Evolutia tehnicilor si metodologiilor de determinare a rezistentei la forfecare a pamanturilor (II)

(Continuare din numarul anterior)

Incercarea monoaxiala

Incercarile la forfecare prin compresiune monoaxiala pot fi utilizate pentru obtinerea unor rezultate orien­tative asupra pamanturilor, in special in cadrul organizarilor de santier. Pe langa simplitatea metodologiei, acest tip de incercare mai are avantajul rapiditatii de executie.

Probele folosite au forma cilindrica, cu diametre cuprinse intre 3,6 cm si 8,5 cm si inaltimea cuprinsa intre l,5d si 2d. Din cauza ca probele nu sunt continute in membrane de cauciuc, ca in cazul incercarii triaxiale, pentru acest tip de incercare nu se pot utiliza decat probe din pamant coeziv.

Incercarea consta in supunerea probelor la compresiune, fara ca acestea sa fie confinate lateral. Forta de compresiune va creste in mod constant, pana in momentul cedarii casante a probei (cu evidentierea clara a unui plan de rupere) sau rupere plastica (deformatia specifica verticala e₂>20%). Viteza de incercare trebuie sa fie suficient de mare pentru a asigura condi­tiile de nedrenare a apei din porii probei. Parametrii rezistentei pot fi determinati prin relatii de calcul stabilite pe baza constructiei grafice (fig. 8).

Incercare triaxiala

Incercarile triaxiale se efectueaza pe probe cilindrice cu diametru de 38 mm sau 100 mm si inaltimea, de re­gula, de doua ori diametrul. Drenarea apei din proba este asigurata prin dispunerea de pietre poroase la partea inferioara si superioara a probei, iar pe suprafata late­rala, prin fasii de hartie de filtru. Epruveta este, apoi, imbracata intr-o membrana cilindrica de cauciuc.

Incercarile triaxiale comporta doua etape. In prima etapa se introduce in celula un fluid sub presiune (apa, ulei, aer comprimat), care va actiona asupra probei rea­lizand o solicitare hidrostatica. In cea de-a doua etapa, prin intermediul pistonului de incarcare, proba este supusa unei presiuni verticale suplimentare Ds care se mareste treptat pana la valoarea Ds_f care duce la ruperea probei.

Deformatia axiala a probei este masurata direct prin monitorizarea platanelor, iar deformatiile laterale se pot masura fie prin traductori de deformatii atasati pe corpul probei, fie prin determinarea variatiei volumului de apa din interiorul celulei.

Avantajul aparatelor triaxiale consta in posibilitatea de a reproduce o larga varietate de drumuri de efort [1], gama tipurilor de incercari, precizia masuratorilor, diversitatea parametrilor care pot fi pusi in evidenta, cu referire la rezistenta dar si la deformabilitate.

Pe langa restrictiile impuse de starea simetrica de tensiuni, rezultatele obtinute din incercarile triaxiale sunt influentate de o serie de factori: rugozitatea si marimea platanelor, actiunea de confinare a membranei flexibile care imbraca proba de pamant si sistemul de masurare. Aceste imperfectiuni se concretizeaza in distributii neuniforme de tensiuni.

Dintre factorii enumerati mai sus care influenteaza acuratetea rezultatelor cel mai important este frecarea ce apare pe suprafata de separatie dintre proba si pietrele poroase. In urma experimentelor efectuate de catre Taylor (1940) se ajunge la concluzia ca rezultatele obtinute cu ajutorul aparatelor triaxiale sunt corecte, in cazul in care se folosesc probe cu raportul dintre inaltime si diametru cuprins intre 1,5 si 3,0.

Sistemul de masurare poate influenta precizia rezultatelor. Dupa cum s-a mentionat, se pot folosi mai multe metode de masurare a deformatiilor laterale. Folosirea traductorilor de deplasare este acceptabila numai in cazul deformatiilor mici ale probelor. In cazul in care proba sufera o cedare plastica, masurarea deformatiilor in puncte nu este reprezentativa pentru intreg fenomenul de deformare. Cea de-a doua metoda amintita aici este asociata cu erori datorate in special deformatiilor peretilor celulei triaxiale. In acest sens, s-au introdus in uz celule triaxiale cu pereti dubli (fig. 10) [7].

Incercare biaxiala

Pentru determinarea caracteristicilor mecanice ale pamanturilor, in practica curenta se foloseste aparatul triaxial, cu toate ca, in multe situatii, deformatiile in situ ale masivelor de pamant sunt mai apropiate de o stare plana de deformatii. De exemplu, in cazul problemelor de stabilitate a taluzurilor sau a fundatiilor continue, deformatiile axiale sunt nule. Se impune, deci, necesitatea de a crea aparate capabile sa testeze pamantul in stare plana de deformatii.

Acest tip de aparate permite incarcarea probelor pe doua laturi iar a treia latura ramane imobila pe parcursul incercarii. Probele folosite sunt, in general, rectangulare, cu raportul laturilor sectiunii transversale cuprins intre 2÷3 iar lungimea mult mai mare decat latimea. In aceste conditii, se poate obtine o stare de tensiuni uniforma in centrul probei iar efectele perturbatoare ale frecarii cu platanele aparatului sunt reduse.

Aplicarea incarcarilor se poate face prin intermediul unor placi rigide, membrane de cauciuc sau mixt. Folosirea placilor rigide prezinta avantaje legate, in primul rand, de uniformitatea starii de deformatii si masurarea acestora. Aparatele astfel construite nu permit, insa, deformarea libera a probelor, iar in cazul deformatiilor impuse mari apar dificultati mecanice in ceea ce priveste intersectarea platanelor. Folosirea membra­nelor poate asigura o stare uniforma de tensiuni iar deformatiile libere ale probelor sunt posibile.

