Stabilirea corelatiilor intre caracteristicile fizice si cele de compactare pentru pamanturile stabilizate cu materiale minerale

Procesul de stabilizare se poate aplica cu succes in cazul pamanturilor cu granulatie fina, cum sunt pamanturile argiloase si namolurile, insa poate avea rezultate favorabile si in cazul pamanturilor nisi­poase care contin un procent semnificativ de particule fine (minerale argiloase). Studiile efectuate pana in prezent au evidentiat ca stabilizarea pamanturilor dificile conduce la cresterea rezistentei la forfecare, reduce­rea permeabilitatii si a compresibilitatii terenului de fundare. Aplicatiile experimentale din cadrul lucrarii isi propun obtinerea unor retete de pamanturi cu adaosuri de materiale locale cu rol de stabili­zare, care sa conduca la imbunatatirea caracteristicilor geotehnice. Rezultatele obtinute din incercarile de la­borator au permis stabilirea dozajului optim de material local stabilizator, corespunzator fiecarui pamant in parte, in functie de corelatiile intre caracteristicile fizice si cele de compactare si analizele compa­rative intre tipurile de pamanturi si amestecurile realizate. 

Terenurile de fundare disponibile pentru amplasarea constructiilor ingineresti sunt intr-o continua scadere, situatie care, combinata cu preturile destul de ridicate ale acestora, determina tot mai multi investitori sa aleaga ca teren de fundare pamanturi ce prezinta o capacitate portanta slaba si care nu pot asigura o buna exploatare in conditii de siguranta si confort [1]. Pamanturile dificile de fundare sunt caracterizate prin rezistente mecanice reduse si comportament specific sub actiunea solicitarilor fi­zice, hidrice si mecanice, fiind incadrate, conform normelor romanesti in vigoare, in categoriile geo­tehnice 2 si 3, corespunzatoare riscului geotehnic „mare”, respectiv „foarte mare”. Pentru indeplini­rea conditiilor unui teren bun de fundare, se pot adopta solutii care sa permita asigurarea stabilitatii si sigurantei constructiilor [2], [3], [4].

Procedeele de stabilizare a terenurilor cu rezistente mecanice reduse conduc la modificari calita­tive ale compozitiei si structurii pamanturilor, modificari ce implica automat cresterea proprietatilor geotehni­ce [5], astfel incat acestea sa poata sustine incarcarile provenite de la constructii. Procesul de stabi­lizare se poate aplica cu succes in cazul pamanturilor cu granulatie fina, cum sunt cele argiloase si namolurile, insa poate avea rezultate favorabile si in cazul pamanturilor nisipoase, care contin un procent semnificativ de particule fine (minerale argiloase). Stabilizarea pamanturilor dificile de fundare produce, ca efecte asupra terenului de fundare, cresterea rezistentei la forfecare, reducerea permeabilitatii si a compresibilitatii.

Prin stabilizarea pamanturilor s-a urmarit, pana in prezent, obtinerea unor materiale rezistente si durabile, apte pentru a fi incorporate in straturi rutiere [6], baraje, diguri de pamant, precum si la protectia taluzurilor. Imbunatatirea caracteristicilor fizico-mecanice ale pamanturilor in urma stabi­lizarii cu diferiti lianti, substante organice sau enzimatice [7], [8] este efectul modificarii sau forma­rii unor structuri noi, la dezvoltarea carora contribuie, in afara agentului stabilizator, factori de ordin tehnologic [9].

Cercetarile efectuate in cadrul lucrarii isi propun obtinerea unor retete de pamanturi cu adaosuri de materiale locale cu rol de stabilizare [10], [11], care sa conduca la imbunatatirea caracteristicilor geotehnice, la evaluarea eficientei stabilizarii terenului in situ si obtinerea de noi informatii privind alegerea dozajelor optime de agent stabilizator. In urma incercarilor experimentale de laborator si a prelucrarii rezultatelor, s-au obtinut analize de corelatie in­tre caracteristicile fizice si cele de compactare pentru stabilirea adaosului si dozajului op­tim de material stabilizator, corespunzator tipului de pamant analizat.

