Вологість, коли він досягається мах. Можливий ефект ущільнення називається оптимальною вологістю.

Щільність скелета ґрунту, досягнута при мах. Вологості називається оптимальною щільністю грунту.

5.Деформованість грунтів.Компресійна залежність та її аналіз.

Стисливість ґрунтів- Здатність їх зменшуватися в об'ємі (давати осаду) під дією зовнішнього тиску. Ступінь стисливості ґрунтів залежить від структури ґрунту і є важливою характеристикою механічних властивостей ґрунту, яка використовується для розрахунку осадів будівель та різних споруд. Стисливість ґрунтів обумовлена ​​зміною їх пористості при додатку навантаження та відбувається за рахунок виникнення взаємних зрушень частинок. Зменшення товщини водно-колоїдних плівок віджимання води у водонасичених ґрунтах та за рахунок руйнування кристалізаційних зв'язків у сильно структуйованих ґрунтах. У зв'язку з тим, що стисливість ґрунтів пов'язана із зменшенням їх пористості, в механіці ґрунтів прийнято характеризувати стисливість ґрунту залежністю коефіцієнта пористості від ущільнюючого тиску. Ця залежність називається компресійної і визначається в лабораторних умовах експериментально у приладах двох типів:

-одометрі(прилад одновісного стиснення з жорсткими бічними стінками обойми, в яку укладено зразок грунту) званим також компресійним приладом;

-стабілометрі(прилад тривісного стиснення з еластичними бічними стінками, в які укладено грунт).

ГОСТ 22733-2002

МІЖДЕРЖАВНИЙ СТАНДАРТ

ГРУНТИ

Метод лабораторного визначення
максимальної щільності

МІЖДЕРЖАВНА НАУКОВО-ТЕХНІЧНА КОМІСІЯ
З СТАНДАРТИЗАЦІЇ, ТЕХНІЧНОГО НОРМУВАННЯ
І СЕРТИФІКАЦІЇ У БУДІВНИЦТВІ (МНТКС)
Москва

Передмова

1 РОЗРОБЛЕН Державним дорожнім науково-дослідним інститутом (ФГУП «СоюздорНДІ»)

ВНЕСЕН Держбудом Росії

2 ПРИЙНЯТЬ Міждержавною науково-технічною комісією зі стандартизації, технічного нормування та сертифікації у будівництві (МНТКС) 24 квітня 2002 р.

3 ВЗАМІН ГОСТ 22732-77

4 Введено в дію з 1 липня 2003 р. як державний стандарт Російської Федерації постановою Держбуду Росії від 27 грудня 2002 р. № 170

ГОСТ 22733-2002

МІЖДЕРЖАВНИЙ СТАНДАРТ

ГРУНТИ

Метод лабораторного визначення максимальної густини

SOILS.
Laboratory метод для визначання максимальної density

Дата введення 2003-07-01

1 Область застосування

Цей стандарт поширюється на природні та техногенні дисперсні ґрунти та встановлює метод лабораторного визначення максимальної щільності сухого ґрунту та відповідної їй вологості при їх дослідженні для будівництва.

Стандарт не поширюється на органо-мінеральні та органічні ґрунти та ґрунти, що містять частинки більше 20 мм.

2 Нормативні посилання

У цьому стандарті використані посилання на такі стандарти:

ГОСТ 166-89 Штангенциркулі. Технічні умови

ГОСТ 427-75 Лінійки вимірювальні металеві. Технічні умови

ГОСТ 1770-74 Посуд мірний лабораторний скляний. Циліндри, мензурки, колби, пробірки. Загальні технічні умови

ГОСТ 5180-84 Ґрунти. Методи лабораторного визначення фізичних характеристик

ГОСТ 8269.0-97 Щебінь та гравій із щільних гірських порід та відходів промислового виробництва для будівельних робіт. Методи фізико-механічних випробувань

ГОСТ 9147-80 Посуд та обладнання лабораторні фарфорові. Технічні умови

ГОСТ 12071-2000 Ґрунти. Відбір, упаковка, транспортування та зберігання зразків

ГОСТ 23932-90 Посуд та обладнання лабораторні скляні. Загальні технічні умови

ГОСТ 24104-2001 Ваги лабораторні. Загальні технічні вимоги

ГОСТ 25100-95 Ґрунти. Класифікація

ГОСТ 29329-92 Ваги для статичного зважування. Загальні технічні вимоги

ГОСТ 30416-96 Грунти. Лабораторні випробування. Загальні положення.

