Заняття № 2 тема: "Польові методи визначенні деформаційних властивостей ґрунтів".

I. Основні поняття.

Майже усі існуючі будівлі чи споруди, побудовані на нескельних ґрунтах, в процесі будівництва і експлуатації зазнають осідань, які неминуче виникають внаслідок ущільнення ґрунтів основи під дією ваги будинку чи споруди.

Деякі інженерні споруди, як лінійні (цехи промислових підприємств, естакади), так і висотні (димарі, вежі, щогли), чутливі не тільки до рівномірних надмірних, але й до невеликих нерівномірних осідань. Виникнення та розвиток нерівномірних осідань призводить не тільки до появи тріщин у зовнішніх (облицюванні) і внутрішніх деталях конструкцій, але й до зміни вертикальної стійкості споруд (кренів димових труб, веж, т. ін.).

При проектуванні особливу увагу приділяють здатності ґрунтів основ будівель чи споруд деформуватися, ущільнюватися. Мета польових досліджень – визначення деформаційних характеристик грунтів, необходних для розрахунку максимального осідання майбутньої споруди в даних ґрунтових умовах і порівняння його з гранично допустимим для певної конструкції.

Існують два основних способи розрахунку основ (тобто ґрунтів під фундаментами):

а) за деформаціями (визначення максимального осідання);

б) за несучою здатністю (визначення стійкості).

Для розрахунку основ за деформаціями необхідно знати їх стисливість (тобто здатність ущільнюватися під навантаженням від ваги будівлі чи споруди).

Кожен елементарний об’єм ґрунту у основі споруди знаходиться в стані трьохвісного стиснення (рис. 2.1). Під дією цього тиску, обумовленого вагою споруди, ґрунти основи деформуються та ущільнюються.

Закон деформування ґрунтів аналогічний закону пружності в механіці (закону Гука):

λ =  / Ε,

де λ - відносна деформація (відношення величини стиснення зразка під вертикальним навантаженням, без можливості бічного розширення, до початкової висоти зразка);

 - діюче напруження;

Ε - модуль пружності (коефіцієнт пропорційності).

В механіці ґрунтів мають справу з модулем загальної деформації (Е₀) , що враховує пружні деформації ґрунту в умовах його одноразового навантаження, який визначають за формулою

Ε₀ =  / λ.

М одуль деформації ґрунтів Е₀ є кількісною характеристикою механічних властивостей ґрунтів - їхньої здатності деформуватися при стисненні.

Здатність ґрунтів різних генетичних типів деформуватися під дією навантаження залежить, насамперед, від геологічних умов їх утворення, особливо піщано-глинистих відкладень четвертинного періоду, які є, в переважній більшості, основами сучасних будівель і споруд.

Рис.2.1. Схема напруженого стану ґрунту

Рис. 2.2. Графік залежності між напруженням та відносною деформацією

На рис. 2.2 наведено графічну залежність між напруженням і відносною деформацією у вигляді λ=f(). Як видно з графіка, крива цієї залежності може бути умовно розбита на дві ділянки: лінійну (1 - відповідає зоні ущільнення ґрунту) і криволінійну (2 - відповідає зоні руйнування структури ґрунту). На лінійній ділянці між λ і σ існує прямо пропорційна залежність. Тому модуль загальної деформації Е₀ може бути визначений тільки на цій ділянці.

Таким чином, для розрахунку основ за деформаціями необхідно на основі польових досліджень одержати для даного типу ґрунту графік залежності λ=f().

Існують такі основні методи польових досліджень ґрунтів:

• штамподосліди (вертикальне навантаження на ґрунти); місця проведення штамподослідів - шурфи, котловани та технічні свердловини;

• пресіометрія (горизонтальне навантаження на ґрунти); місця проведення пресіометричних випробувань - у технічних свердловинах;

• дилатометрія (експрес метод);

місця проведення дилатометричних досліджень – масив грунту.

При виконанні польових робіт основними задачами є:

а) визначення порівняльної стисливості ґрунтів в різних напрямках;

б) визначення модуля загальної деформації Е₀;

в) визначення просадковості лесових ґрунтів;

г) визначення стисливості мерзлих ґрунтів при відтаванні.