«

»

Imbunatatirea caracteristicilor geotehnice ale pamanturilor sensibile la umezire, prin compactare dinamica intensiva

Share

manea - verificarea pamanturilor fig 2Una dintre metodele de desensibilizare a loessurilor, pamanturi sensibile la umezire, o constituie compactarea dinamica intensiva. Alegerea parametrilor de compactare (greutate mai, energie de compactare, distanta dintre amprente, numar de faze) si verificarea aplicarii procedeului se realizeaza prin incercari de teren si laborator specifice.

In articolul de fata se prezinta rezultatele obtinute preliminar, in poligoane de incercare, cat si dupa executia in Dobrogea, in anii 2009 – 2011, a circa 240.000 m2 de teren compactat dinamic si desensibilizat. S-a avut in vedere o grosime de 6 m a stratului de teren tratat.

S-a pus in evidenta necesitatea incercarilor de teren (CPT) si de laborator (edometre duble) pentru determinarea parametrilor specifici, indicele tasarii suplimentare prin umezire, porozitate, rezistenta structurala, modulul de deformatie, pe terenul natural si pe teren compactat.

Criteriile de verificare a imbunatatirii caracteristicilor geotehnice ale pamanturilor sensibile la umezire, prin utilizarea metodei de compactare dinamica, au fost stabilite pe baza acestor incercari, aplicand prevederile din normativul privind fundarea constructiilor pe pamanturi sensibile la umezire (NP – 125/2010).

 

IMBUNATATIREA TERENURILOR SENSIBILE LA UMEZIRE PRIN COMPACTARE DINAMICA INTENSIVA

Pamanturile sensibile la umezire (PSU) sunt, in general, loessurile si pamanturile loessoide, care, in prezenta apei, se caracterizeaza prin tendinta de prabusire a structurii, conducand, astfel, la aparitia unor „tasari suplimentare” sub sarcinile aduse de constructii (PSU grupa A) sau chiar sub greutate proprie (PSU grupa B). De cele mai multe ori aceste „tasari suplimentare” sunt diferentiate, din cauza distributiei neuniforme a porilor si volumului mare al acestora, de regula peste 40%.

Pentru fundarea pe astfel de terenuri, se aplica o serie de masuri, urmarindu-se reducerea sau eliminarea tasarilor provocate de prezenta apei. Masurile referitoare la terenul de fundare urmaresc, in primul rand, desensibilizarea acestuia in raport cu apa, pe o grosime cat mai mare a stratului PSU, limitand, astfel, tasarile la cele admisibile pentru constructie.

Din gama metodelor de desensibilizare a PSU, acolo unde conditiile amplasamentului permit (fara vecinatati construite), se poate utiliza compactarea dinamica, solutie folosita in Romania de peste 50 de ani.

In stare naturala, in conditii de masiv nederanjat, loessurile si pamanturile loessoide, prin modul lor de formare, prezinta o structura specifica. In pofida porozitatii mari, dar neuniforme (n > 40%), scheletul mineral, prin natura si proprietatile fizico-mecanice ale particulelor, ca si datorita legaturilor chimice dintre acestea, confera o compresibilitate medie acestor pamanturi, atestata prin incercari in laborator (incercarea edometrica).

Rezultatele obtinute pe terenul natural, prin incercari in-situ (penetrari), trebuie interpretate tinand cont de specificul acestor materiale (PSU). Astfel, in urma unor incercari de penetrare standard (SPT), se obtin valori relativ mici ale unei lovituri pentru un avans de 30 cm (NSPT30), atestand porozitatea mare si nu starea de consistenta.

In conditii de inundare (saturare) structura acestor materiale se prabuseste (colaps) prin disparitia unor legaturi chimice, scheletul pierzand din rezistenta, astfel incat, in paralel cu eliminarea aerului din pori si patrunderea apei, se pot produce tasari, chiar sub greutatea proprie, denumite „tasari suplimentare prin umezire” care se adauga celor datorate deformabilitatii scheletului.

Parametrii geotehnici care pot fi obtinuti in laborator (conform NP125/2010) pentru a atesta sensibilitatea, in raport cu apa, a unui pamant, sunt indicele de tasare suplimentara prin umezire im300 (>2%), ca si rezistenta structurala s0 (presiunea minima pentru care se produce fenomenul de tasare suplimentara la umezire, im = 1%).

Pamanturile sensibile la umezire odata saturate, consumandu-si tasarile suplimentare, devin pamanturi cu compresibilitate mare sau foarte mare. Pentru aceste materiale inmuiate, saturate, valorile indicilor obtinuti prin incercari in situ (SPT, CPT) se pot corela cu starea de consistenta.

Avand in vedere pericolul aparitiei tasarilor suplimentare prin umezire, cel mai adesea neuniforme, scopul procedeului de desensibilizare a terenului prin compactare dinamica intensiva este cel de modificare a structurii colapsibile pentru eliminarea tasarilor suplimentare, respectiv reducerea porozitatii ca urmare a indesarii pamantului uscat. In aceste conditii, se produce o rearanjare a particulelor solide, o scadere a volumului porilor si implicit, o crestere a volumului ocupat de scheletul mineral, chiar cu aport de material.

Dupa compactare, deformabilitatea materialului rezultat va fi, in general, apropiata, dar mai redusa decat a celui initial, structura rigida fiind distrusa. Modulii edometrici obtinuti pe materiale compactate atesta, in general, o compresibilitate medie a materialelor, fara insa a mai prezenta sensibilitate la umezire (im 300 < 2%). Saturarea materialelor desensibilizate prin compactare (indesare) conduce la o crestere mult mai mica a compresibilitatii, datorita porozitatii scazute. In aceste conditii, incercarile pe teren de tip penetrare pe materialele desensibilizate permit corelari ale rezultatelor pentru prognoza parametrilor geotehnici caracteristici.

Aplicarea tehnologiei de compactare dinamica pentru desensibilzarea PSU se bazeaza pe aceste mecanisme de modificare a starii de indesare, conducand la eliminarea tasarilor suplimentare la umezire prin modificarea structurii materialelor (distrusa total sau partial) si prin diminuarea porozitatii, necesitand adaos de material, crescand, astfel, volumul scheletului mineral, ceea ce, implicit, diminueaza compresibilitatea globala.

 

PRINCIPII DE PROIECTARE A LUCRARILOR DE COMPACTARE INTENSIVA

Caracterizarea geotehnica

In conformitate cu prevederile normelor tehnice, criteriile de incadrare a unui pamant ca sensibil la umezire, pe baza incercarilor de laborator, sunt de doua categorii iar pentru a clasifica materialul trebuie satisfacute urmatoarele conditii:

a) Criterii referitoare la compozitie si proprietati fizice:

• Pamanturi coezive

• Pamanturi cu fractiunea praf (d = 0,005 – 0,062 mm) in proportie de 50 ÷ 80%

• Pamanturi aflate in stare nesaturata (Sr < 0,8)

• Pamanturi cu porozitate in stare naturala n > 40%

b) Criterii referitoare la comportamentul mecanic:

• Indicele tasarii specifice suplimentare prin umezire im300 are valoare mai mare sau egala cu 2%.

De asemenea, o indicatie asupra sensibilitatii la umezire a unui pamant o constituie si valoarea densitatii in stare uscata rd < 1,6 g/cm3.

In acest sens, prin incercari de laborator trebuie cunoscute urmatoarele aspecte relevante pentru scopul lucrarilor referitoare la terenul propus a fi tratat prin compactare dinamica intensiva pana la adancimea necesara:

a) Natura si compozitia materialelor, prin determinarea compozitiei granulometrice  si  a densitatii specifice (rs)

b) Starea naturala de umiditate si consistenta a materialelor, prin determinarea umiditatii (w), densitatii (r) si a gradului de saturatie (Sr), limita de plasticitate (wp) si limita de curgere (wL), respectiv a indicelui de plasticitate (Ip), ca si a indicelui de consistenta (Ic)

c) Starea naturala de indesare, prin calcularea porozitatii (n), aindicelui porilor (e) si a densitatii in stare uscata (rd)

d) Compresibilitatea si sensibilitatea la umezire, prin determinarea, pe baza incercarilor duble in edometru, a indicelui tasarii specifice la umezire (im300) si modulilor de deformatie (M200-300pe probe naturale si inundate

Pe teren sunt necesare investigatii prin foraje cu prelevarea de probe netulburate si incercari de penetrare ale caror rezultate se vor interpreta corelandu-le cu datele din laborator.

