+ All Categories
Home > Documents > Infrastructura Drumurilor-curs 4

Infrastructura Drumurilor-curs 4

Date post: 24-Jun-2015
Category:
Upload: ixulescu-haralambie
View: 2,236 times
Download: 4 times
Share this document with a friend
22
INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL 1 DRUMURI II: INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 COMPORTAREA PĂMÂNTURILOR ÎN RAPORT CU APA - la temperaturi pozitive - la temperaturi negative - măsuri pentru prevenirea degradărilor provocate de fenomenul de îngheţ-dezgheţ În permanenţă terasamentele drumurilor sunt supuse acţiunii intemperiilor; astfel, variaţiile de umiditate şi de temperatură influenţează într-o foarte mare măsură rezistenţa şi stabilitatea complexului rutier. Apa, în afară de cea legată chimic (adsorbită), se poate afla în pământ sub formă de vapori, de apă capilară şi de apă liberă (apă sub formă gravitaţională). Apa poate ajunge să umezească pământul din terasament fie prin infiltrarea precipitaţiilor atmosferice, fie prin ascensiunea capilară a apelor subterane. Apele de infilitraţie se acumulează în straturile permeabile şi stagnează pe suprafeţele impermeabile formând pânze subterane. Când ies la suprafaţă formează izvoare sau mlaştini. În funcţie de tipul pământului, înălţimea de ascensiune capilară variază astfel: - 30 – 50 cm pentru pământuri nisipoase - câţiva metri pentru pământuri prăfoase şi argilase Ridicarea nivelului apelor subterane implică o ridicare a nivelului apelor capilare. - la temperaturi pozitive Pământurile influentate de prezenta apei sunt cele coezive, proprietatile acestora depinzând foarte mult de umiditate. Astfel, continutul de apa determina starea fizica a pamânturilor (vezi CURSUL 3: plasticitate, consistenta). Pământul din fundaţie nu trebuie să fie prea umed dar nici prea uscat. Umiditatea trebuie să se fie între (0.3 – 0.4)w L şi 0.6w L , unde w L este limita superioară de plasticitate (limita de curgere). Nu se pot introduce în corpul drumului pamânturi necorespunzatoare din punct de vedere al consistentei si plasticitatii. Astfel, daca pământurile sunt supraumezite, ele se trateaza cu var în proportie de 4 .... 5% din greutate si anume cu praf de var stins daca umiditatea reprezinta 60% din limita de curgere si cu praf de var nestins daca umiditatea reprezinta 70 ... 90 % din limita de curgere.
Transcript
Page 1: Infrastructura Drumurilor-curs 4

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

1

DRUMURI II: INFRASTRUCTURA DRUMURILOR

CURS 4

COMPORTAREA PĂMÂNTURILOR ÎN RAPORT CU APA

- la temperaturi pozitive - la temperaturi negative

- măsuri pentru prevenirea degradărilor provocate de fenomenul de îngheţ-dezgheţ

În permanenţă terasamentele drumurilor sunt supuse acţiunii intemperiilor; astfel, variaţiile de umiditate şi de temperatură influenţează într-o foarte mare măsură rezistenţa şi stabilitatea complexului rutier. Apa, în afară de cea legată chimic (adsorbită), se poate afla în pământ sub formă de vapori, de apă capilară şi de apă liberă (apă sub formă gravitaţională). Apa poate ajunge să umezească pământul din terasament fie prin infiltrarea precipitaţiilor atmosferice, fie prin ascensiunea capilară a apelor subterane. Apele de infilitraţie se acumulează în straturile permeabile şi stagnează pe suprafeţele impermeabile formând pânze subterane. Când ies la suprafaţă formează izvoare sau mlaştini. În funcţie de tipul pământului, înălţimea de ascensiune capilară variază astfel: - 30 – 50 cm pentru pământuri nisipoase

- câţiva metri pentru pământuri prăfoase şi argilase Ridicarea nivelului apelor subterane implică o ridicare a nivelului apelor capilare. - la temperaturi pozitive Pământurile influentate de prezenta apei sunt cele coezive, proprietatile acestora depinzând foarte mult de umiditate. Astfel, continutul de apa determina starea fizica a pamânturilor (vezi CURSUL 3: plasticitate, consistenta). Pământul din fundaţie nu trebuie să fie prea umed dar nici prea uscat. Umiditatea trebuie să se fie între (0.3 – 0.4)wL şi 0.6wL, unde wL este limita superioară de plasticitate (limita de curgere). Nu se pot introduce în corpul drumului pamânturi necorespunzatoare din punct de vedere al consistentei si plasticitatii. Astfel, daca pământurile sunt supraumezite, ele se trateaza cu var în proportie de 4 .... 5% din greutate si anume cu praf de var stins daca umiditatea reprezinta 60% din limita de curgere si cu praf de var nestins daca umiditatea reprezinta 70 ... 90 % din limita de curgere.

Page 2: Infrastructura Drumurilor-curs 4

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

2

- la temperaturi negative Apa din corpul terasamentelor se modifică cantitativ şi calitativ sub influenţa aportului de apă din afară şi a variaţiilor de temperatură şi presiune. În plus faţă de variaţia nivelului apelor subterane şi capilare, apa se deplasează în interiorul maselor de pământ din zonele cu temperaturi mai ridicate către cele cu temperaturi mai scăzute. Regimul de umiditate variază în timpul anului astfel:

- toamna se acumulează umiditatea din cauza reducerii evaporării şi a intensificării precipitaţiilor atmosferice; - iarna are loc îngheţarea pământului şi redistribuirea umiditătii;

- primăvara pământul se dezgheaţă şi se reumezeşte; - vara se usucă terasamentul drumului. Acest regim de umiditate influenteaza direct rezistenta pamântului.

Page 3: Infrastructura Drumurilor-curs 4

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

3

prec

ipita

tii

ape

subt

eran

e

Modalităţi de pătrundere a apelor în tersamentul drumului

O importanţă deosebită pentru drumuri o are păstrarea unui regim hidrotermic cât mai constant în tot cursul anului astfel încât capacitatea portantă a pământului din patul drumului să varieze cât mai puţin. Acest lucru se asigură prin luarea măsurilor împotriva infilitrării apei în corpul drumului:

Page 4: Infrastructura Drumurilor-curs 4

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

4

- îmbrăcăminţi impermeabile - straturi izolatoare drenante sau anticapilare

Un strat izolator este un strat de pamânt bine compactat, la umiditatea optima de compactare. În timpul iernii, la temperaturi negative, când îngheţul este îndelungat, diferenţele de temperatură la nivelul superior al terasamentului şi la nivelul apelor subterane sunt mari. Aceasta conduce la crearea unei depresiuni care determină migrarea apelor subterane din straturile mai calde spre cele superioare mai reci. În zona îngheţată se găseşte apă în stare solidă iar în zona neîngheţată, apă în stare de vapori sau lichidă. Atunci când frontul de îngheţ a ajuns undeva în pământ, apa din pori se transformă în cristale de gheaţă. În continuare, presiunea apei din pori scade şi în jurul cristalelor se realizează o subpresiune. Atunci apa existentă sub curba (izoterma) de 0oC care se găseşte la o presiune mai mare, se îndreaptă lent (în special apa liberă şi slab legată) spre zona îngheţată şi alimentează cristalele formate, mărindu-le la dimensiunea unei lentile de gheaţă. Acest proces ajunge la un moment dat la care diferenţa de presiune este mică, nu mai are loc fenomenul de trecere a apei din zona cu temperaturi pozitive spre zona îngheţată (fenomen de sucţiune). Lentilele nu se mai măresc; apoi izoterma de 0oC coboară şi procesul continuă.

zapadazapada -0oC

0oC

+4oC

prin capilaritate

lentile de gheata

Formarea lentilelor de gheaţă

Lentilele de gheata formate în patul drumului ating grosimi de câţiva centimetri si pot provoca umflarea neuniforma a suprastructurii (cu 10 .. 20 cm). Astfel rezulta denivelarea si fisurarea îmbracamintilor. Pâna la temperaturi de -3oC fenomenul de migratiune a apei cuprinde atât apa peliculara cât si apa capilara. Sub temperatura de -3oC afluxul de apa spre zona inghetata se face numai prin capilaritate. Prin înghet apa îsi mareste volumul cu 9%. Procesul de creştere al lentilelor de gheaţă va fi cu atât mai intens cu cât perioada de îngheţ va fi mai îndelungată.

Page 5: Infrastructura Drumurilor-curs 4

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

5

Cu cât pământul este mai prăfos cu atât deplasarea umidităţii şi acumularea ei în pământ sub formă de lentile de gheaţă se produce mai puternic. Pamânturile prafoase au o permeabilitate mai mare decât argilele, deci permit circulatia apei pe verticala, dar au particule fine ce favorizeaza fenomenul de adsorbtie. Cu cât pământul este mai fin cu atât este mai dificilă circulaţia interioară a apei. Pământurile prăfoase sunt mai periculoase la îngheţ decât cele argiloase. Cu cât pământul este mai nisipos cu atât este mai puţin favorabil fenomenelor de gelivitate; în astfel de pământuri se formează doar cristale izolate. La noi în ţară adâncimea de îngheţ coboară între 0.80 m şi 1.00 m. Degradările din îngheţ – dezghet se produc atunci când sunt îndeplinite trei condiţii, simultan:

- un pământ geliv (de regulă, un pământ prăfos) adică un pământ care favorizează formarea lentilelor de gheaţă;

- o sursă abundentă de apă, care să poată fi atrasă în zona de îngheţ - o perioadă de îngheţ lungă şi intensă

Din cele trei condiţii, asupra celei de-a doua se poate interveni, împiedicând pătrunderea umidităţii în zona de îngheţ şi îndepărtând cât mai mult posibil sursele de apă. În plus faţă de cele trei condiţii enunţate mai sus care conduc la producerea degradărilor din îngheţ intervine şi o a patra condiţie, aceea a existenţei unui trafic intens şi greu în perioada dezgheţului. S-a constatat ca exista unele materiale izolante precum polistirenul expandat si zgura expandata cu capacitate mare de absorbtie calorica, deci care pot opri izoterma de 0oC în pamânt. Zgura are dezavantajul ca se transforma în praf sub circulatie iar polistirenul pastreaza la dezghet temperaturi negative în el şi se dezgheata dupa luni de zile în raport cu straturile deja dezghetate. Din punct de vedere al sensibilitatii la înghet pamânturile sunt:

- pamânturi foarte putin sau deloc periculoase la înghet: pietrisuri, nisipuri cu cel mult 50% continut de particule mai mici de 0.10 mm, argila, pământuri turboase. Nu se iau masuri pentru împiedicarea pericolului de înghet.

