2. Штамподосліди

У процесі випробування ґрунтів статичними навантаженнями моделюється робота основи під жорстким фундаментом при дії зовнішніх вертикальних навантажень та інших впливів (замочування, підвищення температури та ін.). Одержуваний експериментальний графік залежності осідання S моделі фундамент-штамп від переданого на нього тиску Р є основою для визначення деформаційних і контролю міцносних властивостей ґрунтів.

Методика проведення робіт і розрахунок значень модуля деформації регламентується відповідними положеннями ДСТУ Б В.2.1-7-2000 "Грунти. Методи польового визначення характеристик міцності та деформативності".

Прилади та устаткування:

- штамп (плоский круглий чи квадратний з площею 600-5000 см²);

- пристрій для навантаження штампа:

а) з гідравлічним домкратом (рис.2.3, б,в,г);

б) з завантажувальною платформою (рис.2.3, а);

- пристрій для виміру осідань штампа (індикатори годинникового типу, прогиноміри, геодезичні марки та ін).

Рис.3. Схеми установок для випробування ґрунту штампом

а - з навантажувальною платформою; б, в, г - з гідравлічним домкратом

1 - штамп; 2 - стійка; 3 - балка (рама); 4 - тарований вантаж;

5 - гідродомкрат; 6 - нахилені розпірки; 7 - горизонтальні розпірки;

8 Дерев’яне кріплення

Методика проведення досліджень. Збирають установку заданого типу й установлюють датчики вертикальних переміщень (не менше трьох), навантажують штамп ступінями тиску. Кількість ступіней повинна бути не менш 5. Максимальне навантаження на штамп повинно бути більше тиску на ґрунт від проектованої споруди на 100...200 кПа. У першу ступінь включається тиск від ваги ґрунту на позначці випробування, що розраховується за формулою Р₁ = ρ  h, де р щільність ґрунту на позначці випробування h.

Ступіні тиску (ΔP_i) в залежності від номенклатури ґрунту приймають рівними:

- для великоуламкових ΔP_i =1 кгс/см² чи 100 кПа;

- для піщаних ΔP_i =0,25...1 кгс/см² чи 25...100 кПа;

- для пилувато-глинистих ΔP_i =0,05...0,25 кгс/см² чи 5...25 кПа.

Кожна ступінь тиску витримується до умовної стабілізації осідання ґрунту. За критерій умовної стабілізації приймають швидкість осідання штампа, що не перевищує 0.1 мм за час t, що складає для великоуламкових ґрунтів 0.5 години, для піщаних - 1 годину, для пилувато-глинистих - 2...3 години.

Відліки на прогиномірах (індикаторах) знімають на кожній ступіні навантаження.

Після закінчення навантаження ґрунту та стабілізації деформацій виконують розвантаження штампа подвоєними ступінями з замірами відповідних деформацій. Ця інформація дає уяву про пружні деформації ґрунту.

Обробка результатів. По закінченні досліду будують графік залежності S = f(p). На лінійній ділянці графіка повинно бути не менш 4-х точок

Модуль деформації для лінійної ділянки (по осередненій прямій) обчислюється за формулою:

Е₀ = (1 – ν²) К D ΔP / ΔS, МПа;

де ν - коефіцієнт Пуасона;

К - коефіцієнт, що залежить від форми та розмірів штампа;

D - діаметр штампа, см;

ΔР - збільшення тиску на штамп, МПа;

ΔS - збільшення осідання штампа (см), що відповідає ΔР, і визначається по осередненій прямій

Для великоуламкових ґрунтів ν = 0,27;

для пісків і супісків ν = 0,30;

для суглинків ν = 0,35;

для глин ν = 0,42;

Приклад обчислення модуля деформації. У контурі майбутньої споруди в шурфі виконувалися випробування ґрунтів статичними навантаженнями на штамп площею 0,5 м². При цьому фіксувалося осідання штампа S (мм) і питомий тиск Р (МПа). Побудуйте графік залежності S=f(p) і по ньому визначте модуль деформації ґрунтів Е₀ (кПа). При розрахунку природного тиску Р₀ щільність ґрунтів прийняти  =2 г/см³.

Для суглинків на глибині 2,5 м отримано наступні результати:

Питомий тиск на штамп Р (МПа):	0,05;	0,1;	0,15;	0,2;	0,25;	0,3.
Повне осідання штампа S (мм):	0,95;	2,65;	4,35;	6,30;	10,35;	13,95.

Графік залежності осідання від питомого тиску наведено на рис. 2.4.

Далі обчислимо значення модуля деформації.

Е=(1 - ν²) k d (P/S);

де k =0,8 - безрозмірний коефіцієнт, який залежить від форми штампа;

d=80 см - діаметр круглого штампа;

P - приріст тиску на штамп в МПа (кгс/см²), рівний Р_к-Р₀;

S - приріст величини осідання штампа в см, відповідний P, визначений на осередненій прямій.

Значення P визначають графічно в межах умовно прямолінійної ділянки графіка. Початком ділянки є точка на графіку, яка відповідає природному тискові Р₀. Кінець ділянки знаходиться за умови, що осідання за останню ступінь навантаження не перевищує подвоєного значення осадання за попередню ступінь.

Для обчислення P на графіку знаходять точку 1, що відповідає повному осіданню штампа при природному тиску ґрунту P₀ на глибині Н (м) установки штампа.

P₀ =  Н= 20 x 2,5 = 50 кПа = 0,05 МПа.

Далі обирають кінцеву точку 4 на лінійній ділянці, що відповідає тиску Р_к = 0,2 МПа. Відповідно Р =Р_к - Р₀ = 0,2 - 0,05=0.15 МПа, та S = 4,35 – 0,95=3,4 мм. Тоді

Е = (1- 0,09) х 0,8 х 80 х (0,15/0,34)=25,7 МПа

Р ис.2.4. Графік залежності величини осідання штампу S від питомого тиску P

Достоїнством штамподослідв є еталонна точність визначення значень Е₀.

Недоліками штамподослідв є:

- мала глибина проведення досліду (тільки вище РПВ);

- значна тривалість досліду (особливо в глинистих ґрунтах);

- складність монтажу і громіздкість конструкції установок.