De asemenea, se poate folosi o configuratie asema­natoare aparatului triaxial, in care se blocheaza una dintre laturi cu ajutorul unor pereti rigizi. Aceasta solutie are, insa, dezavantajul ca nu poate acomoda probe mari.

Primele incercari pe probe aflate in stare plana de deformatii au fost realizate de catre Wood in anul 1958 la Imperial College in Londra. Probele de pamant folo­site aveau dimensiuni de 508 mm x 406 mm x 101 mm si erau imbracate in membrane speciale. Pentru a reduce frecarile dintre membrana si placile metalice ale apara­tului, acestea erau gresate cu unsoare siliconica. Aparatul oferea posibilitatea de a observa proba in timpul incercarii, iar masurarea tensiunii intermediare (02) se facea folosind o tehnica similara celei pentru masurarea presiunii apei din pori. Datorita dimensiunilor mari ale probei, consolidarea probelor mari de argila poate dura pana la 3 saptamani [9].

Yoginder Pal Vaid prezinta, in 1968, un nou aparat pentru testarea pamanturilor in stare plana de deformatii. Aparatul poate acomoda probe de argila sau nisip cu dimensiuni de 57 mm x 25 mm x 100 mm. Sistemul de incarcare este alcatuit dintr-un piston rigid din otel inoxidabil, care actioneaza proba pe directie verticala, iar in plan orizontal presiunile sunt asigurate cu ajutorul unor diafragme flexibile de cauciuc (0,35 mm grosime). La partea inferioara si superioara proba este marginita de pietre poroase care asigura drenarea.

Aparatul propus de Lo este constituit dintr-un dispo­zitiv montat intr-o celula triaxiala. Proba are dimensiuni de 120 mm x 120 mm x 40 mm si este continuta intr-o membrana de cauciuc. La partea superioara si inferioara sunt dispuse pietre poroase (2), pentru a facilita drenajul apei. Diafragmele laterale (5) sunt realizate din placi de plexiglas, care au rolul de a impiedica deformarea probei (e₂=0). Acestea sunt solidarizate cu suruburi M5 (7) de piesele laterale din aluminiu. Inainte de inceperea incercarilor toate piesele aparatului care intra in contact cu proba sunt gresate pentru a reduce frecarile (fig. 13).

CONCLUZII

Prin incercarile de laborator, se urmareste obtinerea parametrilor rezistentei la forfecare (j,c), parametri care vor fi folositi apoi pentru a realiza calcule de stabilitate sau capacitate portanta a pamantului. In fiecare caz in parte trebuie considerat mecanismul specific de cedare si alese metodele corespunzatoare.

O serie de factori limiteaza progresul in dezvoltarea procedurilor de prezicere a deformatiilor in situ a pamanturilor, prin incercari de laborator. Cel mai important dintre acesti factori este, probabil, inabilitatea de a reproduce realist in laborator drumul de efort.

Pentru incercarile la forfecare pe plan obligat (forfecare directa si forfecare prin torsiune) tensiunile principale intermediare nu pot fi impuse si au valori necunoscute, iar prin incercarea de compresiune triaxiala starea de tensiuni nu poate fi decat axial simetrica, fapt ce nu corespunde situatiilor din teren. Incercarile la compresiune biaxiala pot fi mai potrivite, de exemplu, in cazul problemelor de stabilitate a taluzurilor sau a funda­tiilor continue, situatie in care deformatiile axiale sunt nule.

In practica curenta, se ignora anizotropia pamanturilor, deoarece este dificil de aproximat; majoritatea modelelor folosite pentru modelarea comportarii pamanturilor ignora, de asemenea, anizotropia acestora.

Simularea realista a drumului de efort necesita dezvoltarea de noi metodologii de testare capabile sa controleze atat intensitatea cat si directia tensiunilor principale.

BIBLIOGRAFIE

1. Stanciu A., Lungu L., Fundatii, vol. l, Editura Tehnica, 2006;

2. Saada A. S., Townsend F. C., State of the art: Laboratory strength testing of soils, 1981;

3. Albert C., Teza doctorat – Contributii privind influenta rezistentei la forfecare asupra capacitatii portante a terenului de fundare, 2000;

4. Raileanu P., Teza de doctorat – Contributii asupra influentei unor factori fundamentali in metodele de determinare a rezistentei la forfecare a pamanturilor, Institutul politehnic Iasi, 1973;

5. Lade P. V., Torsion shear apparatus for soil testing, 1981;

6. Stark Timothy D., Landfill liner interface strengths from torsional – ring – shear tests;

7. Alabdullah J., Teza doctorat – Testing unsaturated soil for plane strain conditions: A new double-wall biaxial device, 2010;

8. Manoliu I.; RAdulescu Nicoleta, Geotehnica, Editura Conspress, 2010;

9. Vaid Y. P., A plane strain apparatus for soils, 1968;

10. Lo, K. V., Mita K. A., Thangayah T.,Plane strain testing of overconsolidated clay.

Autori:
prof. univ. dr. ing. Anghel Stanciu – Universitatea Tehnica “Gheorghe Asachi” Iasi, Facultatea de Constructii si Instalatii, Departamentul de Cai de Comunicatii si Fundatii, membru al Academiei Oamenilor de Stiinta din Romania
prof. univ. dr. ing. Irina Lungu,
ing. Stefan Cioara – Universitatea Tehnica “Gheorghe Asachi” Iasi, Facultatea de Constructii si Instalatii, Departamentul de Cai de Comunicatii si Fundatii 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 106 – august 2014, pag. 24