Метою штучного ущільнення ґрунтів є підвищення їх міцності, зниження водопроникності та висоти капілярного підняття, а також зменшення нерівномірності та прискорення осад. Ущільнення насипних грунтів, що містять у порах воду і повітря, відбувається, в основному, не за рахунок витіснення води, а за рахунок витіснення повітря при зближенні частинок, тому на процес ущільнення впливає вологість грунту. При підвищенні вологості до певної межі щільність ґрунту збільшується за однакової витрати ущільнюючої енергії. При подальшому збільшенні вологості щільність зменшується при витраті такої кількості роботи (див. рис.5).
За показник ступеня ущільнення ґрунту зазвичай приймають густину ґрунту в сухому стані. ρ d.
Мал. 6. Залежність щільності ρ dвід кількості ударів nпри постійній вологості
У лабораторних умовах визначення оптимальної вологості та відповідних їй максимальної щільностіпровадиться за допомогою приладу стандартного ущільнення (рис. 7). Таке стандартне ущільнення відповідає вологості та щільності, що отримується при ущільненні ґрунтів котками середньої ваги у виробничих умовах.
Сутність методу стандартного ущільнення полягає у визначенні оптимальної вологості ґрунту w opt, при якій досягається найбільше його ущільнення (максимальне значення щільності ґрунту в сухому вигляді ρ d). У приладі СоюздорНДІ проводиться серія окремих випробувань по пошаровому (в три шари) трамбування грунту з послідовним збільшенням його вологості w, але при постійній кількості ударів (120 ударів, тобто по 40 ударів на кожен із трьох шарів) вантажів, масою 2, 5 кг, що вільно падає з висоти 300мм. Для піщаних і гравійних ґрунтів перше випробування проводиться при вихідній вологості 4%, а наступних випробуваннях вологість послідовно збільшується на 1-2%. Аналогічно для глинистих ґрунтів випробування проводять при вихідній вологості 8% з подальшим збільшенням її на 2-3%.
Мал. 7. Прилад стандартного ущільнення СоюздорНДІ
Випробування ґрунту проводиться в наступному порядку:
- підготовлена проба ґрунту масою 2,5 кг шарами завантажується в циліндр приладу, причому кожен шар ущільнюється 40 ударами вантажу;
При цьому стрижень трамбування утримується у вертикальному положенні (перед укладанням третього шару на циліндр надягається насадка);
- після ущільнення третього шару насадка знімається і частина зразка, що виступає, зрізається врівень з торцем циліндра;
– визначається щільність вологого зразка ґрунту за формулою:
де m 0- Маса зібраного контейнера (циліндр з піддоном та кільцем) г;
m 1- Маса контейнера з ґрунтом, г;
V- Місткість циліндра, см 3;
– розкривається циліндр і з верхньої, середньої та нижньої частин зразка відбирається по одній пробі (масою не менше 30г) для визначення вологості ґрунту (див. роботу 2).
Потім шляхом додавання певної кількості води (див. додаток 2) підвищується вологість ґрунту і проводяться наступні випробування. Випробування слід вважати закінченими тоді, коли з підвищенням вологості проби наступних двох, трьох випробувань на ущільнення відбувається послідовне зменшення значень щільності ущільнених зразків ґрунту.
За отриманими в результаті випробувань значеннями щільності та вологості ущільнених зразків визначається щільність ґрунту в сухому стані:
Будується графік залежності густини сухого ґрунту від вологості (див. рис. 5), знаходяться максимум отриманої залежності та відповідні йому величини максимальної густини сухого ґрунту ( ρ d мах) з точністю 0.01 г/см 3 та оптимальної вологості ( w opt) з точністю 0.1%.
Максимальна щільність, яка отримується при стандартному ущільненні, приймається за вихідну величину при оцінці щільності при штучному ущільненні ґрунтів.
