Date post: | 13-Apr-2018 |
Category: |
Documents |
Upload: | marius1979 |
View: | 219 times |
Download: | 0 times |
7/25/2019 CNGF1266
http://slidepdf.com/reader/full/cngf1266 1/10
A XII-a Conferinţă Naţ ional ă de Geotehnic ă şi Fundaţ ii - Iaşi, 20-22 septembrie 2012
Verificarea îmbunătăţirii carateristicilor geotehnice a pământurilorsensibile la umezire prin compactare dinamică intensivă
Sanda Manea
Universitatea Tehnică de Construc ţ ii Bucure şti, Facultatea de Hidrotehnică , Departamentul de Geotehnică şi Funda ţ iiR. CiortanUniversitatea Ovidius Constan ţ a, Facultatea de Construc ţ ii
G. TsitsasS.C. Edrasis Construct Grup S.R.L.
Monica DumitruUniversitatea Tehnică de Construc ţ ii Bucure şti, Facultatea de Hidrotehnică , Departamentul de Geotehnică şi Funda ţ ii
Cuvinte cheie: loess, încercări de laborator, încercări in-situ, imbunătăţirea terenului, colaps, compactare
REZUMAT: Una din metodele de desensibilizare a loessurilor, pământuri sensibile la umezire, o constituiecompactarea dinamică intensivă.Alegerea parametrilor de compactare (greutate mai, energie de compactare,distanţa dintre amprente, numar de faze) şi verificarea aplicării procedeului se realizează prin incercări deteren şi laborator specifice. In articol se prezintă rezultatele obţinute preliminar în poligoane de încercare câtşi după execuţia în Dobrogea, în anii 2010 - 2011, a circa 240.000m2 de teren compactat dinamic şidesensibilizat. A fost avută în vedere o grosime de 6m a stratului de teren tratat. S-a pus în evidenţă necesitatea încercarilor de teren (CPT) şi de laborator (edometre duble) pentru determinarea parametrilorspecifici, indicele tasării suplimentare prin umezire, porozitate, rezistenţa structurală, modulul de deformatie,
pe terenul natural şi pe teren compactat.Criteriile de verificare a imbunătăţirii caracteristicilor geotehnice a pământurilor sensibile la umezire prin utilizarea metodei de compactare dinamică au fost stabilite pe baza
acestor încercări, aplicând prevederile din normativul privind fundarea construcţiilor pe pământuri sensibilela umezire (NP – 125/2010).
1
ÎMBUNĂTĂŢIREA TERENURILOR SENSIBILE LA UMEZIRE PRIN COMPACTAREDINAMICĂ INTENSIVĂ
Pământurile sensibile la umezire (PSU) sunt în general loessurile şi pământurile loessoide, care secaracterizează prin tendinţa de pr ă buşire a structurii în prezenţa apei, conducând astfel la apariţiaunor „tasări suplimentare“ sub sarcinile aduse de construcţii (PSU grupa A) sau chiar sub greutate
proprie (PSU grupa B). Aceste „tasări suplimentare“ de cele mai multe ori sunt diferenţiate din
cauza distribuţiei neuniforme a porilor şi volumului mare a acestora, de regulă peste 40%.Pentru fundarea pe astfel de terenuri se aplică o serie de măsuri, urmărind reducerea saueliminarea tasărilor provocate de prezenţa apei. Măsurile referitoare la terenul de fundare urmărescîn primul rând desensibilizarea acestuia prin raport cu apa, pe o grosime cât mai mare a stratuluiPSU, limitând astfel tasările la cele admisibile pentru construcţie.
Din gama metodelor de desensibilizare a PSU, acolo unde condiţiile amplasamentului permit(f ăr ă vecinătăţi construite), se poate utiliza compactarea dinamică, soluţie folosită în România de
peste 50 de ani. În stare natural ă , în condiţii de masiv nederanjat loessurile şi pământurile loessoide prin modul
lor de formare prezintă o structur ă specifică. În pofida porozităţii mari, dar neuniforme (n ≥ 40%)scheletul mineral prin natura şi proprietăţile fizico-mecanice ale particulelor ca şi datorită
legăturilor chimice dintre acestea confer ă o compresibilitate medie acestor pământuri, atestată prinîncercări în laborator (încercarea edometrică).
