ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

роспвтопор

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ СТАТИЧЕСКИМ ШТАМПОМ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ДОРОЖНОЕ АГЕНТСТВО (РОС АВТОДОР)

МОСКВА 2016

1    РАЗРАБОТАН: рабочей группой секции № 4 «Стандартизация, повышение качества и внедрение новых технологий, техники и материалов» Научно-технического совета Федерального дорожного агентства

2    ВНЕСЕН:    Управлением    научно-технических    исследований    и

информационного обеспечения Федерального дорожного агентства

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ распоряжением Федерального дорожного агентствах» 1235-рот 13.07.2016г.

4    Настоящий стандарт разработан с учетом основных нормативных положений DIN 18134:2012-04 «Soil - Testing procedures and testing equipment - Plate load test» (Грунты. Испытания и аппаратура для испытаний. Метод испытания давлением с применением нагрузочной плиты)

5    ИЗДАН: ФГБУ «ИНФОРМАВТОДОР»

6    ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР

7    ВВОДИТСЯ ВЗАМЕН ОДМ 218.3.023-2012.

II

ОДМ 218.5.007-2016

соответствующими вспомогательными средствами (мастерком каменщика, шпателем или передвигая и поворачивая грузовую плиту). Рыхлые части грунта следует удалить.

6.2 Установка оборудования для штамповых испытаний.

Нагрузочную плиту следует полностью уложить на испытываемую поверхность. Для выравнивания неровностей, в случае необходимости, наносят слой песка средней крупности или гипсовой кашицы толщиной в несколько миллиметров. Затем на поверхность помещают нагрузочную плиту, поворачивая ее или слегка постукивая по ней. В случае применения гипсовой кашицы поверхность основания нагрузочной плиты следует промаслить. Кашицу, выдавленную сбоку, следует удалить до затвердевания.

Проведение штамповых испытаний с применением нагрузочной плиты на гипсовой подложке начинают после того, как схватится гипс.

Гидравлический цилиндр устанавливают в середине нагрузочной плиты и перпендикулярно к ней под противовесом и фиксируют во избежание опрокидывания. Расстояние в свету между нагрузочной плитой и опорной поверхностью противовеса должно быть не менее 0,75 м для нагрузочной плиты диаметром 300 мм, не менее 1,10 м для нагрузочной плиты диаметром 600 мм и не менее 1,30 м для нагрузочной плиты диаметром 762 мм. Противовес следует зафиксировать для предотвращения смещения поперек направления приложения нагрузки.

Необходимо обеспечить достаточную устойчивость нагружающего устройства.

Эти требования действительны также для наклонных испытываемых поверхностей.

Измерение осадки проводят с помощью стрелочного индикатора или датчика перемещения, а также с помощью альтернативной системы измерения (см. пункт 4.2.4).

Для измерения осадки грузовой плиты устанавливают считывающее устройство (см. Рисунок 3) в середине грузовой плиты. Расстояние между опорой несущего каркаса и опорной поверхностью противовеса должно быть не менее 1,25 м. Датчик перемещения или стрелочный индикатор должен быть установлен вертикально по отношению к испытываемой поверхности (см. Рисунки За и 36).

При установке нагрузочной плиты необходимо следить за тем, чтобы копирное острие считывающего устройства для измерения осадки вводилось свободно в измерительный туннель цоколя нагрузочной плиты и размещалось в центре плиты.

Устройство для измерения осадки должно быть защищено от попадания солнечных лучей и от ветра.

Штамповая установка и противовес не должны испытывать вибрацию во время испытания.

I

ОДМ 218.5.007-2016

6.3    Предварительное нагружение.

Перед началом испытания объекта, статической штамповой установкой, датчик перемещения или стрелочный индикатор устанавливают на ноль. Затем нагрузочные плиты диаметром 300 мм и 600 мм подвергают нагрузке 0,01 МН/м², а нагрузочную плиту диаметром 762 мм — нагрузке 0,005 МН/м².

Через 30 с после создания этой предварительной нагрузки показания стрелочного индикатора или датчика перемещения устанавливают на ноль.

