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yflK 624.15
L’UTILISATION DE LA BARRE D’ARMATURE POUR L’AUGMENTATION DE LA CAPACITE PORTANTE DE LA BASE V.M. Antonov1, V.B. Viazovov2, S.N. Vibornov1, Diawara Sonda1
Chaire «Constructions des bâtiments et des édifices» (1),
Chaire de physique (2), UTET
Présenté par le membre de la rédaction professeur You. V. Vorobiev
Mots et phrases clés: le ferraillage du sol; la capacité portante de la base; le pourcentage du ferraillage; les déplacements horizontaux du modèle, l’abaissement; l’inclinaison.
Annotation: On a proposé les résultats des recherches de laboratoire de la capacité portante de la base sablonneuse qui est armée par les barres d’armatures. On a effectué plusieurs facteurs d’analyse de l’influence du ferraillage sur la solidité et la déformation du remblai. On a présenté la dépendance de l’abaissement, l’inclinaison et la charge détruisante de divers facteurs du ferraillage.
Les abréviations
D - le diamètre du modèle où de l’étampe, mm;
ds - le diamètre de la barre d’armature, mm; e - l’excentricité de l’application de la charge, mm;
e0 = e / R - l’excentricité relative;
es - le déplacement du centre de gravité des
éléments du ferraillage, mm;
F - la charge sur le modèle, kN;
Fu - la charge détruisante pour la base non armée, kN;
Fus - la charge détruisante pour la base armée, kN;
ls - la longueur de la barre d’armature, mm;
s - L’écartement de la barre d’armature, mm; S - l’abaissement ou le déplacement vertical du modèle, mm;
u - le déplacement horizontal du modèle, mm;
hs - la distance de la barre aux armatures, mm;
a - L’angle d’inclinaison de l’application de la charge par rapport à la verticale;
X = H / D - la profondeur de fossé relative;
R - le rayon du modèle où de l’étampe, mm;
H - la profondeur de fosse du modèle, mm; p - la densité du remblai, g/cm3 ; tg0 - l’inclinaison du modèle, rad.
En raison de l’augmentation des charges sur les fondations due à la reconstruction, le changement du nombre d’étages et le poids des équipements, comme conséquence de la mise en valeur des territoires aux sols à structures compliquées et faibles, souvent considérés inaptes à la construction, il est devenu une question de grande importance le perfectionnement des constructions des fondations, l’augmentation de leur capacité portante. C’est dans ce but qu’on a élaboré des méthodes de préparation technique des sols de la base dans le but de son renforcement et de la réduction de sa déformation avec la préservation des demandes de sécurité et de longévité.
A ces demandes répond le système de ferraillage du sol, rationnel en cas de construction des fondations dans des conditions peu favorables (reconstruction,
renforcement, construction des annexes), au moment de la construction sur des remblais et des sols alluviaux, en cas de création de bases artificielles en combinaison avec d’autres méthodes (par exemple avec l’installation de la semelle du sol) [1, 2].
Au laboratoire de mécanique des sols de l’U.T.E.T au cour de quelques années on a effectué l’analyse à plusieurs facteurs sur l’influence du ferraillage sur la capacité portante et la déformation des bases.
On a étudié l’influence de la forme et de la disposition des armatures, leurs mesures, la distance jusqu'à l’armature, le caractère de l’application des charges sur la vitesse de développement des déformations et de la capacité portante. On a effectué les essais d’étampage et de modelage. Les charges sont transmises sur les modèles avec l’aide des leviers avec le nombre de transmission 1 :10, les déplacements étaient fixés à l’aide des indicateurs IC - 10 M.D.
Les expériences avec les étampes
Les essais se sont effectués avec les étampes en acier de forme ronde avec les diamètres D =120 ; 150 ; 175 mm. Le pourcentage de ferraillage est défini par la formule
„ = A, /A, , (1)
nRT
où As - l’aire de la section transversale des barres; Ae - l’aire de l’étampe.
Au cours des expériences on a changé la disposition des barres (sous la semelle et en dehors de la semelle de la fondation), l’écartement des barres, le pourcentage de ferraillage, le diamètre et la longueur.
Dans la première série d’expériences les barres étaient disposées verticalement avec un écartement constant s = 0.2 = const. On a utilisé l’étampe D = 120 mm, le diamètre de la barre ds = 5 mm, la longueur ls = 120 mm. La charge détruisante sans le
ferraillage est de 1,6 kN.
On a changé le pourcentage de ferraillage et la disposition (sous la semelle et en dehors de la semelle). Les résultats des expériences sont présentés sur la fig.1.
Il est défini que la plus grande influence sur la capacité portante est la disposition des barres. En s’éloignant des extrémités de l’étampe la capacité portante a baissé indépendamment du pourcentage de ferraillage (avec l’augmentation de ^ selon le déplacement intérieur de l’étampe, et la réduction de ^ selon le déplacement extérieur de l’étampe).
Dans les expériences avec le pourcentage de ferraillage constant ^ = 2.48 %, on a utilisé les barres ds = 5 mm et ls = 120 mm. La charge sur la base était transmise à travers l’étampe D = 120 mm. Dans les expériences on a changé l’écartement relatif des barres s de 0.01 jusqu’ à 0.42. Les résultats des expériences sont présentés sur la fig. 2.
La disposition des barres sous la semelle de l’étampe est plus effective qu’en dehors de la semelle, la capacité portante maximale est observée selon la disposition des barres aux extrémités de l’étampe, au lieu du développement des plus grandes tangentes et tensions de déplacement.
La série suivante des expériences s’est effectuée avec les barres ls = 60 mm, ds = 4 mm. Les barres sont disposées aux extrémités de l’étampe et se déplaçaient vers l’intérieur de hs1 = 0,2; 0,4 et vers l’extérieur de hs2 = 0,2; 0,4. Selon chaque déplacement l’écartement de la barre variait de : s = 0,1; 0,15; 0,2; 0,3; 0,4 et conformément au pourcentage de ferraillage. La charge maximale détruisante était
h
s 2
-0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4
hs
Fig. 1 L’influence de la distance jusqu’à l’élément de ferraillage, du pourcentage de ferraillage sur la capacité portante de la base
h„
-0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4
h„
0,01 s
Fig. 2 L’influence de la disposition et de l’écartement de la barre sur la capacité portante de la base
optimale selon hs = 0; = 0,15; 0,2. La réduction de l’écartement pas moins de 0,15 D et par conséquent, l’augmentation du pourcentage de ferraillage n’a pas abouti à l’augmentation de la capacité portante. Avec l’augmentation de la distance entre les barres de plus de 0,3 D la capacité portante a diminué (fig. 3).
Les résultats des expériences avec un double ferraillage sont présentés dans le tabl. 1. Les expériences sont faites avec S = 0,2; ls = 120 mm, ds = 3; 5 mm. Un rang d’armatures est disposé sous la semelle de l’étampe, le second rang- en dehors.
Fig. 3 L’influence de l’intensité de ferraillage sur la capacité portante de la base
Tableau 1
L’influence du double ferraillage sur la capacité portante de la fondation
hs1 0 0 0 0,1 0,1 0,1 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3 0,3
hs 2 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3
Fus (3 mm) H,% 3,15 1,92 2,57 2,09 3,06 2,26 2,79 1,74 2,88 1,91 2,79 2,08 2,52 1,57 2,79 1,74 2,79 1,91 3,61 1,40 2,79 1,57 2,70 1,74
Fus (5 mm) H,% 3,51 5,44 3,78 5,94 4,05 6,43 2,97 4,94 2,70 5,44 3,33 5,93 3,24 4,44 2,70 4,94 2,88 5,43 2,52 3,95 2,61 4,45 2,61 4,94
Remarque : hsi - le déplacement des barres sous la semelle de l’étampe. hS2 - le déplacement des barres en dehors de la semelle de l’étampe.
La charge détruisante maximale est mentionnée selon la disposition en un rang des barres au niveau du développement des plus grandes tangentes des tensions, c'est-à-dire aux limites de l’étampe, et le deuxième rang à une distance de 0,1 - 0,3 D à l’extérieur de l’étampe.
Avec l’augmentation du diamètre des barres et le pourcentage de ferraillage la capacité portante a augmenté aussi.
