Deflectometrul dinamic ușor LFWD

Verificarea calității execuției terasamentelor rutiere prin metode alternative – deflectometrul dinamic ușor LFWD

Ing. Emil Oltean – Șef departament geotehnică S.C. Geostud S.R.L.

Drd. Ing. Sebastian Mustățea – Șef laborator geotehnic S.C. Geostud S.R.L.

Dorința constructorilor de a verifica calitatea execuției terasamentelor prin metode care să nu perturbe activitatea pe șantier și care să se facă într-un mod cât mai simplu posibil, poate fi înteleasă. Din acest motiv, prin Caietele de Sarcini pentru Terasamente proiectanții, deseori, pentru a veni în întâmpinarea Executantului, caută metode alternative pentru verificarea modului de compactare sau obținerea capacității portante. Dar pot aceste metode înlocui întotdeuna clasicele teste cu placa statică necesare pentru determinarea capacității portante sau testele de densitate și testele Proctor necesare pentru determinarea gradului de compactare?

În acest articol vom analiza dacă testele cu deflectometrul dinamic ușor LFWD (placa dinamică) pot fi o soluție, ca metodă alternativă, fie pentru înlocuirea testelor de capacitate portantă, fie a celor de compactare.

Deflectometrul dinamic ușor LFWD a ajuns în România la începutul anilor 2000 o dată cu asocierea de constructori Swietelsky-Wiebe, cea care a făcut reabilitarea liniei de cale ferată București – Câmpina. Era un produs ZFG realizat de Zorn-Germany, dar între timp a apărut și un deflectometru dinamic ușor produs de Carl-Bro, Olanda și anume placa dinamică Prima 100.

Prin metoda de testare cu deflectometrul dinamic ușor se determină modulul dinamic de deflecţie “Evd”, care este un parametru pentru deformabilitatea terenului testat sub acţiunea unui impact, de durată “t” și a cărui valoare este calculată în funcţie de amplitudinea “s” a tasării terenului sub o placă circulară, după formula :

În figura 1 este prezentată schema constructivă a deflectometrului dinamic ușor, iar în figura 2, schema principiului de funcționare:

Testul are avantajul că permite măsurători în spaţii foarte strâmte, nu necesită asigurarea unei greutăţi de lestare şi are un timp de execuţie redus, ceea ce permite o estimarea rapidă a gradului de uniformitate a zonei de testare, printr-o abordare a metodelor statistice. Din aceste motive s-au realizat, pe baza unor rezultate obținute în poligoane experimentale, anumite corelații între valorile Evd și capacitatea portantă (modulul de deformație liniară Ev2 – obținut cu placa statică, conform normei germane DIN 18134) sau între valorile Evd și valorile gradului de compactare (D).

Prezentarea acestor corelații, în literatura de specialitate, considerăm însă că este facută, chiar de autori, cu anumite precauții. De exemplu:

1. În Wirtgen Road Construction Manual testele cu LFWD sunt cuprinse în grupul încercărilor pentru determinarea capacității portante și a gradului de compactare, dar în Manualul WRC nu este prezentată niciun fel de corelare între valorile Evd și D, iar corelarea între valorile Evd și E_V2 este acceptată cu anumite limite:

“Relația E_V2/E_vd nu este constant, ea depinzând de tipul de material și gradul de compactare. Ea poate fi totuși în următoarele limite:

• pentru nisip și nisip cu pietriș: E_V2 = 2,0 -2,3 Evd
• pentru argile și prafuri plastic vârtoase – tari: E_V2 = 1,3 – 1,6 Evd

Testele cu placa dinamică oferă rezultate sigure, dacă a fost efectuată anterior calibrarea cu testele statice sau cu testele de densitate.”

2. În lucrarea “Der Eisenbahnunterbau” (Infrastructura căii ferate)(poz. 1 din Bibliografie) autorii comentează relațiile dintre valorile E_vd și valorile D sau E_V2 astfel:

• “odată cu creșterea valorii E_v2, respectiv cu creșterea gradului de compactare, crește și modulul de deformare dinamică E_vd“;
• “modulul de deformare dinamică E_nd este mai mic numeric decât cel static E_n2… “;
• “raportul E_n2/E_ndnu este constant, ci depinde de tipul pământului și gradul de compactare. situându-se în următoarele limite: E_n2 = (1,5…..3,5) x E_nd,“….,
• “încercarea dinamică dă rezultate sigure, dacă înainte s-a efectuat o calibrare cu încercarea statică sau cu verificarea densității”

Iar concluziile autorilor sunt:

“În ceea ce privește “controlul dinamic al capacității portante cu placa ușoară” se poate concluziona: Acest mod de control este realizat printr-o metodă foarte rațională și performantă.

• Realizând mult mai multe puncte de control, la intervale mai reduse, pot fi realizate evaluări statistice.
• Metoda de control este aptă în special pentru supravegherea proprie, ce trebuie să însoțească lucrările de construcție.
• Metoda iși va câstiga deplina importanță abia atunci când nu va mai trebui să se meargă pe calea ocolită a corelărilor, ci se vor recunoaște valorile minime de sine stătătoare. În acest sens trebuie să se facă însă în continuare alte cercetări.”

