Расчет максимальной плотности при оптимальной влажности. Плотность грунта максимальная Максимальная плотность грунта оптимальной влажности

Для грунта, находящегося в трехфазном состоянии (скелет + вода + воздух), без учета его структурных особенностей единичный объем составит:
ρск/ρ+Wρск/100+σ/100=1,
где ρ - плотность грунта, г/см 3 ; W - влажность грунта, %; σ - объем воздуха, остающийся в порах грунта после уплотнения, %; 1-единичный объем грунта (1 см 3); ρск - плотность сухого грунта, г/см 3 .

Отсюда, основную характеристику уплотнения грунта (в сухом состоянии), т. е. его плотность определяют по формуле
ρск =(1-σ) ρ/(100+Wρ).

Плотность грунта, влажность и содержание воздуха зависят от его генезиса, степени дисперсности, природных условий местности, нагрузки от колес автомобилей и ряда других факторов. Плотность пылеватой супеси составляет 2,66 г/м 3 , легкой - 2,68, легкого пылеватого суглинка - 2,69 и тяжелого суглинка - 2,71, пылеватой глины -2,72 и жирной глины -2,71. В зависимости от зернистости грунтов изменяется и содержание воздуха: в песчаных грунтах - 8-10 %, в супесчаных -6-8 %,
в суглинках, в том числе и черноземных, - 4-5 % и в жирных глинах - 4-6 %.

Влияние влажности значительнее для более дисперсного грунта. Высокодисперсные грунты широко распространены в СССР. Такие грунты обладают большой удельной поверхностью, высоким значением влагоемкости и морозного пучения и т. д. (гл. 7.2).

Оптимальная влажность Wо - влажность, соответствующая максимальной плотности грунта ρmax при наименьшей затрате энергии на уплотнение. При такой влажности вода в порах грунта находится в адсорбированном состоянии и пористость соответствует объему воды, находящейся в ней, т. е. грунт представляет собой, согласно механике грунтов, грунтовую массу (см. рис. 11.2).

Рис. 11.2. Зависимость между влажностью и плотностью сухого грунта
Зоны; А - с влажностью менее оптимальной; Б - с оптимальной влажностью; С - с влажностью выше оптимальной

В СССР разработан стандартный метод определения значений Wо и ρmax, подробно рассматриваемый в курсе грунтоведения и механики грунтов. Характерные для стандартного уплотнения графики зависимости плотности сухого грунта от влажности представлены на рис. 11.3.

Рис. 11.3. Влияние уплотняющей энергии и влажности на плотность сухого грунта 1 - метод стандартного уплотнения (СССР); 2 - усиленное уплотнение по модернизированному методу Проктора (США); 3 - линия с грунтовыми порами, заполненными капиллярной водой (грунтовая масса)

Если затратить больше энергии на уплотнение, то снизится объем защемленного воздуха и воды, а потому повысится плотность грунта. Кривые зависимости между плотностью и влажностью будут располагаться ближе к верхнему левому углу графика. Соединив между собой точки наибольших значений плотности сухого грунта рек, получим прямую под углом а к горизонтали, характеризующую ход изменения оптимальной влажности (см. рис. 11.3). Для повышения модуля упругости грунтов во многих странах стремятся повысить требования к плотности. В частности, в США грунты уплотняют при меньшем значении оптимальной влажности, чем в СССР, за счет большей затраты энергии на уплотнение (кривая 2). Но при увеличении влажности выше оптимального значения резко снижается плотность сухого грунта, причем характер снижения совершенно одинаков независимо от энергии, затраченной на уплотнение (кривые 3).

Максимальная плотность грунта по методу стандартного уплотнения . Критерий «максимальная плотность» соответствует механическому уплотнению, например, связанных грунтов, когда вся вода в них находится в адсорбированном состоянии и пористость соответствует объему поровой воды. Из анализа рис. 11.3 видно, что метод стандартного уплотнения является условным. Прочностные характеристики (модуль упругости грунта E0, трение φ и сцепление С, установленные при плотности, соответствующей методу стандартного уплотнения, значительно ниже, чем, например, по модернизированному методу Проктора *, применяемому в США и других странах (рис. 11.4). Согласно этому методу грунт уплотняют при значительно большей затрате энергии, чем у нас.

Рис. 11.4. Влияние влажности и метода уплотнения на прочностные характеристики связных грунтов 1 - метод уплотнения, принятый в США (модернизированный метод Проктора); 2-метод стандартного уплотнения (СССР); ϕ - трение; с - сцепление; Е0 -модуль упругости грунта

Коэффициент уплотнения связного грунта по модернизированному методу, равный, предположим, Ко=1, соответствует методу стандартного уплотнения Ко=1,1 т. е. требования к плотности грунтов более жесткие, чем в СССР.

* Модернизированный метод широко применяют во многих странах. От нашего метода стандартного уплотнения он отличается тем, что грунт уплотняют хотя и в таком же металлическом стакане, но гирей массой 4,55 кг в 5 слоев с общим количеством ударов 125. У нас же сбрасывают гирю массой всего 2,5 кг и уплотняют грунт в 3 слоя.

