Инженерно-геологические изыскания

Обеспечивают комплексное изучение инженерно-геологических условий района (площадки, участка, трассы) проектируемого строительства (реконструкции, капремонта и др.), включая рельеф, геологическое строение, геоморфологические и гидрогеологические условия, состав, состояние и свойство грунтов, геологические и инженерно-геологические процессы, изменение условий освоенных (застроенных территорий), составление прогноза возможных изменений инженерно-геологических условий в сфере взаимодействия проектируемых объектов с геологической средой с целью получения необходимых и достаточных материалов для проектирования, строительства (реконструкции, капремонта и др.) и эксплуатации объектов.

В состав инженерно-геологических изысканий входят:

-сбор и обработка материалов изысканий прошлых лет;

-дешифрование космо и аэрофотоматериалов, аэровизуальные наблюдения;

-маршрутные наблюдения (рекогносцировочные обследования);

-проходка горных выработок;

-геофизические исследования;

-полевые испытания грунтов;

-гидрогеологические исследования;

-сейсмологические исследования;

-сейсмическое микрорайонирование;

-стационарные обследования;

-лабораторные обследования грунтов оснований существующих объектов;

-камеральная обработка материалов;

-составление прогноза изменений инженерно-геологических условий;

-оценка опасности и риска от геологических и инженерно-геологических процессов;

-составление технического отчета.

По результатам инженерно-геологических изысканий для разработки предпроектной документации составляется технический отчет, в текстовую часть которого входят:

а.Введение:

-задачи изысканий, местоположение площадки, данные о проектируемом объекте;

-виды и объемы выполненных работ;

- сроки их проведения;

-методы производства работ;

-состав исполнителей;

-отступление от программы и обоснование.

б.Изученность инженерно-геологических условий:

- характер, назначение и границы участка ранее выполненных инженерных изысканий и исследований;

-наименование исполнителей;

-период производства и основные результаты работ, возможности их использования для установления инженерно-геологических условий.

в.Физико-географические и техногенные условия:

-климат, рельеф, геоморфология, растительность, почвы, гидрография;

-сведения о хозяйственном освоении и использовании территории, техногенных нагрузках;

-опыт местного строительства, включая состояние и эффективность инженерной защиты;

-характер и причины деформаций оснований объектов (если они установлены);

г.Геологическое строение:

-стратиграфогенетические комплексы;

-условия залегания грунтов;

-литологическая и петрографическая характеристика выделенных слоев грунтов по генетическим типам;

-тектоническое строение и неотектоника.

д.Гидрогеологические условия:

-характеристика в сфере взаимодействия проектируемого объекта с геологической средой вскрытых выработками водоносных горизонтов, влияющих на условия строительства и эксплуатацию предприятий, зданий и сооружений;

-положение уровня подземных вод;

-прогноз изменений гидрогеологических условий в процессе строительства и эксплуатации объектов.

е.Свойства грунтов:

- характеристика состава, состояния, физических, механических и химических свойств выделенных типов (слоев) грунтов и их пространственной изменчивости;

-специфические грунты - наличие и распространение специфических грунтов (многолетнемерзлых, просадочных, набухающих, органоминеральных и органических, засоленных, элювиальных и техногенных), приуроченность этих грунтов к определенным формам рельефа и геоморфологическим элементам, границы распространения, мощность и условия залегания, генезис и особенности формирования, характерные формы рельефа, литологический и минеральный составы, состояние и специфические свойства этих грунтов;

-геологические иинженерно-геологические процессы –наличие, распространение и контуры проявления геологических и инженерно-геологических процессов (карст, склоновые процессы, сели, переработка берегов рек, озер, морей и водохранилищ, подтопление, подрабатываемые территории, сейсмические районы) и др.;

ё.Инженерно-геологическое районирование:

-инженерно- геологическое районирование территории с обоснованием и характеристикой выделенных на инженерно-геологической карте таксонов (районов, подрайонов, участков и т.п.);

-сопоставительная оценка вариантов площадок и трасс по степени благоприятности для строительного освоения с учетом прогноза изменения геологической среды в процессе строительства и эксплуатации объектов;

-рекомендации по инженерной защите объектов, подготовке и возможному использованию территории.

