Asigurarea calităŢii şi eficienţei lucrărilor de infrastructură În construcţii caracteristici specifice şi cerinţe privind procedee tehnologice şi echipamente performante

7.1.4. Cerinţe de calitate a lucrărilor de compactare

Necesitatea compactării pământurilor din terenul de fundare al terasamentelor şi a celor puse în operă în corpul construcţiilor executate din pământ, a apărut datorită posibilităţii de realizare, prin procesul de compactare, a unor caracteristici fizico - mecanice superioare, care în cazul terenurilor de fundare măresc capacitatea portantă şi reduc tasările, iar în cazul lucrărilor de terasamente reduc volumele de pământ datorită posibilităţii adoptării unor pante ale taluzelor mai abrupte.

Experienţa acumulată în domeniul cercetării mecanismului de modificare a caracteristicilor geotehnice ale pământurilor prin procedeul compactării şi a perfecţionării echipamentelor tehnologice de compactare, s-a ajuns la reduceri importante ale investiţiilor şi totodată, la creşterea siguranţei în exploatare a lucrărilor.

Pentru a atinge scopul pentru care se face compactarea terasamentelor (micşorarea numărului de goluri, volumul ocupat de apă şi a mări volumul ocupat de scheletul mineral), trebuie realizat gradul de compactare Proctor normal, creşterea capacităţii portante a terenului, reducerea permeabilităţii şi sensibilităţii la apă respectiv eliminarea tasărilor.

Pentru a atinge scopul pentru care se face compactarea şi atingerea parametrilor prevăzuţi în proiectul de execuţie/caietul de sarcini şi a obţine o calitate corespunzătoare a terasamentelor trebuie realizate următoarele activităţi:

► alegerea pământurilor pentru execuţie şi cunoaşterea caracteristicilor (studiu geotehnic) legate în principal de posibilitatea de realizare a gradului de compactare prevăzut în proiect/caiet de sarcini;

► alegerea tehnologiei de compactare - stabilirea criteriilor de compactare în funcţie de fiecare strat de pământ în conformitate cu scopul lucrării şi cerinţele de comportare în timp;

► alegerea echipamentelor tehnologice de compactare şi clasificarea acestora în funcţie de metoda de compactare utilizată, cât şi de parametri tehnici şi tehnologici.
7. 2. CONCLUZII PRIVIND CERINŢELE SPECIFICE

PENTRU LUCRĂRILE DE COMPACTARE

Compactarea terenurilor trebuie să asigure următoarele cerinţe:

- să elimine sau să reducă tasările ulterioare ale pământului;

- creşterea densităţii şi a capacităţii portante a terenului;

- reducerea permeabilităţii şi sensibilităţii la umezire.

Aceste cerinţe sunt îndeplinite dacă:

- materialele supuse compactării au fost corect alese ( de exemplu pământurile necoezive se compactează mai uşor decât cele coezive, etc);

- tehnologia de execuţie a procesului de compactae este respectată (de exemplu compactarea prin cilindrare, compactarea prin cilindrare cu vibrare, compactarea prin batere sau compactarea numai prin vibrare);

- echipamentele tehnologice pentru executatea compactării au fost alese corespunzător (alegerea echipamentului tehnologic în funcţie de procedeul de compacatare recomandat în proiecte, normative, standarde, specificaţii tehnice, caiete de sarcini, etc).