6.4    Проведение испытаний для определения модуля упругости.

С целью определения модуля упругости необходимо провести испытание с двухэтапным нагружением: определением модуля общей деформации и модуля упругой деформации (модуля упругости).

Для определения модуля общей деформации £,./ нагрузка осуществляется шестью ступенями нагружения, с приблизительно одинаковыми интервалами между ними, до достижения максимальной нагрузки <r_muv Нагрузочную плиту разгружают в три ступени: 50 %, 25 % и 2 % от максимальной нагрузки. После снятия нагрузки проводят следующий цикл нагружения для определения модуля упругой деформации (модуля упругости) Е_у2, однако только до предпоследней ступени цикла первичного нагружения, чтобы сохранить предварительную нагрузку (Таблица 1).

При приложении и снятии нагрузки следует начинать с изменения нагрузки до следующей ступени каждые 120 с после достижения значения предыдущей ступени нагружения. Для несущих слоев в дорожном строительстве время ожидания может быть сокращено до 60 с. Нагрузка на всех ступенях нагружения должгга оставаться постояггггой. Полученные значения измерений заносят перед каждым изменением нагрузки в протокол испытаний (Таблица Б1).

В дорожном строительстве испытание статическим штампом проводят, как правило, с применением нагрузочной плиты диаметром 300 мм. При этом нагрузку увеличивают до тех пор, пока под нагрузочной плитой не будет достигнуто нормальное напряжение 0,5 МН/м². Если прежде получена осадка 5 мм, то измеренное при этом нормальное напряжение считается максимальным.

При применении нагрузочной плиты диаметром 600 мм соответствующие предельные значения составляют 0,25 МН/м² и 8 мм, при применении нагрузочной плиты диаметром 762 мм — соответственно 0,2 МН/м² и 13 мм.

12

ОДМ 218.5.007-2016

Мри необычных результатах испытаний, например, сильный перекос или значительное погружение нагрузочной плиты, грунт на месте испытания разрывают до глубины, соответствующей ее диаметру. Если при этом встречаются локальные неоднородности, например, грунты с различной консистенцией или камни, то это обязательно отмечают в протоколе испытаний.

Испытание давлением следует прекратить при меньших нормальных напряжениях, если испытывают грунт с незначительной прочностью зерен (например, пористые вулканические породы) или если при повышении нагрузки сильное увеличение осадки показывает состояние, близкое к разрушению.

Если при нагрузке по ошибке был использован более тяжелый груз, чем было предусмотрено, то его можно не уменьшать, а следует сохранить, отметив это в протоколе испытаний.

Примечание - Для контроля вторичного цикла нагружения после ступенчатого полного снятия нагрузки может проводиться соответствующим образом третий цикл нагружения, однако, при этом создаётся сразу конечная нагрузка второго цикла без других промежуточных ступеней нагружения.

7. Обработка результатов измерений

7.1 Определение осадки плиты в зависимости от типа штампа.

Среднее нормальное напряжение о, относящееся к каждой ступени нагружения, и соответствующее считываемое показание Sm на стрелочном индикаторе или показания s на датчике перемещения заносят в протокол. Осадка нагрузочной плиты л определяется для измерительных установок:

-    по рисунку 36 - показанием стрелочного индикатора;

-    по рисунку За - путем умножения величины осадки л_м на соотношение рычагов hp/h_m по следующей формуле:

Нормальные напряжения и осадки представляют в табличном виде.

7.2 Определение модуля общей деформации и модуля упругости.

Данные полученные в результате проведения измерений штамповой установкой с определением осадки грузовой плиты в зависимости от приложенной или снятой нагрузки заносятся в таблицу, по которой строится график с полиномиальными кривыми общей деформации при первичном нагружении, разгрузке и упругой деформации при вторичном нагружении (Рисунок 3).

Для вычисления модуля общей деформации E_ri и модуля упругости E_v2 принимаются к расчетам данные при 30 % и 70 % нагрузке нагрузочной плиты от максимальной о,_шч. Максимальной нагрузкой испытания является 0,5 МН/м².

