Infrastructura Caii Ferate

7/18/2019 Infrastructura Caii Ferate

http://slidepdf.com/reader/full/infrastructura-caii-ferate 1/84

Infrastructura caii ferate & pag 1

Prof. dr. ing. docent Claus Göbel

Prof. dr. ing. Klaus Lieberenz

Docent dr. ing. Frank Richter

INFRASTRUCTURA CAII FERATE

Editura Cailor Ferate

Heidelberg – Mainz

Elaborarea acestui volum a fost incheiata in martie 1996.

© 1996 Centrul de prestari servicii instruire Frankfurt (M).

Toate drepturile rezervate. Fara aprobarea expresa a centrului de prestari servicii instruire nu este permisa multiplicarea

acestei carti sau a unor parti din aceasta pe cale fetomecanica (fotocopie microcopie).




CUPRINS

Observatii preliminare

1. Introducere

2. Principii2.1. Notiuni

2.2. Configuratia sectiunilor transversale

2.2.1. Sectiuni de linii si statii

2.2.2. Platforma

2.2.3. Distanta dintre obiectele fixe

2.3. Principii geotehnice

2.3.1. Observatii preliminare

2.3.2. Valori caracteristice generale

2.3.3. Clasificarea geotehnica a solurilor

2.3.3.1. Impartirea granulelor

2.3.3.2. Calitati plastice – coeziune

2.3.3.3. Componente organice

2.3.3.4. Algoritmul clasificarii solurilor din punct de vedere al tehnicii de

constructie

2.3.4. Descrierea de stare

2.3.5. Rezistenta la forfecare

2.3.6. Comportarea la deformare – Capacitate portanta

2.3.7. Permeabilitate, capilaritate

2.3.8. Stabilitate la filtrare

2.3.8.1. Stabilitate la solicitare hidraulica

2.3.8.2. Stabilitate la solicitare dinamica

2.3.9. Siguranta la inghet - Criterii de inghet

2.3.10. Densitate Proctor – Gradul de compactare




2.4. Cercetari ale terenului de fundare

2.4.1. Prospectarea terenului de fundare pentru constructii noi

2.4.1.1. Sondaje directe de teren

2.4.1.2. Denumirea si descrierea solurilor conf. DIN 4022

2.4.1.3. Sondaje indirecte la teren

2.4.2. Prospectarea terenului de fundare pentru intretinerea si sustinerea liniilor

2.4.3. Supravegherea constructiilor, controlul terenurilor

2.4.3.1. Generalitati

2.4.3.2. Controlul densitatii

2.4.3.3. Controlul indirect al densitatii

2.4.3.4. Controlul capacitatii portante

2.4.3.5. Controlul compactarii dinamice pe intreaga suprafata

2.4.3.6. Strategia de control a ZTVE-St.B.94 – Explicatii si observatii

3. Constructii de pamânt

3.1. Generalitati

3.2. Constructie si cerinte de comportare

3.3. Proiectarea constructiilor de pamânt

3.4. Drenarea taluzurilor

3.4.1. Principiii

3.4.2. Instalatii de drenare

3.5. Extinderea platformei

3.5.1. Problematica

3.5.2. Largirea rambleelor

3.5.3. Extinderea debleelor

3.6. Trecerea constructiilor de pamânt pe lucrari de arta

3.7. Montaje in constructiile de pamânt

4. Solicitarea infrastructurii

*

* *




2. PRINCIPII

2.1. Notiuni

Terasamentul de cale ferata este partea constructiva de baza a instalatiei liniei si se compune

din suprastructura, infrastructura si constructiile executate in si pe pamânt.

Suprastructura este calea de rulare a caii ferate alcatuita din sine, traverse, fixarea sinelor si

balast resp. placa portanta.

Pentru infrastructura si constructiile executate in si pe pamânt se reiau notiunile clasice

abatându-ne astfel constient de la actuala versiune a DS.836. Infrastructura ramâne pe lânga

suprastructura partea cea mai importanta a terasamentului de cale ferata pentru transmiterea sarcinilor

de circulatie in subsol. Ca infrastructura sunt denumite constructiile din si de pe pamânt si constructiile

de arta, incarcate prin sarcinile de circulatie din calea de rulare si executate prin masuri tehnice de

constructie, constructii ce se situeaza intre suprastructura si fundament, constituind astfel egalizarea de

nivel dintre gradiente si fundament. Prin urmare, din infrastructura pot fi considerate ca fac parte si

straturile superioare ale pamântului descoperit sau stânca (fundamentul), ce au fost corectate prin

masuri tehnice de constructie (strat de trecere).

Constructiile executate in si pe pamânt sunt rambleele, debleele precum si instalatiile de

constructie cum sunt instalatiile de drenare, constructiile de sprijin si podetele necesare pentru

asigurarea functionarii si stabilitatea terasamentului caii ferate. Constructiile executate in pamânt si pe

pamânt pot fi astfel – ca rambleu sau debleu - si parte a infrastructurii.

Elementele esentiale ale infrastructurii, deci ale zonei portante propriu-zise sunt:

- platforma, inclinatia transversala a platformei, drumul marginal si marginea platformei,

- stratul de protectie a platformei si de protectie la inghet ca straturi portante neobligatorii,

- platforma de pamânt si solul/stratul de trecere corectat prin masuri tehnice de constructie.

In fig. 2.2. sunt explicitate notiunile, suprafetele limita, straturile si materialele pentru aceasta

zona portanta.

Elementele esentiale ale constructiilor executate in si pe pamânt (2.1) sunt:

- rambleul, debleul, debleul – vizare topografica

- taluzul, inclinatia taluzului, marginea taluzului, piciorul taluzului

- santul caii, drenarea de adâncime, santul de captare.



fig. 2.1 Notiuni legate de terasamentul cãii ferate

infrastru

ctura

suprastructura

teren

piciorul taluzului

fun

dament

debleu

axu

lliniei

drenare de adâncime

unghiul taluzului

santulcaii

infrastructura

suprastructura

fundament

rambleu

axulcaii

debleu

debleut e r e n

sant de captare

marginea taluzului

mar g

ineaplatformei

ax

ulliniei

piciorul taluzului

sol îmbunatatit / strat de trecere

platforma de pamânt

Notiunile sunt definite dupa cum urmeaza:

Sant de captare= sant situat deasupra unui taluz in debleu, in pozitie de panta, care

capteaza, colecteaza si evacueaza apa de suprafata ce curge in aval.

Debleu=constructie in si pe pamânt sapata in teren spre amonte si rambleiata pe

versant. Sant de cale = sant deschis de-a lungul terasamentului caii ferate la piciorul taluzurilor

de debleu si de rambleu pentru colectarea sau transportarea apei de suprafata pentru evacuare.

Terasamentul caii ferate = alcatuit din suprastructura, infrastructura si constructia

executata in si pe pamântul unei linii ferate.

Taluz = suprafata inclinata de delimitare laterala a debleurilor si rambleelor.

Piciorul taluzului = la ramblee - linia de intersectiie a suprafetei taluzului cu terenul, la

debleei linia de intersectie a suprafetei taluzului cu talpa santului sau platforma.

Marginea taluzului = la ramblee linia de intersectie a suprafetei taluzului cu platforma,la debleuri linia de intersectie a suprafetei taluzului cu terenul.

Inclinatia taluzului = unghiul format de suprafata taluzului fata de orizontala, de regula

exprimat prin tangenta unghiului.

Rambleu = constructie in si pe pamânt, turnata peste fundament – de cele mai multe ori

suprafata terenului.

Debleu = constructie in si pe pamânt executata prin excavare in teren pentru un drum

de circulatie.





Constructie in si pe pamânt = constructie (rambleu, debleu) executata prin sapatura

sau umplutura si instalatii construite (instalatii de drenare, constructii de sprijin, podete), necesare

pentru asigurarea functionarii si stabilitatii terasamentului caii ferate.

Platforma de pamânt = suprafata nivelata la cota de inclinatie prescrisa a rocii afânate

sau stabile, la zi sau rambleiate (in cazul din urma “platforma stâncoasa”). Notiunea de platforma de

pamânt se foloseste pentru talpa si creasta rambleului sau talpa debleului.

Stratul de protectie contra inghetului (FSS) = stratul din pamânt afânat nesensibil la

inghet, aplicat pe platforma de pamânt, pentru impiedicarea respectiv diminuarea daunelor provocate

de inghet. Stratul de protectiie contra inghetului serveste in acelasi timp la repartizarea sarcinilor si ca

strat de filtrare (vezi si stratul de protectie a platformei).

Versant (panta) = suprafata naturala, inclinata, a terenului.

Platforma = suprafata stratului de protectie a platformei de pamânt, invecinata direct cu

suprastructura si nivelata la cota si inclinatia prescrisa. Daca nu exista un strat de protectie a

platformei, platforma coincide cu platforma de pamânt.

Marginea platformei = Linia de delimitare de ambele parti a platformei, stabilita prin

latimea platformei; la ramblee identica cu marginea taluzului.

Stratul de protectie a platformei (PSS) = Stratul de protectie aplicat sub

suprastructura pentru distributia incarcarilor, pentru compactarea pe suprafata intinsa impotriva

patrunderii apei provenite din precipitatii, pentru evitarea patrunderii in balast a pamânturilor cu

granulatie fina si pentru siguranta contra inghetului. Stratul de protectie a platformei poate sa

indeplineasca in acelasi timp, partial sau in intregime, functia stratului de protectie contra inghetului.

Drumul de margine = O fâsie de mers pe jos pe lânga calea ferata situata la nivelul

platformei si care delimiteaza lateral platforma.

Drenare de adâncime = Fanta in terenul de fundare, dotata cu o conducta de drenaj pe

talpa pentru colectarea si transportul apei de infiltratie, a apei dintre straturi si a apei freatice si care

este umpluta cu un strat filtrant.

Stratul de trecere = Stratul superior al pamântului descoperit sau stânca (subsol), care

a fost modificat (imbunatatit prin masuri tehnice de constructie ca inlocuirea pamântului, consolidare,imbunatatire, compactare, drenare).

Infrastructura = Constructie situata intre suprastructura si fundament, solicitata prin

sarcinile de circulatie si executata prin masuri tehnice de constructie (lucrare pe si in pamânt, tunel,

trecere la nivel sau pod).

Fundament = Pamânt (sedimentat) descoperit sau stânca sub suprastructura sau

infrastructura, ce nu a fost modificat prin masuri tehnice de constructie.




Notiuni Suprafete Straturi Materiale

Marginea superioaraa sinei (ciuperca sinei)

Linia

Marginea inferioara

a traversei

Bara de conexiune

a liniilor si amacazurilor

Sine

TraverseFier marunt

S U P R A

S T R U C T U

R A

Platforma

Patul Pietris de balast

Platformapamântului

Stratul de protectie aplatformei si deprotectie contrainghetului(PSS/FSS)

Amestec de materialeminerale (nisip pietros)resp. cu fâsii deetansare din materialsintetic, geotextile,georetea, materialexpandat

Rambleu de digcorectat respectivstrat de trecere

Sol imbunatatitamestec de materialeminerale

Infrastructura(constructie in si pe

pamânt)Platformapamântului

Rambleu de dig Pamânt compactat

Fundament corectatresp. strat detrecere

Pamânt/sol corectatamestec de materialeminerale

Subsol/fundament Subsol/fundamentPamânt sedimentat(de provenientacontinentala)

2.2. Configuratia sectiunii transversale




2.3. Principii geotehnice

2.3.1. Observatii preliminare

Câteva scurte explicatii pe marginea notiunilor, caracteristicilor si interdependentelor de

inginerie geologica si mecanica solului vor usura intelegerea prezentarilor facute in continuare. Pentru

a putea patrunde mai profund in aceasta problematica este totusi indicat sa se faca apel la literatura de

specialitate.

In trecutul geologic al pamântului nostru, in decursul unor perioade de timp inimaginabil de lungi

au luat nastere din magma existenta initial in stare fluida - prin solifdificare, dezagregare, transpozitie,

sedimentare, posibila itarire (urmata de o noua erodare) si o noua dezagregare – roci foarte diferite.

Scoarta terestra si deci terenul de fundare se prezinta din aceasta cauza foarte divers.

Cu ajutorul clasificarilor se aduce ordine si sistematizare in toata aceasta diversitate. O prima

impartire grosiera face deosebirea intre roca stabila sau roca stâncoasa, la care particulele minerale

sunt dispuse intr-o structura granulara stabila, si roca afânata, la care nu mai exista aceasta structura

stabila. In roca afânata (sau sol sau pamânt) granulele se afla in legatura unele cu celelalte doar prin

frecare si aderenta.

De comportarea mecanica a rocilor stabile se ocupa mecanica stâncilor. Cel mai important

criteriu de apreciere a calitatilor tehnice de constructie ale unei roci stâncoase este comportarea fata

de influentele intemperiilor.

Rocile stabile sensibile la intemperii au in stare proaspata caracterul tipic de stânca. Sub

influenta apei, aerului si in special a inghetului ele pierd totusi in câtiva ani legatura lor granulara si se

dezagrega in pamânt coeziv. Reprezentantii tipici sunt de ex. sistul argilos, ardezia, argila rosie,

rotliegende precum si câteva tipuri de gresie. Rocile stâncoase sensibile la intemperii vor fi tratate ca

teren de fundare a cailor de circulatie ca produse dezagregate ale acestora.

Rocile stabile rezistente la intemperii se altereaza foarte incet. Pentru durata de existenta a unui

drum de circulatie se poate porni de la faptul ca un teren de fundare stâncos ramâne portant pe durata

indelungata si de aceea este fara probleme.De comportarea mecanica a pamânturilor se ocupa mecanica solului. Sarcina acesteia este de

a defini parametrii si de a incerca sa-i stabileasca pentru :

- a analiza compunerea pamânturilor si a le clasifica (parametrii de clasificare),

- a putea descrie starea pamânturilor (parametrii de descriere a starii),

- a putea face calculul anticipat al comportarii sub sarcina (parametrii de calcul).



2.3.2. Valori caracteris tice generale

Fiecare sol este compus din cele trei componente sau faze: substanta fixa, apa si aerul

(fig.2.8).

Valorile caracteristice generale dau informatii asupra proportiei fiecaruia din aceste faze in

proba generala si asupra relatiilor dintre ele.

fig.2.8 Compunerea fazelor unei probe de pãmânt

a) distributia naturala b) caz idealizat

masã stabilã

aer (gaze)

apa

m =1

m

m

l

w

d

V

k

p

l

wV

V

V

V

Informatii asupra proportiei de apa obtinem prin umiditate (continutul de apa) W.

Aceasta este definita ca raportul dintre masa apei mW fata de masa substantei stabile md a unei

probe.

W =d

W

m

m

Daca toti porii unui sol sunt umpluti cu apa, se vorbeste despre saturatie, umiditatea

corespunzatoare fiind umiditatea de saturatie Wsr . Umiditatea ce apare natural se noteaza cu Wn.Densitatea ρ singura descrie umplerea santului cu un material.

[ ]3g/cmV

m= ρ sau 3/mt

Corespunzator celor trei componente ale unui sol se definesc si trei densitati diferite.

Densitatea solului umed (densitate in stare umeda) pune masa totala m f a unei probe in relatie

cu volumul:

V

md W)1(

V

)m(m

Wd +

=

+

= ρ




Densitatea solului umed γ rezulta din densitatea ρ prin multiplicare cu acceleratia

gravitationala g:

γ = ρ x g (kN/m3)

Densitatea in stare uscata ρd este indicele decisiv in constructia de pamânt pentru calitatea

compactarii. Aceasta ia in consideratie numai masa in stare uscata.

ρd =W)(1

+

= ρ

W

md

Densitatea substantei stabile este descrisa prin asa numita densitate specifica ρs.

ρs =k

d

V

m

In timp ce densitatea in stare umeda si in stare uscata poate oscila in limite largi, densitatea

specifica depinde numai de componentele minerale ale substantei stabile. La nisipurile si pietrisurilenaturale ea se deosebeste rareori de densitatea specifica a cuartului cu ρs = 2,65 g/cm3; la argile

aceasta poate sa creasca pâna la 2,80g/cm3.

Continutul de pori al unei probe de pamânt se cuantifica prin doi indici (relatii volumetrice).

Coeficientul de porozitate e =k

p

V

V este raportul dintre volumul porilor si volumul substantei

stabile.

Procentul de pori sau porozitatea n = V

V p

este raportul dintre volumul porilor si volumul total.

Intre cei doi indici pentru continutul de pori exista legaturi:

e =)1( n

n

− si n =

)1( e

e

+

Indicii pentru continutul de pori pot fi calculati din densitati:

e = 1-d

s

ρ

ρ si n = 1 -

s

d

ρ

ρ




Tabela 2.3 prezinta indicii generali de compunere a unui sol, mentionati mai inainte:

n =v /v=w

1- =e/1+e

m / v=d

m + m ) / v

v = v + v

m = m + m + (m )

kV

Relatii de volum

Relatii de masã/volum(densitãti) m/vin cm

Volumul în cm

n=v /v = ss d

=1-n

n=v /v =p

pe=v /v =k

d

Relatii de masa

3

3

w dw = m / m

dm /m

1 k

Substanta stabila

Masa în g

md

m

Lw -

Procentele deporozitate

Densitate în stare

uscatãGradul de porozitate

Porozitate/procentulde pori

Densitate în stareumedã

Densitãti specifice

Umiditate

Volumul total

Volumul porilor

(1+w )

n =v /v=n- n

LLm

d

-1=n/1-n

d s

s d

w

d w

w L

pv = v + v

k p

w L

Masa în stare umedã

-

Denumire

V

m =0

Aer Apa

V

d w

mw

L

L

-

k

2.3.3. Clasificarea geotehnica a solurilor

Ideea de baza a clasificarii solurilor consta in clasificarea pe grupe a insusirilor asemanatoare

de tehnica a constructiilor, ceea ce se realizeaza cu ajutorul indicilor:

- compozitia granulometrica

- plasticitatea (coeziunea)

- componente organice.l

In prospectarea terenului de fundare, clasificarea se face propriu-zis in doua trepte sau etape.

Prima etapa este descrierea caracteristicilor unui sol. Aceasta se realizeaza la sondajul terenului prin

examinare (vizuala) si prin incercari simple (“metoda examinarii manuale”). Acest procedeu este

standardizat prin DIN 4022 “Denumirea si descrierea pamântului si a stâncii”. Rezultatul este un nume

si o descriere verbala a solului. Ne vom ocupa de aceasta in capitolul “Studiul terenului de fundare”.

A doua etapa presupune un studiu de laborator al probei, din punct de vedere al mecanicii

solului, cu aprecieri cantitative in ceea ce priveste distributia granulelor, plasticitatea si la nevoie

componentele organice. Clasificarea geotehnica este reglementata in DIN 18196 “Constructia de

pamânt – Clasificarea solului in scopul constructiilor tehnice”. Rezultatul este incadrarea intr-o grupa de

sol, marcata prin doua majuscule. Prima dintre acestea descrie componentele principale, in timp ce a

doua caracterizeaza componentele secundare sau insusirile. DIN 18196 informeaza printr-o tabela

expresiva asupra insusirilor tehnice de constructie ale fiecarei grupe de pamânt.





Pe lânga clasificarea generala a solurilor din punct de vedere al tehnicii de constructie, mai

exista si alte clasificari specifice, pe probleme. De exemplu DIN 18300 imparte in “clase de sol dupa

exploatabilitate, ZTVE-Stb.94 face subimpartirea in clase de sensibilitate la inghet. Fisa de lucru 139

elaborata de ATV face impartirea pe clase de compactare (tasare). Dar toate revin la DIN.18196, care

intr-o anumita masura este superior. De aceea le vom trata amanuntit.

2.3.3.1. Distributia granulometrica

Marimea granulelor din soluri poate sa oscileze in limite foarte largi, de la cea mai fina granula

de argila cu dimensiuni de fractiuni dintr-un micrometru pâna la pietre cu dimensiuni de decimetri.

Insusirile geotehnice vor fi bineinteles foarte diferite.

Distributia granulometrica se determina in laborator, si anume prin analiza prin cernere pentru

granule cu marimea peste 0,1mm si prin analiza prin sedimentare pentru granulele mai fine. Rezultatul

se reprezinta sub forma de curba granulometrica. Pe aceasta curba fractiunea de masa care este

caracterizata de un anumit diametru se reprezinta deasupra valorii respective (sitare). Marimile

granulelor se pot concentra in fractiunile de granule: granula de pietris, de nisip, de particule

pulverulente de nisip si de argila, asa cum se vede in fig. 2.9.

Pentru denumirea solurilor cu procentaj mare de fractiune granulometrica grosiera, fractiunea

de granule de pirita > 2,0mm este determinanta. Daca aceasta fractiune este de minim 40%, se

vorbeste de un pietris si primeste simbolul G (engl. Grant). Daca aceasta fractiune este mai mica de

40%, atunci acest sol este un nisip cu simbolul S.

Solurile cu componente foarte diferite au curbe plate de repartitie granulometrica, ca de

exemplu pamântul 1 din fig.2.9. Solurile cu doar o marime predominanta a granulelor au curbe abrupte

de rapartitie granulometrica. Astfel, solul 2 fig. 2.9 este alatuit numai din granule de pirita.

Inclinatia si traiectoria curbei de repartitie granulometrica (KVK) si deci latimea de dispersie a

marimii granulelor se caracterizeaza prin doi indici speciali (vezi fig.2.9).



Fra

cti u

nead

emasaîn

%

dincantita

te

atota

l ã100

90

80

85

70

60

50

40

30

20

10

0

0.001 0.0020.006 0.02 0.06 0.2 0.6 2.0 5.0 16 20 100

Diametrul granulelor în mm

GRANULA DE NISIP FOARTE FIN

fine mijlocii grosiereGRANULA DE NISIP

PARTICULA DE SEDIMENT GRANULA CERNUTA

GRANULA DE PIETRIS

mijlocii grosierefinefine mijlocii grosiere

Pia- tra

1

2

3

4

d10 30

d60

d

ARGILA

(cea mai

fina)

2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5678912 3 4 567891

fig. 2.9 Curbele de repartitie granulometrica (KVK), coeficientul de neuniformitate si coefivientul de curbura

Indicele de neuniformitate U = d60 / d10 este raportul diametrului granulei pentru 60% material

filtrant d60 si pentru 10% material filtrant d10. Acest raport indica deci inclinatia curbei de repartitie

granulometrica in partea centrala. Daca U este foarte mic, traiectoria curbei de repartitie granulometrica

este foarte abrupta, solul este compus din granule având aproape numai o marime, el este uniform sau

cu granulatie foarte apropiata ca marime (simbolul E). Daca dimpotriva U este mare, curba de repartitie

granulometrica are o traiectorie plata, solul este compus din granule foarte diferite, el este neuniformsau cu granulatie foarte diferita (simbolul W). Limita dintre solurile cu granulatie mare foarte apropiata

(E) si foarte diferita (W) a fost convenita la U = 6.

