CPTU, SPT, DP

1

Lucrare de cercetare

CPTU, SPT, DP- analiză comparativă

Ing. Cadar Andreea

Ing. Calma Camelia

Ing. Cânţa Vlad

Master Inginerie Geotehnică, an I

An universitar:

2012-2013

2

I. CPTU

1. Introducere

Există o tendinţă din ce în ce mai accentuată pentru folosirea metodei CPT, în special

CPTU, ca una dintre metodele fundamentale de investigare a terenului, ca un instrument

pentru realizarea profilului terenului şi pentru stabilirea parametrilor utilizaţi în proiectarea

geotehnică, chiar şi în argile moi. De exemplu, acum aproximativ 10 ani, vane test reprezenta

principala metodă de măsurare in situ a forţei de forfecare în condiţii nedrenate, CPTU fiind

utilizat numai ocazional. În prezent tendinţa este de a se folosi CPTU pentru a determina

parametrii geotehnici în argilele moi, vane test fiind utilizat din ce în ce mai puţin.

Principalele motive care au dus la această schimbare ar fi:

Posibilitatea de a obţine informaţii continue folosind CPTU ( se poate realiza un profil

continuu al parametrilor solului), obţinându-se un volum mare de informaţii care

permite identificarea şi separarea celor mai subţiri strate cu o precizie mai bună decât

în cazul forajelor geotehnice clasice;

Eficienţa metodei CPTU din punct de vedere al costului şi al timpului redus în care se

efectuează ( aprox. 1h jumătate pentru 30 m);

Îmbunătăţirile aduse utilizării şi interpretării rezultatelor obţinute cu CPTU.

2. Prezentarea metodei

Procedura de testare standard pentru CPT (descrisă de 1242/6-76, C159-89 respectiv

ASTM D 5778) utilizează o instalaţie hidraulică cu ajutorul căreia se asigură pătrunderea

continuă, prin presare, a tubulaturii standardizate, cu o viteză de 20 mm/s. Tubulatura conţine

sistemul de tije de 1.00 m sau 1.50 m, care susţin conul, precum şi o serie de tuburi de

protecţie numite mantale.

Deşi cea mai uzuală metodă este aceea în care penetrometrul cu con este introdus în

sol cu ajutorul unui cilindru hidraulic, împingerea tijelor realizându-se prin lovire, modul

acesta de introducerea a penetrometrului poate cauza în unele soluri rezultate

nereprezentative, de fiecare dată când încercarea se opreşte pentru introducerea unor noi tije.

Deşi există soluţii pentru a realiza o împingere continuă (dezvoltatea de compania suedeză

BORROS) , acestea nu sunt folosite în practica curentă.

Sistemul de bază redă doar presiunile înregistrate pe vârful conului qc şi rezistenţa pe

manta fs, măsurate cu ajutorul unor celule de presiune. Adăugându-se pietre poroase şi senzori

de presiune a apei rezultă dispozitivul CPTU (piezoconul).

Pe măsură ce înaintează, la intervale de 1-5 cm se fac măsurători pentru următorii

parametri:

Rezistenţa la vârf (qc);

Frecarea laterală (fs);

Presiunea apei din pori (u1, u2);

Înclinarea (i).

3

Fig.1 Procedura de încercare CPT

Fig.2 Schema internă a piezoconului (după Mayne)

4

Sistemul CPT include urmãtoarele componente:

a) penetrometru electronic;

b) sistem hidraulic de împingere, sistem de ancorare;

c) sistem de mãsurarea a adâncimii, cabluri de transmisie a datelor;

d) unitate de înregistrare a datelor.

a). Penetrometrul electronic

Penetrometrele sunt disponibile în douã variante constructive, ambele având unghiul

la vârf al conului de 60°:

varianta standard (care respectă dimensiunile standard prevăzute în IRTP -

International Reference Test Procedure), având diametrul bazei conului de 35,7mm,

aria bazei Ac=10cm2 şi aria lateralã As=150cm

2;

variantã comercialã, cu diametrul bazei conului de 43,7mm, aria bazei Ac=15cm2 şi

aria lateralã As=200cm2 sau 300cm

2 folosite în general pentru testarea platformei marine.

Acest tip are avantajul cã permite o pãtrundere mai viguroasã în teren, precum şi pozarea

unui numãr mare de senzori pe suprafaţa sa lateralã, însã prin diametrul lãrgit al gãurii pe

care o genereazã, reduce în mod artificial frecarea lateralã. Powell şi Lunne au arătat că

rezultatele obţinute cu conuri având aria secţiunii de 10 si 15 cm² sunt asemănătoare pentru

argilele din Marea Britanie, iar De Ruiter a evidenţiat faptul că diferenţele obţinute cu conuri

a căror arie secţională variază între 5 si 15 cm² sunt nesemnificative în ceea ce priveşte

rezistenţa pe con şi frecarea laterală pe manşon. Astfel, IRTP precizează că alte dimensiuni

ale conului sunt acceptate în situaţii speciale şi subliniază importanţa corectării rezultatelor.

Fig.3 Tipuri de penetrometre

5

Un senzor de presiune este localizat în apexul penetrometrului mãsurând forţa de

penetrare la vârf (Fc). Un al doilea sensor este localizat fie pe suprafaţa lateralã a conului,

mãsurând forţa de frecare lateralã (Fs)- caz în care conul se numeşte “de tensiune”, fie la

partea superioarã a penetrometrului unde mãsoarã forţa totalã ce se opune înaintãrii

dispozitivului (Fc+Fs). În acest ultim caz, conul poartã denumirea de con de “scãdere”

deoarece frecarea lateralã se obţine indirect.

Fig.4 Tipuri de penetrometre

Sistemul de măsurare a presiunii apei din pori constă într-o cameră de presiune

conectată la un traductor de presiune. Sistemul de măsurare a presiunii apei din pori trebuie

realizat în aşa fel încât saturarea să se realizeze rapid şi să se menţină saturaţia, succesul

încercării CPTU în cazul argilelor depinzând de saturarea sistemului de măsurare (presiunea

din pori fiind utilizată şi pentru corectarea altor parametri). Mãsurarea presiunii apei din pori

se face prin admiterea acesteia spre senzori prin pietrele poroase, filtrante, având

permeabilitãţi în jur de 0,01cm/s. Acestea sunt confecţionate din polipropilenã de înaltã

densitate (cu granule de 120µ), din ceramicã sau metal sinterizat. Rezistenţa lor la eforturi şi

6

în special compresibilitatea lor influenţeazã semnificativ mãsurãtorile presiunii apei din pori,

mai ales atunci când sunt poziţionate pe suprafaţa lateralã a conului (tipul 1, u1). Pietrele

filtrante din polipropilenã sunt utilizabile cu succes în nisipuri, însã se colmateazã cu uşurinţã

în roci argiloase. Datoritã preţului scãzut ele pot fi înlocuite dupã fiecare utilizare. Saturarea

prealabilã a pietrelor poroase este un element de procedurã foarte important în cazul

piezoconurilor, motiv pentru care saturarea cu glicerinã sau ulei siliconic a acestora este

preferabilã saturãrii cu apã (uşor evaporabilã).

Poziţionarea pietrelor poroase (cu ajutorul cãrora se mãsoarã presiunea apei din pori)

se face în funcţie de tipul de rocã traversat (de exemplu, în roci argiloase supraconsolidate,

fisurate, este indicat tipul 1, deoarece u2 ≅ 0) însã IRTP recomandă folosirea poziţiei u2, cea

în care filtrul de măsurare se află chiar deasupra conului.

Fig.5 CPTU – posibilele locaţii ale filtrelor

O altă metodă pentru măsurarea presiunii din pori constă într-un aranjament de filtre

numit „slot filter”. În acest sistem, presiunea din pori este măsurată cu ajutorul unei fante de

0,3 mm situată deasupra conului. Fanta comunică cu camera de presiune, care este saturată cu

lichid antiîngheţ, în timp ce canalele de comunicare sunt saturate cu ulei siliconic. Acest

sistem, menţine saturarea mult mai bine decât sistemul standard la trecerea prin zone

nesaturate în teren, dar cu toate acestea presiunea nu este măsurată cu la fel de multă

acurateţe ca şi în cazul sistemului standard.

7

b) Sistem hidraulic de împingere

Sistemul de împingere a penetrometrului, este în prezent foarte divers din punct de

vedere constructiv. Astfel, el poate consta fie dintr-o garniturã clasicã de prãjini montatã pe

un camion de mare tonaj, fie dintr-un sistem special construit ce se poate monta pe diverse

tipuri de vehicule.

Fig.6

Cele mai utilizate sisteme de mare tonaj de împingere a tubulaturii având ca lestaj o

“masã moartã” au capacitatea cuprinsã între 100 şi 200KN (11÷22tf), în mod excepţional

putându-se ajunge pânã la 350KN (40tf). Instalaţiile de tonaj redus variazã între 18 şi 50KN

(2÷6tf) utilizând un sistem de ancorare în terenuri mai dense (situate în adâncime) sau în

beton, pentru a creşte capacitatea la nevoie. Spre deosebire de instalaţiile de mare tonaj,

aceste instalaţii prezintã avantajul unei mari mobilitãţi şi accesului în zone dificile.

Adâncimea maximã de penetrare depinde de situaţia geologicã a amplasamentului

studiat. Cu toate acestea, cea mai mare parte a instalaţiilor de penetrare obişnuite ating

frecvent 30m adâncime. În literaturã (Robertson et.al, 1990) sunt relatate cazuri speciale în

care s-au atins adâncimi de 100m (prin împingere de la suprafaţa terenului), sau chiar de

300m (prin alternarea penetrãrii cu foraj rotativ).

Utilizând o vitezã standard de împingere de 20mm/s, productivitatea penetrãrilor

poate fi cuprinsã între 30m/zi şi 150m/zi, depãşind de douã pânã la cinci ori productivitatea

investigaţiilor clasice prin foraje.

Compania italiană SPG şi compania suedeză ENVI au dezvoltat o metodă alternativă

(CPTU wd) pentru realizarea CPTU într-un sondaj. Figura 8 ilustrează această metodă.

Penetrometrul cu con se află în prelungirea burghiului în timpul sondării. Rezultatele

încercării CPT sunt reţinute într-o unitatea de memorie (Memocone). În acelaşi timp sunt

reţinuţi şi parametrii de sondare (încărcarea dată de burghiu, rata de penetrare, presiunea

fluidului). Dacă se ajunge la o rocă tare, unitatea CPT va fi împinsă în burghiu şi în acest fel

va fi protejată.

Se consideră că această combinaţie între parametrii CPTU şi cei din sondare

constituie o bază puternică pentru interpretarea rezultatelor. Se fac în continure studii pentru a

8

verifica dacă rezultatele obţinute astfel sunt similare cu cele obţinute din încercarea

tradiţională CPTU.

Fig.7a Rezultate obţinute în urma încercării CPTU wd (Cone Penetration Test While

Drilling)

Fig. 7b Conul CPTU la sfârşitul încercării CPTU wd

9

Fig.8 Principiul încercării CPTU wd

c) Sistem de mãsurarea a adâncimii, cabluri de transmisie a datelor.

Sistemul de mãsurare a adâncimii include: tambur de înfãşurare a cablului, traductor

de deplasare, potenţiometru, sensor ultrasonic, sensor optic. Cum fiecare dispozitiv de

mãsurare a parametrilor este amplasat în diverse poziţii pe tubul penetrometrului, procedura

standard presupune corectarea adâncimii citirilor la o bazã comunã (care de obicei este vârful

penetrometrului). Cablajele utilizate pentru transmiterea datelor au de obicei 30m÷40m.

Toate sistemele CPT analoage, precum şi multe sisteme CPT digitale, utilizeazã

cabluri de transmitere a curentului/tensiunii pentru alimentarea dispozitivelor aflate în

adâncime şi pentru transmiterea datelor la suprafaţã.

10

Sistemele mai vechi de cabluri erau prevãzute cu 10pin şi puteau folosi maxim 5

canale de înregistrare a datelor (câte 2 fire pentru fiecare canal). Ulterior, în detrimentul

fiabilitãţii şi longevitãţii, au fost introduse cablaje cu 12, 16, 24 sau 32 pin, însã diametrul

exterior al cablajului a rãmas neschimbat.