ж.Графическая часть технического отчета для разработки предпроектной документации содержит:

-карты фактических материалов;

-карты инженерно-геологических условий;

-карты инженерно-геологического районирования;

-карты опасности и риска от геологических и инженерно-геологических процессов;

-инженерно-геологические разрезы;

-колонки или описания горных выработок;

-специальные карты использования территории и техногенной нагрузки;

-гидрогеологические кровли коренных пород сейсмического микрорайонирования и др.

Приложение к техническому отчету для разработки для предпроектной документации должно содержать:

-таблицы лабораторных показателей свойств грунтов и химического состава подземных вод с результатами их статистической обработки;

-таблицы результатов геофизических и полевых исследований грунтов, стационарных наблюдений и других работ;

-описание точек наблюдения;

-каталоги координат и отметок выработок, точек зондирования, геофизических исследований.

з.Техническое задание заказчика на инженерно-геологические изыскания для разработки проекта здания, сооружения должно дополнительно содержать данные:

- о характерах проектируемых сооружений;

-предполагаемых типах фундаментов;

-нагрузках, глубинах заложения фундаментов и подземных частей объектов;

-предполагаемой сфере взаимодействия проектируемых объектов с геологической средой;

-сведения о факторах, обуславливающих возможные изменения инженерно-геологических условий при строительстве и эксплуатации объектов и другие данные, необходимые для составления программы инженерных изысканий , в т.ч. определения глубины и площади исследований.

и.Текстовая часть технического отчета для разработки проекта здания, сооружения должна содержать в разделах следующие сведения:

-геологическое строение;

-гидрологические условия;

-свойства грунтов;

-специфические грунты;

-геологические и инженерно-геологические процессы;

-инженерно-геологическое районирование.

З.4. Инженерно-гидрометеорологические изыскания

Изыскания должны обеспечивать комплексное изучение гидрометеорологических условий территории строительства (реконструкции) и прогноз возможных изменений этих условий в результате взаимодействия с проектируемым объектом с целью получения необходимых и достаточных материалов и данных для принятия обоснованных проектных решений.

При инженерно-гидрометеорологических изысканиях подлежат изучению:

-гидрологический режим (рек, озер, водохранилищ, болот, временных водотоков, прибрежной и шельфовой зон морей);

-климатические условия и отдельные метеорологические характеристики; опасные гидрометеорологические процессы и явления;

-техногенные изменения гидрологических и климатических условий или их отдельных характеристик.

Как правило, изыскания выполняются для решения задач по:

-определению возможности обеспечения потребности в воде и организации различных видов водопользования;

-выбору мест размещения площадки строительства и ее инженерной защиты от неблагоприятных гидрометеорологических воздействий;

-разработке генерального плана территории;

-выбору конструкций сооружений , определения их основных параметров и организации строительства;

-определению условий эксплуатации сооружений;

-оценке воздействия объектов строительства на окружающую водную и воздушную среду и разработки природоохранных мероприятий.

Для комплексной оценки территории инженерно-гидрометеорологические изыскания должны проводиться совместно с инженерно-геологическими и инженерно-геодезическими изысканиями.

В состав инженерно-гидрометеорологических изысканий входят:

-сбор, анализ и обобщение данных гидрометеорологической и картографической изученности территории;

-рекогнасцировочные обследования территории инженерных изысканий;

-наблюдения за режимом водных объектов и метеорологическими элементами;

-изучение опасных гидрометеорологических процессов и явлений.

По результатам изысканий составляется технический отчет, в который входят:

-введение - основание для производства работ;

-гидрометеорологическая изученность - сведения о ранее выполненных изысканиях;

-природные условия - сведения о местоположении района работ;

-состав, объемы и методы производства изыскательских работ - сведения о составе и объемах выполненных инженерных изысканий;

-результаты изысканий - материалы выполненных работ, их анализ и оценка;

-заключение - основные выводы.

Технический отчет по результатам изысканий для обоснования инвестиций в строительство должен содержать материалы, позволяющие оценить по каждому из рассматриваемых вариантов размещения объекта строительства.

3.5. Инженерно-экологические изыскания

Выполняются для экологического обоснования строительства (реконструкции) и иной деятельности с целью предотвращения, снижения или ликвидации неблагоприятных экологических последствий и сохранения оптимальных условий для проживания населения.