Модуль обшей деформации E_vl определяется по формуле:

13

ОДМ 218.5.007-2016

Лгг*¹

К, =0,75/J.—,мн/м-    (I)

где: D - диаметр нагрузочной плиты, м;

0,75    -    коэффициент, учитывающий определение площади

нагрузочной плиты и усредненный коэффициент Пуассона для данного вида испытаний:

До'¹ - приращение нагрузки нагрузочной плиты при первичном нагружении (30% и 70% от максимальной нагрузки), МН/м‘;

As'¹ - приращение осадки нагрузочной плиты при первичном нагружении (30% и 70% от максимальной нагрузки), м.

Приращение нагрузки нагрузочной плиты при первичном нагружении (30% и 70% от максимальных значений) определяется по формуле:

До-'¹ = о-:¹ - ст,"¹ , МН/м²    (2)

vl

где: "I - 30% от максимальной нагрузки, при первичном нагружении, МН/м²;

_vl

°2 - 70% от максимальной нагрузки, при первичном нагружении,

МН/м².

Приращение осадки нагрузочной плиты при первичном нагружении (от 30% до 70% максимальной нагрузки), As'¹ определяется по формуле:

As^v1=s^v2'-s? ,м    (3)

vl

где:    - осадка нагрузочной плиты при первичном нагружении (30% от

максимальной нагрузки), м;

vl

•^2 - осадка нагрузочной плиты при первичном нагружении (70% от максимальной нагрузки), м.

Модуль упругости /^определяется по формуле:

Д<7*²

h_v2 = 0,75 • 1) •    _у МН/м²    (4)

где: D - диаметр нагрузочной плиты, м;

0,75 - коэффициент учитывающий определение площади нагрузочной плиты и усредненный коэффициент Пуассона для данного вида испытаний;

Да'² - приращение нагрузки нагрузочной плиты вторичного нагружения при 30% и 70% от максимального ее значения, МН/м“;

14

ОДМ 218.5.007-2016

As'² - приращение осадки нагрузочной плиты вторичного нагружения при 30% и 70% нагрузке от максимальной, м.

Приращение нагрузки нагрузочной плиты при вторичном нагружении (30% и 70% от максимального значения) определяется по формуле:

Act'² = ct₂^v2 - ст,’², МН/м²    (5)

v2

где: "i - нагрузка в 30% от максимальной, при вторичном нагружении, МН/м²;

_v2

°2 - нагрузка в 70% от максимальной, при вторичном нагружении,

МН/м².

Приращение осадки нагрузочной плиты при вторичном нагружении (от 30% до 70% максимальной нагрузки) As'² определяется по формуле:

Ал'² = л*2² - s\² , м    (6)

_Vv2

где:    1    - осадка нагрузочной плиты при вторичном нагружении для

нагрузки в 30% от максимальной, м;

v^v2

°2 - осадка нагрузочной плиты при вторичном нагружении для нагрузки в 70% от максимальной, м;

15

Дополнительным обязательным параметром упруго-прочностных свойств испытываемого объекта через оценку качества уплотнения, является модульный коэффициент К_и. Модульный коэффициент определяется по формуле 7, как отношение модуля упругости E_v2 к модулю общей деформации Eri.

где: Eri ~ модуль общей деформации, МН/м²;

Еу₂ - модуль упругости, МН/м“.

Степень уплотнения испытываемого объекта считается достаточной, если модульный коэффициент меньше или равен значению 2,5 (Ке< 2,5).

16

ОДМ 218.5.007-2016

СОДЕРЖАНИЕ

1.    Область применения.............................................................. 4

2.    Нормативные ссылки............................................................. 4

3.    Термины и определения......................................................... 5

4.    Требования к средствам измерений и вспомогательным устройствам 5

5.    Требования к условиям измерений............................................ 9

6.    Порядок выполнения измерений............................................... 9

7.    Обработка результатов измерений............................................. 12

8.    Оформление результатов......................................................... 15

Приложение А. Методика проведения поверки статической штамповой установки...............................................................................