Відношення щільності сухого ґрунту до максимальної щільності сухого ґрунту ρ d махназивається коефіцієнтом стандартного ущільнення:
Необхідна мінімальна густина насипу визначається шляхом множення на коефіцієнт До Tab (До Tab = До с), що приймається за СНиП 2.05.02-85 залежно від розташування шару ґрунту по висоті насипу, типу покриття, дорожньо-кліматичної зони та умов насипу.
Визначення оптимальної вологості та максимальної щільності обов'язково при роботах: за впливом насипів; остаточного оздобленняземляного полотна; влаштування дорожніх одягів та ґрунтових подушок в підставах споруд.
У лабораторії викладачем проводиться демонстраційний досвід із ущільнення ґрунту при одному значенні вологості. Для побудови залежності ρ d = f(w)використовується дані таблиці 13.
1. За вказівкою викладача за даними безпосереднього визначення за описаною вище методикою (див. додаток 2) або за заданими у табл. 13 значеннями маси контейнера з ґрунтом m 1 і вологості w для серії з шести дослідів визначити значення густини ґрунту в сухому стані (формула 23); результати записати до журналу (форма 13).
2. Побудувати криву стандартного ущільнення (форма 14).
3. Визначити значення максимальної щільності сухого ґрунту та оптимальної вологості w opt; результати записати до журналу (форма 15).
Таблиця 13
Примітка:
Маса зібраного контейнера m 0=3600 р; ємність циліндра V=1000см 3 .
|
Визначення густини |
Визначення вологості |
Визначення |
|||||||||
|
Номер випробування |
Щільність, г/см 3 |
Вологість |
щільності скелета 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 – масаконтейнера без насадки;
m 3 - масаконтейнера без насадки з ущільненим зразком ґрунту;
m 0 = m 3 – m 2 - маса ущільненого зразка ґрунту;
m 4 - маса порожнього бюкса;
m 5 - масабюкса з вологою пробою ґрунту;
m 6 - масабюксу з сухим грунтом
ρ d - Щільність скелета ущільненого зразка ґрунту
ДОДАТОК 1
Схема приладу Союздорнії для
Стандартного ущільнення ґрунтів
1 піддон; 2 роз'ємний циліндр ємністю 1000 см 3 ; 3 - кільце; 4 - Насадка; 5 - ковадло;
6 - вантаж масою 2,5 кг:; 7 - напрямний стрижень; 8 - Обмежувальне кільце; 9 - затискні гвинти.
ДОДАТОК 2
Приклад побудови графіка залежності щільності скелета ґрунту від вологості при стандартному ущільненні
Лабораторна робота №4
ВИЗНАЧЕННЯ ЩІЛЬНОСТІтвердихЧАСТОК
ГРУНТА ПІКНОМЕТРИЧНИМ МЕТОДОМ
Мета роботи: Визначення щільності ґрунту пікнометричним методом (рис.1). Оцінка правильності одержаного результату.
Теоретична частина
Щільність твердих частинок ґрунту s (Р/см 3) - це відношення маси сухого ґрунту до обсягу його твердої частини або - маса одиниці об'єму твердих (скелетних) частинок ґрунту: s = m s / V s .
Щільність твердих частинок окремих типів дисперсних ґрунтів, що не містять домішок органічних речовин і вступно-розчинних солей, є величиною досить постійною, і тому в розрахунках часто використовуються середні значення: для пісків – 2,65 г/см 3 ; супісків - 2,70 г/см 3 ; суглинків - 2,71 г/см 3 глін - 2,74 г/см 3 .
Щільність твердих частинок ґрунтів визначається головним чином пікнометричним методом. Метод заснований на тому, що маса твердих частинок ґрунту знаходиться прямим зважуванням, а її об'єм – через масу рідини, що займає об'єм, що дорівнює обсягу твердих частинок.
Матеріали:ґрунт, дистильована вода
Необхідне обладнанняКабіна: фарфорова ступка з маточкою, сито з сіткою № 2, пікнометр, піщана лазня, аналітичні ваги, піпетка, фільтрувальний папір, вирва.