Dans les expériences avec l’étampe D = 175 mm selon l’écartement des barres constant S = 0,2; selon la longueur relative Ls = 2 la charge est appliquée de façon verticale, oblique et non centrale avec e0 = 0; e0 = e /R = 0,25, la distance de l’étampe jusqu’aux barres disposées verticalement en dehors de la semelle hs 2 = 0; 0,2; 0,4; 0,6;
0,8. Les barres d’armatures de diamètre 4 mm sont disposées séparément et sont regroupées au-dessus de façon à former une carcasse. La capacité portante relative Fus = Fus/Fu des barres disposées séparément l’une de l’autre est plus petite que celle des mêmes barres liées de façon à former une carcasse (fig. 4). La diminution de
h„
Fig. 4 L’influence du ferraillage vertical des barres sur la capacité portante relative de la base:
1 - es barres forment une carcasse ; 2 - les barres indépendantes l’une de l’autre
la longueur des barres de ls = 2 jusqu’à ls = 1,5 a conduit à l’abaissement de la charge portante relative de 1,2 fois. Avec le changement de l’écartement de J =0,3 jusqu’ à J = 0,1 la charge détruisante a augmenté de 1,3 fois [3].
Les expériences avec les modèles
Dans les expériences avec le module D = 130 mm, selon 1 = 1, la charge est appliquée de façon centrale verticale et oblique avec un angle d’inclinaison par rapport à la verticale a = 10° et 20°. On a changé la distance jusqu’aux barres ds = 4 mm, disposées verticalement aux cotés du modèle, la longueur ls = 130, 200, 260 mm et l’écartement 25, 16, 12, 8 mm. Les barres de diamètre 8mm sont disposées séparément et sont liées de façon à former une carcasse. Les résultats des expériences sont présentés sur les figures 5 - 7.
Avec l’augmentation de la distance jusqu’aux armatures plus de 15 mm ( » 0,1 D ) la capacité portante a diminué (fig. 5), et la vitesse de développement des déformations a augmenté (fig. 8). L’augmentation de la longueur des barres plus de 1,5 D n'est pas efficace car la zone de l’ancrage des barres d’armature est déjà suffisante (fig. 6, 13). Avec la diminution de l’écartement des barres d’armature, la capacité portante de la base augmente. Le regroupement des barres d’armatures de façon à former une carcasse a abouti aussi à l’augmentation de la charge detruisante et la réduction des valeurs absolues de l’abaissement, les déplacements horizontaux et l’inclinaison (fig. 7, 11).
0
15
30
hs, mm
Fig. 5 L’influence de la distance jusqu’à la barre d’armature hs sur la capacité portante de la base armée Fus selon les angles d’inclinaisons des charges:
1 - a = 0" ; 2 - a = 10" ; 3 - a =20"
Fig. 6 L’influence de la longueur des barres d’armature Ls sur la capacité portante relative de la base armée Fus selon les angles d’inclinaison des charges:
1 - a = 0° ; 2 - a = 10° ; 3 - a = 20°
Fig. 7 L’influence de l’écartement des barres d’armature s, sur la capacité portante relative de la base armée Fus selon les angles d’inclinaison des charges:.
1 - a = 0° ; 2 - a = 10°; 3 - a = 20°; (cl) - carcasse liée
0 _ 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 F, kN
1
2
3
4
tg0 10-2
Fig. 8 la dépendance de l’inclinaison du modèle à la charge selon X = 1 ; a = 20°; Ls = 130 mm; s = 25 mm, selon hs :
1 - 15 mm; 2 - 30 mm; 3 - 45 mm
Fig. 9 La dépendance des abaissements de la charge selon X = 1, a = 10°, Ls= 200 mm, hs = 15 mm, avec l’écartement s:
1 - 8 mm ; 2 - 12 mm ; 3 - 16 mm ; 4 - 25 mm
Fig. 10 la dépendance du déplacement horizontal de la charge selon I = 1, a = 20° hs = 15 mm, s = 25 mm et la longueur Ls:
a = 130 mm ; b = 200 mm ; c = 260 mm
Le ferraillage horizontal de la barre d’armature Les expériences avec l’étampe
On a utilisé les barres d’armatures de diamètre ds = 4 mm, hs 2= 0,2; Ls = 1; 2; 3; 4; selon s = 0,07; 0,11; 0,22; 0,36. Les charges sont transmises à travers l’étampe D = 150 mm. Par les résultats des expériences (fig. 11) on voit, qu’avec la réduction de l’écartement, la capacité portante relative a augmenté, l’accroissement maximale Fus
est observé selon la longueur relative des barres d’armature Ls = 2.
L’augmentation de la capacité portante de la base armée est plus de 2 fois remarquable en comparaison avec la base non armée.
