Próbne obciążanie gruntu płytą sztywną
Próbne obciążanie jest badaniem terenowym, przeprowadzanym bezpośrednio w miejscu
występowania badanego gruntu. Badanie to pozwala ustalić zależność pomiędzy obciążeniem
i odkształceniem, która z kolei stanowi podstawę do wyznaczenia modułów odkształcenia E
0
i
E (E
0
— moduł odkształcenie pierwotnego, i E — moduł odkształcenia wtórnego). Parametry
te są niezbędne do projektowania fundamentów.
Spośród szeregu metod próbnego obciążania gruntu do najczęściej stosowanych należy
metoda próbnego obciążania płytą sztywną.
Budowa urządzenia do próbnego obciążania gruntu płyta sztywną
Zasadniczymi elementami urządzenia do próbnego obciążenia gruntu płytą sztywną są:
Płyta sztywna. Jest to płyta stalowa o kształcie kołowym lub wielobocznym,
najczęściej kwadratowym, o powierzchni co najmniej 0,5 m
2
spełniająca wymagane
warunki sztywności.
Konstrukcja obciążająca. Stosowane są konstrukcje dźwigniowe obciążane balastem,
np. obciążnikami betonowymi oraz konstrukcje oporowe, w których obciążenie
wywierane jest podnośnikami hydraulicznymi.
Dynamometr do pomiaru wywieranego nacisku, o podziałce elementarnej 1 ± 0,02 kN.
Urządzenia do pomiaru osiadań. Najczęściej są nimi czujniki zegarowe o podziałce
elementarnej 0,01 ± 0,002 mm zamontowane na nieruchomym układzie odniesienia.
Technika wykonywania badań
—
płytę sztywną układa się na dnie wykopu na warstwie wyrównawczej piasku lub
zaprawy gipsowej, a następnie obsypuje się ją warstwą zagęszczonego gruntu o
grubości co najmniej 0,5 m,
—
obciążanie powinno przebiegać tak, aby obok płyty nie działały żadne dodatkowe
obciążenia oraz aby obciążenia nie spowodowały osiadań układu odniesienia pomiarów
osiadań płyty,
—
kolejne stopnie obciążenia wynoszą:
pierwszy (p
0
) równy
σ
zρ
; gdzie
σ
zρ
to naprężenie pierwotne w poziomie
posadowienia (na głębokości badania),
co najmniej trzy następne pomiędzy wartościami
σ
zρ
i
σ
zq
; gdzie
σ
zq
to naprężenie
od obciążenia zewnętrznego (obciążenia od budowli),
co najmniej trzy dalsze pomiędzy wartościami
σ
zq
i 2
σ
zq
,
w przypadku potrzeby przeprowadzenia powtórnego obciążania płyty, obciążenie
należy doprowadzić tylko do wartości
σ
zq
,
następnie zmniejszyć do wartości
σ
zρ
i
powtórnie zwiększyć do wartości
σ
zq
, a następnie stopniami do 2
σ
zq
,
—
obciążenie każdego stopnia powinno trwać tak długo, aż przyrost osiadania płyty nie
będzie większy niż 0,1 mm w czasie 2 godzin (grunt spoisty) oraz w czasie 0,5 godz.
(inne grunty),
—
w trakcie wykonywania badania podłoże i urządzenia pomiarowe należy chronić od
szkodliwych wpływów mechanicznych i atmosferycznych,
—
po zakończeniu badania wykop badawczy należy pogłębić o 1 m i wykonać badania
makroskopowe, badanie ścinarką obrotową i penetrometrem tłoczkowym (grunt
spoisty) oraz pobrać próby NW i NNS.
Interpretacja wyników badań
Moduły odkształcenia oblicza się ze wzoru (1):
k
B
E
E
⋅
⋅
−
=
ω
ν
)
1
(
)
(
2
0
(1)
E
0
(E) —
moduł odkształcenia pierwotnego (wtórnego),
ν
—
współczynnik Poissona gruntu,
ω
—
współczynnik kształtu płyty sztywnej; ω = 0,79 dla płyty kołowej, ω = 0,84 dla
płyty kwadratowej,
B
—
ś
rednica płyty sztywnej lub jej mniejszy bok, [m],
k
—
współczynnik prostej aproksymującej początkowy prostoliniowy odcinek
zależności przemieszczenie — odkształcenie w odniesieniu do stanu
odkształcenia jaki wystąpił przy obciążeniu p
0
równym σ
zρ.
Obci
ąż
enie, p [kPa]
P
rz
e
m
ie
s
z
c
z
e
n
ie
,
u
[
m
]
αααα
p
0
k = tg
α
Aproksymację przeprowadzamy metodą najmniejszych kwadratów przy użyciu linii prostej o
równaniu u = k (p – p
0
). Kąt nachylenia
αααα
prostej aproksymującej można zatem wyznaczyć ze
wzoru (2):
∑
∑
∑
∑
∑
−
⋅
⋅
−
⋅
=
=
2
2
)
(
p
p
n
p
u
p
u
n
tg
k
α
(2)
n – ilość punktów zaliczonych do odcinka prostoliniowego
SPRAWOZDANIE
Obliczenia należy prowadzić stosując poniższą tabelę. Dokładność obliczeń do 2
miejsc po przecinku, za wyjątkiem współczynnika k. W sprawozdaniu po zestawieniu danych
należy zamieścić tabelę, wykres oraz obliczone wartości k i E
0
.
Zestawienie wyników próbnego obciążenia płytą sztywną
Stopień
Obciążenie p
Osiadanie u
Obciążenia
[kPa]
[mm]
u*p
p
2
1
2
3
4
5
0
0
-
-
1
2
3
4
5
6
7
8
ΣΣΣΣ
Na podstawie sporządzonego wykresu należy wyznaczyć prostoliniowy odcinek
charakterystyki osiadania, a następnie za pomocą wzoru (2) obliczyć wartość współczynnika
kierunkowego
k
. Za pomocą wzoru (1) wyznaczyć wartość modułu odkształcenia
pierwotnego
E
0
.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
obci
ąż
eni e P [kPa]
0
10
20
30
40
50
o
ia
d
a
n
ie
u
[m
m
]
próbne obci
ąż
enie nr ....
1
2
3
Na wykresie należy zaznaczyć i opisać wartości
σσσσ
zp
(1)
,
σσσσ
zq
(2) oraz
2
٠
σσσσ
zq
(3)
σσσσ
zp
= głębokość posadowienia ٠ gęstość objętościowa gruntu z wykopu
σσσσ
zq
= obciążenie od projektowanej budowli