 În documentațiile tehnice ale celor două aparate (ZFG și Prima 100) doar producătorul modelului ZFG (Zorn) prezintă relaţii de legătură între valorile E_vd și valorile E_v2:

Din acest motiv, dar și datorită faptului că testele paralele pe care le-am făcut cu cele două aparate au dat valori total diferite, atenţionăm că relațiile de mai sus nu pot fi utilizate decât pentru aparatul Zorn.

Iar în documentația tehnică ZTVA-StB/1997, care reglementează tehnic testarea cu LFWD tip Zorn, corelarea între valorile Evd și D nu este prezentată decât în cazul săpăturilor efectuate pentru șanțuri pentru utilități  (cabluri și conducte), deci a lucrărilor cu o importanță scăzută.

1. Din experiența proprie:

• Pe terasamentul de cale ferată București – Câmpina (90 km), reabilitat în perioada iunie 2001 – iulie 2003 de asocierea germano-austriacă Swietelsky – Wiebe, Institutul de Proiectări Căi Ferate (ISPCF) a efectuat testele de verificare a capacității portante (cu placa statică conform DIN 18134), de verificare a gradului de compactare (înlocuiri de volum și încercări Proctor) și teste cu deflectometrul dinamic ușor (LFWD).

Materialul încercat a fost un amestec de balast cu piatră spartă concasată (PSS) cu o grosime medie de 50 cm. Au rezultat peste 430 determinări ale caracteristicilor de compactare, peste 350 valori ale modulului liniar de deformaţie E_V1 respectiv E_V2 şi peste 10.500 valori ale modulului dinamic de deformaţie.

Rezultatele acestor încercări și corelațiile dintre valorile obținute au fost prezentate la Conferința Națională de Geotehnică și Fundații din 2004 în lucrarea “Reabilitarea liniei c.f. BUCUREŞTI – CÂMPINA componentă a Coridorului IV Pan – European. Studii geotehnice pentru asigurarea capacităţii portante a fundaţiei căii  – ing. Emil Oltean, ing. Constantin Cârstea, ing. Leonin Bogățeanu, ing. Ştefan Bucioacă, ing. Vasile Șerban”.

Deși volumul de date obținut a fost deosebit de mare, în lucrare nu au putut fi realizate corelări cantitative (grafice) decât între parametrii de portantă (E_v1, E_v2) și cei de compactare (D), relația acestora cu valorile E_vd  rămânând în domeniul calitativ.

• În cadrul proiectului de reabilitare a liniei de cale ferată Brașov – Simeria, Varianta Podu Mureș – Coșlariu, S.C. Geostud S.R.L. a efectuat în perioada 2016 – 2018 monitorizarea geotehnică a execuției. Pentru aceasta, în cadrul acestui program, în poligonul experimental Coșlariu (km. 396+800 – km. 396+850), la partea superioară a primului strat din componenta stratului de transfer (h = 0,50 m) s-au efectuat următoarele teste:

– 6 teste cu placa statică pentru determinarea modulilor de deformație liniară E_v1 și E_v2;

– 5 înlocuiri de volum pentru determinarea în situ a densității în stare uscată (r_d). Pentru determinarea gradului de compactare valorile obținute au fost comparate cu valorea Proctor a materialului pus în operă (r_dmax), determinată în laborator

– 30 de teste cu deflectometrul dinamic ușor pentru determinarea modulului dinamic de deflecție E_vd;

Rezultatele testelor efectuate cu deflectometrul dinamic ușor (foto 3) au fost folosite pentru verificarea uniformității execuției, evaluarea făcându-se atât calitativ (figura 3), cât și cantitativ prin analiza statistică pentru determinarea coeficientului de variație Cv.

Foto 3                                                                                                        Figura 3

  Concluzii: Considerăm că utilizarea pe șantier a deflectometrelor dinamice ușoare poate fi utilă în anumite condiții și anume:

• pentru îndesirea punctelor de verificare ale caracteristicilor de portanță și compactare prevăzute în Caietele de Sarcini pentru Terasamente astfel încât, printr-o analiză statistică a valorilor Evd, să se obțină o imagine cât mai detaliată a uniformității terasamentului testat;
• pentru o verificare internă proprie constructorului, astfel încât acesta să poată lua în timp util decizii, dacă este cazul, de refacere a terasamentului.
• pentru înlocuirea parțială a unora din punctele de verificare ale capacității portante sau gradului de compactare efectuate prin metode clasice. Aceasta se poate face însă numai pentru lucrări de mai mică amploare și numai în condițiile unei bune cunoașteri a corelațiilor dintre valorile Evd și parametrii de capacitate portantă sau compactare. Această cunoaștere poate fi obținută în poligoane experimentale, pe un numar reprezentativ de determinări paralele, ale căror rezultate, concludente, să fie prezentate sub forma unei documentații tehnice. Chiar și în acest context, înlocuirea unei părți din volumul de determinări clasice cu teste cu deflectometrul dinamic ușor (LFWD) trebuie făcută cu precauție și numai pe baza unui program scris, însușit de Beneficiar.

Bibliografie:

1. 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 instrucțiuni – 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 – Instrucțiuni privind controlul calității terasamentelor
9. C. Geostud S.R.L. – Rapoarte de monitorizare geotehnică a execuției “Linia de cale ferată Brașov – Simeria, Varianta Podu Mureș – Coșlariu și Halta de mișcare – Podu Mureș” (2016 – 2018)