ГОСТ 22733-2002

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ГРУНТЫ

Метод лабораторного определения
максимальной плотности

МЕЖГОСУДАРСТВЕННАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОМИССИЯ
ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, ТЕХНИЧЕСКОМУ НОРМИРОВАНИЮ
И СЕРТИФИКАЦИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ (МНТКС)
Москва

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Государственным дорожным научно-исследовательским институтом (ФГУП «СоюздорНИИ»)

ВНЕСЕН Госстроем России

2 ПРИНЯТ Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (МНТКС) 24 апреля 2002 г.

Наименование государства	Наименование органа государственного управления строительством
Азербайджанская Республика	Госстрой Азербайджанской Республики
Республика Армения	Министерство градостроительства Республики Армения
Кыргызская Республика	Государственная инспекция по архитектуре и строительству при Правительстве Кыргызской Республики
Республика Молдова	Министерство экологии, строительства и развития территорий Республики Молдова
Российская Федерация	Госстрой России

3 ВЗАМЕН ГОСТ 22732-77

4 ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ с 1 июля 2003 г. в качестве государственного стандарта Российской Федерации постановлением Госстроя России от 27 декабря 2002 г. № 170

ГОСТ 22733-2002

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ГРУНТЫ

Метод лабораторного определения максимальной плотности

SOILS .
Laboratory method for determination of maximum density

Дата введения 2003-07-01

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на природные и техногенные дисперсные грунты и устанавливает метод лабораторного определения максимальной плотности сухого грунта и соответствующей ей влажности при их исследовании для строительства.

Стандарт не распространяется на органо-минеральные и органические грунты и грунты, содержащие частицы крупнее 20 мм.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 166-89 Штангенциркули. Технические условия

ГОСТ 427-75 Линейки измерительные металлические. Технические условия

ГОСТ 1770-74 Посуда мерная лабораторная стеклянная. Цилиндры, мензурки, колбы, пробирки. Общие технические условия

ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ 8269.0-97 Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний

ГОСТ 9147-80 Посуда и оборудование лабораторные фарфоровые. Технические условия

ГОСТ 12071-2000 Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов

ГОСТ 23932-90 Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Общие технические условия

ГОСТ 24104-2001 Весы лабораторные. Общие технические требования

ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация

ГОСТ 29329-92 Весы для статического взвешивания. Общие технические требования

ГОСТ 30416-96 Грунты. Лабораторные испытания . Общие положения.

3 Определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями.

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.

Стандартное уплотнение - послойное (в три слоя) уплотнение образца грунта с постоянной работой уплотнения.

График стандартного уплотнения - графическое изображение зависимости изменения плотности сухого грунта от влажности при испытании методом стандартного уплотнения.

Остальные термины, используемые в настоящем стандарте, приведены в ГОСТ 5180 , ГОСТ 12071 , ГОСТ 25100 , ГОСТ 30416 .

4 Общие положения

4.1 Метод стандартного уплотнения заключается в установлении зависимости плотности сухого грунта от его влажности при уплотнении образцов грунта с постоянной работой уплотнения и последовательным увеличением влажности грунта.

Результаты испытания оформляют в виде графика стандартного уплотнения.

4.2 Общие требования к лабораторным испытаниям грунтов, оборудованию, приборам и лабораторным помещениям приведены в ГОСТ 30416 .

4.3 Для испытания грунта методом стандартного уплотнения используют образцы грунта нарушенного сложения, отобранные из горных выработок (шурфов, котлованов, буровых скважин и т.п.), в обнажениях или в складируемых массивах предполагаемого для использования в сооружениях грунта в соответствии с требованиями ГОСТ 12071 .

4.4 Число последовательных испытаний грунта при увеличении его влажности должно быть не менее пяти, а также достаточным для выявления максимального значения плотности сухого грунта по графику стандартного уплотнения.

4.5 Допустимое расхождение между результатами параллельных определений, полученными в условиях повторяемости, выраженное в относительных единицах, не должно превышать для максимального значения плотности сухого грунта 1,5 %, для оптимальной влажности - 10 %.

Если расхождения превышают допустимые значения, следует проводить дополнительное испытание.

5 Оборудование и приборы

5.1 В состав установки для испытания грунта методом стандартного уплотнения должны входить:

устройство для механизированного или ручного уплотнения грунта падающим с постоянной высоты грузом;

форма для образца грунта.

Принципиальная схема установки приведена в приложении .

Примечание - Допускается применять установки других конструкций при условии проведения сопоставительных испытаний для каждой разновидности грунта.

5.2 Конструкция устройства для уплотнения грунта должна обеспечивать падение груза массой (2500 ± 25) г по направляющей штанге с постоянной высоты (300 ± 3) мм на наковальню диаметром (99,8-0,2) мм. Отношение массы груза к массе направляющей штанги с наковальней должно быть не более 1,5.

5.3 При механизированном способе уплотнения в состав устройства должен входить механизм подъема груза на постоянную высоту и счетчик числа ударов.

5.4 Форма для образца грунта должна состоять из цилиндрической части, поддона, зажимного кольца и насадки.

