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 ∙ WT); 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 навантаженнями за 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 .
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 0,8WT) 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 0,7WT W 0,8WT 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 0,7WT 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 – 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 %.
М.4Визначення модуля пружності ґрунту в лабораторії
Розрахункові значення модулів пружності ґрунту можна одержати за результатами випробування ґрунту в лабораторії при тій самій вологості і щільності, що він буде мати в дорожній конструкції в розрахунковий період. Оскільки відібрати зразки з непорушеною структурою з конструкції в розрахунковий період дуже важко, а при новому будівництві неможливо, доводиться штучно виготовляти зразки, що мають необхідну вологість і щільність. Як показують результати порівняльних випробувань, різниця в модулях пружності, визначених у конструкції й у лабораторії, для ґрунтів при одній і тій самій вологості й щільності у більшості випадків невелика. Розрахункова вологість ґрунтів при готуванні зразків (якщо для даних місцевих умов відсутні більш достовірні її значення) може бути визначена за додатком Д.
Щільність ґрунту залежить від прийнятої розрахункової вологості. При вологості, близькій до оптимальної, визначеній методом стандартного ущільнення (близько 0,65 – 0,70 від межі текучості), і більш низькій, за розрахунковий коефіцієнт щільності ґрунту у верхній частині земляного полотнина варто приймати в дорожньо-кліматичних зонах У-ІІ та У-ІІІ Ky = 0,981,02; у зоні У-IV Ку = 0,950,98 (більші значення коефіцієнтів ущільнення приймають для капітального дорожнього одягу, менші – для полегшеного і перехідного).
При більш високих розрахункових вологостях щільність зразків ґрунту встановлюють, виходячи з умов, щоб у порах кістяка розмістилася вся вода і стиснене повітря. У цьому випадку щільність кістяка ґрунту:
(M.12)
де – щільність мінеральної частини, прийнята в середньому для непластичних ґрунтів 2,65 т/м3 і для пластичних 2,68 т/м3;
V – об'єм затисненого в порах повітря, у частках одиниці (звичайно 0,05 – для пластичних і 0,08 – для непластичних ґрунтів);
W – вагова вологість, у частках одиниці;
– щільність води, прийнята рівною 1 т/м3.
Зразки ґрунту готують з пошаровим ущільненням у сталевій, циліндричній формі, діаметр якої повинен бути не менше за чотири, а висота – не менше за три діаметри D штампа. Оскільки ґрунт випробовують штампом D = 4 – , діаметр форми повинен бути 15 – , а висота – .
Коли розрахункова вологість зразка не значно перевищує оптимальну, зразок готують при розрахунковій вологості і необхідній щільності. У цьому випадку необхідну кількість (за масою) рівномірно зволоженого ґрунту укладають у форму в три – чотири прийоми, зазвичай рівними порціями. Кожен шар ущільнюють металевим трамбуванням до необхідного за розрахунком об'єму. Утворену на поверхні кожного шару переущільнену кірку розпушують, потім укладають і ущільнюють наступну порцію ґрунту, і так до заповнення усієї форми. Зразок виготовляють на вище за поверхню форми, для чого до форми за допомогою флянців кріплять надставку, розрізану по твірній (рисунок М.8). Перед випробуванням надставку знімають, а надлишок ґрунту обережно зрізають на рівні з поверхнею форми. Цим забезпечують гладку однорідну поверхню зразка, на яку встановлюють штамп при випробуванні.
Ущільнений у формі ґрунт разом з надставкою поміщають не менше, ніж на добу, у вологий ексикатор для більш рівномірного розподілу вологи. Тільки після цього зразок випробовують.
Коли розрахункова вологість ґрунту значно вище за оптимальну, зразки для випробування готують, насичуючи водою попередньо ущільнений до необхідних величин ґрунт. Для цього металева форма повинна мати друге дно з отворами діаметром (див. рисунок М.8).
У порожнину, що утвориться, вставляють два патрубки до яких кріплять гумові трубки. Ґрунт укладають у форму (на покладений на дно з отворами фільтрувальний папір) і ущільнюють пошарово до щільності скелета, яку обчислено за формулою (М.12). Особливо ретельно потрібно розпушувати поверхню кожного шару на глибину близько , щоб зруйнувати переущільнену кірку, що утворилася. У протилежному випадку не буде досягнуто рівномірного за висотою насичення зразка водою. Для насичення на один патрубок надягають гумовий шланг від резервуара з водою, який встановлюють так, щоб рівень води знаходився на 20 – вище за поверхню ґрунту у формі. На інший патрубок надівають шланг, прикріплений до встановленої вертикально скляної трубки. При цьому потрібно стежити, щоб між поверхнею води в порожнині форми та дном з отворами не утворилася повітряна подушка.
|
|
|
1 – надставка; 2 – форма; 3 – дно з отворами; 4 – патрубок |
|
Рисунок М.8 – Форма із надставкою |
Зразок насичують до повного наповнення пор водою, що визначають періодичним зважуванням форми з ґрунтом. Для насичення потрібно 2 – 5 діб.
Після закінчення насичення на шланги ставлять зажими, шланги відключають від джерел постачання водою, уміщують форму з ґрунтом на добу у вологий ексикатор, після чого зразок випробовують на важільному пресі. Навантаження прикладають через штамп, який розміщують у центрі зразка. Штамп має розташовані вздовж діаметра заплечики, на які встановлюють ніжки індикаторів для виміру вертикальних переміщень штампа (див. рисунок М.6). Переміщення центра штампа приймають рівним напівсумі відліків за індикаторами. Утримувачі індикаторів кріплять на фасонних пластинках, пригвинчених до фланця форми.
Навантажують рівнями з розвантаженням після кожного рівня. Кожен рівень навантаження витримують до загасання деформації (різниця відліків за індикаторами – не більше за 5 хв). Після того, як зафіксований відлік за індикаторами, штамп розвантажують і очікують відновлення деформації (допуск той самий, що й при навантаженні). Потім навантажують наступним рівнем, і так до досягнення навантаження, при якому починають інтенсивно розвиватися пластичні зсуви у товщі масиву. Це звичайно супроводжується значним збільшенням залишкової деформації. Рівні навантаження вибирають такими, щоб мати три рівні в процесі випробування.
На основі отриманих значень зворотної деформації при кожному рівні навантаження будують графік залежності пружної деформації ґрунту від тиску по підошві штампа та за формулою (М.9) обчислюють модуль пружності при кожному рівні навантаження.
При випробуванні зв'язаних ґрунтів високої вологості слід давати привантаження навколо штампа. Щоб уникнути грубих помилок, не можна випробовувати в лабораторії малими штампами зразки малозв'язаних зернистих матеріалів (гравій, щебінь). Такі матеріали слід випробовувати штампами діаметром 25 – . При кожному значенні вологості й щільності ґрунту повинно бути випробувано не менше, ніж шість зразків.
М.5Визначення характеристик опору ґрунтів і матеріалів зсуву в лабораторних умовах
Оскільки в основу розрахунку ґрунтових основ і шарів із мало-зв'язаних матеріалів покладена узагальнена теорія міцності Мора, розрахунковими вважаються характеристики, обумовлені дотичною і побудовані на основі випробувань досліджуваного матеріалу щодо граничних кіл Мора (рисунок М.9).
Нахил дотичної до граничних кіл дає кут внутрішнього тертя в досліджуваному ґрунті чи матеріалі, а відрізок, що відтинається дотичною на вертикальній осі, – зчеплення.
Випробування для побудови граничних кіл Мора можуть бути проведені на приладах тривісного стискання, а також на приладах, що забезпечують зсув у даній площині (плоский зсув). Випробування на приладах тривісного стискання переважають, тому що дають більш надійні дані. При випробуванні на приладах, що забезпечують зсув у заданій площині, можлива деяка погрішність, для виключення якої необхідно застосовувати спеціальні методики обробки результатів. Доцільні паралельні випробування на приладах тривісного стискання (контрольні) і на приладах плоского зсуву. Досвід показує, що в переважній більшості випадків результати випробування на приладах тривісного стискання і приладах плоского зсуву не відрізняються.
|
|
|
Рисунок М.9 – Діаграмна Мора для суглинистого ґрунту при φ = 22°, с = 0,07 МПа, W = 13,3 % і δ = 1850 кг/м3 |
Для одержання розрахункових характеристик опору ґрунтів і матеріалів зсуву зразки випробовують при вологості і щільності, відповідних стану ґрунтів і матеріалів у розрахунковий період. Після кожного випробування проводять контрольні визначення вологості і щільності випробуваних зразків і при виявленні відхилень від заданих значень коригують результати випробувань чи вибраковують їх.
Рекомендуються випробування на приладах з автоматичною реєстрацією навантажень і деформацій.
Доцільні випробування, в яких руйнування зразка настає через 3 – 5 хв.
Для випробування зразків ґрунтів і матеріалів в умовах тривісного напруженого стану існує велика кількість приладів. Для кожного з них розроблена методика випробування з урахуванням особливостей конструкції приладу. Тому тут подаються лише загальні рекомендації, які слід враховувати при випробуваннях, щоб отримати розрахункові характеристики, які використовуються при проектуванні дорожнього одягу. Випробовують циліндричні зразки з відношенням діаметра до висоти 1:2. Мінімальний діаметр зразка залежить від крупності фракцій, які є в ґрунті чи матеріалі. При максимальному розмірі зерен випробовуваного ґрунту чи матеріалу до приймають діаметр зразка рівним ; при розмірі зерен до 20 мм – діаметр зразка .
Зразки ґрунту, що мають необхідну вологість і щільність, можна готувати у великих формах, і потім з них спеціальним різаком вирізувати циліндр потрібного діаметра і висоти, або готувати зразок з пошаровим ущільненням ґрунту в спеціальній роз'ємній формі необхідних діаметра і висоти.
На зразки зв'язних ґрунтів і матеріалів після того, як вони вийняті з форми чи різака, одягають манжет з гуми завтовшки 0,2 – . Діаметр манжета повинен бути на 2 – менше за зразок. Зразок з манжетом встановлюють у камеру приладу, після чого камеру закривають і заповнюють водою.