Приложение Б. Пример расчета несущей способности по данным испытаний статической штамповой установкой............................... 19

з

ОДМ 218.5.007-2016 ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

Методические рекомендации но определению модуля упругости статическим штампом

1.    Область применения

1.1    Отраслевой дорожный методический документ «Методические рекомендации по определению модуля упругости статическим штампом» (далее - методический документ) является актом рекомендательного характера.

1.2    Методический документ разработан для определения модулей упругости на поверхности слобв покрытий (кроме асфальто- и цементобетонных), оснований и земляного полотна, так и на поверхности конструкций из них в дорожном, аэродромном, промышленном и гражданском строительстве

1.3    Методический документ рекомендован к применению изыскательскими, проектными, строительными и эксплуатирующими организациями, а также при реализации проектов по заданию государственных и иных исполнительных органов управления.

2.    Нормативные ссылки

ГОСТ 577-68 Индикаторы часового типа с ценой деления 0,01мм. Технические условия.

ГОСТ 6507-90 Микрометры. Технические условия.

ГОСТ Р 8.726-2010 ГСИ Датчики весоизмерительные. Общие технические требования. Методы испытаний.

ГОСТ 427-75 Линейки измерительные металлические. Технические условия.

ГОСТ 9533-81 Кельмы, Лопатки и отрезовки. Технические условия.

ГОСТ 10778-83 Шпатели. Технические условия.

ГОСТ 7948-80 Отвесы стальные строительные. Технические условия.

ГОСТ 19596-87 Лопаты. Технические условия.

ГОСТ 28638-90 Изделия щетинно-щСточные бытового назначения. Общие технические условия.

ГОСТ 8736-93 Песок для строительных работ. Технические условия.

ГОСТ 125-79 Вяжущие гипсовые. Технические условия.

ГОСТ 20799-88 Масла индустриальные. Технические условия.

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования на официазьном сайте национсиьиого органа Российской Федерации по стандартизации в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «нацноназьные стандарты», который опубликован по состоянию на / января текущего г<н)а, и по аютветствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменён), то при пользовании настоящим cmaiukipmo.u следует ру ководстаоват ься заменённым (изменённым) документом. Если ссылочный документ отменён без замены, то

ОДМ 218.5.007-2016

положение, а котором дана ссылка на него, применяется а части, не :ют/югнаающей эту ссылку.

5

ОДМ 218.5.007-2016

3. Термнны и определения

3.1    общая деформация - изменение геометрических параметров объекта под воздействием внешней нагрузки. Общая деформация включает в себя упругую (обратимую) и пластическую (необратимую) деформации.

3.2    упругая деформация (упругость) - способность объекта на обратимое геометрическое изменение под воздействием на него нагрузки. Упругая деформация объекта полностью исчезает после снятия с него нагрузки.

3.3    модуль общей деформации    МН/м²    - величина,

характеризующая как упругие, так и пластические свойства объекта при деформации от внешней нагрузки.

3.4    модуль упругой деформации (модуль упругости) МН/м² -величина характеризующая упругие свойства объекта при деформации от нагрузки.

3.5    статическая штампован установка (статический штамп)

геолого-диагностическое оборудование, определяющее несущую способность исследуемого объекта в результате передачи статической нагрузки посредством гидроцилиндра через нагрузочную плиту.

3.6    нагрузочная плита - плоский стальной элемент штамповой установки, определенной площади, распределяющий нагрузку на поверхность испытываемого объекта.

4.    Требования к средствам измерений и вспомогательным устройствам

Для проведения испытаний необходимо следующее оборудование:

4.1    Противовес. В качестве противовеса может использоваться, например, груженый грузовик, каток или другая тяжёлая строительная техника, нагрузка от которой минимум на 10 кН больше максимальной, создаваемой штамповой установкой в результате испытания. Масса упора должна обеспечивать задание максимальной нагрузки от штампа.

4.2    Штамповая установка.

