Прочность на растяжение.

Геосинтетические материалы (ГМ), использующиеся для усиления оснований и устройства грунтовых сооружений, выполняют армирующую функцию, воспринимая растягивающие усилия, поэтому  для них прочность  на растяжение (или разрывное усилие Тr) является наиболее важной характеристикой.

Прочность на растяжение устанавливается при испытании прямоугольных образцов в специальной разрывной машине. Образец растягивается с постоянной скоростью. В результате испытания устанавливается зависимость «нагрузка – удлинение». Прочность на разрыв соответствует максимальному усилию, незначительное превышение которого вызывает разрушение материала. Прочность на растяжение измеряется в единицах силы, отнесенных к 1м ширины, например кН/м. Значение прочности, полученное в результате таких испытаний, характеризует кратковременную прочностью материала, т.к. ГМ обладают свойством ползучести.

diagramma

Рис.1. Характерные зависимости удлинения геотекстилей и геотектильподобных материалов при растяжении.

Наряду с прочностью на растяжение важную  роль играет соотношение напряжения и удлинения. На рис.1 представлены типичные кривые, характеризующие изменение удлинения от нагрузки различных материалов. По этим зависимостям можно оценить прочность материалов на растяжение и определить модуль ГМ на растяжение. Следуя классическим законам механики, модуль растяжения на линейном участке зависимостей равен отношению приращения нагрузки к соответствующему приращению удлинения. Чем круче кривая, там выше модуль материала на растяжение, поэтому, материалы, характеризующиеся кривыми 1 и 2, будут иметь более высокий модуль на растяжение, чем материалы, представленные зависимостями 3 и 4. Такие материалы относятся к высокомодульными геосинтетическими материалами. Зависимости 1 и 2 характерны для геосеток и геотканей, а зависимости 3 и 4  для нетканых геотекстилей. Для армирующих элементов применяются высокопрочные, высокомодульные материалы. Низкомодульные материалы целесообразны для использования в качестве разделительных элементов конструкции.

Геосинтетические материалы в силу особенностей технологии изготовления являются анизотропными по своим механическим свойствам. Поэтому испытания проводят в поперечном и продольном направлениях рулона. Если свойства одинаковы, то материал относится к равнопрочному в двух направлениях.

В современной практике определения прочности нетканых геотекстилей также используется метод штамповых испытаний, по данным которых устанавливается сопротивление продавливанию. При проведении опыта образец геотекстиля закрепляется в рамке, затем на него передается нагрузка через круглый штамп стандартного диаметра и определяется нагрузка, при которой произошло продавливание образца.

В зависимости от полученных данных в соответствии с Европейской классификацией геотекстили разделяют по классам,  определяющим область их использования:

—          Класс 1 – сопротивление продавливанию от 500 Н до 1000 Н. Материалы применяются в качестве разделительного и/или фильтрационного слоя.

—          Класс 2 – сопротивление продавливанию от 1000 Н до 1500 Н. Материалы используются в качестве разделительного слоя мелкозернистого глинистого  и песчаного грунтов.

—          Класс 3 – сопротивление продавливанию от 1500 Н до 2500 Н. Разделительный слой между мелкозернистым грунтом и грунтом с содержанием обломочных включений до 40%.

—          Класс 4 — сопротивление продавливанию более 2500 Н.

Сопротивление проколу, диаметр повреждений (дырок) Оd

Сопротивление проколу определяет сопротивляемость материала механическим воздействиям, которые возможны в процессе производства работ и эксплуатации при засыпке материала грунтом. Этот показатель весьма важен для геомембран и геотекстилей, если они используются в качестве защитного слоя. В зависимости от результатов испытаний может быть обоснована необходимая толщина геомембраны, при которой обеспечивается герметичность гидроизоляции при ее использовании в контакте с различными материалами и плотность геотекстиля, необходимая для обеспечения защитной функции.

Испытания проводят с помощью падающего конуса. В соответствии с Европейскими стандартами материал закрепляют в рамке, под пробой оставляют свободное пространство (минимум 200 мм). С высоты 500 ± 1 мм на образец падает стальной конус высотой  600 мм, угол  450 ± 10, радиус острия — 0,5 ± 0,05 мм.  Затем с помощью стандартного конуса с  нанесенной на него шкалой проводят измерение повреждений — диаметр дыр. Сопротивление проколу характеризуется средним диаметром повреждений Оd в мм с указанием вариационного коэффициента испытаний.

Ползучесть

Геосинтетические материалы, как и другие строительные материалы, проявляют свойства ползучести. Ползучесть это изменение прочностных и деформационных свойств материала во времени, например, увеличение деформаций при постоянном значении нагрузки во времени. В отличие от других конструкционных материалов стали, бетона, грунтов ползучесть геосинтетических материалов проявляется в период времени сопоставимый со сроком службы сооружений, поэтому при применении ГМ в качестве армирующих элементов в сооружениях с большим сроком эксплуатации в расчетах должна использоваться длительная прочность материала с учетом показателя ползучести.

Как показывают результаты исследований, ползучесть геосинтетических материалов определяется не только типом полимера, но и технологией их изготовления. Как правило, ползучесть самих геосинтетических материалов выше ползучести полимерных волокон, из которых они изготовлены.  Поэтому для определения длительной прочности ГМ опыты проводятся непосредственно на образцах, имеющих достаточно представительные размеры.

Ползучесть ГМ так же зависит от степени приближения действующей нагрузки к предельному значению, температуры и других факторов.

Согласно нормам Европейского Союза ползучесть ГМ определяется испытаниями на растяжение при постоянной нагрузке. Для испытаний на ползучесть образцы материала закрепляются вертикально между двумя клеммами. На нижнюю подвижную клемму передается постоянное усилие, равное 25% от  прочности материала на растяжение. После определенных промежутков времени снимаются показания удлинения ekr. Значения удлинения фиксируются после воздействия нагрузки в течение 1, 24 и 500 часов. Испытания проводятся для продольного и поперечного направлений материала. В результате опытов устанавливается  среднее удлинение ekr25. Удлинением ползучести называется среднее удлинение материала при интенсивности нагрузки, равной ¼ предельной нагрузки на растяжение.

В расчетах длительной прочности на растяжение ползучесть геосинтетических материалов может быть вычислена по формуле 2.1 при помощи понижающего коэффициента А1, определяемого на основании опытов в зависимости от срока службы сооружения.

ТI = Тr / А1 (2.1),

где, Тr – кратковременная прочность материала на растяжение, установленная по результатам испытания ГМ на растяжение.

Если экспериментальные данные отсутствуют, то для сооружений сроком службы 100 лет, он они могут быть приняты равными:

—          для ГМ из  полиэтилена или полипропилена  А1= 5;

—      для ГМ из полиамида или полиэстера  А1= 2,5.

Для проектирования конструкций дорожных одежд и земляного полотна, значение понижающего коэффициента, согласно «Рекомендаций по применению геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог» (2003г.), допускается назначать по гарантированным производителем данным, или определять по методике РосдорНИИ.

Поделись:
  • Добавить ВКонтакте заметку об этой странице
  • Facebook
  • Twitter
  • В закладки Google
  • Яндекс.Закладки