77
7/25/2019 CNGF1266
http://slidepdf.com/reader/full/cngf1266 2/10
Rezultatele obţinute pe terenul natural prin încercări in-situ (penetr ări) trebuie interpretate ţinândcont de specificul acestor materiale (PSU). Astfel în urma unor incercări de penetrare standard(SPT) se obţin valori relativ mici ale unei lovituri pentru un avans de 30 cm (N SPT
30), atestând porozitatea mare şi nu starea de consistenţă.
În condi ţ ii de inundare (saturare) structura acestor materiale se pr ă buşeşte (colaps) prin dispariţia
unor legături chimice, scheletul pierzând din rezistenţă, astfel încât în paralel cu eliminarea aeruluidin pori şi pătrunderea apei se pot produce tasări chiar sub greutatea proprie denumite „tasărisuplimentare prin umezire“ care se adaugă celor datorate deformabilităţii scheletului.
Parametrii geotehnici care pot fi obţinuţi în laborator (conform NP125/2010) pentru a atestasensibilitatea prin raport cu apa a unui pământ sunt indicele de tasare suplimentar ă prin umezireim300(>2%) ca şi rezistenţa structurală σo (presiunea minimă pentru care se produce fenomenul detasare suplimentar ă la umezire, im = 1%).
Pământurile sensibile la umezire o dată saturate, consumându-si tasările suplimentare, devin pământuri cu compresibilitate mare sau foarte mare. Pentru aceste materiale înmuiate, saturatevalorile indicilor obţinuţi prin încercări in situ (SPT, CPT) se pot corela cu starea de consistenţă.
Având în vedere pericolul apariţiei tasărilor suplimentare prin umezire, cel mai adeseaneuniforme, scopul procedeului de desensibilizare a terenului prin compactare dinamică intensivă este cel de modificare a structurii colapsibile pentru eliminarea tasărilor suplimentare, respectivreducerea porozităţii ca urmare a îndesării pământului uscat. În aceste condiţii se produce orearanjare a particulelor solide, o scădere a volumului porilor şi implicit o creştere a volumuluiocupat de scheletul mineral, chiar cu aport de material.
Dupa compactare deformabilitatea materialului rezultat va fi în general apropiată, dar mai redusă ca cea a celui iniţial, structura rigidă fiind distrusă. Modulii edometrici obţinuţi pe materialecompactate atestă in general o compresibilitate medie a materialelor f ăr ă însă a mai prezentasensibilitate la umezire (im 300 < 2%). Saturarea materialelor desensibilizate prin compactare(îndesare) conduce la o creştere mult mai mică a compresibilităţii, datorită porozităţii scăzute. In
aceste conditii incercările pe teren de tip penetrare pe materialele desensibilizate permit corelări alerezultatelor pentru prognoza parametrilor geotehnnici caracteristici.Aplicarea tehnologiei de compactare dinamică pentru desensibilzarea PSU se bazează pe aceste
mecanisme de modificare a stării de îndesare conducând la eliminarea tasărilor suplimentare laumezire prin modificarea structurii materialelor (distrusă total sau par ţial) şi diminuarea porozităţii,necesitând adaos de material, crescand astfel volumul scheletului mineral, ceea ce implicitdiminuează compresibilitatea globală.
2
PRINCIPII DE PROIECTARE A LUCR ĂRILOR DE COMPACTARE INTENSIVĂ
2.1 Caracterizarea geotehnică
În conformitate cu prevederile normelor tehnice criteriile de încadrare a unui pământ ca sensibil laumezire pe baza încercărilor de laborator sunt de două categorii şi pentru a clasifica materialultrebuie satisf ăcute următoarele condiţii:
a) Criterii referitoare la compoziţie şi proprietăţi fizice: Pământuri coezive Pământuri cu fracţiunea praf (d = 0,005 – 0,062 mm) în propor ţie de 50 ÷ 80% Pământuri aflate în stare nesaturată (S r < 0,8) Pământuri cu porozitate în stare naturală n > 40%
b)
Criterii referitoare la comportamentul mecanic: Indicele tasării specifice suplimentare prin umezire im300, are valoare mai mare sauegală cu 2%
78
7/25/2019 CNGF1266
http://slidepdf.com/reader/full/cngf1266 3/10
De asemenea, o indicaţie asupra sensibilităţii la umezire a unui pământ o constituie şi valoareadensităţii în stare uscată ρd < 1,6 g/cm3.