Fig.9

Cele mai noi sisteme CPT digitale sunt prevãzute cu sisteme wireless (de transmitere

a datelor fãrã cabluri) de tipul: cu semnal în infraroşu sau cu semnal audio, caz în care este

necesarã amplasarea unui dispozitiv de captare/decodare a datelor la suprafaţa terenului, sau

cu microcipuri de înmagazinare a informaţiilor amplasate în con.

Alte sisteme permit stocarea datelor în conul penetrometrului şi extragerea lor după

terminarea încercării. Aceste sisteme elimină şi ele existenţa cablului, dar nu permit

vizualizarea datelor în timp real, fapt care poate reprezenta o problemă atunci când conul

ajunge într-un strat dur ce poate afecta penetrometrul fără ca operatorul să cunoască acest

lucru. Pentru a evita acest lucru întreaga operaţie poate fi monitorizată printr-o celulă de

presiune. Atât sistemul acustic, cât şi cel la care memorarea datelor se face în conul

11

penetrometrului au o flexibilitate redusă, dar sunt rentabile pentru operaţiuni de rutină. În

Norvegia de exemplu, toate încercările CPT/CPTU se bazează pe sisteme fără cablu, acestea

având cel mai redus cost.

d) Unitatea de înregistrare a datelor

În prezent este disponibilã o largã varietate de sisteme digitale de înregistrare a

datelor. Avantajul sistemelor analoage vechi rãmâne acela cã sunt adaptabile oricãror tipuri

de penetrometre, în timp ce sistemele noi, digitale, pot fi utilizate doar de penetrometrele,

cablurile şi sistemele de achiziţie a datelor pentru care au fost proiectate.

Unitãţile moderne de achiziţie a datelor au încorporate sisteme de poziţionare globalã

(GPS), care permit localizarea testului în sistem GIS, fãcând astfel posibilã constituirea unor

baze de date regionale.

3. Parametri măsuraţi şi corecţiile necesare

IRTP a propus 4 clase de precizie pentru încercarea CTP, clase care indică acurateţea

cu care se determină parametrii măsuraţi şi care au fost dinainte prevăzute în standardele

suedeze, norvegiene si olandeze. Înainte de stabilirea acestor clase, precizia era strâns legată

numai de capacitatea de măsurarea a senzorului. Clasa de precizie necesară pentru un anumit

proiect trebuie să fie aleasă ţinând cont pentru ce anume vor fi folosite rezultatele. Astfel,

pentru:

Clasele 3 şi 4: rezultatele vor fi folosite numai pentru stratificări generale şi

numai pentru evaluări ale parametrilor în pământuri tari sau dense.

Clasa 2: rezultatele pot fi folosite pentru obţinerea stratificaţiei şi a tipului de

pământ şi pot fi acceptate pentru interpretarea parametrilor pentru argile tari şi

nisipuri.

Clasa 1: rezultatele sunt folosite pentru evaluări precise ale stratificaţiei şi

tipului de pământ, precum şi pentru interpretarea parametrilor în profile care

includ pământuri moi sau afânate.

Implicaţiile stabilirii acestor clase de precizie asupra diferiţilor parametrii sunt date în

tabelul de mai jos, în care acurateţea minimă necesară este cea mai mare valoare dintre cele

două date:

Test class The parameter

measured

Alowable minimum

accurancy

Maximum length

between

measurements

1 Cone resistance

Sleeve friction

Pore pressure

Inclination

Penetrated depth

50 kPa or 3%

10 kPa or 10%

5 kPa or 2%

2°

0,1m or 1%

20 mm

12

2 Cone resistance

Sleeve friction

Pore pressure

Inclination

Penetrated depth

200 kPa or 3%

25 kPa or 10%

25 kPa or 2%

2°

0,2m or 2%

20 mm

3 Cone resistance

Sleeve friction

Pore pressure

Inclination

Penetrated depth

400 kPa or 5%

50 kPa or 15%

50 kPa or 5%

5°

0,2m or 2%

50 mm

4 Cone resistance

Sleeve friction

Penetrated depth

500 kPa or 5%

50 kPa or 20%

0,1m or 1%

100 mm

Parametrii măsuraţi în încercarea CPTU sunt:

a) Rezistenţa pe con qc

Reprezintã un efort a cãrui valoare este în strânsã legãturã cu capacitatea portantã a

terenului, ea reprezentând raportul dintre forţa axialã înregistratã Fc şi aria suprafeţei laterale

a conului Ac:

Fc = forţa axială înregistrată;

Ac = aria suprafeţei laterale a conului;

În nisipuri, de exemplu, qc depinde de unghiul efectiv de frecare interioarã (φ’),

densitatea relativã/starea de îndesare (Dr) precum şi efortul litostatic efectiv orizontal (σ’ho).

În cazul rocilor argiloase, qc este controlatã de rezistenţa la forfecare nedrenatã (su) şi efortul

efectiv de preconsolidare (σ’p).

Deşi clasele stabilite mai sus asigură faptul că se atinge un anumit grad de precizie

pentru parametrii măsuraţi, în anumite circumstanţe trebuie aplicate anumite corecţii de bază.

Campanella a demonstrat că diferite penetrometre cu con înregistrau rezultate diferite chiar

dacă erau folosite în acelaşi depozit de pământ ca urmare a presiunii din pori care solicita

nodurile penetrometrului. Acest efect poate aduce modificări substanţiale ale rezultatelor în

special în argilele moi. Un aspect important al piezoconului este acela că rezistenţa conului

poate fi corectată, ţinând cont de efectul presiunii apei din pori ce acţionează în legăturile

penetrometrului.

Relaţia de corectare este:

qt=qc+u2(1-a)

în care: qt este rezistenţa pe con corectată;

qc este rezistenţa măsurată pe con;

13

u2 este presiunea apei din pori măsurată pe umerii conului;

a este raportul ariilor afectate de presiunea apei din pori, fiind o constantă a

aparatului şi obţinându-se fie în urma procesului de calibrare a conului în laborator, fie din

datele producătorului.

În practicã sunt preferate dispozitivele având an ≥0,80 pentru cã asigurã o corecţie

minimalã. Cu toate acestea majoritatea conurilor de 10cm2 au 0,75 ≤ an≤0,82 , iar conurile de

15cm2

au 0,65 ≤an≤0,80 .

În literaturã (Lunne, et. Al., 1986, Campanell Robertson, 1988) se specificã faptul cã,

în condiţiile unor calibrãri corecte, între valorile mãsurate (qc) şi cele corectate (qt)

diferenţele pot fi de 20%÷70%.

b) Rezistenţa pe manta fs

Este efortul tangenţial determinat ca raportul dintre forţa exercitatã pe suprafaţa

lateralã a cilindrului şi suprafaţa acestuia.

în care: Fs=forţa exercitată pe suprafaţa laterală a cilindrului;

As=suprafaţa cilindrului.

Ca şi în cazul rezistenţei pe vârf, rezistenţa pe manta se corecteazã în raport cu

valorile presiunilor apei din pori mãsurate:

în care: ft = rezistenţa pe manta corectată;

fs = rezistenţa pe manta măsurată;

bn = constantã a aparaturii ce se obţine prin compresiune uniformã a conului în celula

triaxialã şi se numeşte raportul net al ariilor de pe manta;

u2 este presiunea apei din pori măsurată pe umerii conului.

Frecvent, rezistenţa pe manta este exprimatã în raport cu rezistenţa pe con corectatã

printr-un raport de fricţiune (Lunne, 2007), a cãrui valoare este corelatã cu granulozitatea

rocii:

în care: fs = rezistenţa pe manta măsurată;

qt =rezistenţa pe con corectată;

Valorile mari sunt asociate rocilor argiloase (având coeziune crescutã şi frecare

redusã), în timp ce valorile reduse sunt proprii rocilor nisipoase sau argilelor uscate. Astfel,

valori ale FR<1÷1,5% sunt specifice nisipurilor “curate” şi argilelor senzitive, iar valori în

intervalul 3÷4%<FR<10% sunt specifice argilelor şi prafurilor.

14

Fig.10 Exemplificarea diferenţelor între valorile corectate şi cele necorectate ale rezistenţei

pe vârf

c) Presiunea apei din pori u

Este presiunea dezvoltatã de apã între granulele rocii pe parcursul penetrãrii şi este

mãsuratã prin intermediul pietrelor poroase de cãtre traductori specifici care pot fi amplasaţi

în diferite poziţii.

Poziţia standard a pietrelor poroase este pe umerii conului (u2) pentru cã permite

aplicarea corecţiei rezistenţei pe vârf. În aceastã poziţie, în roci nisipoase, presiunea mãsuratã

este asemãnãtoare cu cea hidrostaticã (u2 ≈u0), în timp ce în argile, indiferent de stare lor de

consistenţã, aceasta este mult mai mare (u2>u0).

În poziţia medianã a pietrelor poroase, presiunea apei din pori (u1) este întotdeauna

pozitivã, în timp ce în poziţia u2 presiunea poate lua valori pozitive în roci nefisurate sau

negative pânã la -100kPa, în roci argiloase fisurate sau nisipuri îndesate.

Cea mai rarã poziţie a pietrelor poroase este u3.

Utilizând valorile efortului litostatic vertical total (σvo) şi ale presiunii hidrostatice

(uo) se calculeazã parametrul Bq al presiunii apei din pori astfel:

Wroth a sugerat folosirea parametrului normalizat Bq aferent presiunii apei din pori,

pentru a clasifica corect rocile traversate şi pentru a stabili rezsitenţa la forfecare în condiţii

nedrenate.

în care


u0 este presiunea hidrostatică;

qt este rezistenţa pe con corectată;

σv0 este efortul litostatic vertical total.

15

Fig.11 Exemplificare diferenţelor dintre valorile u1 şi u2

O altă corecţie ce trebuie luată în considerare este aceea ce se aplică adâncimii de

măsurare datorită deviaţiei de la verticală a conului. Cele mai multe penetrometre electrice cu

con au senzori încorporaţi care facilitează măsurarea înclinării. Aşa cum s-a observat în

tabelul de mai sus, pentru toate clasele de precizie, exceptând clasa 4, trebuie stabilită

înclinarea. Calculul se face cu formula:

în care:

z este adâncimea de penetrare în m;

l este lungimea de penetrare în m;

Ch este factorul de corecţie introdus datorită înclinării penetrometrului cu con faţă de

axa verticală, putând fi calculat astfel:

I. Pentru înclinometru cu o singură axă

în care α este unghiul măsurat între axa verticală şi axa penetrometrului, în °.

II. Pentru înclinometru cu 2 axe:

În care:

α este unghiul dintre axa verticală şi proiecţia penetrometrului pe un plan vertical, în °;

16

β este unghiul dintre axa verticală şi proiecţia penetrometrului pe un plan vertical

perpendicular pe planul de unghi α, în °.

4. Interpretarea rezultatelor şi parametri derivaţi

4.1 Stratificaţia terenului

Monitorizarea continuă a presiunii apei din pori în timpul încercării CPTU facilitează

o mai bună identificare a stratigrafiei solului. Definirea stratului de pământ se bazează pe toţi

cei trei parametrii măsuraţi.

Hight (2002) a arătat că măsurarea presiunii porilor cu filtrul în poziţia u1 în cazul

argilelor supraconsolidate a condus la o identificare stratigrafică mult mai bună decât cea

obţinută cu poziţia filtrului în u2. Presiunea apei din pori depinde deci de poziţia filtrului.

Efectuare încercării cu poziţia filtrului u1 favorizează determinarea staturilor subţiri

În nisipurile dense se înregistrează adeseori presiuni negative ale apei din pori atunci

când filtrul e în poziţia u2 datorită comportamentului de dilatare a acestor tipuri de pământuri.

Un exemplu în acest sens este prezentat în figura 12 – profil dintr-o lagună veneţiană.

Fig.12

17

Fig. 13 Relaţii empirice de interpretare litostratigrafică a rezultatelor CPTU

4.2 Tipul pământului

Odată cu introducerea posibilităţii de a măsura presiunea apei din pori, a crescut

capacitatea de a determina tipul solului. Bazându-se pe experienţa în încercările CPTU,

Robertson a dezvoltat o diagramă pentru clasificarea pămâturilor folosind parametrii

normalizaţi propuşi de Wroth.

Parametrii normalizaţi propuşi de Wroth sunt:

I. Parametrul normalizat al presiunii apei din pori

în care




σv0 este efortul litostatic vertical total.