4.2.1 Нагрузочная плита. Нагрузочная плита представляет собой металлический диск с цилиндрической опорой по центру, для гидроцилиндра. В качестве материала для нагрузочной плиты штамповой установки применяется сталь марки S 355 JO по DIN EN 10025-1, либо её аналог.

Технологические допуски для плоскостности и шероховатости нагрузочных плит должны соответствовать данным, приведенным на Рисунке 1 и Рисунке 2. Нагрузочная плита должна иметь две ручки для переноса (см. Рисунок 1).

6

1 - центрирующая цапфа с поворотной головкой для гидроцилиндра; 2 -ручка для переноса плиты; 3 - туннель для измерения; размеры указаны в миллиметрах с допуском ±0,2 мм.

Нагрузочные плиты диаметром 300 мм должны иметь толщину не менее 25 мм.

Нагрузочные плиты диаметром 600 мм и 762 мм должны иметь толщину не менее 20 мм и изготавливаться с ребрами жесткости, расположенными симметрично по радиусу. Их верхняя поверхность, предназначенная для установки грузовой плиты диаметром 300 мм, должна быть плоскопараллельной нижней поверхности. Центрирующие упоры (штифты) и в данном случае зажимы служат для удерживания установленной плиты (см. Рисунок 2).

I - центрирующие упоры для 300 мм нагрузочной плиты; 2 - нагрузочная плита диаметром 300 мм; 3 - рёбра жёсткости, толщиной не менее 20 мм; 4 -отверстия для переносящего устройства; 5 - три зажима.

* - расположение рёбер жёсткости указано схематично и в уменьшенном виде размеры указаны в миллиметрах с допуском ±0,2 мм.

Рисунок 2 - Нагрузочные плиты, диаметром 600 мм и 762 мм

7

ОДМ 218.5.007-2016

4.2.2    Нагрузочное устройство. Нагрузочное устройство состоит из гидравлического насоса, связанного с гидравлическим цилиндром с помощью шланга высокого давления длиной минимум 2 м. Это устройство должно обеспечивать нагрузку и разгрузку нагрузочной плиты в отдельных сту пенях нагружения.

Для беспрепятственной передачи усилия гидравлический цилиндр с двух сторон должен располагаться на шарнирах. Гидроцилиндр должен быть устойчивым к опрокидыванию. Рабочий ход поршня гидроцилиндра должен быть не менее 150 мм.

Монтажная высота статической штамповой установки должна быть в рабочем состоянии не более 0,6 м. Для компенсации расстояния от гидроцилиндра до противовеса должны быть в распоряжении штатные удлиняющие элементы, которые обеспечивают возможность упора гидравлического цилиндра в противовес до 1 м.

4.2.3    Устройство для измерения нагрузки. Между нагрузочной плитой и гидравлическим цилиндром устанавливают механический или электрический динамометр. Динамометр должен показывать соответствующую нагрузку с пределом погрешности не более 1 % от максимальной нагрузки при испытании.

Разрешающая способность индикации показаний напряжения должна составлять для грузовой плиты диаметром 300 мм не менее 0,001 МН/м\ а для грузовых плит диаметром 600 мм или 762 мм нс менее 0,0001 МН/м².

4.2.4    Устройство для измерения осадки плиты. На Рисунке 3 схематически представлено устройство для измерения осадки с поворотным щупом (см. Рисунок За) и со щупом, перемещаемым по оси (см. Рисунок 36).

Измерительное устройство с поворотным щупом пригодно только для испытаний в котлованах глубиной до 0,3 м. Измерительное устройство с осевым перемещением щупа может применяться для более глубоких котлованов.

Устройство для измерения осадки состоит из:

—    несущего каркаса, расположенного на трех опорах (см. поз. 2 на Рисунке 3),

—    вертикально перемещаемою щупа, устойчивого к кручению и изгибу (см. поз. 4 на Рисунке 3),

—    датчика перемещения или стрелочного индикатора (см. поз. 1 на Рисунке 3).

