This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
fig. 2.1 Notiuni legate de terasamentul cãii ferate
infrastru
ctura
suprastructura
teren
piciorul taluzului
fun
dament
debleu
axu
lliniei
drenare de adâncime
unghiul taluzului
santulcaii
infrastructura
suprastructura
fundament
rambleu
axulcaii
debleu
debleut e r e n
sant de captare
marginea taluzului
mar g
ineaplatformei
ax
ulliniei
piciorul taluzului
sol îmbunatatit / strat de trecere
platforma de pamânt
Notiunile sunt definite dupa cum urmeaza:
Sant de captare= sant situat deasupra unui taluz in debleu, in pozitie de panta, care
capteaza, colecteaza si evacueaza apa de suprafata ce curge in aval.
Debleu=constructie in si pe pamânt sapata in teren spre amonte si rambleiata pe
versant. Sant de cale = sant deschis de-a lungul terasamentului caii ferate la piciorul taluzurilor
de debleu si de rambleu pentru colectarea sau transportarea apei de suprafata pentru evacuare.
Terasamentul caii ferate = alcatuit din suprastructura, infrastructura si constructia
executata in si pe pamântul unei linii ferate.
Taluz = suprafata inclinata de delimitare laterala a debleurilor si rambleelor.
Piciorul taluzului = la ramblee - linia de intersectiie a suprafetei taluzului cu terenul, la
debleei linia de intersectie a suprafetei taluzului cu talpa santului sau platforma.
Marginea taluzului = la ramblee linia de intersectie a suprafetei taluzului cu platforma,la debleuri linia de intersectie a suprafetei taluzului cu terenul.
Inclinatia taluzului = unghiul format de suprafata taluzului fata de orizontala, de regula
exprimat prin tangenta unghiului.
Rambleu = constructie in si pe pamânt, turnata peste fundament – de cele mai multe ori
suprafata terenului.
Debleu = constructie in si pe pamânt executata prin excavare in teren pentru un drum
Fiecare sol este compus din cele trei componente sau faze: substanta fixa, apa si aerul
(fig.2.8).
Valorile caracteristice generale dau informatii asupra proportiei fiecaruia din aceste faze in
proba generala si asupra relatiilor dintre ele.
fig.2.8 Compunerea fazelor unei probe de pãmânt
a) distributia naturala b) caz idealizat
masã stabilã
aer (gaze)
apa
m =1
m
m
l
w
d
V
k
p
l
wV
V
V
V
Informatii asupra proportiei de apa obtinem prin umiditate (continutul de apa) W.
Aceasta este definita ca raportul dintre masa apei mW fata de masa substantei stabile md a unei
probe.
W =d
W
m
m
Daca toti porii unui sol sunt umpluti cu apa, se vorbeste despre saturatie, umiditatea
corespunzatoare fiind umiditatea de saturatie Wsr . Umiditatea ce apare natural se noteaza cu Wn.Densitatea ρ singura descrie umplerea santului cu un material.
[ ]3g/cmV
m= ρ sau 3/mt
Corespunzator celor trei componente ale unui sol se definesc si trei densitati diferite.
Densitatea solului umed (densitate in stare umeda) pune masa totala m f a unei probe in relatie
Densitatea solului umed γ rezulta din densitatea ρ prin multiplicare cu acceleratia
gravitationala g:
γ = ρ x g (kN/m3)
Densitatea in stare uscata ρd este indicele decisiv in constructia de pamânt pentru calitatea
compactarii. Aceasta ia in consideratie numai masa in stare uscata.
ρd =W)(1
+
= ρ
W
md
Densitatea substantei stabile este descrisa prin asa numita densitate specifica ρs.
ρs =k
d
V
m
In timp ce densitatea in stare umeda si in stare uscata poate oscila in limite largi, densitatea
specifica depinde numai de componentele minerale ale substantei stabile. La nisipurile si pietrisurilenaturale ea se deosebeste rareori de densitatea specifica a cuartului cu ρs = 2,65 g/cm3; la argile
aceasta poate sa creasca pâna la 2,80g/cm3.
Continutul de pori al unei probe de pamânt se cuantifica prin doi indici (relatii volumetrice).
Coeficientul de porozitate e =k
p
V
V este raportul dintre volumul porilor si volumul substantei
stabile.
Procentul de pori sau porozitatea n = V
V p
este raportul dintre volumul porilor si volumul total.
Intre cei doi indici pentru continutul de pori exista legaturi:
e =)1( n
n
− si n =
)1( e
e
+
Indicii pentru continutul de pori pot fi calculati din densitati:
fig. 2.9 Curbele de repartitie granulometrica (KVK), coeficientul de neuniformitate si coefivientul de curbura
Indicele de neuniformitate U = d60 / d10 este raportul diametrului granulei pentru 60% material
filtrant d60 si pentru 10% material filtrant d10. Acest raport indica deci inclinatia curbei de repartitie
granulometrica in partea centrala. Daca U este foarte mic, traiectoria curbei de repartitie granulometrica
este foarte abrupta, solul este compus din granule având aproape numai o marime, el este uniform sau
cu granulatie foarte apropiata ca marime (simbolul E). Daca dimpotriva U este mare, curba de repartitie
granulometrica are o traiectorie plata, solul este compus din granule foarte diferite, el este neuniformsau cu granulatie foarte diferita (simbolul W). Limita dintre solurile cu granulatie mare foarte apropiata
(E) si foarte diferita (W) a fost convenita la U = 6.
Coeficientul de curbura Cc =1060
2
30
d ⋅d
d informeaza daca curba de repartitie granulometrica are
traiectorie armonica sau daca exista discontinuitati (granulatii eronate), asa cum este cazul la solul 4
din fig.2.9. Când curba de repartitie granulometrica are o traiectorie armonica, coeficientul de curbura
nu este mult mai mare de 1 (Cc = 1,0…..3,0). Când continuitatea este intrerupta prin granulatii eronate
(“repetata cu intermitenta”), aceasta se vede in coeficientii de curbura mai mici sau mai mari (Cc < 1,0sau Cc > 3,0). Nisipul sau pietrisul cu granulatie mare primeste atunci simbolul suplimentar I.
O deosebire cu totul hotarâtoare in comportarea fizica si deci in cea geotehnica exista intre
granulele din zona cu granule de nisip foarte fin si cu granule de argila pe de o parte si cele din zona cu
granule de nisip si pietris, pe de alta parte.
Primele se gasesc in contact cu apa si unele cu celelalte, prin fortele de suprafata. Granulele
sunt legate intre ele prin aceste forte (ele sunt “coezive”) si adera intre ele (“rezistenta de aderenta”,
“coeziune”). Rezistenta si deci comportarea acestor pamânturi este puternic dependenta de umiditate
(continutul de apa). Se vorbeste despre comportare “plastica”. Aceasta este cu atât mai pronuntata cu
cât granula este mai mica si cu cât exista mai multe minerale argiloase pure.
La granulele grosiere de nisip si pietris, dimpotriva, astfel de forte de suprafata nu joaca nici un
rol. Granulele nu sunt legate intre ele (ele sunt “necoezive”), ele nu au coeziune (“fara coeziune”), ci se
afla in contact intre ele numai prin frecare (“pamânturi cu frictiune”).
Saltul calitativ de la comportarea necoeziva la cea coeziva are loc la dimensiunea de 0,063mm
a granulelor, in orice caz s-a cazut de acord asupra acestui lucru. Fractiunea de granule fine de
0,063mm este de aceea dominanta pentru clasificarea pamânturilor conf. DIN 18196.
Dupa fractiunea de granule fine < 0,063mm se deosebesc trei grupe principale de soluri:
- soluri cu granulatie mare cu < 5% fractiune de granule fine < 0,063mm.
Comportarea solurilor cu granulatie mare si deci clasificarea acestora este determinata numai
de compozitia granulometrica.
- soluri cu granulatie mixta cu 5…40% fractiune de granulatie fina < 0,063mm
Comportarea solurilor cu granulatie mixta si deci clasificarea acestora este determinata de
granulatia mare (nisip sau pietris) si granulatia fina (nisip foarte fin sau argila).
- soluri cu granulatie fina cu >40% fractiune de granulatie fina < 0,063mm.
