Максимальная плотность и оптимальная влажность суглинков. Расчет максимальной плотности при оптимальной влажности

Целью искусственного уплотнения грунтов является повышение их прочности, снижения водопроницаемости и высоты капиллярного поднятия, а также уменьшение неравномерности и ускорение осадок. Уплотнение насыпных грунтов, содержащих в порах воду и воздух, происходит, в основном, не за счет вытеснения воды, а за счет вытеснения воздуха при сближении частиц, поэтому на процесс уплотнения большое влияние оказывает влажность грунта. При повышении влажности до определенного предела плотность грунта увеличивается при одинаковой затрате уплотняющей энергии. При дальнейшем увеличении влажности плотность уменьшается при затрате такого же количества работы (см. рис.5).

За показатель степени уплотнения грунта обычно принимают плотность грунта в сухом состоянии ρ d .

Рис. 6. Зависимость плотности ρ d от количества ударов nпри постоянной влажности

В лабораторных условиях определение оптимальной влажности и соответствующих ей максимальной плотности производится с помощью прибора стандартного уплотнения (рис. 7). Такое стандартное уплотнение соответствует влажности и плотности, получаемым при уплотнении грунтов катками среднего веса в производственных условиях.

Сущность метода стандартного уплотнения состоит в определении оптимальной влажности грунта w opt , при которой достигается наибольшее его уплотнение (максимальное значение плотности грунта в сухом виде ρ d ). В приборе СоюздорНИИ производится серия отдельных испытаний по послойному (в три слоя) трамбованию грунта с последовательным увеличением его влажности w, но при постоянном количестве ударов (120 ударов, т.е. по 40 ударов на каждый из трех слоев) грузов, массой 2,5 кг, свободно падающего с высоты 300мм. Для песчаных и гравийных грунтов первое испытание производится при исходной влажности 4%, а в последующих испытаниях влажность последовательно увеличивается на 1-2%. Аналогично для глинистых грунтов испытания проводятся при исходной влажности 8% с последующим увеличением ее на 2-3%.

Рис. 7. Прибор стандартного уплотнения СоюздорНИИ

Испытание грунта производится в следующем порядке:

– подготовленная проба грунта массой 2,5 кг слоями загружается в цилиндр прибора, причем каждый слой уплотняется 40 ударами груза;

При этом стержень трамбовки удерживается в вертикальном положении (перед укладкой третьего слоя на цилиндр надевается насадка);

– после уплотнения третьего слоя насадка снимается и выступающая часть образца срезается заподлицо с торцом цилиндра;

– определяется плотность влажного образца грунта по формуле:

где m 0 – масса собранного контейнера (цилиндр с поддоном и кольцом) г;

m 1 – масса контейнера с грунтом, г;

V – емкость цилиндра, см 3 ;

– раскрывается цилиндр и из верхней, средней и нижней частей образца отбирается по одной пробе (массой не менее 30г) для определения влажности грунта (см. работу 2).

Затем путем добавления определенного количества воды (см. приложение 2) повышается влажность грунта, и проводятся последующие испытания. Испытания следует считать законченными тогда, когда с повышением влажности пробы последующих двух, трех испытаниях на уплотнение происходит последовательное уменьшение значений плотности уплотненных образцов грунта.

По полученным в результате испытаний значениями плотности и влажности уплотненных образцов определяется плотность грунта в сухом состоянии:

Строится график зависимости плотности сухого грунта от влажности (см. рис. 5), находятся максимум полученной зависимости и соответствующие ему величины максимальной плотности сухого грунта (ρ d мах ) с точностью 0.01 г/см 3 и оптимальной влажности (w opt ) с точностью 0.1%.

Максимальная плотность, получаемая при стандартном уплотнении, принимается за исходную величину при оценке плотности приискусственном уплотнении грунтов.

Отношение плотности сухого грунта к максимальной плотности сухого грунта ρ d мах называется коэффициентом стандартного уплотнения:

Требуемая минимальная плотность насыпи определяется путем умножения на коэффициент К Tab (К Tab =К с) , принимаемый по СНиП 2.05.02-85 в зависимости от расположения слоя грунта по высоте насыпи, типа покрытия, дорожно – климатической зоны и условий насыпи.

Определение оптимальной влажности и максимальной плотности обязательно при работах: по воздействию насыпей; окончательной отделке земляного полотна; устройству дорожных одежд и грунтовых подушек в основаниях сооружений.

