М.3 Визначення модуля пружності ґрунтів і матеріалів у натурних умовах

Випробування проводять на реальних конструкціях, що є на дорогах, або на тих, що створюються у натурному масштабі на полігонах і в ґрунтових каналах. Модулі пружності ґрунтів земляного полотна та неукріплених кам'яних матеріалів шарів основ визначають випробуванням місцевим навантаженням. Навантаження на конструкцію, що випробовується, передають через круглий жорсткий штамп з діаметром, близьким до розміру усередненого сліду колеса розрахункового автомобіля (30 см D 34 см). Конструкції із шарами з монолітних чи щільних малозв'язних матеріалів допускається випробувати за допомогою здвоєного пневматичного колеса з профілем обода 203В, 216В, 228В.

Найбільш точно модуль пружності ґрунту чи матеріалу встановлюють на однорідній напівпросторовій конструкції, влаштованій шляхом пошарового вкладання й ущільнення ґрунту чи матеріалів при загальній товщині, меншій за 4D. У цьому випадку модуль пружності обчислюють безпосередньо за результатами випробування.

Модулі пружності матеріалів шарів основи меншої товщини визначають за результатами пошарових штампових випробувань. При випробуванні штампом, встановленим на поверхні шару, що випробовується, визначають загальний модуль Е_заг пружності конструкції, а при установлюванні штампа на шари Е₂, що знаходяться нижче, потім за номограмою (рисунок 3.3) розраховують модуль пружності шару, що випробовувався.

Пошарово варто випробувати конструкції з основою, що має не більше, ніж два шари.

Ґрунти й шари одягу в конструкції, що випробовується, повинні бути покладені відповідно до діючих правил провадження й приймання робіт; вони повинні бути в усьому масиві однорідними за зерновим (гранулометричним) складом, за показниками щільності й вологості. При цих умовах випробування можна проводити на дорогах після влаштування й приймання земляного полотна та основи (до укладання покриття), а також у процесі експлуатації дороги при наявності достовірної інформації про умови її будівництва.

Одержувані в цих випадках дані випробування відносяться до стану конструкції в момент проведення випробування, як правило, при вологості ґрунту й матеріалів основи менше за розрахункову. Для того, щоб встановити значення модулів пружності, що відповідають розрахунковому періоду, випробування слід прив'язати до відповідного моменту часу – навесні, після дощів чи спеціального зволоження конструкції. У період випробування вологість зв'язних ґрунтів повинна відповідати розрахунковій; вологість кам'яних матеріалів, у яких містяться чи утворюються при ущільненні пластичні дрібні фракції (дрібніші за 0,63 мм), повинна бути не менше за розрахункові значення:

W_p =K_kmW_T+(1-m)W_k, (M.8)

де К_к – коефіцієнт, що залежить від кліматичних умов і приймається для дорожньо-кліматичної зони У-ІІ рівним 0,8, для У-ІII – 0,75, У-IV – 0,7;

m – вміст у суміші фракцій дрібніших за 0,63 мм, у частках від одиниці;

W_T – межа текучості цих дрібних фракцій, %;

W_к – водопоглинання щебеню (гравію), % від маси.

Модуль пружності конструкції визначають випробуваннями за допомогою установки (рисунок М.7).

Рисунок М.7 – Схема установки для штампових випробувань дорожнього одягу

Навантаження на поверхню випробуваної конструкції передаються через круглий жорсткий штамп 6 і домкрат 4, що впирається в раму 2 навантаженого автомобіля чи опорну балку прес-рами на ґрунтовому каналі. Навантаження на штамп вимірюють за допомогою механічного динамометра 3. Вертикальне переміщення штампа фіксують прогиноміром важільного типу, вимірювальний стрижень якого встановлюють у центрі штампа. У цьому випадку домкрат на трьох опорних стійках 5 встановлюють на штампі. Вертикальне переміщення штампа можна також заміряти двома індикаторами годинникового типу, встановленими вздовж діаметра штампа на рівних відстанях від його центра. Індикатори надійно закріплюють на твердій реперній балці, опори якої повинні бути віддалені на відстань не менше, ніж 4D від штампа і коліс дослідного автомобіля. Розрахункове переміщення приймають рівним напівсумі відліків за цими індикаторами.

До випробування передні колеса автомобіля блокують гальмами й жорстко закріплюють на місці за допомогою опорних башмаків.

При випробуванні автомобілем середньої вантажопідйомності для забезпечення випробувального навантаження до 50 кН кузов і підресорну частину автомобіля „зважують" – піднімають за допомогою домкрата і під раму поруч із заднім мостом підставляють опори, на які після розвантаження домкрата передається вага автомобіля. Відстань між опорами та місцем випробування повинна бути не меншою за 1,5 м. При великій кількості випробувань бажано, щоб ресори автомобіля були блоковані. Штамп встановлюють на шар, що випробовується, після ретельного вирівнювання його поверхні тонким шаром (1 – 5 мм) із дрібного піску без порушення сформованої структури матеріалу, і ретельно притирають. Потім конструкцію витримують під максимальним випробним навантаженням протягом 2 хвилин і розвантажують.