Comportarea si deci clasificarea sunt determinate numai de plasticitatea granulei fine.
2.3.3.2. Insusir i plastice – Capacitatea de coeziune
Pentru comportarea particulelor de pamânt coezive nu mai este determinanta numai marimea
granulelor, ci in primul rând compozitia chimica a mineralelor. In primul rând este vorba de felul
mineralelor argiloase (caolinit, montmorillonit, illit), ce pot depozita cantitati diferite de apa in interiorul
mineralelor (retea stratificata). Inntrucât o analiza chimica a mineralelor ar fi foarte costisitoare,
compozitia minerala a solurilor se determina indirect prin comportarea fata de apa. Aceasta se
realizeaza prin determinarea umiditatilor (continuturilor de apa).
Daca un sol cu granulatie fina este alimentat cu apa, el isi pierde treptat rezistenta. El trece de
la forma initial stabila a starii in forma semistabila, plastica si in cele din urma in forma fluida a starii(consistenta). Prin cresterea peliculelor de apa se reduc fortele de coeziune dintre granule devenind in
final ineficiente. Coeziunea se anuleaza din ce in ce mai mult pâna ce solul se comporta asemenea
unui fluid. Acest fapt este ilustrat in schema de consistenta (fig.2.10).
Wa = limita de contractie
Wp = limita de plasticitate (limita de rupere)
WL = limita de curgere
lp = coeficientul de plasticitate (domeniu de plasticitate)
Limitele dintre formele de consistenta se determina in laborator. Acestea sunt legate de conditii
de proba precis definite. Umiditatea (continutul de apa) la trecerea de la semistabil la plasctic se
numeste limita de plasticitate Wp. Trecerea spre starea fluida are loc la limita de curgere WL. Diferentade umiditate dintre cele doua umiditati limită se numeste indice de plasticitate Ip= WL – Wp. El
marcheaza deci domeniul in care un sol se comporta plastic.
Cat de mare este fractiunea de granulatie fina<0.63 mm?
Soluri cu granulatie mare Soluri cu granulatie mixta
Fractiunea de granule fine
normala puternica
5% 40%15%Soluri cu granulatie fina
Fractiunea de granule depietris >2.0 mm
Fractiunea de granule depietris >2.0 mm
Cat de mari sunt W si I ?Pozitia pe diagrama de plasticitate
Pietris G Nisip S Nis ip foarte fin U Argila TPietris G Pietris GNisip S Nisip S
Compozitia granulatiei fine
Nisip foarte fin
Argila T
Cat de mari sunt terasarea Usi curbura C ?
Cat de mare este limitade curgere W ?
GW GI GE SW SI SE GU GT SU ST GU GT SU ST UL UM (UA) TL TM TA
Pietris
întreptelarg
i
Pietrisîn
trepte
intermi te
nte
Pietrisîn
trepteîngu
ste
Nisipî n
treptelargi
Argila
pregnantpla
stica
Argila
mediuplas
tica
Argila
usor
plastica
Nisipîntrepte
intermitente
Nisipîn
trepteîngust e
Nisipfoart
efin
usorplas
tic
Ni s
ipfoartefin
med
iuplastic
Nisipfoarte
fin
pregnantplastic
Nisip
foarte
fin
Nisipfoarte
foart
efin
Pietriscu
particulepulveru-
lentedenisipsauargila
Pietris
argilos
Nisip
argilos
Nisip
foarteargilos
Pietris
foartear g
ilos
Pietriscumult
nis
ipfoartefin
<5% >40%5...40%
L p
L
U>6 U>6U<6 U<6
>40% <40%->40% >40%<40%- <40%-
<0.7 0.05-0.5 >0.5 <0.7 0.05-0.5 >0.5
fig.2.12. Algoritmul clasificarii solurilor mineral
Daca un pamânt are mai putin de 15% granule fine, el este considerat necoeziv. El nu are o
adevarata coeziune, nu are rezistenta in stare uscata, insa are o mare frecare interioara, in ceea cepriveste insusirile sale este in mare masura independent de umiditate, are o buna permeabilitate, in
cazul unei terasari corespunzatoare are o buna capacitate de compacatare, atunci are si capacitate
portanta, nu este supus pericolului inghetului si nici pericolului tasarii.
Un sol necoeziv este de cele mai multe ori un bun teren de fundare si material de constructie.
Daca un sol are mai mult de 15% granulatie fina, el este coeziv. El are coeziune (crescatoa-
re cu capacitatea de coeziune), frecare redusa (descrescatoare cu capacitatea de coeziune), in
insusirile sale si in special in capacitatea portanta este foarte dependent de umiditate, are o
permeabilitate redusa la apa (descrescatoare cu capacitatea de coeziune), se compacteaza greu, este
supus pericolului inghetului si pericolului tasarii.
Un teren de fundare coeziv necesita gândire si de cele mai multe ori masuri.
2.3.4. Descrierea starii
Pe lânga compozitia unui sol, starea sa are o influenta hotarâtoare asupra insusirilor si
comportarii. Este astfel o mare deosebire daca un pietris se gaseste in stare afânata sau in stare
compacta. Un sol coeziv va reactiona in stare umeda complet altfel decât având consistenta
Rezistenta la forfecare se determina preponderent in laborator. Pentru aceasta probele se
incarca pâna la rupere si se masoara tensiunile ce apar in starea de rupere. Se utilizeaza aparate
diferite (aparate de forfecare plana, aparate triaxiale).
c
c + t a n
x
x
v
=V/A
=H/A
H
H
fig. 2.13 Incercarea de forfecare plana si diagrama de forfecare
Pentru intelegerea acestei probleme, cea mai potrivita este incercarea simpla si directa de
forfecare, pentru ca aceasta modeleaza clar raportul tensiunilor din suprafata de rupere (fig.2.13).
In proba de pamânt cu suprafata A se obtine printr-o forta verticala V o tensiune normala de σ =V/A. In acelasi timp prin forta orizontala H din suprafata de forfecare ia nastere un efort de forfecare ι =
H/A. Cresterea permanenta a tensiunii de forfecare ι duce in final la invingerea rezistentei la forfecare
si la ruperea prin forfecare in rostul de forfecare.
Daca in urmatoarea incercare la forfecare plana se mareste tensiunea verticala σ, atunci pâna
la rupere poate fi admisa o tensiune de forfecare mai mare. Rezistenta la forfecare creste deci odata cu
cresterea tensiunii normale. Daca se inregistreaza combinatiile de tensiune σ si ι, masurata in mai
multe incercari intr-un sistem de coordonate σ-ι, atunci punctele ce caracterizeaza starea de rupere
sunt in linie dreapta.
Aceasta dreapta este dreapta de rupere a lui COULOMB. Ea separa starile de tensiune
posibile, pentru ca sunt acceptabile de catre sol (sub dreapta de rupere), de starile de tensiune
imposibile, pentru ca nu sunt acceptabile (deasupra). Conditia de rupere a lui COULOMB este in
acelasi timp ecuatia rezistentei la forfecare. Ea urmeaza ecuatia dreptelor.
Sectiunea c de pe ordonata este rezistenta la forfecare la o tensiune normala σ=0. Ea se
numeste rezistenta de aderenta sau coeziune. Tensiunea normala σ devine prin coeficientul de frecare
μ = tang. ϕ rezistenta de frecare σ tan. ϕ.
Unghiul ϕ este unghiul frecarii interioare, el devine evident ca ascendenta a dreptei de
forfecare. Unghiurile de frecare interioara si coeziune sunt parametrii de forfecare.
In functie de tipul solului partile de frecare si coeziune care compun rezistenta sunt de marimi
diferite. Solurile necoezive nu au coeziune, dar unghiurile lor de frecare interioara sunt mari.
Solurile coezive au o coeziune considerabila si unghiuri de frecare mici. In cazul solurilor
saturate cu coeziune foarte mare unghiul de frecare poate fi chiar zero. In afara de aceasta coeziuneaa
depinde foarte mult de consistenta, in timp ce unghiul de frecare al solurilor necoezive se mareste
odata cu compactitatea. In functie de felul si starea solului se pot da valori orientative pentru rezistenta
la forfecare (tabela 2.5) pentru calcule mai exacte se recomanda determinarea parametrilor forfecarii
prin incercari de forfecare.