3 Визначення

У цьому стандарті застосовано такі терміни з відповідними визначеннями.

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.

Стандартне ущільнення - Пошарове (в три шари) ущільнення зразка ґрунту з постійною роботою ущільнення.

Графік стандартного ущільнення - графічне зображення залежності зміни щільності сухого ґрунту від вологості під час випробування методом стандартного ущільнення.

Інші терміни, що використовуються в цьому стандарті, наведені в ГОСТ 5180, ГОСТ 12071, ГОСТ 25100, ГОСТ 30416.

4 Загальні положення

4.1 Метод стандартного ущільнення полягає у встановленні залежності щільності сухого ґрунту від його вологості при ущільненні зразків ґрунту з постійною роботою ущільнення та послідовним збільшенням вологості ґрунту.

Результати випробування оформляють як графіка стандартного ущільнення.

4.2 Загальні вимоги до лабораторних випробувань ґрунтів, обладнання, приладів та лабораторних приміщень наведені в ГОСТ 30416 .

4.3 Для випробування ґрунту методом стандартного ущільнення використовують зразки ґрунту порушеного складання, відібрані з гірничих виробок (шурфів, котлованів, свердловин і т.п.), в оголеннях або в складованих масивах передбачуваного для використання в спорудах ґрунту відповідно до вимог ГОСТ 12071 .

4.4 Число послідовних випробувань ґрунту при збільшенні його вологості має бути не менше п'яти, а також достатнім для виявлення максимального значення щільності сухого ґрунту за графіком стандартного ущільнення.

4.5 Розбіжність між результатами паралельних визначень, отриманими в умовах повторюваності, виражена у відносних одиницях, не повинна перевищувати для максимального значення щільності сухого грунту 1,5 %, для оптимальної вологості - 10 %.

Якщо розбіжності перевищують допустимі значення, слід проводити додаткове випробування.

5 Обладнання та прилади

5.1 До складу установки для випробування ґрунту методом стандартного ущільнення повинні входити:

пристрій для механізованого або ручного ущільнення ґрунту вантажем, що падає з постійної висоти;

форма для зразка ґрунту.

Принципова схема установки наведена у додатку.

Примітка - Дозволяється застосовувати установки інших конструкцій за умови проведення порівняльних випробувань для кожного різновиду ґрунту.

5.2 Конструкція пристрою для ущільнення ґрунту повинна забезпечувати падіння вантажу масою (2500 ± 25) г по напрямній штанзі з постійної висоти (300 ± 3) мм на ковадло діаметром (99,8-0,2) мм. Відношення маси вантажу до маси напрямної штанги з ковадлом має бути не більше 1,5.

5.3 При механізованому способі ущільнення до складу пристрою повинен входити механізм підйому вантажу на постійну висоту та лічильник числа ударів.

5.4 Форма для зразка ґрунту повинна складатися з циліндричної частини, піддону, затискного кільця та насадки.

5.5 Циліндрична частина форми повинна мати висоту (127,4±0,2) мм та внутрішній діаметр (100,0 + 0,3) мм. Тимчасовий опір металу циліндричної частини форми має бути не менше ніж 400 МПа. Циліндрична частина форми може бути цільною або з двох роз'ємних секцій.

5.6 Установка повинна розміщуватись на жорсткій горизонтальній плиті (бетонній або металевій) масою не менше 50 кг. Відхилення поверхні від горизонталі не повинно перевищувати 2 мм/м.

5.7 При випробуванні ґрунту методом стандартного ущільнення застосовують такі засоби вимірювання, допоміжне обладнання та інструменти:

ваги для статичного зважування на 2-5 кг середнього класу точності за ГОСТ 29329;

ваги лабораторні на 0,2-1,0 кг 4-го класу точності за ГОСТ 24104;

лінійка довжиною не менше 300 мм за ГОСТ 427;

циліндри мірні місткістю 100 мл і 50 мл з ціною розподілу не більше 1 мл за ГОСТ 1770;

чашки металеві для випробувань місткістю 5 л;

стаканчики для зважування ВС-1 із кришками;

пристрій розтиральний або ступка фарфорова з маточкою за ГОСТ 9147;

шафа сушильна;

набір сит з діаметром отворів 20, 10 та 5 мм;

ексікатор Е-250 за ГОСТ 23932;

шпатель металевий;

ніж лабораторний із прямим лезом довжиною не менше 150 мм.

5.8 Лабораторні ваги повинні забезпечувати зважування ґрунту та форми в процесі випробування з похибкою ±1 г.

