Компрессионные испытания грунтов

От свойств грунта зависят прочность и устойчивость строящихся зданий. Для определения физико-химического состава почвы проводятся компрессионные испытания и геологические исследования зоны строительных работ. Полученные показатели применяют, чтобы точно рассчитать фундамент, от которого зависит надежность нового объекта.

Содержание статьи:

1. Цель испытания
2. Определение сжимаемости
3. Вычисление прочности
4. Схема исследования
5. Оборудование
6. Взятие проб
7. Ход работы
8. Результаты

Цель испытания

Важным этапом строительства является Изучение физико- химических параметров грунта в соответствии с ГОСТ 12248-2010, ГОСТ 1.0-92, до 01.10.2003 действовал СНиП 10-01-94. В химико-технологических и строительных лабораториях сравнивают результаты геологической проверки с показателями, полученными опытным путем. Основным этапом считается изучение механических деформационных свойств грунта компрессионным методом, в ходе которого на него воздействуют высоким давлением. Благодаря чему образец не разрушается, а уплотняется без бокового расширения.
Чтобы определить разные механические свойства применяют метод компрессии. На стройплощадке создаются условия, где грунт сжимает без расширения.
Используя компрессионное испытание, определяют:

• уплотнение почвы,
• плотность мелких фракций,
• влажность.

Чтобы рассчитать начальное значение пористости грунтового образца.

Определение сжимаемости

В состав грунта входят части породы и поры, которые могут быть частично или полностью заполнены жидкостью. Как правило, на фундамент здания действует небольшое сжатие, при этом полевой шпат, кварц под давлением не преобразуются.
Чтобы понять подходит состав почвы для основания под возводимое здание проводят следующий этап компрессионного исследования для определения сжимаемости грунта -параметра для расчета деформации почвы и определения усадки здания.
Почву делят на категории:

• сильная степень сжатия,
• незначительная степень сжатия,
• среднесжимаемая.

В процессе эксплуатации происходит деформация исходной пористости и объема грунта на фоне механических нагрузок. Именно от начального количества пор в структуре почвы зависит ее склонность к сжатию. Чтобы рассчитать степень сжимаемости грунта, вычисляют коэффициент бокового давления, коэффициент относительного сжатия, величину модуля общей деформации, а также коэффициент поперечного расширения (коэффициент Пуассона).
Сжимаемость почвы зависит от:

• уменьшения пористости из-за внешних механических нагрузок;
• разрушения исходной формы;
• уменьшения оболочки от увеличения компрессии.

Деформации грунта при постоянной механической нагрузке могут быть:

• упругими, когда структура оболочки не разрушается и после снижения компрессии восстанавливается
• пластическими, когда скелет и связи между твердых частиц разрушаются.

Пластические деформации на скальных породах образуются быстрее, чем на глине.
Виды пластических деформаций:

• объемные, если поры уплотняются;
• сдвиговые, если грунт разрушается, теряя исходное состояние.

Определить площадь фундамента, предотвратить его разрушение и пластические деформации почвы, где планируется строительство сооружения можно с помощью испытаний грунта в лаборатории или на стройплощадке.
Вычислить величину сжимаемости почвы нужно, чтобы изучить свойства породы, определить риск усадки сооружения. Для этого сотрудники лабораторий применяют три метода компрессионного сжатия – одноосное, двухосное и трехосное. Грунтовые породы подвергаются механическому воздействию. Одноосное сжатие исключает боковое напряжение, поэтому форма образца меняется в разных направлениях. Чем больше задействованных осей, тем больше образец ограничен в пространстве.

Вычисление прочности

Компрессионное испытание позволяет определить условия появления трещин сдвига и отрыва. В ходе эксперимента установили, что в местах движения слоев грунта появляются трещины. Когда в составе породы много частиц, то они за счет перемещений цепляются друг за друга, поэтому сдвиг происходит реже. Сдвигу сопротивляться сыпучие земли практически не могут.
Глинистые почвы разрушаются из-за движения слоев. Вместо силы трения между глинистыми частицами возникает сцепление, в зависимости от уплотняющего давления. Такой грунт считается связным, потому что цементационные и водно-коллоидные связи препятствуют растяжению.

Схема исследования

Компрессионные исследования грунта проводят в лабораторных условиях, чтобы определить вертикальные изменения образцов. Для изучения различных деформационных характеристик, образцы уплотняют, вытесняя полностью воздух из пор, так чтобы пространство внутри пор не разрушилось. Нагрузка увеличивается по степеням, каждая из которых составляет не более 0,5 МПа (кгс/кв. см). Если нагрузка действует на две ветви нагружения, то давление на каждом этапе растет по 0,5 МПа (кгс/кв. см), а в обратном порядке – падает по 1,0 МПа (кгс/кв. см). Две ветви нагружения используют в случае возникновения проблем, потому что длительность и стоимость исследования удваиваются.

Оборудование

Для эксперимента пользуются одометром – компрессионным прибором, который нагружает исследуемые пробы и определяет механические свойства. Дополнительно для проведения опыта применяют грунтовой нож, бумажные фильтры, боксы, часы, индикаторы и разные гири.

Взятие проб

Результаты эксперимента зависят от правильности взятия проб грунтовой породы. Поэтому сначала занимаются определением физических свойств, затем выбором режущего кольца снужным диаметрам, которое взвешивают. Дальнейшее взятие пробного грунта:

• Вырезать из почвы образец кольцом, чтобы оно плотно прилегало к грунту.
• Определить вес кольца с пробой.
• Накрыть образец с обеих сторон влажными фильтрами.

Благодаря такой пробе имеется возможность получить наиболее удобный образец, который не будет разрушаться и в течение испытания сохранит свойства.

Ход работы

Следующий этап компрессионного испытания состоит в переносе грунта, заключенного в кольцо в цилиндрическую камеру одометра, на дне которого имеются отверстия для испарения влаги из образца, емкость для ее удаления, расположенная под ним. На образец под давлением центрирующего шара действует дырчатый поршень, позволяющий воде и воздуху покидать поры. Чтобы из цилиндрической камеры не выдавливались частицы грунта, стенки одометра от поршня разделяют фильтровальной бумагой.
Компрессионное сжатие увеличивают ступенчатым способом. На новый уровень переходят после достижения стабилизации после деформации. Точка отсчета -природная нагрузка почвы, которая определяется с помощью удельного веса и высоты образца.
Переходя через 20 минут на следующую ступень давление увеличивают на 0,5 МПа (кгс/кв. см). Степень сжатия рассчитывается по формуле- это сумма природной и опытной нагрузки. Разгрузка проводится по обратной схеме.

Результаты

После окончания компрессионного испытания инженеры лаборатории разбирают прибор. Экспериментальный образец помещают в стеклянный бокс, чтобы определить конечную влажность. Экспериментальные результаты заносят в журнал, где в основном столбце записывают вертикальное давление, действовавшее на пробу, а также показания прибора, значения относительной и абсолютной деформации, коэффициент пористости, коэффициент сжимаемости, коэффициент относительной сжимаемости, модуль линейной деформации. Если в качестве образца были супесь, суглинок или засоленный песок, то определяли начальное давление, если песок, глинистая почва, то коэффициент консолидации.