Sa ne mai ocupam in mod special si de presiunea apelor interstitiale, care isi joaca rolul ei la
toate problemele de rezistenta la forfecare.
Daca o tensiune exterioara (tensiune totala σ) incarca un sol coeziv saturat sau partial saturat,
atunci in faza initiala, o parte a tensiunii inregistrate este preluata de apa interstitiala, care in felul
acesta ajunge sub presiune (tensiunea u produsa de apa interstitiala sau tensiune “neutra”). Cealalta
parte a tensiunii inregistrate este preluata de scheletul granular. Aceasta parte se numeste tensiunea
“activa” σ’, intrucât aceasta parte este activa in sensul ca produce frecarea. In orice moment sumadintre tensiunea activa si cea neutra corespunde cu tensiunea totala.
σ = σ’ + u
In cazul incarcarii rapide a solurilor coezive apare presiunea apelor interstitiale, care reduce
rezistenta la forfecare.
f = c + (σ-u) tan.
In orice caz aceasta reducere a rezistentei la forfecare este in functie de timp, intrucât apa
interstitiala aflata sub presiune se scurge. Presiunea apelor interstitiale revine in cele din urma la zero,
in felul acesta instalându-se din nou intreaga rezistenta la forfecare. Timpul de disparitie a presiunii
apelor interstitiale depinde de permeabilitate. Cu cât un teren de fundare este mai coeziv cu atât mai
mult dureaza echilibrarea, s-ar putea chiar ani de zile.
Suprapresiunile apelor interstitiale apar deci in cazul incarcarii rapide a solurilor coezive
saturate, ca de exemplu la umplerea rambleelor pe fundamentul argilos sau organic. Acestea se
echilibreaza din nou prin scurgerea apelor interstitiale, cu cât solul este mai permeabil, cu atât mai
repede.
Problema “apa interstitiala” joaca bineinteles un rol si la incercarile de forfecare.
Soluri coezive anorganicecu insusiri mediu plastice(50% ≥ WL ≥ 35%)
TMsiUM
moaleconsistentplastic con-sistent
19.0(1.9)19.5(1.95)20.5(2.05)
9.0(0.90)9.5(0.95)10.5(1.05)
22.522.522.5
0 (0)5 (0.5)10(1.0)
5 (0.5)25(2.5)60(6.0)
Soluri coezive anorga-nice cu insusiri usorplastice (WL < 35%)
TLsiUL
moale
consistentplastic con-sistent
20.0(2.00)20.5(2.05)21.0(2.10)
10.0(1.0)10.511.0
27.527.527.5
0(0)2(0.2)5(0.5)
0(0)15(1.5)40(4.0)
Argila organica,Nisip foarte fin organic
OTOU
moaleconsistent
14.0(1.40)17.0(1.70)
4.0(0.40)7.0(0.70)
15.015.0
00
10(0.1)2.0(2.0)
Turba fara sarcinapreliminaraTurba sub sarcinapreliminara moderata
HMHZ
11.0(1.10)13.0(1.30)
1.0(0.10)3.0(0.30)
15.015.0
2 (0.2)5 (0.5)
10(1.0)20(2.0)
2.3.6. Comportarea la deformare – Capacitatea portanta
Daca se incarca o platforma sau corpul unei fundatii cu o sarcina crescatoare, deformarile iauatunci in principiu traiectoriile din fig. 2.14. La inceput deformarile sunt liniar proportionale cu tensiunile
si in mare masura reversibile, ceea ce poate fi considerat drept comportare elastica. In domeniul
urmator apar atât deformari elastice cât si deformari (plastice) remanente. Acestea apar prin reducerea
spatiului poros. Dupa depasirea sarcinii de rupere deformarea decurge progresiv sub aceeasi
incarcare; aceasta este comportarea plastica.
Problemele de capacitate portanta sunt deci pe de o parte, in special la inceputul incarcarii,
probleme de comprimare; pe de alta parte, in apropierea ruperii ele sunt probleme de rezistenta a
materialelor. Presupunând ca actuala solicitare se afla cu mult sub sarcina de rupere, teoria elasticitatii
s-ar putea potrivi pentru comportarea la deformare a pamânturilor. In acest caz comportarea tensiunii
la deformare se descrie prin modulul de elasticitate E si coeficientul lui Poisson ν. Intrucât comportarea
la deformare nu este tocmai elastica, s-au incetatenit parametri speciali pentru descrierea comportarii
de deformare si prin aceasta a capacitatii portante. Acestia se numesc module de deformare. Ele se
deosebesc prin conditiile la limita, in care are loc o incarcare a solului si de aceea si ca marime. In
continuare sunt prezentati pe scurt diferitele module de deformare. Pentru o informare mai aprofundata
se recomanda studierea bibliografiei de specialitate.
fig. 2.14 Comportarea fundatiilor la deformare sub sarcina
Modulul de rigiditate Es:
Proba de sol se incarca treptat intr-un aparat de compresiune (edometru). Fiecare deformare
laterala este impiedicata printr-un inel metalic rigid (stare de deformare monoaxiala). Tasarile ce apar
se obtin la nivelul probei initiale ha. Tasarile obtinute (“distorsiuni”) se inregistreaza peste tensiune
(fig.2.15). Modulul de rigiditate Es este inclinatia liniei de tasare din compresiune la un anumit interval.
Tensiunea
fig. 2.15 Diagrama tasãrii în functie de tensiune, obtinutã din încercarea decompresibilitate în edometru pentru determinarea modulului de rigiditate Es
fig. 2.16 Diagrama tasãrii în functie de tensiune obtinutã din încercarea decompresiune cu epruvetã cilindricãpentru determinarea modulului derigiditate Ezo
Ezo=
Tasa
reaobt in
utã
h/h
A
h A
h
D
Comportarea reala a solurilor la deformare nu poate fi descrisa exact nici prin modulul derigiditate Es si nici prin modulul de deformare Ezo. Solul se poate deforma mai mult sau mai putin lateral,
si modulul de deformare determinat se situeaza intre cele doua extreme. El se poate determina numai
cunoscând coeficientul lui Poisson ν si factorul de presiune statica a solului Ko.
Ezo < Em < Es
Modulii de deformare Em ajuta la calculul tasarilor.
Modulul de deformare Ev din incercarea de compresiune cu placa
Pentru aprecierea cantitativa si clasamentul capacitatii portante s-au definit moduli de
deformare care tin seama de starea de teniune si deformare in spatiu. Ei se apropie de comportarea
reala la deformatie si se definesc ca moduli de deformare Ev. Acesti moduli de deformare Ev se
determina printr-o incercare de proba cu ajutorul unei placi de sarcina rigide.
ν= coeficientul lui Poisson (ν = 0,2 pentru nisip ….. ν= 0,4 pentru argila)
cu ν = 0,21 rezulta formula de compresiune datorita placii.
Ev =s
r .5,1
Δ
⋅Δσ
Modulul de deformare Ev primeste un alt index, care trimite la provenienta sa din primul (E v1)
sau cel de al doilea (Ev2) ciclu al unei incarcari statice resp. dintr-o incarcare dinamica (Evd)
Mai târziu ne vom ocupa de interpretarea incercarilor de compresiune cu placa. Modulul de
deformare Ev este indicele cel mai important pentru aprecierea capacitatii portante a cailor de transport.
In fig.2.17 sunt prezentati cei trei moduli de deformare.
In afara de aceasta, fig.2.17 reda relatiile ce exista intre moduli potrivit teoriei elasticitatii.
Modulul prismei de balast ks (factorul de balast)
Din incarcarea de proba cu placi rigide se poate obtine un alt indice al capacitatii portante,modului prismei de balast ks. Acesta s-a confirmat atât la calculul imbracamintii rutiere cât si la calculul
suprastructurii. Prin acesta se exprima absolut general si pentru un corp de fundatie oarecare, raportul
dintre tensiunea talpii fundatiei si tasarea terenului S. In felul acesta se explica unitatea de masura cam
neobisnuita N/mm3.