5.9 Засоби вимірювань повинні пройти перевірку або калібрування, а випробувальне обладнання має бути атестоване у встановленому порядку.

6 Підготовка до випробування

6.1 Підготовка проби ґрунту

6.1.1 Необхідна для підготовки проби ґрунту маса зразка ґрунту порушеного додавання при природній вологості повинна бути не менше 10 кг за наявності в ґрунті частинок більше 10 мм і не менше 6 кг - за відсутності частинок більше 10 мм.

6.1.2 Поданий для випробування зразок ґрунту порушеного додавання висушують при кімнатній температурі або в сушильній шафі до повітряно-сухого стану. Висушування в сушильній шафі незв'язних мінеральних ґрунтів допускається проводити при температурі не більше 100 °С, зв'язкових - не більше 60 °С. У процесі сушіння ґрунт періодично перемішують.

6.1.3 Роздрібнюють агрегати ґрунту (без дроблення великих частинок) у розтиральному пристрої або у фарфоровій ступці.

6.1.4 Грунт зважують (mр) і просіюють через сита з отворами діаметром 20 мм та 10 мм. При цьому вся маса ґрунту має пройти через сито з отворами діаметром 20 мм.

6.1.5 Зважують відсіяні великі частки ( m k).

Якщо маса частинок ґрунту більша за 10 мм становить 5 % і більше, подальше випробування проводять з пробою ґрунту, що пройшов через сито 10 мм. Якщо маса частинок ґрунту більше 10 мм становить менше 5 %, проводять подальше просіювання ґрунту через сито з отворами діаметром 5 мм і визначають вміст частинок більше 5 мм. В цьому випадку подальше випробування проводять з пробою ґрунту, що пройшов через сито 5 мм.

6.1.6 З відсіяних великих частинок відбирають проби для визначення їх вологостіw kта середньої щільності частинокrkза ГОСТ 8269.0.

6.1.7 З ґрунту, що пройшов через сито, відбирають проби для визначення його вологості в повітряно-сухому станіw gза ГОСТ 5180.

6.1.8 Обчислюють вміст у ґрунті великих частинок До, %, з точністю 0,1 % за формулою

, (1)

де m k - Маса відсіяних великих частинок, г;

w g- вологість просіяного ґрунту в повітряно-сухому стані, %;

тp - маса зразка ґрунту в повітряно-сухому стані, г;

w k - Вологість відсіяних великих частинок, %.

6.1.9 Відбирають із просіяного ґрунту методом квартування пробу ґрунту для випробування (Т ¢ p) масою 2500 р.

Дозволяється проводити весь цикл випробувань з використанням однієї відібраної проби.

При випробуванні ґрунтів, що містять частинки, що легко руйнуються при ущільненні, відбирають кілька окремих проб. У цьому випадку кожну пробу випробовують лише один раз.

6.1.10 Поміщають відібрану пробу у металеву чашку для випробувань.

6.1.11 Розраховують кількість води Q, г, для дозволоження відібраної проби до вологості першого випробування за формулою

, (2)

де т¢ p - маса відібраної проби, г;

w 1 - вологість ґрунту для першого випробування, що призначається за таблицею, %;

w g - вологість просіяного ґрунту в повітряно-сухому стані, %.

(Друкарська помилка.)

Таблиця 1

6.1.12 У відібрану пробу ґрунту вводять розраховану кількість води за кілька прийомів, перемішуючи ґрунт металевим шпателем.

6.1.13 Переносять пробу грунту з чашки в ексикатор або посудину, що щільно закривається, і витримують її при кімнатній температурі не менше 2 годин для незв'язних грунтів і не менше 12 год - для зв'язкових грунтів.

6.2 Підготовка установки для випробування

6.2.1 Зважують циліндричну частину форми ( т з).

6.2.2 Встановлюють циліндричну частину форми на піддон, не затискаючи гвинтами.

6.2.3 Встановлюють затискне кільце на верхній борт циліндричної частини форми.

6.2.4 Затискають циліндричну частину форми поперемінно гвинтами піддону та кільця.

6.2.5 Протирають внутрішню поверхню форми ганчіркою, змоченою гасом, мінеральним маслом або технічним вазеліном.

6.2.6 Встановлюють зібрану форму на плиту основи.

6.2.7 Перевіряють співвісність напрямної штанги та циліндричної частини форми та вільний хід вантажу по напрямній штанзі.