Cerinţele pentru compactarea pământului, precum şi recomandări pentru executarea compactării sunt date în reglementări tehnice prezentate în tabelul 7.1-

Din reglementări se menţionează următoarele cerinţe esenţiale pentru obţinerea unei lucrări de calitate:

- alegerea pentru umpluturile compactate a unor pământuri uşor compactabile;

- alegerea corectă a echipamentelor tehnologice pentru compactare în concordanţă cu caracteristicile pământurilor;

- creşterea capacităţii portante a terenurilor slabe de fundare prin compactarea acestora prin lovire până la adâncimi de circa 7 m;

- omogenitatea compactării pe suprafaţa de compactat;

- executarea compactării de probă în poligoane experimentale, cu scopul de a stabili echipamentul tehnologic cu care se va realiza compactarea, grosimea optimă a stratului elementar, numărul minim de treceri pe fiecare strat;

- stratul supus compactării să aibe o umiditate cât mai aproape de umiditatea optimă, care se determină prin încercări de laborator.
7.3. CONCLUZII PRIVIND VERIFICAREA ECHIPAMENTELOR

TEHNOLOGICE UTILIZATE LA EXECUTAREA LUCRĂRILOR

DE COMPACTARE A PĂMÂNTURILOR
7.3.1. Echipamente utilizate la executarea lucrărilor de compactare

Echipamentele tehnologice folosite la compactare sunt: compactoare cu rulouri, plăci pentru compactare şi maiuri pentru compactare.

După tipul rulourilor există mai multe tipuri de compactoare:

► compactoare cu rulouri netede (vibratoare sau statice), cu şasiu monobloc sau articulat;

► compactoare pe pneuri(tractate sau autopropulsate);

► compactoare mixte (cu un rulou vibrator şi cu pneuri);

► compactoare cu rulouri profilate (cu crampoane), tractate sau autopropulsate.

La alegerea echipamentului tehnologic pentru realizarea operaţiilor de compactare trebuie luate în considerare următoarele aspecte tehnologice:

► dacă frontul de lucru se desfăşoară pe suprafeţe mari şi necesită volume importante de lucru se pot utiliza următoarele echipamente tehnologice:

- compactoare pentru drumuri cu un singur rulou(static sau vibrator);

- compactoare cu rulouri netede (vibratoare sau statice), cu şasiu monobloc sau articulat;

- compactoare cu rulouri profilate (cu crampoane).

► dacă frontul de lucru îl reprezintă spaţiile înguste;

- plăci vibratoare;

- maiuri vibratoare.

Pentru stabilirea celui mai eficient procedeu de compactare se vor executa încercări de compacatre în poligoane de încercare. În poligoanele de încercare se vor folosi materialele şi echipamentele tehnologice prevăzute în caietele de sarcini a lucrării.

7.3.2. Cerinţe de capabilitate a echipamentelor utilizate la lucrări

de compactare

Pentru asigurarea capabilităţii tehnologice, echipamentele tehnologice moderne pentru compactat trebuie să răspundă următoarelor cerinţe, dintre care unele influenţează direct calitatea lucrărilor:

► realizarea gradului de compactare stabilit printr-o alegere corespunzătoare a echipamentului tehnologic pentru compactat şi a numărului de treceri a maşinii peste suprafaţa de compactat (funcţie de proprietăţile materialului de compactat);

► alegerea parametrilor de lucru astfel încât să nu se rupă stratul de material în timpul procesului de compactare;

► alegerea grosimii stratului de compactat să fie apropiată de valoarea optimă, astfel încât să se realizeze o compactare uniformă pe întreaga grosime a stratului;

► realizarea unei compactări uniforme pe întreaga lăţime a stratului ce se compactează;

► asigurarea unei vizibilităţi foarte bune a zonei de lucru, inclusiv la contactul marginii ruloului cu terenul (post de comandă dublu, cabină asimetrică, rotirea scaunului şi a panoului de comandă );

► realizarea procesului de lucru concomitent cu deplasarea maşinii şi manevrarea organului de lucru cu posibilitatea de reglare continuă a vitezei de deplasare, prin utilizarea transmisiilor hidromecanice şi hidrostatice;

► asigurarea unei manevrabilităţi foarte bune a echipamentului tehnologic pentru compactat (maşini cu şasiu articulat, maşini cu şasiu rigid şi ambele rulouri motoare şi de direcţie);

► asigurarea mobilităţii şi stabilităţii în lucru a echipamentului tehnologic de compactat;

► posibilitatea lestării maşinii pentru a eficientiza procesul de compactare pentru anumite categorii de pământ şi pentru a se asigura sarcini unitare sporite pe măsura creşterii gradului de compactare;

►schimbarea comodă şi rapidă a sensului de mers, fără părăsirea postului de comandă de către conductor (scaunul operatorului, volanul şi panoul de control se rotesc simultan - sisteme cu orbitrol).

