БЛОГ
Модуль деформации грунта
Модуль деформации грунта — это ключевая характеристика, отражающая способность грунта сжиматься под нагрузкой в рамках линейно-упругой модели. Она широко используется в инженерной геологии и фундаментостроении.
Модуль деформации грунта
Определение модуля деформации грунта — сложный процесс, требующий профессионального подхода и специального оборудования. Самостоятельно провести такие исследования невозможно. Оптимальное решение — заказать данную услугу у специалистов.
Если не выполнить необходимые исследования, возникает высокий риск перекоса здания, появления трещин на стенах и фундаменте.
Если не выполнить необходимые исследования, возникает высокий риск перекоса здания, появления трещин на стенах и фундаменте.
Важность расчёта
Под действием веса зданий или дорожного покрытия грунт всегда даёт усадку. Это происходит из-за деформации массива. Лишь незначительная часть таких деформаций восстанавливается; большинство из них являются устойчивыми (остаточными).
Модуль деформации позволяет прогнозировать степень изменения основания под фундаментом и активно применяется в следующих областях:
Модуль деформации позволяет прогнозировать степень изменения основания под фундаментом и активно применяется в следующих областях:
частное и промышленное строительство;
строительство автомобильных и железных дорог;
возведение дамб, плотин и других инженерных сооружений;
благоустройство территорий.
строительство автомобильных и железных дорог;
возведение дамб, плотин и других инженерных сооружений;
благоустройство территорий.
Практическое значение модуля деформации
Для получения достоверных данных модуль деформации определяют в полевых и лабораторных условиях — отдельно для каждого конкретного грунтового массива.
дисперсности (размера частиц) грунта;
пористости;
влажности;
водонасыщенности.
пористости;
влажности;
водонасыщенности.
Модуль деформации (обозначается E0E0) — ключевая характеристика, описывающая поведение грунта под воздействием различных нагрузок. Он отражает прямую пропорциональную зависимость между возникающим напряжением и деформацией грунта.
Знание модуля деформации необходимо при проектировании фундаментов: оно позволяет правильно рассчитать осадку сооружения и избежать перекосов здания.
Величина модуля зависит от ряда факторов:
Знание модуля деформации необходимо при проектировании фундаментов: оно позволяет правильно рассчитать осадку сооружения и избежать перекосов здания.
Величина модуля зависит от ряда факторов:
Деформационные свойства грунтов: определение модуля деформации
Здесь важно установить предельные нагрузки на дорожный слой, при которых он не будет деформироваться. Модуль деформации вычисляют как для природного грунтового основания, так и для каждого слоя дорожной конструкции.
В дорожном строительстве
Тротуары и пешеходные зоны не должны проседать или деформироваться. Но грунт может оседать даже под весом асфальта или тротуарной плитки. Поэтому расчёт несущей способности грунта становится решающим фактором при выборе типа покрытия.
При благоустройстве территорий
Дамбы и плотины передают на основание огромную нагрузку от собственного веса (иногда сотни тысяч тонн). Модуль деформации позволяет рассчитать, какую осадку даст грунт.
Возведение дамб, плотин и других инженерных сооружений
Модуль деформации помогает рассчитать величину и время усадки грунта под нагрузкой от фундамента и самого здания. Кроме того, на его основе определяют, насколько необходимо уплотнять грунт и какими способами его можно укрепить.
В строительстве зданий и сооружений
1
2
3
4
Теоретическая основа: решение Буссинеска
Модуль деформации для винтового штампа в соответствии с формулой 2 п.5.5.2 ГОСТ 20276.1-2020:
Как определяют модуль деформации по ГОСТ 20276.1-2020
Почему штамповые испытания — золотой стандарт?
Проинтегрировав это выражение по площади круга получим выражение для определения осадки точки на поверхности основания и проходящей через центральную вертикальную ось (для z=0):
S=((1-μ)2∙P∙d)/E
Данная формула получена для определения осадки гладкого круглого гибкого фундамента (штампа).
Модуль деформации грунта в соответствии с формулой Шлейхера с учетом жесткости фундамента:
E=((1-μ2)∙P∙d∙ω)/S,
S=((1-μ)2∙P∙d)/E
Данная формула получена для определения осадки гладкого круглого гибкого фундамента (штампа).
Модуль деформации грунта в соответствии с формулой Шлейхера с учетом жесткости фундамента:
E=((1-μ2)∙P∙d∙ω)/S,
- где ω – коэффициент формы жесткого штампа.
Вертикальное перемещение (осадка) на поверхности:
Формулы базируются на классическом решении Буссинеска о действии сосредоточенной силы на упругое полупространство. Вертикальное напряжение от силы P на поверхности:
Формула для определения модуля деформации винтового штампа отличается от формулы для штампа на поверхности введением коэффициента KP учитывающего относительное заглубление штампа h/D.
