GEOSTUD: Verificarea calitatii executiei terasamentelor rutiere prin metode alternative. Deflectometrul dinamic usor LFWD

Dorinta constructorilor de a controla calitatea executiei terasamentelor prin metode cat mai simplu de aplicat si care sa nu perturbe activitatea pe santier poate fi inteleasa. Din acest motiv, prin Caietele de Sarcini pentru Terasamente, deseori proiectantii, pentru a veni in intampinarea Executantului, cauta metode alternative pentru verificarea modului de compactare sau obtinerea capacitatii portante. Dar pot inlocui intotdeuna aceste metode clasicele teste cu placa statica necesare pentru determinarea capacitatii portante sau testele de densitate si testele Proctor necesare pentru determinarea gradului de compactare?

In acest articol vom analiza daca testele cu deflectometrul dinamic usor LFWD (placa dinamica) pot fi o solutie, ca metoda alternativa, fie pentru inlocuirea testelor de capacitate portanta, fie a celor de compactare.

Deflectometrul dinamic usor LFWD a ajuns in Romania la inceputul anilor 2000, odata cu asocierea de constructori Swietelsky-Wiebe, cea care a executat reabilitarea liniei de cale ferata Bucuresti – Campina. Era un produs ZFG realizat de Zorn-Germany. Intre timp, insa, a aparut si un deflectometru dinamic usor produs de Carl-Bro, Olanda, si anume placa dinamica Prima 100.

Prin metoda de testare cu deflectometrul dinamic usor se determina modulul dinamic de deflectie „E_nd”. Acesta este un parametru pentru deformabilitatea terenului testat sub actiunea unui impact, de durata „t” si a carui valoare este calculata in functie de amplitudinea „s” a tasarii terenului sub o placa circulara, dupa formula:

In figura 1 este prezentata schema constructiva a deflectometrului dinamic usor, iar in figura 2, schema principiului de functionare.

Testul are avantajul ca permite masuratori in spatii foarte stramte, nu necesita asigurarea unei greutati de lestare si are un timp de executie redus, ceea ce duce la o estimare rapida a gradului de uniformitate a zonei de testare, printr-o abordare a metodelor statistice. Din aceste motive, s-au realizat, pe baza unor rezultate obtinute in poligoane experimentale, anumite corelatii intre valorile E_nd si capacitatea portanta (modulul de deformatie liniara E_n2 – obtinut cu placa statica, conform normei germane DIN 18134) sau intre valorile E_nd si valorile gradului de compactare (D).

Consideram, insa, ca prezentarea acestor corelatii, in literatura de specialitate, este facuta, chiar de autori, cu anumite precautii.

De exemplu:

1. In Wirtgen Road Construction Manual testele cu LFWD sunt cuprinse in grupul incercarilor pentru determinarea capacitatii portante si a gradului de compactare, dar in Manualul WRC nu este prezentata niciun fel de corelare intre valorile E_nd si D, iar corelarea intre valorile E_nd si E_n2 este acceptata cu anumite limite:

„Relatia E_n2/E_nd nu este constanta, ea depinzand de tipul de material si gradul de compactare. Ea poate fi, totusi, in urmatoarele limite:

• pentru nisip si nisip cu pietris: E_n2 = 2,0 -2,3 E_nd;
• pentru argile si prafuri plastic vartoase-tari: E_v2 = 1,3 – 1,6 E_nd;

Testele cu placa dinamica ofera rezultate sigure, daca a fost efectuata anterior calibrarea cu testele statice sau cu testele de densitate.”

