Contingut expert arxivístic: l’article conserva una visió històrica de conceptes geotècnics, fórmules i procediments de laboratori. No és un estudi geotècnic, disseny de terraplè, especificació de compactació, pla de control de qualitat ni substitut de la norma vigent. Els paràmetres del sòl, els equips, l’energia de compactació, els criteris d’acceptació i els mètodes de treball segurs els determinen un enginyer geotècnic autoritzat i un laboratori acreditat en funció del sòl i l’objecte específics.
Avui, Savo Kusić se centra en finestres de fusta, finestres de fusta-alumini, finestres personalitzades, porta i sol·licituds de pressupost. Aquest article es manté com a arxiu tècnic i no representa una oferta de disseny geotècnic, proves o execució de moviments de terres.
Compactació del sòl solt
La compactació del sòl solt depèn de la mida i la forma de les partícules sòlides, així com de la seva estructura. En el cas del sòl no lligat, hi ha certs límits en els quals es mouen els valors de porositat n i el coeficient de porositat e per a l’estructura més rara i densa.
Si el material no lligat s’asseca i s’aboca lentament en un vas de precipitats perquè no es compacti durant l’abocament, s’obté la seva estructura més rara. Aquesta estructura correspon al coeficient de porositat emax, el valor del qual per a la sorra en el text original es troba dins dels límits:
emax =0,7-1,0.
Si s’aboca el mateix material en un vas de precipitats en capes fines i cada capa es bateja amb un mall de fusta fins que el volum sigui constant, és a dir, fins que deixi de col·locar-se sota el pis, s’obté la seva estructura més densa. Correspon al coeficient de porositat emin, el valor del qual per a la sorra és:
emin = 0,45–0,65.
La compactació del sòl no lligat s’expressa per la compactació relativa ID, un coeficient que mostra el grau de compactació del sòl en relació amb la compactació més alta:
on e és el coeficient de porositat del sòl en l’estat natural de compactació. Els valors finals de la densitat relativa són:
- per a l’estructura més rara e = emax; ID =0;
- per a l’estructura més densa e = emin; ID =1.
El criteri per a la compactació del sòl sorrenc segons Terzaghi al text original diu:
- sorra poc compactada: ID =0-1/3;
- sorra mitjanament compactada: ID =1/3–2/3;
- sorra densament compactada: ID =2/3-1.
En el cas dels terraplens de carreteres i terraplens, el text requereix ID =2/3-1.
En lloc de la forma anterior, es pot utilitzar la proporció de volums:
on V és el volum de la mostra de sòl no alterada, Vmax és el volum de la mateixa quantitat de sòl en l’estat de menys compactació i Vmin és el volum de la mateixa quantitat de sòl en l’estat de màxima compactació.
Límit d’aplicació: les classificacions i termes històrics no es poden transferir directament al projecte o lloc de construcció. El tipus de sòl, el mètode de mostreig, l’estat de la mostra, la norma aplicable i els requisits del projecte poden canviar el mètode i els criteris.
Compactació del sòl lligat
Amb sòl lligat, la compactació no només depèn de la mida i la forma dels ingredients sòlids i de la seva estructura, sinó també de la cohesió. A causa de la cohesió, les partícules sòlides estan enganxades, de manera que esprémer l’aigua dels porus durant la compactació és molt més difícil que amb el sòl no lligat, les partícules del qual es mouen més fàcilment sota càrrega.
En compactar el sòl lligat, la quantitat d’aigua és de gran importància. Mitjançant el pis, l’aigua és forçada a sortir dels porus i el gruix de la pel·lícula d’aigua disminueix; la porositat disminueix i la resistència al cisallament i la densitat aparent augmenten. Com més gran sigui la densitat, més sòlids i menys porus per unitat de volum. Aquesta relació es va adoptar com a base per avaluar la compactació del sòl lligat. El control de compactació en el text es realitza amb pes volumètric sec:
γd = Wd / V [N/cm3]
on Wd és el pes d’una mostra de sòl completament seca en N, i V és el volum de la mateixa mostra en estat compactat abans de l’assecat, en cm3.
Proctor’s Trial
La prova de Proctor serveix per determinar la relació entre la quantitat d’aigua del sòl i la seva compactació. Determina la humitat òptima, és a dir, la humitat a la qual el sòl compactat proporciona el màxim pes volumètric sec per a una energia de compactació determinada.
L’aparell de Proctor descrit històricament (imatge 1) consta d’un cilindre metàl·lic amb diàmetre interior Ø = 10 cm, alçada 12 cm (imatge 1_a_), una extensió del mateix diàmetre 10 cm i alçada 12 cm (imatge 1_b_) i pisador metàl·lic amb un diàmetre de 5 cm, pes 2,5 N, en una guia cilíndrica amb un diàmetre una mica més gran. La guia està oberta a l’extrem inferior i tancada a l’extrem superior, amb una obertura lleugerament més àmplia perquè passi el mànec del ram (imatge 1_c_). L’extrem inferior del cilindre es col·loca sobre una placa metàl·lica més gran i es fixa durant el bateig.
La mostra s’asseca segons el procediment original i es tamisa a través d’una obertura de tamís 5 mm per evitar la influència de grans grans. Aleshores es barreja amb una quantitat d’aigua que no ha de ser tant que la mostra es torni pastosa, ni tan petita que la mostra no es pugui processar. En primer lloc, es col·loca una capa d’aproximadament 8 cm d’alçada al cilindre amb una extensió en estat no compactat i es compacta amb cops 25 distribuïts uniformement per la superfície. L’impacte es realitza per caiguda lliure del mall des d’una alçada de 30 cm. S’aplica una nova capa de gruix 8 cm, s’empassa amb nous punxons 25 i es repeteix el procediment amb la tercera capa. Un cop finalitzada, s’elimina l’extensió, la superfície de la mostra s’alinea amb la vora del cilindre inferior i s’elimina l’excés de terra. A continuació, s’elimina una mostra de sòl compactat i es determina la seva densitat aparent seca γd i el contingut d’humitat w.
