Tabelul unghiului de frecare internă a solului. Modulul de deformare a solului
În mecanica solului se utilizează un indicator care caracterizează relația dintre presiune și deformarea totală (elastică și reziduală) - modulul de deformare totală E 0, spre deosebire de modulul de elasticitate normal E sus, exprimând relația dintre presiune și deformare elastică. Modulul de elasticitate normal
Unde S upr – deformare elastică; h este grosimea stratului deformabil.
Modulul de deformare totală
,
Unde S- deformare completa.
Modulul de deformare generală în comparație cu modulul de elasticitate normală are următoarele diferențe:
1. Datorită neliniarității deformațiilor, această valoare a modulului total de deformare se dovedește a fi valabilă doar pentru intervale mici de modificări ale sarcinii.
2. Modulul de deformare generală caracterizează relația dintre presiune și deformații numai de-a lungul ramului de încărcare; nu este aplicabil pentru ramura de descărcare.
3. Modulul de deformare este o valoare variabilă care variază în funcție de durata încărcăturii, gradul de compactare a solului, suprafața și forma ștampilei, adâncimea ștampilei față de suprafața solului.
Ultima dintre aceste trăsături este caracteristică nu numai modulului de deformare totală, ci și modulului de elasticitate a solului, care caracterizează restabilirea deformației elastice a solului la îndepărtarea sarcinii externe.
În mod evident, valoarea modulului de elasticitate a solului, care caracterizează relația dintre presiune și doar componenta elastică a deformațiilor, va fi întotdeauna mai mare decât modulul de deformare total al aceluiași sol.
Modulul de deformare totală, așadar, este o caracteristică generalizată a solului, reflectând atât deformațiile elastice, cât și cele plastice. Spre deosebire de modulul de elasticitate normal al corpurilor deformabile liniar, valoarea modulului de deformare generală se modifică în procesul de sarcină care acționează asupra solului:
,
(3.4)
Unde E despre t este modulul deformarii generale a solului in perioada incarcarii t; S t- deformare care are timp să se dezvolte în aceeași perioadă de timp t.
Din trăsăturile considerate ale deformațiilor solului, devine evidentă convenționalitatea aplicării teoriei elasticității la sol. Cu toate acestea, în ciuda faptului că proprietatea corpurilor elastice de a-și restabili forma atunci când sunt îndepărtate influența externă neinerente solurilor, soluțiile teoriei elasticității sunt utilizate pentru determinarea tensiunilor din masivul solului și pentru aprecierea stabilității acestuia.
Deoarece presiunea specifică asupra solului de la structuri este relativ mică, atunci densitatea medie a solurilor de la baza structurilor cu un grad suficient de precizie respectă legile corpurilor liniar deformabile. La ridicarea structurilor, suntem întotdeauna interesați de mărimea tasării și nu de recuperarea acesteia după îndepărtarea sarcinii, prin urmare, ireversibilitatea parțială a deformațiilor solului nu poate servi ca un obstacol în calea aplicării teoriei elasticității pentru calcul. fundații la intervale mici de încărcare.
Condițiile obligatorii pentru utilizarea teoriei elasticității pentru calcularea solurilor ar trebui luate în considerare:
1. Utilizarea modulului de deformare generală ca factor de proporționalitate între sarcină și deformare cu sarcina în creștere într-un interval îngust în locul modulului de elasticitate normală.
2. Luarea în considerare a stării de solicitare a solului după terminarea dezvoltării deformațiilor dintr-o sarcină externă.
Prin urmare, folosind teoria elasticității, vom considera solurile ca corpuri deformabile liniar, al căror proces de comprimare din acțiunea unei sarcini externe s-a încheiat deja.
În prezent, în mecanica solului, se folosesc diverse modele ale mediului solului pentru a evalua starea de efort-deformare a miezului și a determina presiunea de-a lungul bazei fundațiilor.
Unul dintre cele mai importante caracteristici solul este modulul de deformare totală, care este utilizat pentru a calcula tasarea clădirilor și structurilor. Modulul de deformare poate fi determinat din datele testului de compresie, prin testarea matriței cu o sarcină statică în condiţiile de teren, folosind presiometre și în funcție de caracteristicile fizice ale solului.
Determinarea modulului de deformare în funcție de datele testului de compresie. Deformațiile verticale relative sunt determinate de formulă
.
(2.22)
Echivalând părțile din dreapta acestor egalități și ținând cont de faptul că
,
primim
.
(2.23)
Dacă desemnăm 
, apoi
sau 
.
(2.24)
Trebuie remarcat faptul că modulul de deformare determinat din datele testelor de compresie diferă adesea semnificativ de cel real, deoarece extragerea solului din adâncime pentru testele de compresiune duce la modificarea stării de stres.
Determinarea modulului de deformare în funcție de datele încercării solului prin sarcină statică într-o groapă sau puț. Cele mai precise valori ale modulului de deformare pot fi obținute din datele de testare a unei ștampile cu o dimensiune mai mare de 5000 cm 2 în teren (Fig. 2.13).
Fig.2.13. Încercări de sol prin sarcină statică în groapă:
a - schema de instalare;
b - dependenţa tasării de sarcină;
2 - timbru dur;
Modulul de deformare total este determinat de formula
,
(2.25)
Unde w- coeficient luat pentru matrițe rotunde rigide egal cu 0,8; d- diametrul ștampilei; R– creșterea sarcinii; S- creşterea tirajului ştampilei când presiunea se modifică cu P.
Formula (2.25) este aplicabilă în limitele dependenței liniare a graficului „deșare - sarcină”.
Determinarea modulului de deformare totală pe baza rezultatelor testării unei grămezi de ștampilă, ținând cont de modificările proprietăților solului ca urmare a împingerii piloților.
Pentru tufișuri grămadă 
,
(2.26)
Pentru fundații cu piloți în bandă
,
(2.27)
unde 0 este o valoare adimensională, tabelată ținând cont de legile transferului de sarcină de-a lungul suprafeței laterale și în planul vârfului, coeficientul de dilatare laterală a solului 0, lățimea redusă a fundației piloților și reducerea adâncimea limitei nucleului (luat conform tabelelor din monografia de mai sus).
Modulul de deformare totală poate fi determinat și prin alte metode:
a) conform testării solului în dispozitive de compresie triaxială (stabilometru):
,
(2.28)
unde 1 – creșterea presiunii axiale; z– creşterea deformaţiilor verticale;
b) conform încercărilor presionometrice. Un cilindru de cauciuc (Fig. 2.14) umplut cu lichid este coborât în puțul forat. Pe măsură ce presiunea din cilindru crește, crește și diametrul acestuia. În ceea ce privește P/d iar formulele corespunzătoare determină modulul total de deformare;
Fig.2.14. Testarea solului într-o fântână folosind un presionmetru:
1 – presiometru;
2 - manta de cauciuc
c) conform tabelelor SNiP, în funcție de caracteristicile fizice ale solului (Tabelele I.1, I.3 din Anexa I).
Determinarea rigidității solului sau a modulelor de deformare este necesară pentru a rezolva una dintre principalele probleme teoretice ale ingineriei fundațiilor, care este predicția așezării fundației. Metodele de calcul a tasării sunt date în SP 50-101-2004 „Proiectarea și montarea bazelor și fundațiilor clădirilor și structurilor”.
Se recomandă ca modulul de deformare să fie determinat prin laborator și metode de teren testarea solului. Metoda de compresie și de determinare triaxială a modulelor de deformare este dată în GOST 12248-96. Metoda pentru determinarea în câmp a modulului de deformare este stabilită în GOST 20276-85 „Metode pentru determinarea în câmp a caracteristicilor de deformabilitate”. Metode similare teste de laborator stabilit de asemenea în AASHTO TP-46, ASTM D 1195 și ASTM D 1196.
În GOST-urile date, se recomandă determinarea modulului de deformare, care ține cont atât de deformarea elastică, cât și de cea reziduală. Este posibil să se evidențieze modulul de deformare pur elastic din aceste încercări numai folosind ramura de descărcare a dependenței efort-deformare.
În același timp, modulul de elasticitate poate fi măsurat în laborator utilizând testarea dinamică triaxială sau testarea rezonantă a probelor sub compresie uniaxială. Cu toate acestea, acest lucru este asociat cu selecția probelor și nu este întotdeauna posibil sau convenabil pentru determinarea rapidă a masei și necesară.
Deformațiile solului ale fundațiilor clădirilor și structurilor se determină cu ajutorul parametrilor elastici: modulul de deformare E; modulul de forfecare G , modulul de deformare volumetrică K și raportul lui Poisson . În cele mai multe cazuri, baza este multistratificată, iar modulele elastice pot varia semnificativ de la strat la strat, crescând, de regulă, cu adâncimea.
Principalii parametri elastici sunt modulul de deformare si raportul lui Poisson. Folosind soluțiile teoriei elasticității, modulele rămase sunt determinate folosind expresiile date în tabel. unu.
Tab. 1. Relația dintre modulele de deformare
| Modulul de forfecare, G | Modulul de elasticitate, E | Modul M | Modul de volum, K | Constantșchiop, | Coeficientul lui Poisson, | |
Modulul de deformare este utilizat în determinarea tasării fundațiilor, de exemplu, folosind expresia (5.14) SP 50-101-2004 sub acțiunea sarcinilor statice din greutatea clădirilor sau structurilor. Valorile modulului de deformare în funcție de adâncime pot fi estimate din corelarea empirică a rezultatelor testării de laborator a probelor de sol neperturbate și a rezultatelor testelor de teren.
Metode de laborator
Modulul de deformare, sau așa cum se numește în mecanica continuumului - modulul lui Young este coeficientul de proporționalitate al relației „deformare-tension” propus de Hooke sub forma
(1)
în care fiecare creștere egală a tensiunii uniaxiale corespunde unei creșteri proporționale a deformarii.
În tabel. 2 prezintă metode de laborator pentru determinarea modulelor de deformare.
Tab. 2. Moduli de deformare
| Tipul testului | Descriere | Diagrame | ||
| Compresie uniaxiala | Crește la constantă. OA traiectorie de încărcare. Determinarea modulului de deformare, E |
|
||
| Compresie hidrostatică (de jur împrejur). | Creșteți , , în mod egal. Traiectoria de încărcare a NST. Determinarea modulului de deformare volumetrică, K |
|
||
| schimbare simplă | După încărcarea hidrostatică rămâne constantă, dar celelalte două tensiuni se modifică, . Se încarcă calea SST. Determinarea modulului de forfecare, G |
|
||
| Comprimare - comprimare | O creștere a imposibilității expansiunii laterale. Determinarea modulului de compresie de deformare, E d |
|
||
| Compresie triaxială standard |
După încărcarea hidrostatică până la , crește și
 înainte de distrugere. Traiectoria de încărcare CTST.
Determinarea modulului tangențial de deformare, E t în compresie
|
|
||
| Extensie triaxială standard | După încărcarea hidrostatică până la , crește și . Traiectorie de încărcare STET. Determinarea modulului tangențial de deformare, E t în timpul expansiunii |
|
||
Orez. 1. Traiectorii de stres realizate într-un stabilometru
Legea lui Hooke a fost dezvoltată pentru a descrie materiale omogene și izotrope, luând în considerare comportamentul elastic al metalelor sub tensiune. Solurile prezintă un comportament elastic liniar până la sarcini relativ mici. Cu toate acestea, chiar și în acest caz, deformarea reziduală are loc în sol în timpul descărcarii. Prin urmare, la încărcarea până la limita proporționalității pentru sol, sunt valabile și următoarele dependență liniară Hooke, totuși, la sarcini mari, deformațiile din sol depind neliniar de solicitări. Acest lucru este deosebit de important la proiectarea clădirilor înalte, când presiunea pe baza fundațiilor poate fi de 600-800 kPa.
Testarea probelor de sol într-un stabilometru vă permite să determinați modulul tangențial de deformare similar cu modulul lui Young. Asemănarea modulului de deformare cu modulul Young face posibilă utilizarea soluțiilor teoriei elasticității în calculul tasării fundațiilor.) și numărul de plasticitate PI , care poate fi determinat prin teste de teren și de laborator. LA fila. 3 prezintă valori tipice ale modulului de deformare.
Tab. 3. Valorile modulului de deformare
| Tipul de sol | Modulul de deformare, E s, MPa |
| Argile foarte moi | 0,5 - 5,0 |
| Argile moi | 5,0-20,0 |
| Argile semidure | 20,0-50,0 |
| argile dure | 50,0-100,0 |
| argile nisipoase | 25,0-200,0 |
| nisipuri afânate | 10,0-20,0 |
| nisipuri dense | 25,0-100,0 |