7 Проведення випробування

7.1 Випробування проводять, послідовно збільшуючи вологість грунту проби, що випробовується. При першому випробуванні вологість грунту повинна відповідати значенню, встановленому в . При кожному наступному випробуванні вологість ґрунту слід збільшувати на 1 - 2% для незв'язних ґрунтів та на 2 - 3% - для зв'язних ґрунтів.

Кількість води для зволоження проби, що випробовується, визначають за формулою (), приймаючи в ній заw gі w 1 відповідно вологості при попередньому та черговому випробуваннях.

7.2 Випробування проби ґрунту проводять у наступному порядку:

Переносять пробу з ексікатора металеву чашку і ретельно перемішують;

Завантажують у зібрану форму з проби шар ґрунту завтовшки 5-6 см і злегка ущільнюють рукою його поверхню. Виробляють ущільнення 40 ударами вантажу по ковадлі з висоти 30 см, зафіксованої на напрямній штанзі. Аналогічну операцію виробляють з кожним із трьох шарів ґрунту, що послідовно завантажуються у форму. Перед завантаженням другого і третього шарів поверхня попереднього шару ущільненого розпушують ножем на глибину 1-2 мм. Перед укладанням третього шару на форму встановлюють насадку;

Після ущільнення третього шару знімають насадку і зрізають виступаючу частину грунту врівень з торцем форми. Товщина виступаючого шару грунту, що зрізається, не повинна бути більше 10 мм.

Примітка - Якщо виступаюча частина ґрунту перевищує 10 мм, необхідно виконати додаткове число ударів із розрахунку один удар на 2 мм перевищення.

7.3 Зразки поглиблення, що утворюються після зачистки поверхні, внаслідок випадання великих частинок заповнюють вручну грунтом з частини відібраної проби, що залишилася, і вирівнюють ножем.

7.4 Зважують циліндричну частину форми з ущільненим ґрунтом ( т i) і обчислюють щільність ґрунтуr i, г/см 3 за формулою

, (3)

де m i - маса циліндричної частини форми з ущільненим ґрунтом, г;

т с -маса циліндричної частини форми без ґрунту, г;

V - місткість форми, см 3 .

7.5 Витягають із циліндричної частини форми ущільнений зразок ґрунту. При цьому з верхньої, середньої та нижньої частин зразка відбирають проби для визначення вологості ґрунту ( w i) no ГОСТ 5180 .

Витягнутий з форми грунт приєднують до частини проби, що залишилася в чашці, подрібнюють і перемішують. Розмір агрегатів не повинен перевищувати найбільшого розміру частинок ґрунту, що випробовується.

Підвищують вологість проби згідно з . Після додавання води ґрунт ретельно перемішують, накривають вологою тканиною і витримують не менше 15 хв для незв'язних ґрунтів і не менше 30 хв - для зв'язних ґрунтів.

7.6 Друге та подальші випробування ґрунту слід проводити відповідно до - .

7.7 Випробування слід вважати закінченим, коли з підвищенням вологості проби при наступних двох випробуваннях відбувається послідовне зменшення значень маси та щільності ущільнюваного зразка ґрунту, а також коли при ударах відбувається віджимання води або виділення розрідженого ґрунту через сполуки форми.

Примітка - Ущільнення однорідних по гранулометричному складу і дренирующих грунтів припиняють після появи води в з'єднаннях форми незалежно від ударів при ущільненні зразка.

7.8 У процесі випробування ведуть журнал, форму якого наведено у додатку .

8 Обробка результатів

8.1 За отриманими в результаті послідовних випробувань значеннями густини та вологості ґрунту обчислюють значення густини сухого ґрунту r di, г/см 3 з точністю 0,01 г/см 3 за формулою

, (4)

де r i- щільність ґрунту, г/см 3 ;

w i- вологість ґрунту при черговому випробуванні, %.

8.2. Будують графік залежності зміни значень щільності сухого ґрунту від вологості (додаток ). За найвищою точкою графіка для зв'язкових ґрунтів знаходять значення максимальної густини (r d max) та відповідне йому значення оптимальної вологості (w opt).

8.3 Для незв'язних ґрунтів графік стандартного ущільнення може мати помітно вираженого максимуму. В цьому випадку значення оптимальної вологості приймають на 1,0% - 1,5% менше вологості w i, при якій відбувається віджимання води. Значення максимальної густини приймають по відповідній їй ординаті. При цьому 1,0% приймають для пісків гравистих, великих та середньої крупності; 1,5% - для дрібних та пилуватих пісків.

