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 Грунти. 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 зволоження 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 щільності 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. У цьому випадку значення оптимальної вологості приймають на 1,0 % - 1,5 % менше вологості w i, при якій відбувається віджимання води. Значення максимальної щільності приймають відповідною 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

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 щодо одного і більш компактно 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.

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 відповідної їй максимальної щільності здійснюється 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 густини 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; остаточне оздоблення земляного 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 .

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.

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