Хід роботи
1. Зразок ґрунту в повітряно-сухому стані подрібнюють у фарфоровій ступці, відбирають методом квартування середню пробу масою 100-200 г і просіюють крізь сито з сіткою № 2, залишок на ситі розтирають у ступці та просіюють крізь те ж сито.
2. З перемішаної середньої проби беруть навішування ґрунту з розрахунку 15 г на кожні 100 мл ємності пікнометра та висушують до постійної маси відповідно до лабораторної роботи №1. Наважку заторфованого ґрунту або торфу слід відбирати із середньої проби з розрахунку 5 г сухого ґрунту на кожні 100 мл ємності пікнометра, яка в цьому випадку має бути не менше 200 мл.
Допускається використовувати ґрунт у повітряно-сухому стані, визначивши його гігроскопічну вологість.
3. Зважити пікнометр на терезах ( m" ).
4. Обережно всипати через вирву взяту навішування в пікнометр.
5. Визначити масу пікнометра з ґрунтом ( m 1 ).
6. Визначити масу повітряно-сухого ґрунту
(m = m 1 - m" ).
7. Визначити масу абсолютно-сухого ґрунту (внести поправку на гігроскопічну вологість, W г) за формулою:
m 0 = m/(1+0,001 W г ).
8. Налити в пікнометр на його об'єму дистильованої води, кілька разів обережно збовтати.
Мал. 4.1. Пікнометр на піщаній лазні.
9. Прокип'ятити ґрунт із водою на піщаній бані (рис. 4.1) для видалення адсорбованого повітря та розчленування агрегатів. Піщані ґрунти кип'ятити 30 хв, суглинки та глини 1 годину, при цьому не опускаючи розбризкування суспензії. При утворенні піни слід знижувати температуру лазні.10. Пікнометр злегка остудити, долити дистильовану воду до мірної межі і остаточно охолодити у ванні з водою до кімнатної температури.
11. Встановити нижній край меніска суспензії на рівні мірної риси пікнометра, додаючи по краплях дистильовану воду. Ретельно протерти пікнометр зовні фільтрувальним папером і зважити ( m 2 ).
12. Вміст пікнометра вилити, пікнометр ретельно промити, налити до риси дистильованої води і зважити ( m 3 ).
13. На підставі отриманих даних зробити розрахунок густини за формулою:
ρ s = m 0 /(m 0 + m 3 - m 2 · ρ w ),
де ρ w- Щільність води.
14. Визначення виконувати паралельно у двох пікнометрах. Розбіжності між двома паралельними визначеннями має бути не більше ніж 0,02 г/см 3 . За остаточне значення густини прийняти середнє арифметичне з результатів визначень.
15. Дані визначення занести до таблиці 1.
Таблиця 1.
Таблиця визначення густини твердих частинок
|
№ зразка |
№ пікнометра |
Гігроскопічна вологість, % |
Щільність, г/см 3 |
||||||||
|
пікнометра |
пікнометра із ґрунтом |
повітряно-сухого ґрунту |
ґрунту з поправкою на гігроскопічну вологість |
пікнометра з нрунтом та водою |
пікнометра з водою |
Середнє значення |
|||||
|
m" |
m 1 |
W г |
m 0 |
m 2 |
m 3 |
||||||
Щільність ґрунту максимальна щільність, отримана при даній витраті на ущільнення (стандартне ущільнення) ґрунту, що має оптимальну вологість.
Будівельний словник.