► dotarea maşinii de compactat cu instalaţie de stropire cu apă pentru a asigura gradul de umiditate optim al stratului compactat, respectiv pentru a evita poluarea cu particule fine atunci când se urilizează vibrarea în procesul de compactare;

► posibilitatea reglării din cabină a presiunii în anvelope la compactoarele pe pneuri;

► perfecţionarea suspensiei la compactoare cu pneuri pentru a se asigura un înalt grad de adaptabilitate a roţilor faţă de teren;

► posibilitatea variaţiei parametrilor vibraţiilor (frecvenţă, amplitudine) la compactoare vibratoare astfel încât să se realizeze o compactare eficientă atât la pământuri cât şi la mixturi asfaltice;

► utilizarea rulourilor cu oscilaţii dirijate care pot transmite stratului de compactat şi vibraţii orizontale (la compactarea de finisare a stratului de suprafaţă)

► dotarea maşinii de compactat cu echipamente de lucru auxiliare pentru pregătirea terenului în vederea compactării (dinţi de scarificator, lamă de buldozer);

► acţionare fără şocuri a maşinii şi a mecanismelor sale la demaraj, frânare şi inversarea sensului de mers pentru preîntâmpinarea patinării (alunacării) ruloului;

► controlul automat ai parametrilor motorului diesel şi a transmisiei hidrostatice în vederea optimizării regimului de lucru, precum şi a controlului prin semnale radio transmise prin sateliţi GPS;

► introducerea controlului automat al parametrilor funcţionali şi tehnologici ai maşinii, respectiv controlul procesului de compactare intimp real:

- sistem de control a funcţionării maşinii cu înregistrarea paremetrilor (nivel ulei, nivel combustibil, presiune ulei, temperatura, turaţia motorului, ore de funcţionare etc.);

- sistem de diagnoză instalat pe maşină, capabil să stabilească starea maşinii la un moment dat;

- controlul continuu a procesului de compactare utilizând echipamente specializate pentru monitorizare, înregistrare şi interpretarea datelor (monitorizarea TUTUROR semnalelor GPS – existente şi a celor în curs de pregătire – la fel ca şi toate semnalele GLONASS, inclusiv semnalul internaţional LA-2 şi noua constelaţie de sateliţi GALILEO, planificată de Uniunea Europeană).

Îndeplinirea acestor cerinţe determină îmbunătăţirea performanţelor funcţionale şi tehnologice ale echipamentelor, asigurând capabilitate operaţională în frontul de lucru, la nivelul de calitate impus de referinţe ( cu referire directă la compactoare).
7.4. CONCLUZII PRIVIND VERIFICAREA ŞI MONITORIZAREA

LUCRĂRILOR DE COMPACTARE A PĂMÂNTURILOR
7.4.1. Verificarea şi monitorizarea lucrărilor de compactare pe parcursul

execuţiei, controlul final al calităţii lucrării (Figurile 7.1, 7.2, 7.3)

Controlul de calitate a lucrărilor de compactare are două componente:

- verificarea tehnologiei de compactare;

- verificarea compactării în timpul execuţiei terasamentului.

Tehnologia de compactare şi alegerea echipamentelor tehnologice trebuie să fie conformă cu precizările din proiectul de execuţie/caietul de sarcini şi este la latitudinea executantului iar organele de control şi beneficiarul au obligaţia verificării tehnologiilor propuse de proiectant sau de executant.

Mai întâi se fac verificări pe un sector experimental în conformitate cu prevederile din normativul C182-87 sau pe primul strat al terasamentului pus în operă.

Fig. 7.1. Schema verificării compactării înainte de începerea execuţiei





Verificarea tehnologiei de compactare presupune realizarea următoarelor obiective:

- grosimea stratului de aşternere a pământului şi cea a stratului după compactare (vezi recomandări în Ghidul GE-026-97, tabelul 1 şi normativul C182-87, Anexa 8);

- numărul minim de treceri necesar realizării gradului de compactare (vezi recomandări în Ghidul GE-026-97, tabelul 1şi normativul C182-87, Anexa 8);

- parametrii tehnologici ai echipamentului de compactarev(v. 7.5.2.2, tabelul 7.5);

- gradul de compactare rezultat.

Verificarea compactării terasamentului

Verificările compactării terasamentelor se fac în următoarele faze:

- înainte de începerea execuţiei;

- pe parcursul execuţiei;

- în vederea recepţiei finale.

Verificarea se execută de personal specializat în profilul geotehnic şi teren de fundare(GTF).

Pe parcursul execuţiei verificarea compac­tării constă în:

- verificarea parametrilor compactării;

- verificarea gradului de compactare realizat.
Verificarea parametrilor compactării se poate face în două moduri:

- verificarea compactării asupra primelor straturi de pămînt puse în lucrare, pe baza cărora se alege grosimea optimă a stratului compactat şi a numărului minim de treceri necesare prin care se realizează gradul de compactare prescris, pentru un echipament tehnologic de compactat ales în funcţie de natura şi starea pământului;

- verificarea compactării de probă pe pista şi platforma de încer­care (care poate fi în ampriza lucrării sau în afara ei). Această verificare se face numai în cazul unor lucrări de terasamente cu volume de peste 5 000 m³. Pămîntul pe care se face compactarea de probă trebuie să aibă aceeaşi natură cu cel ce urmează a fi utilizat la executarea terasamentelor.

Numărul sectoarelor de încercare pe care se execută compactarea de probă rezultă din numărul parametrilor variabili care pot interveni în tehnologia propriu-zisă. Aceşti parametrii sunt:

- tipul echipamentului tehnologic de compactat;

- natura pămîntului;

- umiditatea pămîntului;

- grosimea stratului ce se compactează.

Având la bază rezultatele obţinute în urma experimentărilor efectuate pe primele straturi de pămînt pus în operă sau de pe pista de încercare, verificarea parametrilor compactării se continuă pe toată durata execuţiei lucrării controlîndu-se:

- umiditatea de compactare a pămîntului;

- grosimea stratului de pămînt compactat;

- numărul de treceri ale utilajului de compactare.

Frecvenţa verificărilor umidităţii de compactare şi a grosimii stratului compactat este de minimum 3 încercări la 2 000 m² strat sau 500 m³ de pămînt pus în operă.

Verificarea parametrilor compactării se realizează în acelaşi timp cu respectarea parametrilor de funcţionare ai echipamentelor tehnologice de compactare (greutatea echipamentului tehnologic, viteza de lucru, frecvenţa şi amplitudinea vibraţiilor, mărimea forţei perturbatoare, presiunea în pneuri, etc.). De asemenea, pe tot parcursul execuţiei, se urmăreşte în permanenţă respec­tarea tehnologiei de punere în operă a pămîntului stabilită prin asigurarea pantelor transversale şi a scurgerii apelor de precipitaţie şi corelarea ritmului de execuţie cu numărul de echipamente tehnologice.

Verificarea gradului de compactare se stabileşte conform prevede­rilor STAS 2914-84, cap. 3 ca raport între densitatea în stare uscată (ρ_d) efectivă a pămîntului compactat din terasament şi densitatea în stare uscată maximă (ρ_dmax) a pământului compactat obţinută în laborator prin încercarea Proctor normală.

Densitatea în stare uscată a pământului se determină conform STAS 1913/3-83, iar umiditatea se determină conform STAS 1913/1-82.

Determinările pentru verificarea gradului de compactare se fac pentru fiecare strat elementar de pămînt pus în operă; în cazul pămînturilor coezive se vor preleva cîte 3 probe de la suprafaţa, mijlocul şi de la baza stratului, cînd acesta are gro­simi mai mari de 25 cm şi numai de la suprafaţă şi bază stra­tului cînd grosimea este mai mică de 25 cm. În cazul pămîntu­rilor necoezive se va preleva o singură probă din fiecare punct şi se face conform STAS 2914-84, cap. 1.

Când volumul de lucrări este mare şi ritmul de execuţie a lucrării foarte ridicat, verificarea gradului de compactare se poate face şi prin stabilirea intensităţii de compactare, conform meto­dologiei din C 182 – 87, Anexa 3.

OBS: 1. Determinarea gradului de compactare se face conform procedurii descrise în Anexa 2, din AND 530/2012, dacă în proiect/caiet de sarcini nu se prevăd alte metode de verificare;

2. Dacă executantul utilizează alte metode de verificare, altele decât cele prvăzute în proiect/caiet de sarcini, rezultatele acestora nu pot face parte din documentaţia privind controlul calităţii.

3. Condiţiile de admisibilitate sunt prezentate în AND 530/2012, Tabelul 5)
7.4.2. monitorizarea continuă a calităţii lucrărilor de compactare

7.4.2.1. Generalităţi.

Pentru fiecare etapă de realizare a unui obiectiv (proiectare, execuţie, exploatare) se au în vedere parametrii calitativi care trebuie îndepliniţi şi următiţi după precizările făcute în proiect/caietul de sarcini. Pentru a urmări fiecare etapă în procesul de execuţie cât şi conexiunile pentru întregul proiect se vor utiliza soluţii pentru controlul şi monitorizarea echipamenelor şi proceselor tehnologice în sistemele 2D şi 3D dezvoltate pentru maşinile de construcţii utilizând staţii totale, GPS & GLONASS.

Aşa cum CAD este utilizat în proiectare pentru a crea întreg şantierul şi toate planurile tot aşa

GPS & GLONASS reprezintă standardul în poziţionare precisă.

Dezavantajele controlului procesului de compactare clasic sunt:

- în tehnologia clasică, controlul se realiza punctual;

- procesul de control este separat în timp de procesul de producţie;

- controlul în tehnologia clasică reprezentă o intervenţie în regimul de producţie;

- remedierile(compactările suplimentare) se pot face după evaluarea rezultatelor controlului;

- efectuarea compactării cu un număr de treceri prestabilit conduce la supracompactări în unele zone iar în altele la subcompactări.

Controlul continuu al procesului de compactare are următoarele avantaje:

- controlul se realizează continuu în timpul procesului de execuţie;

- controlul se realizează fără intervenţie, în procesul de execuţie:

- se poate renunţa la tehnologia de execuţi cu număr de treceri identic pentru toate zonele de lucru;

- se asigură o uniformitate ridicată a gradului de compactare, pe toată suprafaţa;

Măsurarea continuă a gradului de compactare în timpul executării procesului de compactare, adică testarea în timp real a calităţii lucrărilor de compactare, se bazează pe dispozitive şi echipamente de măsură a compactării montate pe rulou şi pe analiza datelor obţinute cu ajutorul computerelor de la bord. Analiza datelor se realizează în timp real.

B. Metode pentru măsurarea continuă a gradului de compactare

Aparatele clasice pentru verificarea gradului de compactare sunt înlocuite cu aparate electronice şi sisteme asistate de calculator, amplasate pe echipamentul tehnologic de compactat. Echipamentele tehnologice de compactat sunt dotate cu senzori pentru măsurarea gradului de compactare, cu microprocesoare, monitoare şi software corespunzător, asigurându-se şi înregistrarea şi prelucrarea continuă a datelor măsurate, precum şi controlul automat al procesului de compactare.

Procedeele moderne pentru măsurarea gradului de compactare se împart în două grupe:

- măsurarea gradului de compactare prin metoda radiometrică (nucleară);

- măsurarea gradului de compactare prin metoda răspunsului dinamic.

B.1. Măsurarea gradului de compactare prin metoda radiometrică (nucleară)

Denumirea aparatului care utilizează metoda izotopilor radioactivi la măsurarea gradului de compactare se numeşte compactometru radioactiv, iar principiul de funcţionare contă în determinarea densităţii stratului compactat prin măsurarea intensităţii radiaţiilor gama emise de o sursă cu izotopi radioactivi (cobalt 60, cesiu 137), după ce aceste radiaţii au străbătut stratul compactat (v. FAZA II, cap.5).

B.2. Măsurarea gradului de compactare prin metoda răspunsului dinamic.

Această metodă se aplică la maşini cu rulouri compactoare vibratoare şi se bazează pe corespondenţa între acceleraţia vibraţiilor şi gradul de compactare(v. FAZA II, cap.5).

B.3. Măsurarea gradului de compactare în timp real

Pentru controlul în timp real al gradului de compactare(control continuu al gradului de compactare) echipamentele tehnologice pentru compactare au fost dotate corespunzător.

În figura 7.4 se prezintă schema unui sistem complex de control a procesului compactării, care cuprinde:

- sistem de măsură format din două traductoare de acceleraţie, unitate de măsurare a distanţei parcurse de maşină în timpul lucrului, bloc electronic de calcul, panou de comandă şi afişare; - sistem de înregistrare şi prelucrare a datelor (documentare) privind procesul de compactare, format din calculator PC cu ecran ce asigură comenzi prin atingere (touch screen), memorie stick USB, software;

- calculator PC pentru analiza în birou a procesului de compactare pe baza transferului datelor din memoria sticks USB.

Avantajele sistemelor de control continuu al procesului de compactare

Sistemele de control a procesului de compactare asigură măsurarea rigidităţii dinamice a terenului în timpul lucrului, afişarea şi înregistrarea valorilor măsurate, redactarea unor grafice necesare pentru aprecierea stadiului compactării (fig.7.6), precum şi redactarea documentelor cerute de organele de control (fig.7.7).

Sistemul stabileşte şi corespondenţa între mărimea măsurată (rigiditatea dinamică a terenului E_VIB) şi mărimile utilizate la testele convenţionale ( gradul de compactare, modulul de deformaţie). De asemenea sistemul identifică zonele insuficient compactate şi neregularităţi ale terenului şi reduce riscurile de supracompactare.



Fig.7.4. Schema unui sistem complex de control continuu al procesului compactării



Fig.7.5. Schema de principiu al sistemului de control continuu prin GPS

Sistemul de control continuu al procesului de compactare prin metoda răspunsului dinamic are următoarele posibilităţi:

- o capacitate înaltă de măsurare (o măsurătoare la fiecare 10 cm.);

- un ecran cu până la şase culori, fiecare culoare corespunzând unui domeniu de valori a gradului de compactare;

- posibilitatea reprezentării unei diagrame de variaţie a gradului de compactare funcţie de distanţa parcursă;

- alarmarea conductorului la o descreştere mai importantă a gradului de compactare şi posibilitatea localizării cu uşurinţă a zonelor cu densitate redusă;

- înregistrarea datelor privind procesul de compactare, inclusiv datele privind poziţia maşinii şi timpul la care se face măsurarea;

- transfer uşor al datelor între compactor şi un PC, utilizând dispozitive de memorie;

- calibrare uşoară datorită existenţei unui program special de calibrare, care permite stabilirea corespondenţei între valorile omega ale sistemului şi rezultatele testelor convenţionale;

- rezistenţa sistemului la vibraţii.

Fig.7.6. Fig.7.7.

Fig.7.6. Nomograme pentru aprecierea stadiului compactării. Fig.7.7. Imprimarea documentelor.