II. Rezistenţa pe con normalizată

în care

este

III. Raportul de fricţiune normalizat

Diagramele reprezintă un sistem tridimensional de clasificare, folosindu-se toţi cei trei

parametrii măsuraţi de CPTU.

18

Fig.14 Diagrame propuse de Robertson

Pentru încercările CPT, în care parametrii măsuraţi sunt numai qc şi fs, se foloseşte

diagrama din stânga. Eroarea care rezultă din folosirea lui qc în loc de qt este mai mare pentru

argilele cu valori ale lui Qt scăzute.

În general, solurile care sunt în zonele 6 şi 7 reprezintă solurile pentru care se

consideră condiţii drenate, pe când pentru cele din zonele 1,2,3 şi 4 se consideră condiţii

nedrenate. Solurile din zonele 5,8 şi 9 pot fi considerate parţial în condiţii drenate. Un avantaj

al măsurării presiunii apei din pori în timpul penetrării conului este acela că oferă

posibilitatea de a evalua direct condiţiile de drenare.

Robertson a considerat că diagramele din fig. 8 reprezintă indicaţii generale şi pot fi

luate drept un ghid pentru definirea comportamentului pământului atunci când sunt evaluate

datele obţinute în urma CPT şi CPTU. Factori precum schimbările datorate solicitărilor in

situ, rigiditatea, mineralogia şi datele nule pot influenţa clasificarea.

Ocazional, pământurile pot fi catalogate diferit utilizând cele două diagrame; în aceste

cazuri este nevoie de o interpretare corespunzătoare a datelor pentru a putea identifica corect

tipul de pământ. De cele mai multe ori, maniera în care presiunea în exces din pori se

disipează oferă informaţii importante pentru clasificarea pământurilor.

Diagramele normalizate pot să conducă la rezultate eronate în cazul adâncimilor

reduse şi a presiunilor efective mici.

19

4.3 Evaluarea parametrilor geomecanici

Rocile sedimentare sunt materiale complexe compuse din granule de dimensiuni

variabile şi având compoziţie mineralogicã, texturã şi structurã diversã. Geneza lor poate fi

extrem devariatã, atât din punct de vedere al condiţiilor de depunere (i.e. marine, lacustre,

glaciare, reziduale, eoliene, deltaice, aluviale, fluviale, de estuar etc.), cât şi din punct de

vedere geochimic.

Factorii geologici identificaţi sunt cuantificabili în termenii unor parametri fizico-

mecanici meniţi sã explice comportamentul rocilor în termeni inginereşti.

4.3.1 Greutatea volumică

Parametrul “greutate volumicã” este extrem de utilizat în toate tipurile de calcule.

Determinarea lui se face în mod curent prin prelevarea de probe netulburate în ştuţuri

cu pereţi subţiri şi prelucrarea în laborator.

În ceea ce priveşte greutatea volumicã în stare saturatã, Mayne, P.W., 2006, bazându-

se pe un set de date complex (n=727) în care sunt reprezentate argile, prafuri, nisipuri,

pietrişuri, estimeazã ca reprezentative urmãtoarele relaţii în funcţie de Vs- viteza undelor

secundare (m/s) şi adâncimea z (m), respectiv în funcţie de frecarea lateralã fs (KPa) din

testele CPT şi densitatea scheletului mineral ρs(g/cm3) :

Fig. Evaluarea greutăţii volumice în stare saturată în funcţie de viteza undelor secundare

20

Fig.15 Evaluarea greutăţii volumice în stare saturată în funcţie de frecarea laterală obţinută

prin CPT

4.3.2 Modulul de deformaţie edometric

În urma evaluării rezultatelor obţinute în laborator şi a celor din încercarea CPT, Mayne

propune pentru exprimarea modului de deformaţie edometric o relaţie de forma:

În care:


σv0 este efortul litostatic vertical total;

α'c este un coeficient adimensional, având valori cuprinse între 1 şi 2 în cazul rocilor

aparţinând categoriei „formaţiunea acoperitoare”, iar pentru depozitele ce se încadreazã în

categoria “rocã de bazã” α'c>2 , putând ajunge şi la valori de 10÷20.

21

Fig.16 Relaţia între rezistenţa netă pe con şi modulul de deformaţie edometric

4.3.3 Unghiul de frecare interioară

Pe baza încercărilor in situ CPTU şi a prelevării de probe netulburate prin îngheţ, s-a

stabilit relaţia de mai jos pentru unghiul de frecare interioară:

în care: qt1 este rezistenţa la vârf normalizată prin relaţia Jamiolkowski:

În care:


σ'v0 este σv0-u0;

σatm este presiunea atmosferică, σatm=100KPa.

Mayne şi Campanella propun următoarea relaţie pentru roci compuse din multiple

fracţiuni granulometrice, aplicabilă pentru 0,1<Bq<1 şi 20°<φ'<45°.

22


σ'v0 este σv0-u0;


u0 este presiunea hidrostatică.

4.3.4 Rezistenţa la forfecare nedrenată

Rezistenţa la forfecare în condiţii nedrenate determinată in situ (su) depinde de modul

în care se face cedarea, de anizotropia solului, de starea de tensiuni din terenul investigat.

Valoarea su utilizată în analize depinde deci de situaţia de calcul. De aceea este foarte

important ca să se specifice la ce rezistenţă de forfecare se face referire atunci când se

utilizează CPT/CPTU; de exemplu, su corespunzător aceleia măsurate în urma încercării

triaxiale de tip consolidat nedrenat.

Există o mulţime de informaţii în literatura de specialitate în legătură cu interpretarea

rezistenţei la forfecare a argilelor pe baza rezultatelor obţinute în urma încercărilor CPT sau

CPTU. Există 2 metode mari de interpretare, una bazată pe soluţii teoretice şi alta bazată pe

relaţii empirice.

Toate teoriile se bazează pe o relaţie între rezistenţa de penetrare a conului şi

rezistenţa de forfecare su de forma:

qc=Nc*su+σ0

în care Nc este un factor teoretic şi σ0 este presiunea totală in situ.

Din moment ce penetrarea conului este un fenomen complex, toate soluţiile teoretice

adoptă câteva ipoteze simplificatoare în legătură cu comportamentul pământului, mecanismul

de cedare sau condiţiile la limită. Soluţiile teoretice trebuie să fie verificate de teste de

laborator. Soluţiile empirice sunt în general preferate, deşi soluţiile teoretice ajută la

înţelegerea rezultatelor obţinute empiric.

Relaţiile empirice pentru interpretarea rezistenţei la forfecare su obţinută în urma

încercării CPT/CPTU pot fi grupate în 3 mari categorii:

1. su estimat folosind rezistenţa pe con corectată;

2. su estimat folosind rezistenţa efectivă a conului;

3. su estimat folosind presiunea în exces a apei din pori.

1. su estimat folosind rezistenţa pe con corectată;

În care: qt este rezistenţa pe con corectată;

23


Nkt este un factor adimensional, un număr mare de studii arătând că valoarea

acestuia se situează între 10 şi 20.

Cu cât proba de pământ este mai nederanjată, cu atât rezistenţa de forfecare în condiţii

nedrenate va fi mai mare.

Figura de mai jos arată relaţia dintre Nkt şi Bq în care Nkt variază între 6 şi 15 şi creşte

odată cu scăderea factorului de supraconsolidare.

2. su estimat folosind rezistenţa măsurată pe con;

Senneset a propus folosirea rezistenţei măsurate a conului pentru determinare

rezistenţei la forfecare cu relaţia:

în care:

qe este definit ca fiind diferenţa dintre rezistenţa măsurată a conului şi presiunea apei

din pori măsurată pe umerii conului;

Nke este un factor adimensional; Senneset indică o valoare pentru Nke de 9±3, Lunne

arătând că Nke variază între 1 şi 13 şi că există o relaţie între Nke şi raportul presiunii din pori

Bq.

3. su estimat folosind presiunea în exces a apei din pori;

Folosind abordări teoretice, s-a ajuns la un număr de relaţii pentru definirea presiunii

în exces a apei din pori Δu şi implicit a rezistenţei la forfecare su:

24

În care: u2 este presiunea apei din pori măsurată pe umerii conului;

u0 este presiunea hidrostatică.

NΔu factor adimensional care variază între 2 şi 20.

Folosirea relaţilor empirice este considerată cea mai buna procedură pentru

interpretarea rezistenţei la forfecare su în urma încercărilor CPT/CPTU.

Bazându-ne pe cele prezentate, pentru evaluarea rezistenţei la forfecare su pentru pământuri

coezive fine în urma încercărilor CPT/CPTU trebuie avute în vedere următoarele:

1. Pentru depozite de pămînturi, care nu au mai fost investigate şi despre care se cunosc

puţine date, se estimează su folosind rezistenţa corectată a conului qt şi factorul Nkt

care variază între 15 şi 20. Pentru o estimare mai bună se selectează o valoare mai

apropiată de limita superioară. Pentru valori mici şi medii ale factorului de

supraconsolidare pentru argile, Nkt poate fi minim 10. În argile foarte moi, atunci când

pot exista incertitudini în legătură cu precizia lui qt, rezistenţa la forfecare su se

măsoară din presiunea în exces a apei din pori Δu2 folosind NΔu care variază între 7 şi

10. Atunci când se foloseşte abordarea cu Nke pentru argile moi, pentru o mai bună

estimarea a rezistenţei la forfecare su trebuie selectată o valoare apropiată de valoarea

maximă.

2. Dacă există informaţii din investigaţii anterioare pentru depozitul de pământ, valorile

menţionate mai sus trebuie ajustate astfel încât ele să reflecte experienţa anterioară.

3. Pentru proiecte mari, atunci când există un volum mare de informaţii obţinute atît din

investigaţiile de teren, cât şi din testele de laborator, trebuie dezvoltate relaţii specifice

pentru valorile su.

Powell a arătat că folosirea relaţiilor de mai sus poate oferi rezultate remarcabil de precise.

4.3.5 Efortul de preconsolidare

Efortul efectiv de preconsolidare este un parametru determinat în principal de vârsta

formaţiunii geologice. Consolidarea sedimentelor, exondarea sau eroziunea, precum şi

fluctuaţiile nivelului regional al apelor subterane sunt doar câteva din procesele geologice ce

determinã efortul efectiv de preconsolidare. Acesta la rândul sãu influenţeazã semnificativ

rezistenţa la forfecare, compresibilitatea, dar şi starea de eforturi litostaticã (efortul litostatic

orizontal) sau variaţia presiunii apei din pori sub acţiunea solicitãrilor.

În ultimii 20 de ani, au fost propuse un număr de relaţii între parametrii derivaţi din

încercarea cu piezoconul şi presiunea de preconsolidare p'c sau raportul de supraconsolidare

OCR, bazându-se pe consideraţii teoretice sau corelări empirice. Tabelul de mai jos prezintă

sumar relaţiile la care se face cel mai des referire.

25

Fig. 17

Chen şi Mayne au studiat o bază de date conţinând rezultatele obţinute în urma

testelor CPTU din 205 locaţii cu pământuri argiloase din toată lumea, descoperind că folosind

relaţiile 4, 5 şi 6 pentru p'c au rezultat coeficienţi de determinare (r2) mai mari decât în cazul

relaţiilor pentru OCR. Relaţiile medii descoperite de Chen şi Mayne sunt:

în care: u2 este presiunea apei din pori măsurată pe umerii conului;




r este coeficientul de determinare.

Leroueil a preferat şi el relaţionarea la p'c şi a propus k2=0.28 pentru argilele din estul

Canadei. Mesri, care a evaluat relaţia luând în considerare argile moi şi nămoluri, a ajuns la

aceeaşi relaţie ca şi Leroueil, argumentând că pentru argile moi şi nămoluri k2=0.24.

În figura de mai jos sunt prezentaţi parametrii CPTU în corelaţie cu p'c rezultat din

încercările edometrice efectuate pe probe de înaltă calitate din Norvegia şi Marea Britanie.

Se poate observa că valorile extreme din siturile de investigare sunt foarte

asemănătoare cu valorile medii descoperite de Chen şi Mayne. Pentru argilele moi

asemănătoare celor din terenurile investigate relaţiile indicate în fig. 10 pot fi folosite pentru

a delimita domeniul de valori pentru presiunea de preconsolidare p'c. Recomandat este să se

folosească toate cele trei relaţii.

