Розрахунок пальових основ і фундаментів

Характеристика ґрунтів

Донні ґрунти відносяться до осадових порід і складаються в основному із частин, зерен або обломків скелі з можливим включенням матеріалів органічного походження, різним за гранулометричним складом. Вони можуть бути віднесені до найрізноманітніших класифікаційних категорій залежно від розмірів частинок і пластичності або не пластичності при насиченні їх водою або здатності чи нездатності до формування без тріщин.

Основні дві категорії ґрунту — це піски і глини. Піски з однієї сторони, характеризуються як непластичне середовище з частинками розміром від 0.075 до 5 мм, а з другої, глини характеризуються як пластичні ґрунти з частинками меншими 0.075 мм. До третьої категорії ґрунтів, з якими доводиться мати справу в морських умовах, є мули — відповідно непластичні ґрунти з частинками розміром менше 0.075 мм. Дані ґрунти представлені в більшості сумішшю всіх трьох категорій ґрунтів. Для інженерних розрахунків вони повинні бути класифіковані на глини і піски залежно від їх пластичної або непластичної поведінки. Ґрунти біля поверхні морського дна і нижче є зазвичай водонасичені і всі пори між частинками заповнені водою. Загальне напруження в будь якій точці такого водонасиченого ґрунту може розглядатись як сума напружень в скелеті ґрунту і порового тиску. Коли взірець ґрунту піддається рівномірному і поступовому обтисненню, то спочатку він веде себе пружно, а потім, при досягненні деякого критичного рівня напружень, руйнується від зсуву і зменшується. За руйні…

де с і - постійні характерні для даного виду ґрунту, означає ефективне напруження — нормальне по відношенню до площини зсуву напружень в скелеті ґрунту.

Використовуючи дане визначення ефективного напруження, формулу Кулона (3.35) можна виразити через зовнішній тиск, нормальний до площини зсуву ґрунту. При цьому можливі два крайні випадки: зовнішній тиск повністю сприймається поровою водою, зовнішній тиск повністю сприймається скелетом ґрунту. У першому випадку ефективне напруження дорівнює нулю, а в другому воно дорівнює зовнішньому тиску (це залежність від типу і тривалості напруження).

Спочатку розглянемо пісчані ґрунти. Вони характеризуються високою водопроникністю, внаслідок чого зовнішній тиск не сприймається поровою водою, яка зразу ж витискається з ґрунтової маси. Ефективне напруження може в цьому випадку бути прийнято рівним зовнішньому тиску. Більше того, експериментально встановлено, що опір зсуву у пісків прямо пропорційний ефективному напруженню, і формула Кулона спрощується тут до вигляду:

де зов — обумовлене зовнішнім тиском напруження, нормальне до площини зсуву; - кут тертя пісків, який визначається за результатами випробувань взірців ґрунту в лабораторних умовах. Значення незначно змінюється залежно від щільності піску, але лежить в межах 30 — 35.

Розглянемо тепер глинисті ґрунти. На противагу пісчаним ці ґрунти володіють низькою водопроникністю, тому в них частина зовнішнього тиску протягом відчутного інтервалу часу сприймається поровою водою, і тільки після відводу порової води зовнішній тиск повністю передається на скелет ґрунту як ефективне напруження. Внаслідок того, що порова вода практично не стискається, в початковий момент завантаження зовнішній тиск майже повністю сприймається поровою водою. Таким чином два, граничних випадки, про які говорилось вище — це недренований стан, при якому ефективне напруження дорівнює нулю, і дренований стан, при якому ефективне напруження дорівнює зовнішньому тиску. В останньому випадку, як показують експерименти, опір зсуву можна вважати прямо пропорційним напруженню зов., обумовленим і нормальним до площі зсуву тиском. Формула Кулона для глинистих ґрунтів в недренованому стані:

а в дренованому стані - відповідає формула:

де с і D — означає відповідно зчеплення і ефективний кут тертя глини. Значення с і D можуть бути встановлені за результатами стандартних лабораторних випробувань взірців ґрунту, відібраних з різних глибин. Зчеплення може приймати різні значення — від близьких до нуля до 200 кПа і ще більші. Нижче наведені значення зчеплення в глинистих ґрунтах різної консистенції.

Таблиця 3.2- Зчеплення в глинистих ґрунтах різної консистенції:

Значення ефективного кута тертя D змінюється залежно від ступеня пластичності глини і знаходиться в межах від 20 до 40 .

Якщо в природних умовах проходить його повне ущільнення, то такий ґрунт вважається нормально ущільненим. Якщо ґрунт належить до порівняно нових відкладів, то він може бути недоущільненим, і для того, щоб вагове навантаження сприймалось повністю скелетом, необхідно відтиснути всю воду. І, на кінець, якщо поверхня нормально ущільненого ґрунтового відкладу була піддана ерозії або ґрунт був попередньо обтиснутий, то його щільність буде більша, ніж та, що відповідає обтисненню під дією власної ваги, і в цьому випадку ґрунт вважається переущільненим.