În acest sens prin încercări de laborator trebuie cunoscute următoarele aspecte relevante pentruscopul lucr ărilor referitoare la terenul propus a fi tratat prin compactare dinamică intensivă până laadâncimea necesar ă:
a)
Natura şi compoziţia materialelor prin determinarea compoziţiei granulometrice şi adensităţii specifice ( ρ s )
b) Starea naturală de umiditate şi consistenţă a materialelor, prin determinarea umidităţii (w),densităţii ( ρ ) şi gradului de saturaţie (S r ), limita de plasticitate (w P ) şi limita de curgre (w L ),respectiv a indicelui de plasticitate (Ip) ca şi a indicelui de consistenţă (Ic).
c) Starea naturală de îndesare prin calcularea porozităţii (n), indicelui porilor (e) şi densităţii înstare uscată ( ρd ).
d) Compresibilitatea şi sensibilitatea la umezire prin determinarea pe baza încercărilor duble înedometru a indicelui tasării specifice la umezire (im300 ) şi modulilor de deformaţie (M 200-300 ) pe
probe naturale şi inundate.Pe teren sunt necesare investigaţii prin foraje cu prelevarea de probe netulburate şi încercări de
penetrare ale căror rezultzate se vor interpreta corelându-le cu datele din laborator.Pentru reliefarea eficienţei procesului de compactare dinamică este relevantă noua stare de
îndesare obţinută, atestată prin îcercări de teren si de laborator. Parametrii geotehnici necesari a fiobţinuţi în laborator sunt densitatea în stare uscată ( d ρ ), porozitatea (n), indicele porilor (e),indicele de tasare suplimentar ă prin umezire (im300), modulii de deformaţie edometrică (M200-300) pe
probe cu umiditatea naturală şi saturate. Rezultatele încercărilor de teren NSPT şi qc obţinute se potcorela între ele. Conform experienţei şi normelor tehnice internaţionale şi naţionale eficienţacompactării dinamice se cuantifică pe baza încercărilor in-situ de penetrare şi/sau presiometrice.
2.2
Parametrii de compactare
Din faza de proiectare este necesar să fie prevăzuţi parametrii de compactare, care se definitivează pe baza unor poligoane experimentale.
Principalii parametri sunt: Energia de compactare care se stabileşte în funcţie de caracteristicile terenului,
(natur ă, porozitate, grad de saturare, nivelul apei subterane) şi adâncimea necesar ă afi tratată, rezultând greutatea maiului şi înălţimea de batere; Caracteristicile macaralei utilizate la compactare în funcţie de relaţia între lucrul
mecanic în regim dinamic şi în regim static; Caracteristicile maiului supergreu; Distanţa dintre amprente (mărimea ochiurilor reţelei de compactare);
Intervalul de timp între doua lovituri succesive; Numărul de lovituri succesive pe aceeaşi amprentă; Numărul de faze de compactare şi repartizarea energiei de compactare pe faze; Intrevalul de timp dintre fazele de compactare.
79
7/25/2019 CNGF1266
http://slidepdf.com/reader/full/cngf1266 4/10
3 METODOLOGIA PROPUSĂ ŞI APLICATĂ PENTRU VERIFICAREA LUCR ĂRILOR DE
COMPACTARE INTENSIVĂ DE LA CONSTANTA BYPASS
3.1 Caracterizarea aplasamentului
Şoseaua ocolitoare Constanţa (Constanţa Bypass) necesită realizarea a aproximativ 23 km deautostradă, pornind din nordul localităţii Ovidiu, pe direcţia N - S până la intersecţia cu Calea ferată Bucureşti – Constanţa de unde pe direcţia est se îndreaptă către Agigea.
Investigaţiile geotehnice pe acest traseu au evidenţiat existenţa unui pachet de până la 12 mgrosime de pământuri loessoide având sensibilitate la umezire pe cca. 6m, aşezat pe un strat deargile roşii cu concreţiuni calcaroase. După adâncimi de circa 28 m se întâlneşte până la 40 m rocade bază constituită din calcar degradat în masă argiloasă.