Pentru reliefarea eficientei procesului de compactare dinamica este relevanta noua stare de indesare obtinuta, atestata prin incercari de teren si de laborator. Parametrii geotehnici necesar a fi obtinuti in laborator sunt: densitatea in stare uscata (rd), porozitatea (n), indicele porilor (e), indicele de tasare suplimentara prin umezire (im300), modulii de deformatie edometrica (M200-300) pe probe cu umiditatea naturala si saturate. Rezultatele incercarilor de teren nspt si qc obtinute se pot corela intre ele. Conform experientei si normelor tehnice internationale si nationale, eficienta compactarii dinamice se cuantifica pe baza incercarilor in situ de penetrare si/sau presiometrice.

Parametrii de compactare

Din faza de proiectare este necesar sa fie prevazuti parametrii de compactare, care se definitiveaza pe baza unor poligoane experimentale.

Principalii parametri sunt:

• Energia de compactare, care se stabileste in functie de caracteristicile terenului (natura, porozitate, grad de saturare, nivelul apei subterane) si adancimea necesara a fi tratata, rezultand greutatea maiului si inaltimea de batere;

• Caracteristicile macaralei utilizate la compactare, in functie de relatia intre lucrul mecanic in regim dinamic si cel in regim static;

• Caracteristicile maiului supergreu;

• Distanta dintre amprente (marimea ochiurilor retelei de compactare);

• Intervalul de timp intre doua lovituri succesive;

• Numarul de lovituri succesive pe aceeasi amprenta;

• Numarul de faze de compactare si repartizarea energiei de compactare pe faze;

• Intervalul de timp dintre fazele de compactare.

 

METODOLOGIA PROPUSA SI APLICATA PENTRU VERIFICAREA LUCRARILOR DE COMPACTARE INTENSIVA PENTRU CONSTRUIREA UNEI AUTOSTRAZI

Caracterizarea aplasamentului

Trebuie realizati aproximativ 23 km de autostrada. Investigatiile geotehnice pe traseul autostrazii au evidentiat existenta unui pachet de pana la 12 m grosime de pamanturi loessoide avand sensibilitate la umezire pe cca. 6 m, asezat pe un strat de argile rosii cu concretiuni calcaroase. Dupa adancimi de circa 28 m se intalneste, pana la 40 m, roca de baza constituita din calcar degradat in masa argiloasa.

Prin studiile geotehnice nu a fost relevat nivelul apei subterane pana la adancimi de 40 m.

Pentru realizarea autostrazii sunt prevazute, pe acest teren, ramblee de 5 – 11 m inaltime si poduri rutiere.

Din cauza naturii si starii de indesare a primului strat de teren, ca si necesitatii de limitare a tasarilor diferentiate la 25 mm/100 m, a fost propusa imbunatatirea terenului pe o suprafata de aproximativ 240.000 m2 si o adancime de 6 m, prin compactare dinamica intensiva.

Pentru proiectarea, realizarea si verificarea solutiei de imbunatatire a terenului loessoid prin aceasta tehnologie, au fost intreprinse cercetari specifice, de laborator si de teren, calcule si prelucrari ale rezultatelor care au condus la stabilirea procesului tehnologic de executie si a metodologiei de verificare a calitatii (eficientei) lucrarilor de compactare.

 

Stabilirea parametrilor de compactare

A fost realizat un poligon experimental pentru stabilirea parametrilor de executie, in functie de natura terenului.

Au fost determinate urmatoarele:

a) Greutatea maiului si inaltimea de cadere

b) Distanta intre amprente; aceasta distanta se realizeaza pe santier, la inceperea fiecarei faze, in felul urmator: pornind din centrul amprentei se masoara, pe doua directii perpendiculare, cotele terenului si se observa pana la ce distanta se produce suprainaltare apreciabila; distanta intre amprente se alege cel putin egala cu latimea zonei de influentare (a) (fig. 1)

c) Energia de batere (numar de lovituri pe amprenta). Energia de compactare, pentru o singura lovitura, se stabileste, pornind de la adancimea de compactare, cu relatia:

unde: H – adancimea de compactare necesara (m), M – greutatea maiului (t), h – inaltimea de cadere a maiului (m), m – coeficient al conditiilor de teren din amplasament, care depinde de natura terenului, stratificatie, grad de saturare, porozitate, greutate volumica etc. (fig. 2)

Energia totala de compactare se stabileste in functie de:

• tipul terenului care trebuie imbunatatit;

• adancimea necesara a fi tratata;

• cerintele finale ale proiectului.

d) Numarul de faze de compactare (fig. 3). Acest parametru, foarte important, se estimeaza in functie de reactia terenului la eforturile dinamice.

Intre faze, incercarile geotehnice trebuie sa verifice rezultatul compactarii, care nu se termina decat atunci cand incercarile atesta valori care sa asigure o buna comportare a lucrarilor.

In general, experienta arata ca sunt suficiente doua faze de compactare de adancime, care se realizeaza, de regula, cu energii de compactare egale.

Sunt cazuri cand energia din prima faza a fost mai mare cu 20% – 30% decat energia utilizata la faza a doua. In acelasi timp, constatarea unor neomogenitati ale terenului, la executarea primei faze, a condus la cresterea energiei de compactare in faza a doua.

Pentru stabilirea tehnologiei de lucru, au fost efectuate in poligon si incercari de penetrare cu con (CPT) pentru cunoasterea starii initiale si finale (dupa compactare) de indesare/consistenta. Au fost efectuate si investigatii pe baza de foraje, cu prelevare de probe netulburate. Pe aceste probe s-au realizat incercari geotehnice de laborator. In foraje s-au executat incercari de penetrare standard (SPT).

Pe baza rezultatelor obtinute prin prelucrarea datelor, s-au calculat parametrii geotehnici necesari pentru verificarea lucrarilor.

 

Programul experimental

Tinand cont de consideratiile din capitolele anterioare ca si de prevederile normelor tehnice, pentru verificarea eficientei (calitatii) lucrarilor de imbunatatire prin compactarea intensiva a terenului pe o adancime de circa 6 m, s-a propus si realizat un program de incercari de teren si laborator pe terenul natural – inainte de compactare si, apoi, pe terenul compactat. Acest program a cuprins:

a) incercari pe teren: penetrari tip CPT, foraje geotehnice cu adancimi de peste 6 m in care s-au executat penetrari SPT si din care s-au prelevat probe tulburate si netulburate.

b) incercari de laborator: determinarea granulometriei, densitatilor in diferite stari, umiditatilor, plasticitatii si consistentei, ca si incercari edometrice duble.

Pentru a permite calcule de estimare a capacitatii portante a terenului compactat, s-au realizat si incercari pentru determinarea parametrilor rezistentei la forfecare, unghiului de frecare interna Æ si coeziunii c. S-au efectuat incercari rapide de forfecare directa de tip U.U. (neconsolidat – nedrenat) si C.U. (consolidat – nedrenat).

 

Stabilirea cerintelor pentru atestarea calitatii lucrarilor

Principalul scop al lucrarilor de compactare intensiva a constat in desensibilizarea terenului la actiunea apei. In acest sens, au fost stabilite urmatoarele cerinte de verificare a terenului imbunatatit:

a) Pe baza incercarilor de laborator:

• Scaderea indicelui tasarii specifice la umezire im300< 2%

• Cresterea densitatii in stare uscata rd > 1,6 g/cm3

• Reducerea porozitatii n < 40%

• Cresterea modulilor edometrici M200-300 pentru materialul compactat atat in starea de umiditate naturala (w) cat si dupa saturatie (wsat)

Din punct de vedere practic, este necesara compararea valorilor acestor parametri corespunzatori pentru terenul inainte de compactare cat si dupa compactare. Comparatia se realizeaza intre valorile corespunzatoare diferitelor straturi cat si prin raportarea lor.

Atestarea calitatii lucrarilor corespunde satisfacerii urmatoarelor conditii:

  • im300comp / im300nat < 1, cu im300comp < 2 %
  • rdcomp / rdnat >1
  • ncomp / nnat <1
  • M200-300comp w / M200-300natw > 1
  • M200-300 comp wsat / M200-300natwsat > 1

Pentru caracterizarea globala a terenului compactat pe 6 m adancime s-au efectuat aceleasi comparatii pentru valorile medii ale acelorasi parametri.

b) Pe baza incercarilor in situ:

• Compararea valorilor specifice N30 (SPT) si qc (CPT) efectuate inainte si dupa compactare.

Atestarea calitatii lucrarilor  corespunde  satisfacerii  conditiei  ca raportul valorilor dupa compactare cu cele pe teren natural sa fie supraunitar.

 

REZULTATELE INCERCARILOR EFECTUATE in LABORATOR SI PE TEREN

Pe baza incercarilor efectuate in teren si in laborator a rezultat ca, pe grosimea de 6 m, terenul natural este constituit din prafuri argiloase si argile prafoase in stare nesaturata, cu indicele tasarii suplimentare la umezire im300 = 2-6%, confirmand caracterul PSU – grupa A, materialele avand compresibilitate de la medie la mare.

Valorile medii ale principalilor indici geotehnici obtinuti pana la adancimi de 6 m, pe 45 de probe luate din 9 locatii, sunt prezentate in tabelele 1 si 2.

Se remarca indeplinirea tuturor conditiilor de verificare si totodata, buna concordanta intre rezultatele de laborator si de teren; rapoartele intre caracteristicile de deformabilitate din laborator (M200-300) si teren sunt, practic, similare pentru cele doua situatii.

S-a confirmat posibilitatea utilizarii unor corelatii intre valorile modulilor de deformatie edometrici si valorile specifice din incercarile de penetrare, conform EREN 1997-2:2007.

In relatia Eoed = a * qc, pentru zona studiata, amed» 4,4. Se confirma, astfel, ca pentru aplicarea acestor corelatii, in cazul unor pamanturi cu comportament specific, sunt necesare investigatii in amplasament, pentru obtinerea valorilor proprii pentru coeficientul a.

In figurile 4 si 5 sunt prezentate valorile porozitatilor si media rezistentelor pe con obtinute inainte si dupa compactare.

 

CONCLUZII

Pe amplasamentul autostrazii, terenul de fundare este alcatuit, pe primii 6 m, din pamanturi loessoide sensibile la umezire.

Conform proiectului a fost necesara imbunatatirea acestui strat, respectiv desensibilizarea in raport cu apa. In acest scop, a fost utilizata tehnologia de compactare dinamica intensiva.

Pentru reliefarea eficientei procesului de compactare dinamica este relevanta noua stare de indesare obtinuta, reflectata prin parametrii specifici determinati in laborator si pe teren, ale caror valori se pot corela intre ele.

Urmare a metodologiei aplicate s-au stabilit cerintele pentru parametrii de compactare dinamica intensiva si de atestare a calitatii lucrarilor.

Prin programul experimental desfasurat si prelucrarea statistica a datelor, a rezultatat ca in toate locatiile pe adancimea de 6 m lucrarile de compactare au fost eficiente. Terenul imbunatatit astfel a devenit insensibil la umezire, prezentand, totodata, o deformabilitate mai redusa fata de cel natural necompactat.

 

BIBLIOGRAFIE

1. NP – 125 / 2010 Normativ privind fundarea constructiilor pe pamanturi sensibile la umezire;

2. Lucrare de Dizertatie Imbunatatirea pamanturilor loessoide prin compactare dinamica intensiva – Masterand: ing. Monica Dumitru, Coordonator: prof. dr. ing. Sanda MANEA, 2011;

3. IPTANA Consolidarea dinamica intensiva a terenurilor slabe la fundarea constructiilor pentru transporturi, Bucuresti 1982.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 103 – mai 2014, pag. 34

Autori:
drd. ing. Monica Dumitru, prof. univ. dr. ing Sanda Manea – Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti, Facultatea de Hidrotehnica, Departamentul de Geotehnica si Fundatii
prof. univ. dr. ing. Romeo Ciortan – Universitatea Ovidius Constanta, Facultatea de Constructii
ing. George Tsitsas – GT Ground Engineering & Construction Services

 



Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Share

Permanent link to this article: http://www.revistaconstructiilor.eu/index.php/2014/05/07/imbunatatirea-caracteristicilor-geotehnice-ale-pamanturilor-sensibile-la-umezire-prin-compactare-dinamica-intensiva/

Lasă un răspuns

Adresa de email nu va fi publicata.