Ks = [ ]3 N/mms
σ
Modulul prismei de balast corespunde tensiunii de sub un corp de fundatie, care are ca urmare
o tasare cu valoarea 1. Asa este el înteles si in calculul suprastructurii, unde se noteaza de altfel cu prescurtarea Cb.
Notiunile de specialitate utilizate in problematica filtrarii sunt explicate in continuare pe baza
unui exemplu de put de drenaj (fig.2.23).
Dw Dren
i = d h / d y
Sol de baza
Pietris filtrant
fig. 2.23 Modelul curentului de filtrare
In solul de baza descoperit exista apa, care se scurge sub panta i spre putul de drenaj, cu
viteza de filtrare vf = kf x i.
Prin frecare si presiunea hidrodinamica actioneaza forte asupra solului de baza, prin care pot fi
dislocate granule. Ne imaginam solul de baza ca un amestec din granule grosiere de sustinere si
granule fine de umplutura. Mai intâi granulele de umplutura pot fi spalate de apa ce se scurge repede.
Spalarea granulelor fine se numeste sufoziune (fig.2.24). Aceasta incepe in zona de contact dintre solul
de baza si pietrisul filtrant (sufoziune de contact) si se continua mai târziu in interiorul solului descoperit(sufuziune interna). Spre sufoziune inclina solurile la care exista diferenta evidenta de marire intre
granulele de sustinere si granulele de umplutura, care au un coeficient mare de neuniformitate.
Sufoziunea nu aduce solului nici un fel de dezavantaje, caci scheletul granular ramâne intact, nu apar
tasari. Permeabilitatea devine mai mare, intrucât porozitatea a crescut. Aceasta are o influenta pozitiva
asupra efectului de drenare dorit. Filtrele vor fi deci astfel alcatuite incât sa fie posibila sufoziunea.
Aceasta se realizeaza alegând pori mari pentru filtru, pentru ca granulele fine care sunt expuse
Cea mai cunoscuta regula de filtrare este cea dupa TERZAGHI (fig. 2.25) care se explica drept
prototip al unei reguli de filtrare.
TERZAGHI a considerat ca diametrul granulei D15 caracterizeaza dimensiunea porilor unui
pietris filtrant. Pentru granula fina de sufodare corespunde d15. Granula de sustinere a solului ce
urmeaza a fi drenat este descrisa prin d85.
Un pietris filtrant este stabil la filtrare fata de solul descoperit, atunci când se aplica:
851515 d 4Dd 4 ⋅<<⋅
S
o l d
e b a z a
Mater ia
lfiltra
t
1510
1009085
50 Domeniul posibilal pietrisului filtrant D15/d15>4>D15/d85 _ _
log d(diametrul granulei)
MPF
d15 4d15 d85 4d85
HFP=punct de filtrare hidraulic 4d15 D15>4d15 sigur la colmatare, permeabil
MFP=punct de filtrare mecanic 4d85 D15<4d85 sigur la eroziune, permeabil
fig.2.25 Regula de filtrare dupa TERZAGHI
Partea stânga a dublei inegalitati cere ca filtrul sa fie suficient de grosier. In felul acesta se evita
colmatarea, este promovata sufoziunea si se realizeaza o buna permeabilitate.
Partea din dreapta garanteaza siguranta la eroziune, limitând pietrisul filtrant spre grosier. Porii
nu pot fi astfel atât de mari incât sa poata patrunde parti din scheletul de sustinere.
Daca se transpun aceste conditii pe curbele de repartitie granulometrica (fig. 2.25), atunci curbade repartitie granulometrica a pietrisului filtrant trebuie sa intersecteze ordonata de 15% intre punctul
de filtrare inferior (“hidraulic”) si cel superior (“mecanic”). In felul acesta se garanteaza ca distanta
dintre cele doua curbe de repartitie granulometrica nu este nici prea mica si nici prea mare. Notiunea
de “distanta” a curbei de repartitie granulometrica se gaseste si in regulile de filtrare mai recente.
Regula lui TERZAGHI a fost formulata initial pentru conditii la limita absolut precise, anume
pentru soluri de baza si de filtrare necoezive, in straturi inguste (Ud ≈ UD ≈ 1…3). Mai târziu aceasta a
fost transmisa asupra cazurilor situate cu mult in afara acestui domeniu. O regula de filtrare moderna
este cea a lui CISTIN/ZIEMS. Aceasta este mai diferentiata si in acelasi timp mai universala, in functie
Cheia de rezolvare1. U4=13.32. U0=5.3/8.83. A =19.7/25.6
Coeficientul de neuniformitate
fig. 2.26 Raportul de distanta permis dupa CISTIN-ZIEMS (siguranta la eroziune)
U=1
U=2
U=3
U=4
U=6
U=5
U=7
U=14U=15
U=16
U=8U=9U=10
U=12U=13
U=11
3
23
2
LIEBERENZ reuneste intr-o nomograma conditiile de siguranta la eroziune a solurilor coezive
(fig.2.27). Pentru diametrul porilor din pietrisul de filtrare s-a luat D17 si coeficientul de plasticitate Ip
pentru rezistenta solului coeziv.
Este locul sa prezentam câteva idei privind predispozitia diferitelor soluri fata de eroziune.
Solurile cu granulatie grosiera nu sunt problematice, deoarece granula individuala grosierapoate fi usor protejata de eroziune. Cu cât granula este mai fina, cu atât tendinta solului la eroziune
devine mai mare. La solurile din domeniul nisipului fin si al granulelor de nisi aluvionar (mâl) s-a atins in
aceasta privinta extrema, se vorbeste de “soluri dificil de filtrat din punct de vedere tehnic”.
Un sol este dificil de filtrat din punct de vedere tehnic, daca sunt indeplinite succesiv
urmatoarele conditii:
- sunt continute fractiuni de granule <0,06mm si coeficientul de neuniformitate este U<15.
- mai mult de jumatate din sol are diametrul granulelor cuprins intre 0,02mm si 0,125mm.
La solurile cu granulatie fina conform DIN 18196, Ip<0,15, sau procentul granulelor de nisipfoarte fin este mai mult de dublu fata de procentul granulelor de argila.
complet. S-a putut demonstra ca pericolul inmuierii complete a unei platforme de pamânt coezive este
cu atât mai redus cu cât aceasta platforma este mai coeziva. Figura 2.30 arata interpretarea ce
cuprinde mai multe mii de masuratori ale umiditatii din terasamentul caii.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
ce apare în platforma
0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.8
Limita de curgere WL
neîntâlnit
fig.2.30 Influenta capacitãtii de coeziune (WL
consistentã IC în fundamentul liniilor
Cu alte cuvinte solurile foarte compacte mai pastreaza si in conditii hidrologice dezavantajoaseo anumita rezistenta, pericolul pierderii complete a rezistentei existând numai la cele slab coezive.
Din aceste studii s-au putut gasi conditiile de compatibilitate. Acestea formuleaza o dimensiune
admisibila a porilor, exprimata prin D17, in functie de capacitatea de coeziune, exprimata prin limita de
fig. 2.31 Stabilitatea fata de eroziunea mecanica de contact
Suprafata de contact
Exista doua posibilitati de demonstrare a sigurantei fata de eroziunea mecanica de contact:
1. Fundamentul este prea compact, pentru a se urca in porii stratului portant. Calculul cu
D17 < D17 adm.
2. Fundamentul este prea grosier, pentru a se urca in pori. Calculul cu D15 < 4 x d85 dupa
TERZAGHI.
Daca intre platforma de pamânt si stratul portant se introduce un material geotextil ca stratseparator, atunci marimea orificiilor acestuia se va alege de asemenea astfel incât sa se evite
eroziunea mecanica de contact, adica, din platforma de pamânt sa nu urce nici un fel de pamânt cu
granulatie fina.
Se considera siguranta la eroziune daca:
0,06 < DW < 0,2mm
2.3.9. Siguranta la inghet - criteriile de inghet
Despre mecanismul si urmarile pagubelor produse de inghet pe drumurile de transport serelateaza amanuntit in paragraful 4.2.1, iar despre masurile de siguranta contra inghetului in paragraful
5.3. Inainte de aceasta este vorba de a face deosebirea intre solurile care prezinta siguranta contra
inghetului (protejate contra inghetului) si solurile sensibile la inghet.