В состав инженерно-экологических изысканий входят:

-сбор, обработка и анализ опубликованных материалов и данных о состоянии природной среды, поиск объектов-аналогов для разработки прогнозов;

-материалы различных видов съемок;

-наблюдения с описанием природной среды и ландшафтов в целом, состояния различных экосистем, источников и визуальных признаков загрязнения;

-опробирование почво-грунтов, поверхностных и подземных вод и определение в них компонентов загрязнителей;

-проходка горных выработок для установления условий распространения загрязнений;

-исследование и оценка радиационной обстановки;

-газогеохимические исследования;

-почвенные исследования; изучение растительного и животного мира;

-социально-экономические исследования;

-санитарно-эпидемиологические и медико-биологические исследования;

-стационарные наблюдения (экологический мониторинг);

-камеральная обработка материалов;

-составление технического отчета.

Инженерно-экологические изыскания для строительства должны проводиться в три этапа:

-подготовительный - сбор и анализ фондовых и опубликованных материалов;

-полевые исследования - маршрутные наблюдения, полевое дешифрирование, проходка горных выработок, опробование, радиометрические, газогеохимические и другие натурные исследования;

-камеральная обработка материалов - проведение химико-аналитических и других лабораторных исследований, анализ полученных данных, разработка прогнозов и рекомендаций, составление технического отчета.

Техническое задание на выполнение инженерно-экологических изысканий должно содержать техническую характеристику проектируемого или реконструируемого объекта:

-сведения по расположению других вариантов размещения объекта; -объемы изъятия природных ресурсов, площади изъятия земель, плодородных почв и др.;

-важнейшие технические решения и параметры проектируемых технологических процессов;

-данные о видах, количестве, токсичности, системе сбора, складирования и утилизации отходов;

-сведения о возможных аварийных ситуациях.

Основной объем инженерно-экологических изысканий следует выполнять для предпроектной документации (градостроительной, обоснование инвестиций) с целью обеспечения своевременного принятия объемно-планировочных, пространственных и конструктивных решений.

При реконструкции и расширении объекта следует устанавливать изменения природной среды на период эксплуатации объекта.

При ликвидации объекта устанавливают:

-оценку ущерба нанесенного среде за период деятельности объекта;

-предложения по реабилитации природной среды.

Технический отчет по результатам изысканий должен содержать следующие сведения:

-обоснование выполненных изысканий, их задачи, краткие данные об объекте;

-наличие материалов специально уполномоченных органов в области охраны окружающей среды; климатические и ландшафтные условия;

-данные о типах и подтипах почв, их площадном распространении, физико-химических свойствах, преобладающих типах зональной растительности, редких реликтовых видах растений;

-данные о видовом составе животного мира, особо ценным и уязвимым видам, системе их охраны, численности, миграции и местоприбывании;

-численность, занятость и уровень жизни населения, демографическая ситуация, медико-биологические условия и заболеваемость;

-состояние объектов историко-культурного наследия, перспектива их сохранения и реставрации.

При отсутствии или недостатке необходимой исходной информации, в заключении технического отчета должны быть сформулированы предложения по проведению дополнительных исследований, в том числе стационарных наблюдений.

Глава 4. Обследование технического состояния зданий.

В жилищном хозяйстве городов инженерные изыскания называют обследованием. Целью обследования является получение комплекса сведений о качестве существующей застройки. Применительно к жилой застройке понятие качества включает эксплуатационные и градостроительные свойства зданий.

4.1 .Методы обследования.

Свойства здания, определяющие его качества, характеризуются показателями, имеющими количественный измеритель. Значение показателей качества выявляют органолептическими и объективными методами.

Органолептическая оценка качества сводится к выявлению видимых дефектов в конструкциях, внутренней планировке и расположении дома на территории. Визуально обследуют осадочные трещины, расслоения в кладке, ее выветривание, наличие сырости на наружных поверхностях конструкций. Внутреннюю сырость в стенах и перекрытиях выявляют на основе специфического запаха, возникающего вследствие разложения органических веществ при недостатке кислорода. При помощи простукивания и оценки наслух степени звонкости звука определяют прочность и монолитность конструкции.

Органолептическое обследование позволяет дать предварительное заключение о качестве здания. С помощью такого обследования нельзя получить точные показатели качества, поэтому детальные инженерные изыскания ведут объективными методами.

Объективные методы оценки качества заключаются в анализе архивных материалов, геодезической проверке положения здания в пространстве и деформаций его отдельных частей, определении числовых значений показателей физико-технических параметров конструкций (прочности, звуконепроницаемости), а также показателей микроклимата помещений и таких градостроительных свойств, как инсоляция, аэрация или уровень шума.