Дивитись що таке "Щільність ґрунту максимальна" в інших словниках:
максимальна- максимальна: Максимально можлива довжина ЗО, у межах якої виконуються вимоги цього стандарту та технічних умов(ТУ) на сповіщувачі конкретних типів, Джерело: ДЕРЖСТАНДАРТ Р 52651 2006: І …
Максимальна щільність (стандартна щільність)- найбільша щільність сухого ґрунту, яка досягається при випробуванні ґрунту методом стандартного ущільнення. Джерело: ГОСТ 22733 2002: Ґрунти. Метод лабораторного визначення максимальної густини. Словник-довідник термінів нормативно-технічної документації
максимальна щільність та оптимальна вологість- 3.2 максимальна щільність та оптимальна вологість: Параметри, що визначаються при випробуванні ґрунту методом стандартного ущільнення за ГОСТ 22733. Джерело … Словник-довідник термінів нормативно-технічної документації
Вологість ґрунту- відношення маси води в обсязі ґрунту до маси цього ґрунту, висушеного до постійної маси. Джерело: ГОСТ 30416 96: Ґрунти. Лабораторні випробування Загальні положення оригінал документа Дивись також родинні терміни. Словник-довідник термінів нормативно-технічної документації
вологість ґрунту оптимальна- 3.2 вологість ґрунту оптимальна: Вологість ґрунту, при якій його ущільнення певними ущільнювальними засобами забезпечує максимальну щільність. Джерело … Словник-довідник термінів нормативно-технічної документації
Вологість ґрунту, при якій досягається його максимальна щільність (у перерахунку на сухий ґрунт) при стандартизованих умовах його ущільнення вантажем, що падає. У Росії як стандартного методувизначення оптимальної вологості прийнято. Будівельний словник
Загальні положення. При проектуванні та будівництві земляних споруд із піщаних та глинистих порід необхідно забезпечити найбільшу їх стійкість та міцність. Це досягається ущільненням порід (укаткою, трамбуванням, віброущільненням) до максимальної густини при оптимальній вологості.
Грунт у насипу знаходиться в трифазному стані (грунт + повітря + вода), і ущільнення його відбувається за рахунок переміщення ґрунтових частинок і супроводжуються витісненням повітря з пір. При однаковій витраті зусиль ущільнення залежить від вологості ґрунту.
Маловологі ґрунти ущільнюються погано, так як ґрунтові агрегати (грудочки) при цьому мають високу міцність, між частинками ґрунту розвивається тертя, що перешкоджає їх взаємному переміщенню в процесі ущільнення. З підвищенням вологості до певної межі густина скелета ґрунту збільшується. Насичені водою ґрунти важко ущільнити з іншої причини. Ущільнююча дія (удар трамбування, прохід катка тощо) зазвичай короткочасно. Тому навантаження сприймається, головним чином, поровою водою, яка не встигає віджатися з ґрунту, а скелет ґрунту не встигає включитися в роботу.
Вологість ґрунту, при якій досягається задане ущільнення при найменшій витраті ущільнюючої роботи, називається оптимальною.
При оптимальній вологості можна досягти найбільшого ущільнення, оскільки в цьому випадку грудочки руйнуються відносно легко частинки ґрунту, маючи на контактах мастило у вигляді плівки води, зміщуються один відносно одного і компактніше укладається в обсязі ґрунту. При оптимальній вологості частина порового об'єму заповнена повітрям, яке стискається та не перешкоджає ущільненню.
Оптимальна вологість залежить від складу ґрунту, характеру ущільнюючого впливу, його інтенсивності та кількості витраченої на ущільнення роботи. Наприклад, оптимальна вологість супісків становить 9 – 15%. , суглинків 15-22% і т.д. Чим інтенсивніший вплив, що ущільнює (скажімо, більше вагакатка), тим нижче оптимальна вологість.
Будівельні норми (СНиП П-Д.5-72) вимагають, щоб ущільнення ґрунтів при укладанні в тіло насипу автодороги здійснювалося за оптимальної вологості. Якщо вологість нижче оптимальної, доводиться вдаватися до штучного зволоження ґрунту; вище оптимальної - просушування.
Устаткування.Прилад стандартного ущільнення (рис.4, табл.11). Сито з отворами діаметром 5 мм; тарілочні та технічні ваги з набором гирь та різноваг; бюкси для визначення вологості; мірний циліндр; лист з повітряно-сухим грунтом; ніж; совок; шпатель; сушильна шафа; ступка з маточкою; металева чашка ємністю 3-4 л для приготування ґрунтової суміші.
Таблиця 11
Характеристика приладу стандартного ущільнення
Мал. 4. Cхема приладу Союздорнії для стандартного ущільнення
1 - підсклянник; 2 – роз'ємний циліндр; 3 – насадка; 4 - обмежувальне кільце; 5 - стійка із ущільнювачем; 6 - вантаж; 7 - затискне кільце; 8 - затискний гвинт
Підготовчі роботи
1. Відбирають пробу повітряно-сухого ґрунту масою 3,0-3,5кг.
2. Якщо в грунті є грудки, їх попередньо подрібнюють у ступці.
3. Відібрану та подрібнену пробу ґрунту просівають через сито з отворами 5 мм.
4. Виконується складання приладу. Половинки робочого циліндра з'єднують, на них надягають нероз'ємний циліндр і в такому вигляді циліндр зміцнюють у піддоні приладу сильною затяжкою гвинтів, так, щоб площина роз'єму була перпендикулярна осі затискних гвинтів.
5. Зважують на тарілкових вагах порожній прилад стандартного ущільнення,
6. Змащують внутрішню частину циліндра технічним вазеліном.
Хід роботи.
1.B металеву чашку відважують пробу повітряно-сухого ґрунту, просіяного через сито, у кількості 3,0 кг.
2. Визначають кількість води, яку необхідно додати до вихідної навішування ґрунту для отримання наступних вологостей: 1, 6, 8, 10, 12, 14%, використовуючи формулу
де g-маса ґрунту, що підлягає зволоженню, г; W-необхідна вологість ; W 1-вологість ґрунту у вихідному стані, %.
У лабораторної роботидля підвищення вологості на 2-3% додати 50 г води.
3. У чашку з ґрунтом за допомогою мензурки додають, необхідну кількість води з одночасним ретельним переміщенням до рівномірного зволоження.
4. Робочий об'єм циліндра приладу заповнюють зволоженим ґрунтом на одну третину висоти циліндра.
5. У циліндр вставляють пуансон зі штоком та трамбуванням.
6. Виробляють стандартне ущільнення (див. табл. II).
7. Знімається шток з трамбуванням і в циліндр додається ґрунт до двох третин його висоти. Проводиться ущільнення аналогічно п.6.
8. Знімають шток з трамбуванням, встановлюють, насадку і укладають в циліндр, новий об'єм грунту. Укладання грунту слід припинити, коли поверхня грунту перевищуватиме верхню кромку роз'ємного циліндра приблизно на 10 їм. Ущільнення ґрунту аналогічно п.6.
9. Після закінчення ущільнення з циліндра знімають шток з трамбуванням, насадку і грунт, що виступає, обережно зрізають ножем по верхній кромці.
10. Прилад із ущільненим ґрунтом зважують на тарілчастих вагах з точністю до I г.
11. Грунт із циліндра висипають назад у чашку, перемішують і відбирають пробу масою 10-15 г для визначення вологості термостатним методом.
12. Результати досвіду заносять до табл.12.
13. Весь ґрунт, як після досвіду, так і початковий перемішують
14. Операції, описані у п.п. 3-12, повторюють 5 разів з додаванням щоразу 50 г води.
Результати визначення.
I. За даний визначеннядля кожного досвіду визначають вологість, щільність вологого та щільність скелета ґрунту за формулами:
вологість ґрунту
де g у - маса вологого ґрунту, г; g с -маса сухого ґрунту, г; g б - маса бюкси, р.