Trebuie menţionat că pentru argile supraconsolidate la care există o tendinţă către

valori negative pentru Δu2, relaţiile care utilizează acest parametru nu pot fi folosite.

Comparând direct relaţiile 2&5 şi 3&6 se observă că acestea sunt compatibile,

singura diferenţă fiind aceea că în relaţiile 2&3 este inclus şi parametrul σ'v0. Aşadar, nu este

surprinzător că factorul k2 de mai sus este foarte asemănător cu constanta 0,3 oferită de Lunne

pentru ecuaţia 2 ca şi valoare de început pentru factorul de supraconsolidare OCR, dar cu

menţiunea că se vor folosi valori mai mari pentru argile supraconsolidate de mult timp.

O alternativă de care este adesea folosită este aceea a folosirii parametrului de

diferenţiere a presiunii apei din pori (PPD) propusă de Sully în care PPD=(u1-u2)/u0. Sully a

26

arătat că pentru argile cu factorul de consolidare OCR mai mic de 6 există o relaţie puternică

între acesta şi PPD, în timp ce pentru un factor de consolidare mai ridicat această relaţie nu

este valabilă. Figura 11 ilustrează acest lucru.

27

Fig.18 Relaţii între parametrii CPTU şi p'c

28

4.3.5 Raportul de supraconsolidare

Utilizând rezulate ale încercărilor CPTU pe argile, Mayne propune o relaţie pentru

evaluarea raportului de supraconsolidare (OCR):

În care: u2 este presiunea apei din pori măsurată pe umerii conului



Mc=6sinφ'/(3-sin φ'), φ' este unghiul efectiv de frecare interioară;

Λ ≈1-Cs/Cc , Cs şi Cc fiind determinaţi pe baza compresiunii în edometru.

Pentru nisipuri ecuaţia devine:

5. Normative

În prezent, în România, utilizarea acestei încercări se face în acord cu standardul

european EN ISO 22476-12:2009 “Investigare şi încercări geotehnice. Încercări de teren.

Partea 12: Încercare mecanică de penetrare statică cu con (CPTM)” dar care nu substituie

normativul C159-89 ce legifera utilizarea aparaturilor vechi cu con mecanic.

6. Concluzii

CPTU este din ce în ce mai folosit pentru definirea parametrilor derivaţi necesari în

proiectarea geotehnică fiind astfel important ca interpretarea rezultatelor să se facă corect.

IRTP menţionează cerinţele în ceea ce priveşte echipamentul şi procedura corespunzătoare

fiecărei clase de precizie. Atunci când încercarea CPTU este folosită pentru determinarea

parametrilor derivaţi pentru argile moi trebuie considerată cea mai strictă clasă de precizie. O

altă cerinţă ar fi aceea de a măsura şi înclinarea straturilor (pe lânga rezistenţa la penetrarea

pe con, fricţiunea pe manşon şi presiunea apei din pori).

Există metode specifice pentru CPTU în cazul argilelor moi pentru determinarea

stratigrafiei, a tipului de pământ sau a altor parametrii precum rezistenţa la forfecare în

condiţii nedrenate sau coeficientul de consolidare.

Dezvoltarea continuă a bazei de date în ceea ce priveşte rezultatele obţinute cu CPTU

creează premisele îmbunătăţirii setului de relaţii prezentate.

29

Încercarea SPT. Corelaţia între încercarea de penetrare standard şi

presiometru 1. Introducere

1.1 Încercarea dinamică standard

1.1.1 Chestiuni generale

Penetrarea standard în foraj (SPT) este una din cele mai utilizate metode de investigaţie

geotehnică datorită simplităţii si costurilor reduse.

SPT este un test simplu, aplicabil tuturor rocilor sedimentare neconsolidate cu excepţia

pietrişurilor mari şi a bolovãnişurilor. Este recomandat pentru investigaţii geotehnice de

suprafaţã (<40m), de unde se pot preleva şi probe în tubul carotier.

Variabilitatea rezultatelor depinde de tipul de aparaturã folosit şi de procedura de utilizare.

1.1.2 Principiul metodei

Procedura de lucru constã în lovirea repetatã (15÷30 bãtãi/minut) a tubulaturii (fig.1.2.,

foto 1.1.) cu un ciocan de 63,5kg, de la o înãlţime de 760mm, astfel încât sã se asigure o

pãtrundere a acesteia fãrã întreruperi, pe o adâncime totalã de 450mm realizatã în 3 marşuri a

150mm (fig.1.1).

Pentru fiecare marş de 150mm este înregistrat numãrul de bãtãi necesar pãtrunderii

tubului carotier. Primul marş este destinat fixãrii tubulaturii în stratul care este testat, iar suma

bãtãilor înregistrate la marşurile doi şi trei reprezintã “rezistenţã SPT” ce se noteazã

N/300mm sau NSPT. În anumite situaţii se poate efectua un al patrulea marş, însã valorile

obţinute nu sunt luate în calcul, ele fiind puternic influenţate de frecarea lateralã a tubulaturii.

Pentru execuţia încercãrii SPT, se întrerupe procesul de forare, se curãţã gaura de

foraj, se verificã şi mãsoarã adâncimea tãlpii forajului precum şi nivelul apei subterane.

Pentru o geostructurã uniformã din punct de vedere litologic, intervalul de execuţie al SPT

30

este de 0,75m pânã la adâncimea de 3,00m, respectiv 1,50m÷2,00m sub aceastã

adâncime.(fig. 1.1)

Deoarece încercãrile SPT depind de tipul şi starea echipamentului, precum şi de operator,

acest test este considerat irepetabil. Factorii care influenţeazã aceastã încercare pot fi

31

clasificaţi astfel:

32

1.1.3 Aparatura utilizată

Se pot utiliza o serie de aparaturi pentru lucrările de investigare a terenurilor,dintre care

se amintesc cele puse la dispoziţie de firma GEOTOOL, Germania:

LMSR - platformă dinamică de foraj- pentru terenuri uşoare,medii şi grele de forare, în

conformitate cu DIN 4094. Aparatul este disponibil în patru versiuni:

LMSR-Vk- cu motor în patru timpi şi tub de forare pliabil

LMSR-Ek- cu motor electric

LMSR-Hk- cu motor hidraulic folosit în zonele cu riscuri

SPT-V75k- versiunea SPT

Platforma poate fi transportată manual,având roţi pneumatice.La locul încercării,tija

aparatului se asează în poziţie verticală folosind o nivelă cu bulă de aer.Se pot adapta diferite

sisteme de tije, în conformitate cu normativele în vigoare.

33

Platforma SPT în timpul transportului.

Aparatul LMSR-SPT/Vk pentru încercarea SPT.

Acest utilaj funcţionează cu un motor cu combustie internă în 4 timpi, care transmite

energia printr-un sistem centrifugal la lanţul de ridicare a greutăţii.Loviturile au o frecvenţă

de 15 până la 25 lovituri/minut.Tija rabatabilă oferă avantaje în vederea transportului.

Date tehnice:

Greutate: 135 kg

Înălţime totală: 2.600 mm

Laţime: 780 mm

Lungime: 785 mm

Înălţime de lucru: 1200 mm

Ajustarea verticalităţii: -unghi lateral: +/- 10 grade

-unghi frontal: +/- 10 grade

Greutatea ciocanului:

-greutatea de bază: 10kg, pana 63.5 kg

Citirea rezultatelor se face prin echipamente electronice,care citesc numărul de

lovituri şi rata de penetrare pentru fiecare lovitură aplicată.

Sistemul este compus din 3 mari părţi:

1. Senzori

2. Cutie de conexiune (LittleBox)

3. Unitate de control (BigBox)

34

Unitatea BIGBOX cu cablul de citire a datelor.

Cablul de conexiune îintre BigBox si LittleBox.

35

1.2. Încercarea presiometrică

1.2.1 Generalitati

Presiometrul măsoară în situ deformaţiile laterale caracteristice pentru diferite adâncimi.

În 1930 Kogler a dezvoltat ideea instalării de echipamente la anumite adâncimi şi să măsoare

proprietăţile deformaţiilor (Kogler 1933). Totuşi au apărut dificultăţi în folosirea şi

interpretarea rezultatelor echipamentelor dezvoltate de Kogler.Mai târziu ,echipamentele au

fost îmbunătăţite de Menard (1957),numindu-se Presiometrul Menard.

1.2.2. Principiul metodei În variantele constructive moderne, presiometrul constã într-o monocelulã care transmite

terenului presiunea printr-un sistem cu piston. Aparatura standardizatã este prevãzutã cu o

celulã de presiune de 35mm pânã la 73mm diametru (d) şi o lungime (L) variabilã, raportul

L/d înscriindu-se în limitele 4÷6. În prezent sunt folosite patru variante constructive ale

presiometrului:

Tip 1. presiometru Menard, abreviat MPMT, este folosit în gãuri de foraj preexistente, a

cãror geometrie a fost nivelatã prin manevre atente cu ştuţuri cu pereţi subţiri (Shelby).

Procedura de lucru este prezentatã schematic în figura 5.1

Analiza si interpretarea testelor presiometrice au cunoscut un avans in paralel cu

evolutia echipamentelor folosite si astfel presiometrele au inceput sa fie folosite mai des.

Presiometrul presupune 2 parti: unittatea de citire exterioara si proba care este inserata in

foraj. Sonda consta in 3 celule independente: o celula de masurare si doua celule de siguranta.

Odata ce gaseste la adancimea dorita, celulele de siguranta sunt umflate iar celula de

masurare este presurizata cu ajutorul apei, care exercita o presiune in peretii forajului. Pe

masura ce creste presiunea din celula, peretii forajului se deformeaza. Presiunea din celula de

masurare se pastreaza constanta pentru aproximativ 60 de secunde, iar cresterea in volum

presupune mentinerea constanta apresiunii inregistrate.

Încercarea presiometrică nu este un test usor de realizat din cauza presiunilor mari şi a

calibrării implicate. O curbă caracteristică este dată in figua 1.3. Volumul iniţial este

reprezentat in punctul A, de unde presiunea are o crestere liniară în raport cu tensiunea.

Aceasta va continua până când pământul adiacent probei ajunge în punctul B. Presiunea

limită corespunzătoare punctului C se defineşte ca presiunea necesară pentru a dubla

volumul iniţial al cavităţii şi reprezintă rigiditatea pământului. Fig.1.3

36

37

2. Exprimarea rezultatelor

2.1. Rezultate pentru încercarea de penetrare standard (SPT)

Valoarea NSPT reprezintã numãrul de lovituri necesare pãtrunderii tubulaturii pe o

adâncime de 300mm.

Mãsurãtorile efectuate în cazul acestor încercãri trebuie sã respecte câteva reguli elementare:

1. NSPT este totdeauna un numãr întreg;

2. un test se încheie şi se noteazã “refuz” dacã se înregistreazã 50 de lovituri pe

25mm;

3. dacã N<1 atunci înregistrarea se va nota “pãtrundere sub greutatea

tubulaturii”.

Eficienţa sistemului se obţine comparând energia cineticã KE=1/2mv2

cu energia potenţialã PE=mgh, iar raportul energetic se defineşte ca KE/PEx100[%].

În practica internaţionalã se utilizeazã frecvent valorile NSPT corectate la un raport

energetic de 60% ce se noteazã N60. Trecerea de la NSPT la N60 se face aplicând o serie de

corecţii valorilor înregistrate pe teren.

în care CE este corecţia de energie, CB corecţia de diametru al gãurii de foraj, CS

corecţia de tub carotier, CR corecţia de lungime. Intervalele de variaţie a factorilor de

corecţie sunt prezentate în tabelul

2.1. Rezultate pentru încercarea presiometrică

Pe baza presiunilor caracteristice precum şi a diagramelor presiune/volum sau

presiune/deformaţie a cavitãţii se pot calcula urmãtorii parametri specifici testului: ⇒

modulul de deformaţie presiometricã, echivalent al modulului Young, care se noteazã EPMT;

se obţine din zona elasticã a curbei efort-deformaţie înregistratã în primul ciclu de încãrcare.

38

Frecvent se procedeazã la descãrcarea şi reîncãrcarea sondei în vederea atenuãrii

deranjamentelor produse pe durata instalãrii, caz în care EPMT va avea o valoare mai mare.