Количественные значения показателей качества получают испытанием контрольных образцов и самих сооружений, замерами при помощи приборов в помещениях и окружающей территории, адеструктивным (неразрушаюшим) обследованием.

Контрольные образцы вырезают из конструкций в наиболее ответственных местах. Эти образцы в виде отдельных камней или кернов испытывают в стационарных или полевых лабораториях на прочность, влажность, загнивание и по другим показателям. Натурные испытания проводят непосредственно в зданиях. При этом исследуют, например, уровень шума или тепловлажностный режим ограждающих конструкций и помещения. Объективные выводы делают на основе показаний специальных приборов, регистрирующих числовые значения параметров качества (Табл.6).

Адеструктивные (неразрушающие) методы основаны на принципах, освещенных в различных разделах физики: механике, акустики, электромагнетизме и атомной физике.

По физической сущности неразрушающие методы классифицированы на методы проникающих сред, механические, ультразвуковые, резонансные, радиационные, электромагнитные и комбинированные.

Неразрушающие методы испытаний построены в основном на косвенном определении свойств и характеристик объектов.

Для оценки фактического состояния конструкций необходимо определить их прочность, наличие и расположение арматуры, скрытые дефекты и др.

Нормами и правилами для испытания поверхностного слоя бетона допускаются механические склерометрические испытания методами упругого отскока или пластических деформаций при помощи специальных молотков и маятниковых приборов различных систем.

Если необходимо проверить прочностные характеристики внутренней части бетона, оценить однородность, плотность и другие его свойства, а также арматуры в элементе, то применяют адеструктивные методы (неразрушающие), которые могут быть классифицированы по следующим видам:

- метод проникающих сред (течеискания и капиллярный), основанные на регистрации находящихся в материале конструкций индикаторных жидкостей или газов;

- механические методы, связанные с анализом местных разрушений при воздействии на элементы сторонней нагрузки, а также изучением поведения конструкции в резонансном состоянии;

- акустические методы, связанные с регистрацией параметров упругих колебаний с помощью ультразвуковой нагрузки и эффектов акустоэмиссии;

- магнитные методы (индукционный и магнитопорошковый);

- радиационные, связанные с использованием нейтронов и радиоизотопов;

- радиоволновые, основанные на эффекте распространения сверхчастотных колебаний в изучаемых конструктивных элементах;

- электрические, основаны на оценке электроемкости, электроиндуктивности и электросопротивлении испытуемого элемента;

- использовании геодезических приборов и инструментов при обследовании и испытании конструкций.

Метод проникающих сред

Первый из них - метод течения используется для проверки герметичности резервуаров, газгольдеров, трубопроводов и других сооружений.

При испытании водой емкости заполняют до отметки, превышающей эксплуатационный уровень. Отдельные швы металлоконструкций проверяют сильной струей воды, направленной на поверхность шва под давлением 1 атм.

При наличии дефектов вода просачивается через неплотности испытываемого соединения.

Более эффективным для выявления дефектов является применение керосина.

Керосин обладает высокой проникающей способностью и за счет этого легко проходит через трещины и поры и выступает на противоположной стороне изделия. Поверхность сварного шва с одной стороны обильно смачивается керосином, а противоположная покрывается мелом.

При наличии дефектов на светлом фоне отчетливо проступают бурые пятна от керосина.

Способ, основанный на использовании сжатого воздуха, очень прост и заключается в обдувании швов под давлением с одной стороны перпендикулярно поверхности изделия. С другой стороны поверхность предварительно покрывается мыльным раствором. Образование мыльных пузырей указывает на наличие дефектов.

Также эффективным является использование ультразвуковых течеискателей для фиксации ультразвуковых колебаний, которые возникают при истечении воздуха из трещин.

С помощью течеискателей можно выявить неплотности размером до 0,1 мм при избыточном давлении 0,4 атм. и установить место нахождения дефекта с точностью до 2 см.

При проверке особо ответственных изделий вместо воздуха используют воздушно-аммиачную смесь и другие реагенты, обладающие высокой проникающей способностью.

Наличие трещин может быть также определено путем создания вакуума(см. рис. 1.).

При этом обследуемая конструкция 3 обмазывается мыльным раствором и к ней подставляется коробка 4 без дна с прозрачной поверхностью 5. Резиновые уплотнители 1 препятствуют проникновению воздуха извне. При помощи вакуум - насоса 6 из коробки выкачивается воздух. Появление мыльных пузырей 2 укажет на наличие дефектов.

Рис.1.Схема вакуумной установки

Для выявления дефектов, не видимых невооруженным глазом, используется второй - капиллярный метод, основанный на выявлении дефектов путем образования индикаторных рисунков.

На изделие 3 (см. рис.2,а) наносят специальную жидкость 1, которая под действием капиллярных сил заполняет полости 2 поверхностных дефектов. Дефекты выявляют, обнаруживая жидкость, оставшуюся в полостях после удаления ее с поверхности (б), либо скопление частиц порошка, взвешенных в жидкости и отфильтровавшихся на поверхности при заполнении полости дефекта. В первом случае оставшуюся в полостях дефектов жидкость (в) обнаруживают после нанесения проявителя 4, который поглощает жидкость, образуяиндикаторный рисунок 5. Линии индикаторного рисунка имеют ширину 0,05–0,3 мм и яркий контраст 30–60% и более, а также высокий цветовой контраст.	Рис.3.5.2.3. Схема контроля капиллярным ме- тодом применением проявителя

При капиллярной дефектоскопии используют керосин, невязкое масло или их смеси.

В качестве проявителя – мел в виде сухого порошка с добавками поверхностно-активных веществ или суспензии органических растворителей.

Индикаторный раствор просачивается через дефектные полости в слой мела и вызывает его потемнение. Этот метод используется в основном для определения сквозных трещин.

При цветной дефектоскопии применяют индикаторные растворы или реактивы, которые после нанесения проявителя образуют индикаторный рисунок, отчетливо видимый на фоне проявителя.

При люминесцентной дефектоскопии используют проникающий раствор, способный люминесцировать под воздействием ультрафиолетовых лучей. При использовании фильтрующих частиц индикаторный раствор содержит окрашенные или люминесцирующие взвешенные частицы, которые оседают при поглощении раствора пористым материалом. При подготовке поверхностей изделий к дефектоскопии они должны быть тщательно очищены и высушены.

При проведении работ должны соблюдаться правила техники безопасности.

Механические методы испытаний

Механические методы испытания конструктивных элементов молотками и пистолетами базируются на пластических, упругопластических свойствах материалов. К ним относятся методы местных разрушений, пластических деформаций и упругого отскока.

Метод местных разрушений характеризуется некоторым ослаблением несущей способности конструкций, т.к. образцы для испытаний извлекаются непосредственно из самой конструкции. Образцы обычно отбирают из наименее напряженных участков конструкции, например из верхних поясов балок у крайних шарнирных опор, из нулевых стержней ферм и др. Образцы должны быть немедленно направлены на испытания или законсервированы, а места их отбора на конструктивном элементе восстановлены.

При использовании приемов основанных на косвенном определении прочностных характеристик, конструктивные элементы в меньшей мере подвергаются внешним возмущениям. Например, прочность материала может быть определена путем отрыва т.е извлечения из тела элемента заранее установленных анкеров или откалывания от массива некоторой его части. Первый прием менее трудоемок(прибор ПОС- МГ 4 Отрыв).(Рис. 3)

В этом случае на поверхность бетонной конструкции с помощью эпоксидного клея крепят стальной диск, а определение прочности производят по градуированной зависимости условного напряжения при отрыве. На каждом образце проводят испытания на отрыв на двух противоположных гранях конструктивного элемента.

Скорость нагружения диска не должна превышать 1 кН/с. Определение класса бетона производится с помощью градуированной зависимости углового напряжения R=4Р: (nd) при отрыве от предела прочности Rс при сжатии бетонных кубиков с размером сторон 200 мм, d - диаметр диска, Р -усилие, при котором происходит отрыв. На каждом образце проводят испытания на отрыв на двух противоположных гранях.

Рис.3. Устройство для определения прочности бетона отрывом

Прочностные характеристики элемента могут быть установлены путем скалывания участка ребра конструкции усилие Р (прибор ПОС-МГ4 Скол) .(Рис.4,5). При ширине площадки скалывания 30 мм ребро конструкции повреждается на участке 60-100 мм. Для получения положительного результата испытания на отрыв проводят на двух соседних участках и берут среднее значение. Для построения градуировочной зависимости испытывают бетонные кубы со стороной 200 мм

Рис.4. Устройство для скалывания ребра конструкции Градуировочная кривая для

определения прочности бетона

по усилию cкалывания ребра конструкции

Метод упругого отскока основан на существовании зависимости между параметрами, характеризующими упругие свойства материала и параметрами, определяющими прочность на сжатие.

Существуют две схемы построения приборов:

· первый основан на отскакивании бойка от наковальни, прижатого к поверхности испытуемого материала;

· второй – на отскакивании бойка от поверхности испытуемого материала.

Большее применение нашел первый способ, который представлен молотком Шмидта, нашедшим широкое применение за рубежом.

В нашей стране используется прибор типа КМ (Киевский метрострой) (см.рис. 6.) и его модификация, разработанная Опытным заводом ЦНИИСК.

Основной частью прибора является полый цилиндр, внутри которого находится специальная пружина 2. Внутри пружины помещен металлический стержень, вдоль которого перемещается боек 3. Прибор заканчивается ударником 1. Когда боек занимает правое положение, фиксируемое защелкой 7, он растягивает пружину 2 и сжимает возвратную пружину 9.

Рис. 6. Прибор типа КМ

При испытаниях прибор устанавливают перпендикулярно поверхности материала (конструкции), предварительно нажав на кнопку включения 11 для вывода ударника и захвата бойка держателем 6. После этого плавно нажимая на ручку 10 корпуса прибора, втапливают ударник в корпус. При этом ударная пружина растягивается. В тот момент, когда держатель достигает упорного болта 8, освободится головка бойка и последний под действием ударной пружины придет в соприкосновение с ударником и отскочит на расстояние, фиксируемое указателем 4 по шкале 5. До удара боек находится в левом положении, после удара – в правом.

Если наконечник ударника выполнен в виде колпачка из закаленной стали, то прочность бетона определяется по величине отскока, если же колпачок заканчивается стальным шариком 12, то фиксируется диаметр отпечатка d. Наконечники являются съемными, что позволяет определять прочность бетона на сжатие R_сж по двум показателям: высоте отскока h и диаметру отпечатка d.

При испытаниях бетона удары наносятся не ближе, чем 20 мм и не менее 55 мм от оси ударника до края изделия.

Градуированные кривые (см. рис. 7.) строят для конкретных производственных условий на основе сопоставления результатов испытания кубиков с данными, получаемыми при помощи прибора КМ.

Рис. 7. Градуировочные кривые
К подобным приборам относятся и устройство ПМ-2 (см. рис. 8.).		1 – шарик 2 – ударник 3 – втулка 4 – рабочая пружина 5 – шток 6 – корпус 7 – боек 8 – защелка 9 – возвратная пружина 10 – упорный винт 11 – задняя крышка
Рис. 8. Принципиальное устройство прибора ПМ-2

Кроме рассмотренных приборов для определения твердости бетона, нашел применение склерометр Б.Б. Ужполявичуса (см. рис. 9.), разработанный автором в 1971 г.

1. Передняя крыка. 2. Возвратная пружина.. 3. Ударная пружина. 4.Пружина 5. Указатель отскока. 6.Корпус 7.Задняя крышка. 8. Заднее кольцо. 10. Защелка. 11.Кнопка 12. Цилиндрический корпус. 13. Направляющая труба. 14. Стержень ударник. 15. Упор для направляющей трубы.
Рис. 9. Схема работы склерометра Б.Б. Ужполявичуса

Склерометр состоит из цилиндрического корпуса 12, к передней части которого при помощи рабочей пружины 3 крепится стальной стержень-ударник 14 из закаленной стали.

В корпусе склерометра свободно скользит направляющая труба 13, которая соединена с корпусом пружиной 2, выталкивающей трубу из корпуса.

Направляющая труба упирается в поверхность бетона упором 15. К трубе шарнирно прикреплена защелка 10.

Торцы закрыты передней 1 и задней 8 крышками.

При определении твердости бетона труба 13 прижимается пружиной 2 к поверхности испытуемой конструкции.

Для вытяжения рабочей пружины 3 и возвратной пружины 2 смещают корпус от поверхности конструкции до момента захвата ударника защелкой 10.

Затем корпус плавно смещают к поверхности. При этом растягивается ударная пружина 3.

Когда защелка 10 соприкасается с задним кольцом 9, ударник наносит удар по поверхности бетона и отскакивает от него на расстояние h, а указатель отскока 5 фиксирует значение этого расстояния.

В НИИ строительства Госстроя Эстонии разработан измеритель прочности бетона – склерометр с магнитоупругим преобразователем (см. рис. 10.).

В его комплект входят склерометр с магнитоупругим преобразователем и аналого-цифровой преобразователь с микропроцессором (АЦПМ).

	1. Опорное кольцо. 2. Цилиндр. 3. Упругая пружина. 4. Упор 5. Противовес. 6. Провод на аналогоцифровой преобразователь 7. Ручка. 8. Курок. 9. Зацепная пружина. 10. Ударник.
Рис. 10. Схема склерометра с магнитоупругим преобразователем

При взаимодействии ударника 10 с поверхностью бетона, в которую уперто опорное кольцо 1, вырабатывается электрический сигнал, передаваемый через провод 6 на аналогоцифровой преобразователь с микропроцессором.

Противовес 5 включен в схему склерометра с целью снижения зависимости сигнала от угла наклона оси склерометра к горизонтали при нанесении удара.

Для вытяжения рабочей пружины 3 и возвратной пружины 2 смещают корпус от поверхности конструкции до момента захвата ударника защелкой 10.

Постоянство силы удара обеспечивается системой, состоящей их упругой пружины 3 и упора 4, управляемых курком 8 и зацепной пружиной 9, находящейся в цилиндре 2.

Прибор снабжен ручкой 7.

АЦПМ состоит из измерительного блока, блока процессора, блока клавиатуры и индикации. Он выполнен в виде переносного прибора с автономным питанием от аккумуляторной батареи.

Масса прибора не более 3 кг, габариты 100х180х370 мм.

Погрешность измерения не более 2%.

В память прибора предварительно вводят:

· параметры градуировочной кривой;

· минимальное значение прочности;

· максимальное допустимое значение коэффициента изменчивости.

На цифровом индикаторе высвечиваются:

· число контролируемых участков на конструкции;

· средняя прочность бетона в конструкции;

· коэффициент вариации прочности.

К механическим методам следует также отнести методы, основанные на изучении поведения конструкций при воздействии на них вибрационных нагрузок при возбуждении свободных колебаний.

При контроле строительных конструкций серийного производства динамические методы позволяют провести массовый контроль продукции и для каждого изделия определить его частоты или хотя бы только первую, наименьшую частоту, а также декремент колебаний.

Резкое снижение частоты и увеличение декремента указывают на снижение жесткостных характеристик изделия. При проведении повторных испытаний эксплуатируемых конструкций отклонение от ранее полученных динамических параметров, выявленных в аналогичных условиях, указывает на изменение испытуемого объекта.

С помощью динамических методов испытания могут быть решены вопросы о:

· значении величины натяжения арматуры, тросов и канатов;

· о значениях усилий в элементах металлических ферм и т.д.

Путем замера прогибов или деформаций в конструкциях на разных частотах строится амплитудно-частотная характеристика (см. рис. 11.) и график свободных колебаний (Рис. 12).

Рис. 11. Амплитудно-частотная характеристика

Рис. 12. График свободных колебаний (а) и распространение продольных волн (б)

Более совершенным в настоящее время является прибор «Оникс-1» и «Оникс- 2,3» которые используются для определения прочности и однородности бетона на сжатие неразрушающим ударно-импульсным методом в соответствии с ГОСТ 22690-88 и ГОСТ 18105-86, а также для определения твердости поверхности различных материалов (Рис. 13).

	1 – корпус измерителя; 2 – выключатель питания; 3 – разъем; 4 – индикатор; 5 – кнопка «калибровка»; 6 – кнопка «сброс»; 7 – потенциометр установки а1; 8 – потенциометр установки а0; 9 – ремешок; 10 – гибкий кабель; 11 – датчик-склерометр; 12 – кнопка спусковая; 13 – ручка взвода; 14 – опорное кольцо; 15 – индентор; 16 – потенциометр эталона
Рис. 13 Общий вид прибора «Оникс-1»:

Принцип работы заключается в фиксации амплитуды кратковременного электрического импульса, возникающего в чувствительном элементе при ударе о бетон, с дальнейшим преобразованием в цифровой десятичный код по уравнению:

R = a_o + a₁H (13)

где:

R -- прочность бетона на сжатие, МПа;

Н -- амплитуда сигнала датчика (косвенная характеристика прибора

при a_o = 0, а₁= 1).