Imatge 1 — Experiment de Proctor
L’experiment es repeteix de 5 a 6 vegades, sempre amb material fresc i sense tractar de la mateixa mostra, però amb una quantitat diferent d’aigua, per tal d’obtenir valors diferents de γd i w. La humitat del sòl w s’aplica a l’abscissa del diagrama i el pes volumètric sec γd a l’ordenada (imatge 2). Els punts connectats donen una corba que mostra que la densitat aparent seca augmenta primer amb la humitat fins al màxim i després disminueix. La humitat wopt corresponent a la densitat aparent seca màxima max γd s’anomena humitat òptima. En el text s’accepta que a aquesta humitat s’aconsegueix la compactació més alta per a una energia de compactació determinada. La prova que es realitza d’aquesta manera s’anomena test de Proctor estàndard.
Figura 2 — Diagrama de proctor.
Seguretat i estàndard del laboratori: Les dimensions de l’aparell, la massa i la caiguda del pistó, el nombre de capes i impactes i la preparació de la mostra són dades històriques transmeses aquí, no una instrucció autònoma. Un procediment vàlid ha de definir la norma i el pla de laboratori adequats. L’assecat, el tamisat i l’aixafament comporten riscos per pols, partícules voladores, pessigaments i lesions per impactes; Es requereix equipament adequat, protecció i un operador format.
Efecte de la mida del gra sobre 5 mm
Al text original, s’indica que els grans més grans que 5 mm no tenen un impacte significatiu si representen 25% de la massa total. Si n’hi ha més de 25%, s’ha de tenir en compte la seva influència calculant el pes volumètric sec de la mescla mitjançant el mètode de proporcionalitat o el test de Proctor modificat.
Càlcul per mètode de proporcionalitat
Segons aquest mètode, el pes volumètric sec de la barreja de material del sòl γdm es calcula a partir de la representació proporcional dels grans de mida superior i inferior.5 mm:
on és:
- γd — pes volumètric sec del material que va passar per l’obertura de la pantalla5 mm;
- γsc — pes en volum de partícules sòlides que queden a la pantalla d’obertura5 mm;
- m — percentatge en pes del material que queda a l’obertura del tamís5 mmen relació a tota la massa.
Prova de Proctor modificada
Segons les experiències de l’Oficina de Reclamació dels EUA citades en el text original, si grans més grans que5 mmfer el relleu1/3a2/3de la massa total del sòl, la prova s’ha de realitzar amb la massa total. Com que no és possible fer-ho amb èxit en un cilindre de diàmetre10 cm, s’utilitza un cilindre de diàmetre més gran en l’anomenat test de Proctor modificat. El text descriu un cilindre de diàmetre15,2 cmi alçada23,2 cm, en què la quantitat de mostra5,5kp omple tres capes aproximadament iguals amb po50colpeja amb un martell pesat4,53kp i alçada de caiguda45,7 cm. Si la mostra conté grans fins a20 mm, la prova es realitza amb material no pertorbat. Si conté grans més grans que20 mm, la quantitat de5,5kp de la mostra es tamisa per un tamís de20 mm, i substitueix la resta del sedàs per material de la mateixa mida5-20 mm.
A més del procediment descrit d’aquesta manera, en el text qualsevol mètode d’actuació que difereixi de l’estàndard també s’anomena prova de Proctor modificat.
Energia de compactació
L’energia de compactació de la mostra al cilindre de Proctor es pot expressar amb l’equació, on N és el nombre de cops de martell, h és l’alçada de la caiguda del martell en m, W és el pes del martell en Mp (megapond) i V és el volum de la mostra en m3.
Amb un augment de l’energia de compactació, s’aconsegueix una major compactació de la mostra, la seva porositat, és a dir, la quantitat d’aigua del sòl, disminueix i el pes del volum sec augmenta. Per a les energies de compactació E1, E2, E3i E4s’obtenen les corresponents trames de Proctor de la figura3. Tots els diagrames comencen de manera asimptòtica amb un diagrama de saturació, també anomenat diagrama0%els porus d’aire quan tots els porus s’omplen d’aigua, és a dir5%dels porus de l’aire quan ho és95%porus plens d’aigua.
Imatge3— Diagrames de Proctor per a diferents energies de compactació.
Es pot construir un diagrama de saturació traçant a l’abscissa w = wz = n / γs(1-n), i en l’ordenada γd = γs(1-n), on n és la porositat del sòl i γs és el pes volumètric de les partícules sòlides del sòl donat. Es dedueix que l’energia de compactació es pot ajustar per obtenir la compactació desitjada. Per controlar la compactació del sòl natural o un terraplè compactat, sovint s’adopta al text l’índex de compactació Iz, la relació entre el pes volumètric sec del sòl o terraplè donat γd al pes volumètric obtingut per Proctor γp:
Iz = γd / γp.
Disseny i control sobre el terreny: la corba de laboratori per si sola no confirma la qualitat de la capa derivada. En el pla de disseny i control s’han d’incloure mostres, gruix de capa, tipus i nombre de passades de màquina, humitat, mesures de camp, capacitat portant, drenatge, estructures adjacents i instal·lacions subterrànies. No us apropeu a la zona de treball del corró o d’altres maquinàries sense senyalització i control d’accés organitzats.