- pamânturi periculoase la înghet: mâluri, luturi, nisipuri cu continut mare de particule fine. Se iau masuri atunci când nivelul apei subterane este la cel putin 0.60 m sub nivelul platformei.

- pamânturi foarte periculoase la inghet: nisipuri făinoase şi luturi nisipoase: grohotişuri cu continut mare de praf, pamânturi prafoase.Se iau masuri speciale chiar daca nivelul apelor subterane este la adâncime mare.

Pământurile se mai clasifică din punct de vedere al sensibilităţii la îngheţ şi în funcţie de coeficientul de umflare la îngheţ, cu:

Page 6: Infrastructura Drumurilor-curs 4

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

6

100hhcu

Δ= [%]

unde: Δh este sporul de înălţime al unei probe de pământ supusă la îngheţ h – adâncimea de pătrundere a îngheţului în aceeaşi probă (nivelul până la care

pătrunde izoterma de 0oC) Există trei grade de sensibilitate la îngheţ, în funcţie de cu.

Granulozitate Grad de

sensibilitate Sensibilitate la

îngheţ Cu (%) Ip (%) % din masa totala a probei

Diametrul particulei

mm

A practic

insensibile la îngheţ

4 0 1 10 20

0.002 0.02 0.1

B sensibilitate mijlocie 4 ... 8 10 ... 35

6 20 40

0.002 0.02 0.1

C foarte sensbile 8 10 ... 35 6 20 40

0.002 0.02 0.1

Coeficientul de umflare cu rezulta dintr-un experiment care imita fenomenul din natura:

Page 7: Infrastructura Drumurilor-curs 4

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

7

Deci, unele pământuri se umfla, altele nu, dupa cum au învelisul de apa adsorbita mai subtire sau mai gros. Pentru pământul din terasament este importantă cunoaşterea: - compoziţiei granulometrice, - a naturii mineralogice a pământului - a densităţii în stare uscată (gradul de compactare). Întrucât zona în care s-a acumulat apă ce s-a transformat apoi în lentile de gheaţă, nu poate reveni la umiditatea normală într-un timp scurt, în perioada de dezgheţ consecinţele fenomenului sunt grave; pământul va fi supraumezit şi va avea o capacitate portantă foarte scăzută. - măsuri pentru prevenirea degradărilor provocate de fenomenul de îngheţ-dezgheţ Degradările care pot apărea din îngheţ-dezgheţ sunt următoarele:

- burduşiri (date de existenţa lentilelor de gheaţă) - tasări, faianţări, făgaşe (date de circulaţia vehiculelor grele în perioada de

dezgheţ ca urmare a diminuării capacităţii portante a patului drumului) - distrugerea întregii structuri rutiere (dată de tasarea masivă a unor porţiuni din

structură, ruperea straturilor, umflări, refularea materialului). Denivelarile si faianţările apar deseori numai în zonele unde exista, în complexul rutier pungi de nisip fin, praf sau argila prafoasa (pamânturi gelive). Marimea denivelarilor depinde de foarte multi factori: natura pamânturilor, temperatura initiala a acestora, temperatura aerului, expunerea drumului, vegetatia înconjuratoare, tipul suprastructurii, înaltimea si densitatea zapezii ce se strânge pe acostamente. Degradarile apar primavara la dezghet când corpul drumului ajunge într-o situatie critica. Dezghetul începe în straturile de la suprafata si patrunde treptat în adâncime. La început, zona aflata imediat sub fundatie este îmbibata cu apa, dar dedesubt se mai afla un strat de pamânt înca inghetat, rigid si impermeabil. Capacitatea portanta a patului este relativ redusa, iar traficul greu poate sa distruga suprastructura prin formarea de fagase, valuriri si gropi care maresc solicitarile dinamice si accelereaza procesul de distrugere. De asemenea, ploile contribuie hotarâtor la înrăutaţirea situaţiei. Şi depozitarea zapezii pe acostamentele drumului agraveaza fenomenul, zapada întârziind dezghetul pamântului din acostament. Pentru a evita producerea degradarilor din înghet – dezghet este suficient ca unul din cei trei factori pomeniti mai sus (pamânt geliv, sursa de apa abundenta, temperaturi negative de lunga durata) sa se elimine. Efectul fenomenului de îngheţ se poate diminua prin diferite procedee:

- se încearcă scăderea punctului de îngheţ al apei din sol; - se reduce permeabilitatea pământului pentru a reduce migraţia apei;

Page 8: Infrastructura Drumurilor-curs 4

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

8

- se cimentează granulele de pământ între ele pentru a anula orice posibilitate de umflare sau dimpotrivă, dispersând granulele pentru ca prin rearanjarea lor să se compacteze mai bine şi să se diminueze permeabilitatea. Masuri pentru drumuri noi:

- se evita folosirea pamânturilor gelive în corpul terasamentelor sau se îmbunatatesc prin ameliorarea calitatii cu pamânturi nisipoase, prin stabilizare chimica sau cu lianti

- se evita la proiectare zonele cu pamânturi sensibile sau foarte sensibile la înghet - se proiecteaza santuri, podete, canale pentru colectarea si evacuarea apelor de

suprafata - se prevad la proiectare, pante transversale pentru patul drumului si drenuri de

acostament - se executa la baza rambleelor din pamânturi sensibile la înghet un strat din

material granular anticapilar, pentru a rupe ascensiunea capilara a apelor - se executa drenuri longitudinale sub santuri sau drenuri în forma de spic sub

patul drumului pentru coborârea nivelului apelor subterane - structurile rutiere se dimensioneaza la înghet (sa se evite patrunderea izotermei

de 0oC pe grosimea structurii rutiere) Masuri pentru drumurile existente:

- întretinerea santurilor, podetelor, drenurilor, canalelor de evacuare a apelor - adâncierea santurilor laterale astfel ca fundul lor sa fie cu minim 10 cm sub

capatul drenurilor de acostament si executarea santurilor de garda la piciorul rambleelor

- captarea si coborârea nivelului pânzei de apă subterană din amonte (în cazul profilului de debleu sau mixt)

- executarea drenurilor longitudinale sub sant - supraînaltarea terasamentelor cu 0.50 ... 1.50 m, în zonele în care baltirea apelor

nu poate fi înlaturata - impunerea de restrictii de circulatie pentru vehiculele grele în perioada de

dezghet - refacerea structurii rutiere existente

Page 9: Infrastructura Drumurilor-curs 4

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

9

MĂSURI PRIVIND IMBUNĂTĂŢIREA CARACTERISTCILOR FIZICO-MECANICE ALE PĂMÂNTURILOR

În vederea micşorării sensibilitatii la variaţiile de umiditate, pamânturile se îmbunatatesc prin masuri speciale – se modifica caracteristicile fizico-mecanice. Îmbunatatirea se face pe o adâncime de 30 ... 50 cm care se numeste strat de forma. Stratul de forma trebuie sa fie bine compactat si se dimensioneaza ca grosime. Grosimea minima constructiva este de 10 cm. Stratul de forma este stratul pe care se aseaza fundatia drumului si trebuie sa prezinte urmatoarele cerinte:

- sa aiba o capacitate portanta ridicata si constanta pe toata suprafata indiferent de variatia umiditatii

- sa constituie uhn strat corespunzator pentru circulatia autovehiculelor si a utilajelor de santier pe orice timp

- sa aiba o suprafata plana, nedeformabila si fara denivelari - sa aiba o sensibilitate cât mai mica la actiunea apei si a înghetului

Grosimea stratului de forma variaza în functie de: - modul de constructie al profilului transversal (rambleu, debleu) - gradul de omogenitate a terenului de fundare - caracteristicile materialului din care se va realiza stratul - conditii climaterice - conditii de santier

Necesitatea adoptarii stratului de forma si solutia tehnica pentru alcatuirea acestuia depind de:

- proprietatile terasamentelor si omogenitatea pamântului din fundatie - natura si caracteristicile stratului inferior de fundatie - procesul tehnologic si conditiile de executie

Metode de îmbunatatire: - amestecarea pamântului necorespunzator cu adaosuri care sa-i asigure un

schelet mineral rezistent si o coeziune corespunzatoare. Amestecurile obtinute trebuie sa prezinte un indice de plasticitate dupa cum urmeaza:

Ip ≤ 3 % în regiuni foarte umede Ip = 4 ... 8 % în regiuni cu umiditate mijlocie Ip = 9 ... 15 % în regiuni uscate si calde

Astfel, pentru pamânturi argiloase se pot folosi ca adaosuri: o balast sau nisip local

Page 10: Infrastructura Drumurilor-curs 4

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

10

o zgura o savura o deseuri de concasare sau de la fabricile de caramida o sfarâmaturi din roci slabe o cenusa de termocentrala

Pentru pamânturi necoezive se poate folosi ca adaos argila nisipoasa. - stabilizarea pamânturilor: se actioneaza asupra particulelor argiloase din

pamânturi care sunt cele mai sensibile la variatiile de umiditate, fie pe cale fizica, fie pe cale chimica.

Mijloace de stabilizare: prelucrare termica folosirea de substante higroscopice (retin apa si maresc

coeziunea): clorura de calciu, clorura de sodiu (mai rar) tratarea pamânturilor cu substante hidrofobizante: combinatii

silico-organice, rasini sintetice tratarea pamânturilor cu lianti (se mareste coeziunea, nu mai sunt

influentate de variatiile de umiditate): minerali si bituminosi Ca lianti minerali, în functie de tipul pământului, se pot folosi: varul si cimentul. Acestia maresc capacitatea portanta si reduc sensibilitatea la umiditate. Astfel, se utilizeaza:

- varul pentru pamânturi prafoase - cimentul pentru pamânturi cu fractiunea argila redusa - cimentul si varul pentru pamânturi argiloase

Liantii bituminosi dau un grad de impermeabilizare ridicat. Pamânturile foarte plastice, Ip = 30 ... 55 % si wL = 50 ... 90 % se stabilizeaza cu 15% cenusa si 3 % var.