Solurile care prezinta siguranta contra inghetului au pori relativ mari in care apa interstitiala
ingheata.
Intrucât mai exista spatiu poros umplut cu aer, aceasta are ca urmare doar ridicari neesentiale.
Dupa topire, solul protejat contra inghetului se prezinta in stare nemodificata.
b) interpolare pentru solurile cugranulatie fina 4...15%
fig. 2.33 Criteriul de înghet cf. ZTVE-Stb 94a) criteriul granulometric
b) interpolare pentru solurile cu granulatie fina 5...15%
5 10 15
F 1 s a
u 2 c o
n f. U
F 1 i n s
e n s i b
i l l a î n g h e
t F 3 f o a
r t e s e
n s i b i l
l a î n g h
e t
F 2 s a
u 3 d u
p a c a p
a c i t a t e
a d e c
o e z i u
n e
La compactarea artificiala a unui sol, densitatea in stare uscata la care trebuie sa se ajunga
depinde de lucrarea de compactare si de umiditate. In timp ce odata cu avansarea lucrarii de
compactare aceasta creste pâna la o anumita limita, influenta umiditatii nu este atât de evidenta.
In incercarea Proctor se elimina influenta lucrarii de compactare, aceasta realizându-se intr-un
mod si cu o intensitate precis reglementate. In felul acesta influenta umiditatii devine evidenta dupadensitatea la care s-a ajuns in stare uscata.
O incercare Proctor se face in laborator pe solul prevazut pentru compactare. Incercarea
cuprinde cel putin 5 incercari partiale. In prima incercare partiala, solul se aseaza in stare relativ uscata
(umiditate W1) in vasul Proctor (V=942,5cm3) printr-o lucrare de compactare prescrisa exact (3 straturi
cu câte 25 de lovituri de compactare cu maiul cu o masa m=2,5kg de la o inaltime de 30cm). Lucru
mecanic de indesare este in acest caz A=60 Ncm/cm3. Se determina densitatea obtinuta in stare
uscata ρd1. Apoi incercarea se repeta de mai multe ori cu acelasi pamânt, marind foarte putin
umiditatea in momentul respectiv. Inregistrând perechile de valori W si ρd intr-o diagrama de umiditatesi unindu-le printr-o curba de nivel apare curba Proctor tipica, asa cum este reprezentata in fig. 2.34.
Curba Proctor da informatii asupra comportarii solului prospectat la compactare. Partea
urcatoare din stânga, asa numita “ramura uscata” indica faptul ca solul devine momentan mai supus la
compactare odata cu cresterea umiditatii.
Peliculele crescatoare de apa reduc frecarea intre particule favorizând astfel deplasarea
particulelor.
Cu o umiditate care este cea mai avantajoasa pentru compactare se obtine efectul maxim. De
aceea, acceasta umiditate se numeste “optima” saau umiditatea proctor Wpr . In mod corect trebuie sa
printr-un numar suplimentar de lovituri, mase si inaltimi de cadere mai mari. De aceea “densitatea
Proctor modificata”, ρpr mod, este numeric mai mare decât cea simpla.
Incercarea Proctor modificata necesita cheltuieli sporite si de aceea se face rar.
1.7
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
5 10 15 20 25 30 35 40U=d60/d10
soluri necoezive
densit
ateproctor
prg/cm
3
d
d
W
W
U<5(GE, SE)=fãrã maximum clar
U>7(GW, SW, GU, SU)=maximum pronuntat
soluri coeziveIp
wL0.600.500.400.300.20
2.2
2.1
2.0
1.8
pr =1.5 ...1.3Wpr =0.26 ... 0.34
pr <2.0Wpr <0.10
pr =1.9 ... 2.0Wpr =0.10 ... 0.14
pr =1.8 ...1.6Wpr =0.18 ... 0.24
fig. 2.35 Valori orientative pentru densitatea proctor si umiditatea proctor
2.4 Prospectiunile terenurilor de fundare
Prospectiunile terenurilor de fundare au scopul de a obtine informatii asupra felului si starii
terenului de fundare.
Dupa succesiunea in timp la aparitia unei lucrari de pamânt, DS.836 deosebeste cinci faze de
prospectiune a terenului de fundare:
Faza 1, prospectiunea preliminara, serveste la clarificarea generala a situatiei geotehnice
(interpretarea hartilor de inginerie geologica, a materialelor de arhiva, a fotografiilor aeriene).
Faza 2, reprezentata de prospectiunea principala serveste la aprecierea unui loc de amplasare
sau a unei trase (sondaje ale terenului de fundare, prelevarea si prospectarea probelor de pamânt,stabilirea parametrilor pentru clasificare si calcul). Rezultatul se concretizeaza in propunerile pentru
organizarea lucrarii de pamânt, intr-un “raport geotehnic”. Dupa cum spune deja notiunea de
“prospectiune principala”, in cadrul acesteia au loc principalele activitati de explorare.
Prospectiunea de finete ca a treia faza este necesara in situatiile in care rezultatele
prospectiunii principale nu sunt suficiente pentru rezolvarea problemelor de detaliu.
Cele trei faze mentionate anterior servesc la cercetarea terenului de fundare. In final, ca
ilustrare a realitatii, ia nastere un “model al terenului de fundatie”, care corespunde mai mult sau mai
Supravegherea si receptionarea care alcatuiesc a patra faza a prospectiunilor terenului de
fundatie servesc ca dovada ca exista calitatea necesara a lucrarii de pamânt (masurarea geometriei,
densitatii, capacitatii portante).
Acestea se asigura ca supraveghere proprie de catre firma constructoare sau sub forma
controlului din partea unui tert. In final se confirma calitatea sau pot sa fie necesare corectari in
desfasurarea constructiei (de ex. compactari ulterioare, stabilizari, masuri de drenare), pentru a ajunge
la calitatea necesara. In acelasi timp se verifica in ce masura se confirma rezultatele prospectiunii
principale, daca “modelul terenului de fundare” este real. Nu prisoseste niciodata accentuarea faptului
ca observatiei, controlului, comparatiei dintre situatia acceptata si realitate le revine, tocmai in
constructia de pamânt, o imensa importanta. Si in cazul cercetarii celei mai atente ramâne intotdeauna
o anumita urma de risc, deci oricând ne putem astepta la surprize. De aceea se cere competenta si
simt de raspundere din partea executantilor.
Masuratorile si observarile constructiei servesc la stabilirea comportarii constructiei si a
terenului de fundare, intr-o anumita masura ca grija ulterioara. Acestea reprezinta a cincea faza a
prospectiunilor si permit controlul si recalcularea receptionarilor facute.
Acestea ajuta la cresterea cunostintelor si ar trebui sa se efectueze deseori. De cele mai multe
ori insa ele sunt limitate la constructiile foarte sensibile.
Masuratorile de observatie pe liniile de cale ferata sunt de fapt normale, caci pe fiecare linie au
loc parcursuri de masurat calea. Acestea dau si informatii despre starea infrastructurii si deci despre
reusita unei refaceri a infrastructurii. Ele ar trebui sa fie interpretate sistematic.
2.4.1. Cercetarea terenului de fundare pentru construct ii noi
In acest paragraf este descrisa cercetarea general uzuala a terenului de fundare. In constructiile
de cai ferate noi sau la constructiile ingineresti se procedeaza conform cu acestea.
Informatiile despre sol ca teren de fundare si material de constructie trebuie sa fie “suficiente”.
Ele trebuie sa-l puna pe expertul geotehnician sau pe inginerul proiectant in situatia de a se orienta
asupra riscului. Cu cât terenul de fundare este mai complicat, cu atât constructia este mai predispusa
la risc si cheltuielile pentru cercetare sunt diferite.
DIN 4020 deosebeste, dupa risc, trei “categorii geotehnice”. GK.1 la un risc redus cere putinecheltuieli pentru cercetare, GK.3 necesita cheltuieli foarte mari cu ample prospectiuni. Majoritatea
proiectelor de constructie se incadreaza in categoria 2, de mijloc. Aceasta inseamna ca sunt necesare
cercetari de laborator si sondaje directe de teren pentru obtinerea probelor.