, (5)

де p k - щільність великих частинок, г/см 3;

До- вміст великих частинок у ґрунті, %.

Значення оптимальної вологості ґрунтуw¢ opt, %, визначають за формулою

w¢ opt = 0,01w opt(100 - K). (6)

8.5. Для контролю правильності випробування зв'язкових ґрунтів будують «лінію нульового утримання повітря», що показує змінущільності сухого ґрунту від вологості при повному насиченні його пір водою.

Пари чисел r diі w iдля побудови «лінії нульового утримання повітря» при щільності частинок ґрунтуr sвизначають, задаючи значення вологості, за формулою

, (7)

де r s - щільність частинок грунту, що визначається за ГОСТ 5180 г/см 3 ;

r w- Щільність води, рівна 1 г/см 3 .

Допускається приймати кілька чиселr diі w i за додатком.

Низхідна частина графіка стандартного ущільнення має перетинати «лінію нульового вмісту повітря».

8.6 При необхідності порівняння або приведення значень максимальної щільності та оптимальної вологості ґрунту до значень, отриманих методами Проктора, допускається використовувати перехідні коефіцієнти, наведені у додатку .

Принципова схема установки для випробування ґрунту методом стандартного ущільнення

1 - Піддон; 2 - Роз'ємна форма; 3 - затискне кільце; 4 - насадка; 5 - ковадло; 6 - вантаж масою 2,5 кг; 7 - напрямна штанга; 8 - обмежувальне кільце; 9 - затискні гвинти; 10 - зразок ґрунту

МалюнокA.1

ДОДАТОК Б
(рекомендоване)

Журнал випробування ґрунту методом стандартного ущільнення

Таблиця Б.1

Зразок графічного оформлення результатів випробування ґрунту методом стандартного ущільнення

Масштаб графіків: по горизонталі 1 см – 1 % дляw;

по вертикалі 1 см - 0,02 г/см 3 дляr d

Малюнок В.1

ДОДАТОК Г
(довідкове)

Таблиця пар чисел вологості w iта щільності сухого ґрунту r diдля побудови «лінії нульового утримання повітря»

Таблиця Р.1

w opt

r d max

w opt

r d max

w opt

r d max

w opt

Метод Проктора стандартний

1,0

1,0

0,99

1,02

0,96

1,03

0,97

1,02

Метод проктора модифікований

1,02

0,87

1,05

0,84

1,06

0,85

1,06

0,88

Примітка- Приведення значень максимальної щільності та оптимальної вологості для основних різновидів ґрунтів, що визначаються методом стандартного ущільнення, до значень, одержаних методами Проктора, здійснюють шляхом множення на відповідні коефіцієнти, наведені в таблиці.

Ключові слова : щільність ґрунту,щільність сухого ґрунту, вологість ґрунту, стандартна щільність, оптимальна вологість ґрунту, графік стандартного ущільнення

Лабораторна робота №5

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 щільність 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 вага катка), 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 лабораторній роботі для 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 даним визначенням для 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:

по осі ординат I см = 0,02 г/сн 3 (щільність скелета);

по осі абсцис I см = 2% (вологість).

3. За графіком визначає величину оптимальної вологості на переломі кривої, якій відповідає максимальна стандартна платність.

4. Визначають необхідну щільність ґрунту:

,

де До 0 -мінімальний коефіцієнт ущільнення К = 08-10. Усі дані визначення заносять до табл.12.

Мал. 5. Графік залежності щільності скелета ґрунту від вологості при ущільненні

Таблиця 12

Форма запису даних при визначенні оптимальної вологості та максимальної щільності ґрунту

Грунт_______________________________________________

Наважка ґрунту_______________________________________

Число "ударів________________________________________

Кількість води, що додається__________________________

21. Оптимальна вологість ґрунту та методика її визначення

Ефективне ущільнення ґрунту можливе при значеннях природної (фактичної) вологості ґрунту, близької до оптимальних значень. Оптимальна вологість – вологість ґрунту, при якій досягається максимальна щільність сухого ґрунту (скелета ґрунту) при стандартному ущільненні.

Значення оптимальної вологості визначається в лабораторних умовах або приблизно розраховується за значенням вологості на межі текучості W т :

де – перехідний коефіцієнт, що залежить від виду ґрунту

Максимальна щільність є основною вихідною характеристикою при призначенні коефіцієнта ущільнення ґрунту в тілі насипу та контролю якості ущільнення.

Оптимальна вологість служить одним із критеріїв для оцінки можливості та методів використання ґрунту для відсипання насипу, а також є важливим параметром технологічного процесу ущільнення.