Coeficientul de curbura Cc =1060

2

30

d ⋅d

d informeaza daca curba de repartitie granulometrica are

traiectorie armonica sau daca exista discontinuitati (granulatii eronate), asa cum este cazul la solul 4

din fig.2.9. Când curba de repartitie granulometrica are o traiectorie armonica, coeficientul de curbura

nu este mult mai mare de 1 (Cc = 1,0…..3,0). Când continuitatea este intrerupta prin granulatii eronate

(“repetata cu intermitenta”), aceasta se vede in coeficientii de curbura mai mici sau mai mari (Cc < 1,0sau Cc > 3,0). Nisipul sau pietrisul cu granulatie mare primeste atunci simbolul suplimentar I.

O deosebire cu totul hotarâtoare in comportarea fizica si deci in cea geotehnica exista intre

granulele din zona cu granule de nisip foarte fin si cu granule de argila pe de o parte si cele din zona cu

granule de nisip si pietris, pe de alta parte.

Primele se gasesc in contact cu apa si unele cu celelalte, prin fortele de suprafata. Granulele

sunt legate intre ele prin aceste forte (ele sunt “coezive”) si adera intre ele (“rezistenta de aderenta”,

“coeziune”). Rezistenta si deci comportarea acestor pamânturi este puternic dependenta de umiditate





(continutul de apa). Se vorbeste despre comportare “plastica”. Aceasta este cu atât mai pronuntata cu

cât granula este mai mica si cu cât exista mai multe minerale argiloase pure.

La granulele grosiere de nisip si pietris, dimpotriva, astfel de forte de suprafata nu joaca nici un

rol. Granulele nu sunt legate intre ele (ele sunt “necoezive”), ele nu au coeziune (“fara coeziune”), ci se

afla in contact intre ele numai prin frecare (“pamânturi cu frictiune”).

Saltul calitativ de la comportarea necoeziva la cea coeziva are loc la dimensiunea de 0,063mm

a granulelor, in orice caz s-a cazut de acord asupra acestui lucru. Fractiunea de granule fine de

0,063mm este de aceea dominanta pentru clasificarea pamânturilor conf. DIN 18196.

Dupa fractiunea de granule fine < 0,063mm se deosebesc trei grupe principale de soluri:

- soluri cu granulatie mare cu < 5% fractiune de granule fine < 0,063mm.

Comportarea solurilor cu granulatie mare si deci clasificarea acestora este determinata numai

de compozitia granulometrica.

- soluri cu granulatie mixta cu 5…40% fractiune de granulatie fina < 0,063mm

Comportarea solurilor cu granulatie mixta si deci clasificarea acestora este determinata de

granulatia mare (nisip sau pietris) si granulatia fina (nisip foarte fin sau argila).

- soluri cu granulatie fina cu >40% fractiune de granulatie fina < 0,063mm.

Comportarea si deci clasificarea sunt determinate numai de plasticitatea granulei fine.

2.3.3.2. Insusir i plastice – Capacitatea de coeziune

Pentru comportarea particulelor de pamânt coezive nu mai este determinanta numai marimea

granulelor, ci in primul rând compozitia chimica a mineralelor. In primul rând este vorba de felul

mineralelor argiloase (caolinit, montmorillonit, illit), ce pot depozita cantitati diferite de apa in interiorul

mineralelor (retea stratificata). Inntrucât o analiza chimica a mineralelor ar fi foarte costisitoare,

compozitia minerala a solurilor se determina indirect prin comportarea fata de apa. Aceasta se

realizeaza prin determinarea umiditatilor (continuturilor de apa).

Daca un sol cu granulatie fina este alimentat cu apa, el isi pierde treptat rezistenta. El trece de

la forma initial stabila a starii in forma semistabila, plastica si in cele din urma in forma fluida a starii(consistenta). Prin cresterea peliculelor de apa se reduc fortele de coeziune dintre granule devenind in

final ineficiente. Coeziunea se anuleaza din ce in ce mai mult pâna ce solul se comporta asemenea

unui fluid. Acest fapt este ilustrat in schema de consistenta (fig.2.10).

Wa = limita de contractie

Wp = limita de plasticitate (limita de rupere)

WL = limita de curgere

lp = coeficientul de plasticitate (domeniu de plasticitate)



Limitele dintre formele de consistenta se determina in laborator. Acestea sunt legate de conditii

de proba precis definite. Umiditatea (continutul de apa) la trecerea de la semistabil la plasctic se

numeste limita de plasticitate Wp. Trecerea spre starea fluida are loc la limita de curgere WL. Diferentade umiditate dintre cele doua umiditati limită se numeste indice de plasticitate Ip= WL – Wp. El

marcheaza deci domeniul in care un sol se comporta plastic.

plastic

I =w -wL pp

I =1.0c I =0.5c I =0c

w =0 w w w

stabil semistabil tare moale curgator fluid umiditatea

fig. 2.10 Schema de consistenta a pamanturilor coezivesi domeniile de consistenta

a p L

Daca limita de curgere WL a unui sol este foarte ridicata, solul poate sa primeasca multa apa

pâna la fluidificare. Atunci el este pregnant plastic. Enuntul alternativ suna astfel: daca limita de curgele

WL a unui sol este foarte scazuta, solul poate sa fixeze putina apa. El este doar usor plastic. Intre

acestea se situeaza solurile cu insusiri plastice medii, normale.

Prin limite judicioase apar cele trei domenii de plasticitate, ce servesc la clasificarea solurilor cu

granulatie fina:

- WL < 0,35 usor plastic - simbolul L

- WL = 0,35…0,50 mediu plastic - simbolul M

- WL > 0,50 pregnant plastic- simbolul A

Insusirile plastice sunt reprezentate in diagrama de plasticitate (fig.2.11).

Judecând in continuare se poate aprofunda clasificarea solurilor cu granulatie fina.

La aceeasi limita de curgere WL (de ex. WL = 0,40), solurile care au un indice de plasticitate Ip

redus (de ex. Ip = 0,10) se afla in partea inferioara a diagramei de plasticitate. Acestea se comporta

plastic doar intr-un domeniu de umiditate restrâns, adica ele suporta putina apa. Aceasta este tipic

pentru nisipurile foarte fine (simbolul U).

Mai sus pe diagrama de plasticitate se situeaza dimpotriva solurile care au un indice de

plasticitate mare ( de ex. Ip = 0,20). Intr-o zona mai mare acestea se comporta plastic, ele suporta

multa apa. Aceasta este tipic pentru argile (simbolul T).

Limita dintre argile si nisipurile foarte fine este marcata pe diagrama printr-o dreapta, asa-

numita linie A. Ea se bazeaza pe clasificarea americana a solurilor (Casagrande : Corps of Engineers)

si respecta ecuatia Ip = 0,73 x (WL – 0,20).




Deasupra liniei A sunt asezate argilele, sub linia A nisipurile foarte fine.

Rezulta astfel o clasificare de fapt de ansamblu a solurilor cu granulatie fina in 6 grupe de soluri.

Ceva mai neclara devine problema pentru solurile cu plasticitate foarte redusa, situate pe

diagrama aproape de originea coordonatelor. Problema consta in primul rând in faptul ca umiditatile

limita aproape ca nu mai pot fi determinate cu siguranta in aceste domenii. Are loc acolo trecerea

nepronuntata de la nisipurile foarte fine usor plastice la mixturile din nisip/nisip foarte fin resp.

nisip/argila.

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

0.1

0.2

0.3

0.4

0.040.07

Ip

W L

TL

ULOU

UM

OTTM

UA

TA

U = n i s i p

u r i f

o a r t e

f i n e

T = a r g

i l e l i n

i a A

I = 0. 7

3 ( W - 0. 2 )

mixtura STdomeniu intermediar

mixtura SU

p

pregnant plastic

mediuplastic

usorplastic

-L- -M- -A-

Fig.2.11. Diagrama plasticitatii; grupele de soluri cu granulatie fina conf. DIN 18196.

2.3.3.3. Componente organice

Componentele organice din sol pot fi de origine animala sau vegetala. Intrucât la temperaturi

inalte acestea ard, ele se determina prin pierderea la ardere Vgl.

Pierderea la ardere este pierderea procentuala de masa, ce apare la incalzirea cu

incandescenta (arderea) unei probe.

DIN 18196 deosebeste doua tipuri de baza de soluri cu componente organice:

- soluri organogene (resp. soluri cu impuritati organice) cu 5…30% pierdere la ardere.

La aceste soluri domina fractiunile minerale, dupa care se si face clasificarea si denumirea

acestora:

OU – nisipuri foarte fine cu adaosuri organice

OT – argile cu adaosuri organice





OH – soluri cu granulatie mare cu adaosuri bogate in humus

OK – soluri cu granulatie mare cu adaosuri calcaroase

- soluri organice cu > 30% pierdere la ardere.

Dominant pentru comportare sunt componentele organice (simbolul H de la Humus). Se

deosebesc:

-turbe, care nu sunt descompuse, adica mai au inca structura lor fibroasa (simbolul HN)

-turbe, care sunt descompuse, adica fara o structura fibroasa (simbolul HZ)

-namol (pamânt mlastinos) sau sapropel (namol fermentat) care s-a sedimentat din substanta

organica sub apa (simbolul F).

Daca terenul de fundare organogen sau organic este descoperit (la zi) sunt intotdeauna

necesare studii, reflectii si de cele mai multe ori si masuri.

2.3.3.4. Algori tmul c lasificarii so lurilor din punct de vedere al tehnicii de const ructie

Cu ajutorul informatiilor asupra compozitiei granulare si a insusirilor plastice solurile minerale

pot fi incadrate intr-o grupa de pamânt. Fig.2.12 arata succesiunea logica a intrebarilor si deciziilor. Se

poate vedea ca prin trei intrebari se poate face incadrarea intr-o grupa de pamânt.

Rezultatul este aparitia unui numar total de 20 de grupe de sol mineral intr-o anumita ordine de

la stânga la dreapta, prezentate in fig.2.12. Aceasta ordine da in acelasi timp o prima orientare asupra

insusirilor tehnice de constructie. Acestea sunt reprezentate in DIN 18196 intr-o matrice de apreciere

foarte informative.

Sa ne mai indreptam spre o neclaritate a clasificarii conf. DIN 18196. La aprecierea unui sol din

punct de vedere al tehnicii de constructie este interesanta in primul rând intrebarea daca este vorba de

un sol coeziv sau unul necoeziv. Desi nu apare nici un salt brusc, ci trecerea are loc cursiv si treptat,

este necesara fixarea unei granite. Si aceasta granita trece prin mijlocul grupei principale a solurilor cu

granulatie mixta, caci DIN 1054 o fixeaza la o fractiune de granulatie fina de 15% < 0.063 mm.



Cat de mare este fractiunea de granulatie fina<0.63 mm?

Soluri cu granulatie mare Soluri cu granulatie mixta

Fractiunea de granule fine

normala puternica

5% 40%15%Soluri cu granulatie fina

Fractiunea de granule depietris >2.0 mm

Fractiunea de granule depietris >2.0 mm

Cat de mari sunt W si I ?Pozitia pe diagrama de plasticitate

Pietris G Nisip S Nis ip foarte fin U Argila TPietris G Pietris GNisip S Nisip S

Compozitia granulatiei fine

Nisip foarte fin

Argila T

Cat de mari sunt terasarea Usi curbura C ?

Cat de mare este limitade curgere W ?

GW GI GE SW SI SE GU GT SU ST GU GT SU ST UL UM (UA) TL TM TA

Pietris

întreptelarg

i

Pietrisîn

trepte

intermi te

nte

Pietrisîn

trepteîngu

ste

Nisipî n

treptelargi

Argila

pregnantpla

stica

Argila

mediuplas

tica

Argila

usor

plastica

Nisipîntrepte

intermitente

Nisipîn

trepteîngust e

Nisipfoart

efin

usorplas

tic

Ni s

ipfoartefin

med

iuplastic

Nisipfoarte

fin

pregnantplastic

Nisip

foarte

fin

Nisipfoarte

foart

efin

Pietriscu

particulepulveru-

lentedenisipsauargila

Pietris

argilos

Nisip

argilos

Nisip

foarteargilos

Pietris

foartear g

ilos

Pietriscumult

nis

ipfoartefin

<5% >40%5...40%

L p

L

U>6 U>6U<6 U<6

>40% <40%->40% >40%<40%- <40%-

<0.7 0.05-0.5 >0.5 <0.7 0.05-0.5 >0.5

fig.2.12. Algoritmul clasificarii solurilor mineral

Daca un pamânt are mai putin de 15% granule fine, el este considerat necoeziv. El nu are o

adevarata coeziune, nu are rezistenta in stare uscata, insa are o mare frecare interioara, in ceea cepriveste insusirile sale este in mare masura independent de umiditate, are o buna permeabilitate, in

cazul unei terasari corespunzatoare are o buna capacitate de compacatare, atunci are si capacitate

portanta, nu este supus pericolului inghetului si nici pericolului tasarii.

Un sol necoeziv este de cele mai multe ori un bun teren de fundare si material de constructie.

Daca un sol are mai mult de 15% granulatie fina, el este coeziv. El are coeziune (crescatoa-

re cu capacitatea de coeziune), frecare redusa (descrescatoare cu capacitatea de coeziune), in

insusirile sale si in special in capacitatea portanta este foarte dependent de umiditate, are o

permeabilitate redusa la apa (descrescatoare cu capacitatea de coeziune), se compacteaza greu, este

supus pericolului inghetului si pericolului tasarii.

Un teren de fundare coeziv necesita gândire si de cele mai multe ori masuri.

2.3.4. Descrierea starii

Pe lânga compozitia unui sol, starea sa are o influenta hotarâtoare asupra insusirilor si

comportarii. Este astfel o mare deosebire daca un pietris se gaseste in stare afânata sau in stare

compacta. Un sol coeziv va reactiona in stare umeda complet altfel decât având consistenta




semistabila. De aceea s-au creat indici care descriu starea de compactare a solurilor necoezive si

starea de umiditate a solurilor coezive. Acestea pun starea actuala in relatie cu starile extreme.

Starea de compactare a solurilor necoezive poate fi exprimata prin:

- “compactitatea raportata” ID cu gradul de porozitate e,

ID =ee

ee

.min.max

.max

−

−

- “compactitatea” D cu porozitatea n,

D =nn

nn

.min.max

.max

−

−

Starile extreme de compactare se obtin in laborator in incercari standardizate.“ Asezarea cea

mai afânata” rezulta la umplerea atenta a pamântului uscat intr-un cilindru gradat. Coeficientul de

porozitate respectiv este max. e, iar porozitatea max. n.

“Asezarea cea mai compacta” apare in cazul compactarii foarte mari (masa vibratoare sau

mai de batut), care da min. e respectiv min. n.

Tabela 2.4. Aprecierea compactitatii

Denumire Compactitate D Capacitatea raportata ID

foarte afânat <0,15

afânat 0,15 pâna la 0,30 < 0,33

mediu compacta 0,30 pâna la 0,50 0,33 pâna la 0,67

compact > 0,50 > 0,67

Actuala stare de compactare se apreciaza dupa tabela 2.4.

Starea de umiditate a solurilor coezive se exprima prin coeficientul de consistenta Ie, care pune

continutul de apa existent in raport cu continuturile de apa limita W L si Wp.

Ic = pL W-W

W W L −

De aici deriva domeniile de consistenta semicompact, vârtos, moale, curgator si fluid (fig 2.10)

2.3.5. Rezistenta la forfecare

Prin rezistenta la forfecare a unui sol se intelege insusirea de a opune o rezistenta forfecarii

dintr-o suprafata de alunecare (rupere prin forfecare). Ea prezinta importanta la determinarea fortei

portante a fundatiilor, la ruperea terenului si ruperea de taluz si la toate problemele de presiune activa

si pasiva a pamântului.




Rezistenta la forfecare se determina preponderent in laborator. Pentru aceasta probele se

incarca pâna la rupere si se masoara tensiunile ce apar in starea de rupere. Se utilizeaza aparate

diferite (aparate de forfecare plana, aparate triaxiale).

c

c + t a n

x

x

v

=V/A

=H/A

H

H

fig. 2.13 Incercarea de forfecare plana si diagrama de forfecare

Pentru intelegerea acestei probleme, cea mai potrivita este incercarea simpla si directa de

forfecare, pentru ca aceasta modeleaza clar raportul tensiunilor din suprafata de rupere (fig.2.13).

In proba de pamânt cu suprafata A se obtine printr-o forta verticala V o tensiune normala de σ =V/A. In acelasi timp prin forta orizontala H din suprafata de forfecare ia nastere un efort de forfecare ι =

H/A. Cresterea permanenta a tensiunii de forfecare ι duce in final la invingerea rezistentei la forfecare

si la ruperea prin forfecare in rostul de forfecare.

Daca in urmatoarea incercare la forfecare plana se mareste tensiunea verticala σ, atunci pâna

la rupere poate fi admisa o tensiune de forfecare mai mare. Rezistenta la forfecare creste deci odata cu

cresterea tensiunii normale. Daca se inregistreaza combinatiile de tensiune σ si ι, masurata in mai

multe incercari intr-un sistem de coordonate σ-ι, atunci punctele ce caracterizeaza starea de rupere

sunt in linie dreapta.

Aceasta dreapta este dreapta de rupere a lui COULOMB. Ea separa starile de tensiune

posibile, pentru ca sunt acceptabile de catre sol (sub dreapta de rupere), de starile de tensiune

imposibile, pentru ca nu sunt acceptabile (deasupra). Conditia de rupere a lui COULOMB este in

acelasi timp ecuatia rezistentei la forfecare. Ea urmeaza ecuatia dreptelor.

ι = c + σ tan ϕ





Sectiunea c de pe ordonata este rezistenta la forfecare la o tensiune normala σ=0. Ea se

numeste rezistenta de aderenta sau coeziune. Tensiunea normala σ devine prin coeficientul de frecare

μ = tang. ϕ rezistenta de frecare σ tan. ϕ.

Unghiul ϕ este unghiul frecarii interioare, el devine evident ca ascendenta a dreptei de

forfecare. Unghiurile de frecare interioara si coeziune sunt parametrii de forfecare.

In functie de tipul solului partile de frecare si coeziune care compun rezistenta sunt de marimi

diferite. Solurile necoezive nu au coeziune, dar unghiurile lor de frecare interioara sunt mari.

Solurile coezive au o coeziune considerabila si unghiuri de frecare mici. In cazul solurilor

saturate cu coeziune foarte mare unghiul de frecare poate fi chiar zero. In afara de aceasta coeziuneaa

depinde foarte mult de consistenta, in timp ce unghiul de frecare al solurilor necoezive se mareste

odata cu compactitatea. In functie de felul si starea solului se pot da valori orientative pentru rezistenta

la forfecare (tabela 2.5) pentru calcule mai exacte se recomanda determinarea parametrilor forfecarii

prin incercari de forfecare.

Sa ne mai ocupam in mod special si de presiunea apelor interstitiale, care isi joaca rolul ei la

toate problemele de rezistenta la forfecare.

Daca o tensiune exterioara (tensiune totala σ) incarca un sol coeziv saturat sau partial saturat,

atunci in faza initiala, o parte a tensiunii inregistrate este preluata de apa interstitiala, care in felul

acesta ajunge sub presiune (tensiunea u produsa de apa interstitiala sau tensiune “neutra”). Cealalta

parte a tensiunii inregistrate este preluata de scheletul granular. Aceasta parte se numeste tensiunea

“activa” σ’, intrucât aceasta parte este activa in sensul ca produce frecarea. In orice moment sumadintre tensiunea activa si cea neutra corespunde cu tensiunea totala.

σ = σ’ + u

In cazul incarcarii rapide a solurilor coezive apare presiunea apelor interstitiale, care reduce

rezistenta la forfecare.

f = c + (σ-u) tan.

In orice caz aceasta reducere a rezistentei la forfecare este in functie de timp, intrucât apa

interstitiala aflata sub presiune se scurge. Presiunea apelor interstitiale revine in cele din urma la zero,

in felul acesta instalându-se din nou intreaga rezistenta la forfecare. Timpul de disparitie a presiunii

apelor interstitiale depinde de permeabilitate. Cu cât un teren de fundare este mai coeziv cu atât mai

mult dureaza echilibrarea, s-ar putea chiar ani de zile.

Suprapresiunile apelor interstitiale apar deci in cazul incarcarii rapide a solurilor coezive

saturate, ca de exemplu la umplerea rambleelor pe fundamentul argilos sau organic. Acestea se

echilibreaza din nou prin scurgerea apelor interstitiale, cu cât solul este mai permeabil, cu atât mai

repede.

Problema “apa interstitiala” joaca bineinteles un rol si la incercarile de forfecare.




Daca in timpul incercarii apa interstitiala poate scapa (pietre de filtru = “sistem deschis”,

inregistrare lenta a tensiunilor normale si de forfecare), aceasta este o incercare “drenata” (incercare

D). Parametrii determinati in incercarea D sunt denumiti parametrii “activi”, ei sunt marcati ϕ’ si c’.

Daca totusi apa interstitiala nu se poate scurge (“sistem inchis”, inregistrare rapida a tensiunii

normale si de forfecare) aceasta este o incercare “nedrenata” (incercare UD). Parametrii determinati

intr-o astfel de incercare UD sunt denumiti parametri “aparenti” si sunt marcati cu indexul u (ϕu si cu).