E=(1-ν2)∙Kp∙K1∙D∙∆p/∆S
Формула для расчета модуля деформации по результатам штамповых испытаний в соответствии с формулой 1 п.5.5.2 ГОСТ 20276.1-2020:
E=(1-ν2)∙K1∙D∙∆p/∆S,
где ν — коэффициент Пуассона;
K1 — коэффициент, равный 0,79 для круглого жесткого штампа
D — диаметр штампа, см
ΔP — приращение давления Pn – P0 , МПа;
ΔS — приращение осадки штампа для соответствующего диапазона давлений ΔP
где ν — коэффициент Пуассона;
K1 — коэффициент, равный 0,79 для круглого жесткого штампа
D — диаметр штампа, см
ΔP — приращение давления Pn – P0 , МПа;
ΔS — приращение осадки штампа для соответствующего диапазона давлений ΔP
Самыми точными считаются полевые испытания с использованием штампа. Они позволяют изучать грунт в его естественном залегании, без нарушения структуры. Полученный в таких условиях параметр называют штамповым модулем деформации. Именно эта величина лежит в основе расчёта осадки фундаментов согласно актуальным нормам (СП 22.13330.2016).
Расчёт ведётся в предположении линейно-деформируемой среды, где напряжения и деформации связаны пропорционально. Главное условие корректного применения теории — работа на линейном участке графика «осадка – давление», построенного по данным испытаний.
Расчёт ведётся в предположении линейно-деформируемой среды, где напряжения и деформации связаны пропорционально. Главное условие корректного применения теории — работа на линейном участке графика «осадка – давление», построенного по данным испытаний.
Процедура включает несколько этапов:
Построение графика зависимости осадки штампа от давления.
Выбор диапазона давлений — строго в пределах линейного участка.
Расчёт приращения осадки ΔS для выбранного интервала давлений pn-po.
Учёт заглубления (для винтового штампа) — вводится коэффициент Kp.
Вычисление модуля деформации по нормативной формуле (п. 5.5.2 ГОСТ).
Построение графика зависимости осадки штампа от давления.
Выбор диапазона давлений — строго в пределах линейного участка.
Расчёт приращения осадки ΔS для выбранного интервала давлений pn-po.
Учёт заглубления (для винтового штампа) — вводится коэффициент Kp.
Вычисление модуля деформации по нормативной формуле (п. 5.5.2 ГОСТ).
Пример графика с линейным участком
Этапы выполнения работ
Подготовка
Анализ имеющихся инженерно-геологических данных, выбор точек испытаний, определение необходимых горизонтов. Проходка шурфов или скважин, выравнивание основания под штамп.
Анализ имеющихся инженерно-геологических данных, выбор точек испытаний, определение необходимых горизонтов. Проходка шурфов или скважин, выравнивание основания под штамп.
Отчёт
Документ включает: условия и методику испытаний, схему установки, таблицы нагрузок и осадок, графики, расчёты модулей деформации, рекомендации для проектирования фундаментов.
Документ включает: условия и методику испытаний, схему установки, таблицы нагрузок и осадок, графики, расчёты модулей деформации, рекомендации для проектирования фундаментов.
Обработка данных
Строится график «нагрузка – осадка», по линейным участкам вычисляются модули деформации с учётом геометрии штампа и нормативных требований. Оценивается сжимаемость и линейность поведения грунта.
Строится график «нагрузка – осадка», по линейным участкам вычисляются модули деформации с учётом геометрии штампа и нормативных требований. Оценивается сжимаемость и линейность поведения грунта.
Проведение испытаний
Нагрузка подаётся ступенями (0,05–0,1 МПа), выдержка на каждой ступени — 5–10 мин. Фиксируется осадка. После достижения максимума проводится разгрузка с замером обратимых деформаций.
Нагрузка подаётся ступенями (0,05–0,1 МПа), выдержка на каждой ступени — 5–10 мин. Фиксируется осадка. После достижения максимума проводится разгрузка с замером обратимых деформаций.
Монтаж оборудования
Установка стального диска (чаще ⌀250 мм), монтаж домкрата с реактивной рамой, размещение измерителей осадки (индикаторы, датчики перемещений).
Установка стального диска (чаще ⌀250 мм), монтаж домкрата с реактивной рамой, размещение измерителей осадки (индикаторы, датчики перемещений).
E1 — общий модуль деформации;
Eу — модуль упругости грунта;
E2 — модуль деформации при повторном нагружении.
Обычно Eу=5 -10E1, то есть упругий модуль значительно выше.
Eу — модуль упругости грунта;
E2 — модуль деформации при повторном нагружении.
Обычно Eу=5 -10E1, то есть упругий модуль значительно выше.
При разгрузке грунт проявляет упругие свойства — деформации частично восстанавливаются за счёт упругости скелета и связанной воды. Чтобы определить модуль упругости (модуль Юнга), испытания проводят с циклами: нагрузка → разгрузка → повторное нагружение.
По такому графику определяют три параметра:
По такому графику определяют три параметра:
Модуль упругости грунта: чем отличается от модуля деформации
1
2
3
4
5
График зависимости осадки штампа (S) от удельного давления (Р)
Комплекс работ под ключ
Работа по ГОСТ 20276.1-2020
Скидка 5% при первом заказе
Стоимость испытания от 5 000
Наши услуги
Наша аккредитованная лаборатория определит модуль деформации грунта любой сложности, по ГОСТ "под ключ"
Мы определяем не только «паспортный» модуль деформации, но и реальный модуль упругости грунта. Работаем с жесткими и винтовыми штампами по ГОСТ 20276.1-2020 с выдачей данных для СП 22.13330.2016
Оставь заяву
Мы перезвоним и проконсультируем по всем вопросам!