Перед випробуванням перевіряють жорсткість установлення індикаторів і стійкість вимірювальної системи. Для цього злегка постукують металевим предметом по швелеру прогиноміра або по опорній балці і стежать за стрілкою індикатора, що повинна ледве помітно тремтіти, але залишатися на тому самому місці.

Навантаження при випробуванні прикладають рівнями до максимального розрахункового значення: 0,5 МПа на поверхні основи, 0,2 МПа на підстильних шарах і пісках і 0,5 – 1 МПа на зв'язних ґрунтах земляного полотна (більшіі значення – при вологості ґрунту меншій за 0,7 ∙ W_T); усього повинно бути не менше, ніж 3 – 5 рівнів. Час витримування навантаження – 30 с, паузи після розвантаження – по 30 с, час, що витрачається на навантаження і розвантаження, – 10 – 20 с.

Відліки на індикаторах знімають після витримування заданого рівня навантаження, а також після паузи, що слідує за розвантаженням; перед зняттям відліків повторно легко постукують по швелеру прогиноміру (чи опорній балці).

За різницею відліків визначають пружну деформацію конструкції. На основі таких даних будують графік залежності пружної деформації від питомого навантаження. Графік повинен являти собою плавну криву без точок перегинання, опуклу нагору – для зернистих матеріалів і вниз – для зв'язних ґрунтів; при випробуванні шаруватої конструкції зернистих матеріалів і зв'язаних ґрунтів залежність звичайно близька до лінійної. Якщо графік не відповідає цьому, то, цілком імовірно, що випробування проведено з дефектом, а його дані вимагають більш ретельної перевірки.

Модуль пружності ґрунту чи матеріалу в однорідній конструкції, а також загальний модуль пружності шаруватої конструкції, випробуваних навантаженнямиза допомогою жорсткого штампа, дорівнює:

, (M.9)

де p – максимальний (розрахунковий) тиск від штампа;

D – діаметр жорсткого штампа;

μ – коефіцієнт Пуассона (для ґрунтів земляного полотна μ = 0,35, для матеріалів основ μ = 0,25, а при обчисленні загального модуля пружності μ = 0,3);

l – пружна деформація, що відповідає цьому навантаженню.

Для дорожнього одягу, що випробовується за допомогою здвоєного колеса автомобіля, загальний модуль пружності дорівнює:

, (М.10)

де Р – загальне навантаження на колесо;

l – пружний прогин конструкції між балонами колеса;

D – діаметр умовного круглого гнучкого штампа, що передає навантаження на покриття, рівний 0,33 м.

При пошарових випробуваннях після визначення загального модуля пружності у місці встановлення жорсткого штампа видаляють матеріал випробовуваного шару на майданчику розмірами не меншому за три діаметри штампа і потім визначають модуль пружності підстилаючих ґрунтів і матеріалів.

Пошарове випробування можна робити у вузькому шурфі, що пробивається на ширину штампа. Це припустимо на конструкціях з обмеженими товщинами шарів; для несучої частини основи – від 0,5D до 1,0D, а для додаткового шару основи - від 1,0D до 2D. У цьому випадку отримані випробуваннями модулі пружності підстилаючих шарів варто зменшити на 20 % при установці штампа на зв'язні ґрунти з підвищеною вологістю (більшу за 0,8W_T) чи на пухкі (однорозмірні) і пилуваті піски з об'ємною масою кістяка менше за 1,8 г/см³, або на 10 % – при встановленні штампа на зв'язні ґрунти з вологістю 0,7W_T W0,8W_T чи на щільні піски. При встановленні штампа в шурфі на шарах із щебеневих, гравійних, гравійно-піщаних і інших щільних сумішей і на зв'язаних ґрунтах з вологістю менше за 0,7W_T ця поправка не уводиться.

Випробувати штампом щебеневі і гравійні основи можна при навантаженнях, менших за 0,5 МПа, визначаючи модуль пружності при розрахунковому навантаженні шляхом екстраполяції. Зокрема, визначивши модуль пружності шару основи Е₂ при випробувальних навантаженнях 0,2 МПа і Е₃ при 0,3 МПа модуль для розрахункового навантаження (р = 0,5 МПа):

Е₅ = 2,26 lgE₃-1,26 lgE₂. (МЛІ)

За даними трьох випробувань, проведених через 10 – 15 м на дорозі і через 1 – 2 м – у каналі, визначають середнє арифметичне значення модуля пружності ґрунту чи шару; розкид окремих показників не повинен перевищувати 20 %.

Поиск по сайту: