Tabuľka uhla vnútorného trenia pôdy. Modul deformácie pôdy
V mechanike zemín sa používa ukazovateľ charakterizujúci vzťah medzi tlakom a celkovou deformáciou (elastickou a zvyškovou) - celkový modul deformácie E 0 , na rozdiel od modulu normálnej pružnosti E upr, vyjadrujúci vzťah medzi tlakom a elastickou deformáciou. Modul normálnej pružnosti
kde S upr – elastická deformácia; h je hrúbka deformovateľnej vrstvy.
Celkový modul deformácie
,
kde S- úplná deformácia.
Modul všeobecnej deformácie v porovnaní s modulom normálnej pružnosti má tieto rozdiely:
1. Vzhľadom na nelineárnosť deformácií sa táto hodnota celkového deformačného modulu ukazuje ako platná len pre malé intervaly zmien zaťaženia.
2. Modul všeobecnej deformácie charakterizuje vzťah medzi tlakom a deformáciami len pozdĺž zaťažovacej vetvy; neplatí pre vetvu vykládky.
3. Modul deformácie je premenná hodnota, ktorá sa mení v závislosti od doby trvania zaťaženia, stupňa zhutnenia zeminy, plochy a tvaru raznice, hĺbky raznice vzhľadom na povrch pôdy.
Posledný z týchto znakov je charakteristický nielen pre celkový modul deformácie, ale aj pre modul pružnosti zeminy, ktorý charakterizuje obnovenie elastickej deformácie zeminy pri odstránení vonkajšieho zaťaženia.
Je zrejmé, že hodnota modulu pružnosti zeminy, ktorá charakterizuje vzťah medzi tlakom a len pružnou zložkou deformácií, bude vždy väčšia ako celkový modul deformácie tej istej zeminy.
Modul celkovej deformácie je preto zovšeobecnenou charakteristikou pôdy, ktorá odráža elastické aj plastické deformácie. Na rozdiel od modulu normálnej pružnosti lineárne deformovateľných telies sa pri zaťažení zeminy mení hodnota modulu všeobecnej deformácie:
,
(3.4)
kde E o t je modul všeobecnej deformácie pôdy počas obdobia zaťaženia t; S t- deformácia, ktorá má čas rozvinúť sa za rovnaký čas t.
Z uvažovaných vlastností pôdnych deformácií je zrejmá konvenčnosť aplikácie teórie pružnosti na pôdy. Avšak, a to napriek skutočnosti, že vlastnosť elastických teliesok obnoviť svoj tvar pri odstránení vonkajší vplyv nie sú pôde vlastné, riešenia teórie pružnosti sa používajú na určenie napätí v pôdnom masíve a pri posudzovaní jeho stability.
Pretože merný tlak na pôdu zo štruktúr je relatívne malý, potom sa priemerná hustota zemín na základni štruktúr s dostatočnou presnosťou riadi zákonmi lineárne deformovateľných telies. Pri výstavbe konštrukcií nás vždy zaujíma veľkosť sadania, a nie jeho zotavenie po odstránení zaťaženia, preto čiastočná nevratnosť deformácií zeminy tiež nemôže slúžiť ako prekážka pre aplikáciu teórie pružnosti pri výpočtoch. základy v malých intervaloch zaťaženia.
Mali by sa zvážiť povinné podmienky na použitie teórie pružnosti na výpočet pôd:
1. Použitie modulu všeobecnej deformácie ako faktora úmernosti medzi zaťažením a deformáciou s rastúcim zaťažením v úzkom intervale namiesto modulu normálnej pružnosti.
2. Zohľadnenie napätosti zeminy po ukončení vývoja deformácií od vonkajšieho zaťaženia.
Preto pomocou teórie pružnosti budeme pôdy považovať za lineárne deformovateľné telesá, ktorých proces stláčania pôsobením vonkajšieho zaťaženia sa už skončil.
V súčasnosti sa v mechanike pôdy používajú rôzne modely pôdneho prostredia na odhad napäto-deformačného stavu jadra a určenie tlaku pozdĺž základov základov.
Jeden z najdôležitejšie vlastnosti zemina je celkový modul deformácie, ktorý sa používa na výpočet sadania budov a konštrukcií. Modul deformácie je možné určiť z údajov tlakovej skúšky testovaním matrice so statickým zaťažením terénne podmienky, pomocou tlakomerov a podľa fyzikálnych vlastností pôdy.
Stanovenie deformačného modulu podľa údajov tlakovej skúšky. Relatívne vertikálne deformácie sú určené vzorcom
.
(2.22)
Porovnanie pravých strán týchto rovnosti a zohľadnenie toho
,
dostaneme
.
(2.23)
Ak určíme 
, potom
alebo 
.
(2.24)
Treba poznamenať, že modul deformácie stanovený z údajov tlakových skúšok sa často výrazne líši od skutočného, pretože vyťaženie zeminy z hĺbky pre tlakové skúšky vedie k zmene jej napätosti.
Stanovenie modulu deformácie podľa údajov skúšania zeminy statickým zaťažením v jame alebo studni. Najpresnejšie hodnoty modulu deformácie možno získať z údajov testovania razidla s veľkosťou viac ako 5000 cm 2 v teréne (obr. 2.13).
Obr.2.13. Skúšky pôdy statickým zaťažením v jame:
a - schéma inštalácie;
b - závislosť sadnutia od zaťaženia;
2 - tvrdá pečiatka;
Celkový deformačný modul je určený vzorcom
,
(2.25)
kde w- koeficient pre kruhové tuhé matrice rovný 0,8; d- priemer pečiatky; R– prírastok zaťaženia; S- prírastok ponoru razidla pri zmene tlaku o P.
Vzorec (2.25) je použiteľný v medziach lineárnej závislosti grafu „sadnutie - zaťaženie“.
Stanovenie modulu všeobecnej deformácie na základe výsledkov skúšania pilóty s prihliadnutím na zmeny vlastností zeminy v dôsledku zatĺkania pilóty.
Pre hromádkové kríky 
,
(2.26)
Pre pásové pilótové základy
,
(2.27)
kde 0 je bezrozmerná hodnota, tabuľková s ohľadom na zákonitosti prenosu zaťaženia pozdĺž povrchu plášťa a v rovine hrotu, koeficient bočnej rozťažnosti zeminy 0, zmenšenú šírku pilótového základu a zmenšený hĺbka hranice jadra (prevzaté podľa tabuliek vyššie uvedenej monografie).
Celkový deformačný modul možno určiť aj inými metódami:
a) podľa testovania pôdy v trojosových kompresných zariadeniach (stabilometer):
,
(2.28)
kde 1 – prírastok axiálneho tlaku; z– prírastok vertikálnych deformácií;
b) podľa skúšok tlakomeru. Do vyvŕtanej studne sa spustí gumený valec (obr. 2.14) naplnený kvapalinou. So zvyšujúcim sa tlakom vo valci sa zvyšuje aj jeho priemer. S ohľadom na P/d a zodpovedajúce vzorce určujú celkový modul deformácie;
Obr.2.14. Testovanie pôdy v studni pomocou tlakomeru:
1 – tlakomer;
2 - gumený plášť
c) podľa tabuliek SNiP v závislosti od fyzikálnych vlastností pôdy (tabuľky I.1, I.3 prílohy I).
Stanovenie tuhosti zeminy alebo modulov deformácie je potrebné na riešenie jedného z hlavných teoretických problémov zakladania stavieb, ktorým je predikcia sadania základov. Metódy výpočtu vysporiadania sú uvedené v SP 50-101-2004 "Projektovanie a montáž základov a základov budov a konštrukcií."
Modul deformácie sa odporúča určiť pomocou laboratórnych a terénne metódy testovanie pôdy. Metóda kompresie a trojosového určenia modulov deformácie je uvedená v GOST 12248-96. Metóda určovania modulu deformácie v teréne je stanovená v GOST 20276-85 „Metódy na určovanie charakteristík deformovateľnosti v teréne“. Podobné metódy laboratórne testy vyrazil aj v AASHTO TP-46, ASTM D 1195 a ASTM D 1196.
V daných GOST sa odporúča určiť modul deformácie, ktorý zohľadňuje elastickú aj zvyškovú deformáciu. Z týchto skúšok je možné vyčleniť čisto elastický modul deformácie iba pomocou odľahčovacej vetvy závislosti "napätie-pretvorenie".
Súčasne je možné merať modul pružnosti v laboratóriu pomocou dynamického trojosového testovania alebo rezonančného testovania vzoriek pri jednoosovom stlačení. To je však spojené s výberom vzoriek a nie je to vždy možné alebo vhodné pre hromadné a nevyhnutné rýchle stanovenie.