Nivelul apei subterane nu a fost relevat prin studiile geotehnice până la adâncimi de 40 m.Pe acest teren pentru realizarea autostr ăzii sunt prevăzute ramblee de 5 – 11 m înălţime şi poduri
rutiere.
Datorită naturii şi stării de îndesare a primului strat de teren ca şi necesităţii de limitare atasărilor diferenţiate la 25 mm/100 m a fost propusă îmbunătăţirea terenului pe o suprafaţă deaproximtiv 240.000 m2 şi o adâncime de 6m, prin compactare dinamică intensivă.
Pentru proiectarea, realizarea şi verificarea soluţiei de îmbunătăţire a terenului loessoid prinaceastă tehnologie au fost întreprinse cercetări specifice, de laborator şi de teren, calcule şi
prelucr ări ale rezultatelor care au condus la stabilirea procesului tehnologic de execu ţie şi ametodologiei de verificare a calităţii (eficienţei) lucr ărilor de compactare.
3.2 Stabilirea parametrilor de compactare
A fost realizat un poligon experimental pentru stabilirea parametrilor de execuţie. În funcţie de
natura terenului au fost determinate următoarele:a) Greutatea maiului şi înălţimea de cădere
b) Distanţa între amprenteAceastă dinstanţă se realizează pe şantier la începerea fiecărei faze în felul următor: pornind dincentrul ampretei pe două direcţii perpendiculare se măsoar ă cotele terenului şi se observă până la cedistanţă se produce supraânălţare apreciabilă; distanţa între amprente se alege cel puţin egală culăţimea zonei de influenţare (a)
Figura 1: Zona de influenţă a compactării
c) Energia de batere (numar de lovituri pe amprentă)Energia de compactare pentru o singur ă lovitur ă se stabileşte, pornind de la adâncimea decompactare, cu relaţia:
unde: H – adâncimea de compactare necesar ă (m), M – greutatea maiului (t), h – înălţimea de căderea maiului (m), m – coeficient al condiţiilor de teren din amplasament care depinde de naturaterenului, stratificaţie, grad de saturare, porozitate, greutate volumică, etc.
Energia totală de compactare se stabileşte în funcţie de:
80
7/25/2019 CNGF1266
http://slidepdf.com/reader/full/cngf1266 5/10
tipul terenului care trebuie îmbunătăţit adâncimea necesar ă a fi tratată cerinţele finale ale proiectului
Figura 2: Calculul adâncimii de compactare
d) Numărul de faze de compactareAcest parametru foarte important se estimează in funcţie de reacţia terenului la eforturile dinamice.
Între faze încercările geotehnice trebuie să verifice rezultatul compactării, care nu se termină decât atunci când încercările atestă valori care să asigure o bună comportare a lucr ărilor.
În general experienţa arată că sunt suficiente două faze de compactare de adâncime, care serealizează de regulă cu energii de compactare egale.Sunt cazuri când energia din prima fază a fost mai mare cu 20 – 30% decât energia utilizată la
faza a doua. În acelaşi timp constatarea unor neomogenităţi ale terenului la executarea primei faze acondus la creşterea energiei de compactare în faza a doua.
- Prima fază de
compactare
-A doua fază decompactare
-A treia fază decompactare (com-
pactarea continuă asuprafeţei)
h
81
7/25/2019 CNGF1266
http://slidepdf.com/reader/full/cngf1266 6/10
Figura 3: Faze tipice pentru compactarea dinamică
Pentru stabilirea tehnologiei de lucru, în poligon au fost efectuate şi încercări de penetrare cu con(CPT) pentru cunoaşterea stării iniţiale şi finale (după compactare) de îndesare/consistenţă. Au fostefectuate şi investigaţii pe bază de foraje, cu prelevare de probe netulburate. Pe aceste probe s-aurealizat încercări geotehnice de laborator. În foraje s-au executat incercari de penetrare standard
(SPT).Pe baza rezultatelor obţinute prin prelucrarea datelor s-au calculat parametrii geotehnici necesari
pentru verificarea lucr ărilor.
3.3
Programul experimental
Tinand cont de consideraţiile din capitolele anterioare ca şi de prevederile normelor tehnice, pentruverificarea eficienţei (calităţii) lucr ărilor de îmbunătăţire prin compactarea intensivă a terenului peo adâncime de circa 6 m, s-a propus şi realizat un program de încercări de teren şi laborator peterenul natural – înainte de compactare şi pe terenul compactat.
Acest program a cuprins:a)
Încercări pe teren: penetr ări tip CPT, foraje geotehnice cu adâncimi de peste 6 m în care s-auexecutat penetr ări SPT şi din care s-au prelevat probe tulburate şi netulburate.
b) Încercări de laborator: determinarea granulometriei, densităţilor în diferite stări, umidităţilor, plasticităţii şi consistenţei, ca şi încercări edometrice duble.
Pentru a permite calcule de estimare a capacităţii portante a terenului compactat s-au realizat şiîncercări pentru determinarea parametrilor rezistenţei la forfecare, unghiul de frecare internă ø şicoeziunea c. S-au efectuat încercări rapide de forfecare directă de tip U.U. (neconsolidat – nedrenat)si C.U. (consolidat – nedrenat).
3.4
Stabilirea cerin ţ elor pentru atestarea calit ăţ ii lucr ărilor
Principalul scop al lucr ărilor de compactare intensivă a constat în desensibilizarea terenului laactiunea apei. În acest sens au fost stabilite urmatoarele cerinţe de verificare a terenului imbunătăţit:
a) Pe baza încercărilor de laborator: Scăderea indicelui tasării specifice la umezire im300 < 2 % Creşterea densităţii în stare uscată ρd> 1,6 g/cm3 Reducerea porozităţii n < 40 % Creşterea modulilor edometrici M 200-300 pentru materialul compactat atât în starea deumiditate nanurală (w) cât şi după saturaţie (wsat)
Din punct de vedere practic este necesar ă compararea valorilor acestor parametri corespunzatori pentru terenul înainte de compactare cat si dupa compactare. Comparatia se realizeaza intre valorile
corespunzatoare diferitelor straturi cat si prin raportarea lor.Atestarea calităţii lucr ărilor corespunde satisfacerii urmatoarelor condiţii: im300comp / im300nat < 1, cu im300comp < 2 % ρdcomp / ρdnat > 1 ncomp/nnat < 1 M200-300comp w / M200-300natw > 1 M200-30 comp wsat / M200-300natwsat > 1
Pentru caracterizarea globală a terenului compactat pe 6m adâncime s-au efectuat aceleaşicomparaţii pentru valorile medii ale aceloraşi parametrii.
b) Pe baza încercărilor in-situ:
Compararea valorilor specifice N30 (SPT) şi qc (CPT) efectuate înainte şi după compactare
82
7/25/2019 CNGF1266
http://slidepdf.com/reader/full/cngf1266 7/10
Atestarea calităţii lucr ărilor corespunde satisfacerii conditiei ca raportul valorilor după compactare şi cele pe teren natural să fie supraunitar.
4
REZULTATELE ÎNCERCĂRILOR DE LABORATOR ŞI PE TEREN EFECTUATEPe baza încercărilor de teren şi de laborator efectuate a rezultat ca pe grosimea de 6 m terenulnatural este constituit din prafuri argiloase şi argile pr ăfoase în stare nesaturată cu indicele tasăriisuplimentare la umezire im300 = 2 – 6 %, confirmand caracterul PSU – grupa A, materialele avândcompresibilitate medie la mare.
Valorile medii ale principalilor indici geotehnici obţinuţi pâna la adâncimi de 6m, obţinute din45 de probe din 9 locaţii, sunt prezentate în continuare sub formă de tabele:
Tabelul 1. Parametrii determinaţi in laborator
Parametrii
Verificaţi
Teren Natural Teren CompactatRaport
(compactat/natural) Nr.Crt. Criterii de
îndeplinitValori
CaracteristiceValoriMedii
ValoriCaracteristice
ValoriMedii
ValoriMedii
Cerinţa deatestare
Îndeplinire
im300 (%)1
< 22,0 - 6, 0 3 0,0 - 1,0 0,05 0,016 < 1 DA
ρd (g/cm3)2
> 1,61,4 - 1,6 1.5 1,63 - 1,75 1,7 1,02 > 1 DA
n (%)3
< 4040 - 44 42 35,6 - 39,0 37 0,88 < 1 DA
4 M200-300
(kPa)6.000-12.000
7000 8.000-21.000
15500 2,2 > 1 DA
Tabelul 2. Principalii parametrii determinaţi pe teren
Teren Natural Teren CompactatRaport
(compactat/natural) Nr.Crt.