Page 11: Infrastructura Drumurilor-curs 4

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

11

COMPACTAREA TERASAMENTELOR

- factori care influenţează compactarea, metoda PROCTOR, - grad de compactare

- compactarea mecanică - alegerea procedeului şi a utilajelor de compactare pe şantier

Controlul compactării terasamentelor

Prin sapare, pamânturile se înfoiaza, îsi maresc volumul initial datorita cresterii volumului de goluri si în consecinta scade greutatea volumica. Daca cu aceste pamânturi se realizeaza ramblee, fara o alta operatie suplimentara, sub greutate proprie, a influentei factorilor climatici si circulatiei, se va produce tasarea lor, neuniforma, într-un timp îndelungat. În final se pot produce degradari ale structurii rutiere. Astfel, pentru ca pamântul din corpul rambleului sa aiba o capacitate portanta sporita, terasamentele trebuie sa fie compactate artificial. Procesul de compactare are loc dacă pământul este supus unor eforturi repetate (şoc, treceri de vehicule, vibraţii etc.) prin care se elimină o anumită cantitate de aer şi apă liberă şi în urma căruia se măresc contactele dintre granule printr-o reaşezare a acestora. Dacă pământul este foarte uscat, particulele solide nu se vor aduna; dacă este prea moale, se va produce doar o deplasare a materialului, fără o tasare propriu-zisă. Trebuie să existe deci o umiditate optimă care va asigura o compactare maximă, în funcţie de mijloacele mecanice folosite. Inginerului american PROCTOR îi revine meritul de a fi cercetat acest fenomen şi de a fi propus metode de studiu a acestuia. În urma compactării apar următoarele:

- greutatea volumică a pământului creşte, ceea ce conduce la o creştere a caracteristicilor mecanice (caracteristici intrinseci, modul de elasticitate, de deformaţie);

- influenţa apei asupra pământului scade; - se evită tasarea ulterioară a terasamentelor şi a straturilor rutiere.

Caracteristicile de compactare sunt: - umiditatea optimă de compactare, wopt;

- densitatea în stare uscată maximă, ρdmax.

Page 12: Infrastructura Drumurilor-curs 4

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

12

Caracteristicile de compactare se stabilesc pentru un anumit lucru mecanic de compactare:

- încercarea Proctor normal, PN, cu L = 0.6 J/cm3; se foloseşte pentru straturi de formă şi terasamente de drumuri, căi ferate, aeroporturi, locuri de parcare, platforme auto, diguri şi baraje de pământ pentru hidroamelioraţii, îmbunătăţirea terenului de fundare (conform STAS 1913/13-83);

- încercarea Proctor modificat, PM, cu L = 2.7 J/cm3; se foloseşte pentru straturi de formă, straturi de bază, straturi şi substraturi de fundaţie, situaţii speciale.

Principiul metodei de determinare a caracteristicilor de compactare (STAS 1913/13) este următorul: - se determină, prin încercări de laborator, variaţia densităţii în stare uscată, �d, a pământului, în funcţie de variaţia umidităţii, w, sub efectul unui lucru mecanic de compactare, L; - într-un cilindru metalic de dimensiuni standard se introduce pământul cu o aumită umiditate; pământul este aşezat în straturi succesive, fiecare strat fiind compactat cu un mai de masă standardizată ce cade de la o anumită înălţime; numărul de lovituri ce se aplică fiecărui strat se calculează în funcţie de datele de mai sus, din relaţia:

AamghnL = [J/cm3]

unde m este masa maiului [kg]; g – acceleraţia gravitaţională = 9,81 m/s2;

h – înălţimea de cădere a maiului, [cm]; n – numărul de lovituri ce se aplică fiecărui strat;

A – suprafaţa secţiunii cilindrului [cm2]; a – grosimea stratului de pământ compactat [cm].

După terminarea compactării se stabileşte densitatea în stare umedă a pământului, ρw:

V

M ww =ρ [t/m3]

unde Mw este masa pământului, [t]; V – volumul pământului, [m3].

Apoi se calculează, în funcţie de umiditatea pământului, densitatea în stare uscată, ρd:

1001 w

wd

+=

ρρ [t/m3]

unde ρw este densitatea în stare umedă a pământului, [t/m3]; w – umiditatea prescrisă.

Page 13: Infrastructura Drumurilor-curs 4

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

13

Operaţia se repetă pentru acelaşi pământ, la diferite grade de umiditate, rezultatele fiind transpuse grafic. Curba Proctor (I) este caracterizată prin trei puncte de inflexiune: două de maxim şi unul de minim. Abscisa punctului de minim reprezintă umiditatea critică de compactare, wcr, care împarte intervalul de umiditate în:

- domeniul uscat (w < wcr) - domeniul umed (w > wcr)

Curba PROCTOR

Se observă că pentru domeniul umed densitatea în stare uscată creşte odată cu creşterea umidităţii până la o anumită valoare a acesteia pentru ca, ulterior, ρd să scadă.

Umiditatea pentru care se obţine densitatea maximă în stare uscată, ρd max se consideră umiditatea optimă de compactare wopt în domeniul umed.

Umiditatea pentru care se obţine densitatea maximă în stare uscată, ρd uscat max se consideră umiditatea optimă de compactare wuscat opt în domeniul uscat. Caracteristicile de compactare în domeniul uscat pot fi luate în considerare numai dacă ρd uscat max ≥ 0.95 ρd max. Pentru controlul alurii curbei de compactare Proctor se traseaza curba de saturatie (II) folosind formula:

s

sd w ρ

ρρ

1001+

= [g/cm3]

Domeniul umed

Domeniul uscatρd max

ρd, [t/m3]

woptimw1 w2 w3 w4 w5 w, [%] wcr

ρuscatd max

wuscatoptim

I

II

Page 14: Infrastructura Drumurilor-curs 4

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

14

unde ρs este densitatea scheletului, g/cm3 w – umiditatea materialului, % Valorile pentru umiditate se iau arbitrar, între valorile umiditatii corespunzatoare încercarilor de compactare. Principalii factori care influenţează compactarea sunt:

- energia de compactare: influenţează până la un punct valoarea umidităţii optime de compactare pentru un pământ dat, în sensul că densitatea maximă în stare uscată ρd max creşte pentru umidităţi mai mici decât umiditatea optimă de compactare, wopt;

Influenţa energiei de compactare asupra compactării pământurilor

- natura pământului: materialele neuniforme - cu granulozitate întinsă – pot fi

aduse prin compactare la densităţi foarte ridicate (de exemplu nisipurile argiloase sau nisipurile prăfoase, la care ρd max poate fi mai mare de 2g/cm3); de asemenea, pământurile nisipoase sau prăfoase (inclusiv loessurile) se compactează bine (ρd max > 1.7 g/cm3); în schimb, pământurle argiloase sunt greu de compactat, fac bulgări care se sfarmă greu.

E4

E3>E4

E2>E3>E4

E1>E2>E3>E4ρd max1

ρd, [t/m3]

woptim3woptim1 w, [%] woptim2 woptim4

ρd max2 ρd max3 ρd max4

umiditatea de saturaţie 100%

Page 15: Infrastructura Drumurilor-curs 4

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

15

Influenţa naturii pământurilor asupra compactării acestora

În tabelul de mai jos sunt prezentate orientativ umidităţile optime de compactare pentru pământuri.

Denumirea pământului Umiditatea optimă Proctor normal, %

Umiditatea optimă Proctor modificat, %

Argilă grasă 20...25 15...20

Argilă 16..23 12...18

Argilă prăfoasă 16...22 12...17

Argilă nisipoasă 14...20 10...16

Argilă prăfoasă nisipoasă 16...18 12...14

Praf argilos 14...18 10...14

Praf argilos nisipos 12...16 9...12

Praf 13...16 10...12

Praf nisipos 11...16 8...12

Nisip argilos 13...16 10...13

Nisip prăfos 11...14 8...11

Pietriş 4...8 3...6

Nisip 8...11 6...8

Balast 2...6 2...5

N NP

NA

P

ρd, [t/m3]

255 w, [%] 15

A

NA - nisip argilos NP – nisip prăfos N – nisip P – praf A - argilă

Page 16: Infrastructura Drumurilor-curs 4

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

16

Controlul compactării pământurilor din corpul terasamentelor de drum se verifică prin gradul de compactare prescris şi prezintă o importanţă deosebită în asigurarea capacităţii portante a terasamentelor. Gradul de compactare (STAS 2914) se obţine ca raport între starea de îndesare a unui pământ la un moment dat, ρd şi starea de îndesare maximă ρd max obţinută în laborator:

maxd

dkρρ

= [%]

Pentru situaţii concrete, pe teren se prescrie gradul de compactare care trebuie realizat la diferite adâncimi ale terasamentelor; se stabileşte prin mai multe încercări relaţia care există între numărul de treceri (sau lovituri) ale utilajului care efectuează compactarea şi densitatea în stare uscată, ρd care trebuie obţinută.

Gradul de compactare pe înălţimea unui rambleu

Pentru realizarea gradului de compactare prescris, înainte de începerea lucrarilor de compactare trebuie stabilite grosimile straturilor elementare de compactat si numarul necesar de treceri sau de lovituri peste aceeasi suprafata, în functie de caracteristicile utilajului folosit. Grosimea stratului elementar compactat se determina în mod practic astfel:

- pe o platforma consolidata si nivelata se aseaza placute P1, P2, .. din tabla metalica din 3...5 m în 3...5 m

- peste placute se asterne un strat din pamânt de latime egala cu latimea de lucru a utilajului de compactat sporita cu 50% si de grosimi hi diferite si cunoscute de la placuta la placuta

- se compacteaza cu un anumit numar de treceri ale utilajului si se masoara grosimea rezultata, hi’

- se determina tasarea procentuala a fiecarui strat:

100100'

i

i

i

iii h

hh

hht

Δ=

−= [%]

0.50k = 100%

k = 95 - 98%

k = 97 - 100%

k = 92 - 95%

1.50

1.00

Page 17: Infrastructura Drumurilor-curs 4

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

17

Grosimea h a stratului de pamânt corespunzatoare tasarii procentuale maxime reprezinta grosimea optima de compactare a stratului de pamânt. Numarul de treceri ale utilajului pe aceeasi suprafata se stabileste dupa cum urmeaza:

- se asterne pamânt într-un strat de grosime h, determinat ca mai sus, pe o platforma consolidata

- se verifica grosimea stratului asternut - se începe compactarea prin treceri repetate cu compactorul - dupa fiecare trecere se masoara grosimea stratului obtinut - se înregistreaza rezultatele într-un grafic, numarul de treceri n în functie de

tasarea procentuala t

Dupa un anumit numar de treceri pamântul se compacteaza foarte putin. În acest moment se opreste compactarea si se determina gradul de compactare. Se compara gradul de compactare obtinut cu cel prescris. Daca corespunde, atunci numarul de treceri efectuat se considera satisfacator si se mentine procesul de compactare. Altfel, se continua compactarea pâna se obtine gradul de compactare prescris.