2.4.1.1. Sondaje directe de teren
Sondajele directe de teren sunt forajele si puturile de explorare. Acestea permit prelevarea de
probe si in felul acesta aprecierea vizuala a solului descoperit si cercetarea sa in laboratorul de
Specificatia straturilorpentru foraje fara obtinerea continua de probe din sondaje
AnexaRaport
Az.: 1028/85
Proiect de constructie 15
Foraj Nr.: 81 / Fila 1Data:29.10.85
1 2 3 4 5 6 Probeprelevate
Fel Nr . Ad.
in (m)mg.inf.
15.80
14.90
6.50
1.80
0.30
panala....m
subpct.depornirealucr.
G 1 0.30
G 9 15.50
G 8 14.50
G 7 12.50
G 6 10.30
G 5 8.50
G 4 6.50
S 4 4.50
S 3 3.00
G 3 2.50
S 2 1.50
S 1 1.00
G 2 0.80
a)
b)
c)
f)
d)
g) h) i)
e)
a)
b)
c)
f)
d)
g)
e)
h) i)
a)
b)
c)
f)
d)
g)
e)
h) i)
a)
b)
c)
f)
d)
g)
e)
h) i)
a)
b)
c)
f)
d)
g)
e)
h) i)
a)
b)
c)
f)
d)
g)
e)
h) i)
Denumirea tipului solului si a umpluturilor
Observatie suplimentara *)
Constitutia dupamaterialul forat
Constitutia dupaprocesul de foraj Culoare
Denumire uzuala Denumire geologica Grupa Continutulde calcar
Nisip mediu, cu nisip fin, humus
rotunjit, deshidratat usor de forat brun
sol superior pamant vegetal OH O
Turba
nedeplasata, moale usor de forat negru
mlastina turba mlastinoasa
planaHN O
Argila, cu nisip foarte fin, cu nisip, cu pietre, fragmente de calcar
consistent greu de forat cenusiu
marna aluvionaragrosiera
perioada glaciara TL ++
Nisip mijlociu, foarte fin, pietros, grosier, nisipos
rotunjit greu de forat pestrit
nisip perioada glaciara O
Stanca, cu granulatie integrala, dens
coeziune granularamoderata
gresie
usoara daltuire rosu
gresie colorata O
*) Inregistrarea este facuta de cercetatorul stiintific
ObservatiiProba specialaDebit de apa
Scule de forajPierderegranulometrica Diverse
Sapa 63/65forata anteriorpana la 1.80 mTuburi 139montateTija de forajrotativa
Apa 1.70 m si APCablu batut100 kg/ Cursa 3003 batai / 3005 batai / 300
Sapa 13330 batai / 30045 batai / 300
Burghiu cuventil 133
Apa 6.50 murca la 3.80 msi AP
Dalta in cruce121
netubat de la14.90 mnivelul finalal apei 4.10 msi AP
Fig. 2.37 Specificatia straturilor conform DIN 4022
2.4.1.2. Denumirea si descrierea solur ilor conform DIN.4022
Dupa o examinare “vizuala” si simple examinari cu mâna (“manuale”) solul este denumit, adica
primeste un nume.
Pentru aceasta nu sunt necesari inca indici de mecanica solului. Denumirea este intr-o oarecare
masura o treapta preliminara a clasificarii, pe care am tratat-o in paragraful 2.33. Pentru ca metodelevizuale si manuale fac parte din sculele unui constructor specializat in lucrari de pamânt si constructii
subterane, le vom trata ceva mai amanuntit (tabela 2.7).
Tabela 2.7.:Denumirea solurilor conform DIN.4022 si reprezentarea conform DIN.4023
cap de chibrit gris (mare) gris (mic) inca vizibil
dupa rezistenta si plasticitate
Resturi si structuri vegetale coloratie inchisa
galben
oranj
oliv
violet
brun
lila
Punctul de pornire il reprezinta, ca la clasificare, cele patru domenii de marime ale granulelor:
pietris (G), nisip (S), nisip foarte fin (U) si argila (T).
Marimea granulelor de pietris si nisip poate fi recunoscuta cu ochiul liber. Prin comparatie cu
marimile general cunoscute ale granulelor (mazare, alune, etc.) acestea sunt incadrate in domeniile,
care in tabela 2.7. sunt prezentate ca in orice diagrama de distributie granulometrica. La aceasta semai face subimpartirea in pietrisuri sau nisipuri grosiere, mijlocii si fine.
Daca una din aceste fractiuni este dominanta, solul primeste acest nume si o prescurtare, de
ex. “nisip grosier” (gS) sau “pietris mijlociu” (mG).
Daca astfel de fractiuni se constata numai in amestecuri, atunci la nume se adauga un adjectiv
si o alta prescurtare de ex. “fin nisipos” (fs) sau “grosier pietros” (gg). Daca sunt continute numai
amestecuri in cantitate redusa (<15%), adjectivul primeste suplimentar cuvântul “slab”, de ex. “slab
mijlociu nisipos” (ms’). Când amestecurile sunt considerabile (>30%), cuvântul suplimentar este
“puternic”, de ex. “puternic fin pietros” (fg). Deseori ne multumim insa la amestecuri cu fractiunileprincipale “pietros” (g) sau “nisipos” (s) si adjectivele corespunzatoare “puternic” sau “slab”.
Componentele cu granulatie fina din domeniul particulelor de nisip foarte fin si argila nu mai pot
fi identificate cu ochiul liber. La fel ca la clasificarea dupa plasticitate, acest fel de soluri se deosebesc
dupa comportarea fata de apa, dupa rezistenta. Incercarile simple (“metoda examinarii manuale”)
servesc la aprecierea, daca solul ce trebuie denumit este mai mult un nisip aluvionar foarte fin (praf)
doar cu o usoara plasticitate sau mai mult o argila cu o comportare pregnant plastica. Ele raspund la
intrebarea, unde ar fi fost plasat solul respectiv in diagrama de plasticitate (vezi fig. 2.11).
fig. 2.44 Verificarea directa a compactarii a)extragere cu cilindru b)metoda substitutiei cu apa c)densimetru
Metoda substitutiei cu apã
Extractie cu cilindru1
m 1
Cilindru de extractie
v= d h/42
h
v m1
folie
folie
m 1
v= d h/42
densimetru
piston de presiune
cilindru
H2O
h
d1
balon de cauciuc
2.4.3.3. Verificarea indirecta a compactitatii
Metodele indirecte de verificare a compactitatii folosesc raporturile, conform legilor, dintre
compactitatea unui mediu si alte insusiri fizice, ce se pot masura simplu si sigur. Tot in legatura cu
aceasta se vorbeste de sondari.
La sondarile radiometrice se utilizeaza interactiunea dintre sol si radiatia radioactiva. Principiulde masurare se bazeaza pe faptul ca de la o sursa de radiatie – de cele mai multe ori Co60 sau Cs137 –
sunt emise raze γ. Aceasta radiatie este absorbita, dirijata sau reflectata de mediul de masurare
inconjurator. In functie de densitatea mediului, interactiunea are intensitati diferite. Aceasta se exprima
in rate diferite ale impulsurilor radiatiei, dependente tocmai de compactitate, receptionate de un contor.
Prin calibrari anterioare pe medii cu compactitate cunoscuta se poate stabili o legatura intre rata de
numarare si compactitate sub forma unei curbe etalon. La aceasta se presupune ca distanta dintre
sursa si contor este absolut constanta.
Sondele moderne cuprind pe lânga sursele si detectoarele pentru radiatie γ, si sursele sicontoarele pentru radiatia neutronica, cu care poate fi determinata umiditatea solului.
Controlul calitatii prin sondare radiometrica aduce cu sine câteva probleme. Verificarea este
costisitoare, aceasta trebuind sa fie de fapt efectuata separat pentru fiecare tip de sol. Rezultatul
masuratorii este influentat de intrefierul dintre sonda si mediu. In afara de aceasta, manipularea,
pastrarea si transportul surselor radioactive sunt considerabil ingreunate de reglementarile severe de
protectie contra radiatiilor. Aceasta anuleaza din nou, in mare, avantajele metodei. De aceea
verificarea radiometrica a compactitatii nu s-a impus in constructia de pamânt in masura asteptata.