Випробування проводиться у приладі Союздорнії для стандартного ущільнення.

Малюнок 25 – Схема приладу Союздорнії для стандартного ущільнення ґрунтів

1-піддон; 2 - роз'ємний циліндр ємністю 1000см 3; 3 – кільце;

4 – насадка; 5-ковадло; 6 – вантаж масою 2,5 кг;

9 – затискні гвинти.

За отриманими в результаті випробувань значеннями щільності та вологості ущільнених зразків визначають щільність скелета (сухого) ґрунту (ск) з похибкою до 0,01 г/см 3

Будують графік залежності щільності скелета від вологості ґрунту, відкладаючи по осі абсцис вологість ущільнених зразків у масштабі 1 см -2%, а по осі ординат - щільність скелета ґрунту в масштабі 1 см - 0,05 г/см 3 . Знаходять максимум отриманої залежності та відповідні йому величини максимальної щільності скелета ґрунту (  ск) на осі ординат та оптимальної вологості ( Wопт) на осі абсцис.

Точність зчитування значень має бути для  макс – 0,01 г/см 3 а для Wопт - 0,1%.

Рисунок 26 - Приклад побудови графіка залежності щільності скелета ґрунту

від вологості при стандартному ущільненні

22. Методи контролю якості ущільнення ґрунтів

При операційному контролі якості ущільнення ґрунтів допускається (СНиП 3.06.03-85) використовувати прискорені та польові експрес-методи та прилади.

У польових умовах щільність і вологість ґрунтів можна визначати

1- за принципом об'ємно-вагового методу за допомогою модернізованого щільноміру-вологоміра Н. П. Ковальова (для зв'язкових грунтів).

Малюнок 27 - Щільномір-вологомір Н. П. Ковальова

Основною частиною приладу є пристрій поплавця. Воно складається з корпусу 7 з трубкою 3, на якій нанесені стосовно різних грунтів чотири шкали. Одна шкала ( р) призначена для визначення щільності їх скелета рск: "Ч" – гумусових, "П" – піщаних та "Г" – глинистих грунтів. Закінчується трубка кришкою 2.

Всередині трубки знаходиться вантажівка тарування 6 . Для забезпечення стійкості поплавця у вертикальному положенні до нього за допомогою стійок 8 прикріплений піддон 9 як масивного диска. Поплавковий пристрій знаходиться у футлярі-резервуарі 4 як при випробуваннях, і у транспортному положенні.

При визначенні щільності вологого грунту резервуар заливають воду до зафіксованої внутрішньої позначки рівня 5 і опускають поплавець без судини 10. На кришку поплавця встановлюють ріжуче кільце 1 з пробою ґрунту, взятої із земляного полотна, і за рівнем води на шкалі визначають щільність (г/см 3) вологого ґрунту.

Для визначення щільності скелета пробу ґрунту висипають з ріжучого кільця в посудину 10, наливають у нього воду і ретельно перемішують до ліквідації грудок. Після виходу бульбашок повітря з розрідженого грунту посудину встановлюють на піддон, занурюють поплавець у воду і за шкалою, що відповідає виду грунту, визначають щільність його скелета.

Вологість ґрунту визначають за спеціальними номограмами або за формулою

2 - Методом лунки (методом заміщення обсягу) (для незв'язних, мерзлих і великоуламкових ґрунтів).

На ущільненому шарі ґрунту вирівнюють невеликий майданчик і викопують лунку глибиною 3/4 товщини шару та об'ємом 6-10 л.

Грунт із лунки ретельно збирають та визначають його масу.

Для визначення обсягу лунки над нею встановлюють подвійну жерстяну лійку (рисунок 28).

Малюнок 28 - Визначення щільності ґрунту методом лунки

У лунку і нижню лійку засипають сухий пісок із зернами розміром до 2 мм (що не містить глинистих і пилуватих частинок) за допомогою мірного циліндра місткістю 0,1 - 0,25 л без струшування.

Віднімаючи із загального обсягу засипаного піску його обсяг, що у воронці, отримують обсяг піску в лунці, т. е. обсяг лунки. Щільність ґрунту одержують із відношення маси видобутого з лунки ґрунту до об'єму лунки.

Вологість ґрунту визначають способом його висушування до постійної маси. Щільність скелета ґрунту визначають за формулою

3 – Динамічний зонд (динамічний пенетрометр)

Прилад складається із штанги 5 з конусним наконечником, що направляє 3 с обмежувачем висоти підйому гирі та рукояткою 1, ковадла 4 і гирі 2. Маса гирі 2,5 кг, площа основи конуса 2 см 2 глибина зондування 30 см від поверхні шару.

При випробуваннях прилад встановлюють вертикально та забивають гирею конусний наконечник. Після забиття конуса на 20 см фіксують кількість ударів, необхідних для занурення наконечника конусного на останні 10 см глибини. Після забивання наконечника на 30 см прилад за допомогою ручок виймають та приступають до випробувань у наступній точці. При необхідності проведення в одному місці кількох паралельних випробувань відстань між точками зондування має бути не менше ніж 30 см.

Якість ущільнення оцінюють за умовним динамічним опором ґрунту.

Для визначення густини ґрунту використовують градуювальні графіки або кореляційні залежності.

Малюнок 29 - Динамічний щільник

При операційному контролі якості спорудження земляного полотна щільність ґрунту слід контролювати (СНиП 3.06.03-85) у кожному технологічному шарі по осі земляного полотна та на відстані 1,5-2,0 м від брівки, а при ширині шару понад 20 м - також у проміжках між ними.

Контроль щільності ґрунту необхідно проводити на кожній змінній захваті роботи ущільнюючих машин, але не рідше ніж через 200 м при висоті насипу до 3 м і не рідше ніж через 50 м при висоті насипу понад 3 м.

Контроль щільності верхнього шару слід проводити не рідше ніж за 50 м.

Додатковий контроль щільності необхідно проводити в кожному шарі засипки пазух труб, над трубами, у конусах та у місцях сполучення з мостами.

Контроль щільності слід проводити на глибині, що дорівнює 1/3 товщини шару, що ущільнюється, але не менше 8 см.

Відхилення від необхідного значення коефіцієнта ущільнення у бік зменшення допускаються лише у 10 % визначень від загальної кількості і лише на 0,04.

Контроль вологості використовуваного ґрунту слід проводити, як правило, у місці його отримання (у резерві, кар'єрі) не рідше одного разу на зміну і обов'язково при випаданні опадів.

Підготовляючись до забудови, проводять спеціальні дослідження та тести, що визначають придатність ділянки до майбутньої роботи: беруть проби ґрунту, обчислюють рівень залягання підземних вод та досліджують інші особливості ґрунту, які допомагають визначити можливість (або її відсутність) будівництва.

Проведення таких заходів сприяє підвищенню технічних показників, внаслідок чого вирішується низка проблем, що виникають у процесі будівництва, наприклад, просідання ґрунту під вагою конструкції з усіма наслідками, що випливають. Перший її зовнішній прояв виглядає як поява тріщин на стінах, а в сукупності з іншими факторами до часткового або повного руйнування об'єкта.

Коефіцієнт ущільнення: що це?

Під коефіцієнтом ущільнення ґрунту мають на увазі безрозмірний показник, який, по суті, є обчисленням відношення щільність ґрунту/щільність ґрунту max . Коефіцієнт ущільнення ґрунту розраховується з урахуванням геологічних показників. Кожен із них, незалежно від породи, пористий. Він пронизаний мікроскопічними порожнинами, які заповнюються вологою чи повітрям. При виробленні ґрунту обсяг цих порожнин збільшується в рази, що призводить до підвищення пухкості породи.

Важливо! Показник щільності насипної породи набагато менший, ніж самі характеристики утрамбованого грунту.

Саме коефіцієнт ущільнення ґрунту визначає необхідність підготовки ділянки до будівництва. Спираючись на ці показники, готують піщані подушки під фундамент та його основу, додатково ущільнюючи ґрунт. Якщо цю деталь упустити, він може стежитись і під вагою конструкції почне просідати.

Показники ущільнення ґрунту

Коефіцієнт ущільнення ґрунту показує рівень ущільненості ґрунту. Його значення варіюється в межах від 0 до 1. Для основи бетонного стрічкового фундаменту нормою вважається показник >0,98 бала.

Специфіка визначення коефіцієнта ущільнення

Щільність скелета ґрунту, коли земляне полотно піддають стандартному ущільненню, обчислюється у лабораторних умовах. Принципова схема дослідження полягає в приміщенні зразка ґрунту в сталевий циліндр, який стискується під впливом зовнішньої грубої механічної сили - ударів вантажу, що падає.

Важливо! Найвищі показники щільності ґрунту відзначаються у порід з вологістю трохи вищою за норму. Ця залежність зображена на графіку нижче.