Page 18: Infrastructura Drumurilor-curs 4

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

18

În cazul debleelor gradul de compactare trebuie să aibă valoarea de 100% pe 30 cm sub patul drumului. Gradul de compactare Proctor normal pentru terasamentul din corpul drumului se asigură conform tabelului de mai jos.

Pământuri

necoezive coezive

Îmbrăcă-minţi

permanente

Îmbrăcă-minţi semi-

permanente

Îmbrăcă-minţi

permanente

Îmbrăcă-minţi semi-permanente

Zonele din terasament la care se prescrie gradul de compactare

Gradul de compactare, %

Primii 30 cm ai terenului natural de sub un rambleu cu înălţimea h de: h ≤ 2.00 m h > 2.00 m

100 95

95 92

97 92

93 90

În corpul rambleelor la adâncimea (h) sub patul drumului: h ≤ 0.50 m 0.5 < h ≤ 2.00 m h > 2.00 m

100 100 95

100 97 92

100 97 92

100 94 90

În deblee pe adâncimea de 30 cm sub patul drumului

100

100

100

100

Notă: pentru pietrişuri şi alte pământuri necoezive cu peste 50% granule mai mari de 20 mm se va considera atins gradul de compactare 100% când după un număr de treceri utilajul nu va mai lăsa urme pe suprafaţă. Numărul de treceri se va stabili experimental, cu tipul de utilaj ce urmează a se folosi la compactare.

Page 19: Infrastructura Drumurilor-curs 4

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

19

Utilaje pentru compactarea terasamentelor Se grupeaza dupa cum urmeaza:

1. utilaje care actioneaza prin apasare: a. compactoare cu rulouri netede b. compactoare cu pneuri c. compactoare tractate (tavalugi) cu rulouri cu crampoane

2. utilaje care actioneaza prin batere: a. maiuri mecanice usoare (portabile) b. maiuri mecanice grele c. maiuri macara (cu cadere libera)

3. utilaje care actioneaza prin vibrare: a. compactoare vibratoare b. placi vibratoare

Alegerea utilajului de compactare se face în functie de: - caracteristicile pamântului - gradul de compactare ce trebuie realizat - adaptarea la conditiile de lucru, pe santier în functie de conditiile climatice

Pamânturile coezive si mai putin coezive pot fi compactate cu masini care exercita o presiune statica (prin cilindrare) si cu masini de batatorit. Pamânturile necoezive se compacteaza în general prin batatorire si vibrare. Pamânturile fine – argilele si prafurile – se caracterizeaza prin permeabilitate redusa. Prezinta o compactare diferita în prezenta apei fata de pamânturile grosiere. Atât argilele cât si prafurile se îmbiba cu apa dupa ploi – umiditatea argilelor variaza mai putin decât cea a prafurilor, dar ambele cedeaza foarte greu apa si nu pot fi compactate corespunzator pentru o umiditate în exces. Se va avea grija în vederea asigurarii umiditatii optime de compactare, luându-se masuri pentru îndepartarea umniditatii în exces: masuri obisnuite de santier care se refera la uscarea materialului sau tratarea cu var nestins, prin executie mecanizata. Se utilizeaza pentru compactare compactoare cu rulouri metalice cu crampoane sau compactoare cu pneuri. Pentru netezirea suprafetei (la sfarsitul zilei de lucru) se utilizeaza compactoare cu rulouri netede. Nisipurile argiloase se compacteaza ca si argilele. Nisipurile monogranulare sunt permeabile si insensibile la apa; sunt sensibile la decompactare, se compacteaza cu mare greutate. Curba Proctor este aplatizata, nefiind influentate de variatia de umiditate. Se folosesc compactoare vibratoare, dupa o prealabila compactare cu un utilaj usor, nevibrator. Nisipurile cu granulozitate corespunzatoare pot fi compactate cu aproape orice fel de utilaj. Pentru grosimi mici de strat se folosesc compactoare cu rulouri netede.