Figura 2.45 arata principiul de masurare al sondei de suprafata si al sondei de intepare (sonda
Troxler).
fig. 2.45 Sondari radiometrice aproape de suprafata
a)sonda de suprafata b)sonda de întepare
sursa contor
contor
sursa
a) b)
Sondarea pentru foraje de proba si sondarea de presiune au fost tratate deja ca metode
indirecte pentru sondarea terenului de fundatie (paragraful 2.4.13). Sub anumite premise acestea pot
servi si la aprecierea starii de compactare a umpluturilor compactate.
Aceste premise sunt:- Umplutura este relativ groasa, caci in decimetri superiori sondarile nu sunt sigure,
- Este vorba de sol necoeziv, pentru care DIN.4094 da corelatiile cu privire la starea de
compactare (fig.2.39, 2.40).
- O relatie directa cu gradul de compactare poate fi stabilita daca anterior au avut loc incercari
paralele de calibrare.
Deosebit de indicate sunt sondarile pentru foraje de proba si sondarile de presiune, daca
trebuie sa se demonstreze succesul compactarilor ulterioare (de ex.compactarea de adâncime,
compactarea prin rambleiere mecanica vibratoare, compactarea dinamica intensiva). Cresterearealizata a compactitatii poate fi dovedita prin cresterea indicilor de lovire N10 sau a rezistentei de vârf
qc la sondaje inainte si dupa compactare.
2.4.3.4. Verificarea capacitatii portante
Pe lânga densitatea in stare uscata, capacitatea portanta este parametrul ce caracterizeaza cel
mai clar calitatea unei constructii de pamânt, a unui strat portant sau a unei platforme. De fapt,
capacitatea portanta este chiar insusirea dominanta a terasamentului, care ne intereseaza in primul
Prin capacitate portanta, in general, se intelege capacitatea (puterea) unei parti de constructie,
in cazul nostru a infrastructurii caii ferate, de a prelua sarcini fara a suferi deformari vatamatoare sau
chiar a ceda.
In paragraful 2.3.6 a fost tratat deja modulul de deformare Eν ca parametru (marime
caracteristica) pentru capacitatea portanta. Aceasta se obtine la incarcarea de proba a platformei de
verificat cu o placa circulara rigida cu diametrul 2r. Pentru o astfel de incarcare, intre tensiunea σ
inregistrata si tasarea s exista o dependenta conform “formulei de presiune a placii”.
Daca se aplica tensiunea σ controlata si definita si se masoara tasarea placii, se poate calcula
modulul de deformare Eν dupa:
Eν1 =sΔ
⋅Δ⋅ r 5,1 σ
Dupa felul de inregistrare a sarcinii se deosebeste incarcarea statica si dinamica de proba.
Incarcarea statica de proba - incercarea la compresiune cu placa (DIN.18134)
Platforma de verificat se incarca prin placa circulara rigida. Se utilizeaza de preferinta placi de
incarcare cu un diametru 2r = 300mm.
O presa hidraulica genereaza o incarcare, care este marita treptat la efortul maxim de
σmax. = 0,5MN/m2. Ea este controlata de un dinamometru. Presa se sprijina pe o culee, de cele mai
multe ori o masina grea de constructii.
Se masoara tasarea s atenuata pentru fiecare din cele minim cinci trepte de sarcina. Pentruaceasta un sistem de pârghie (grinda Benkelman) transmite tasarile de la centrul placii la contorul
pozitionat in afara concavitatii tasarii (fig.2.46).
Deformarile masurate se inscriu in diagrama din fig.2.46 si alcatuiesc prima curba de incarcare.
Aceasta este curba de lucru a platformei la prima incarcare. Traiectoria plata indica o mare
capacitate portanta, iar cea abrupta o capacitate portanta redusa. Decisiva este considerata zona
curbei de sarcina-tasare dintre 0,3 si 0,7σmax. Aceasta da modulul de deformare al primei incarcari:
Eν1 =1
r 5,1
sΔ
⋅Δ⋅ σ
Apoi platforma de verificat se descarca si atunci ea revine la suprafata, dar in nici un caz in
pozitia initiala. Acesta este un semn pentru faptul ca parti considerabile din deformare sunt plastice.
In continuare se aplica cea de a doua incarcare. Efortul este marit din nou treptat, dar numai la
cca.90% din efortul maxim, pentru a ramâne in mod sigur in domeniul reincarcarii.
Punctele de masurare se compun alcatuind curba celei de a doua incarcari, curba de lucru a
platformei la reincarcare. Si aici traiectoria din zona de mijloc intre 0,3 si 0,7σmax. este considerata
determinanta pentru capacitatea portanta a platformei.
Modulul de deformare a celei de a doua incarcari se determina cu formula de compresiune cu
placa:
Eν2 =2
r 5,1
sΔ
⋅Δ⋅ σ
Descarcarea ce are loc in incheiere arata ca in modulul de deformare al celei de a doua
incarcari sunt cuprinse si parti plastice. Cu toate acestea, acest modul este considerat marimea
caracteristica pentru comportarea fundatiei unui drum sub incarcare repetata foarte des, deci de fapt ca
parametru pentru comportarea elastica.
Sunt stabilite valori minime pentru modulul de deformare Eν2. Acestea sunt cu atât mai stricte:
- cu cât stratul respectiv este incarcat mai tare,
- cu cât calea de circulatie este mai importanta,
- cu cât distanta este parcursa mai rapid.
Tabela 5.3 prezinta cerinte diferentiate
Modulul de deformare Eν2 al celei de a doua incarcari este mai mare decât cel al primei
incarcari, Eν1.
Acesta este un lucru normal, caci prin prima incarcare apare o consolidare secundara. Daca
aceasta consolidare secundara este insa prea mare, acesta este un semn pentru compactarea initial
deficitara. De aceea raportul dintre cele doua module de deformare este limitat in sus. ZTVE-Stb.94
indica valori limita pentru solurile cu granulatie grosiera, care sunt cu atât mai stricte cu cât gradul de
compactare Dpr cerut este mai mare:Dpr nec. EV2 /EV1max.
100% 2,3
97% 2,5
95% 2,6
Aparatele moderne de compresiune cu placa dispun de câteva echipamente suplimentare.
Acestea sunt echipate cu senzori pentru inregistrarea automata a fortei si drumurilor. O mica
unitate de calcul preia diagrama sarcina-tasare, o transpune intr-un polinom de gradul 2 si calculeazamodulele de deformare ale primei si celei de a doua incarcari precum si raportul lor. Diagrama se
tipareste si serveste ca document.
Incercarea la compresiune cu placa este incercarea instituita de determinare a capacitatii
portante a constructiilor de pamânt. Modulele de deformare determinate in acest fel sunt considerate
sigure. Experientele de decenii cu indicii Eν2 au trezit increderea in acestia.
a)Aparat de compresiune cu placa b)Interpretares (mm)
0.1 0.15 0.2 0.3 0.35 0.4 0.5 (MN/m )2
S1=0.5
S2=0.27
0.36
1.06
2.0
1.5
1.0
0.5
=0.20 0.7 max0.3 max
Ev=1.5r sr=150mm=0.15m
=0.20MN/mprima încãrcare:Ev1=1.5x0.15x0.20/0.0005=90MN/ma doua încãrcare:Ev2=1,5x0,15x0,20/0,0027=167MN/mEv2/Ev1=167/90=1,85<2.3
2
2
2
fig.2.46 Încercarea statica la compresiune cu placa cf. DIN 18134 a) aparat de compresiune cu placa b) interpretare
culee
dinamometru
presã hidraulicã
tunel de mãsurat
placã rigidã de încãrcarecontor (traductor de deplasare)
2r=300
Cu toate acestea incercarile de compresiune cu placa au câteva deficiente.
- necesita foarte mult timp si reprezinta o interventie considerabila in desfasurarea
constructiei;
- au , in ciuda tuturor cheltuielilor, doar un caracter de probe prin sondaj;
- incarcarea cu o forta statica, corespunde doar intr-o masura insuficienta cu incarcareadinamica.