ParametriiVerificaţi
ValoriMinime
ValoriMedii
ValoriMinime
ValoriMedii
Valori MediiCerinţa de
atestare
Îndeplinire
1
N30SPT
(nr. lovituri) 2 3
5,0 -
10,0 7 2,3 > 1 DA
2 qc (MPa) 0,5 1,5 1,3 3,5 2,3 > 1 DA
Se remarcă îndeplinirea tuturor condiţiilor de verificare şi totodată buna concordanţă întrerezultatele de laborator şi de teren; rapoartele între caracteristicile de deformabilitate din laborator(M200-300) şi teren sunt practic similare pentru cele două situaţii.
S-a confirmat posibilitatea utilizării unor corelaţii între valorile modulilor de deformaţieedometrici şi ale valorilor specifice din încercările de penetrare conform EREN 1997-2:2007.
În relaţia Eoed = α * qc, pentru zona studiată, αmed ≈ 4,4. Se confirmă astfel că pentru aplicareaacestor corelaţii în cazul unor pamânturi cu comportament specific sunt necesare investigaţii în
amplasamnet pentru obţinerea valorilor proprii pentru coeficientul α.
83
7/25/2019 CNGF1266
http://slidepdf.com/reader/full/cngf1266 8/10
În figurile 4 şi 5 sunt prezentate valorile porozităţilor şi media rezistenţelor pe con obţinuteînainte şi după compactare.
0
2
4
6
8
30 33 36 39 42 45 48 51
A d
â n c i m e a
( m )
n (%)
POROZITATE
inainte de CDdupa CD
Figura 4: Reprezentarea grafică a rezultatelor obţinute pentru porozitate [Edrasis]
0
1
2
3
4
5
6
7
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
A d â n
c i m e a
( m )
Rezisten a pe con qc (MPa)
Media rezultatelor CPT
inainte de CD
dupa CD
Figura 5: Reprezentarea grafică a mediei rezultatelor obţinute prin încercări CPT [Edrasis]
84
7/25/2019 CNGF1266
http://slidepdf.com/reader/full/cngf1266 9/10
5 CONCLUZII
Pe amplasamentul Şoseaua Ocolitoare Constanţa (Bypass) terenul de fundare este alcătuit pe primii6m din pământuri loessoide sensibile la umezire. Conform proiectului a fost necesar ă îmbunătăţireaacestui strat, respectiv desensibilizarea în raport cu apa. În acest scop a fost utilizată tehnologia de
compactare dinamică intensivă.Pentru reliefarea eficienţei procesului de compactare dinamică este relevantă noua stare deîndesare obţinută, reflectată prin parametrii specifici determinaţi în laborator şi pe teren, ale cărorvalori se pot corela între ele.
Urmare a metodologiei aplicate s-au stabilit cerinţele pentru parametrii de compactare dinamică intensivă si de atestare a calităţii lucr ărilor.
Prin programul experimental desf ăşurat şi prelucrarea statistică a datelor a rezultatat că în toatelocaţiile pe adâncimea de 6m lucr ările de compactare au fost eficiente. Terenul îmbunătăţit astfel adevenit insensibil la umezire prezentând totodată o deformabilitate mai redusă faţă de cel naturalnecompactat.
BIBLIOGRAFIE
1. NP – 125 / 2010 - Normativ privind fundarea construcţiilor pe pământuri sensibile la umezire.2. EDRASIS - Proiectul Şoseaua Ocolitoare Constanţa (Constanţa Bypass), 2009 – 2011.3. Lucrare de Dizertatie - Îmbunătăţirea pământurilor loessoide prin compactare dinamică intensivă – Masterand: Ing.
Monica Dumitru, Coordonator: Prof. Dr. Ing. Sanda MANEA, 20114. IPTANA – Consolidarea dinamică intensivă a terenurilor slabe la fundarea construcţiilor pentru transporturi,
Bucureşti 1982.
85
7/25/2019 CNGF1266
http://slidepdf.com/reader/full/cngf1266 10/10