Tabela 2.5.: Valori orientative pentru coeficientii de calcul

Parametrii solurilor necoezive conf. DIN 1055 T2 (2.76)

Densitatea

Tipul soluluiSimbolul

conf.DIN.18196

Asezare

in conditii

de umiditatea pamântului

γ in kN/m3

in conditii

desaturatiecu apa

γ’in kN/m3

sub

portanta

γ’in kN/m3

Unghiulde frecare

ϕ’in grade

Nisip, nisip usor foartefin, nisip pietros, instraturi inguste

SEprecum siSUcu U ≤ 6

afânatmediudens

17.0 (1.70)18.0 (1.80)19.0 (1.90)

. 1.90 (1.90)20.0 (2.00)21.0 (2.10)

9.0 (0.90)10.0 (1.0)11.0 (1.1)

3032.535

Pietris, grohotis,Pietre cu putin nisip,in straturi inguste

GE

afânatmediu

dens

17.0 (1.70)18.0 (1.80)19.0 (1.90)

. 1.90 (1.90)20.0 (2.00)

1.0 (2.10)

9.0 (0.90)10.0 (1.0)11.0 (1.1)

32.535

37.5

Nisip, nisip pietros,pietris, in straturi marisau intermitente

SW, SI, SUGW, GI cu6 < U x 15

afânatmediudens

18.0 (1.80)1.0 (1.90)20.0 (2.00)

20.0 (2.00)21.0 (2.1)22.0 (2.2)

10.0(1.00)11.0(1.10)12.0(1.20)

3032.535

Nisip, nisip pietros,pietris cu putin nisipfoarte fin, in straturi marisau intermitente

SW, SI, SUGW, GI cuU > 15precum siGU

afânatmediudens

18.0 (1.80)20.0 (2.00)22.0 (2.20)




Parametrii solurilor coezive si ai solurilor organice conf. DIN 1055 T2 (2.76)

Densitatea Coeziunea

Tipul solului

Sim-bo-lul

conf.DIN.

18196

Forma

starii

deasupraapeiγ

inkN/m3

subapaγ’in

kN/m3

Unghiulde

frecare

ϕ’in

grade

c’

in kN/m3

c

in kN/m3

Soluri coezive anorganicecu insusiri plastice preg-nante(WL > 50%)

TA

moaleconsistentplastic con-sistent

18.0(1.8)19.0(1.9)20.0(2.0)

8.0 (0.8)9.0 (0.9)10.0(1.0)

17.517.517.5

0 (0)10 (1.0)25 (2.5)

15 (1.5)35 (3.5)75 (7.5)

Soluri coezive anorganicecu insusiri mediu plastice(50% ≥ WL ≥ 35%)

TMsiUM

moaleconsistentplastic con-sistent

19.0(1.9)19.5(1.95)20.5(2.05)

9.0(0.90)9.5(0.95)10.5(1.05)

22.522.522.5

0 (0)5 (0.5)10(1.0)

5 (0.5)25(2.5)60(6.0)

Soluri coezive anorga-nice cu insusiri usorplastice (WL < 35%)

TLsiUL

moale

consistentplastic con-sistent

20.0(2.00)20.5(2.05)21.0(2.10)

10.0(1.0)10.511.0

27.527.527.5

0(0)2(0.2)5(0.5)

0(0)15(1.5)40(4.0)

Argila organica,Nisip foarte fin organic

OTOU

moaleconsistent

14.0(1.40)17.0(1.70)

4.0(0.40)7.0(0.70)

15.015.0

00

10(0.1)2.0(2.0)

Turba fara sarcinapreliminaraTurba sub sarcinapreliminara moderata

HMHZ

11.0(1.10)13.0(1.30)

1.0(0.10)3.0(0.30)

15.015.0

2 (0.2)5 (0.5)

10(1.0)20(2.0)

2.3.6. Comportarea la deformare – Capacitatea portanta

Daca se incarca o platforma sau corpul unei fundatii cu o sarcina crescatoare, deformarile iauatunci in principiu traiectoriile din fig. 2.14. La inceput deformarile sunt liniar proportionale cu tensiunile

si in mare masura reversibile, ceea ce poate fi considerat drept comportare elastica. In domeniul

urmator apar atât deformari elastice cât si deformari (plastice) remanente. Acestea apar prin reducerea

spatiului poros. Dupa depasirea sarcinii de rupere deformarea decurge progresiv sub aceeasi

incarcare; aceasta este comportarea plastica.

Problemele de capacitate portanta sunt deci pe de o parte, in special la inceputul incarcarii,

probleme de comprimare; pe de alta parte, in apropierea ruperii ele sunt probleme de rezistenta a

materialelor. Presupunând ca actuala solicitare se afla cu mult sub sarcina de rupere, teoria elasticitatii

s-ar putea potrivi pentru comportarea la deformare a pamânturilor. In acest caz comportarea tensiunii

la deformare se descrie prin modulul de elasticitate E si coeficientul lui Poisson ν. Intrucât comportarea

la deformare nu este tocmai elastica, s-au incetatenit parametri speciali pentru descrierea comportarii

de deformare si prin aceasta a capacitatii portante. Acestia se numesc module de deformare. Ele se

deosebesc prin conditiile la limita, in care are loc o incarcare a solului si de aceea si ca marime. In

continuare sunt prezentati pe scurt diferitele module de deformare. Pentru o informare mai aprofundata

se recomanda studierea bibliografiei de specialitate.



Incarcare

Domeniu plasticDomeniu elasto-plasticDomeniu elasticReducereaspatiulu

ip

oros

Rupere

fig. 2.14 Comportarea fundatiilor la deformare sub sarcina

Modulul de rigiditate Es:

Proba de sol se incarca treptat intr-un aparat de compresiune (edometru). Fiecare deformare

laterala este impiedicata printr-un inel metalic rigid (stare de deformare monoaxiala). Tasarile ce apar

se obtin la nivelul probei initiale ha. Tasarile obtinute (“distorsiuni”) se inregistreaza peste tensiune

(fig.2.15). Modulul de rigiditate Es este inclinatia liniei de tasare din compresiune la un anumit interval.

Tensiunea

fig. 2.15 Diagrama tasãrii în functie de tensiune, obtinutã din încercarea decompresibilitate în edometru pentru determinarea modulului de rigiditate Es

Ezo=

Tasa

reaob

tinutã

h/hA

hA

h

Ks

I n c ã r c a r e

D e s c ã r c a r e ( e c h i l i b r a r e )




Modulul de deformare Ezo:

In incercarea la compresiune cu epruveta cilindrica se incarca probe ce se pot dilata

nestingherit (starea de tensiune monoaxiala). Din diagrama de deformare in functie de tensiune se

determina modulul de deformare Ezo = ε σ ΔΔ / (fig.2.16)

Tensiunea

fig. 2.16 Diagrama tasãrii în functie de tensiune obtinutã din încercarea decompresiune cu epruvetã cilindricãpentru determinarea modulului derigiditate Ezo

Ezo=

Tasa

reaobt in

utã

h/h

A

h A

h

D

Comportarea reala a solurilor la deformare nu poate fi descrisa exact nici prin modulul derigiditate Es si nici prin modulul de deformare Ezo. Solul se poate deforma mai mult sau mai putin lateral,

si modulul de deformare determinat se situeaza intre cele doua extreme. El se poate determina numai

cunoscând coeficientul lui Poisson ν si factorul de presiune statica a solului Ko.

Ezo < Em < Es

Modulii de deformare Em ajuta la calculul tasarilor.

Modulul de deformare Ev din incercarea de compresiune cu placa

Pentru aprecierea cantitativa si clasamentul capacitatii portante s-au definit moduli de

deformare care tin seama de starea de teniune si deformare in spatiu. Ei se apropie de comportarea

reala la deformatie si se definesc ca moduli de deformare Ev. Acesti moduli de deformare Ev se

determina printr-o incercare de proba cu ajutorul unei placi de sarcina rigide.




Prin incercare se tranmite o teniune σ asupra platformei de control si se masoara tasarea S

realizata sub aceasta incarcare. Intre tensiuni si tasari, in cadrul unei placi circulare rigide se aplica

potrivit teoriei semispatiului elastic - izotrop (BOUSSINESQ) urmatoarea relatie:

S = E

r 2

v)-(14

⋅⋅

⋅

σ π

E = modulul de elasticitate al semispatiului

r = raza placii de sarcina rigide

ν= coeficientul lui Poisson (ν = 0,2 pentru nisip ….. ν= 0,4 pentru argila)

cu ν = 0,21 rezulta formula de compresiune datorita placii.

Ev =s

r .5,1

Δ

⋅Δσ

Modulul de deformare Ev primeste un alt index, care trimite la provenienta sa din primul (E v1)

sau cel de al doilea (Ev2) ciclu al unei incarcari statice resp. dintr-o incarcare dinamica (Evd)

Mai târziu ne vom ocupa de interpretarea incercarilor de compresiune cu placa. Modulul de

deformare Ev este indicele cel mai important pentru aprecierea capacitatii portante a cailor de transport.

In fig.2.17 sunt prezentati cei trei moduli de deformare.

In afara de aceasta, fig.2.17 reda relatiile ce exista intre moduli potrivit teoriei elasticitatii.

Modulul prismei de balast ks (factorul de balast)

Din incarcarea de proba cu placi rigide se poate obtine un alt indice al capacitatii portante,modului prismei de balast ks. Acesta s-a confirmat atât la calculul imbracamintii rutiere cât si la calculul

suprastructurii. Prin acesta se exprima absolut general si pentru un corp de fundatie oarecare, raportul

dintre tensiunea talpii fundatiei si tasarea terenului S. In felul acesta se explica unitatea de masura cam

neobisnuita N/mm3.

Ks = [ ]3 N/mms

σ

Modulul prismei de balast corespunde tensiunii de sub un corp de fundatie, care are ca urmare

o tasare cu valoarea 1. Asa este el înteles si in calculul suprastructurii, unde se noteaza de altfel cu prescurtarea Cb.




Ev

Ezo

Es

0.50

1.33

0.33

1.12

0.20

1.04EV/Es00.50

0.750.330.20

0.94EV/Es

Ev=1- -2 Es/(1- -22 2Ev=Ezo/1-

2Ezo=1- -2 Es/1-

00.500.330.20

Ezo/Es 0.90 0.67

0.500.330.20

Ezo/Ev 0.500.960.89

Ezo=1- Ev2

0.500.330.20Es/Ev 8 8 Es/Ezo

0.20 0.33 0.501.11 1.50

Edometrusiune monoaxiala presiune cu placã

Modulul de rigiditateEs

Modulul de rigiditate Ezo

Modulul de deforma-re Ev

Incercare la compre- Incercare la com-

y

z

y Ko z/

z0

y =0

y

/y

z

zx

x

zz

z

y

z

x

x

y

Es=1- Ezo/1- -2 2Es=(1- - Ev/(1- -2

22

1.331.06

fig.2.17 Schema modulilor de deformare -Conditii de tensiune si deformare -Raporturi teoretice de elasticitate

In constructia de drumuri modulul prismei de balast a fost calificat mai departe. In principiu,

placa circulara rigida se utilizeaza ca element de transmitere a tensiunii.

In felul acesta rezulta un raport intre modulul de deformare Ev si modulul prismei de balast ks:

ks = 2 Eν / πr(1-ν2)

cu ν= 0,21 se obtine:

ks = Eν / 1,5r

Modulul prismei de balast se modifica deci cu marimea suprafetei de transmitere a tensiunii.

Aceasta obliga ca in domeniul constructiei de drumuri sa se convina asupra marimii placii ce se doreste

a fi utilizata pentru determinarea modulului prismei de balast.

Specialistii urmeaza aici o propunere facuta de WESTERGAARD, de a obtine toti modulii

prismei de balast pe placa cu d = 2r = 760mm. Factorii de balast, determinati cu placi de alt diametru,

pot fi recalculati cu un factor de corectare f:

Ks(760) = ks(d) f

Pentru placile cu diametrul de 300 resp. 500 mm, deseori utilizate, corectura este f=0,50 resp.

f=0,76.




Modulii prismei de balast, la fel ca toti indicii capacitatii portante, depind de tensiune. Aceasta

duce la stabilirea altei conventii. In constructia de drumuri toti factorii de balast se standardizeaza si

anume nu la un anumit domeniu de tensiune, ci la deformarea de 1,25 mm care s-a convenit. Prin

placa de incarcare unitara (d=760mm) si tasarea unitara de 1,25mm, modulul prismei de balast

“specific in constructia de drumuri” ia caracterul unui indice al terenului de fundare, ceea ce nu se

aplica in general pentru modulii prismei de balast.

Capacitatea portanta CBR

O metodologie complet diferita de masurare a capacitatii portante sau mai bine a rezistentei

solurilor se aplica prin incercarea CBR (“Californian Bearing Ratio”). Aceasta provine din SUA si da asa

numitul indice CBR care serveste la dimensionarea consolidarii drumurilor.

Incercarea poate fi facuta in laborator sau pe teren. Prin presare se introduce in sol un stâlp cu

sectiune circulara (suprafata 1936 mm2), cu viteza constanta (1,25mm/min.), se masoara tensiunea p

(N/mm2) necesara pentru aceasta si se inregistreaza sub forma de curba de rezistenta

(fig.2.18).

Aceasta curba se compara cu rezistenta ps, pe care un material standard cu o capacitate

portanta foarte mare o opune patrunderii in pamânt a stâlpului. Curba de rezistenta a acestuia ramâne

stabilita drept curba standard. Esentiale pentru comparatie sunt tensiunile de la patrunderea de 2,5

mm, ps = 7,0 N/mm2 si de la patrunderea de 5,0 mm, ps = 10,5 N/mm2. In aceste doua puncte,

rezistenta la penetratie a solului de proba p este pusa in relatie cu rezistenta la penetratie a solului

standard ps.

Proba

Cadru de încarcare cu dispozitivde masurare a fortei

Stalp de compresiune

Suportul contorului

Contor

Discuri de încarcare

Placi demontabile

pp

a) Aparat de încercare

N/mm2

Compresiune

Penetrareastalpuluiînmm

Pamant fara coeziune-standard

Material de încercare

b) Interpretare

7.0 10.55.00

s

2.5

5.0

7.5

fig. 2.18 Incercare CBR




CBR = 100(%) ⋅s p

p

Cea mai mare dintre acestea doua, de cele mai multe ori coeficientul CBR2,5, se ia in calcul

pentru evaluarea capacitatii portante a solului. In fig.2.18 sunt reprezentate aparatul de incercari si

interpretarea.

Pentru dimensionarea straturilor portante cu indicele CBR exista o vasta experienta, in special

in tara de origine a acesteia, SUA. Teoretic, indicele CBR nu corespunde cu restul modulilor de

deformare. Bineinteles ca exista raportul calitativ, ca indicii Ev sunt cu atât mai mari cu cât indicele CBR

este mai ridicat.

Figura 2.19 prezinta corelatiile dintre indicii Ev si indicii CBR. Concordanta in domeniul de mijloc

este absolut acceptabila.

Convingator la incercarea CBR este faptul ca aceasta se poate efectua relativ simplu si pe teren

si de asemenea pe platforma de pamânt a unei linii, motiv pentru care aceasta ar trebui sa aiba in mod

absolut un viitor in constructia de cai ferate.

2.3.7. Permeabilitate, capilari tate

Apa din porii unui sol se misca sub influenta fortelor (gravitatie, forta capilara, caldura, curentul

electric).

Miscarea are lor intotdeauna de la un nivel de energie sau potential mai ridicat spre unul mai

scazut.

201000

2

504030

4

6

8

10

12

Latimea de dispersie

2 13

Ev2(MN )

1 dupa FLOSS2 dupa WIEHLER3 dupa DS 836, EzVE 6

fig. 2.19 Corelarea dintre Ev2 si indicele BCR

CBRf (%)




In cazul unor efecte egale ale fortelor, viteza apei din pori va fi cu atât mai mare, cu cât canalele

poroase sunt mai mari si mai netede. Reteaua de pori cu multiple ramificatii dintr-un sol poate fi pe

deplin comparata cu un sistem tubular. Ca urmare a constitutiei stocastice a canalelor poroase

esueaza orice incercare de a calcula miscarea apei in sol cu ajutorul legilor curgerii prin tub. Ea este

privita in anumita masura global si integral si anume dupa legea lui DARCY. In aceasta este definita o

viteza fictiva, asa numita viteza de filtrare vr .

vr = [ ]m/s A

Q

Viteza de filtrare vr este o viteza teoretica. Ea este legata de definitia “Cantitatea de apa Q in

functie de suprafata A strabatuta in total prin curgere”.

Viteza de filtrare este proportionala cu panta i si aceasta este legea propriu-zisa a lui DARCY:

vf = kf x i (m/s).

Ca factor de proportionalitate asa numitul coeficient de permeabilitate kf functioneaza dupa

DARCY. Acesta poate fi interpretat si prin faptul ca indica viteza aparenta la panta 1, daca intreaga

sectiune se considera acvifera.

Intrucât miscarea apei are loc insa numai in pori, viteza reala este mai mare. De altfel viteza

reala nu intereseaza pe nimeni, tocmai pentru ca in legea lui DARCY s-a convenit ca intreaga sectiune

sa fie considerata strabatuta (de apa) cu viteza de filtrare.

Coeficientul de permeabilitate kf este parametrul central pentru miscarea fluidelor in mediile

poroase.

Coeficientul k se da in unitatea de masura m/s, din cauza valorilor reduse in exponenti negativi

ai numarului zece. Aceasta reprezentare s-a incetatenit, dar ea nu este deosebit de fericita, pentru ca

nu transmite o prezentare a miscarii reale a apei.

Lipseste observatia modului in care se misca apa intr-un sol a carui permeabilitate este de ex.

kf = 5 x 10-7 m/s.

Pe baza exemplului de infiltratie ce are loc cu panta i =1 se inlesnesc reprezentarile vitezelor

reale ale apei in sol.

Exemple:- kf = 5 x 10-4 m/s (nisip), viteza de infiltratie 1,8 m/h sau 43,2 m/d

- kf = 5 x 10-7 m/s (nisip foarte fin), viteza de infiltratie 1,8 m/h sau 4,32 cm/d

- kf = 5 x 10-10 m/s (argila), viteza de infiltratie 0,0018 mm/h sau 0,432 mm/d = 15,8 cm/a

Permeabilitatea poate fi determinata prin incercare de laborator sau incercare “in situ”.

Bineinteles ca exista relatii intre structura unui sol (grupa de sol) si permeabilitatea sa. Pentru

nisipuri si pietrisuri permeabilitatea poate fi determinata din parametrii compozitiei granulare, de ex.

dupa BEYER.




Astfel de corelatii se bazeaza pe faptul ca permeabilitatea este determinata de marimea si

configuratia porilor. Acestia depind la rândul lor de:

- repartitia granulometrica,

- compactitate,

- caracteristica granulatiei

Dupa BEYER parametrii d10 si U determina in mare masura permeabilitatea nisipurilor si

pietrisurilor.

Kf = (m/s) 01160 2

10

201,0d U ⋅⋅⋅ −

Aceasta relatie se aplica pentru asezarea cu densitate medie. In cazul asezarii dense

permeabilitatea se reduce cu 20%, iar in cazul asezarii afânate aceata creste cu 20%.

Metoda dupa BEYER s-a stabilit in ultimii ani ca fiind intr-o oarecare masura corespunzatoare.

Figura 2.20 prezinta o monograma de rezolvare a formulei BEYER.

Diametrulgranule

lord60înmm

0.6

0.1

0.08

0.2

0.3

0.4

0.5

} k1=2.7x10 m/s

3

Exemplu:d60=8mmd10=0.22mm

0.81

2

6

45

81012

Coefici entul

depermeabilitatek

fînm/s

0.06

0.4

0.2

0.3

0.5

0.6

0.08

0.1

3

2

fig.2.20 Nomograma de determinare a coeficientului de permeabilitate dupa BEYER

8

6

4x10

4

5

8643

2

1x10

1x10

d10înmm

3

Pentru solurile cu granulatie mixta si granulatie fina corelatiile dintre compozitia granulometrica

si permeabilitate nu mai sunt atât de relativ simple si clare. Miscarea apei in canalele poroase extrem

de inguste este mult mai complicata. Dar si aici se aplica relatia calitativa: “Cu cât granula este mai

fina, cu atât porii sunt mai ingusti, cu atât pierderile prin frecare sunt mai mari, cu atât permeabilitatea

este mai redusa”.

Toate acestea sunt exprimate in fig. 2.21.

Permeabilitatea joaca rolul hotarâtor in toate problemele de drenare.




0

20

40

60

80

1001006020620.60.20.060.020.001 0.002 0.06

0

2040

60

80

100

13 212 11 10 9 48 7 6 5

Ordinea de marime a coeficientului de permeabilitate Kf

Diametrul granulelor în mm

123456789101112

Kf in m/s <10 1 10 1 10 1 10 1 10 1 10 1 10 1 105 10 5 10 7 10 3 10-9 -9 -8 -7 -6 -5 -5 -4 -4 -3 -3 -2

fig. 2.21 Ordinea de marime a coeficientului de permeabilitate dupa RAS-Ew

Capilaritatea

Capilaritatea unui sol este capacitatea de a ridica sau de a mentine apa peste suprafata libera a

pânzei de apa freatica. Cauza fizica a capilaritatii consta in tensiunea de suprafata a mediilor fluide de

umectare. De-a lungul liniei de contact a celor trei medii se formeaza o tensiune la linia de delimitare

σ12 (fig. 2.22). Pe circumferinta capilarelor cu raza r actioneaza in acest caz forta capilara.(N)r2cos.12 ⋅⋅⋅⋅= π δ σ S

Aceasta forta capilara este in stare sa mentina contra fortei de gravitatie coloana de apa de:

W G γ π ⋅⋅⋅= k

2 hr (N)

Din conditia G = S rezulta inaltimea de ascensiune hk

hk=2s12cosδ / r γw

Pentru cele trei medii cuart, apa si aer, tensiunea la linia de delimitare este:

N/m-2

12 107,0cos. ⋅≅⋅ δ σ

Prin aceasta pot fi calculate inaltimile de ascensiune capilara pentru diferite raze ale porilor,

ceea ce s-a intâmplat in exemplul prezentat in fig.2.22.

In continuare sunt prezentate tensiunile capilare pk respective, caci se aplica:

pk = )2

W /( m N hk γ ⋅




Tensiunile capilare exprima cât de durabil este prinsa apa in pori. Aceasta poate fi indepartata

complet numai daca se exercita o teniune mai mare de absorbtie. Un drenaj eficient este cu atât mai

dificil cu cât solul are o granulatie mai fina si este mai coeziv.

Inaltimile mari de ascensiune capilara prezentate sunt corecte din punct de vedere teoretic, insa

practic ele nu apar. In porii extrem de mici ai argilelor foarte coezive frecarea devine atât de mare, incât

faza fluida devine aproape imobila. Inaltimile de ascensiune capilara peste 8 pâna la 10 metri sunt de

accea rare.

