Модуль деформации определяют в лаборатории и непосредственно на участке. Между результатами опытов бывает значительная разница. Поэтому оба типа испытаний следует комбинировать.
Лабораторные методы определения модуля деформации
Существует несколько способов определения модуля деформации в лаборатории:
- Одноосное сжатие
- Трехосное сжатие
- Компрессионное сжатие
Методики описаны в ГОСТ 12248-2010. В продолжении текста вы найдете их короткое описание.
Одноосное сжатие
Для испытаний берут грунт с природным сложением и естественной влажностью. На него действуют непрерывной или ступенчатой вертикальной нагрузкой, без ударов. Высоту грунтового столбца замеряют, по ее изменениям определяется деформация. Детальнее об этой методике вы можете прочитать в статье Прочность грунта на сжатие.
Далее задают диапазон напряжения, при котором грунт деформируется, но не разрушается. В нем и будет рассчитываться модуль. После получения данных выстраивают графики продольной (Ɛ₁=ƒ(σ)) и поперечной (Ɛ₂= ƒ(σ)) деформаций.
Затем переходят к математическим расчетам:
Е₀=∆σ/∆Ɛ₁
Дополнительно определяется коэффициент поперечной деформации (ν):
ν=∆σ/∆Ɛ₂
Трехосное сжатие
Образец помещают в специальную камеру, где он не может расширяться. Во время испытания его поддают вертикальной нагрузке (непрерывной или ступенчатой).
Существует несколько подвидов методики:
- Неконсолидировано-недренированная
- Консолидировано-недренированная
- Консолидировано-дренированная
Детальнее о них вы можете прочитать в нашей статье Прочность грунта на сдвиг.
В установке создают постоянное напряжение. Модуль вычисляют тем же способом, что и при одноосном сжатии.
Коэффициент поперечной деформации высчитывают по формуле:
Уравнение для расчета ∆Ɛ₃:
Методика сжатия грунта по трем осям позволяет найти модуль объемной деформации (К):
Компрессионное сжатие
Для этого испытания применяются специальные приборы – одометры. На грунт давят поршнем в вертикальном направлении, расширяться в стороны материал не может. Силу нагружения подбирают индивидуально, с учетом естественного давления в массиве, предполагаемой массы фундамента или дорожной одежды.
Методика детально описана в статье Сжимаемость грунтов. Здесь же мы приведем формулы, по которым можно рассчитать одометрический модуль деформации (Еоеd), модуль по результатам компрессионных испытаний (Ек):
Коэффициент β рассчитывают по формуле:
Если провести эксперимент нет возможности, то можно брать следующие значения коэффициента:
- 0,8 – для песков
- 0,7 – для супесей
- 0,6 – для суглинков
- 0,4 – для глин
В следующей части статьи описаны методы определения деформаций грунта непосредственно на участке.
Полевые испытания
На участке модуль деформации грунта можно определить двумя способами:
- Штампом
- Радиальным прессиметром
О них читайте далее.
Испытания штампом
Этот метод мы детально описывали в нашей статье Модуль упругости грунта.
В процессе испытания проводится несколько опытов. Все данные фиксируют, и на их основе выстраивают график. В нем отображается зависимость осадки штампа от силы давления (S=ƒp). Для вычисления модуля деформации берут диапазон давления от стартового (р₀) до конечного (рn).
Стартовое давление (р₀) и осадка (S₀) соответствуют тем напряжениям, которые возникают в массиве под нагрузкой собственного веса. Конечные показатели рn и Sn – это точки на графике, полученные в четвертом опыте. Если их значения разнятся от стартовых больше, чем вдвое, берут третьи точки.
Расчет модуля деформации (Е):
Коэффициент Кр равен единице, если грунт испытывается выше забоя. При испытаниях в пробуренных скважинах ниже забоя или в массивах без скважин значение Кр берут из таблицы.