Program experimental privind stabilizarea pamanturilor

Incercarile de laborator ale programului experimental au fost efectuate pe probe de argila prafoasa, fiind preparate esantioane cu diferite adaosuri de materiale minerale locale: praf de creta de Basarabi, nisip fin si mare (fig. 1) folosind diferite procente de stabilizatori mine­rali in amestecuri (Tabelul 1).

Pentru fiecare proba s-au efectuat determinari ale caracteristicilor fizice (umiditate, granulozitate, limite de plasticitate) si ale caracteristicilor de compactare (incercarea Proctor).

Determinarea granulozitatii s-a facut pe proba martor (Pr. N-1) si pe amestecul de argila pra­foasa cu 33% nisip fin si mare (Pr. N-3). Se observa ca, pornind de la proba de argila prafoa­sa, prin adaugare succesiva de nisip, s-a obtinut o alta categorie de pamant, si anume nisip argilos. Distributia procentuala pe fractiuni a granulelor, pentru proba martor de argila prafoasa in amestec cu nisip, este reprezentata in figura 5.

Pe baza rezultatelor obtinute din determinarea limitelor de plasticitate (Tabelulul 2) s-au rea­lizat evaluari cantitative privind modul de variatie al acestora in functie de dozajele de materiale stabilizatoare utilizate. Pentru amestecurile preparate cu argila prafoasa se evidentiaza o tendinta de scadere pronuntata a limitei inferioare si superioare de plasticitate, respectiv a indicelui de plastici­tate, in raport cu proba de pamant in stare naturala (fig. 3).

Valorile obtinute pentru limitele de plasticitate, atat pe proba martor de argila prafoasa, cat si pe probele obtinute din amestecurile cu nisip si praf de creta, evidentiaza o scadere a indicelui de plasticitate de cca. 9% pentru probele preparate in amestecuri cu aport de materiale locale, compa­rativ cu cele corespunzatoare probei martor.

Caracteristicile de compactare au fost determinate prin incercarea Proctor normal, procesarea da­telor inregistrate pentru fiecare amestec fiind reprezentate grafic in curbele Proctor (fig. 4). Rezultatele caracteristicilor de compactare pentru amestecurile cu argila prafoasa evidentiaza o crestere pronuntata in cazul adaugarii unui dozaj ridicat de nisip, concomitent cu scaderea valorilor de umiditate optima de compactare. Pe masura introducerii prafului de creta se constata o scadere relativ uniforma si nesemnificativa a densitatii in stare uscata maxima.

Pentru verificarea valorilor obtinute in cazul densitatii in stare uscata maxima in domeniul umed (r_dmax) prin incercarea Proctor normal, s-a folosit in mod orientativ relatia de calcul (1):

unde r_s = densitatea scheletului (g/cm3); w_p = limita inferioara de plasticitate (%); I_P = indicele de plasticitate (%).

Analiza comparativa intre rezultatele densitatii in stare uscata maxima obtinute din masuratori si cele determinate cu relatia (1) este ilustrata in figura 5. Se observa ca nu exista diferente semnificative intre cele doua seturi de valori ce se incadreaza in limite admisibile, aspect care confirma acuratetea rezultatelor obtinute.

CONCLUZII

In cadrul acestei lucrari s-au executat cercetari experimentale privind stabilizarea pamanturilor folosind doua tipuri de amestecuri: pamant – pamant si pamant – praf de creta. Pentru efectuarea incercarilor s-a utilizat ca proba martor o argila prafoasa, dupa care s-au realizat amestecuri cu diferite adaosuri de materiale minerale locale, constituite din nisip si praf de creta.

Pentru fiecare material rezultat s-au determinat caracteristicile fizice si cele de com­pactare si anume: granulozitatea, umiditatea, limitele de plasticitate, umiditatea optima si densitatea in stare uscata maxima.

Incercarile experimentale efectuate pe argila prafoasa si amestecurile cu materiale locale cu rol de stabilizare au evidentiat urmatoarele aspecte:

(i) adaugarea unui dozaj important de nisip (33%) la proba martor modifica semnificativ valorile caracteristicilor de compactare, evidentiate printr-o crestere a valorilor de densitate in stare uscata maxima (r_dmax) de la 1,879 g/cm3 (Pr.N-1) la 2,049 g/cm3 (Pr. N-3), careia ii corespunde o scadere a valorilor de umiditate optima de compactare (w_opt) de la 15,62% (Pr.N-1) la 11,01% (Pr. N-3);

(ii) adaugarea unui dozaj redus de praf de creta (1,5% si 3%) modifica foarte putin caracteristicile de compactare, cu variatii ale densitatii in stare uscata maxima (r_dmax) de la 2,049 g/cm3 la 2,046 g/cm3, respectiv ale umiditatii optime de compactare (w_opt) de la 11,01% la 10,60%, aceasta scade­re fiind nesemnificativa.