Razaporilor

în mm Înãlþimea deascensiunecapilarã hk m

Tensiuneacapilara Pk

N/m2

Nisip finNisip f.fin

Argilã

101010

1.4014.0140.0

1.40 1014.0 10140.0 10

4

4

4

-2

-3

-4

2r

h k G

S1212

h k=14 10/f 4

fig. 2.22 Capilaritatea si înaltimea de ascensiune capilara

2.3.8. Stabili tatea la filt rare

2.3.8.1. Stabilitatea la solicitare hidraulica

Orice filtru are sarcina ca in cazul proceselor de scurgere de un anumit fel sa lase sa treaca

anumite elemente componente ale mediului curgator, iar pe altele sa le retina, adica “sa le filtreze”.

La drenarea solului filtrul trebuie sa permita trecerea apei si a celor mai fine particule antrenate,

insa sa impiedice dislocarile scheletului solului.

In geotehnica, probleme de filtrare apar la puturi, drenuri, filtrarea de suprafata sau alte instalatii

de drenare. Este vorba intotdeauna de drenarea unui sol de baza cu o granulatie relativ fina si in

acelasi timp de protejarea acestuia.

Filtrele pot fi formate din pietris de filtrare natural sau din elemente filtrante artificiale, de cele

mai multe ori textile.




Notiunile de specialitate utilizate in problematica filtrarii sunt explicate in continuare pe baza

unui exemplu de put de drenaj (fig.2.23).

Dw Dren

i = d h / d y

Sol de baza

Pietris filtrant

fig. 2.23 Modelul curentului de filtrare

In solul de baza descoperit exista apa, care se scurge sub panta i spre putul de drenaj, cu

viteza de filtrare vf = kf x i.

Prin frecare si presiunea hidrodinamica actioneaza forte asupra solului de baza, prin care pot fi

dislocate granule. Ne imaginam solul de baza ca un amestec din granule grosiere de sustinere si

granule fine de umplutura. Mai intâi granulele de umplutura pot fi spalate de apa ce se scurge repede.

Spalarea granulelor fine se numeste sufoziune (fig.2.24). Aceasta incepe in zona de contact dintre solul

de baza si pietrisul filtrant (sufoziune de contact) si se continua mai târziu in interiorul solului descoperit(sufuziune interna). Spre sufoziune inclina solurile la care exista diferenta evidenta de marire intre

granulele de sustinere si granulele de umplutura, care au un coeficient mare de neuniformitate.

Sufoziunea nu aduce solului nici un fel de dezavantaje, caci scheletul granular ramâne intact, nu apar

tasari. Permeabilitatea devine mai mare, intrucât porozitatea a crescut. Aceasta are o influenta pozitiva

asupra efectului de drenare dorit. Filtrele vor fi deci astfel alcatuite incât sa fie posibila sufoziunea.

Aceasta se realizeaza alegând pori mari pentru filtru, pentru ca granulele fine care sunt expuse

sufoziunii sa poata trece fara probleme.





Granula de sufoziune nu trebuie sa fie retinuta in drumul ei, de catre filtru si tubul filtrant. Caci

aceasta ar fi o colmatare (vezi fig. 2.24).

Filtrele initial permeabile devin impermeabile prin colmatare; instalatia de drenare devine

ineficienta. Colmatarea filtrului trebuie deca in orice caz evitata, ceea ce se realizeaza prin pori resp.

orificii de filtrare mari. In acelasi timp un filtru grosier garanteaza ca este mult mai permeabil decât solul

de baza, motiv pentru care poate drena eficient.

Acesta se numeste criteriu de colmatare, sau “punct de filtrare hidraulica”. In regulile de filtrare

criteriul de colmatare este intotdeauna o limita inferioara pentru granula de filtrare resp. dimensiunea

orificiului, o dimensiune minima.

Ducând consecvent mai departe ideea de a alege filtrul pe cât posibil cu pori grosieri, ne lovim

de o limita superioara.

Si daca porii devin atât de mari, incât pot sa treaca nu numai granule de umplutura sufozionate

ci si parti din granula de sustinere, se ajunge la eroziune (fig.2.24).

Prin eroziune solul descoperit se modifica extrem, ajungându-se la prabusire. Instalatia de

drenare devine ineficienta, tubul de drenaj se innisipeaza. Eroziunea trebuie deci in orice caz evitata.

Aceasta se realizeaza printr-o limitare a dimensiunii porilor sau a dimensiunii slitului in sus.

Criteriul de eroziune apare in regulile de filtrare intotdeauna ca o limita superioara pentru

granula de filtrare resp. dimensiunea orificiului, ca o valoare maxima.

Aceasta valoare se numeste “punct de filtrare mecanic”.

O constructie de filtrare trebuie pusa cu grija in concordanta cu solul descoperit.

Aceasta se realizeaza cu ajutorul asa-numitelor reguli de filtrare. Acestea sunt prescriptiile

empirice de dimensionare pentru materialul filtrant.

In acest context trebuie sa accentuam faptul ca orice problema de filtrare are doua aspecte,

unul dinamic (“Este suficienta forta de curgere a apei pentru a declansa o dislocare a granulelor?”) si

unul de geometrie a porilor (“Permit spatiile goale patrunderea sau trecerea granulei miscate?”). In

cadrul regulilor de filtrare prezentate in continuare se ia in consideratie numai aspectul geometric.



Sufoziune

Sol de baza Schelet de sprijin (sustinere)

Granule de sufoziune

Apa subterana rapida +

Filtru colmatatPietris filtrant Granule de sufoziune

+

Colmatare în circuitul

de filtrare

+Granule de sufoziune Tub filtrant colmatatTub filtrant

pe tubul filtrant

Eroziune

Sol de baza

Apa subterana rapida

Granule de eroziune

+Spatii de eroziune

fig. 2.24 Modificari în domeniul de filtrare datorate apei subterane

Reguli de filtrare

In decursul deceniilor s-au strâns in literatura de specialitate o multime de reguli de filtrare.

Acestea se deosebesc in ceea ce privesc detaliile, fara a se contrazice in enuntul de baza. Diversitatea

provine din faptul ca este vorba de o problema stohastica.

Pe de o parte este vorba de a deduce dimensiunea decisiva a unui filtru de pietris din repartitia

granulometrica. Pe de alta parte trebuie sa se determine marimea granulei de sufodare si erodare din

solul ce trebuie drenat. Si dimensiunea porilor trebuie sa fie astfel aleasa incât granula sufozionata sa

treaca prin pori (siguranta la colmatare), iar granula de sustinere nu (siguranta la eroziune).

In metodica s-a procedat astfel, incât punctele selectionate de pe curba de repartitie

granulometrica (KVK) a solului de baza sa fie considerate reprezentative pentru marimea granulei

sufozionate sau a granulei de sustinere. Anumite puncte de pe curba de repartitie granulometrica a

pietrisului de filtrare sunt dimpotriva competente pentru dimensiunea porilor acestuia.

Astfel de puncte caracteristice de pe curba de repartitie granulometrica a solului descoperit sunt

de exemplu diametrele granulelor d10, d15, d17,, d50, d60, d85, completate uneori prin coeficientul de

neuniformitate Ud si coeficientul de porozitate ed. Solul de baza comparativ mai fin se descrie cu litere

si indici mici.

Pietrisul filtrant se reprezinta cu litere si indici mari (D10, D15, D17, D50, D60, UD si eD).




Cea mai cunoscuta regula de filtrare este cea dupa TERZAGHI (fig. 2.25) care se explica drept

prototip al unei reguli de filtrare.

TERZAGHI a considerat ca diametrul granulei D15 caracterizeaza dimensiunea porilor unui

pietris filtrant. Pentru granula fina de sufodare corespunde d15. Granula de sustinere a solului ce

urmeaza a fi drenat este descrisa prin d85.

Un pietris filtrant este stabil la filtrare fata de solul descoperit, atunci când se aplica:

851515 d 4Dd 4 ⋅<<⋅

S

o l d

e b a z a

Mater ia

lfiltra

t

1510

1009085

50 Domeniul posibilal pietrisului filtrant D15/d15>4>D15/d85 _ _

log d(diametrul granulei)

MPF

d15 4d15 d85 4d85

HFP=punct de filtrare hidraulic 4d15 D15>4d15 sigur la colmatare, permeabil

MFP=punct de filtrare mecanic 4d85 D15<4d85 sigur la eroziune, permeabil

fig.2.25 Regula de filtrare dupa TERZAGHI

Partea stânga a dublei inegalitati cere ca filtrul sa fie suficient de grosier. In felul acesta se evita

colmatarea, este promovata sufoziunea si se realizeaza o buna permeabilitate.

Partea din dreapta garanteaza siguranta la eroziune, limitând pietrisul filtrant spre grosier. Porii

nu pot fi astfel atât de mari incât sa poata patrunde parti din scheletul de sustinere.

Daca se transpun aceste conditii pe curbele de repartitie granulometrica (fig. 2.25), atunci curbade repartitie granulometrica a pietrisului filtrant trebuie sa intersecteze ordonata de 15% intre punctul

de filtrare inferior (“hidraulic”) si cel superior (“mecanic”). In felul acesta se garanteaza ca distanta

dintre cele doua curbe de repartitie granulometrica nu este nici prea mica si nici prea mare. Notiunea

de “distanta” a curbei de repartitie granulometrica se gaseste si in regulile de filtrare mai recente.

Regula lui TERZAGHI a fost formulata initial pentru conditii la limita absolut precise, anume

pentru soluri de baza si de filtrare necoezive, in straturi inguste (Ud ≈ UD ≈ 1…3). Mai târziu aceasta a

fost transmisa asupra cazurilor situate cu mult in afara acestui domeniu. O regula de filtrare moderna

este cea a lui CISTIN/ZIEMS. Aceasta este mai diferentiata si in acelasi timp mai universala, in functie




de situatie cerintele ei fiind mai severe sau mai generoase. Este recomandata aplicarea ei pentru

infrastructura feroviara, in completare la regula TERZAGHI.

Regula de filtrare dupa CISTIN/ZIEMS cuprinde urmatoarele criterii:

Sufoziunea din solul de baza apare numai când coeficientul de neuniformitate al acestuia este

Ud > 8…..10, adica daca exista o diferenta clara intre granula de sustinere si cea de umplutura. Atunci

toate granulele mai mici de ds (granula de sufodare) sunt spalate.

176

d d d Ue27,0 ⋅⋅⋅=s

d

in care:

- ed = coeficientul de porozitate al solului de baza

- Ud = coeficientul de neuniformitate al solului de baza

- D17 = diametrul granulelor solului de baza la 17% material filtrant

Siguranta contra colmatarii exista daca:

De D /Ua"d 5,2 D s50 ⋅⋅⋅>

in care:

- D50 = diametrul granulelor din pietrisul filtrant la 50% material filtrant

- UD = coeficientul de neuniformitate al pietrisului filtrant

- ED = coeficientul de porozitate al pietrisului filtrant

- ds = granula de sufodare

- a” = “factorul de alunecare”, care depinde de marimea absoluta a granulei de sufudare

ds a”

0,05

0,05……0,25

0,25……0,5

4

3

2,5

Siguranta la colmatare poate fi demonstrata numai atunci când poate sa apara sufoziunea.

Siguranta la eroziune exista, daca:

50adm5050 d A1

⋅⋅≤η

D

in care:

- D50 = diametrul granular al pietrisului filtrant la 50% material filtrat

- d50 = diametrul granular al solului de baza la 50% material filtrat

- A50 adm = raportul de distanta admisibil, distanta maxima a celor doua curbe

de repartitie granulometrica la ordonata de 50%.

- η = coeficientul de siguranta, in cazul granulei rotunde 1,0 si a granulei sparte 1,33





Raportul admisibil al distantei depinde de scarificarea solului ce trebuie protejat (U d) si a solului

de filtrare (UD). El se va determina conform figurii 2.26. Regulile de filtrare mentionate pâna in prezent

se aplica pentru solurile cu granulatie grosiera, necoezive cu granula individuala mobila.

La solurile coezive dimpotriva, fiecare granula este strâns legata prin fortele de coeziune cu

celelalte granule. Aceasta inseamna ca sufoziunea si prin aceasta colmatarea nu mai pot avea loc.

La eroziune ne putem gândi numai atunci când solicitarea (presiunea) devine atât de mare incât

rezistenta interioara este invinsa. Rezistenta interioara este insa cu atât mai mare cu cât un sol este

mai coeziv. Aceasta inseamna ca filtrul poate avea o porozitate cu atât mai grosiera cu cât solul ce

urmeaza a fi drenat este mai coeziv. Asa de exemplu criteriul de eroziune este in acest caz un criteriu

de rezistenta (“solul este prea tare, pentru a patrunde in porii filtrului”). Aceasta este o cu totul alta

apreciere de idei pentru stabilitatea dintre doua soluri decât criteriul granulatiei (“Solul este prea

grosier, pentru a putea patrunde in pori”).

Regulile pentru siguranta la eroziune a solurilor coezive in cazul solicitarii hidraulice sunt

formulate in apreciere.

DAVIDENNKOFF defineste pentru hidroizolatiile solicitate prin presiunea hidrostatica de la

barajele de pamânt siguranta contra eroziunii de contact.

η =15C0 / Ddeterm.(γ’+iγw)

in care:

- C0 = rezistenta la intindere a solului coeziv

- Ddeterm.

= diametrul determinant al granulelor filtrului

- i = panta curentului de infiltratie

- γ’ = greutatea specifica a solului sub forta ascensionala

- γW = densitatea apei



40

30

36

38

34

32

28

26

24

22

20

18

16

14

12

10

8

0

2

4

6

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 4244 46

48 50 100

Ra

por

tuld

istanteiA

Cheia de rezolvare1. U4=13.32. U0=5.3/8.83. A =19.7/25.6

Coeficientul de neuniformitate

fig. 2.26 Raportul de distanta permis dupa CISTIN-ZIEMS (siguranta la eroziune)

U=1

U=2

U=3

U=4

U=6

U=5

U=7

U=14U=15

U=16

U=8U=9U=10

U=12U=13

U=11

3

23

2

LIEBERENZ reuneste intr-o nomograma conditiile de siguranta la eroziune a solurilor coezive

(fig.2.27). Pentru diametrul porilor din pietrisul de filtrare s-a luat D17 si coeficientul de plasticitate Ip

pentru rezistenta solului coeziv.

Este locul sa prezentam câteva idei privind predispozitia diferitelor soluri fata de eroziune.

Solurile cu granulatie grosiera nu sunt problematice, deoarece granula individuala grosierapoate fi usor protejata de eroziune. Cu cât granula este mai fina, cu atât tendinta solului la eroziune

devine mai mare. La solurile din domeniul nisipului fin si al granulelor de nisi aluvionar (mâl) s-a atins in

aceasta privinta extrema, se vorbeste de “soluri dificil de filtrat din punct de vedere tehnic”.

Un sol este dificil de filtrat din punct de vedere tehnic, daca sunt indeplinite succesiv

urmatoarele conditii:

- sunt continute fractiuni de granule <0,06mm si coeficientul de neuniformitate este U<15.

- mai mult de jumatate din sol are diametrul granulelor cuprins intre 0,02mm si 0,125mm.

La solurile cu granulatie fina conform DIN 18196, Ip<0,15, sau procentul granulelor de nisipfoarte fin este mai mult de dublu fata de procentul granulelor de argila.




0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

2.1

0.1 0.30.2

Coeficientul de plasticitate Ip

DimensiuneagranuleiD

1 7

(mm)

fig. 2.27 Siguranta la eroziune a solurilor coezive dupa LIBERENZ

Pericol de eroziune

Cheia de rezolvare1. Ip = 0.15

2. Linie de delimitare3. D17=0.86 mm

Figura 2.28 prezinta domeniul solurilor dificil de filtrat din punct de vedere tehnic in domeniul

nisipului fin/granulelor de nisip aluvionar (mâl).

Daca granulatia solurilor devine si mai fina, atunci actioneaza fortele de coeziune dintre granule.

Solurile cu o mare coeziune sunt din nou fara probleme din punct de vedere al tehnicii de filtrare, caci

forta de curgere a apei este prea redusa si ele insele sunt prea compacte.Din ce in ce mai mult se folosesc geotextile ca filtre.

Calitatile filtrante ale acestora sunt determinate in primul rând de dimensiunea efectiva a

orificiilor DW. Pentru tesaturi si produse tricotate aceasta poate fi masurata si cunoscuta, pentru paturi

ea se determina drept O90/W cu o metoda de control standardizata.

In enuntul de baza cerintele unui filtru textil corespund cu cele ale filtrelor minerale.

Dimensiunea orificiului nu trebuie sa fie prea mica colmatare, punct de filtrare hidraulic). Exista

cerinta ca permeabilitatea materialului textil sa fie cel putin de 50 de ori mai mare decât cea a solului

descoperit.Dimensiunea orificiului nu trebuie sa fie prea mare (eroziune, punct de filtare mecanic).

Conform “Fisei pentru utilizarea geotextilelor si a georetelelor in constructia de pamânt exista

siguranta la eroziune” :

- fata de solurile cu granulatie fina (>40% fractiune granulometrica < 0,063mm), daca

dimensiunea orificiului este DW < 10 x d50 (soluri dificil de filtrat din punct de vedere tehnic

DW < d90).

- fata de solurile cu granulatie grosiera si mixta (<40% fractiune granulometrica < 0,063mm),

daca DW < 5 x d10 x U precum si DW < d90.




fig. 2.28 Domeniu granulometric al solurilor dif icil de filtrat din punct de vedere tehnic (dupã Norma elvetianã SN 670125)

2 3 4 5 6 7 8 9 1mijlocii

GRANULA DE NISIP

40

Fractiunead

emasaîn

%

dincantitateatotalã

0.0060.0020.001

0

10

30

20

0.20.060.02

2 3 4 5 6 7 8 9 1

PARTICULA DE SEDIMENT


85

50

60

70

80

90

100

ARGILA

(cea maifina) fine

2 3 4 5 6 7 8 9 1grosieremijlocii fine

Diametrul granulelor în mm165.02.00.6 10020

mijlocii

GRANULA DE PIETRIS

GRANULA CERNUTA

grosiere fine2 3 4 567891 2 3 4 567891

Pia- tragrosiere

Pentru impiedicarea colmatarii si garantarea permeabilitatii apei, DW trebuie sa se aleaga cât

mai aproape de limita superioara.

LIEBERENZ a formulat conditii pentru dimensiunile permise ale filtrelor textile fata de solurile

necoezive (fig. 2.29).

Solul descoperit se caracterizeaza prin:- d50 (diametrul granulei la 50%)

- Ud (coeficientul de neuniformitate) iar geotextilul prin dimensiunea orificiului DW.

Siguranta la eroziune exista când DW nu este prea mare.

DW < AE x d50

AE ca proportie de marime permisa depinde de Ud, maxim va fi AE = 1,2 adica DW = 1,2 x d50 (fig.2.29,

curba 1).

Siguranta la colmatare exista daca DW nu este prea mic.

DW < AK x d50

Proportia e marime minim permisa AK depinde de asemenea de Ud (fig. 2.29, curba 2).

Criteriul de filtrare a lui LIEBERENZ este strict comparativ.

2.3.8.2. Stabil itatea la solicitare dinamica

Este vorba aici de stabilitatea unui strat portant cu granulatie grosiera (de ex. stratul de protectie

a platformei sau prisma de balast), situat peste o platforma de pamânt coeziva, cu granulatie fina si

care este incarcata din circulatie, prin presiune si oscilatii. Prin impuls dinamic se poate ajunge la

instabilitati in zona de contact. Acestea se pot explica cel mai bine pe platforma nesustinuta, asa cum

este prezentat in paragraful 4.3.2.1., in cazul aparitiei unei deteriorari a capacitatii portante.




In aceasta situatie particulele grosiere de balast se imprima in platforma coeziva, la inceput

putin, mai târziu mai adânc. In acelasi timp solul coeziv este impins in sus in porii stratului portant.

Pentru aceasta intrepatrundere reciproca a unui sol grosier cu unul fin s-a format notiunea “eroziune

mecanica de contact”. De la forma sa de aparitie “procesul are multe lucruri in comun cu problematica

filtrarii, de aceea si criteriile de stabilitate au o alcatuire asemanatoare cu regulile de filtrare.

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1

2

3

5

Neuniformitatea UD

RaportuldistantelorA

=D

w/d50

Linia de delimitare pentru eroziunea de contact (AE)

Rezolvare1.Up=5.2

2.Linia de delimitare AE

3.AE=0.8 4.Linia de delimitare AK

5.AK=0.13

Stabil Linia de delimitare pentru colmatare (AK)

Curba 1

Curba 2

fig. 2.29 Stabilitatea de filtrare a geotextilelor si solurilor cu granulatie grosiera

Modul de rezolvare nu este insa apa ce curge, ci incarcarea dinamica din circulatie, de aceea

atributul “mecanic”.

De conditiile de stabilitate fata de eroziunea de contact s-a ocupat RICHTER.

Pericolul instabilitatii este cu atât mai acut cu cât terenul de fundare coeziv este mai putin

compact si cu cât porii stratului portant sunt mai mari.

Dimensiunea porilor unui strat mineral neobligatoriu, de ex. a unui PSS poate fi considerata

dupa PAVCIC:

1717D6

D D0,5DeU0,535 ⋅≈⋅⋅⋅= pd

in care:

- UD = coeficientul de neuniformitate al stratului portant

- ED = coeficientul de porozitate al stratului portant (≈1,0)

- D17 = diametrul granulelor la 17% material filtrat

Rezistenta unui sol coeziv este determinata de consistenta sa, exprimata prin coeficientul de

consistenta Ic. Numai când coeficientii de consistenta au atins aproape Ic = 0, rezistenta se pierde




complet. S-a putut demonstra ca pericolul inmuierii complete a unei platforme de pamânt coezive este

cu atât mai redus cu cât aceasta platforma este mai coeziva. Figura 2.30 arata interpretarea ce

cuprinde mai multe mii de masuratori ale umiditatii din terasamentul caii.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

ce apare în platforma

0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.8

Limita de curgere WL

neîntâlnit

fig.2.30 Influenta capacitãtii de coeziune (WL

consistentã IC în fundamentul liniilor

Cu alte cuvinte solurile foarte compacte mai pastreaza si in conditii hidrologice dezavantajoaseo anumita rezistenta, pericolul pierderii complete a rezistentei existând numai la cele slab coezive.

Din aceste studii s-au putut gasi conditiile de compatibilitate. Acestea formuleaza o dimensiune

admisibila a porilor, exprimata prin D17, in functie de capacitatea de coeziune, exprimata prin limita de

curgere WL.