La longueur de l’élément de ferraillage a une grande influence sur la vitesse de développement de l’abaissement. Les résultats des expériences avec l’étampe D = = 125 mm, ds = 3 mm, hs 2 = 0,2, Ls = 1;3; s = 0,1; 0,2; 0,3 sont présentés sur la fig. 12.
Avec l’augmentation de la longueur Ls de 1 jusqu’à 3 la vitesse de développement des déformations diminue presque de 2 fois. Ces résultats sont confirmés par une autre
l
Fig. 11 L’influence de l’écartement relatif des barres d’armatures et leurs longueurs sur la capacité portante relative de la base selon J :
1 - 0,36; 2 - 0,22; 3 - 0,11; 4 - 0,07
1 F r
• • • • 1
6 5 \ 3Л 4 Л ^ > A
а)
S, mm
Fig. 12 La dépendance entre l’abaissement et la charge selon Ls = 3 (1, 2, 3) et Ls = 1 (4, 5, 6) selon J :
1 et 4 - 0,1; 2 et 5 - 0,2; 3 et 6 - 0,3
l
Fig. 13 L’influence des mesures de la barre d’armature avec s/ds = 14 (1) et s/d s = 3 (2) sur la grandeur relative de la charge détruisante
4
6
8
série d’expériences faites avec l’étampe D = 150 mm, avec ds = 4 mm, Ls = 1,5; 2; 3; 4 selon s = 0,1 - 0,3. Il est noté que la vitesse maximale de l’accroissement de la capacité portante est observée selon Ls = 2 - 3 (fig. 13).
L’un des facteurs très important de l’influence sur la capacité portante du sol armé est la densité de la base. Ainsi avec l’augmentation de la densité du sol sablonneux de 1.55 jusqu'à 1.64 g /cm3 la capacité portante de la base qui est armée par les barres ds = 4 mm, s = 40 mm, Ls = 2 (D = 100 mm) a augmenté de 1.5 - 2 fois plus en
comparaison avec la base non armée (tabl. 2).
Avec l’augmentation de l’excentricité de l’application de la charge l’effet du ferraillage augmente, particulièrement avec la coïncidence des axes de la charge et de l’armature. Dans cette série d’expériences la charge sur l’étampe D = 150 mm est transmise avec l’excentricité e = 0; 0,25; 0,5; 0,75. La base est armée par les barres d’armature ds = 8 mm, Ls =300 mm, s = 40 mm. La valeur maximale de la capacité
portante relative selon e 0 = 0, Fus = 1,93; e 0 = 0,25; Fus = 2,31; e 0 = 0,5; Fus = 2,6;
e 0 = 0,75; Fus = 3; e 0 = e S, tabl. 3.
Tableau 2
La dépendance de la capacité portante relative de la densité de la base
hs La densité p g/cm3
1,55 1,58 1,61 1,64
0 1,1 1,4 1,5 1,6
0,2 1,3 1,6 1,75 2,2
0,4 1,1 1,3 1,4 1,5
Tableau 3
L’influence du déplacement des barres d’armature sur la capacité portante relative
е 0 е s Fu , kN § Fus, kN
0 0 5,2 9,9 1,93
0,25 0 3,2 5,0 1,54
0,5 0 2,0 3,0 1,5
0,75 0 0,8 1,1 1,4
0 0,25 5,2 9,4 1,8
0,25 0,25 3,2 7,4 2,31
0,5 0,25 2,0 4,2 2,1
0,75 0,25 0,8 1,8 1,8
0 0,5 5,2 8,9 1,7
0,25 0,5 3,2 6,8 2,3
0,5 0,5 2,0 5,2 2,6
0,75 0,5 0,8 2,0 2,3
0 0,75 5,2 6,2 1,19
0,25 0,75 3,2 5,2 1,63
0,5 0,75 2,0 3,6 1,83
0,75 0,75 0,8 2,4 3,0
Les expériences avec les modèles
On a utilisé le modèle D = 75 mm avec la profondeur de fossé relative X = H / D = 2, la charge est transmise de façon centrale, verticale et oblique avec l’angle d’inclinaison par rapport à la verticale a =15°. En qualité d’armature on a utilisé les barres ds = ds /D = 0,11, où ds - le diamètre de la barre. Les barres sont disposées avec l’écartement s = 0,4, où s = s/D - l’écartement relative. La longueur relative des barres ls = ls /D = 3. La distance entre les armatures et le modèle hs = hs /D = 0; 0,5; 1; 1,5; 2. Les barres sont disposées horizontalement et verticalement (fig. 14) du coté du sol supposé plus élevé.
