Для обеспечения устойчивости сооружений, например, основания фундамента и насыпи для дорог и площадок, часто используют армогрунтовые конструкции. В них послойно чередуется грунт и укрепляющий (армирующий) геосинтетический материал, который изготавливают из синтетического сырья. При проектировании важно понимать, как армирующий элемент взаимодействует с грунтом для обеспечения надежной эксплуатации в будущем. В России сейчас принята только одна методика для проведения таких испытаний, но процесс затратный и трудоемкий, отсутствует в необходимом количестве и зарубежное лабораторное оборудование. Ученые Пермского Политеха разработали удобный отечественный способ, который требует меньше финансовых и временных затрат, при этом остается эффективным для применения в реалиях нашей страны.
В ПНИПУ нашли простой способ оценить взаимодействие между грунтом и армирующими элементами / © Maria Lupan, Unsplash
На изобретение выдан патент. Исследование проведено в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Прежде чем приступить к возведению армогрунтовых конструкций, необходимо провести соответствующие расчеты. К таким конструкциям относятся насыпи, предназначенные для автомобильных и железных дорог, основания фундаментов мелкого заложения, а также армогрунтовые удерживающие сооружения. Однако недостаточное изучение процессов взаимодействия грунта и армирующих геосинтетических элементов – одна из причин, препятствующих применению таких конструкций.
При расчете необходимо учитывать контактные характеристики взаимодействия армирования с грунтом, одной из которых является угол трения, характеризующий совместную работу грунта и армирующего (укрепляющего) материала. От этого показателя зависит прочность и долговечность армогрунтовых конструкций. Значения угла трения на границе контакта армирующего материала с грунтом непостоянны и зависят от множества факторов – в том числе от глубины армирования, типа грунта, материала армирования и от их совместной работы друг с другом.
Принятый национальный стандарт описывает способ определения контактных характеристик по данным испытаний на вытягивание геосинтетического материала из массива грунта. Основная из них – это угол трения на контакте «грунт-геосинтетик». Значительная стоимость и трудоемкость, а также необходимость использования специализированного оборудования, которое не изготавливается в России, не позволяют применять эту методику повсеместно.
Ученые Пермского Политеха разработали более доступный, но не менее результативный способ определения угла трения, используя при этом приборы, доступные во многих лабораториях страны.
«Предложенная технология подразумевает проведение испытания образца грунта, армированного тканым геосинтетиком, в приборе трехосного сжатия, где предусмотрено измерение радиальной деформации датчиком, который в виде разомкнутой цепочки или ленты устанавливается в средней части испытуемого образца. Датчик фиксирует момент увеличения диаметра образца в зоне армирования, что соответствует потере сцепления армирующих слоев с грунтом при определенной величине вертикальных напряжений. Такие испытания при различных боковых давлениях позволяют определить угол трения на контакте геосинтетического материала с грунтом», – рассказывает Максим Казаков, аспирант кафедры «Строительное производство и геотехника» ПНИПУ.
Образец грунта при формировании в приборе трехосного сжатия политехники армируют горизонтально двумя слоями геосинтетического материала в средней части образца. Расстояние между слоями армирования равно высоте цепочки датчика радиальной деформации. Во время проведения испытания датчик, установленный в зоне армирования, регистрирует момент увеличения радиальной деформации, что соответствует потере контакта («срыву») армирующих слоев, когда грунт, расширяясь под действием приложенной к образцу нагрузки, выходит за границы геосинтетического материала. На основе этих показателей при различных боковых давлениях строится график, определяющий угол трения.
«Армирование дисперсных грунтов горизонтальными элементами типа геотекстилей и георешеток позволяет значительно снизить затраты на устройство грунтовых конструкций. Оценка совместной работы грунта и арматуры и разработка простых и недорогих методик испытаний для проведения такой оценки позволяют более эффективно применять горизонтальное армирование геосинтетическими материалами в строительной практике», – поделился Вадим Офрихтер, научный руководитель проекта, заведующий кафедрой «Строительное производство и геотехника» ПНИПУ, доктор технических наук.
Разработанный учеными Пермского Политеха способ позволяет с минимальными затратами и трудоемкостью определять угол трения на контакте геосинтетического материала с грунтом, используя прибор трехосного сжатия с датчиком радиальной деформации. Простота и доступность технологии способствует эффективному определению важных характеристик для расчета армогрунтовых сооружений.