2. In lucrarea Der Eisenbahnunterbau (Infrastructura caii ferate) [1] autorii comenteaza relatiile dintre valorile E_nd si valorile D sau E_n2, astfel:

• „odata cu cresterea valorii E_n2, respectiv cu cresterea gradului de compactare, creste si modulul de deformare dinamica E_nd”;
• „modulul de deformare dinamica E_nd este mai mic numeric decat cel static E_n2…”;
• „raportul E_n2/E_nd nu este constant, ci depinde de tipul pamantului si gradul de compactare situandu-se in urmatoarele limite: E_n2 = (1,5…..3,5) x E_nd,”….;
• „incercarea dinamica da rezultate sigure, daca inainte s-a efectuat o calibrare cu incercarea statica sau cu verificarea densitatii”.

Iar concluziile autorilor sunt:

In ceea ce priveste „controlul dinamic al capacitatii portante cu placa usoara” se poate concluziona: Acest mod de control este efectuat printr-o metoda foarte rationala si performanta:

• Realizand mult mai multe puncte de control, la intervale mai reduse, pot fi facute evaluari statistice.
• Metoda de control este apta in special pentru supravegherea proprie, care trebuie sa insoteasca lucrarile de constructie.
• Metoda isi va castiga deplina importanta abia atunci cand nu va mai trebui sa se mearga pe calea ocolita a corelarilor, ci se vor recunoaste valorile minime de sine statatoare. In acest sens, trebuie sa se faca, insa in continuare, alte cercetari.

3. In documentatiile tehnice ale celor doua aparate (ZFG si Prima 100), doar producatorul modelului ZFG (Zorn) prezinta relatii de legatura intre valorile E_nd si valorile E_n2:

Din acest motiv, dar si datorita faptului ca testele paralele pe care le-am facut cu cele doua aparate au dat valori total diferite, atentionam ca relatiile de mai sus nu pot fi folosite decat pentru aparatul Zorn.

Iar in documentatia tehnica ZTVA-StB/1997, care reglementeaza tehnic testarea cu LFWD tip Zorn, corelarea intre valorile E_nd si D nu este prezentata decat in cazul sapaturilor efectuate la santurile pentru utilitati (cabluri si conducte), deci la lucrarile cu o importanta scazuta.

4. Din experienta proprie:

• Pe terasamentul de cale ferata Bucuresti – Campina (90 km), reabilitat in perioada iunie 2001 – iulie 2003 de asocierea germano-austriaca Swietelsky – Wiebe, Institutul de Proiectari Cai Ferate (ISPCF) a efectuat testele de verificare a capacitatii portante (cu placa statica, conform DIN 18134), de verificare a gradului de compactare (inlocuiri de volum si incercari Proctor) si teste cu deflectometrul dinamic usor (LFWD).

Materialul incercat a fost un amestec de balast cu piatra sparta concasata (PSS), cu o grosime medie de 50 cm. Au rezultat peste 430 determinari ale caracteristicilor de compactare, peste 350 de valori ale modulului liniar de deformatie E_n1, respectiv E_n2 si peste 10.500 valori ale modulului dinamic de deformatie.

Rezultatele acestor incercari si corelatiile dintre valorile obtinute au fost prezentate la Conferinta Nationala de Geotehnica si Fundatii din 2004, in lucrarea „Reabilitarea liniei C.F. BUCURESTI – CAMPINA componenta a Coridorului IV Pan – European. Studii geotehnice pentru asigurarea capacitatii portante a fundatiei caii” – ing. Emil Oltean, ing. Constantin Carstea, ing. Leonin Bogateanu, ing. Stefan Bucioaca, ing. Vasile Serban.

Desi volumul de date obtinut a fost deosebit de mare, in lucrare nu au putut fi efectuate corelari cantitative (grafice) decat intre parametrii de portanta (E_n1, E_n2) si cei de compactare (D), relatia acestora cu valorile E_nd  ramanand in domeniul calitativ.