щільність ґрунту
де Р 1- Маса циліндра з ущільненим ґрунтом, кг; Р 2 -маса порожнього циліндра, кг; V- Об'єм циліндра, м 3 ; Щільність скелета ґрунту
2. Будується графік залежності густини скелета грунту від вологості при ущільненні (рис.5). Масштаби графіка.
Ущільнення грунтів із яких споруджується з.п., явл-ся однією з найважливіших технічних процесів у результаті досягається розрахункова міцність, стійкість і стабільність дорожньої конструкції загалом у процесі майбутніх експлуатації. Зведення насипів без пошарового ущільнення допускається лише в окремих випадках:
1) у насипах на болотах;
2) у насипах через водозлив;
3) при зведенні насипу методом гідронамиву з дрібних одномірних барханних пісків;
Щільність ґрунту ущільненогоу конструкцію оцінюється коефіцієнтом ущільнення кіт. Є відношенням фактичної щільності грунту насипу до максимальної стандартної при оптимальній вологості (метод стандартного ущільнення)
До у = ρ d /ρ max, ρ d = ρ/(1+0,01W)
Необхідна щільність ґрунтів у насипі може бути досягнута за оптимальної вологості. Найбільша щільність ґрунту може бути досягнута при застосуванні машин і механізмів, що забезпечує максимально допустимий за умовами міцності для даного ґрунту контактний тиск. Для визначення оптимальної товщини шару, що ущільнюється, і кількість проходів по одному сліду слід проводити пробне ущільнення або користуватися емпіричними залежностями керуючись теоретичними передумовами:
1) ґрунтовий масив у насипі являє собою 3-х фазну систему;
2) про ступінь зближення елементів твердої фази для даного ґрунту можна судити тільки за щільністю сухого ґрунту, при ущільненні ґрунту збільшення густини може йти тільки за рахунок видалення газоподібної фази та частково за рахунок віджати рідкої фази;
3) важливим явл-ся питання про необхідну щільність (повинна забезпечувати необхідну опірність грунту впливу напруг від навантажень та погодно-кліматичних факторів);
4) найбільшого поширення набув емпіричний метод призначення необхідної щільності
ρ ск тр =К у ρ ск max
Для визначення максимальної щільності проводять випробування ґрунту в приладі стандартного ущільнення (ґрунт ущільнюється в циліндрі пошарово шляхом тромбування за допомогою вантажу, що падає) В результаті випробувань отримують криву стандартного ущільнення (залежність щільності сухого ґрунту від вологості)
Необхідна мінімальна щільність складання сухого грунту d, г/см 3 , т/м 3 повинна бути такою, щоб грунт насипу при впливі тимчасових поїздних навантажень працював практично в пружній стадії.
Необхідну в земляному полотні для піщаних і глинистих грунтів щільність додавання сухого грунту d визначають за формулою:
де k – мінімальний коефіцієнт ущільнення, для верхньої та нижньої частин, див. табл.5.4 стр.297 ;
Максимальна щільність сухого ґрунту, т/м 3 .
Таким чином:
Щільність ґрунту насипу з урахуванням вологості визначається за формулою:
де: - Оптимальна вологість.
Питома вага ґрунту насипу визначається за формулою:
Захисний шар – шар дрінуючого ґрунту, який повинен мати відповідний коефіцієнт ущільнення та товщину таку, щоб під ним не виникали пластичні деформації. Захисний шар укладається під основний майданчик для запобігання пученню.
Відповідно до СТН Ц-01-95 товщина захисного верхнього шару h защ для насипу, відсипаним супессю становить 0,5-0,7 м. До розрахунку прийнята величина h защ =0,5 м. Захисний шар відсипається з піщано-гравійної суміші з параметрами : с = 1 кПа; φ=33º.
Максимальна щільність (стандартна щільність)- найбільша щільність сухого ґрунту, яка досягається при випробуванні ґрунту методом стандартного ущільнення.
Оптимальна вологість- значення вологості ґрунту, що відповідає максимальній щільності сухого ґрунту.