Разработка ученых Пермского Политеха позволяет просто и недорого оценить взаимодействие между грунтом и армирующими элементами

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 ГОСТ Р 70037-2022 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.