Din cercetarile experimentale efectuate in cadrul prezentei lucrari, se poate concluziona ca adaosul de nisip este recomandat pentru stabilizarea pamanturilor argiloase, obtinandu-se o scadere a plasticitatii acestora si o crestere a densitatii maxime in stare uscata [7]. Referitor la amestecurile cu praf de creta, nu s-a remarcat o influenta semnificativa asupra caracteristicilor geotehnice ale pamantului utilizat, fie ca efect al dozajului redus de praf de creta adaugat in amestecurile studiate, fie din cauza tipului de pamant de stabilizat.

BIBLIOGRAFIE

1. Andrei S., Introductory remarks. Session 9 -Soil stabilization. Proceedings of the VIII ECSMGE, Helsinki, vol. 3, pp. 1288 (1983);
2. Ismaiel, H. A. H., Treatment and Improvement of the Geotechnical Properties of Different Soft Fine-grained Soils Using Chemical Stabilization. Shaker, Aachen, 2006;
3. Makusa G. P., Soil Stabilization methods and materials in engineering practice. PhD Thesis, Lulea University of Technology, Sweden, 2012;
4. Al-Tabbaa, A. and Evans, W. C., Stabilization-Solidification Treatment and Remediation: Part I: Binders and Technologies – Basic Principal. Proceedings of the International Conference on Stabilization/Solidification Treatment and Remediation. Cambridge, UK: Balkerma, 367-385 (2005);
5. *** EuroSoilStab. Development of Design and Construction Methods to Stabilize Soft Organic Soils: Design Guide for Soft Soil Stabilization. CT97-0351, European Commission, Industrial and Materials Technologies Programme (Rite-EuRam III) Bryssel, 2002;
6. Johnes D., Development of Performance-Based Tests for Non-Traditional Road Additives. Transport Research Re­cord 1989. Low Volume Roads, National Research Council, Washington D. C., 2007;
7. Isaac, K. P., Veeraragavan B., Soil Stabilization Using Bio-Enzyme for Rural Roads. Presented at the IRC Seminar „Integrated Development of Rural An Arterial Road Networks for Socio-Economic Development”, New Delhi, 5-6 December 2003;
8. Olinic E., Ivasuc T., Manea S., Improvement of difficult soils by mixing with mineral materials and inorganic waste. Experimental projects and case studies from Romania. XVI European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Edinburgh, 13-17 Septembrie, Proceedings ofthe XVI ECSMGE, Vol. 5. Problematic materials, environment, water and energy [doi: 10.1680/ecsmge. 60678. vol 5.374], 2015;
9. Raduinea N., Paun Ec., Folosirea pamantului stabilizat pentru imbunatatirea terenurilor slabe de fundare. Referat INCERC, 1986;
10. Dobrescu C. F., Calarasu E. A., Macarescu L., Experimental applications regarding the stabilization of soils with low mechanical strength by using local materials. XVI European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Enginee­ring, Edinburgh, 13-17 Septembrie, Proceedings of the XVI ECSMGE, Geotechnical Engineering for Infrastructure and Development, Vol 6: Investigation, Classification, Testing and Forensics, [ISBN 978-0-7277-6067-8], 3159-3164 (2015);
11. *** Raport de cercetare – Cercetari privind stabilizarea pamanturilor cu rezistente mecanice reduse utilizand materiale locale, Program Nucleu Proiect PN 09 – 14 01 05, Faza 7, elaborat de INCD URBAN-INCERC, Sucursala INCERC Bucuresti, Laboratorul de Geotehnica si Fundatii, 2013.

Autori:
Cornelia-Florentina Dobrescu,
Elena-Andreea Calarasu – Institutul National de Cercetare-Dezvoltare in Constructii, Urbanism si Dezvoltare Teritoriala Durabila, Sucursala INCERC Bucuresti 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 146 – aprilie 2018, pag. 42