Для просадочных грунтов (лёссов) актуальны еще несколько показателей:
- Модуль деформации в массиве с природной влажностью и просадочность при заданном давлении
- Модуль деформации после насыщения влагой (замачивания), стартовое просадочное давление и просадочность при различных его цифрах
Определения модуля деформации прессиметром
Методика прописана в ГОСТ 20276.7-2020. Данный способ определения подходит только для песчаных и глинистых грунтов. Модуль деформации определяют при горизонтальной нагрузке, которая передается на массив секторными раздвижными штампами, изготовленными из стали. В скважине они начинают расширяться, что ведет к увеличению ее диаметра.
Проводится сразу несколько опытов, чтобы повысить достоверность конечного результата. Полученные цифры вносят в график.
Требования к проведению работ:
- Деформацию проверяют на стене скважины. В ней должно сохраняться естественное напряжение, которое возникает от давления собственного веса грунтового массива.
- Скважину бурят либо под защитой тяжелых растворов, либо колонковой трубой. Шнековый, ударно-канатный и вибрационный методы не применяются.
- Если скважина опускается ниже водоносного горизонта, нельзя понижать уровень грунтовой воды.
- Диаметр скважины и штампа не должны отличаться больше, чем на 10 мм.
- Грунтовый слой должен быть толще или равным 1,5 высоты штампа.
- Площадь исследуемого участка должна быть не менее 600 см2.
- От завершения буровых работ до начала опытов должно пройти не более 2 часов (если скважина находится выше уровня водоносного горизонта) или 30 минут (при расположении ниже водоносного горизонта).
- Перед началом испытаний отбирают несколько грунтовых проб для определения физических и механических характеристик в лаборатории.
Для обеспечения горизонтальной нагрузки используется прессиметр.
Его составные части:
- Зонд с одним либо двумя раздвижными секторными штампами из стали
- Нагрузочно-разгрузочный прибор, который передает и одновременно измеряет давление от штампа
- Устройство, фиксирующее движение штампа и фактическое давление
Давление измеряется с погрешностью до 5%, перемещение штампа – с точностью до 0,1 мм.
Перед началом измерений делают тарировку оборудования – определяют величину давления и диапазон движений штампа. Затем прессиметр опускают в скважину до самой глубокой точки. Постепенно его перемещают вверх.
Порядок проведения опытов:
- Нагрузку передают ступенями. Величину давления на каждой из них для разных типов грунтов вы найдете в таблице ниже.
2. Ступень поддерживается, пока деформация не стабилизируется. Испытания могут быть медленными и быстрыми. Медленный режим используется при строительстве объектов, к которым предъявляются высокие требования по безопасности и качеству. При возведении частного дома или хозяйственной постройки можно применить быстрый режим.
Предположительное время стабилизации деформирования для разных видов грунтов мы разместили в таблице.
3. Деформацию фиксируют спустя определенное время. Данные об этом смотрите в таблице.
Результаты записывают в рабочий журнал. На их основе выстраивают график. На оси абсцисс откладывается давление, на оси ординат – изменение высоты грунтового столбика. За нулевую точку берут деформации, возникшие под действием собственного веса. Конечные точки ограничиваются размерами графика.
Расчет модуля деформации:
Таблицу значений коэффициента Кᵣ для разных типов грунтов при медленном варианте испытаний мы поместили ниже.
Далее – таблица значений коэффициента Кᵣ для разных типов грунтов при быстром испытании.
Коэффициент также определяется в лаборатории методом компрессионного сжатия. Его необходимо проводить при исследовании слоистых массивов. В них деформации значительно отличаются по разным направлениям.
Формула для вычисления коэффициента:
Определяя модуль деформации любым из способов, важно учитывать конкретные нагрузки, которые будут оказываться на массив. Также следует предвидеть неравномерность осадки из-за неоднородности грунта. Поэтому пробы всегда берут в нескольких точках. Деформацию изучают при разной силе давления.
Полную версию данной статьи вы найдете на этой странице.
Также мы рекомендуем ознакомиться с другими полезными статьями на нашем сайте.
#грунты #полезные советы #свойства грунтов #модуль деформации #характеристики грунтов #строительные советы #грунт #строительный грунт #модуль деформации грунтов #деформации грунта