DETERMINATION OF DEFORMATION CHARACTERISTICS OF REINFORCED SOIL BASE BY EXPRESS METHOD USING DYNAMIC DENSITOMETER

Abstract


One way to improve the properties of soils is their reinforcement by different geosynthetic materials. Difficulty an objective assessment of the effectiveness of the use of geosynthetics in construction is its one of the reasons preventing their wider application. Conducting research aimed at studying the work of geosynthetic materials in the construction of foundations and their interaction with the ground, is a very costly and time consuming practice. The tests of reinforced soil structures for transport construction, which are influenced by dynamic loads are particularly complex. Geosynthetics can significantly improve the deformation characteristics of reinforced soil bases. Therefore, the use of different express methods for determination of deformation characteristics of reinforced soil bases is very important. Method using the dynamic densitometer is a new express methods for determining the deformation characteristics of subgrade. «Meter ground dynamic modulus DPG-1.2» was used as an apparatus for determining the dynamic modulus of elasticity Ed on the ground surface Dynamic modulus of elasticity Ed has a correlation dependence with a coefficient of compaction and static modulus of elasticity Est . One application of geosynthetic material in road construction is their use in the construction of temporary roads. Therefore, the construction of temporary road, representing a layer of sand of various thickness on the reinforcing geosynthetic interlayer modeled in this work. The carcass geogrid KS-16 «Rossomaha» production on JSC ««Krasnokamsk Metal Mesh Works» «and geotextile Geospan TN-50 manufactured by Ltd «HEXA-woven materials» were used as reinforcing geosynthetics. This article presents the results of the determination of the static modulus of elasticity Est and dynamic elasticity modulus Ed soil reinforced by geosynthetic material and soil without reinforcement using DPG-1.2 device. As a result of the experiment shows that the modulus values obtained with the express method of using the device-DPG 1.2 are comparable with the values of data obtained by the laboratory method, the measurement error does not exceed 22 %. For backfill thicknesses h = 50 mm use the carcass geogrid KS-16 can increase Est by 23 % and Ed by 14 % compared with the unreinforced base. Using the geotextile Hexa TN-50 can increase Est by 15.5 % and Ed by 11 % compared with the unreinforced base. Increasing the thickness backfill h up to 100 mm is practically not reduce the effectiveness of the reinforcement carcass geogrid KS-16 «Rosomaha» - static modulus E st is increased by 22 % and dynamic modulus Ed by 14 % compared to the unreinforced base. And for the geotextile Hexa TH-50 at h = 100 mm reinforcement efficiency is greatly reduced - the value Est and Ed only increased by 2.5 % compared with the unreinforced base. This is probably caused by a significantly greater rigidity carcass geogrid KS-16 «Rosomaha» Thus DPG-1.2 device allows accurately measure the deformation characteristics of soil bases. The use of specialized carcass geogrids KS-16 «Rossomaha «more effectively in the construction of temporary roads in comparison with universal geosynthetics Hexa TN-50.

Full Text

Введение Строительство на территории Пермского края может представлять значительные трудности из-за геологических и климатических условий. Особенно большие сложности вызывают работы нулевого цикла и строительство временных дорог вследствие наличия слабых грунтов, которые не позволяют проводить строительные работы без применения специальных мероприятий. В настоящее время в этих случаях для улучшения свойств грунтов применяются различные геосинтетические материалы [1]. Данные материалы характеризуются широким спектром полезных свойств, в числе которых армирование, позволяющее улучшить как прочностные, так и деформационные характеристики армогрунтовых конструкций. В последнее время в результате развития технологий появляются новые геосинтетические материалы [2]. Современные геосинтетические материалы могут быть универсального или узконаправленного назначения. В последнее время в мире наблюдается увеличение числа узкоспециализированных геосинтетиков. Наиболее часто геосинтетические материалы используются в транспортном строительстве. Одной из причин, препятствующей более широкому применению геосинтетических материалов в строительстве, является сложность объективной оценки эффективности их использования. Изучение работы геосинтетических материалов в конструкциях автомобильных дорог и взаимодействия их с грунтом является весьма дорогостоящим и трудоемким мероприятием. Геосинтетические материалы позволяют существенно улучшить деформационные характеристики армогрунтовых оснований [3]. Испытания таких конструкций для транспортного строительства являются особенно сложными и трудоемкими, так как они воспринимают воздействие динамических нагрузок от транспортных средств. Поэтому использование различных экспресс-методов для определения деформационных характеристик армогрунтовых конструкций является весьма актуальным. Определение деформационных характеристик грунтового основания возможно с помощью нового экспресс-метода с использованием динамического плотномера [4-9]. Для определения динамического и статического модулей упругости на поверхности грунта применялся «Измеритель динамический модуля упругости грунтов ДПГ-1.2». Динамический модуль упругости имеет корреляционную зависимость с коэффициентом уплотнения и статическим модулем упругости [10, 11]. Одной из областей применения геосинтетических материалов в дорожном строительстве является их использование в конструкциях временных дорог [12, 13]. Поэтому в работе моделировалась конструкция временной автомобильной дороги, представляющая собой слой песка различной толщины на армирующей геосинтетической прослойке. В данной статье представлены результаты определения статического модуля упругости Est и динамического модуля упругости Ed неармированного грунта и армирования грунта геосинтетическим материалом с помощью прибора ДПГ-1.2. Целью проведения испытаний является: 1. Изучение возможности применения прибора для определения статического модуля упругости Est и динамического модуля упругости Ed. 2. Определение влияния армирования грунта геосинтетическим материалом на изменение статического модуля упругости Est и динамического модуля упругости Ed. Методика проведения исследований При выполнении испытаний в качестве грунтового основания использовался маловлажный песок средней крупности. Его физико-механические характеристики, определенные лабораторным способом, приведены в табл. 1. Таблица 1 Результаты определения физико-механических свойств песка Table 1 The results of the determination of physical and mechanical properties of sand Наименование показателя Обозначение Значение Влажность грунта, % w 4 Удельный вес грунта, кН/м3 γ 16,5 Удельный вес частиц грунта, кН/м3 γ s 25,0 Угол внутреннего трения грунта, град φ 35 Удельное сцепление грунта, кПа с 0 Коэффициент пористости грунта, д.ед. е 0,65 Модуль деформации грунта, МПа Е 13,0 Прибор ДПГ-1.2 (рис. 1) состоит из механического ударного устройства и электронного блока. Механическое ударное устройство состоит из круглого штампа диаметром d = 200 мм, на котором жестко закреплен блок датчиков перемещения и ударного усилия, направляющая штанга, пружинный демпфер и груз. Электронный блок имеет сервисную программу для более детальной обработки полученной информации, подготовки отчета и архивирования результатов. В качестве армирующего геосинтетического материала были использованы каркасная геосетка КС-16 «Росомаха» производства ОАО «КЗМС» и геоткань Геоспан ТН-50 производства ООО «ГЕКСА-нетканые материалы», имеющие размеры 1000´1000 мм. Каркасная сетка «Россомаха» была специально разработана для использования в конструкциях временных автодорог и характеризуется повышенной жесткостью на изгиб по сравнению с обычными геосетками. Геоткань «Гекса» относится к универсальным геосинтетическим материалам, имеющим широкий спектр областей применения. Физико-механические характеристики геосинтетических материалов приведены в табл. 2. Таблица 2 Физико-механические характеристики геосинтетических материалов Table 2 Physico-mechanical characteristics of geosynthetic materials Показатели КС-16 «Росомаха» Геоспан ТН-50 Материал полиэфир полипропилен Толщина, мм 12,0 1,35 Масса 1 м2, г 1600 275 Прочность при растяжении, кН/м 60,0 50,0 Относительное удлинение при разрыве, % 10 17 Проведение экспериментов выполнялось в два этапа: 1. Определение динамического и статического модуля упругости неармированного основания. 2. Определение динамического и статического модуля упругости основания, армированного геосинтетическими материалами. Каждая серия испытаний проводилась с шестикратной повторяемостью. Толщина слоя засыпки была назначена исходя из диаметра штампа d = 200 мм. Оптимальной глубиной заложения армирующего геосинтетического материала считается величина 0,20…0,25d [3]. Поэтому для оценки эффективности армирования были проведены испытания при толщине засыпки h = 50 мм и h = 100 мм, т.е. при h = 0,25d и h = 0,5d. Процесс проведения эксперимента представлен на рис. 2. Рис. 2. Укладка геосинтетического материала (каркасная геосетка КС-16 «Росомаха») Fig. 2. Laying geosynthetic material (frame geogrid KS-16 “Rosomaha”) По результатам проведения эксперимента были полученные данные, приведенные в табл. 3. Таблица 3 Результаты проведенных экспериментов Table 3 The results of the experiments № п/п Вид основания Динамический модуль упругости Ed, МПа Статический модуль упругости Est, МПа 1 Неармированное 10,14 10,14 2 Армированное геосеткой КС-16, h = 5 см 11,84 13,2 3 Армированное геосеткой КС-16, h = 10 см 11,8 12,95 4 Армированное геотканью Гекса ТН-50, h = 5 см 11,4 12,0 5 Армированное геотканью Гекса ТН-50, h = 10 см 10,4 10,4 Для более детальной обработки информации в приборе ДПГ-1.2 предусмотрен вывод графиков, которые показывают изменение виброперемещения и силы удара во времени. Анализ полученных результатов испытаний По результатам проведенного эксперимента видно, что значения модуля деформации, полученные экспресс-методом с помощью прибора ДПГ-1.2, имеют сопоставимые значения с данными, полученными лабораторным способом, погрешность измерения не превышает 22 %. При толщине засыпки h = 50 мм использование каркасной геосетки КС-16 позволяет увеличить статический модуль упругости Est на 23 % и динамический модуль упругости Ed на 14 % по сравнению с неармированным основанием, а при использовании геоткани Гекса ТН-50 наблюдается увеличение статического модуля упругости Est на 15,5 % и динамического модуля упругости Ed на 11 % по сравнению с неармированным основанием [14, 15]. Увеличение толщины засыпки h до 100 мм практически не уменьшает эффективность армирования каркасной геосеткой КС-16 «Россомаха» - статический модуль упругости Est увеличивается на 22 % и динамический модуль упругости Ed на 14 % по сравнению с неармированным основанием. А для геоткани Гекса ТН-50 при h = 100 мм эффективность армирования значительно снижается - статический модуль упругости Est и динамический модуль упругости Ed увеличиваются только на 2,5 % по сравнению с неармированным основанием. Это, вероятно, вызвано значительно большей жесткостью каркасной геосетки КС-16 «Росомаха». Выводы Прибор ДПГ-1.2 позволяет достаточно точно измерять деформационные характеристики грунтовых оснований, погрешность измерения составила 22 %, причем экспересс-метод несколько занижает значения модуля деформации по сравнению с лабораторным методом. Рассмотренные геосинтетические материалы имеют примерно одинаковую прочность, однако применение специализированной каркасной геосетки КС-16 «Росомаха» более эффективно по сравнению с универсальным геосинтетическим материалом Гекса ТН-50, особенно в конструкциях временных автомобильных дорог, так как она имеет значительно большую жесткость по сравнению с традиционными геосинтетическими материалами.

About the authors

D. A Komarov

LLC “LUKOIL-PERM”

V. I Kleveko

Perm National Research Polytechnic University

References

  1. Справочник геотехника. Основания, фундаменты и подземные сооружения / под общ. ред. В.А. Ильичева, Р.А. Мангушева. - 2-е изд., доп. и перераб. - М.: Изд-во АСВ, 2016. - 1040 с.
  2. Пономарев А.Б., Офрихтер В.Г. Анализ и проблемы исследований геосинтетических материалов в России // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. - 2013. - № 2. - С. 68-73.
  3. Клевеко В.И. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния армированных грунтовых оснований в глинистых грунтах // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. - 2014. - № 4. - С. 188-197.
  4. Сазонова С.А., Пономарев А.Б. К вопросу определения деформационных свойств техногенных оснований экспресс-методами // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. - 2014. - № 1 (13). - С. 89-97.
  5. Сазонова С.А., Пономарев А.Б. Применение экспресс-метода при оценке свойств техногенных грунтов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. - 2014. - № 4. - С. 159-169.
  6. Пономарев А.Б., Сазонова С.А., Румянцев С.Д. О современных методах экспресс-контроля характеристик насыпных грунтов // Геотехника. - 2017. - № 3. - С. 8-12.
  7. Сазонова С.А., Румянцев С.Д. Применение экспресс-методов для определения характеристик насыпных грунтов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. - 2017. - № 3. - C. 113-120.
  8. Исупов И.А., Сазонова С.А. Анализ полевых методов определения деформационных характеристик насыпных грунтов // Master's Journal. - 2018. - № 1. - С. 81-86.
  9. Сазонова С.А., Пономарев А.Б. Некоторые предпосылки применения динамического плотномера к определению модуля деформации грунта // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. - 2018. - Т. 9, № 3. - С. 28-35.
  10. Loizos A., Boukovalas G., Karlaftis A. Dynamic stiffness modulus for pavement subgrade evaluation // Journal of Transportation Engineering. - 2003. - Т. 129, № 4. - С. 434.
  11. Failure modes and mechanisms of pavements in saline foundations / J. Zhang, X. Weng, B. Qu, J. Liu, B. Yang, Y. Li // Proceedings of the Institution of Civil Engineers: Transport. - 2018. - Vol. 171, № 3. - Р. 174-182.
  12. Ведерников Д.Е., Татьянников Д.А. Численное моделирование трех вариантов устройства временных дорог на слабом основании // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. - 2017. - № 2. - С. 41-53.
  13. Черемных С.Г., Татьянников Д.А., Клевеко В.И. Мониторинг деформаций временной дороги // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. - 2018. - № 1 (29). - С. 137-147.
  14. Комаров Д.А., Клевеко В.И. Применение экспресс-метода для определение модуля деформации основания из грунта, армированного геосинтетическим материалом // Научный взгляд в будущее. - 2016. - Т. 11, № 2. - С. 48-51.
  15. Komarov D.A., Kleveko V.I. The use of express method for determining of the base deformations module of soil reinforced by geosynthetics // SWorldJournal. -2016. - Vol. 04, № j116 (10). - С. 26-29.

Statistics

Views

Abstract - 40

PDF (Russian) - 41

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2019 Komarov D.A., Kleveko V.I.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies