Grunto stipruminių ir deformacinių savybių tyrimas triašio slėgio aparate bei jų tikimybinis vertinimas

Abstract

Projektuojant ir statant įvairius pramoninius ir civilinius pastatus, visada reikalingi duomenys, kurie apibūdintų gruntų, sudarančių pastatų pagrindus, fizines ir mechanines savybes. Tokia projektuotojams ir statybos specialistams būtina informacija gaunama tiriant gruntų fizines, mechanines savybes kiekvienoje statybų aikštelėje. Šių savybių rodikliai ir pagal juos apskaičiuotas pagrindo stiprumas nustatomi su tam tikromis paklaidomis. Atskleidus tų paklaidų priežastis, šalinami tyrimo prietaisų trūkumai, tobulinami tyrimo duomenų apdorojimo metodai, tiksliau nustatomi grunto stiprumo rodikliai, ekonomiškiau projektuojami pamatai. Šiuo metu grunto kerpamojo stiprumo rodikliai dažniausiai nustatomi laboratorijose triašio slėgio ir tiesioginio kirpimo aparatais. Šių savybių rodikliai nustatyti įvairių konstrukcijų prietaisais gaunami skirtingi. Įtempimų ir deformacijų būvis grunto pagrinde geriau modeliuojamas triašio slėgio aparatu nei tiesioginio kirpimo aparatu, todėl triašio slėgio aparatas šiuo metu yra plačiai naudojamas pasaulyje nustatant grunto kerpamojo stiprumo savybių rodiklius. Daroma prielaida, kad bandinys bandymo metu deformuojasi vienodai. Šis teiginys yra pagrindinė triašio bandymo idėja. Tačiau dažniausiai bandinys deformuojasi nevienodai dėl grunto bandinio viršaus ir apačios horizontalių poslinkių suvaržymo, bandinio aukščio, nepakankamo drenavimo, guminės membranos poveikio, jo savojo svorio ir kt. Baigtinių elementų metodo analizė taip pat rodo, kad bandinys deformuojasi nevienodai. Apžvelgtoje literatūroje pažymima, kad smėlinio grunto stiprio rodiklių reikšmės, nustatytos triašio slėgio aparatu, gaunamos didesnės, nei nustatytos tiesioginio kirpimo aparatu. Kyla klausimas, koks įtempimų ir deformacijų būvis yra bandinyje, kai jam apkrova perduodama triašio slėgio aparate numatytu būdu? Kokią įtaką turi prietaiso konstrukcija nustatant grunto kerpamojo stiprumo savybių rodiklius? Dėl kokių priežasčių grunto kerpamojo stiprumo rodikliai nustatyti triašio slėgio aparatais yra didesni nei nustatyti tiesioginio kirpimo aparatais? Kokią įtaką kerpamojo stiprumo rodiklių neapibrėžtumai turės pagal juos apskaičiuotiems pamato matmenims? Pagal geotechninio projektavimo norminius dokumentus pamato pagrindas gali būti skaičiuojamas taikant arba dalinių koeficientų metodą, arba dalinių koeficientų metodą kartu atliekant bandymus, arba taikant tiesioginį informacinį-statistinį metodą, kuriame naudojami atsparumo atsargos tikimybiniai modeliai. Taikant dalinių koeficientų metodą, pagrindo stiprumo atsargos pagrindiniams kintamiesiems suteikiamos skaičiuotinės reikšmės naudojant dalinius patikimumo ir derinio koeficientus. Ši metodika neužtikrina vienodos pagrindo suirimo tikimybės. Todėl negalima lyginti, suprojektuotų dalinių koeficientų metodu, skirtingų tipų pamatus, kadangi gaunamas skirtingas pagrindo stiprumo patikimumas. Taikant tikimybinius-statistinius metodus galima projektuoti pasirinkto patikimumo pagrindus ir pamatus. Statybos techniniame reglamente jau pateikiama informacija apie konstrukcijų stiprumo patikimumo įvertinimo metodus (EN rekomenduojamas FORM metodas – pirmos eilės patikimumo metodas; STR pateiktas SECANT metodas – kirstinės antrųjų momentų metodas). STR pateikti metodai leidžia pilniau panaudoti turimą informaciją apie apkrovas ir medžiagas, nustatyti pagrindo stiprumo patikimumo indeksą ir kurio projektavimo sąlygų argumento įtaka pagrindo stiprumo atsargos neapibrėžtumui yra didžiausia. Atlikti tyrimai rodo, kad pagrindo stiprumo atsargos neapibrėžtumui didžiausią įtaką turi vidinės trinties kampas ir sankiba, todėl reikia tiksliau nustatyti šiuos stiprumo rodiklius. Taip būtų galima sumažinti medžiagų ir darbo sąnaudas, reikalingas pastatų pamatų statybai nesumažinus pagrindo stiprumo patikimumo.

Necessary information about soil properties, which is needed for designers and constructors, is obtained in each construction site while examining physical and mechanical properties of soils. Soil strength parameters and using them determined soil bearing resistance usually are defined with some errors. If we know the reasons of errors, disadvantages of testing equipment could be eliminated, methodology of data evaluation could be developed, soil parameters could be determined more precisely and foundation designed more economically. At present triaxial and direct shear tests are the most common tests for determination of soil shear strength parameters in laboratories. Different values of soil shear strength parameters are determined using laboratory equipment of various types. Triaxial test is the most widely used method for determination of soil shear strength parameters. This is one of the most reliable methods to model stress-strain state of ground. It is assumed that soil sample deforms uniformly during the triaxial test. But it is not often the case that a sample in triaxial apparatus deforms uniformly. Questions arise, what is stress-strain distribution in soil sample, when a load is transmitted in a prescribed way? What influence does a non-uniformity have on the soil strength parameters and on foundation size calculated using determined soil strength parameters? Why sandy soil strength parameters obtained from triaxial test are bigger than the one’s, obtained from the direct shear test? According to currently valid geotechnical design standards soil bearing resistance can be calculated applying partial factors method, or partial factors method in addition doing the tests, or applying direct informational-statistic method. Partial factors method doesn‘t assure an equal ground failure probability. Applying statistic-probabilistic methods, it is possible to design foundations of a chosen reliability. Lithuania’s design regulations recommended SECANT method allows to calculate design condition arguments which makes the highest influence on the uncertainty of margin of soil bearing resistance. According to this trying to reduce the uncertainties, it is possible to foresee the directions of further investigations. The investigations carried out show that the highest influence on the uncertainty of margin of soil bearing resistance is made by the of angle of internal friction and cohesion. Therefore, it is essential that these strength parameters should be determined as precisely as possible. This would enable to achieve the economy of materials and labour expenditures for the construction of foundations without decreasing reliability of soil bearing resistance.