Метод пластических деформаций заключается в оценке местных де­формаций, вызванных приложением к конструкции сосредоточенных усилий. Этот метод основан на зависимости размеров отпечатка на поверхности элемента, полученного при вдавливании стального шарика (определение твердости по Бринеллю) статическим или динамическим воздействием, от прочностных характеристик материала (см. рис. 14). Достоинство этого метода заключается в его простоте, недостаток - суж­дение о прочности материала по состоянию поверхностных слоев.

Твердость по Бринеллю НВ определяется при статическом вдавливании стального шарика 1 в тело испытуемого металла 2. Оценивается она значением величины (14) где: Р - нагрузка на шарик; D - диаметр шарика, мм; d - диаметр отпечатка, мм.

Рис.14. Определение твердости по Бринеллю

Существуют также методы определения твердости по Роквеллу и Виккерсу.

При определении прочности бетона используют приборы статического и динамического действий.

К первой группе относятся приборы типа Штамп НИИЖБ и прибор М.А. Новгородского; второй - приборы (молотки) И.А. Физделя и К.П. Кашкарова.

Принцип действия прибора «Штамп НИИЖБ» (см. рис.15.) следующий:

-между испытуемой поверхностью 1 и штампом 3 прокладывается лист белой бумаги и лист копировальной бумаги 2 так, чтобы на белой бумаге оставался отпечаток штампа при его вдавливании в тело бетона опертым на металлическую скобу 5 гидравлическим домкратом 4.

-по диаметру отпечатка с помощью градуированной кривой, в зависимости от радиуса штампа rи соответствующей силы Рвдавливания, определяется класс бетона при помощи градуировочной таблицы.

Рис.15. Схема прибора ²Штамп НИИЖБ² (a) и градуировочная таблица (б)

Принцип действия молотка И.А. Физделя (см. рис. 16.) следующий:

(a)	(б)
Рис.16. Молоток И.А. Физделя (а) и тарировочный график для молотка (б): 1 – молоток; 2 – ручка; 3 – сферическое гнездо; 4 – шарик; 5 – угловой масштаб

Наибольшее применение на практике находит молоток К.П. Кашкарова(Рис. 21).

Принцип действия прибора заключается в следующем:

-удары молотком 1 наносят, держа его за ручку 2, перпендикулярно к поверхности бетона 6;

-диаметр отпечатка на бетоне d_б при этом должен составить 0,3-0,7;

-диаметра стального шарика 5, а наибольший диаметр отпечатка не должен быть менее 2,5 мм.;

-расстояние между лунками отпечатков должно быть не менее 30 мм, а на поверхности эталонного стержня не менее 10 мм.;

-количество испытаний на каждом участке конструкции не должно быть менее 5;

-удары следует наносить через листы копировальной и белой бумаги, чтобы погрешность измерения диаметров отпечатков не превышала 0,1 мм.

(а)	(б)
Рис. 17. Молоток К.П. Кашкарова (а) и тарировочный график для молотка (б): 1 – корпус; 2 – металлическая рукоятка; 3 – резиновая ручка; 4 – головка; 5– стальной шарик; 6 – стальной эталонный стержень; 7 – угловой масштаб.

Отношением диаметра лунки в бетоне к диаметру наибольшего отпечатка на эталонном стержне d_б / d_э и по градуированной кривой определяют прочность бетона составленной из условия, что возраст бетона равен 28 суткам при его влажности 2-6%.

Погрешность определения прочности бетона на сжатие эталонным молотком составляет 10-15%.

В других случаях прочность бетона на сжатие можно определить по формуле:

R = k_В×k_t×R ₂₈ (15)

где:

k_В - коэффициент, учитывающий влажность бетона;

k_t - коэффициент, учитывающий возраст бетона.

Определение этих коэффициентов производится по соответствующим графикам (см. рис.18.).

Факторами, влияющими на скорость распространения звука, являются частота колебаний (передачи сигнала), количество металла, содержащегося в конструкции, влажность и температура материала.

Например, при повышении влажности конструкции ошибка в определении прочности бетона может достигать 20%.

	Рис.18. Графики поправочных коэффициентов