Deformácie pôdy základov budov a konštrukcií sa určujú pomocou elastických parametrov: modul deformácie E; šmykový modul G , modul objemovej deformácie K a Poissonov koeficient . Vo väčšine prípadov je základňa viacvrstvová a elastické moduly sa môžu výrazne líšiť od vrstvy k vrstve, pričom sa spravidla zväčšujú s hĺbkou.
Hlavnými elastickými parametrami sú modul deformácie a Poissonov koeficient. Pomocou riešení teórie pružnosti sú zostávajúce moduly určené pomocou výrazov, ktoré sú uvedené v tabuľke. jeden.
Tab. 1. Vzťah medzi modulmi deformácie
| Modul pružnosti v šmyku, G | Modul pružnosti, E | modul M | Objemový modul, K | Neustále Chromý, | Poissonov pomer, | |
Modul deformácie sa používa pri určovaní sadania základov napríklad pomocou výrazu (5.14) SP 50-101-2004 pri pôsobení statického zaťaženia od hmotnosti budov alebo konštrukcií. Hodnoty modulu deformácie v závislosti od hĺbky možno odhadnúť z empirickej korelácie výsledkov laboratórnych testov nenarušených pôdnych vzoriek a výsledkov terénnych testov.
Laboratórne metódy
Modul deformácie, alebo ako sa to nazýva v mechanike kontinua - Youngov modul je koeficient úmernosti vzťahu "deformácia-napätie", ktorý navrhol Hooke vo forme
(1)
v ktorom každý rovnaký prírastok jednoosového napätia zodpovedá proporcionálnemu zvýšeniu napätia.
V tabuľke. 2 ukazuje laboratórne metódy na stanovenie modulov deformácie.
Tab. 2. Moduly deformácie
| Typ testu | Popis | Diagramy | ||
| Jednoosová kompresia | Zvyšovať konštantne. Trajektória načítania OA. Stanovenie modulu deformácie, E |
|
||
| Hydrostatická (všestranná) kompresia | Zvýšte , , rovnako. Trajektória načítania NST. Stanovenie modulu objemovej deformácie, K |
|
||
| jednoduchý posun | Po hydrostatickom zaťažení zostáva konštantná, ale ostatné dve napätia sa menia , . Načítava sa cesta SST . Stanovenie šmykového modulu, G |
|
||
| Kompresia - kompresia | Zvýšenie nemožnosti bočnej expanzie. Stanovenie kompresného modulu deformácie, E d |
|
||
| Štandardná trojosová kompresia |
Po hydrostatickom zaťažení až , sa zvyšuje a
 pred zničením. Trajektória načítania CTST.
Stanovenie tangenciálneho modulu deformácie, E t v tlaku
|
|
||
| Štandardné trojosové predĺženie | Po hydrostatickom zaťažení až , zvýšenie a . Trajektória načítania STET. Stanovenie tangenciálneho modulu deformácie, E t pri expanzii |
|
||
Ryža. 1. Dráhy napätia realizované v stabilometri
Hookov zákon bol prvýkrát vyvinutý na opis homogénnych a izotropných materiálov zvážením elastického správania kovov pod napätím. Pôdy vykazujú lineárne elastické správanie až do relatívne malého zaťaženia. Avšak aj v tomto prípade dochádza k zvyškovej deformácii v zeminách pri vykladaní. Preto pri zaťažení do hranice úmernosti pre zeminy platí aj nasledovné lineárna závislosť Hooke však pri vysokých zaťaženiach deformácie v zeminách závisia nelineárne od napätí. To je dôležité najmä pri projektovaní výškových budov, keď tlak na základňu základov môže byť 600-800 kPa.
Testovanie vzoriek pôdy v stabilometri umožňuje určiť tangenciálny modul deformácie podobný Youngovmu modulu. Podobnosť deformačného modulu s Youngovým modulom umožňuje využiť riešenia teórie pružnosti pri výpočte sadania základov.) a číslo plasticity PI , ktoré možno určiť terénnymi a laboratórnymi testami. AT tab. 3 sú znázornené typické hodnoty modulu deformácie.
Tab. 3. Hodnoty modulu deformácie
| Typ pôdy | Modul deformácie, E s , MPa |
| Veľmi mäkké íly | 0,5 - 5,0 |
| Mäkké íly | 5,0-20,0 |
| Polotvrdé íly | 20,0-50,0 |
| tvrdé hliny | 50,0-100,0 |
| piesčité íly | 25,0-200,0 |
| sypké piesky | 10,0-20,0 |
| husté piesky | 25,0-100,0 |