Modulul de deformaţie presiometricã se calculeazã cu formula:

unde V0 reprezintă volumul probei, VA volumul corespunzător presiunii în punctul A,

iar VB reprezintă volumul corespunzător PB. Coeficientul 2.66 se bazează pe premisa că

coeficientul lui Poisson pentru pământuri este 0.33. Ar trebui reamintit faptul că în timpul

operațiunilor de forare conduce la scăderi ale valorilor măsurate ale modulului de testare

presiometrică.

3.Corelaţii între SPT şi metoda presiomterică

3.1 Generalităţi

Interdependenţa dintre mai multe teste de teren au fost dezvoltate separat din surse

individuale (Kulhawy si Mayne 1990; Akca 2003; Hasancebi si Ulusay 2007;Isik et al.

(2008a)). Totuşi,un număr limitat de studii au investigat corelaţii între SPT şi rezultatele

presiometrice. La fel cum a evidenţiat Mair şi Wood în 1987, în orice comparare a modulelor

obţinute din teste presiometrice şi testele de laborator, trebuie să se ţină seama de diferitele

moduri de deformare. Modulul de forfecare măsurat cu ajutorul presiometrului se referă la

forfecare în plan orizontal, în timp ce în testele de laborator se face referinţă la forfecarea în

plan vertical. În orice caz, efectul acestor diferenţe poate fi considerat mic în comparaţie cu

alţi factori care influenţeaza estimarea modulului. Acest argument este valabil şi la utilizarea

corelațiilor între presiometru și SPT, care măsoara proprietățile pământului într-o direcție

verticală.

O foarte cunoscută corelaţie între modulul presiometric şi numărul de lovituri SPT

39

aparţine lui Ohya et al. (1982) pentru soluri argiloase.Chiang şi Ho (1980) au studiat corelaţia

între N , EPMT şi pL în granit erodat în Hong Kong, găsind o relaţie liniară între acestea. Un

studiu recent condus de Yagiz în 2008, căutându-se relaţii între N , EPMT şi pL folosind date

din studiile furnizate de Denizli, Turcia.

Rezultatele lor s-au bazat pe 15 citiri efectuate în nisipuri mişcătoare şi argile pământoase

(1.5-2m). Ei au descoperit o relaţie liniară dintre N corectat din SPT şi EPMT şi pL . Gonin în

1992, de asemenea a corelat rezultatele din SPT cu datele presiometrice pentru 9 terenuri

diferite din Franţa. Studiile lor au generat diferite corelaţii pentru diferite tipuri de terenuri

studiate.

3.2 Studiu de caz: Istanbul, Turcia

Datele folosite în acest studiu au fost obţinute prin 38 de foraje efectuate într-un

program de investigare a unui teren în Istanbul.

Pe o grosime de 20-50 m se găseşte pământ calcaros, argile marnoase argile pământoase şi

nămoluri argiloase, în straturi de diferite grosimi.

Valorile obţinute din SPT şi încercarea presiometrică la aceeaşi adâncime de pământ au fost

folosite pentru analiza,aceasta realizandu-se separat pentru 54 de foraje in pămînturi

nisipoase şi 128 de foraje în pământuri argiloase.

3.2.1 Date obţinute prin încercarea SPT pentru pământuri nisipoase

Încercarea SPT este realizată în conformitate cu ASTM(1999). În acest studiu, numărul

de lovituri pentru SPT au fost convertite în conformitate cu literatura de specialitate la N60

.Ciocanul folosit oferă aproximativ 45% din energia de cădere liberă pe tijă, şi de aici,corecţia

de energie cu 60% a energiei de cădere liberă a ciocanului este 0.75.

40

În figura 2a se prezintă variaţia măsurătorilor din SPT, odată cu adâncimea, iar în

figura 2b o histograma a datelor din SPT, folosite pentru studiul corelatiei. Numarul de

lovituri pentru SPT au variat între 20 şi 94, cu o medie de 59, avand o abatere standard de 21.

Graficul ne arată cresterea valorii lui N pe masura ce creşte adâncimea. Potrivit

încercării SPT, solurile nisipoase variază de la medii ,la dense şi foarte dense(Bowles 1997).

41

3.2.2 Date obţinute prin încercarea SPT pentru pământuri argiloase

Variaţia valorilor lui N în funcţie de adâncime ( limitele superioare şi inferioare ) sunt

prezentate în figura 5 . Se înregistrează o tendinţă a creşterii numărului de lovituri SPT odată

cu adâncimea, iar cele mai multe valori se situează între 20 şi 70, cu o medie de 46 şi o

abatere standard de 22. Pentru un număr de 9 încercări realizate cu metoda presiometrului s-

au inregistrat date eronate.

Valorile rezultate în urma încercării de tip SPT au clasificat pământurile argiloase , în

funcţie de consistenţa lor în pământuri de consistenţă plastic consistent, plastic vârtos şi tare .

42

3.2.3 Date obţinute prin încercarea presiometrică pentru pământuri nisipoase

Figura 3 conţine variaţia şi histograma valorilor modulului presiometric EPMT.. Valorile

măsurătorilor pentru EPMT variază între 12 şi 47 Mpa, având o medie de 24.5 Mpa şi o

abatere standard de 8.3 Mpa. Deşi măsuratorile arată o creştere a valorilor modulului

presiometric odata cu adâncimea, rata de creştere nu poate fi foarte clar definită prin alţi

factori cum ar fi prezenţa apei subterane, dimensiunile particulelor sau condiţii mineralogice.

43

În figura 4 se prezintă variaţia şi distribuţia presiunii limită pL . Ar trebui accentuat

faptul că valoarea maximă ce poate fi măsurată cu ajutorul presiometrului folosit a fost de 3

Mpa. Valoarea medie a presiunii limită a fost 2.3 Mpa şi a avut o abatere standard de

0.5MPa. Toate datele prelevate au avut valori mai mari de 1MPa , chiar şi pentru cele mai

mici adâncimi. S-a inregistrat o creştere a valorii presiunii limită odata cu adâncimea.

44

În figura 6 este reprezentată variaţia modulului presiometric în funcţie de adâncime.

Exista o limită inferioară şi una superioară a modulului presiometric însa nu s-a putut

evidenţia o linie de regresie unică. Valorile modulului variază între 5 şi 44MPa, şi aşa cum se

observă în figura 6b valorile medii se situează între 16 şi 25MPa. Media şi abaterea standard

avea valori cuprinse între 19.8 si 7.9MPa.

45

După cum se observă în figura 7, valorile presiunii limită are tendinţa de a creşte odată

cu adâncimea, având o limită inferioară foarte bine evidenţiată şi una superioară mai puţin

clară. Valorile presiuni limită se situează între 0.5 şi 3MPa. Histograma evidenţiază că

majoritatea valorilor se situează între 1.6 şi 2.5MPa.Media valorilor este 1.9MPa cu o

deviaţie standard de 0.6 Mpa.

46

47

4. Corelaţii

4.1 Corelaţii pentru pământurile nisipoase

Relaţia între N60-EPMT pentru pământurile nisipoase

În fig. 8 se prezintă grafic relaţia dintre N60 şi EPMT. Se observă relaţia liniară

logaritm-logaritm între cei doi parametrii, excepţie făcând cele două puncte care au fost şi

excluse din analiză.

Relaţia între parametrii N60 şi EPMT exprimată de ecuaţia 2 are o valoarea R

2 foarte mare de

0,82, ceea ce înseamnă că s-a obţinut o legătură foarte bună între cei doi parametrii.

Relaţia între N60-PL pentru pământurile nisipoase

Relaţia între valorile parametrului N60 şi cele ale presiunii limită PL este arătată în fig. 9

şi ecuaţia empirică obţinută este exprimată de ecuaţia 3.

48

Relaţia între PL-EPMT pentru pământurile nisipoase Relaţia întrea PL şi EPMT este arătată în figura 10 şi exprimată de ecuaţia 4. Dacă

creşterea volumetrică la sfârşitul testului este mai mică decât dublul volumului cavităţii,

trebuie să se extrapoleze pentru a obţine presiunea limită. Pentru aceste cazuri, în care

presiunea limită nu poate fi măsurată direct, ecuaţia poate fi folosită doar pentru estimări şi

eventuale verificări ale rezultatelor.

49

Folosirea raportului EPMT/PL pentru definirea stării de îndesare a pământurilor nisipoase

Raportul EPMT/pL este o caracteristică a solului examinat. Pentru încercări

presiometrice în foraje, Baguelin (1982) a arătat că raportul EPMT/pL între 7 şi 10 defineşte

nisipurile de densitate medie şi cel între 4 şi 7 nisipurile afânate. Clarke (1995) afirmă că din

cauza variabilităţii celulei dilatometrului, s-ar putea ca aceste clasificări să nu fie bune în

cazul măsurătorilor presiometrice în foraje, care au fost şi cele folosite în acest caz. În acest

context, raportul EPMT/pL a fost examinat pentru a vedea dacă poate fi folosit pentru

descrierea stării de îndesare a pământului. Trebuie reamintit că din rezultatele SPT pământul

nisipos a fost clasificat ca fiind în stare de îndesare medie,îndesat sau foarte îndesat.

Fig. 11 arată variaţia raportului EPMT/pL în funcţie de valorile N60 obţinute pentru

pământurile nisipoase. Se fac următoarele observaţii:

Valorile raportului au variat între 7 şi 15.

A existat o tendinţă ca raportul să crească odată cu creşterea loviturilor SPT; cu toate

acestea, datorită împrăştierii rezultatelor nu este posibilă definirea unei relaţii.

Nici unul dintre raporturi nu a fost mai mic de 7, ceea ce înseamnă că nu s-au

identificat pământuri foarte afânate spre afînate conform clasificării lui Baguelin.

Majoritatea raporturilor între 7 şi 11 corespund unui număr de lovituri între 15 şi 50,

indicând pământuri granulare medii spre dense. Valori ale raportului mai mari de 10

50

au rezultat pentru N60>50, care corespund pământurilor foarte dense. Aceste două

observaţii au fost în acord cu clasificarea propusă de Baguelin.

În concluzie clasificarea oferită de Baguelin pentru măsurători presiometrice în foraje

în cazul de faţă (pentru pământuri nisipoase) este validă.

Corelaţii pentru pământurile argiloase

Relaţia între N60-EPMT pentru pământurile argiloase

Relaţia între N60 şi EPMT este prezentată în figura 12. La fel ca în cazul pământurilor

nisipoase, relaţia între cei doi parametri este liniară logaritm-logaritm, fiind exprimată de

ecuaţia 5.

Relaţia între N60-PL pentru pământurile argiloase

Relaţia între N60 şi presiunea limită pL este arătată în fig. 13 şi definită de ecuaţia 6

51

Starea de tensiuni din teren pentru pământurile fine (cu consolidare normală sau

supraconsolidate) afectează rezultatele încercării SPT şi limitează valoarea presiunilor în

diferite moduri. În timpul încercării presiometrice, presiunile aplicate pot conduce la

închiderea fisurilor în cazul argilelor supraconsolidate, în funcţie de orientarea fisurilor, astfel

încât s-ar putea să fie nevoie de exercitarea unei presiuni mai mari pentru a atinge valori

limită ale presiunii. Pe de altă parte, fisurile din argilele supraconsolidate ar putea rezulta din

comportamentul pământului în timpul testării SPT. Clarke (1995) a precizat că

discontinuităţile în argilele fisurate pot produce variaţii datorită efectelor de discontinuitate

din timpul încercării SPT. Aceste diferenţe au condus probabil la valori de corelare mai mici

pentru pământurile argiloase.

Relaţia între PL-EPMT pentru pământurile argiloase

Figura 14 arată relaţia dintre EPMT şi pL, exprimată şi de ecuaţia 7. Valoarea R2

de 0.85 este

una foarte mare.

52

Folosirea raportului EPMT/PL pentru definirea consistenţei pământurilor argiloase

Pentru valori ale raportului EPMT/pL între 10 şi 20 Clarke (1995) a clasificat argilele ca

fiind tari şi foarte tari şi pentru valori între 8 şi 10 moale spre consistentă. Figura 15 arată

variaţiile raportului EPMT/pL în funcţie de valorile N60. Valorile raportului au variat între 7 şi

19, cele mai multe fiind între 7 şi 12, indiferent de numărul loviturilor SPT. Fenomenul de

împrăştiere a rezultatelor a fost accentuat şi ca atare nu se poate concluziona că raporturile ar

putea fi folosite pentru determinarea consistenţei pământurilor argiloase.

53

Concluzii

Ecuaţiile obţinute în urma acestui studiu sunt evidenţiate în tabelul 3

În figura 17 se compară valorile lui EPMT calculat şi valorile lui EPMT măsurat cu

cele obţinute din ecuaţia 2 a acestui studiu şi cu formula lui Chiang&Ho (1980). Se poate

observa că valorile obţinute cu formula lui Chiang&Ho se situează deasupra datelor obţinute

în urma acestui studiu, ceea ce nu este surprinzător având în vedere că formula lui

Chiang&Ho a fost obţinută pentru granite erodate. Graficul arată clar că nu există o relaţie

unică între rezultatele obţinute prin încercarea SPT şi cea presiometrică, corelările putând fi

făcute numai pentru aceleaşi tipuri de pământuri. Trebuie avut în vedere că dezvoltarea unor

nivele diferite de energie pentru penetrarea standard poate conduce la ecuaţii diferite (Bozbey

şi Togrol, 2008).

54

Problemele majore pentru determinarea parametrilor solului apar datorită factorilor

precum gradul de împrăştiere a rezultatelor, condiţiile de drenare, nivelul de tensiuni produs

în timpul testării în situ, varietatea de tipuri de pământuri, echipamentul cu care se face

forarea precum şi condiţiile în care se face încercare. În acest context, relaţiile între

parametrii pot ajuta la evaluarea, compararea, interpretare, verificarea parametrilor

pământului obţinuţi în urma încercărilor de teren.

Acest studiu are ca obiect compararea rezultatelor obţinute în urma penetrăii standard cu cele

obţinute din încercarea presiometrică, în urma unui program de investigare a pământurilor

realizat în Istanbul, Turcia. Au fost propuse ecuaţii empirice între N, EPMT şi pL. Corelările

au fost obţinute pentru pământuri nisipoase şi argiloase, obţinându-se valori mari R2. S-a

încercat şi obţinerea unei relaţii între valorile presiunii limită şi valorile rezistenţei la

forfecare în condiţii nedrenate.

Se precizează faptul ca ecuaţiile obţinute sunt valide numai pentru pământuri similare celor

studiate şi pentru valori similare ale N, EPMT şi pL.

55

Penetrarea dinamică pe con

1. Generalităţi.

Penetrarea dinamicã pe con este una din cele mai des utilizate metode de investigaţie

geotehnicã a terenului de fundare, datoritã simplitãţii metodologiei de lucru şi robusteţii

aparaturii utilizate.

Spre deosebire de penetrarea dinamicã standard (unde era folosit un tub carotier care

avea funcţia de penetrare şi prelevare de probe), în încercarea de penetrare dinamicã se

utilizeazã conuri cu diverse caracteristici constructive (unghi la vârf de 60 grade în zona

Americii, Australiei şi Africii, 90 grade în spaţiul european), nefiind posibilã prelevarea de

probe.

Indiferent de tipul aparaturii, încercarea constã în introducerea în teren, prin batere, a

unei tubulaturi prevãzutã cu con, înregistrându-se numãrul necesar de lovituri pentru

pãtrunderea acesteia (în condiţii standardizate) pe echidistanţe de 10 sau 20cm. În România

încercarea a fost standardizatã în secolul trecut prin normativul C159-73, 89 şi, mai recent, de

norma europeanã EN ISO 22476-2:2006, “Cercetări şi încercări geotehnice. Încercări pe

teren. Partea 2: Încercare de penetrare dinamică.”

În prezent sunt utilizate mai multe tipuri constructive de aparaturi care diferã în

principal prin masa berbecului cu ajutorul cãruia se aplicã loviturile. Conform normativului

sus-numit sunt utilizate urmãtoarele aparaturi, respectiv proceduri de lucru:

⇒ penetrare dinamicã uşoarã (DPL, abreviat în românã PDU), care foloseşte masa cea mai

micã a berbecului;

⇒ penetrare dinamicã medie (DPM, abreviat în românã PDM), utilizând o masã medie;

⇒ penetrare dinamicã grea (DPH, sau PDG în româneşte), folosind o masã mare;

⇒ penetrare dinamicã foarte grea (DPSH-A,B, sau PDSG), folosind cele mai mari mase

disponibile.

PDU poate fi folosit pentru cercetarea terenului pe adâncimi reduse de 6…8 m, în

pământuri nisipoase afânate și de îndesare medie, sărace în fragmente mari. În pământuri

argiloase de consistență redusă adâncimea de investigare este limitată la 4…5 m.

La pământuri rezistente și când adâncimea de cercetare depășește valorile limită ale

PDU se utilizează penetrometrele mijlocii și grele. În mod frecvent cu PDM se ating

adâncimi de 8…15 m, iar cu PDG, 15…20 m.

. Rezultatele pot fi utilizate pentru determinarea preliminarã a stratificaţiei

geostructurilor predominant necoezive, controlul calitãţii lucrãrilor de umpluturã sau pentru

evaluarea diferitelor proprietãţi fizico-mecanice ale depozitelor pe baza unor corelaţii

specifice.

56

2. Principiul metodei, aparatură

Echipamentul încercãrilor de penetrare dinamicã pe con cuprinde urmãtoarele pãrţi

componente:

- dispozitivul de batere constând în berbec de diverse dimensiuni şi mase, care culiseazã cât

mai uşor pe o tijã ce conţine un dispozitiv de declanşare manualã sau automatã a cãderii;

- mecanismul de declanșare automată a căderii berbecului trebuie să asigure o înalțime de

cădere liberă constantă, după ce berbecul a fost eliberat cu o viteză inițială nulă și să nu

inducă mișcări parazite în tijele de batere;

- nicovala (sau capul de batere) ce limiteazã cãderea berbecului, aceasta trebuie să fie din

oțel de înaltă rezistență. Un amortizor sau o pernă poate fi amplasată între berbec și nicovală;

- conul metalic care are un unghi la vârf de 90 grade şi se prelungeşte cu o parte cilindricã ce

se racordeazã la tijele de batere (fig.1.); existã douã varietãţi de conuri în funcţie de modul de

cuplare cu tija - con fix care se extrage la finalizarea penetrãrii împreunã cu întregul

echipament, sau con pierdut, care este deşurubat şi detaşat la adâncimea finalã de penetrare,

rãmânând în teren;

57

- tijele de batere, constituite din oţel de înaltã rezistenţã la compresiune şi uzurã, ale cãror

sãgeţi maxime admisibile nu trebuie sã depãşeascã 1/1000 sau 1mm/m; sunt recomandate tije

tubulare;

- dispozitiv de mãsurare al cuplului necesar înşurubãrii tijelor, care de obicei este o cheie

dinamometricã, aparatul trebuie să fie capabil să măsoare un cuplu de cel puțin 200 Nm și să

fie gradat cu intervale de cel mult 5 Nm;

- echipamentele moderne sunt prevãzute cu dispozitive de numãrare a loviturilor de berbec,

dispozitive de mãsurare a adâncimii de penetrare (în lipsa cãrora, tijele trebuie gradate),

sistem de injectare, precum şi dispozitive de mãsurare a dimensiunilor vârfului şi verificare

a verticalitãţii penetrarii.

Tabelul 1 de mai jos cuprinde dimensiunile şi masele pãrţilor componente ale

echipamentelor de penetrare dinamică.

58

59

Efectuarea încercării cuprinde următoarele etape, conform normativului SR EN 22476-

2:2006

Verificarea și calibrarea echipamentului

Înainte de fiecare încercare trebuie făcută o verificare a dimensiunilor pentru a se asigura că

ele se încadrează în intervalul de valori din tabelul 1. Liniaritatea tijelor trebuie să fie

controlată pe fiecare amplasament nou și la cel mult 20 de încercări de penetrare pe

amplasament. După fiecare încercare, trebuie să fie făcută o verificare vizuală a liniarității

tijelor.

Pe fiecare amplasament trebuie să se controleze frecvența loviturilor, înălțimea loviturii,

rezistența din frecare a ciocanului în cădere liberă, starea bună a nicovalei și cea a

mecanismului de eliberare a ciocanului, buna funcționare trebuind să fie asigurată pentru tot

ansamblul de încercări. În plus, trebuie să se verificebuna funcționare a sistemului de

înregistrare, dacă acesta este automatizat.

Exactitatea mijloacelor de măsurare – dacă acestea sunt utilizate – trebuie verificată după

fiecare deteriorare, supraîncărcare sau reparație și cel puțin o dată la fiecare 6 luni, în afară de

cazul în care producătorul prevede intervale de inspecție mai scurte. Piesele cu defecte

trebuie înlocuite. Înregistrările de calibrare trebuie păstrate împreună cu aparatura.

Pentru a verifica penetrometrele dinamice pneumatice, energia de batere pentru fiecare

impact (energia reală Emeas) trebuie să fie măsurată direct. Această valoare raportată la aria

bazei conului nu trebuie să depășească mai mult de 3% din valoarea nominală specifică pe

lovitură indicata în tabelul 1. Energia de batere prin impact trebuie să fie controlată la fiecare

6 luni.

Pierderile de energie se produc de exemplu din cauza frecării ciocanului (pierdere de viteză în

raport cu cea a unei clădiri libere) sau din cauza pierderilor de energie datorate impactului

ciocanului pe nicovală. În consecință, pentru fiecare nou dispozitiv de batere, trebuie

determinată energia reală transmisă tijelor de batere.

Pregătirea încercării

În general, încercarea de penetrare dinamică se face de la suprafața terenului.

Aparatura pentru încercarea de penetrare dinamică trebuie amplasată vertical și astfel încât să

nu sufere deplasări în timpul încercării. Înclinarea dispozitivului de batere și a tijelor de

batere nu trebuie să depășească mai mult de 2% față de verticală. Dacă nu este așa, încercarea

de penetrare trebuie oprită. În pământuri dificile, sunt acceptabile abateri de până la 5%, cu

condiția ca ele să fie notate.

Aparatura de încercare de penetrare dinamică instalată pe remorcă trebuie montată astfel încât

cursa suspensiei să nu poată avea influență asupra încercării.

Aparatura trebuie instalată suficient de departe de construcții, piloți, foraje etc., cu scopul de

a se asigura că ele nu influențează rezultatele încercărilor de penetrare dinamică.

60

Atunci când se execută încercări de penetrare dinamică în care tijele sunt libere și se

deplasează lateral, de exemplu în apă sau în foraje, tijele trebuie să fie limitate în deplasarea

lor de suporți cu frecare redusă distanțați la cel mult 2m, cu scopul de a preveni flambajul în

timpul baterii.

Desfășurarea încercărilor

Tijele de batere și vârful trebuie introduse vertical, fară curbarea exagerată a părții de tije care

depășesc solul.

În timpul ridicării berbecului, nu trebuie să fie aplicată nici o încărcare pe nicovală și tije.

Tijele trebuie introduse în teren în mod continuu. Frecvența baterii trebuie să fie menținută

între 15 și 30 de lovituri pe minut. Orice întrerupere mai mare de 5 minute trebuie să fie

notată.

Tijele trebuie să fie rotite un tur și jumătate sau până ce se atinge cuplul maxim, cel puțin la

fiecare metru de penetrare. Cuplul maxim necesar pentru a face să se rotească tijele se

măsoară cu ajutorul unei chei dinamometrice sau al unui dispozitiv echivalent de măsurare a

cuplului.

În cazul unei bateri dificile, tijele trebuie să fie rotite 1.5 ture după fiecare 50 de lovituri

pentru a le strânge.

Pentru a reduce frecarea laterală, prin tijele tubulare se poate injecta noroi de foraj sau apă

prin găurile orizontale sau întreptate în sus, situate în vecinatatea conului. Un tubaj poate fi

utilizat uneori în același scop.

Numărul de lovituri trebuie să fie notat la fiecare 100 mm de penetrare pentru DPL, DPM și

DPH și la fiecare 100 mm sau 200 mm pentru DPSH-A și DPSH-B.