• In cadrul proiectului de reabilitare a liniei de cale ferata Brasov – Simeria, Varianta Podu Mures – Coslariu, SC Geostud SRL a efectuat, in perioada 2016 – 2018, monitorizarea geotehnica a executiei. Pentru aceasta, in cadrul programului, s-au efectuat in poligonul experimental Coslariu (km 396+800 – km 396+850), la partea superioara a primului strat din componenta stratului de transfer (h = 0,50 m) urmatoarele teste:

– 6 teste cu placa statica pentru determinarea modulilor de deformatie liniara E_v1 si E_v2;

– 5 inlocuiri de volum pentru determinarea in situ a densitatii in stare uscata (r_d). Pentru determinarea gradului de compactare, valorile obtinute au fost comparate cu valorea Proctor a materialului pus in opera (r_dmax), determinata in laborator;

– 30 de teste cu deflectometrul dinamic usor, pentru determinarea modulului dinamic de deflectie E_nd;

Rezultatele testelor efectuate cu deflectometrul dinamic usor (foto 1) au fost folosite pentru verificarea uniformitatii executiei, evaluarea facandu-se atat calitativ (fig. 3), cat si cantitativ, prin analiza statistica pentru determinarea coeficientului de variatie Cv.

Concluzii

Consideram ca folosirea pe santier a deflectometrelor dinamice usoare poate fi utila in anumite conditii si anume:

• Pentru indesirea punctelor de verificare a caracteristicilor de portanta si compactare prevazute in Caietele de Sarcini pentru Terasamente astfel incat, printr-o analiza statistica a valorilor E_nd, sa se obtina o imagine cat mai detaliata a uniformitatii terasamentului testat.
• Pentru o verificare interna proprie constructorului, astfel incat acesta sa poata lua in timp util decizii, daca este cazul, de refacere a terasamentului.
• Pentru inlocuirea partiala a unora dintre punctele de verificare a capacitatii portante sau gradului de compactare efectuate prin metode clasice. Aceasta se poate face insa numai pentru lucrari de mai mica amploare si numai in conditiile unei bune cunoasteri a corelatiilor dintre valorile E_nd si parametrii de capacitate portanta sau compactare. Aceasta cunoastere poate fi obtinuta in poligoane experimentale, pe un numar reprezentativ de determinari paralele, ale caror rezultate, concludente, sa fie prezentate sub forma unei documentatii tehnice. Chiar si in acest context, inlocuirea unei parti din volumul de determinari clasice cu teste cu deflectometrul dinamic usor (LFWD) trebuie facuta cu precautie si numai pe baza unui program scris, insusit de Beneficiar.

Bibliografie

1. Prof. dr. ing. habil Claus Gobel, Prof. dr. ing. Klaus Lieberenz, Prof. dr. ing. Frank Richter – Der Eisenbahnunterbau – Eisenbahn-Fachveralag, Heidelberg Mainz, 1996;
2. TP BF – Stb Part B 8.3 – Dynamic Plate – Load Testing with the Aid of the Light Drop – Weight Tester;
3. ZTVE – Stb 94 – German Additional technical terms of contract and rules for earthwork in road construction;
4. ZTVE – Stb 95 – German Additional technical terms of contract and rules for subbases in earthwork;
5. Manual de instructiuni – PRIMA 100, Portable falling weight deflectometer;
6. Wirtgen Road Construction Manual, Internal Training Brochure for Sales Managers and Service Engineers;
7. Using the Dynamic Cone Penetrometer and Light Weight Deflectometer for Construction Quality Assurance, Office of Materials and Road Research Minnesota Department of Transportation;
8. AND 530/2012, Instructiuni privind controlul calitatii terasamentelor;
9. SC Geostud SRL, Rapoarte de monitorizare geotehnica a executiei „Linia de cale ferata Brasov – Simeria, Varianta Podu Mures – Coslariu si Halta de miscare – Podu Mures”, (2016 – 2018).

Autori:
ing. Emil Oltean – Sef departament geotehnica SC Geostud SRL
drd. ing. Sebastian Mustatea – Sef laborator geotehnic SC Geostud SRL

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 159 – iunie 2019, pag. 30