Fig. 14 La dépendance des valeurs des charges détruisantes (a), des déplacements horizontaux et des abaissements du modèle (b) de la distance jusqu’aux barres d’armatures disposées verticalement (1) ou horizontalement
h
S2
La charge détruisante selon la disposition verticale des barres s’est trouvée de 1,3 fois plus que celle selon la dispo sition horizontale et de 2,2 fois plus que celle de la base non armée, en conséquence de l’utilisation dans le travail d’un grand volume du sol.
Les valeurs maximales des déplacements horizontaux pour les bases armées ont diminué jusqu'à 2 fois en comparaison avec la base non armée.
Les conclusions
1. La capacité portante de la base des fondations de nouveau renouvelables ou qui existent déjà peut être augmentée par l’introduction au sol des barres d’armatures de ferraillage. Cela est utilisé selon la reconstruction ou le renforcement des bâtiments.
2. Le sol armé- matériau combiné dans lequel en comparaison avec le sol non armé augmente la cohérence, change l’état de tension et de déformation à cause de la redistribution des efforts entre le sol et l’armature.
3. Avec l’augmentation de la densité de la base, augmente la densité de contact du sol avec l’armature et augmentent les caractéristiques de solidité du massif armé.
4. Le ferraillage optimal est obtenu selon la longueur des éléments du ferraillage
ls = 2 - 2,5 selon la distance jusqu'à l’armature hs = 0,15 - 0,2. La capacité portante maximale est notée selon le ferraillage horizontal et est de 2 - 2,5 fois plus grande, que celle pour la base non armée.
1. John K.D. Les constructions avec le sol armé. Il Trad. de l’angl. V.C. Zabavin sous la red. De V.G. Menchikov. - M.: Stroiizdat, 1989. - 280 p.
2. Isakov A.L., Grigorachenko V.A., Plavskih V.D., Zemsov A.E. Les études expérimentales de la déformation des sols de la base, qui sont armés par les barres d’armaturell Les bases, les fondations et la mécanique du sol. - 1998, № 2. - P. 14 - 17.
3. Antonov V.M. L’influence du ferraillage sur la capacité portante et la déformation de la base sablonneuse. - Auteur résumé. Thèse pour la recherche du titre académique cand. scien. techn. - Volgograd. - ВГАСА. 1999. - 32 p.
Использование стержневого армирования для повышения несущей способности основания
В.М. Антонов1, В.Б. Вязовов2, С.Н. Выборнов1, С. Диавара1
Кафедры: «Конструкции зданий и сооружений» (1),
«Физика» (2), ТГТУ
Ключевые слова и фразы: армированный грунт; горизонтальные перемещения модели; осадка; крен.
Аннотация: Предложены результаты лабораторных исследований несущей способности песчаного основания армированного стержнями. Проведен многофакторный анализ влияния армирования на прочность и деформативность грунта засыпки. Представлены зависимости осадок, крена и разрушающей нагрузки от различных параметров армирования.
Usage of Rod Reinforcing for Rise of Bearing Ability of the Basis
V.M. Antonov1, V.B. Vjazovov2, S.N. Vybornov1, Diavara Sonda1
Departments «Construction of buildings and structures» (1),
«Physics» (2), TSTU
Key words and phrases: horizontal movings of model; deposit reinforced ground; roll.
Abstract: Results of laboratory researches of bearing ability of the sandy basis reinforced by cores are given. Component analysis of influence of reinforcing on ground durability and deformation is carried out. Dependences of deposit, roll and ultimate load from various parameters of reinforcing are represented.
Benutzung der Kernarmierung für die Erhöhung der Tragfähigkeit
des Fundamentes
Zusammenfassung: Es sind die Ergebnisse der Laboruntersuchungen der Tragfähigkeit des mit den Kernen armierten Sandfundametes vorgeschlagen. Es ist die multifaktorielle Analyse von der Einwirkung der Armierung auf die Festigkeit und Deformierung des Einsetzensboden durchgeführt. Es sind die Abhängigkeiten der Bodensätze, der Schlagseite und der zerfallenden Belastung von den verschiedenen Armierungsparametern angeführt.