В лаборатории преподавателем проводится демонстрационный опыт по уплотнению грунта при одном значении влажности. Для построения зависимости ρ d =f(w) используется данные таблицы 13.

1. По указанию преподавателя по данным непосредственного определения по описанной выше методике (см. приложение 2) или по заданным в табл. 13 значениями массы контейнера с грунтом m 1 и влажности w для серии из шести опытов определить значения плотности грунта в сухом состоянии (формула 23); результаты записать в журнал (форма 13).

2. Построить кривую стандартного уплотнения (форма 14).

3. Определить значения максимальной плотности сухого грунта и оптимальной влажности w opt ; результаты записать в журнал (форма 15).

Таблица 13

Примечание:

Масса собранного контейнера m 0 =3600 г; емкость цилиндра V =1000см 3 .

Определение плотности					Определение влажности						Определение
Номер испы-тания				Плотность, г/см 3					Влажность		плотности cкелета ρ d , см 3
	m 2	m 3	m 0 = m 3 – m 2	m 0 / V		m 4	m 5	m 6	m 5 – m 6 m 6 – m 4		ρ d = ρ/(1+ 0,01 W )

m 2 – массаконтейнера без насадки;

m 3 - массаконтейнера без насадки с уплотненным образцом грунта;

m 0 = m 3 – m 2 - массауплотненного образца грунта;

m 4 - массапустого бюкса;

m 5 - массабюкса с влажной пробой грунта;

m 6 - массабюкса с сухим грунтом

ρ d – плотность скелета уплотненного образца грунта

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Схема прибора Союздорнии для

Стандартного уплотнения грунтов

1  поддон; 2  разъемный цилиндр емкостью 1000 см 3 ; 3 - кольцо; 4 - насадка; 5 - наковальня;

6 - груз массой 2,5 кг:; 7 - направляющий стержень; 8 - ограничительное кольцо; 9 - зажимные винты.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Пример построения графика зависимости плотности скелета грунта от влажности при стандартном уплотнении

Лабораторная работа № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ твердых ЧАСТИЦ

ГРУНТА ПИКНОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Цель работы: Определение плотности грунта пикнометрическим методом (рис.1). Оценка правильности полученного результата.

Теоретическая часть

Плотность твердых частиц грунта  s (г/см 3) - это отношение массы сухого грунта к объему его твердой части или - масса единицы объема твердых (скелетных) частиц грунта:  s = m s / V s .

Плотность твердых частиц отдельных типов дисперсных грунтов, не содержащих примесей органических веществ и вводно-растворимых солей, является величиной достаточно постоянной, и поэтому в расчетах часто используются ее средние значения: для песков – 2,65 г/см 3 ; супесей – 2,70 г/см 3 ; суглинков – 2,71 г/см 3 , глин – 2,74 г/см 3 .

Плотность твердых частиц грунтов определяется главным образом пикнометрическим методом. Метод основан на том, что масса твердых частиц грунта находится прямым взвешиванием, а ее объем – через массу жидкости, занимающую объем, равный объему твердых частиц.

Материалы: грунт, дистиллированная вода

Необходимое оборудование : фарфоровая ступка с пестиком, сито с сеткой № 2, пикнометр, песчаная баня, аналитические весы, пипетка, фильтровальная бумага, воронка.

Ход работы

1. Образец грунта в воздушно-сухом состоянии размель­чают в фарфоровой ступке, отбирают методом квартования сред­нюю пробу массой 100-200 г и просеивают сквозь сито с сеткой № 2, остаток на сите растирают в ступке и просеивают сквозь то же сито.

2. Из перемешанной средней пробы берут навеску грунта из расчета 15 г на каждые 100 мл емкости пикнометра и высушивают до постоянной массы в соответствии с лабораторной работой №1. Навеску заторфованного грунта или торфа следует отбирать из средней пробы из расчета 5 г сухого грунта на каж­дые 100 мл емкости пикнометра, которая в этом случае должна быть не менее 200 мл.

Допускается использовать грунт в воздушно-сухом состоянии, определив его гигроскопическую влажность.

3. Взвесить пикнометр на весах (m " ).

4. Осторожно всыпать через воронку взятую навеску в пикнометр.

5. Определить массу пикнометра с грунтом (m 1 ).

6. Определить массу воздушно-сухого грунта

(m = m 1 - m " ).

7. Определить массу абсолютно-сухого грунта (внести поправку на гигроскопическую влажность, W г ) по формуле:

m 0 = m /(1+0,001 W г ).

8. Налить в пикнометр на ½ его объема дистиллированной воды, несколько раз осторожно взболтать.

Рис. 4.1. Пикнометр на песчаной бане.

9. Прокипятить грунт с водой на песчаной бане (рис. 4.1) для удаления адсорбированного воздуха и расчленения агрегатов. Песчаные грунты кипятить 30 мин, суглинки и глины 1 час, при этом не опуская разбрызгивания суспензии. При образовании пены следует снижать температуру бани.

10. Пикнометр слегка остудить, долить дистиллированной воды до мерной черты и окончательно охладить в ванне с водой до комнатной температуры.

11. Установить нижний край мениска суспензии строго на уровне мерной черты пикнометра, добавляя по каплям дистиллированную воду. Тщательно протереть пикнометр снаружи фильтровальной бумагой и взвесить (m 2 ).

12. Содержимое пикнометра вылить, пикнометр тщательно промыть, налить до черты дистиллированной воды и взвесить (m 3 ).

13. На основании полученных данных произвести расчет плотности по формуле:

ρ s = m 0 /(m 0 + m 3 - m 2 · ρ w ),

где ρ w – плотность воды.

14. Определение производить параллельно в двух пикнометрах. Расхождения между двумя параллельными определениями должно быть не более 0,02 г/см 3 . За окончательное значение плотности принять среднее арифметическое из результатов определений.

15. Данные определения занести в таблицу 1.

Таблица 1.

Таблица определения плотности твердых частиц

№ образца	№ пикнометра				Гигроскопическая влажность, %				Плотность, г/см 3
		пикнометра	пикнометра с грунтом	воздушно-сухого грунта		грунта с поправкой на гигроскопическую влажность	пикнометра с нрунтом и водой	пикнометра с водой			Среднее значение
		m "	m 1		W г	m 0	m 2	m 3

Плотность грунта максимальная плотность, полученная при данной затрате работы на уплотнение (стандартное уплотнение) грунта, имеющего оптимальную влажность.

Строительный словарь .

Смотреть что такое "Плотность грунта максимальная" в других словарях:

максимальная - максимальная: Максимально возможная длина ЗО, в пределах которой выполняются требования настоящего стандарта и технических условий (ТУ) на извещатели конкретных типов, Источник: ГОСТ Р 52651 2006: И …

Максимальная плотность (стандартная плотность) - наибольшая плотность сухого грунта, которая достигается при испытании грунта методом стандартного уплотнения. Источник: ГОСТ 22733 2002: Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

максимальная плотность и оптимальная влажность - 3.2 максимальная плотность и оптимальная влажность: Параметры, определяемые при испытании грунта методом стандартного уплотнения по ГОСТ 22733. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Влажность грунта - отношение массы воды в объеме грунта к массе этого грунта, высушенного до постоянной массы. Источник: ГОСТ 30416 96: Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения оригинал документа Смотри также родственные термины … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

влажность грунта оптимальная - 3.2 влажность грунта оптимальная: Влажность грунта, при которой его уплотнение определенными уплотняющими средствами обеспечивает максимальную плотность. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Влажность грунта, при которой достигается его максимальная плотность (в пересчете на сухой грунт) при стандартизованных условиях его уплотнения падающим грузом. В России в качестве стандартного метода определения оптимальной влажности принят… … Строительный словарь

Общие положения. При проектировании и строи­тельстве земляных сооружений из песчаных и глинистых пород необходимо обеспечить наибольшую их устойчивость и прочность. Это достигается уплотнением пород (укаткой, трамбованием, виброуплотнением) до максимальной плотности при оптимальной влаж­ности.

Грунт в насыпи находится в трехфазной состоянии (грунт + воздух + вода), и уплотнение его происходит за счет перемещения грунтовых частиц и сопровождаются вытеснением воздуха из пор. При одинаковой затрате усилий уплотнение зависит от влажности грунта.

Маловлажные грунты уплотняются плохо, так как грунтовые агрегаты (комочки) при этом обладают высокой прочностью, между частицами грунта развивается трение, препятствующее их взаим­ному перемещению в процессе уплотнения. С повышением влажности до определенного предела плотность скелета грунта увеличи­вается. Насыщенные водой грунты трудно уплотнить по другой причине. Уплотняющее воздействие (удар трамбовки, проход кат­ка и т.п.) обычно кратковременно. Поэтому нагрузка восприни­мается, главным образом, поровой водой, которая не успевает отжаться из грунта, а скелет грунта не успевает включиться в работу.

Влажность грунта, при которой достигается заданное его уплотнение при наименьшей затрате уплотняющей работы, называ­ется оптимальной.

При оптимальной влажности можно достичь наибольшего уплот­нения, поскольку в этом случае комочки разрушаются относитель­но легко частицы грунта, имея на контактах смазку в виде пленки воды, смещаются друг относительно друга и более компак­тно укладывается в объеме грунта. При оптимальной влажности часть порового объема заполнена воздухом, который сжимается и не препятствует уплотнению.

Оптимальная влажность зависит от состава грунта, харак­тера уплотняющего воздействия, его интенсивности и количества затраченной на уплотнение работы. Например, оптимальная влажность супесей составляет 9 – 15%, суглинков 15-22% и т.д. Чем интенсивнее уплотнявшее воздействие (скажем, больше вес катка), тем ниже оптимальная влажность.

Строительные нормы (СНиП П-Д.5-72) требуют, чтобы уплот­нение грунтов при укладке в тело насыпи автодороги производилось при оптимальной влажности. Если влажность ниже оптимальной, при­ходится прибегать к искусственному увлажнению грунта; выше опти­мальной - просушиванию.

Оборудование. Прибор стандартного уплотнения (рис.4, табл.11). Сито с отверстиями диаметром 5 мм; тарелочные и технические весы с набором гирь и разновесов; бюксы для определения влаж­ности; мерный цилиндр; противень с воздушно-сухими грунтом; нож; совок; шпатель; сушильный шкаф; ступка с пестиком; метал­лическая чашка емкостью 3-4 л для приготовления грунтовой смеси.

Таблица 11

Характеристика прибора стандартного уплотнения

Рис. 4. Cхема прибора Союздорнии для стандартного уплотнения

1 - подстаканник; 2 - разъемный цилиндр; 3 - насадка; 4 - ограни­чительное кольцо; 5 - стойка с уплотнителем; 6 - груз; 7 - зажимное кольцо; 8 - зажимной винт

Подготовительные работы

1. Отбирают пробу воздушно-сухого грунта массой 3,0-3,5кг.

2. Если в грунте имеется комки, их предварительно измель­чают в ступке.

3. Отобранную и измельченную пробу грунта просеивают через сито с отверстиями 5 мм.

4. Производится сборка прибора. Половинки рабочего ци­линдра соединяют, на них надевают неразъемный цилиндр и в таком виде цилиндр укрепляют в поддоне прибора сильной затяжкой винтов, так, чтобы плоскость разъема была перпендику­лярна оси зажимных винтов.

5. Взвешивают на тарелочных весах пустой прибор стандар­тного уплотнения,

6. Смазывают внутреннюю часть цилиндра техническим вазе­лином.

Ход работы .

1.B металлическую чашку отвешива­ют пробу воздушно-сухого грунта, просеянного через сито, в количестве 3,0 кг.

2. Определяютколичество воды, которое необходимо добавить к исходной навеске грунта для получения следующих влажностей: 1, 6, 8, 10, 12, 14%, используя формулу

где g-масса грунта, подлежащего увлажнению, г; W- требуемая влажность; W 1- влажность грунта в исходном состоянии, %.

В лабораторной работе для повышения влажности на 2-3%добавить 50 г воды.

3. В чашку с грунтом с помощью мензурки добавляют, тре­буемое количествоводы с одновременный тщательны перемещением до равномерного увлажнения.

4. Рабочий объем цилиндра прибора заполняют увлажненным грунтом на одну треть высоты цилиндра.

5. В цилиндр вставляют пуансон со штоком и трамбовкой.

6. Производят стандартное уплотнение (см.табл. II).

7. Снимается шток с трамбовкой и в цилиндр добавляется грунт до двух третей его высоты. Производится уплотнение аналогично п.6.

8. Снимают шток с трамбовкой, устанавливают, насадку и в цилиндр укладывают, новый объем грунта. Укладку грунта следует прекратить, когда поверхность грунта будет превышать верхнюю кромку разъемного цилиндра примерно на 10 им. Уплотне­ние грунта аналогично п.6.

9. После окончания уплотнения с цилиндра снимают шток с трамбовкой, насадку и выступающий грунт осторожно срезают ножом по верхней кромке.

10. Прибор с уплотненным грунтом взвешивают на тарельча­тых весах с точностью до I г.