Numărul normal de lovituri se situează în general pentru N10 între 3 și 50 în cazul

penetrometrului DPL, DPM și DPH, iar pentru N20 între 5 și 100 în cazul penetrometrelor

DPSH-A și DPSH-B. Pentru scopuri speciale, aceste valori pot să fie depașite. Atunci când

aceste valori ies din domeniul indicat și când rezistența la penetrare este slabă, de exemplu în

argile moi, adâncimea de penetrare poate să fie notată pentru fiecare lovitură. În pământuri

tari sau în roci moi, în care rezistența la penetrare este foarte ridicată sau depășește numarul

normal de lovituri, penetrarea pentru un număr de lovituri determinat poate să fie notată ca

alternativă a valorilor N.

În general, se recomandă ca încercarea să fie oprită dacă numarul loviturilor depășește de 2

ori valorile maxime indicate mai sus sau dacă valoarea maximă este mod constant depășită pe

1 m de penetrare

61

Exemple de aparatură necesară pentru încercarea dinamică pe con

Platforma de investigare a terenului GTR790 RHB

Această unitate compactă de investigare are un design robust şi oferă o mare varietate

de metode de forare în vederea investigării pământurilor.Folosindu-se de o autopropulsie

bazată pe senile de cauciuc cu ecartament variabil, extrem de fiabil în terenurile accidentate,

permiţând o înclinare de pâna la 30 de grade. Utilajul este prevăzut cu un sistem complet

hidraulic, cutie pentru tije.

Date tehnice:

-miniexcavator pe şenile cauciuc cu frâne hidraulice

-prevăzut cu un motor Diesel în 2 cilindrii răcit cu apă

-lăţime :800 mm(1200 mm pentru ecartamentul extins), lungimea de transport

2350mm, greutate totală 950 kg;

-rezervor hidraulic de 60 litrii pentru ulei biodegradabil;

-calibrarea catargului:

-lateral: 20 de grade

-frontal: 30 de grade

-greutatea ciocanului: greutatea de bază 10 kg,putând creşte până la 63.5 kg

-numărul de lovituri: 10-30-minut

-energia unei lovituri: 50-940 Nm

62

63

LMSR-Vk -platformă de încercare dinamică.

Aparatul este echipat cu un motor cu ardere internă, a cărei energie de rotaţie este

transmisă cu ajutorul unui ambreiaj şi a unei cutii de viteze unui lanţ integrat in catargul

utilajului.Numărul de lovituri pe minut poate fi controlat prin modificarea vitezei motorului

prin acţionarea clapetei de accelerare.

Date tehnice:

-greutate: 125 kg

64

-înalţime totală: 2.340 mm

-lăţime: 780 mm

-lungime: 785 mm

- pentru calibrarea catargului: -înclinare laterală: 10 grade

-înclinare frontală: 10 grade

- greutatea ciocanului: începând de la 10 kg până la 50 kg

-număr de lovituri pe minut: 15-30

-înalţimea de cadere a greutăţii: 500 mm

Aparatul este dotat cu un motor Honda, 978 cmc, 1.9kW, rezervor de 1.4 litrii

Alte accesorii ale aparatelor:

Cutii pentru pastrarea tijelor:

Tije şi conuri de diferite dimensiunii:

65

3. Parametri măsuraţi şi corecţiile necesare

Rezultatele penetrãrii dinamice pe con se materializeazã în diagrame de variaţie a

valorilor N10-N20, precum şi a rezistenţei la penetrare, aceasta fiind definitã ca rezistenţa pe

care o opune geostructura la înaintarea conului, sub acţiunea lucrului mecanic constant,

reprezentat de cãderea berbecului. Calcularea rezistenţei la penetrare Rd (KPa) în funcţie de

elementele constructive ale aparaturii utilizate se face cu formula:

66

67

Urmãtorii factori influenţeazã sensibil rezultatele penetrãrii dinamice:

- starea fizicã a aparaturii utilizate; modificãrile de masã sau geometrie ale pãrţilor

componente atrag modificãri ale energiei reale de batere;

- viteza de penetrare, respectiv frecvenţa de batere influenţeazã invers proporţional rezistenţa

la penetrare, mai ales în cazul rocilor coezive în stare de consistenţã scãzutã;

- întreruperile de duratã în procesul de penetrare creeazã o creştere temporarã şi

artificialã a rezistenţei de batere;

- compoziţia granulometricã a nivelurilor strãbãtute; prezenţa fragmentelor de roci tari sau a

granulelor de mari dimensiuni (pietriş, bolovãniş) se regãsesc pe diagramele de penetrare ca

salturi bruşte ale citirilor N10-N20 care pot fi uşor interpretate în mod eronat ca zone cu grad

de îndesare ridicat;

- rocile coezive aflate în stare de consistenţã scãzutã aderã la tijele dispozitivului, iar

procesul creeazã o creştere artificialã a rezistenţei la penetrare;

- se considerã cã un nivel litologic influenţeazã rezistenţa la penetrare pe o lungime de

10÷15d (d este diametrul conului de penetrare);

- prezenţa apei subterane reduce, în funcţie şi de adâncime, cu 10% pãnã la 50% valorile

rezistenţei la penetrare;

68

- în nivelurile nisipoase are loc o creştere a rezistenţei la penetrare în adâncime datoratã

posibilitãţii de refulare lateralã şi verticalã a materialului dislocuit de con şi tijă. Adâncimea

pe care se manifestã refularea şi creşterea rezistenţei la penetrare se numeşte adâncime criticã

hcr. În nivelurile îndesate, dupã strãbaterea acestei adâncimi, rezistenţa la penetrare rãmâne

constantã, în timp ce în nivelurile afânate, creşterea rezistenţei este continuã.

Anexa D a normativului SR EN 22476-2:2006 prezintă diferite exemple privind

influențele echipamentului și condițiilor geotehnice aspura rezultatelor încercării de penetrare

dinamică:

Exemple de rezultate ale încercării de penetrare dinamică în pământuri granulare

Când toate celelalte condiții sunt echivalente, trebuie să se considere că:

- rezistența la penetrare crește mai mult decât liniar cu creșterea gradului de îndesare a

pământului, astfel printr-o încercare de penetrare dinamică se poate detecta o variație a

gradului de îndesare, de exemplu ca rezultat al unei compactări de profunzime;

- pământurile compuse din particule cu muchii ascuțite sau rugoase prezintă o

rezistență la penetrare superioară față de pământurile cu particule rotunde sau lise;

- bolovanii sau blocurile pot să mărească semnificativ rezistența la penetrare;

- curba granulometrică a particulelor (coeficientul de neuniformitate și coeficientul de

curbură) influențează rezistența la penetrare;

- rezistența la penetrare crește considerabil cu cimentarea.

Figura D.1 prezintă rezultatele unei încercări cu un penetrometru dinamic ușor (DPL) într-un

pământ de umplutură.

Încercările au fost efectuate într-un puț în care a fost amplasat nisip mediu și grosier în

straturi cu îndesări diferite. Rezistența la penetrare crește pronunțat cu creșterea gradului de

îndesare a pământului, influența devine atunci mai importantă.

69

Figura D.2 prezintă creșterea rezistenței la penetrare în cazul unor intercalații subțiri de

bolovăniș. Vârfurile de rezistență la penetrare care se produc local nu sunt reprezentative

pentru a estima capacitatea portantă a startului în întregime.

Figura D.3 arată că rezistența la penetrare variază mai clar în pământurile granulare grosiere

decât în pământurile fine. Gama de variație este mai pronunțată la pietrișuri decât la nisipuri.

Figura D.4 prezintă efectul cimentării particulelor unui strat de nisip asupra rezistenței la

penetrare în cazul unui penetrometru dinamic ușor (DPL). Acest tip de cimentare poate să nu

fie evidențiat prin foraje. Cimentarea a fost observată în puțuri de cercetare.

70

Exemple ale rezultatelor încercarilor de penetrare dinamică în pămânaturile fine

În pământuri moi, frecarea laterală in lungul tijelor are o influență considerabilă asupra

rezistenței la penetrare. Aceasta poate avea drept consecință, de exemplu, nedepistarea

golurilor din subsol.

Figura D.5 arată că încercarea de penetrare standard (SPT), contrar rezultatelor obținute cu

penetrometrul dinamic greu (DPH), prezintă aproximativ aceeași rezistență la penetrare in

argilă, deoarece, în acest caz, frecarea laterală în lungul tijelor a fost eliminată prin

executarea SPT in gaura de foraj.

Figura D.6 prezintă profile DPM obținute cu sau fară noroi de foraj. Noroiul de foraj reduce

frecarea pe tije permițând o penetrare la adâncime mai mare. Aceste date au fost corectate

ținând seama de frecarea dedusă din măsurarile cuplului.

71

Figura D.7 prezintă datele DPM din figura D.6 corectate folosind măsurările cuplului pentru

a corecta efectul frecării laterale pe tije. Corecția reduce valorile la adâncimi mai mari

și se traduce în adâncime prin același profil, cu sau fără noroi de foraj. Toate valorile se

înscriu pe aceeași bandă.

Figura D.8 prezintă rezultatul unei încercări de penetrare dinamică cu ajutorul unui

penetrometru dinamic ușor (DPL) în legătură cu variațiile de structură într-un pământ.

a) Praf natural

b) Umplutură de praf slab compactat.

72

Figura D.9 arată că o turbă descompusă prezintă o rezistență la penetrare foarte slabă.

Figura D.10 arată că o turbă foarte puțin descompusă și fibroasă, prezintă nivele de rezistență

la penetrare ridicate, inclusiv frecare laterală pe tije. Efecte similare pot să fie observate la

argile și prafuri foarte organice

73

Exemple de rezultate ale penetrării dinamice in pământuri compozite

În măsura în care influențele de mai sus pot să se suprapună în pământurile compozite,

posibilitatea unor erori de interpretare este relativ ridicată

Figura D.11 prezintă fluctuațiile rezistenței la penetrare folosind un penetrometru dinamic

mediu (DPM) în pământuri de natură diferită. Fluctuațiile sunt mai mari in pământurile cu

curbă granulometrică întinsă (de exemplu un nisip grosier prăfos), datorită proporției mai

mari de granule grosiere, decât în pământurile fine care conțin amestecuri de materii organice

(de exemplu marnă de origine lacustră).

Exemplu de rezultate ale rezistenței la penetrare la adâncimi mici

În pământurile granulare grosiere, adâncimea critică sau limită (1m sau 2m de la suprafață)

crește pronunțat cu gradul de îndesare și cu diametrul conului. În plus, rezistența la penetrare

crește pronunțat până când este atinsă adâncimea critică. Sub adâncimea critică rezistența la

penetrare rămâne cvasi-constantă dacă celelalte condiții se mențin egale.

Supraîncărcarea stratului cercetat (de exemplu prin rambleere) sau orice încărcare

suplimentară a subsolului (de exemplu încărcările datorate unei fundații) poate să mărească

rezistența la penetrare.

Figura D.12 prezintă două rezultate de încercare de penetrare dinamică ușoară cu ajutorul

unui penetrometru dinamic ușor într-un puț de încercare în care s-a turnat nisip mediu la

grosier cu aceeași densitate pe toată înălțimea. Încercarea efectuată de la suprafața umpluturii

a arătat inițial o creștere a rezistenței la penetrare cu adâncimea și apoi o valoare cvasi-

constantă. După ce s-a îndepărtat un strat în grosime de 1,30 m, a fost efectuată o a doua

încercare. Pornind de la noua suprafață, la început s-a observat o rezistență la penetrare mai

mică în zona de la partea superioară în comparație cu prima încercare, dar după o creștere

pronunțată a rezistenței la penetrare, la adâncimi mai mari ea a avut aceleași valori ca la

prima încercare, respectiv de la suprafața umpluturii.

74

Exemplu de influență a apei subterane

În pământurile granulare grosiere, când celelalte condiții sunt aceleași, rezistența la penetrare

în apa subterană este mai mică decât cea deasupra nivelului apei subterane datorită efortului

veritical efectiv care este mai mic.

În pământurile granulare fine, datorită efectului capilar, rezistența la penetrare poate să fie

egală sau mai mare. Rezultatele încercărilor de penetrare pot să fie de asemenea influențate

de presiunea apei din pori și de curgerea apei subterane.

Rezultatele din figura D.13 prezintă influența apei subterane în pământuri granulare grosiere.

În prezența apei subterane sunt măsurate rezistențe la penetrare mai mici, chiar dacă gradul

de îndesare este același.