De aceea exista permanente stradanii de a testa si de a introduce metode de control a calitatii
in constructiile de pamânt, care sa nu aiba slabiciunile mentionate.
Incarcare dinamica de proba - Aparat usor (placa) cu greutate in cadere
La aceasta incercare se exercita o sarcina dinamica (de soc) de scurta durata asupra niveluluiplatformei, ce primeste astfel un impuls pentru o oscilatie amortizata.
Sarcina dinamica (de soc) seamana in ceea ce priveste parametrii ei, cu sarcina, incarcarea din
vehicule (suprafata de baza a coloanei d = 300mm, presiunea σ = 0,1MN/mp, durata incarcarii
cca.0,018s). Tasarea se masoara cu un aparat de inregistrare a vibratiilor.
Daca trasarea este mare (amplitudinea vibratiei amortizate) atunci platforma controlata are o
capacitate portanta redusa, iar daca aceasta este mica, inseamna ca platforma este portanta.
Si aici modulul de deformare se calculeaza prin “formula de calcul a presiunii prin intermediul
- Incercarea dinamica din socuri este apropiata de realitate, motiv pentru care coeficientul Eνd ar
putea fi mai degraba corespunzator pentru comportarea reala a constructiei sub incarcarea din
circulatie.
- Metoda isi va câstiga deplina importanta abia atunci când 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.
2.4.3.5. Contro lul dinamic al compactarii pe intreaga suprafata
Toate metodele de control tratate pâna in prezent au doua lipsuri hotarâtoare. Pe de o parte se
cerceteaza doar probe prin sondaj, luate mai mult sau mai putin intâmplator.
Pe de alta parte procesul de control este separat in timp ce procesul de productie. In cazul
nostru aceasta inseamna ca procesul de control are loc dupa compactare sau in timpul unei intreruperi.
Controlul reprezinta deci intotdeauna o interventie in regimul de productie. Corectari cum sunt
compactarile suplimentare pot fi facute abia dupa evaluarea rezultatelor controalelor.
Aceste lipsuri dispar in cazul “Controlului dinamaic al compactarii pe intreaga suprafata” FDVK.
Principiul de masurare este urmatorul:
Aparatul de compactat (valt de vibratie) se doteaza cu un dispozitiv de inregistrare a vibratiilor,
ce se fixeaza pe axul valtului. Acesta preia parametrii (amplitudinea, frecventa) vibratiilor masinii de
compactat in timpul procesului de compactare si le transmite unei unitati de calcul.
Inainte de inceperea lucrarilor de compactare se executa si compacteaza o sectiune de testare
exact in aceleasi conditii (sol, continut de apa, fundament).
Calitatea sa este demonstrata prin metodele obisnuite cum sunt controlul densitatii sau al
capacitatii portante. Apoi se inregistreaza caracteristica de vibratie a acestei platforme, dupa cum s-a
dovedit, suficient de compactate si se memoreaza in calculator ca valoare de referinta. Sistemul de
vibratie teren de fundare-masina este asa-zis etalonat.
La compactarea produsa, caracteristica vibratiei, se modifica cu fiecare trecere, apropiindu-se
de valoarea de referinta. Calculatorul compara permanent parametrii ce i-au fost transmisi, pentru
actuala comportare la vibratii, cu cei pe care i-a memorat ca valoare de referinta.Daca ambii parametrii in cadrul unor anumite conditii de intrerupere sunt identici, el il
informeaza pe operator ca scopul compactarii este atins.
Aceasta metoda de control are bineinteles avantaje convingatoare:
- Controlul nu se mai face prin sondaj, ci pe o suprafata intinsa.
- Ea insoteste productia, rezultatele fiind imediat puse la dispozitie pentru dirijarea procesului de
productie.
- Controalele nu intrerup in nici un fel executia lucrarilor.
- Controlul comportarii dinamice pe suprafata intinsa reprezinta autosupravegherea ideala.
Inregistrarile masuratorilor pot fi considerate certificat de calitate. Aceasta metoda de control ar
trebui sa fie calificata in continuare.
Cu toate acestea metoda are si limite:
- Etalonarea este relativ costisitoare si renteaza doar daca lotul de constructie este corespunzator de
mare.
- Metoda este apta numai pentru compactarile de suprafata plane, umpluturile posterioare sau
compactarile santurilor nu pot fi controlate in felul acesta.
- Masuratorile sunt sigure si elocvente daca exista aceleasi conditii pe intreaga suprafata. Acestea
trebuie sa corespunda conditiilor de calibrare.
2.4.3.6. Strategia de control a ETVE-St.B.94 – Expl icati i si observatii
Ar mai trebui discutate doua probleme, ce se pun mereu in legatura cu controlul calitatii in
constructiile, lucrarile de pamânt.
Prima problema o constituie valenta controalelor asupra densitatii si capacitatii portante
Infrastructura unui drum de comunicatie este de buna calitate, daca:
- este compacta, adica daca este putin poroasa,
- are portanta, adica daca se deformeaza numai putin sub sarcina,
- aceste insusiri bune se mentin in timp.
In ZTVE-St.B.94 se cer de aceea urmatoarele trei dovezi de calitate ale subsolului si
terasamentului:
- verificarea soliditatii prin gradul de compactare Dpr . Aceasta este verificarea propriu-zisa - ea este
dominanta si elocventa pentru toate solurile.
- Verificarea capacitatii portante prin modulele de deformare Eν. Deseori aceasta este considerata
verificarea indirecta a soliditatii, dar ea este un control de sine statator si deplin valabil.
- Verificarea suplimentara pentru terenuri coezive, pentru ca porozitatea aparenta (continutul de aer
în pori) sa nu fie mai mare de 12%, ceea ce se poate afla din informatiile din controlul densitatii.
Pentru straturile de constructie necoezive si subsol exista corelatii sigure intre gradul decompactare si modulul de deformare. In ZTVE sunt formulate valorile minime pentru ambii parametrii.
Acestea trebuie sa fie considerate ca având aceeasi valoare, motiv pentru care in cazul platformei
necoezive si ambele controale au acceasi putere de expresie.
In cazul unui sol coeziv sau a straturilor portante relativ subtiri asezate coeziv, problema
densitate-capacitate portanta este ceva mai complicata.
Fig. 2.49 prezinta un exemplu al interdependentelor de principiu
In pamânt coeziv este subsolul unui drum de comunicatie, pentru aceasta el trebuie sa fie
In partea de sus a figurii este reprezentata curba Proctor a pamântului coeziv. Sunt marcate
densitatile ce corespund gradelor de compactare de 100% (punctul 1), 97% (punctele 3 si 5), 95%
(punctele 2 si 6) si 93% (punctele 1 si 7). In cazul controlului densitatii, toate valorile densitatilor situate
deasupra orizontalei prin punctele 3 si 5 ar fi o dovada pentru o calitate suficient de buna.
In partea de jos a figurii este reprezentata capacitatea portanta (sau in general stabilitatea) in
functie de continutul de apa.
Pentru aceasta s-au desenat mai multe curbe, care la densitate constanta in momentul
respectiv (corespunzator 100%, 97%, 95%, 93%) reprezinta influenta continutului de apa asupra
capacitatii portante. Potrivit experientei acestea sunt functii exponentiale; ele sunt reprezentate pe
figura cu linii subtiri si linii intrerupte.
Atunci curba Proctor a fost practic transformata in curba capacitatii portante. La fiecare punct 1pâna la 7 de pe curba densitatii s-a cautat punctul corespunzator 1’ pâna la 7’ de pe diagrama
capacitatii portante. Prin legarea punctelor intre ele rezulta o curba. Ea reprezinta pentru densitatile de
pe curba Proctor capacitatile portante in dependenta acestora fata de continutul de apa.
Toate valorile Eν2 care sunt mai mari decât cea necesara, adeveresc suficienta capacitate
portanta.
Daca se cere insa suficienta densitate si suficienta capacitate portanta, atunci pentru un sol coeziv
compactat apar in total cinci zone, in care pot fi relevante verificari diferite in momentul respectiv (fig.
2.49):
Ev=f(W) la Dpr =95%
fig.2.49 Capacitatea portanta si gradul de compactare al solurilor coezive