunjite cu diametrul cuprins între 0.05 mm şi 2 mm; porozitate redusă, fără coeziune, frecare internă mare;
-
la solicitări statice au deformaţii mici;
-
la solicitări dinamice au deformaţii mari şi bruşte;
nisipurile mari şi mijlocii sunt foarte bune pentru fundare (nu sunt influenţate de poziţia faţă de pânza de apă);
nisipurile fine pot fi antrenate de apă şi se transformă în nisipuri curgătoare.
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Identificarea pământurilor
Prafuri
–
cu diametrul cuprins între 0.005 şi 0.05 mm, prezintă oarecare plasticitate şi coeziune (se comportă ca şi chitul);
amestecate cu apă se depun în aproximativ 30 minute;
au rezistenţe scăzute;
trebuie utilizate cu precauţii.
Argila
– pământ cu un bogat conţinut de minerale secundare;
unsuroasă la pipăit, aderă de corpurile umede;
se frământă ca ceara iar uscată formează bulgări care se sfărâmă
greu;
are porozitate mare şi frecare internă mică;
calitătile mecanice sunt mult influenţate de apă.
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Identificarea pământurilor
Loessul –
majoritatea particulelor sunt din fracţiunea „praf”;
prezintă pori foarte mari (vizibili cu ochiul liber = macropori);
comportare foarte mult influenţată de apă. Când este uscat este foarte bun dar când se umezeşte devine foarte rău, prezentând deformaţii mari.
Marna
– pământ argilos, cu calcar uniform răspândit în masa de argilă;
reprezintă o trecere de la argilă la calcar;
denumirea este în funcţie de procentul de CaCO3 (argilă marnoasă, marnă calcaroasă).
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Identificarea pământurilor
Mâluri
– argile prăfoase provenite din depuneri neconsolidate ale apelor curgătoare sau lacurilor;
uneori conţin nisip sau pietriş;
uscate, sunt tari şi cu crăpături;
au plasticitate mare.
Nămoluri
–
mâluri cu un conţinut de substanţe organice mai mare de 10%;
au o structură spongioasă datorită gazelor care se degajă din descompunerea materiilor organice;
se desfac uşor în apă;
prin uscare crapă în bucăţi poligonale.
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Identificarea pământurilor
Dupa rezistenta opusa la sapare
(de care trebuie sa tina seama la executarea lucrarilor de tersamente) pamânturile pot fi:
pamânturi slabe: pot fi sapate cu orice utilaj terasier iar manual se sapa cu lopata si
cazmaua
sunt argilele nisipoase, prafoase, nisipul argilos, zgura afânata, loessul (praf argilos, nisipos), pamântul vegetal pâna la adâncimea de 30 cm, turba, terenurile saraturoase si cele cu saratura de consistenta moale
pamânturi 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, pamânt vegetal cu radacini
DRUMURI II -
Infrastructura drumurilor
conf.dr.ing. Carmen RACANEL
Identificarea pământurilor
pamânturi tari: se pot sapa cu excavatorul, grederul elevator, draglina iar manual cu
târnacopul 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 nesfarâmata, pamânt amestecat cu bolovani
pamânturi foarte tari: se pot sapa cu excavatorul si grederul elevator iar manual cu ranga,
târnacopul, şpiţul, barosul (fara explozivi)
fac parte argila grea compacta umeda, argila grasa sau argila nisipoasa grea si cu amestec de piatra sfarâmata, pietris, moloz îndesat, bolovani, pietris, balast compact, argila tare, pamânturi înghetate