Următorul exemplu este unul de cuantificare a influenței apei subterane asupra încercării de

penetrare dinamică în pământuri fără coeziune. Încercări comparative au fost efectuate cu

DPL și DPH într-un nisip slab sortat (SP) și cu DPH într-un amestec de nisip-pietriș bine

sortat (GW), în condiții controlate deasupra și sub nivelul apei subterane.

Figura D.14 prezintă relația numărului de lovituri N10L si N10H deasupra apei subterane și

numărului de lovituri N’10L și N’10H sub nivelul apei subterane. Relația are forma generală:

N10=a1 N’10 + a2

75

76

Exemple de influență a aparaturii

În timpul încercării de penetrare dinamică, rezistența la penetrare crește proporțional cu

mărimea secțiunii transversale a conului penetrometrului. Importanța rezistenței la penetrare

depinde de raportul dintre diametrul conului și diametrul tijei, raport care are efect asupra

frecării laterale în lungul tijei. Influența depinde de asemenea de natura pământului, de

succesiunea straturilor și de adâncimea de penetrare.

În pământurile granulare fine, când raportul dintre diametrul conului și diametrul tijei este

mic, frecarea laterală în lungul tijelor poate să crească rapid.

Figura D.15 arată că în straturile apropiate de suprafață, la un diametru constatnt al tijei,

rezistența la penetrare, în general, superioară la un diametru mai mare al conului decât la un

diametru mai mic al conului pentru un diametru constant al tijei. În straturile mai adânci,

modificarea rezistenței la penetrare depinde de natura și starea pământului. Astfel, în cazul

încercării de penetrare dinamică în starturi de praf, rezistența la penetrare cu un con de

diametru mai mic este superioară rezistenței cu un con de diametru mai mare, datorită frecării

laterale.

La un diametru mai mic al conului, frecarea laterală în lungul tijelor are un efect foarte

important, deoarece conul este puțin mai larg decât tija.

În timpul încercărilor de penetrare dinamică, dacă celelalte condiții sunt identice, când

lungimea tijelor crește, este necesar un număr mai mare de lovituri, deoarece eficacitatea

scade.

Figura D.16 prezintă valorile N10 provenind de la patru tipuri diferite de aparate de încercare

de penetrare dinamică. Sensibilitatea tipurilor mai ușoare arată variații mai mari în fiecare

strat, în timp ce tipurile mai grele dau valori N10 apropiate sau mai mici decât valoarea

minimă acceptabilă. La toate încercările s-a folosit noroi de foraj cu scopul de a reduce

frecarea tijelor de batere, dar adâncimea de penetrare la încercarea DPSH a fost redusă în

mod semnificativ.

77

4. Interpretarea rezultatelor şi parametri derivaţi

Ca şi în cazurile altor încercãri in situ, eficienţa şi reprezentativitatea acestora se

obţine în situaţia în care se executã cel puţin un foraj de investigaţie geotehnicã în vecinãtatea

unui sondaj de penetrare dinamicã.

Aceastã apropiere spaţialã (minim 2 m) permite corelarea rezultatelor penetrãrii cu

stratificaţia pusã în evidenţã de foraj şi, uneori, chiar cu rezultatele determinãrilor de

laborator pe probe prelevate din foraj. Diagrama penetrãrii astfel interpretatã devine

“diagramã etalon” pentru întreaga investigaţie geotehnicã de pe acel amplasament, ei urmând

sã i se raporteze şi celelalte încercãri de penetrare. Dacã pe parcursul investigaţiilor se

constatã diferenţe semnificative ale penetrãrilor dinamice în raport cu diagrama etalon, se

impune execuţia unui nou foraj de interpretare.

Singurul parametru geomecanic rezultat direct din prelucrarea datelor de penetrare

dinamicã cu con este gradul de îndesare al nisipurilor mijlocii şi fine, care se apreciazã

orientativ cu formula de mai jos (dupã C159-89):

în care:

Pentru obţinerea altor parametri, precum indicele porilor e sau modulul de deformaţie

edometrică M2-3, se face mai întâi transformarea valorilor rezistenţei dinamice Rd în rezistenţă

statică pe con Rp utilizând relaţiile exprimate în tabelul de mai jos, așa cum sunt prevăzute în

normativul românesc C159-89:

78

Normativul românesc C159-89 prezintă relaţiile care pot fi luate în considerare pentru

calculul indicelui porilor e sau a modulul de deformaţie edometrică M2-3.

Estimarea indicelui porilor pentru depozitele necoezive se face cu relaţia:

în care Rp este rezistenţa statică pe con.

Estimarea modului de deformaţie edometrică M2-3 se face cu relaţia:

Fig. Estimarea coeficientului adimensional α în funcţie de rezistenţa pe con

79

Interpretarea rezultatelor folosind rezistența dinamică pe varf

Rezultatele încercării de penetrare dinamică sunt prezentate în general sub forma numărului

de lovituri pe 10 cm penetrare (N10) în funcție de adâncime, după cum s-a notat direct pe

teren. Acest număr de lovituri este situat în general în intervalul de valori standardizate (în

general între 3 și 50). Valorile N10 pot să fie interpretate pentru a da rezistența unitară pe vârf

rd și rezistența dinamică pe vârf qd. Valoarea rd este o estimare a lucrului efectuat în timpul

penetrării vârfului în teren. Valoarea qd este obținută înmulțind rd cu un factor ce ține seama

de inerția tijelor de batere și a berbecului după impactul cu nicovala. Calculul lui rd depinde

de masele berbecului, de înalțimea lui de cădere și de dimensiunile diferite ale conului.

Mărimile diferite și masa tijelor de batere intervin în calculul lui qd și, în consecință, acest

lucru poate să permită compararea diferitelor tipuri de echipamente.

În general, ecuațile folosite sunt:

sau și

unde,

rd și qd – valori ale rezistenței, în Pa;

m – masa berbecului, în kg;

g – accelerația gravitațională, în m/s2;

h – înălțimea de cădere a berbecului, în m;

A – aria la baza conului, în m2;

e – pătrunderea medie în m/lovitură (0.1/N10 pentru DPL, DPM și DPH și 0,1/N10 și 0,2/N20

pentru DPSH);

N10 – numărul de lovituri pentru o înfingere de 100 mm;

N20 – numărul de lovituri pentru o înfingere de 200 mm;

m’ – masa totală pentru lungimea considerată a tijelor, nicovalei și a ghidajului, în kg;

Etheor – energia teoretică, energia dispozitivului de batere obținută prin calcul:

Etheor=m x g x h

Emeas – energie reala, energie de batere; energie transmisă prin dispozitivul de batere la tija de

batere situată imediat sub nicovală, rezultată din măsurare.

Figura E.1 prezintă datele DPL, DPM și DPH pentru un amplasament cu argilă

supraconsolidată. În timp ce fiecare tip de echipament dă o valoare N10 diferită, calculul lui rd

dă valori apropiate pentru DPM și DPH, iar calculul lui qd arată că cele trei tipuri de aparatură

se traduc prin profile foarte asemănătoare.

80

Figura E.2 prezintă datele din încercări DPL, DPM, DPH și DPSH într-o argilă de morenă

glaciară supraconsolidată. Și aici valorile rd dau profile apropiate, iar calculul lui qd se

traduce, de asemenea, prin profile doarte asemănătoare.

Utilizarea lui qd oferă posibilitatea de a configura aparatura în cursul unui sondaj după cum

81

numărul de lovituri devine prea mic (reducerea masei berbecului) sau prea ridicat (mărirea

masei berbecului).

În literatura de specialitate rezultatele încercării DP sunt exprimate în funcţie de

indicele de penetrare PI care se defineşte ca fiind deplasarea verticală a conului DP produsă

de o singură cădere a berbecului, fiind măsurat în mm/bătaie.

Relaţia dezvoltată de Sowers şi Hedges, precum şi de Livneh şi Ishai, între indicele de

penetrare PI şi rezultatele încercării SPT este:

valabilă pentru încercările SPT cu valori ale indicelui de penetrare mai mici de 10 mm/bătaie.

Au fost conduse cercetări şi pentru determinarea unei corelaţii între indicele de penetrare PI şi

modulul de deformatie al terenului, Chua propunând relaţia:

82

Fig. Relaţia între modulul de deformatie efectiv (în MPa) şi indicele de penetrare PI (în mm/bătaie)

5. Normative

Normativul C159-89 indică faptul că în fişa în care se trec datele încercării de

penetrare dinamică trebuie notate obligatoriu durata întreruperilor sau alte evenimente care

pot modifica rezistenţa la penetrare.

În anexa A si B a normativul SR EN 22476-2:2006 sunt date exemple de fișe pentru

încercarea de penetrare dimanică.

83

84

Pe baza datelor scrise în fişa de înregistarea a datelor se întocmeşte diagrama de penetrare în

care pe abscisă se trece numărul de lovituri Nz (z fiind 10 sau 20 cm), iar pe ordonată

adâncimea în metri. În stânga diagramei se reprezintă stratificaţia terenului.

85

Diagrama de variaţie a rezistenţei dinamice Rd se poate reprezenta prin suprapunere

peste diagrama de penetrare notând pe abscisă valorile Rd.

Diagrama integrală reprezintă variaţia numărului de lovituri însumat ∑Nz cu

adâncimea. Diagrama prezintă puncte de frângere (de schimbare de pantă) între care se

acceptă o variaţie liniară.

Diagrama diferenţială reprezintă variaţia ΔN/Δk cu adâncimea.

Punctele de frângere în diagrama integrală respectv salturile din cea diferenţială indică cota

delimitării dintre straturile cu caracteristici diferite.

„Manualul canadian de inginerie a fundaţiilor”, editat de Societatea canadiană de

geotehnică, menţionează faptul că penetrarea dinamică conţine o serie de inconveniente

caracteristice şi încercării de penetrare standard şi nu poate fi utilizată pentru evaluarea

cantitativă a densităţii pământului sau a altor parametri.

O problemă majoră a încercării de penetrare dinamică o reprezintă frecarea tijei odată

cu creşterea adâncimii. Pentru adâncimi mai mari de 15-20 m frecarea tijelor afectează

86

valoarea rezistenţei la penetrare, interpretarea rezultatelor fiind astfel dificilă. Efectul frecării

tijelor poate fi minimalizat utilizând un tubaj exterior.

Principalele avantaje al încercării de penetrare dinamică pe con sunt rapiditatea

încercării, economicitatea şi obţinerea unei diagrame care evidenţiază schimbarea densităţii

pământurilor.

6. Concluzii

Principalele aplicaţii ale penetrãrii dinamice cu con în sfera problemelor inginereşti

sunt cercetarea terenului de fundare şi verificarea calitãţii lucrãrilor de îmbunãtãţire a

terenului de fundare, ambele având la bazã corelaţiile diagramei etalon cu stratificaţia datã de

forajele geotehnice şi rezultatele probelor de laborator prelevate din acestea.

În acest mod, mai ales pe amplasamente de mare anvergurã, penetrarea dinamicã pe

con poate fi utilizatã cu succes pentru evaluarea rapidã a parametrilor geomecanici.

87

Bibliografie:

1. In situ characterization using the dynamic cone penetrometer – Tom Burnham,

Dave Johnson

2. Investigaţii geotehnice in situ – Mihaela Stănciucu

3. Use of CPTU data in clays/fine grained soils – John J. M. Powell, Tom Lunne

4. Geotechnical engineering investigation handbook – Roy E. Hunt

5. www.cptwd.com

6. Correlation of standard penetration test and pressuremeter data: a case study from

Istanbul, Turkey- Ilknur Bozbey • Ergun Togrol

7. ASTM (1999) Standard test method for penetration test and split-barrel sampling of

soils (D1586).

8. Yagiz S, Akyol E, Sen G (2008) Relationship between the standard penetration test

and the pressuremeter test on sandy silty clays: a case study from Denizli.

9. Sivrikaya O, Togrol E (2006) Determination of undrained strength of fine-grained

soils by means of SPT and its application in Turkey.

10. Catalogue GEOTOOL for soil investigation

11. C159-89

12. SR EN 22476-2:2006

13. Manuel canadien d'inginerie des fondations, Societe Canadienne de Geotechnique,

1994

Date post:	02-Dec-2015
Category:	Documents
Upload:	calin-badulescu
View:	284 times
Download:	12 times

CPTU, SPT, DP

Documents