11. Грунт из цилиндра высыпают обратно в чашку, перемеши­вают и отбирают пробу массой 10-15 г для определения влаж­ности термостатным методом.

12. Результаты опыта заносят в табл.12.

13. Весь грунт, как после опыта, так и первоначальный перемешивают

14. Операции, описанные в п.п. 3-12, повторяют 5 раз с добавлением каждый раз 50 г воды.

Результаты определения.

I. По данный определения для каждого опыта определяют влажность, плотность влажного и плотность скелета грунта по формулам:

влажность грунта

где g в - масса влажного грунта, г; g с - масса сухого грунта, г; g б - масса бюксы, г.

плотность грунта

где Р 1 - масса цилиндра с уплотненным грунтом, кг; Р 2 - мас­са пустого цилиндра, кг; V - объем цилиндра, м 3 ; Плотность скелета грунта

2. Строится график зависимости плотности скелета грунта от влажности при уплотнении (рис.5). Масштабы графика.

Уплотнение грунтов с которых сооружается з.п., явл-ся одним из важнейших технических процессов в результате которого достигается расчетная прочность, устойчивость и стабильность дорожной конструкции в целом в процессе будущих эксплуатации. Возведение насыпей без послойного уплотнения допускается только в отдельных случаях:

1) в насыпях на болотах;

2) в насыпях ч/з водослив;

3) при возведении насыпи методом гидронамыва с одномерных мелких барханных песков;

Плотность грунта уплотненного в конструкцию оценивается коэффициентом уплотнения кот. Представляет собой отношение фактической плотности грунта насыпи к максимальной стандартной при оптимальной влажности (метод стандартного уплотнения)

К у= ρ d /ρ max, ρ d = ρ/(1+0,01W)

Требуемая плотность грунтов в насыпи может быть достигнута при оптимальной влажности. Наибольшая плотность грунта может быть достигнута при применении машин и механизмов обеспечивающая максимально допустимое по условиям прочности для данного грунта контактное давление. Для определенияния оптимальной толщины уплотняемого слоя и количество проходов по одному следу следует производить пробное уплотнение или пользоваться эмпирическими зависимостями руководствуясь теоретическими предпосылками:

1) грунтовый массив в насыпи представляет собой 3-х фазную систему;

2) о степени сближения элементов твердой фазы для данного грунта можно судить только по плотности сухого грунта, при уплотнении грунта увеличение плотности может идти только за счет удаления газообразной фазы и частично за счет отжатая жидкой фазы;

3) важным явл-ся вопрос о требуемой плотности(должна обеспечивать не обходимую сопротивляемость грунта воздействию напряжений от нагрузок и погодно климатических факторов);

4) наибольшее распространение получил эмпирический метод назначение требуемой плотности

ρ ск тр =К у ρ ск max

Для определения максимальной плотности проводят испытания грунта в приборе стандартного уплотнения(грунт уплотняется в цилиндре послойно путем тромбования с помощью падающего груза) В результате испытаний получают кривую стандартного уплотнения (зависимость плотности сухого грунта от влажности)

Требуемая минимальная плотность сложения сухого грунта d , г/см 3 , т/м 3 , должна быть такой, чтобы грунт насыпи при воздействии временных поездных нагрузок работал практически в упругой стадии.

Требуемую в земляном полотне для песчаных и глинистых грунтов плотность сложения сухого грунта d определяют по формуле:

где k – минимальный коэффициент уплотнения, для верхней и для нижней частей, см. табл.5.4 стр.297 ;

Максимальная плотность сухого грунта, т/м 3 .

Таким образом:

Плотность грунта насыпи с учётом влажности определяется по формуле:

где: - оптимальная влажность.

Удельный вес грунта насыпи определяется по формуле:

Защитный слой – слой дренирующего грунта, который должен иметь соответствующий коэффициент уплотнения и толщину такую, чтобы под ним не возникали пластические деформации. Защитный слой укладывается под основную площадку для предотвращения пучения.

Согласно СТН Ц-01-95 толщина защитного верхнего слоя h защ для насыпи, отсыпанной супесью составляет 0,5-0,7 м. К расчету принята величина h защ =0,5 м. Защитный слой отсыпается из песчано-гравийной смеси с параметрами: с = 1 кПа; φ=33º.

Максимальная плотность (стандартная плотность) - наибольшая плотность сухого грунта, которая достигается при испытании грунта методом стандартного уплотнения.

Оптимальная влажность - значение влажности грунта, соответствующее максимальной плотности сухого грунта.