Page 20: Infrastructura Drumurilor-curs 4

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

20

Balasturile argiloase reprezinta un material bun pentru constructia rambleelor. Se folosesc compactoare cu pneuri (pentru grosimi de pâna la 50 cm) sau compactoare vibratoare (pentru grosimi peste 50 cm). Daca balastul contine un procent ridicat de argila si nu are granule mari, se poate folosi compactoare cu rulouri cu crampoane. Balasturile cu granulozitate necorespunzatoare nu permit obtinerea unor straturi stabile, ceea ce duce de multe ori la deformarea structurii rutiere. Se recomanda completarea curbei granulometrice cu material deficitar. Se folosesc compactoare cu pneuri cu sarcina reglata astfel încât sa se evite pierderea stabilitatii materialului ce se compacteaza. Pentru straturi subtiri de balast grosier se poate utiliza compactorul cu rulouri netede. Balasturile cu granulozitate corespunzatoare se compacteaza tinând seama de unghiul de frecare interna. Pentru un unghi mic se folosesc compactoare cu pneuri grele iar pentru unghi mare se combina compactorul cu pneuri cu cel cu vibrare greu. Materiale cu elemente foarte mari: elementele mari se vor sparge deoarece ridica probleme la compactare întrucât acestea pot sa se blocheze lasând între ele goluri care determina o tasare inegala a rambleului si deformatii anormale. În unele conditii de compactare pot apărea fenomene precum:

- salteaua de cauciuc - decompactarea - efectul de nicovala

Salteaua de cauciuc: apare la compactarea unui pamânt fin argilos sau prafos, cu un continut ridicat de apa. Dupa un numar relativ redus de treceri, pamântul se taseaza mult sub compactor, se creeaza valuri care avanseaza în fata rulourilor. Dupa trecerea compactorului pamântul se reumfla, revine la forma initiala. Continuarea compactarii este ineficienta. Ca remediu, se decapeaza pamântul din zona respectiva si se înlocuieste cu un material corespunzator sau se asteapta uscarea naturala sau artificiala (prin drenare) a pamântului si abia atunci se reia compactarea. Decompactarea: apare în cazul pamânturilor cu granulozitate necorespunzatoare si cu granule rotunde. Ele îsi pastreaza cu greu îndesarea obtinuta prin compactare,cel putin la suprafata. Se cauta marirea unghiului de frecare interna prin concasarea materialului. Efectul de nicovala: apare la compactarea unui pamânt asternut pe un suport rigid. Se usureaza procesul de compactare. Atunci când utilajul de compactare este corespunzator se pot obtine densitati în stare uscata ridicate când exista un suport rigid.

Page 21: Infrastructura Drumurilor-curs 4

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

21

Metodele de control al compactării (se mai numesc metode de santier) se folosesc în vederea obţinerii rapide, în timpul executiei, a parametrilor de compactare obtinuti (densitate în stare uscata, ρd si umiditate, w). Acestea sunt următoarele:

1. metode directe:

• metoda penetraţiei (se foloseşte fie un penetrometru static fie unul dinamic)

• metoda izotopilor radioactivi - se aplică direct pe teren; - sunt rapide furnizând rezultate imediate şi prezentând un cost redus; - se utilizează mai ales ca metode comparative între zone cu compactări diferite; - au dezavantajul că necesită curbe etalon în funcţie de natura pământului şi de umiditatea acestuia pentru diferite grade de compactare. Metoda cu penetrometru static (acul Proctor) constă în presarea pe teren, în mod lent şi continuu, a unei tije cu un dorn standardizat. Se înregistrează forţa de apăsare şi se determină rezistenţa pământului ca raport între forţa de apăsare, F şi suprafaţa dornului, S:

SFRp =

Metoda cu penetrometru static se recomandă pentru pământuri cu granulaţie fină. În metoda cu penetrometru dinamic se calculează rezistenţa pământului la penetrarea cu o tija metalica standardizata pe care culiseaza un ciocan, prin acţiune dinamică. Gradul de compactare se verifica în functie de numarul de lovituri necesar patrunderii tijei în pamânt pe grosimea stratului care se compacteaza cu numarul de lovituri luat ca etalon pentru gradul de compactare dorit. Daca tija patrunde pe un alt strat pentru acelasi numar de lovituri, atunci straturile au acelasi grad de compactare. Daca patrunderea se face pentru un numar mai mic de lovituri atunci stratul controlat este insuficient compactat. Metoda cu penetrometru dinamic se recomandă ca pământurile să fie nisipoase, puţin sensibile la umezire şi a căror umiditate variază puţin. Metoda izotopilor radioactivi constă în măsurarea intensităţii de pătrundere a radiaţiilor (radiaţii gamma sau cu neutroni) emise de izotopi radioactivi, în stratul de pământ. Se masoara direct densitatea aparenta si umiditatea pamântului

2. metode indirecte: se determină parametrii de compactare (densitatea aparentă, şi umiditatea pământului) atât pe teren cât şi în laborator.

Densitatea aparentă a pământului se determină pe probe tulburate sau netulburate, în funcţie de coeziunea pământului. La umiditatea naturală, densitatea aparentă, ρw este:

Vmw

w =ρ

unde mw este masa pământului umed extras, determinată prin cântărire

Page 22: Infrastructura Drumurilor-curs 4

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 4 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL

22

V – volumul probei de pământ extras. Umiditatea pământului se determină prin metoda uscării:

1001

1

mmmw −

=

unde m este masa probei de pământ umed m1 – masa aceleaşi probe de pământ uscat.

Metodele indirecte dau indicatii exacte asupra parametrilor de compactare dar necesita timp mai indelungat; numarul punctelor de prelucrare a probelor fiind mai redus metoda de foloseste in verificarea metodelor directe.


Recommended