Кожне земляне полотно має свою оптимальну вологість, при якій досягається максимальний рівень ущільнення. Цей показник також досліджують у лабораторних умовах, надаючи породі різну вологість та порівнюючи показники ущільнення.

Реальні дані – це кінцевий результат досліджень, що вимірюється після закінчення всіх лабораторних робіт.

Методи ущільнення та обчислення коефіцієнта

Географічне розташування визначає якісний склад грунтів, кожен з яких має свої характеристики: щільність, вологість, здатність до просідання. Тому важливо розробити комплекс заходів, спрямований на якісне поліпшення показників для кожного типу грунту.

Вам вже відоме поняття коефіцієнта ущільнення, предмет якого вивчається строго у лабораторних умовах. Проводять таку роботу відповідні служби. Показник ущільнення ґрунту визначає методику впливу на ґрунт, внаслідок якої він отримає нові характеристики міцності. Проводячи такі дії, важливо враховувати відсоток посилення, що прикладається для отримання необхідного результату. Тому вираховується коефіцієнт ущільнення грунтів (таблиця нижче).

Типологія методів ущільнення ґрунту

Існує умовна система підрозділу методів ущільнення, групи яких формуються виходячи із способу досягнення мети – процесу виведення кисню із шарів ґрунту на певній глибині. Так, розрізняють поверхневе та глибинне дослідження. Виходячи з типу дослідження, фахівці підбирають систему обладнання та визначають спосіб його застосування. Методи дослідження ґрунту бувають:

• статичними;
• вібраційними;
• ударними;
• комбінованими.

Кожен із типів обладнання відображає метод застосування сили, наприклад, пневматична ковзанка.

Частково такі методи застосовуються в малому приватному будівництві, інші виключно при побудові великомасштабних об'єктів, зведення яких узгоджено з місцевою владою, оскільки деякі з таких будов можуть впливати не лише на задану ділянку, а й на навколишні об'єкти.

Коефіцієнти ущільнення та норми СНіП

Усі операції, пов'язані з будівництвом, чітко регламентуються законом, тому контролюються відповідними організаціями.

Коефіцієнти ущільнення ґрунтів СНіП визначає пунктом 3.02.01-87 та СП 45.13330.2012. Дії, описані в нормативних документах, було оновлено та актуалізовано у 2013-2014 роках. У них описуються ущільнення для різного роду ґрунту та ґрунтових подушок, що використовуються при зведенні фундаменту та будов різного роду конфігурацій, у тому числі й підземних.

Як визначають коефіцієнт ущільнення?

Найпростіше визначити коефіцієнт ущільнення ґрунту за методом ріжучих кілець: металеве кільце обраного діаметру та певної довжини забивають у ґрунт, під час чого порода щільно фіксується усередині сталевого циліндра. Після цього масу пристосування вимірюють на терезах, а після зважування вичитують вагу кільця, отримуючи чисту масу грунту. Це число ділять на об'єм циліндра і одержують остаточну щільність ґрунту. Після чого її ділять на показник максимально можливої ​​щільності та отримують обчислюване - коефіцієнт ущільнення для даної ділянки.

Приклади обчислення коефіцієнта ущільнення

Розглянемо визначення коефіцієнта ущільнення ґрунту на прикладі:

• значення максимальної щільності ґрунту - 1,95 г/см 3 ;
• діаметр ріжучого кільця – 5 см;
• висота ріжучого кільця – 3 см.

Необхідно визначити коефіцієнт ущільнення ґрунту.

З таким практичним завданням справитися набагато легше, ніж може здатися.

Для початку забивають циліндр у ґрунт повністю, після чого витягають його з ґрунту так, щоб внутрішній простір залишався заповненим землею, але зовні ніякого скупчення ґрунту не відзначалося.

За допомогою ножа ґрунт витягають із сталевого кільця та зважують.

Наприклад, маса ґрунту становить 450 грам, об'єм циліндра 235,5 см 3 . Розрахувавши за формулою, отримуємо число 1,91 г/см 3 - щільність ґрунту, звідки коефіцієнт ущільнення ґрунту - 1,91/1,95 = 0,979.

Зведення будь-якої будівлі або конструкції - відповідальний процес, якому передує ще більш відповідальний момент підготовки ділянки, що забудовується, проектування передбачуваних будівель, розрахунку загального навантаження на грунт. Це стосується всіх без винятку будівель, призначених для тривалої експлуатації, термін якої вимірюється десятками, а то й сотнями років.