Расстояние от средней точки грузовой плиты до оси опор должно составлять не менее 1,5 м и не может превышать 1,6 м (см. Рисунок 3).

Соотношение длин рычагов h_p : h_m (см. Рисунок За) должно быть точно отрегулировано и зафиксировано во избежание изменения в процессе измерения. Соотношение длин рычагов h_p : h_m не должно быть более 2,0.

Устройство для измерения осадки должно обеспечить измерение осадки плиты с пределом погрешности не более 0,04 мм в области измерения до 10 мм

8

ОДМ 218.5.007-2016

при применении нагрузочной плиты диаметром 300 мм и 600 мм и в области измерения до 15 мм при применении нагрузочной плиты диаметром 762 мм.

Разрешающая способность индикации значений измерения должна составлять не более 0,01 мм.

*1.6

а) Штамповая установка с поворотным щупом по принципу «коромысла весов». Измерения осадки плиты при изменяющемся соотношении длины рычагов И_р: И_т

*1.6

б) Штамповая установка с перемещающимся по оси щупом в линейном подшипнике. Измерения осадки плиты при фиксированном соотношении

длины рычагов 1:1.

1 - стрелочный индикатор или датчик перемещения; 2 - несущий каркас; 3 -точка вращения; 4 - щуп; 5 - нагрузка; 6 - линейный подшипник; 7 - опора; 8 - считывающее устройство; 9 - опорная поверхность противовеса.

' - расстояние от нагрузочной плиты до опорной поверхности противовеса (см. пункт 6.2) размеры указаны в метрах с допуском ±0,01 м.

Рисунок 3 - Варианты исполнения штамповых установок

9

ОДМ 218.5.007-2016

Допускается измерение осадки с применением альтернативного измерительного оборудования, если оно имеет, как минимум, одинаковую разрешающую способность индикации или одинаковый предел погрешности. Калибровку этого устройства для измерения осадки проводят по Приложению А, пункт А4.2.

4.3 Вспомогательное оборудование.

4.3.1    Лопата по ГОСТ 19596-87

4.3.2    Щетка волосяная по ГОСТ 28638-90

4.3.3    Линейки стальные длиной 500 мм или 1000 мм по ГОСТ 427-75

4.3.4    Кельма каменщика по ГОСТ 9533-81

4.3.5    Шпатель по ГОСТ 10778-83

4.3.6    Отвес по ГОСТ 7948-80

4.3.7    Песок сухой средней крупности по ГОСТ 8736-93

4.3.8    Гипс для строительных работ по ГОСТ 125-79

4.3.9    Масло индустриальное по ГОСТ 20799-88

4.3.10    Прямоугольник

4.3.11    Линейка секционная масштабная

4.3.12    Средства индивидуальной защиты от ветра и солнца

5.    Требования к условиям измерений

Измерения должны производиться при температуре окружающего воздуха в интервале от 0 °С до 40 °С.

Испытание штамповой установкой может проводиться на нежестком покрытии (кроме слоёв из асфальтобетона), основании и земляном полотне из укреплённых и неукреплённых вяжущими крупнозернистых, разнозернистых, и мелкозернистых материалов. Зерна более 'Л диаметра нагрузочной плиты не должны находиться непосредственно под её подошвой.

Для быстро высыхающих песков одинаковой крупности, либо грунтов, на поверхности которых образуется корка или поверхность которых размокает, а также в случаях, когда верхняя зона испытываемых фунтов, разрушается каким-либо иным образом, разрушенную зону следует удалить перед проведением испытания.

На мелкозернистых, пылеватых грунтах (ил, глина) испытание может быть проведено и оценено только в том случае, если они имеют твёрдую консистенцию. В противном случае консистенцию фунта проверяют на различной глубине до глубины с/ (J = диаметр нафузочной плиты) под поверхностью места измерения.

6.    Порядок выполнения измерений

6.1 Подготовка поверхности для испытания.

Перед укладкой нагрузочной плиты необходимо подготовить соответствующую поверхность для испытания. Поверхность фунта в месте укладки необходимо выровнять, максимально насколько возможно.

10