Figura 2.31 arata aceste interdependente:




Diametrulparticulelo

rD17înmm

0.1

0.2

0.3

0.90.80.7

0.60.5

0.4

0.20 0.30 0.40 0.50 0.60

Limita de curgere WL

pericol de eroziune

siguranta la eroziune

propunere DS 836

fig. 2.31 Stabilitatea fata de eroziunea mecanica de contact

Suprafata de contact

Exista doua posibilitati de demonstrare a sigurantei fata de eroziunea mecanica de contact:

1. Fundamentul este prea compact, pentru a se urca in porii stratului portant. Calculul cu

D17 < D17 adm.

2. Fundamentul este prea grosier, pentru a se urca in pori. Calculul cu D15 < 4 x d85 dupa

TERZAGHI.

Daca intre platforma de pamânt si stratul portant se introduce un material geotextil ca stratseparator, atunci marimea orificiilor acestuia se va alege de asemenea astfel incât sa se evite

eroziunea mecanica de contact, adica, din platforma de pamânt sa nu urce nici un fel de pamânt cu

granulatie fina.

Se considera siguranta la eroziune daca:

0,06 < DW < 0,2mm

2.3.9. Siguranta la inghet - criteriile de inghet

Despre mecanismul si urmarile pagubelor produse de inghet pe drumurile de transport serelateaza amanuntit in paragraful 4.2.1, iar despre masurile de siguranta contra inghetului in paragraful

5.3. Inainte de aceasta este vorba de a face deosebirea intre solurile care prezinta siguranta contra

inghetului (protejate contra inghetului) si solurile sensibile la inghet.

Solurile care prezinta siguranta contra inghetului au pori relativ mari in care apa interstitiala

ingheata.

Intrucât mai exista spatiu poros umplut cu aer, aceasta are ca urmare doar ridicari neesentiale.

Dupa topire, solul protejat contra inghetului se prezinta in stare nemodificata.





Solurile sensibile la inghet au tendinta de a forma sub influenta inghetului o pelicula de gheata

si ridicaturi puternice; apoi, in procesul de topire, acestea isi schimbba consistenta, intr-un mod extrem

si isi pot pierde complet rezistenta.

S-a dovedit ca este indicat sa se faca deosebirea intre solurile protejate contra inghetului si

solurile sensibile la inghet dupa criteriile simple de granulatie, asa-numitele “criterii de inghet”.

Acestea delimiteaza fractiunea de particule fine, in realitate prin aceasta se regleaza

dimensiunea porilor. O paguba provocata de inghet apare numai atunci când pe de o parte pori sunt

atât de fini incât ei se umplu si se inchid complet cu gheata, pe de alta parte insa sunt inca atât de mari

incât permit si transporta aprovizionarea cu apa din subsol. Exista deci un domeniu critic al dimensiunii

porilor si deci al dimensiunii particulelor, in cadrul caruia solurile sunt deosebit de predispuse fata de

inghet. Acestea sunt solurile slab coezive, adica nisipurile foarte fine si argilele usor si mediu plastice

precum si solurile de granulatie mixta cu fractiune mare (15….40%) de particule fine.

De altfel acestea sunt aceleasi soluri pe care le-am cunoscut deja ca “dificile la filtare din punct

de vedere tehnic”.

Daca solul este mai grosier, atunci pericolul de inghet devine mai mic, pentru ca porii nu mai pot

fi complet inchisi de gheata. In cele din urma nu mai exista nici un pericol, ci solul este protejat contra

inghetului, el poate fi utilizat chiar ca strat de protectie contra inghetului.

Daca solul este mai puternic coeziv, ca de ex. o argila TA pregnant plastica, atunci pericolul la

inghet devine mai mic, pentru ca reteaua de pori este atât de fină încât nu mai este posibilă urcarea

apei din subsol. In acest caz nu se vorbeste de sol “protejat contra inghetului “.

Criteriile de inghet delimiteaza deci nisipurile si pietrisurile protejate contra inghetului, fata de

solurile expuse pericolului de inghet. Analog ca la regulile de filtrare, se iau ca referinta anumite puncte

selectionate de pe curba de repartitie granulometrica. Este momentul sa mentionam aici cele doua

criterii de inghet, care sunt cele mai importante.

Criteriul clasic de inghet il avem de la CASAGRANDE. El a luat nastere la inceputul anilor

treizeci prin evaluarea sistematica a pagubelor provocate de inghet asupra strazilor din SUA. El este

relativ sever, dar se aplica inca si astazi, de ex. in DS 836 pentru aprecierea protectiei contra inghetului

a materialului PSS.Decisive pentru protectia contra inghetului sunt dupa CASAGRANDE

- fractiunea granulometrica < 0,02mm

- coeficientul de neuniformitate U

Pietrisurile si nisipurile in straturi largi (U>15) sunt protejate contra inghetului, când contin

maxim 3% fractiune granulometrica < 0,02mm.

Pietrisurile si nisipurile in straturi subtiri (U<5) pot sa aiba pâna la 10% granulatie fina < 0,02mm

(fig.2.32).



Criteriul de inghet conform ZTVE-Stb.76 merge un pas mai departe. Aceasta imparte

fundamentul strazilor in trei “Clase de sensibilitate la inghet”, luând deci inca o gradare (tabela 2.6).

Deoarece un astfel de criteriu de inghet se potriveste bineinteles si pentru infrastructura liniilor

de cale ferata, mai trebuie adaugate câteva explicatii.

Incadrarea in clasele F1, F2 si F3 se face de fapt tot dupa un criteriu de granulatie.

Determinante sunt fractiunea granulometrica < 0,063mm, caci aceasta este hotarâtoare pentru

grupa de sol (vezi si fig. 2.12) si coeficientul de neuniformitate U, care joaca un rol asemanator cu

criteriul CASAGRANDE.

Un sol neuniform (U>15) este protejat contra inghetului numai pâna la 5% fractiune

granulometrica fina < 0,063mm.

Un sol uniform (U<5) poate avea pâna la 15% granulatie fina <0,063mm.

GRANULA CERNUTA

fig. 2.32 Criteriul de înghet dupã CASAGRANDEa) criteriul granulometric

b) interpolare

60

a) Criteriul granulometric

0.0020.001

10

0

40

20

30

50

0.006 0.02 0.06 0.60.2 2.0



2 3 4 5 6 7 8 9 1

ARGILA

(cea mai

fina)

8580

70

100

90

fine2 3 4 5 6 7 8 9 1

mijlocii grosierefine grosieremijlocii2 3 4 5 6 7 8 9 1

GRANULA DE NISIP

2

20%

3-10%

b) interpolare

U=d 60/d10

sensibil la înghet

protejat contra înghetului

3%

5%

100%

Fractia granulometrica <0.02mm





Sensibilitate la îngheţ Tipul de sol

F1 nu este sensibil la îngheţ GW, GI, GESW, SI, SE

F2

puţin până la mediu sensibil la

îngheţ

TA

OT, OH, OKTM

ST, GT} *)

SU, GU

F3 foarte sensibil la îngheţ

TLUL, UM

OUST`, GT`SU`, GU`

Tab.2.6 Clasele de sensibilitate la inghet conform ZTVE –Stb 76

Figura 2.33 arata “criteriul granulatiei” din ZTVE-Stb 76 si interpolarea liniara pentru soluri cu

fractiune de granulatie fina 5…..15%.

Pentru solurile cu granulatie fina se considera ca cele slab coezive (TL, UL, UM) sunt foarte

sensibile la inghet, deoarece functioneaza aprovizionarea cu apa. Cele cu un inalt grad de coeziune

(TA, TM), dimpotriva sunt doar putin sensibile la inghet, intrucât aprovizionarea cu apa este

impiedicata.

Consecinta practica din criteriul “celor trei trepte” poate fi formulata astfel:

- Daca exista un sol descoperit F1, nu este necesara o protectie suplimentara la inghet prin

strat de protectie contra inghetului (FSS).

- Daca solul descoperit corespunde claselor F2 sau F3, este necesara protectia la inghet.

Ar trebui ca in prescriptii sa existe tendinta unei diferentieri a grosimilor stratului de protectie

contra inghetului (FSS) corespunzator riscului. Solurile putin sensibile la inghet F2 necesita straturi de

protectie contra inghetului de grosimi mai mici decât solurile F3 foarte sensibile la inghet

.

2.3.10. Densi tatea Proctor – Gradul de compactareCea mai importanta valoare de referinta pentru aprecierea compactarii in constructia de pamânt

este densitatea Proctor. Incercarea respectiva de comprimare este incercarea Proctor. Aceasta a fost

introdusa de americanul PROCTOR ca primul criteriu de calitate reproductibil in constructia de pamânt.



grosiere2 3 4 5 6 7 8 9 1


30

0.002

0

0.001

10

20

0.006 0.02


50

40

60

70

fine2 3 4 5 6 7 8 9 1

8580

90

100

ARGILA

(cea mai

fina) mijlocii

a) Criteriul granulometric

U=d60/d10

0.06 0.20.6 2.0

Fractia granulometricã <0.063mm

F 1 nesensibil la înghet

GRANULA CERNUTA

GRANULA DE NISIP

2 3 4 5 6 7 8 9 1mijlociifine grosiere

2

F 2 putin pâna la mediu - sensibil la înghet

5%

10%

100%

b) interpolare pentru solurile cugranulatie fina 4...15%

fig. 2.33 Criteriul de înghet cf. ZTVE-Stb 94a) criteriul granulometric

b) interpolare pentru solurile cu granulatie fina 5...15%

5 10 15

F 1 s a

u 2 c o

n f. U

F 1 i n s

e n s i b

i l l a î n g h e

t F 3 f o a

r t e s e

n s i b i l

l a î n g h

e t

F 2 s a

u 3 d u

p a c a p

a c i t a t e

a d e c

o e z i u

n e

La compactarea artificiala a unui sol, densitatea in stare uscata la care trebuie sa se ajunga

depinde de lucrarea de compactare si de umiditate. In timp ce odata cu avansarea lucrarii de

compactare aceasta creste pâna la o anumita limita, influenta umiditatii nu este atât de evidenta.

In incercarea Proctor se elimina influenta lucrarii de compactare, aceasta realizându-se intr-un

mod si cu o intensitate precis reglementate. In felul acesta influenta umiditatii devine evidenta dupadensitatea la care s-a ajuns in stare uscata.

O incercare Proctor se face in laborator pe solul prevazut pentru compactare. Incercarea

cuprinde cel putin 5 incercari partiale. In prima incercare partiala, solul se aseaza in stare relativ uscata

(umiditate W1) in vasul Proctor (V=942,5cm3) printr-o lucrare de compactare prescrisa exact (3 straturi

cu câte 25 de lovituri de compactare cu maiul cu o masa m=2,5kg de la o inaltime de 30cm). Lucru

mecanic de indesare este in acest caz A=60 Ncm/cm3. Se determina densitatea obtinuta in stare

uscata ρd1. Apoi incercarea se repeta de mai multe ori cu acelasi pamânt, marind foarte putin

umiditatea in momentul respectiv. Inregistrând perechile de valori W si ρd intr-o diagrama de umiditatesi unindu-le printr-o curba de nivel apare curba Proctor tipica, asa cum este reprezentata in fig. 2.34.

Curba Proctor da informatii asupra comportarii solului prospectat la compactare. Partea

urcatoare din stânga, asa numita “ramura uscata” indica faptul ca solul devine momentan mai supus la

compactare odata cu cresterea umiditatii.

Peliculele crescatoare de apa reduc frecarea intre particule favorizând astfel deplasarea

particulelor.

Cu o umiditate care este cea mai avantajoasa pentru compactare se obtine efectul maxim. De

aceea, acceasta umiditate se numeste “optima” saau umiditatea proctor Wpr . In mod corect trebuie sa




precizam ca ea este optima in conditiile incercarii (compactare cu maiul intr-un vas). In cazul

compactarii cu vibratii pot surveni umiditati “optime” cu usoare abateri:

Valoarea extrema a densitatii in stare uscata, vizibila in punctul de vârf al curbei proctor, este

denumita densitate proctor ρpr . Aceasta este valoarea de referinta pentru toate controalele de

densitate.

Crescând mai departe umiditatea peste cea optima, efectul de compactare se reduce. Acest

lucru esste ilustrat de partea dreapta, coborâtoare a curbei, asa numita “ramura umeda”. In special la

solurile coezive, aici se compenseaza o parte a energiei de compactare prin tensiunile din apa

interstitiala si in felul acesta nu devine eficienta pentru deplasarea particulelor.

In functie de solicitarea unei parti a constructiei de pamânt se pun cerinte diferentiate de

compactare. Acestea isi gasesc expresia numerica in asa numitul grad de compactare Dpr . El este

stabilit ca raportul dintre densitatea in stare uscata ρd ce trebuie realizata pe santier si densitatea

Proctor ρpr :

Dpr = [ ] - = pr

d

ρ

ρ sau in [%]

Sunt obisnuite gradele de compactare Dpr = 0,95 (95%); 0,97 (97%); 0,98 (98%);

1,0 (100%).

Pe santier se controleaza prin verificari de compactare, daca cerintele au fost indeplinite.

Pe lânga densitatea Proctor ca valoare centrala de referinta a controlului calitatii, incercarea mai

da si o a doua informatie importanta. Devin evidente domenii de umiditate care limiteaza obiectivgradul de compactare posibil.

Informatiile unei incercari Proctor sunt reprezentate in fig. 2.34:

- densitatea Proctor a solului studiat este ρpr = 1,90g/cm3, umiditatea “optima” Wpr = 0,12

- daca se cere de exemplu un grad de compactare Dpr = 0,97(97%) la controlul densitatii se

va demonstra ca densitatea in stare uscata atinge sau depaseste ρd = 0,97 x 1,90 =

1,843g/cm3

- gradul de compactare de 0,97 poate fi atins la acest sol numai când umiditatea este

incadrata in domeniul “admisibil” de 0,09 si 0,145

- O compactare la Dpr = 0,95 (corespunde ρd = 1,805g/cm3) este posibila numai in cazul

umiditatilor cuprinse intre 0,08 si 0,153.

Corespunzator densitatilor in stare uscata realizate la incercarea Proctor este posibila si uzuala

aprecierea solurilor dupa supunerea lor la compactare.

Este vadit ca intre constitutia unui sol si densitatea sa Proctor exista o legatura.




d 1

a

Inel de fixare

Cilindru de încercare

Placã de bazã

Tip A : d1=100mm

h1=120mm v =942.5cm

h

Cilindru de compactare

orma

Greutate de cadere

Tija de ghidare 16

Element de lovire (otel) cu arc

Tip A:m=2.5kgh 2=300mm

d2

Mai

fig. 2.34 Incercare Proctor si diagrama Proctor

L i n i a d e s a t u r a t i e

Wnd pentru Dpr =0.97

Wnd pentru Dpr =0.95

WUmiditate

Dnd

1.90

1.85

1.80

1.75

Dnd=0.97

Dnd=0.95

=1.843 g/cm

=1.805g/cm3

3

0.08 0.10 0.12 0.14 0.16

Dnd=1.90g/cm3

Wpr =0.12

Densitatea în stare uscata g/cm3

Interpretare în diagrama Proctor Exemplu:

Incercare W pd partiala

1 0.08 1.802 0.092 1.85

3 0.11 1.888 4 0.12 1.90

5 0.134 1.875 6 0.16 1.775

Figura 2.35 arata factorii de influentare si valorile orientative pentru densitatea Proctor.

Formulat verbal aceasta inseamna:

- Supunerea la compactare a solurilor necoezive, cu granulatie grosiera creste odata cu

neuniformitatea.

- Supunerea la compactare a solurilor coezive, cu granulatie fina scade odata cu capacitatea

de coeziune, umiditatea optima creste cu capacitatea de coeziune.

Incercarea Proctor descrisa, cu o lucrare de compactare de 60 Ncm/cm3 se numeste “incercare

Proctor simpla”, iar densitatea astfel determinata “densitate Proctor simpla”.

O varianta a incercarii de compactare este asa numita “incercare Proctor modificata”. Lucru

mecanic de compactare se mareste in mod esential si anume la 270 Ncm/cm3, ceea ce se realizeaza




printr-un numar suplimentar de lovituri, mase si inaltimi de cadere mai mari. De aceea “densitatea

Proctor modificata”, ρpr mod, este numeric mai mare decât cea simpla.

Incercarea Proctor modificata necesita cheltuieli sporite si de aceea se face rar.

1.7

1.8

1.9

2.0

2.1

2.2

5 10 15 20 25 30 35 40U=d60/d10

soluri necoezive

densit

ateproctor

prg/cm

3

d

d

W

W

U<5(GE, SE)=fãrã maximum clar

U>7(GW, SW, GU, SU)=maximum pronuntat

soluri coeziveIp

wL0.600.500.400.300.20

2.2

2.1

2.0

1.8

pr =1.5 ...1.3Wpr =0.26 ... 0.34

pr <2.0Wpr <0.10

pr =1.9 ... 2.0Wpr =0.10 ... 0.14

pr =1.8 ...1.6Wpr =0.18 ... 0.24

fig. 2.35 Valori orientative pentru densitatea proctor si umiditatea proctor

2.4 Prospectiunile terenurilor de fundare

Prospectiunile terenurilor de fundare au scopul de a obtine informatii asupra felului si starii

terenului de fundare.

Dupa succesiunea in timp la aparitia unei lucrari de pamânt, DS.836 deosebeste cinci faze de

prospectiune a terenului de fundare:

Faza 1, prospectiunea preliminara, serveste la clarificarea generala a situatiei geotehnice

(interpretarea hartilor de inginerie geologica, a materialelor de arhiva, a fotografiilor aeriene).

Faza 2, reprezentata de prospectiunea principala serveste la aprecierea unui loc de amplasare

sau a unei trase (sondaje ale terenului de fundare, prelevarea si prospectarea probelor de pamânt,stabilirea parametrilor pentru clasificare si calcul). Rezultatul se concretizeaza in propunerile pentru

organizarea lucrarii de pamânt, intr-un “raport geotehnic”. Dupa cum spune deja notiunea de

“prospectiune principala”, in cadrul acesteia au loc principalele activitati de explorare.

Prospectiunea de finete ca a treia faza este necesara in situatiile in care rezultatele

prospectiunii principale nu sunt suficiente pentru rezolvarea problemelor de detaliu.

Cele trei faze mentionate anterior servesc la cercetarea terenului de fundare. In final, ca

ilustrare a realitatii, ia nastere un “model al terenului de fundatie”, care corespunde mai mult sau mai

putin realitatii.





Supravegherea si receptionarea care alcatuiesc a patra faza a prospectiunilor terenului de

fundatie servesc ca dovada ca exista calitatea necesara a lucrarii de pamânt (masurarea geometriei,

densitatii, capacitatii portante).

Acestea se asigura ca supraveghere proprie de catre firma constructoare sau sub forma

controlului din partea unui tert. In final se confirma calitatea sau pot sa fie necesare corectari in

desfasurarea constructiei (de ex. compactari ulterioare, stabilizari, masuri de drenare), pentru a ajunge

la calitatea necesara. In acelasi timp se verifica in ce masura se confirma rezultatele prospectiunii

principale, daca “modelul terenului de fundare” este real. Nu prisoseste niciodata accentuarea faptului

ca observatiei, controlului, comparatiei dintre situatia acceptata si realitate le revine, tocmai in

constructia de pamânt, o imensa importanta. Si in cazul cercetarii celei mai atente ramâne intotdeauna

o anumita urma de risc, deci oricând ne putem astepta la surprize. De aceea se cere competenta si

simt de raspundere din partea executantilor.

Masuratorile si observarile constructiei servesc la stabilirea comportarii constructiei si a

terenului de fundare, intr-o anumita masura ca grija ulterioara. Acestea reprezinta a cincea faza a

prospectiunilor si permit controlul si recalcularea receptionarilor facute.

Acestea ajuta la cresterea cunostintelor si ar trebui sa se efectueze deseori. De cele mai multe

ori insa ele sunt limitate la constructiile foarte sensibile.

Masuratorile de observatie pe liniile de cale ferata sunt de fapt normale, caci pe fiecare linie au

loc parcursuri de masurat calea. Acestea dau si informatii despre starea infrastructurii si deci despre

reusita unei refaceri a infrastructurii. Ele ar trebui sa fie interpretate sistematic.

2.4.1. Cercetarea terenului de fundare pentru construct ii noi

In acest paragraf este descrisa cercetarea general uzuala a terenului de fundare. In constructiile

de cai ferate noi sau la constructiile ingineresti se procedeaza conform cu acestea.

Informatiile despre sol ca teren de fundare si material de constructie trebuie sa fie “suficiente”.

Ele trebuie sa-l puna pe expertul geotehnician sau pe inginerul proiectant in situatia de a se orienta

asupra riscului. Cu cât terenul de fundare este mai complicat, cu atât constructia este mai predispusa

la risc si cheltuielile pentru cercetare sunt diferite.

DIN 4020 deosebeste, dupa risc, trei “categorii geotehnice”. GK.1 la un risc redus cere putinecheltuieli pentru cercetare, GK.3 necesita cheltuieli foarte mari cu ample prospectiuni. Majoritatea

proiectelor de constructie se incadreaza in categoria 2, de mijloc. Aceasta inseamna ca sunt necesare

cercetari de laborator si sondaje directe de teren pentru obtinerea probelor.

2.4.1.1. Sondaje directe de teren

Sondajele directe de teren sunt forajele si puturile de explorare. Acestea permit prelevarea de

probe si in felul acesta aprecierea vizuala a solului descoperit si cercetarea sa in laboratorul de

mecanica solului.




Calitatea probelor este diferita, in mod corespunzator si continutul informational. In DIN 4021 se

deosebesc cinci categorii diferite de calitate.

Clasa 1 de calitate are o proba ce corespunde in structura, starea de compactare si umiditate,

starii naturale a solului. Prelevarea acesteia se face in put de explorare sau in gaura de sonda,

introducând atent un stut, apasându-l in pamânt si apoi scotându-l umplut. Astfel de probe se numesc

probe “netulburate”.

O proba din clasa 3 de calitate (proba “tulburata”) are structura si compactitatea modificate;

compozitia granulometrica si umiditatea sunt nemodificate.

In clasa de calitate 5 intra materialul marunt de foraj, la care este modificata chiar compozitia

granulometrica. O astfel de proba mai da informatii doar asupra felului rocii descoperite.

Marimea si adâncimea forajelor se vor alege astfel incât sa se poata obtine suficiente informatii.

DIN.4020 indica valori orientative, ce pot fi plusate sau subcotate in functie de situatie.

Pentru constructiile liniare cum sunt caile de transport se recomanda o distanta intre sondajele

de teren de a = 50….200m. In majoritatea cazurilor, la fiecare 100m se face un foraj. DIN.4020 da

valori orientative pentru adâncimea sondajului de teren za (fig.2.36).

Forajele in terenul de fundare se executa prin diferite metode de foraj (carotaj de rotatie, carotaj

percutant cu berbec, carotaj de rotatie percutat cu berbec, foraj rotativ, foraj cu graifar) sau ca foraje

mici.

Este vorba intotdeauna de a obtine informatii cât mai exacte despre terenul de fundare si de a

preleva probe care sa poata fi valorificate. Forajele in terenul de fundare sunt o problema de incredere.

Neglijentele sau greselile in aceasta faza de cercetare nu mai pot fi compensate ulterior.

In timpul procesului de forare, maistrul de foraj va consemna toate observatiile si datele obtinute

in asa numita “specificatie a straturilor”. Aceasta este intr-o oarecare masura “lista initiala” a unei

prospectiuni a terenului de fundare.

Pe lânga datele generale aceasta cuprinde urmatoarele informatii:

- denumirea solurilor intâlnite, a culorii si starii,

- adâncimea exacta a fiecarui strat,

- reperarea topografica a apei freatice,- adâncimea probelor prelevate, numerotarea,

- particularitati la procesul de forare.

Din fiecare strat se iau probe, se marcheaza atent, se protejeaza contra uscarii si se trimit intr-

un laborator de cercetare a terenului de fundare.



Acolo, dar totusi mai bine chiar la locul de prelevare, acestea sunt “denumite si descrise” de un

specialist geotehnician, adica ele primesc un nume si in felul acesta o identitate.

h

h

za

za=0.4hiar za>2.0m

Debleu

za

BE

Rambleu

za=(0.8 ... 1.2)hiar za>6.0m

Drenaj

za>2.0m

za

fig. 2.36 Valori orientative pentru adâncimile sondajului în teren (cf. DIN 4020)




Specificatia straturilorpentru foraje fara obtinerea continua de probe din sondaje

AnexaRaport

Az.: 1028/85

Proiect de constructie 15

Foraj Nr.: 81 / Fila 1Data:29.10.85

1 2 3 4 5 6 Probeprelevate

Fel Nr . Ad.

in (m)mg.inf.

15.80

14.90

6.50

1.80

0.30

panala....m

subpct.depornirealucr.

G 1 0.30

G 9 15.50

G 8 14.50

G 7 12.50

G 6 10.30

G 5 8.50

G 4 6.50

S 4 4.50

S 3 3.00

G 3 2.50

S 2 1.50

S 1 1.00

G 2 0.80

a)

b)

c)

f)

d)

g) h) i)

e)

a)

b)

c)

f)

d)

g)

e)

h) i)

a)

b)

c)

f)

d)

g)

e)

h) i)

a)

b)

c)

f)

d)

g)

e)

h) i)

a)

b)

c)

f)

d)

g)

e)

h) i)

a)

b)

c)

f)

d)

g)

e)

h) i)

Denumirea tipului solului si a umpluturilor

Observatie suplimentara *)

Constitutia dupamaterialul forat

Constitutia dupaprocesul de foraj Culoare

Denumire uzuala Denumire geologica Grupa Continutulde calcar

Nisip mediu, cu nisip fin, humus

rotunjit, deshidratat usor de forat brun

sol superior pamant vegetal OH O

Turba

nedeplasata, moale usor de forat negru

mlastina turba mlastinoasa

planaHN O

Argila, cu nisip foarte fin, cu nisip, cu pietre, fragmente de calcar

consistent greu de forat cenusiu

marna aluvionaragrosiera

perioada glaciara TL ++

Nisip mijlociu, foarte fin, pietros, grosier, nisipos

rotunjit greu de forat pestrit

nisip perioada glaciara O

Stanca, cu granulatie integrala, dens

coeziune granularamoderata

gresie

usoara daltuire rosu

gresie colorata O

*) Inregistrarea este facuta de cercetatorul stiintific

ObservatiiProba specialaDebit de apa

Scule de forajPierderegranulometrica Diverse

Sapa 63/65forata anteriorpana la 1.80 mTuburi 139montateTija de forajrotativa

Apa 1.70 m si APCablu batut100 kg/ Cursa 3003 batai / 3005 batai / 300

Sapa 13330 batai / 30045 batai / 300

Burghiu cuventil 133

Apa 6.50 murca la 3.80 msi AP

Dalta in cruce121

netubat de la14.90 mnivelul finalal apei 4.10 msi AP

Fig. 2.37 Specificatia straturilor conform DIN 4022

2.4.1.2. Denumirea si descrierea solur ilor conform DIN.4022

Dupa o examinare “vizuala” si simple examinari cu mâna (“manuale”) solul este denumit, adica

primeste un nume.

Pentru aceasta nu sunt necesari inca indici de mecanica solului. Denumirea este intr-o oarecare

masura o treapta preliminara a clasificarii, pe care am tratat-o in paragraful 2.33. Pentru ca metodelevizuale si manuale fac parte din sculele unui constructor specializat in lucrari de pamânt si constructii

subterane, le vom trata ceva mai amanuntit (tabela 2.7).

Tabela 2.7.:Denumirea solurilor conform DIN.4022 si reprezentarea conform DIN.4023




DenumireSimbol Marimile

granulelor [mm]

Marimeacomparativa a granulelor

Marcaj in profilul forajului

compo - nentaprincipala

slab(<15%)

amestec normal

puternic(>30%)

Gra

nulatiegrosiera(fi lt

rata)

Granulatieindivi d

uala

vizibila

Gra

nulatie

f ina

(coeziva)

Orga

nic

Pietris

- grosier

- mijlociu- fin

Nisip

- grosier - mijlociu- fin

Nisip aluvionar (sluf)

Argila

Turba,

humus

Sapropel

G

gG

mGfG

S

gSmSfS

U

T

H

F

h`

t`

u`

s`

gs`ms`fs`

gg`

mg`fg`

g`

h

(humos) o(organ)

t

u

s

gg

mgfg

g

gsmsfs

g

gg

mgfg

gsmsfs

s

u

t

h

63.0 - 2.0

63.0206.32.0

2.0 - 0.063

2.00.60.20.063

0.063 - 0.002

ou de gaina aluna mazarecap de chibrit

cap de chibrit gris (mare) gris (mic) inca vizibil

dupa rezistenta si plasticitate

Resturi si structuri vegetale coloratie inchisa

galben

oranj

oliv

violet

brun

lila

Punctul de pornire il reprezinta, ca la clasificare, cele patru domenii de marime ale granulelor:

pietris (G), nisip (S), nisip foarte fin (U) si argila (T).

Marimea granulelor de pietris si nisip poate fi recunoscuta cu ochiul liber. Prin comparatie cu

marimile general cunoscute ale granulelor (mazare, alune, etc.) acestea sunt incadrate in domeniile,

care in tabela 2.7. sunt prezentate ca in orice diagrama de distributie granulometrica. La aceasta semai face subimpartirea in pietrisuri sau nisipuri grosiere, mijlocii si fine.

Daca una din aceste fractiuni este dominanta, solul primeste acest nume si o prescurtare, de

ex. “nisip grosier” (gS) sau “pietris mijlociu” (mG).

Daca astfel de fractiuni se constata numai in amestecuri, atunci la nume se adauga un adjectiv

si o alta prescurtare de ex. “fin nisipos” (fs) sau “grosier pietros” (gg). Daca sunt continute numai

amestecuri in cantitate redusa (<15%), adjectivul primeste suplimentar cuvântul “slab”, de ex. “slab

mijlociu nisipos” (ms’). Când amestecurile sunt considerabile (>30%), cuvântul suplimentar este

“puternic”, de ex. “puternic fin pietros” (fg). Deseori ne multumim insa la amestecuri cu fractiunileprincipale “pietros” (g) sau “nisipos” (s) si adjectivele corespunzatoare “puternic” sau “slab”.

Componentele cu granulatie fina din domeniul particulelor de nisip foarte fin si argila nu mai pot

fi identificate cu ochiul liber. La fel ca la clasificarea dupa plasticitate, acest fel de soluri se deosebesc

dupa comportarea fata de apa, dupa rezistenta. Incercarile simple (“metoda examinarii manuale”)

servesc la aprecierea, daca solul ce trebuie denumit este mai mult un nisip aluvionar foarte fin (praf)

doar cu o usoara plasticitate sau mai mult o argila cu o comportare pregnant plastica. Ele raspund la

intrebarea, unde ar fi fost plasat solul respectiv in diagrama de plasticitate (vezi fig. 2.11).





Cu o rezistenta redusa, o sensibilitate mare la apa si in felul acesta o capacitate de coeziune

redusa, solul se incadreaza mai mult in domeniul de jos din stânga al nisipurilor aluvionare (prafurilor).

Alternativ, la o mare rezistenta, sensibilitate redusa la apa si in felul acesta o pregnanta

capacitate de coeziune, se incadreaza mai mult in domeniul de sus din dreapta al argilelor.

Daca intr-o proba dominant este praful, atunci acesta determina numele solului “praf” (U); daca

el este amestec, atunci solul este “pr ăfos” (u), “slab” (u’) sau “puternic” (u) pr ăfos.

Daca dominanta este argila, atunci aceasta este cea care da solului numele de “argila” (T).

Daca argila este o componenta secundara, atunci solul este “argilos” cu nuantarile “puternic argilos” (E)

pâna la “slab argilos” (t’).

Acum insa si câteva explicatii cu privire la metoda examinarii manuale, cu care se pot deosebi

prafurile si argilele.

Incercarea de rezistenta in stare uscata

Se usuca o proba (câtiva cm3) si se sfarâma intre degete. Determinanta este forta utilizata la

sfarâmare.

- proba se sfarâma singura sau la cea mai mica apasare, deci nu are rezistenta = nisip fin (fs)

- proba poate fi strivita usor, deci are o rezistenta redusa = praf (U), praf fin nisipos (U, fs),

nisip fin, puternic pr ăfos (fs, u).

- proba poate fi strivita doar cu o forta mare, deci are o rezistenta medie = nisip fin, puternic

argilos (fs, t), praf argilos (U, t), pietris, puternic argilos (G, t).

- proba nu poate fi strivita, deci are o mare rezistenta = argila (T), praf, puternic argilos (u, t),

argila pr ăfoasă (T, u).

Proba de vibratie (capacitatea de retinere a apei)

O proba de marimea unei nuci, suficient umezita, se scutura in mâna intinsa. Determinant este

cât de repede iese apa din proba.

- apa iese repede = (fs), (fs, u), (u, fs)

- apa iese incet = (U, t’), (U), (fs, t)

- nu iese apa = (T), (T, u), (U, t).

Proba de framântare (plasticitate)O proba plastica (câtiva cm3) se ruleaza pe un suport sau pe suprafata palmei in mici role subtiri

(de cca.3mm), se framânta din nou impreuna si dupa caz, se ruleaza din nou.

In timpul acesta proba cedeaza mereu apa. Determinant este cât de repede este cedata apa,

deci cât timp ramâne solul plastic = framântabil.

Din suluri nu se mai poate forma nici un ghemotoc, deci usoara plasticitate = (fs, u), (fs, t’), (U).

Din suluri se poate forma un ghemotoc, dar acesta nu se mai poate framânta, ci se farâmiteaza,

deci plasticitate medie = (U, t’), (T, u), (fs, t).




Din suluri se poate forma un ghemotoc, care se mai poate framânta mai departe, deci

plasticitate pregnanta = (T), (U,t).

Proba de frecare

O cantitate mica de proba umeda se freaca intre degete mare si cel aratator. Determinante sunt

senzatia si sentimentul avute la frecare.

Nisipul fin scrâneste, zgârie si poate fi recunoscut sub forma de granule individuale.

Praful se simte moale si fainos; daca este uscat poate fi suflat usor de pe degete.

Argila se simte lunecoasa ca sapunul, unsuroasa; ea se lipeste bine de degete si nu poate fi

indepartata decât cu apa.

Proba de taiere

O proba umeda se taie in bucati cu un cutit. Determinanta este structura suprafetei taiate.

Daca suprafata taiata este fara luciu, aceasta ne indruma spre praf doar cu usoara plasticitate.

Daca suprafata taiata este unsuroasa, stralucitoare, atunci este vorba de argila pregnant

plastica.

Pastrarea in apa (nu este cuprinsa in DIN.4022)

O mica proba, asemanatoare cu un cub, se pastreaza in apa. Determinanta este viteza se

dezintegrare.

- proba se descompune imediat, ea nu are plasticitate, de ex. (fs), (S,u’).

- proba se descompune repede, in interval de câteva minute, ea are doar o usoara

plasticitate, de ex. (U), (U, t’)

- proba se descompune incet, in interval de câteva ore, ea are plasticitate medie, de ex. (U,

t), (T, u)

- proba se descompune foarte incet, in interval de zile, ea are plasticitate pregnanta, de ex.

(T).

Cu ajutorul rezultatelor examinarii vizuale si manuale se gaseste acum un nume pentru solul

respectiv. El se compune din toate fractiunile intâlnite in proba.

In fata se afla componenta principala, apoi amestecurile in ordinea importantei acestora. Pot sa

apara nume foarte lungi si complexe. Astfel, de ex. solurile reprezentate in fig.2.9 ar trebui sa fie denumite dupa cum urmeaza:

Solul 1: Praf, puternic nisipos, slab argilos, slab pietros (U, s, t’, g’)

Solul 2: Pietris mijlociu, puternic fin-pietros, usor grosier-pietros (mG, fg, gg’)

Solul 3: Nisip, pietros, usor pr ăfos (S, g, u’)

Solul 4: Pietris, puternic nisipos (G, s)

Aceste nume se inscriu in profilele de foraj (fig.2.38)



Si starea unui sol coeziv poate fi determinata cu metode simple de examinare manuala si apoi

incadrata in domeniile de consistenta (fig.2.10). Starea profilelor de foraj se marcheaza cu simboluri ce

pot fi intelese (fig.2.38).

Un sol este curgator, daca strângându-l in pumn iese printre degete.

Un sol este moale, daca se poate framânta usor.

Un sol este consistent, daca se framânta greu, dar se mai pot forma din el bilute subtiri.

Un sol este vârtos, daca bilutele subtiri se sfarâma, dar din ele se poate forma din nou un

bulgare.

Compact este un sol uscat, care nu se mai poate modela, ci doar se mai poate sfarâma.

In profilul de foraj se reprezinta toate informatiile ilustrativ si informativ.

2.4.1.3. Sondaje de teren indirecte

Sondajele de teren directe sunt costisitoare si cu toate acestea ele dau doar informatii

punctuale. De aceea se incearca marirea numarului de informatii cu sondaje de teren indirecte.

Astfel de sondaje de teren indirecte sunt in primul rând sondarile la care din rezistenta fata de

patrunderea unei sonde de otel standard se decide asupra felului si starii solului.

Desi in ultimul timp s-au obtinut succese in cresterea puterii de expresie a sondarilor, acestea

ramân legate de sondajele de teren directe. Trebuie sa stii ce tip de sol este descoperit pentru a putea

interpreta in mod sigur rezultatul unui sondaj.

Executarea si interpretarea sondajelor sunt reglementate in DIN.4094. Potrivit acestuia se

deosebesc sondari de proba si sondari de presiune.

Mu+371.1

NN+347.6m

+349.4

+352.1

+353.4

+355.7

+359.4

+362.1

+365.7 +365.3(12.6 68)

+367.8

+369.7

P1

P2

HZ

OH

GI

HN

OU

GU

UM

SW

TL

H

T, u, f, s

mS+gS,g

U, t

G, s, u

Mu

Wk

H

mG, s

BP1NH+371.5

=curgãtor

=moale

=consistent

=vârtos

=compact

Prezentarea consistentei

fig. 2.38 Exemplul unui profil de foraj cf. DIN 4023





Sondari de proba

O bara de sondaj standard se introduce in terenul de fundare lovind-o cu o greutate de cadere.

Masura pentru rezistenta de patrundere o reprezinta numarul de batai, necesare pentru o patrundere

de 10cm (N10).

Exista diferite tipuri de aparate, care lucreaza toate dupa acelasi principiu, dar care se

deosebesc insa in ceea ce priveste masa, robustetea si legat de acestea, in limitele de utilizare. Dupa

denumirea aparatului in limba engleza, metodele respective sunt marcate cu o prescurtare.

Sonda usoara pentru foraje de proba (“Dynamic Probing Light” = DPL) ca sonda pentru foraje

de proba cel mai frecvent utilizata, actionata manual = “tija Künzel”,

Sonda de greutate medie pentru foraje de proba (Dynamic Probing Medium” = DPM)

Sonda grea pentru foraje de proba (“Dynamic Probing Heavy” = DPH) cu actionare mecanica si

adâncime de patrundere pâna la 25m.

Ca rezultat al unei sondari de proba se inregistreaza numarul de batai N10 pe adâncime. Ia

nastere o diagrama a sondarilor de proba (fig.2.39b).

Informatiile rezultate din diagrama de sondaje sunt la inceput foarte reduse.

Abia prin cunoasterea structurii straturilor dintr-un sondaj de teren direct, un “foraj cheie”,

sondarea poate fi interpretata mai bine (fig. 2.39a).

Au valoare urmatoarele relatii generale:

- in decimetri superiori informatia nu este relevanta,

- in solurile necoezive rezistenta la patrundere este relativ mare, ea creste odata cu

compactitatea, cu marimea particulelor si coeficientul de neuniformitate,

- in solurile coezive numarul batailor depinde in primul rând de consistenta.

Pentru solurile necoezive, anexa la DIN.4096 prezinta corelarile dintre numarul de batai si

compactitate. Figura 2.39c si 2.39d prezinta diagramele preluate din aceasta anexa.

Pentru exemplul nostru ele permit urmatoarele informatii: Deasupra apei freatice numarul

batailor este N10 = 25, sub ea acesta este de aproximativ 15. Din diagrame rezulta D=0,42 si de aici

stare de compactare medie (tabela 2.4).



Despre praful puternic argilos, aflat de la 2,0m , se pot spune putine lucruri din rezultatele

sondarilor de proba.

fig. 2.39 Sondãri de probã

U, T, fsUM

BE 4.0

mS, fsSE

0

1.0

WA

2.0

0.30

B1

Mu

Sondare de probav DPL

3.0

1.0

2.0

4.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

03 4 5 10 20 30 40 50

D P H

D P L

D P L - 5 S P

T S P T

D P H

0.2

3

0.1

04 5 10

0.8

0.5

0.4

0.3

0.6

0.7

D P L

20 30 40 50

D P L -

5

Compactar e

aD

Compa

cta

reaD

numãrul de bãtãicoeficientul de neuniformitate U<3

consistentapânza freaticã peste GWmãrimea initialã N k

mãrimea finalã D

numãrul de bãtãicoeficientul de neuniformitate U<3

consistentapânza freaticã sub GWmãrimea initialã N k

mãrimea finalã Da)profilul forajului

Adâncimeab)diagrama sondajului

c)numarul de batai si compactarea deasupra apei freatice

d)numãrul de bãtãi si compactareasub apa freatica

EcuatiiDPL: D=0.03+0.270 lg

EcuatiiDPL: D=0.13+0.250 lg

N1010 20 30

In concluzie, referitor la sondarea de proba se poate spune ca granitele dintre straturi se

cerceteaza sigur, daca saltul in rezistentă este clar (de ex. grosimea straturilor de turba). Sunt posibile

informatii asupra compactitatii nisipurilor si pietrisurilor, daca grupa de sol este cunoscuta prin sondajede teren directe.

Sondari de presiune

La sondarea de presiune (“Cone Penetration Test” = CPT) se introduce prin apasare in terenul

de fundare o sonda standard, cu viteza constanta (in general 1,0m/min.). Impotriva acesteia actioneaza

rezistenta din vârf si frecarea de pe bara de sondaj.

Cu ajutorul unor dispozitive de masurare judicios alese este posibila determinarea separata si

inregistrarea (fig.2.40) presiunii maxime qc(MN/m2) si a frecarii locale a mantalei f s (MN/m2).

In afara de aceasta se mai determina in procente si se inregistreaza raportul dintre frecarea

locala a mantalei si rezistenta maxima ca raport al frecarii Rf = f s/qc (fig. 2.40c).

O sondare de presiune este evident mai expresiva in comparatie cu o sondare de proba. In

primul rând rezistenta maxima qc permite concluzii retrospective de tip cantitativ asupra starii de

indesare, a rezistentei la forfecare, deformabilitatii si capacitatii portante.

DIN 4094 cuprinde corelari, prin aparitia carora in 1990 interpretarea sondajelor de presiune a

fost esential imbunatatita. Figurile 2.40e si 2.40f arata astfel de diagrame. Se va verifica totusi




intotdeauna critic daca s-au respectat conditiile limita ale corelarilor respective. Trebuie sa avertizam in

mod expres fata de aplicarea necritica a acestora.

O atentie deosebita merita fig.2.40d potrivit acesteia, cu ajutorul raportului R f se poate

determina felul solului sapat chiar si fara foraj-cheie, caci solurile tipice au raporturi tipice de frecare.

Zona superioara pâna la circa 2,0m:

1.0

2.0

3.0

4.0

1.0 2.0 3.0 4.0%

1.0

2.0

3.0

4.0

1.0

2.0

3.0

4.0

1.0 2.0 3.0(MN/m ) 1.0 2.0 3.0(MN/m )

nisip

-3% argilã

c) Raportul frecãrii f s/qe 100b) Frecarea mantalei f sa) Raportul frecãrii qe

0

10

20

30

40

0 .0 5 0 .1 0.15 0.2 0 .2 5 0 .3 0 .3 5 0 .4 (M N/m )

1.0%

1.1%

1.4%

1.8%

2.0%

2.2%

2.5%

3.0%

4.0%

6.0%10.0%

2 2

-0.8%

U<3U<3

D0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

05 6 8 10 15 20 25 (MN/m )3 5 10 20 30(MN/m ) 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

222

fs (MN/m )2

d) Raportul frecarii Rf e) Rezistenta maxima si

compactitatea

f) Rezistenta maximã si

unghiul de frecare

fig. 2.40 Sondare de presiune

n i s i p s l a b

g r o s i e r

R 1 = 0 . 5 %

n i s i p

n i s i p

f i n

turbã tur bã arg i l

oasã a r g i l a

a r g i l a p r a f

o a s a p r a f a r g

i l o s a r g i l a

n i s i p o a

s a

Presiunea maxima qc ≈ 18,0MN/m2

Frecarea locala a mantalei f s ≈ 0,15MN/m2

cu acestea raportul frecarii Rf = 0,15/18,0 = 0,8%

Din fig.2.40d rezulta: nisip

Din fig.2.40e rezulta: compactitatea = 0,44 (mediu-indesat)

Din fig.2.40f rezulta: unghiul de frecare ϕ’ = 39o

Zona inferioara de la 2,0 pâna la 4,0m:Presiunea maxima qc ≈ 4,0MN/m2, jos qc ≈ 8,0MN/m2

Frecarea mantalei f s ≈ 0,12MN/m2, jos f s ≈ 0,18MN/m2

Raportul frecarii Rf = 0,12/4,0 = 3% pâna la Rf = 0,18/8,0 = 2,25%

Din fig.2.40d rezulta: argila, pr ăfoasa

Din cresterea presiunii maxime se poate trage concluzia asupra cresterii rezistentei si prin

aceasta a coeficientului de consistenta odata cu cresterea adâncimii. Alte afirmatii cantitative

referitoare la indicii solurilor coezive sunt riscante.





O alta metoda de sondaj indirect de teren este sondarea de flanc (DIN.4096) in special pentru

determinarea rezistentei nedrenate la forfecare a solurilor coezive si organice saturate. Din cauza

specificului ei pregnant, ea nu va fi tratata aici mai departe, la fel ca si metodele geofizice (geoelectrica,

seismica).

2.4.2. Cercetarea terenului de fundare pentru intretinere si refacerea liniilor

Prin inspectii regulate obtinem informatii despre starea infrastructurii si a fundamentului liniilor

existente. Printre acestea se enumera:

- asezarea caii, determinata din parcursurile de masurat calea,

- cheltuielile de intretinere pentru asigurarea asezarii caii,

- starea patului de balast (gradul de murdarire, grosimea),

- starea instalatiilor de drenaj inclusiv evacuarea apei,

- starea zonelor marginale, a drumurilor marginale si a taluzurilor

Mai departe terenul de fundate si eventual straturile de protectie existente se recunosc din:

- hartile de inginerie geologica sau cele geologice,

- vechile acte de constructie deosebit de interesate din arhive,

- prin interpretarea studiilor mai vechi ale terenului de fundare,

- prin interpretarea fisierului terenului de fundare, intocmit conform DS.836 EzVE13 (sau care

se constituie in decursul timpului).

La refacerea suprastructurii, la reamenajarea pentru viteze sporite si la lucrarile de intretinere

mai cuprinzatoare sunt necesare totusi cercetari suplimentare la infrastructura existenta.

Pentru a putea lua o decizie competenta in ceea ce priveste aplicarea unui strat de protectie a

platformei sau consolidarea acestuia trebuie sa se raspunda la o multime de intrebari. Aceste intrebari

sunt sistematizate in DS.836, EzVE12 sub forma de “Plan de imbunatatire a platformei”. Capitolul 8

(fig.8.1) cuprinde detalii in acest sens.

Aici este tratata efectuarea cercetarilor terenului de fundare pe liniile existente.

Pentru prospectarea terenului de fundare a liniilor existente se tinde spre viitor spre o

prospectarea in doua etape.Intr-o prima etapa, prin procedee ce acopera intreaga suprafata se localizeaza acele sectiuni de

cale in care starea infrastructurii este insuficienta.

Intr-o a doua etapa aceste sectiuni sunt studiate mai amanuntit cu metode directe (sapaturi in

santuri, foraje, foraje mici, sondaje cu bare cu fanta s.a.). Abia in cea de a doua etapa de studii pot fi

determinate cauzele din care s-a ajuns la starea proasta.

Pentru “prospectiunea grosiera” a liniilor existente de cale ferata in prima etapa de

prospectiune, metoda “GEORADAR” s-a dovedit foarte promitatoare in ultimii ani.




GEORADARUL este alcatuit dintr-un emitator, care emite unde electromagnetice sub forma de

impulsuri de foarte scurta durata. Acestea patrund in infrastructura si sunt reflectate partial sau complet

la marginile straturilor.

Un receptor preia undele ce se intorc si le inregistreaza. Din timpul de parcurgere sunt posibile

deductii asupra structurii si constitutiei terenului de sub linie. Daca se monteaza acest georadar pe un

vehicul ce parcurge o sectiune de cale cu viteza moderata se pot obtine informatii asupra infrastructurii

in mod continuu (fig.2.41a). Dupa prelucrarea acestora pe calculator ele apar sub forma de radargrama

(fig.2.41b) si transmit informatii calitative asupra geometriei si starii infrastructurii. In felul acesta pot fi

delimitate sectiunile critice si selectate pentru alta prospectiune, directa. In afara de aceasta este

posibila plasarea de sondaje directe de teren in locurile cele mai defavorabile, adica in functie de

starea terenului si nu schematic la fiecare 100 m.

Procesul de prospectare devine mai diferentiat si in felul acesta mai sigur.

La sondajul direct al infrastructurii caii ferate se cere o adâncime de sondaj de minim 1,0m sub

ciuperca sinei, ceea ce pare foarte putin.

Santurile sapate sunt sapari ale patului de balast si ale straturilor portante pâna la terasament,

fie in fata capului traversei, fie ca sant transversal printr-un rost dintre traverse. Acestea permit

studierea situatiei (traiectoria platformei, a zonelor mixte) si in primul rând prelevarea de probe

netulburate precum si masurari ale capacitatii portante prin incercari de presiune cu placa (EV2 sauEVd)

sau incercari CBR.

Dezavantajul il reprezinta costul ridicat de executare a sapaturii si masurile de siguranta a

exploatarii si a personalului.

La sondajele cu bare cu fanta se bat sonde metalice cu fanta in terasament. Când acestea sunt

trase atent in afara in fantele sondei ramân parti din straturile prin care au patruns; ele pot servi ca

proba minima tulburata, pentru denumirea si descrierea solului. Sondarile cu bare cu fanta pot fi

efectuate in completarea santurilor sapate sau ca sondaje de teren de sine statatoare.

Avantajos este costul scazut si influentarea redusa a exploatarii.

Bineinteles, cantitatea mica de proba are doar un continut redus de informatii, nefiind posibila

aprecierea vizuala a zonelor de amestec.Prin forari se obtin probe din infrastructura si fundament. Acestea se executa fie sub forma de

foraje uscate, fie de preferinta, sub forma de carotaje percutante cu berbec.

Avantajul: Cantitatea de proba este suficienta pentru studiile de laborator si permite informatii

relativ precise asupra constitutiei, starii si limitelor straturilor.

Dezavantajul consta in faptul ca in cazul forajelor in zona de pericole sunt necesare inchideri de

circulatie.

Un aparat special de prospectare prin foraje este “masina de cercetare a fundamentului” UUM,

care se deplaseaza pe sine (fig.2.42). Ea executa foraje uscate rotative strapungând patul de balast



pâna la 1,35m sub ciuperca sinei pentru extragerea carotelor. Intr-un interval de aprox.15 minute pot fi

executate trei foraje intr-un punct de stationare a masinii, carotele pot fi apreciate, fotografiate,

documentate si respectiv extrase pentru alte studii. Un foraj se executa in axul caii, celelalte doua in

dreapta si stânga pâna la o distanta de 3,25m fata de axul caii, astfel incât acestea alcatuiesc un profil

transversal. Avantajul il reprezinta rapiditatea si siguranta aprecierii situatiei, dezavantajul il constituie

costul si dependenta masinii UUM de inchiderile de circulatie.

Impulsuri reflectate

Impulsuri emise

Antena

Timpul deparcurgereresp.adâncimea

Limitele straturilor

Radargrama

Masurare stationara Parcurs de masurare pe linie

SO ciuperca sineiNivelul emisiunii

Impuls individual

a)Principiu

fig.2.41 Georadara) Principiub) Radargrama prelucrata pe calculator

Fig.2.42. Masina de cercetare a fundamentului UUM

1. Mecanica solului:

- Linia granulatiei

- Neuniformitate

- Criteriul inghetului- Stabilitate la filtrare

- Limitele de consistenta

- Compactitate

2. Foraje uscate rotativeprin balast in fundament de pe vehicule standardizate:

- Selectionarea carotelor

- Foraj standard 1,3m sub ciuperca sinei

- pâna la 2m din axul caii (recent 3,25m)

- alte incercari “in situ”




3. Avantajele metodei

- Rapiditatea fiecarui foraj

- Interpretarea directa a rezultatelor

- Independenta de intemperii

- Mentinerea stabilitatii de asezare a liniei

- Fara lucrari preliminare si ulterioare pe linie

- Compactitate

Analog cu probele din sondajele normale de teren sunt tratate si probele din infrastructura:

- denumire si descriere conf.DIN 4022,

- determinarea compozitiei granulometrice si a plasticitatii,

- clasificare conform DIN.18196,

- aprecierea sensibilitatii la inghet, a stabilitatii la filtrare, a neuniformitatii, a capacitatii de

drenare.

Este astfel posibila luarea unei decizii adecvate privind executarea sau consolidarea unui strat

de protectie.

Rezultatele obtinute din cercetarile efectuate asupra fundamentului sunt reprezentate de

asemenea in profilele fundamentului, aplicându-se simbolurile cunoscute. Figura 2.43a arata o

reprezentare ca profil transversal (dintr-o sondare cu bara cu fante), iar figura 2.43b reprezentarea ca

profil longitudinal.

0.0

0.5

1.0

1.5

2.02.5

3.0

3.5

4.0

4.5

0.0

S S

S S

S S S

S S S

U,s

U,s

U,s U,s U,s U,s U,sU,s

T

T T TT

T X,l

balast balastbalast balast balast balast

balast

a)Profil transversal (sondare cu bara cu fante)

Reprezentare grafica conform DIN 4023




0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

(m)

+800 +900 40+000 +100 +200 +300 +400 +500 +600 +700 +800

1 2

3

4 5 6 7

8

9 10 11 12 19

20

21 23 24 28 29 31

SO

b)Profil longitudinal

OK (NST)balast, colmatat, brun, uscat

balast, foarte colmatat, negru, umed

balast, colmatat, brun, uscat

balast, foarte colmatat, negru, umed

S, u, t AG, u, tS, u, tZ

ZZZ

PLZG, u, tG, u, t

zona mixta

G, u, t pietris, prafos, argilos (galben)

S, u, t nisip, prafos, argilos (galben)

A umplutura din balast si pamant cu humus

PL blocaj

Z gnais, partial oxidat, cu suprafata fisurata

SO ciuperca sinei

Fig.2.43. Reprezentarea studiului fundamentului

a) Profil transversal (sondare cu bara cu fante)

b) Profil longitudinal

SO = ciuperca sinei

OK Schwelle = marginea superioara a traversei

a = balast, colmatat, brun, uscat

b = balast, foarte colmatat, negru, umed

c = zona mixta (de amestec)

G,u,t = pietris prafos argilos (galben)

S,u,t = nisip prafos argilos (galben)

A = umplutura din balast si pamânt cu continut de humus

PL = blocajZ = gnais, partial oxidat, cu suprafata fisurata

2.4.3. Supravegherea constructi ilor, contro lul de calitate

2.4.3.1. Generalitati

Supravegherea calitatii in constructia de pamânt serveste la demonstrarea faptului ca parametrii

ceruti au fost atinsi si constructia are calitatile utile necesare. Aceasta se realizeaza prin “verificari”.

Dupa moment si executant sau initiator se deosebesc:




- verificari de aptitudine, pe care executantul le efectueaza pentru a demonstra calitatea

materialelor de constructie ce i-au fost livrate;

- verificari proprii de supraveghere, pe care le face executantul pe parcursul executarii

constructiei;

- verificari de control (respectiv si verificari suplimentare de control sau verificari de arbitraj),

care ii dau beneficiarului siguranta ca lucrarile executantului au fost realizate conform

contractului.

Despre sistemul de garantare a calitatii se relateaza in paragraful 6.2.3.7.

Pentru terasament comportarea sub sarcina este criteriul de calitate propriu-zis determinant.

Este insa foarte complicata masurarea acestei comportari.

De aceea pentru apreciere se iau in consideratie soliditatea si capacitatea portanta a

terasamentului, desi prin acestea se detecteaza doar insuficient comportarea complexa sub incarcare

dinamica.

Pentru demonstrarea calitatii infrastructurii caii ferate exista la dispozitie urmatoarele metode:

- masurarea densitatii in stare uscata,

- masurarea capacitatii portante,

- masurarea indirecta a densitatii,

- controlul permanent al densitatii, pe intreaga suprafata (FDVK)

Cerintele de calitate pentru infrastructura caii ferate se orienteaza in mod just in totdeauna dupa

cele pentru fundamentul drumurilor, ce au fost consemnate in ZTVE-Stb.76.

Noua varianta a instructiunii “Conditii contractuale tehnice suplimentare si linii directoare pentru

lucrarile de pamânt in constructia de drumuri”, ZTVE-Stb.94, cuprinde câteva modificari. Este de

asteptat ca modificarile sa fie preluate si in instructiunile elaborate de DB. De aceea, in continuare, se

va proceda deja conform ZTVE-Stb.94.

Cerintele de calitate a infrastructurii caii ferate sunt tratate detaliat in capitolul 6.

2.4.3.2. Verificarea compactitatii

(vezi si paragraful 2.3.10)Compactitatea in stare uscata realizata pe santier ρd existent trebuie sa fie cel putin la fel de

mare cu ρd nec. = Dpr x ρpr cerut.

Demonstratia incepe prin prelevarea unei probe din platforma de verificat, determinarea directa

a compactitatii existente si compararea cu cea ceruta.

Pd existent = pr pr D )1(

ρ ⋅≥+W V

mr

O masurare directa a compactitatii consta deci din:

- cântarirea masei umede mr a probei prelevate.





- determinarea continutului de apa W pe probe partiale,

- determinarea volumului V al probei.

In functie de modul de determinare a volumului se deosebesc:

Extragere cu tubulatura cilindrica:

Se introduce prin apasare sau se bate cu atentie in platforma de verificat o tubulatura cilindrica

ce se scoate plina. Masa umeda se cântareste de cele mai multe ori chiar pe santier si mici parti din

proba se usuca in laborator; volumul poate fi calculat din dimensiunile geometrice ale cilindrului de

extragere.

Dezavantaj: nu este posibila când platforma de verificat are o granulatie grosiera (de ex.PSS),

rezultatul este disponibil abia dupa uscarea probei partiale, distrugerea punctuala a platformei.

Metode de inlocuire:

Dintr-o depresiune plana din platforma de verificat se scoate cu grija si fara pierderi o canitate

de proba mr care se cântareste. Se determina umiditatea (continutul de apa) pe baza de probe partiale.

Dupa aceasta, depresiunea se umple din nou cu un mediu de substitutie. Se masoara (de cele mai

multe ori cu un cilindru de masurare), ce volum V ocupase proba in platforma compactata. Când mediul

de substitutie este apa trebuie sa se impiedice infiltratia cu ajutorul unei folii subtiri.

Mediile de substitutie utilizate sunt cele ce dau numele metodelor (metode de substitutie cu apa,

argila, nisip, gips).

Avantaj: posibilitatea utilizarii si in platforma cu granulatie mare.

Dezavantaj: ca mai sus.

Metoda densitometrului

Aceasta metoda este de fapt o forma rationala a metodei de substitutie cu apa.

Densitometrul este un cilindru umplut cu apa, prevazut cu un piston. Acest piston se misca cu

ajutorul unui mâner. In partea de jos cilindrul este inchis de o membrana de cauciuc. In timpul

procesului de masurare se apasa usor pistonul, membrana de cauciuc luând astfel contururile stratului

inferior. Intre o masurare a punctului zero pe platforma initiala si masurarea de dupa excavarea

depresiunii exista o diferenta Δh in pozitia pistonului. Volumul depresiunii corespunde sectiunii

transversale a cilindrului A inmultit cu Δh, (fig.2.44).



fig. 2.44 Verificarea directa a compactarii a)extragere cu cilindru b)metoda substitutiei cu apa c)densimetru

Metoda substitutiei cu apã

Extractie cu cilindru1

m 1

Cilindru de extractie

v= d h/42

h

v m1

folie

folie

m 1

v= d h/42

densimetru

piston de presiune

cilindru

H2O

h

d1

balon de cauciuc

2.4.3.3. Verificarea indirecta a compactitatii

Metodele indirecte de verificare a compactitatii folosesc raporturile, conform legilor, dintre

compactitatea unui mediu si alte insusiri fizice, ce se pot masura simplu si sigur. Tot in legatura cu

aceasta se vorbeste de sondari.

La sondarile radiometrice se utilizeaza interactiunea dintre sol si radiatia radioactiva. Principiulde masurare se bazeaza pe faptul ca de la o sursa de radiatie – de cele mai multe ori Co60 sau Cs137 –

sunt emise raze γ. Aceasta radiatie este absorbita, dirijata sau reflectata de mediul de masurare

inconjurator. In functie de densitatea mediului, interactiunea are intensitati diferite. Aceasta se exprima

in rate diferite ale impulsurilor radiatiei, dependente tocmai de compactitate, receptionate de un contor.

Prin calibrari anterioare pe medii cu compactitate cunoscuta se poate stabili o legatura intre rata de

numarare si compactitate sub forma unei curbe etalon. La aceasta se presupune ca distanta dintre

sursa si contor este absolut constanta.

Sondele moderne cuprind pe lânga sursele si detectoarele pentru radiatie γ, si sursele sicontoarele pentru radiatia neutronica, cu care poate fi determinata umiditatea solului.

Controlul calitatii prin sondare radiometrica aduce cu sine câteva probleme. Verificarea este

costisitoare, aceasta trebuind sa fie de fapt efectuata separat pentru fiecare tip de sol. Rezultatul

masuratorii este influentat de intrefierul dintre sonda si mediu. In afara de aceasta, manipularea,

pastrarea si transportul surselor radioactive sunt considerabil ingreunate de reglementarile severe de

protectie contra radiatiilor. Aceasta anuleaza din nou, in mare, avantajele metodei. De aceea

verificarea radiometrica a compactitatii nu s-a impus in constructia de pamânt in masura asteptata.




Figura 2.45 arata principiul de masurare al sondei de suprafata si al sondei de intepare (sonda

Troxler).

fig. 2.45 Sondari radiometrice aproape de suprafata

a)sonda de suprafata b)sonda de întepare

sursa contor

contor

sursa

a) b)

Sondarea pentru foraje de proba si sondarea de presiune au fost tratate deja ca metode

indirecte pentru sondarea terenului de fundatie (paragraful 2.4.13). Sub anumite premise acestea pot

servi si la aprecierea starii de compactare a umpluturilor compactate.

Aceste premise sunt:- Umplutura este relativ groasa, caci in decimetri superiori sondarile nu sunt sigure,

- Este vorba de sol necoeziv, pentru care DIN.4094 da corelatiile cu privire la starea de

compactare (fig.2.39, 2.40).

- O relatie directa cu gradul de compactare poate fi stabilita daca anterior au avut loc incercari

paralele de calibrare.

Deosebit de indicate sunt sondarile pentru foraje de proba si sondarile de presiune, daca

trebuie sa se demonstreze succesul compactarilor ulterioare (de ex.compactarea de adâncime,

compactarea prin rambleiere mecanica vibratoare, compactarea dinamica intensiva). Cresterearealizata a compactitatii poate fi dovedita prin cresterea indicilor de lovire N10 sau a rezistentei de vârf

qc la sondaje inainte si dupa compactare.

2.4.3.4. Verificarea capacitatii portante

Pe lânga densitatea in stare uscata, capacitatea portanta este parametrul ce caracterizeaza cel

mai clar calitatea unei constructii de pamânt, a unui strat portant sau a unei platforme. De fapt,

capacitatea portanta este chiar insusirea dominanta a terasamentului, care ne intereseaza in primul

rând si in mod direct.




Prin capacitate portanta, in general, se intelege capacitatea (puterea) unei parti de constructie,

in cazul nostru a infrastructurii caii ferate, de a prelua sarcini fara a suferi deformari vatamatoare sau

chiar a ceda.

In paragraful 2.3.6 a fost tratat deja modulul de deformare Eν ca parametru (marime

caracteristica) pentru capacitatea portanta. Aceasta se obtine la incarcarea de proba a platformei de

verificat cu o placa circulara rigida cu diametrul 2r. Pentru o astfel de incarcare, intre tensiunea σ

inregistrata si tasarea s exista o dependenta conform “formulei de presiune a placii”.

Daca se aplica tensiunea σ controlata si definita si se masoara tasarea placii, se poate calcula

modulul de deformare Eν dupa:

Eν1 =sΔ

⋅Δ⋅ r 5,1 σ

Dupa felul de inregistrare a sarcinii se deosebeste incarcarea statica si dinamica de proba.

Incarcarea statica de proba - incercarea la compresiune cu placa (DIN.18134)

Platforma de verificat se incarca prin placa circulara rigida. Se utilizeaza de preferinta placi de

incarcare cu un diametru 2r = 300mm.

O presa hidraulica genereaza o incarcare, care este marita treptat la efortul maxim de

σmax. = 0,5MN/m2. Ea este controlata de un dinamometru. Presa se sprijina pe o culee, de cele mai

multe ori o masina grea de constructii.

Se masoara tasarea s atenuata pentru fiecare din cele minim cinci trepte de sarcina. Pentruaceasta un sistem de pârghie (grinda Benkelman) transmite tasarile de la centrul placii la contorul

pozitionat in afara concavitatii tasarii (fig.2.46).

Deformarile masurate se inscriu in diagrama din fig.2.46 si alcatuiesc prima curba de incarcare.

Aceasta este curba de lucru a platformei la prima incarcare. Traiectoria plata indica o mare

capacitate portanta, iar cea abrupta o capacitate portanta redusa. Decisiva este considerata zona

curbei de sarcina-tasare dintre 0,3 si 0,7σmax. Aceasta da modulul de deformare al primei incarcari:

Eν1 =1

r 5,1

sΔ

⋅Δ⋅ σ

Apoi platforma de verificat se descarca si atunci ea revine la suprafata, dar in nici un caz in

pozitia initiala. Acesta este un semn pentru faptul ca parti considerabile din deformare sunt plastice.

In continuare se aplica cea de a doua incarcare. Efortul este marit din nou treptat, dar numai la

cca.90% din efortul maxim, pentru a ramâne in mod sigur in domeniul reincarcarii.

Punctele de masurare se compun alcatuind curba celei de a doua incarcari, curba de lucru a

platformei la reincarcare. Si aici traiectoria din zona de mijloc intre 0,3 si 0,7σmax. este considerata

determinanta pentru capacitatea portanta a platformei.




Modulul de deformare a celei de a doua incarcari se determina cu formula de compresiune cu

placa:

Eν2 =2

r 5,1

sΔ

⋅Δ⋅ σ

Descarcarea ce are loc in incheiere arata ca in modulul de deformare al celei de a doua

incarcari sunt cuprinse si parti plastice. Cu toate acestea, acest modul este considerat marimea

caracteristica pentru comportarea fundatiei unui drum sub incarcare repetata foarte des, deci de fapt ca

parametru pentru comportarea elastica.

Sunt stabilite valori minime pentru modulul de deformare Eν2. Acestea sunt cu atât mai stricte:

- cu cât stratul respectiv este incarcat mai tare,

- cu cât calea de circulatie este mai importanta,

- cu cât distanta este parcursa mai rapid.

Tabela 5.3 prezinta cerinte diferentiate

Modulul de deformare Eν2 al celei de a doua incarcari este mai mare decât cel al primei

incarcari, Eν1.

Acesta este un lucru normal, caci prin prima incarcare apare o consolidare secundara. Daca

aceasta consolidare secundara este insa prea mare, acesta este un semn pentru compactarea initial

deficitara. De aceea raportul dintre cele doua module de deformare este limitat in sus. ZTVE-Stb.94

indica valori limita pentru solurile cu granulatie grosiera, care sunt cu atât mai stricte cu cât gradul de

compactare Dpr cerut este mai mare:Dpr nec. EV2 /EV1max.

100% 2,3

97% 2,5

95% 2,6

Aparatele moderne de compresiune cu placa dispun de câteva echipamente suplimentare.

Acestea sunt echipate cu senzori pentru inregistrarea automata a fortei si drumurilor. O mica

unitate de calcul preia diagrama sarcina-tasare, o transpune intr-un polinom de gradul 2 si calculeazamodulele de deformare ale primei si celei de a doua incarcari precum si raportul lor. Diagrama se

tipareste si serveste ca document.

Incercarea la compresiune cu placa este incercarea instituita de determinare a capacitatii

portante a constructiilor de pamânt. Modulele de deformare determinate in acest fel sunt considerate

sigure. Experientele de decenii cu indicii Eν2 au trezit increderea in acestia.




a)Aparat de compresiune cu placa b)Interpretares (mm)

0.1 0.15 0.2 0.3 0.35 0.4 0.5 (MN/m )2

S1=0.5

S2=0.27

0.36

1.06

2.0

1.5

1.0

0.5

=0.20 0.7 max0.3 max

Ev=1.5r sr=150mm=0.15m

=0.20MN/mprima încãrcare:Ev1=1.5x0.15x0.20/0.0005=90MN/ma doua încãrcare:Ev2=1,5x0,15x0,20/0,0027=167MN/mEv2/Ev1=167/90=1,85<2.3

2

2

2

fig.2.46 Încercarea statica la compresiune cu placa cf. DIN 18134 a) aparat de compresiune cu placa b) interpretare

culee

dinamometru

presã hidraulicã

tunel de mãsurat

placã rigidã de încãrcarecontor (traductor de deplasare)

2r=300

Cu toate acestea incercarile de compresiune cu placa au câteva deficiente.

- necesita foarte mult timp si reprezinta o interventie considerabila in desfasurarea

constructiei;

- au , in ciuda tuturor cheltuielilor, doar un caracter de probe prin sondaj;

- incarcarea cu o forta statica, corespunde doar intr-o masura insuficienta cu incarcareadinamica.

De aceea exista permanente stradanii de a testa si de a introduce metode de control a calitatii

in constructiile de pamânt, care sa nu aiba slabiciunile mentionate.

Incarcare dinamica de proba - Aparat usor (placa) cu greutate in cadere

La aceasta incercare se exercita o sarcina dinamica (de soc) de scurta durata asupra niveluluiplatformei, ce primeste astfel un impuls pentru o oscilatie amortizata.

Sarcina dinamica (de soc) seamana in ceea ce priveste parametrii ei, cu sarcina, incarcarea din

vehicule (suprafata de baza a coloanei d = 300mm, presiunea σ = 0,1MN/mp, durata incarcarii

cca.0,018s). Tasarea se masoara cu un aparat de inregistrare a vibratiilor.

Daca trasarea este mare (amplitudinea vibratiei amortizate) atunci platforma controlata are o

capacitate portanta redusa, iar daca aceasta este mica, inseamna ca platforma este portanta.

Si aici modulul de deformare se calculeaza prin “formula de calcul a presiunii prin intermediul

unei placi”.




Eνd =s

r 5,1 ⋅⋅σ

Incercarea este reglementata in “Prescriptii de verificare tehnica pentru sol si stânca in

constructiile rutiere” (TP BF – St.B Partea B.8.3) ca “Incercare dinamica a presiunii placii cu ajutorul

aparatului usor cu greutate de cadere”.

Figura 2.47 prezinta schita de principiu a aparatului

Efectuarea incercarii se realizeaza in felul urmator:

Placa de incarcare se aseaza pe platforma de control, deasupra asezându-se tija de ghidare,

elementul cu resort si greutataea. Dupa doua “socuri fictive” se executa trei incarcari, la care se

masoara tasarile. Se face media acestora si prin formula de calcul a presiunii placii se calculeaza un

modul de deformare. La aparatele moderne aceasta se realizeaza automat, valoarea Eνd fiind tiparita,

resp. afisata, digital.

Avantajele controlului cu placa usoara sunt evidente:

- Timpul necesar pentru o masurare este doar de câteva minute, masurarea putând fi efectuata de o

singura persoana.

- Incarcarea printr-un soc de scurta durata corespunde mai degraba celei reale decât incarcarea

statica in cazul incercarii la presiunea placii. In felul acesta se poate intelege clar pozitia de a

considera modelul Eνd ca fiind hotarâtor.

Evd =

cu r=150mm

=0.1N/mm

Evd= N/mm22.5

2

2

s

F

forta

tasare

timp

t

1,5 r σ

S

S

σ

tija de gh idare

greuta te (10 kg)

ele ment cu resort

placã rigidã de încãrcare 300mm

limitator de cursã s i declic

senzor (aparat de înregistrare a vibratiilo r)

fig. 2.47. Incercarea dinamica a presiunii placii

- Valorile masuratorilor sunt disponibile imediat, fiind astfel posibile interventii operative in

desfasurarea lucrarilor de constructie (recompactare).

Dezavantajul hotarâtor al incercarii dinamice de proba cu placa usoara cu greutate consta in

faptul ca aceasta metoda a aparut, in timp, dupa incercarea cu placa de presiune. De aceea, ca

metoda noua aceasta trebuie sa se orienteze dupa metoda deja stabilita si recunoscuta, trebuie sa

demonstreze ca este cel putin la fel de sigura si concludenta si aceasta demonstratie nu este usor de

facut.




Mult timp stradaniile s-au indreptat spre stabilirea prin incercari comparative a unor dependente

cantitative fata de valoarea Eν2 resp. fata de gradul de compactare, ce se pot reprezenta prin factori

simpli de transformare. O astfel de solutie pausala nu este reusita.

In prezent stadiul de recunoastere este urmatorul:

- Exista o legatura calitativa. Odata cu cresterea coeficientului Eν2 resp. cu cresterea gradului de

compactare creste si modulul de deformare dinamica Eνd.

- Modulul de deformare dinamica Eνd este mai mic numeric decât cel static Eν2.

- Raportul Eν2/Eνd nu este constant, ci depinde de tipul solului si gradul de compactare. Acesta

se situeaza in urmatoarele limite:

Eν2 = (1,5…..3,5) x Eνd

- Incercarea dinamica da rezultate sigure, daca inainte s-a efectuat o calibrare cu incercarea

statica sau cu verificarea densitatii.- Dintr-un mare numar de incercari comparative cu fost formulate valori cerute echivalente

pentru Eνd, pornind de la valorile limita pentru Eν2 (conf. ZTVE-St.B).

Acestea nu sunt inca general valabile, dar ar trebui sa fie insa aplicate de comun acord si

general (fig. 2.48).

Fig.2.48 – Valori echivalente cerute pentru capacitatea portanta

In ceea ce priveste “controlul dinamic al capacitatii portante cu placa usoara” se poate

concluziona:- Prin aceasta metoda de control exista la dispozitie o metoda foarte rationala si performanta.


- Se pot realiza si in interesul evaluarii statistice, mult mai multe controale la intervale mai

reduse.

- Metoda de control este apta in special pentru supravegherea proprie ce trebuie sa insoteasca

lucrarile de constructie.

20

40

60

80

100

20 40 60 80 100 120 140 160 180Ev2/MN/m2

Evd/MN/m2Ev2/MN/m2

456080100120

150180

2530404555

7080




- Incercarea dinamica din socuri este apropiata de realitate, motiv pentru care coeficientul Eνd ar

putea fi mai degraba corespunzator pentru comportarea reala a constructiei sub incarcarea din

circulatie.

- Metoda isi va câstiga deplina importanta abia atunci când nu va mai trebui sa se mearga pe

calea ocolita a corelarilor, ci se vor recunoaste valorile minime de sine statatoare.

In acest sens trebuie sa se faca insa in continuare alte cercetari.

2.4.3.5. Contro lul dinamic al compactarii pe intreaga suprafata

Toate metodele de control tratate pâna in prezent au doua lipsuri hotarâtoare. Pe de o parte se

cerceteaza doar probe prin sondaj, luate mai mult sau mai putin intâmplator.

Pe de alta parte procesul de control este separat in timp ce procesul de productie. In cazul

nostru aceasta inseamna ca procesul de control are loc dupa compactare sau in timpul unei intreruperi.

Controlul reprezinta deci intotdeauna o interventie in regimul de productie. Corectari cum sunt

compactarile suplimentare pot fi facute abia dupa evaluarea rezultatelor controalelor.

Aceste lipsuri dispar in cazul “Controlului dinamaic al compactarii pe intreaga suprafata” FDVK.

Principiul de masurare este urmatorul:

Aparatul de compactat (valt de vibratie) se doteaza cu un dispozitiv de inregistrare a vibratiilor,

ce se fixeaza pe axul valtului. Acesta preia parametrii (amplitudinea, frecventa) vibratiilor masinii de

compactat in timpul procesului de compactare si le transmite unei unitati de calcul.

Inainte de inceperea lucrarilor de compactare se executa si compacteaza o sectiune de testare

exact in aceleasi conditii (sol, continut de apa, fundament).

Calitatea sa este demonstrata prin metodele obisnuite cum sunt controlul densitatii sau al

capacitatii portante. Apoi se inregistreaza caracteristica de vibratie a acestei platforme, dupa cum s-a

dovedit, suficient de compactate si se memoreaza in calculator ca valoare de referinta. Sistemul de

vibratie teren de fundare-masina este asa-zis etalonat.

La compactarea produsa, caracteristica vibratiei, se modifica cu fiecare trecere, apropiindu-se

de valoarea de referinta. Calculatorul compara permanent parametrii ce i-au fost transmisi, pentru

actuala comportare la vibratii, cu cei pe care i-a memorat ca valoare de referinta.Daca ambii parametrii in cadrul unor anumite conditii de intrerupere sunt identici, el il

informeaza pe operator ca scopul compactarii este atins.

Aceasta metoda de control are bineinteles avantaje convingatoare:

- Controlul nu se mai face prin sondaj, ci pe o suprafata intinsa.

- Ea insoteste productia, rezultatele fiind imediat puse la dispozitie pentru dirijarea procesului de

productie.

- Controalele nu intrerup in nici un fel executia lucrarilor.

- Este performanta nerestrictiv.




- Controlul comportarii dinamice pe suprafata intinsa reprezinta autosupravegherea ideala.

Inregistrarile masuratorilor pot fi considerate certificat de calitate. Aceasta metoda de control ar

trebui sa fie calificata in continuare.

Cu toate acestea metoda are si limite:

- Etalonarea este relativ costisitoare si renteaza doar daca lotul de constructie este corespunzator de

mare.

- Metoda este apta numai pentru compactarile de suprafata plane, umpluturile posterioare sau

compactarile santurilor nu pot fi controlate in felul acesta.

- Masuratorile sunt sigure si elocvente daca exista aceleasi conditii pe intreaga suprafata. Acestea

trebuie sa corespunda conditiilor de calibrare.

2.4.3.6. Strategia de control a ETVE-St.B.94 – Expl icati i si observatii

Ar mai trebui discutate doua probleme, ce se pun mereu in legatura cu controlul calitatii in

constructiile, lucrarile de pamânt.

Prima problema o constituie valenta controalelor asupra densitatii si capacitatii portante

Infrastructura unui drum de comunicatie este de buna calitate, daca:

- este compacta, adica daca este putin poroasa,

- are portanta, adica daca se deformeaza numai putin sub sarcina,

- aceste insusiri bune se mentin in timp.

In ZTVE-St.B.94 se cer de aceea urmatoarele trei dovezi de calitate ale subsolului si

terasamentului:

- verificarea soliditatii prin gradul de compactare Dpr . Aceasta este verificarea propriu-zisa - ea este

dominanta si elocventa pentru toate solurile.

- Verificarea capacitatii portante prin modulele de deformare Eν. Deseori aceasta este considerata

verificarea indirecta a soliditatii, dar ea este un control de sine statator si deplin valabil.

- Verificarea suplimentara pentru terenuri coezive, pentru ca porozitatea aparenta (continutul de aer

în pori) sa nu fie mai mare de 12%, ceea ce se poate afla din informatiile din controlul densitatii.

Pentru straturile de constructie necoezive si subsol exista corelatii sigure intre gradul decompactare si modulul de deformare. In ZTVE sunt formulate valorile minime pentru ambii parametrii.

Acestea trebuie sa fie considerate ca având aceeasi valoare, motiv pentru care in cazul platformei

necoezive si ambele controale au acceasi putere de expresie.

In cazul unui sol coeziv sau a straturilor portante relativ subtiri asezate coeziv, problema

densitate-capacitate portanta este ceva mai complicata.

Fig. 2.49 prezinta un exemplu al interdependentelor de principiu

In pamânt coeziv este subsolul unui drum de comunicatie, pentru aceasta el trebuie sa fie

compactat la Dpr > 97% si la Eν2 > 45MN/mp.



In partea de sus a figurii este reprezentata curba Proctor a pamântului coeziv. Sunt marcate

densitatile ce corespund gradelor de compactare de 100% (punctul 1), 97% (punctele 3 si 5), 95%

(punctele 2 si 6) si 93% (punctele 1 si 7). In cazul controlului densitatii, toate valorile densitatilor situate

deasupra orizontalei prin punctele 3 si 5 ar fi o dovada pentru o calitate suficient de buna.

In partea de jos a figurii este reprezentata capacitatea portanta (sau in general stabilitatea) in

functie de continutul de apa.

Pentru aceasta s-au desenat mai multe curbe, care la densitate constanta in momentul

respectiv (corespunzator 100%, 97%, 95%, 93%) reprezinta influenta continutului de apa asupra

capacitatii portante. Potrivit experientei acestea sunt functii exponentiale; ele sunt reprezentate pe

figura cu linii subtiri si linii intrerupte.

Atunci curba Proctor a fost practic transformata in curba capacitatii portante. La fiecare punct 1pâna la 7 de pe curba densitatii s-a cautat punctul corespunzator 1’ pâna la 7’ de pe diagrama

capacitatii portante. Prin legarea punctelor intre ele rezulta o curba. Ea reprezinta pentru densitatile de

pe curba Proctor capacitatile portante in dependenta acestora fata de continutul de apa.

Toate valorile Eν2 care sunt mai mari decât cea necesara, adeveresc suficienta capacitate

portanta.

Daca se cere insa suficienta densitate si suficienta capacitate portanta, atunci pentru un sol coeziv

compactat apar in total cinci zone, in care pot fi relevante verificari diferite in momentul respectiv (fig.

2.49):

Ev=f(W) la Dpr =95%

fig.2.49 Capacitatea portanta si gradul de compactare al solurilor coezive

Ev=f(W,Dpr )curba proctor transformata

de ex. Ev(z,B,45MN/m )Ev=f(W) la Dpr =100%

Ev=f(W) la Dpr =97%

4

Ev=f(W) la Dpr =93%

curba proctor

linia de saturatieWv= w(1/ d-1/ s)

7

6

5

4

3

21

5

6

1

2

3

W

d

Ev

VIIII II IV

Dpr =97%

Dpr =95%

Dpr =93%





Zona I - Solul nu este nici compact, nici dens, Eν si Dpr sunt negative.

Ambele metode de masurare sunt egal indreptatite.

Zona II - Solul este compact, dar nu suficient de dens, Eν pozitiv, Dpr negativ.

Masurarea capacitatii portante simuleaza calitate, caci in cazul

absorbtiei de apa in spatiul poros existent din abundenta, capacitatea

portanta ar scadea extrem de mult.

De aceea si continutul de aer in pori este limitat cu 12%.

Zona III - Solul este compact si dens, Eν si Dpr pozitive.

Ambele metode de masurare au valoare egala.

Zona IV - Solul este compact moale, dar dens, Eν negativ, Dpr pozitiv.

Masurarea densitatii simuleaza calitate.

Zona V - Solul este moale si nu este dens, Eν si Dpr negative. Ambele metode de masurare au valoare egala.

In urma acestor reflectii apare cerinta ca la controlul calitatii solurilor coezive sa se demonstreze

atât densitatea cât si capacitatea portanta.

A doua problema este evaluarea statistica a rezultatelor verificarilor.

Conform ZTVE-St.B.94 verificarile compactarii si capacitatii portante, care sunt de fapt numai

probe prin sondaj, trebuie evaluate statistic. Procentul de 10% dintr-o serie de masuratori trebuie sa

corespunda cerintelor ZTVE.

Câteva observatii referitoare la principii.Elementele unei totalitati statistice de baza, de exemplu valorile unei serii de masuratori se

deosebesc unele de celelalte, se disperseaza. Dar aceasta dispersie nu este haotica, ci urmeaza

anumite legi.

Repartizarea normala este una din repartizarile teoretice, ce poate fi urmata de o marire

intâmplatoare.

In cazul unui numar infinit de mare de valori masurate, acestea ar corespunde functiei teoretice

de densitate, asa cum este reprezentata aceasta in fig. 2.50.



ss

xvaloare medie

functia de densitatea repartizãrii normale

10% t

func

tiadedensitatep(u)

u

s=abatere standard

fig.2.50

Fig. 2.50. Evaluare statistica - Functia de densitate, valoarea asteptata, abatere standard si

procentul Z 10%.

Parametrii unei functii de densitate sunt:

- valoarea asteptata μ; la un numar finit de masuratori n valoarea medie x:

x = ∑⋅n

l

ixn

l,

- abaterea standardσ; la un numar finit de masuratori, dispersia s:

2 __

)(1

1i x x

ns −

−= ∑

Abaterea standard caracterizeaza latimea de dispersie a fiecarui element in parte. Totalitatile de

baza cu elemente ce sunt foarte asemanatoare intre ele au o functie de densitate abrupta; iar cele cu

elemente ce se disperseaza mult, una plana.

Procentul Z 10% se numeste valoarea functiei teoretice de repartizare, sub care coboara numai

10% din elementele totalitatii de baza.

ZTVE se bazeaza pe aceasta repartizare normala când cere verificari pe baza statistica.

Aceasta pune totusi anumite conditii.

Lotul de control trebuie sa fie o sectiune relativ unitara, ce reprezinta o totalitate de baza in sens

statistic.




Pe un lot de control se efectueaza n controale individuale ca probe prin sondaj. Numarul minim

se orienteaza dupa marimea lotului de control. Pentru o suprafata de control de pâna la 1000 m2

acesta este minim n=4; cu fiecare alti 500 m2 el creste cu câte un control.

Din cele n valori masurate se formeaza valoarea medie x.

Apoi se calculeaza abaterea standard s.

Conform teoriei repartizarii normale se considera ca procentul Z de 10% din seria de masuratori

este:

Z = x-k.s

in care k este “un factor ipotetic”, care in practica de controale de constructii de pamânt se pune

constant k = 0,88.

Un lot de control este acceptat, adica si-a dovedit calitatea si deci valoarea sa utila, daca:

X = (x-0,88.s) ≥ valoarea ceruta conf. ZTVE.

s=abatere standard

nec.Ev=45.0

0.88s

50 60

repartizare idealizatã

Z=45.7>45.0 Ev=49.0

40 Ev MN/m2

40363614182

-2 0 6-6 1 2-1

51494355484750343

1234567

Ev (Ev-Ev1)2Ev-Ev1n

(Ev-Ev1)

51494355484785343

9 25 121 1 36 49 9611202

3 5 11 -1 6 7-31

1234567

n Ev Ev-Ev12

40

0.88s

50

s=abatere standard

60Ev MN/m

270

Ev =54.0Z=41.5<45.0

Ev =45.0

repartizare idealizatã

Seria de mãsurãtori 1:

Seria de mãsurãtori 2:

Evaluare statisticã:Ev=343:7=49MN/ms= 1/n-1 (Ev-Ev1) = 82/6=3.7MN/mZ=49x0.88x3.7=45.7>45MN/mLot de control acceptat

2

2

2

Evaluare statisticã:Ev=378:7=54MN/ms= 1/n-1 (Ev-Ev1) = 1202/6=14.2MN/mZ=54x0.88x14.2=41.5<45MN/mLot de control respins

2

2

2

fig.2.51 Exemplu unei evaluãri statistice

Exemplul prezentat in fig.2.51 explica operatiile pentru controlul statistic al calitatii atragând in

acelasi timp atentia asupra unei probleme.

Pentru o platforma de pamânt coeziva calitatea trebuie sa se demonstreze prin masuratori ale

capacitatii portante.

Valoarea necesara este:

Ev nec. = 45MN/m2

Comparam doua serii de masuratori, cu câte 7 valori.




Seriile de masuratori 1 si 2 coincid pe deplin la 6 din valorile masurate, numai ultima este la a

doua serie de masuratori cu mult mai mare (85MN/m2 in loc de 50MN/m2).

Evaluarile statistice aduc un rezultat uluitor: seria 1 de masuratori este acceptata, seria 2 este

respinsa.

Singura valoare foarte mare (“dezertorul”) ridica valoarea medie, dar chiar si dispersia. Intreaga

serie de masuratori capata astfel o siguranta mai redusa.

Trebuie controlat in permanenta daca anumite valori masurate fac parte din totalitatea de baza.

Valorile masurate prea mari pot sa faca inutila o serie de masuratori si trebuie respinse.

Infrastructura Caii Ferate

Documents

Transcript of Infrastructura Caii Ferate