5.5 Цилиндрическая часть формы должна иметь высоту (127,4 ± 0,2) мм и внутренний диаметр (100,0 + 0,3) мм. Временное сопротивление металла цилиндрической части формы должно быть не менее 400 МПа. Цилиндрическая часть формы может быть цельной или состоящей из двух разъемных секций.

5.6 Установка должна размещаться на жесткой горизонтальной плите (бетонной или металлической) массой не менее 50 кг. Отклонение поверхности от горизонтали не должно быть более 2 мм/м.

5.7 При испытании грунта методом стандартного уплотнения применяют следующие средства измерения, вспомогательное оборудование и инструменты:

весы для статического взвешивания на 2-5 кг среднего класса точности по ГОСТ 29329 ;

весы лабораторные на 0,2-1,0 кг 4-го класса точности по ГОСТ 24104 ;

линейка длиной не менее 300 мм по ГОСТ 427 ;

цилиндры мерные вместимостью 100 мл и 50 мл с ценой деления не более 1 мл по ГОСТ 1770 ;

чашки металлические для испытаний вместимостью 5 л;

стаканчики для взвешивания ВС-1 с крышками;

устройство растирочное или ступка фарфоровая с пестиком по ГОСТ 9147 ;

шкаф сушильный;

набор сит с диаметром отверстий 20, 10 и 5 мм;

эксикатор Э-250 по ГОСТ 23932 ;

шпатель металлический;

нож лабораторный с прямым лезвием длиной не менее 150 мм.

5.8 Лабораторные весы должны обеспечивать взвешивание грунта и формы в процессе испытания с погрешностью ±1 г.

5.9 Средства измерений должны пройти поверку или калибровку, а испытательное оборудование должно быть аттестовано в установленном порядке.

6 Подготовка к испытанию

6.1 Подготовка пробы грунта

6.1.1 Необходимая для подготовки пробы грунта масса образца грунта нарушенного сложения при естественной влажности должна быть не менее 10 кг при наличии в грунте частиц крупнее 10 мм и не менее 6 кг - при отсутствии частиц крупнее 10 мм.

6.1.2 Представленный для испытания образец грунта нарушенного сложения высушивают при комнатной температуре или в сушильном шкафу до воздушно-сухого состояния. Высушивание в сушильном шкафу несвязных минеральных грунтов допускается производить при температуре не более 100 °С, связных - не более 60 °С. В процессе сушки грунт периодически перемешивают.

6.1.3 Размельчают агрегаты грунта (без дробления крупных частиц) в растирочном устройстве или в фарфоровой ступке.

6.1.4 Грунт взвешивают (m р ) и просеивают через сита с отверстиями диаметром 20 мм и 10 мм. При этом вся масса грунта должна пройти через сито с отверстиями диаметром 20 мм.

6.1.5 Взвешивают отсеянные крупные частицы ( m k ).

Если масса частиц грунта крупнее 10 мм составляет 5 % и более, дальнейшее испытание проводят с пробой грунта, прошедшего через сито 10 мм. Если масса частиц грунта крупнее 10 мм составляет менее 5 %, производят дальнейшее просеивание грунта через сито с отверстиями диаметром 5 мм и определяют содержание частиц крупнее 5 мм. В этом случае дальнейшее испытание проводят с пробой грунта, прошедшего через сито 5 мм.

6.1.6 Из отсеянных крупных частиц отбирают пробы для определения их влажности w k и средней плотности частиц r k по ГОСТ 8269.0 .

6.1.7 Из грунта, прошедшего через сито, отбирают пробы для определения его влажности в воздушно-сухом состоянии w g по ГОСТ 5180 .

6.1.8 Вычисляют содержание в грунте крупных частиц К , %, с точностью 0,1 % по формуле

, (1)

где m k - масса отсеянных крупных частиц, г;

w g - влажность просеянного грунта в воздушно-сухом состоянии, %;

т p - масса образца грунта в воздушно-сухом состоянии, г;

w k - влажность отсеянных крупных частиц, %.

6.1.9 Отбирают из просеянного грунта методом квартования пробу грунта для испытания (т ¢ p ) массой 2500 г.

Допускается проводить весь цикл испытаний с использованием одной отобранной пробы.

При испытании грунтов, содержащих частицы, легко разрушающиеся при уплотнении, отбирают несколько отдельных проб. В этом случае каждую пробу испытывают только один раз.

6.1.10 Помещают отобранную пробу в металлическую чашку для испытаний.

6.1.11 Рассчитывают количество воды Q , г, для доувлажнения отобранной пробы до влажности первого испытания по формуле

, (2)

где т ¢ p - масса отобранной пробы, г;

w 1 - влажность грунта для первого испытания, назначаемая по таблице , %;

w g - влажность просеянного грунта в воздушно-сухом состоянии, %.

(Опечатка.)

Таблица 1

6.1.12 В отобранную пробу грунта вводят рассчитанное количество воды за несколько приемов, перемешивая грунт металлическим шпателем.

6.1.13 Переносят пробу грунта из чашки в эксикатор или плотно закрываемый сосуд и выдерживают ее при комнатной температуре не менее 2 ч для несвязных грунтов и не менее 12 ч - для связных грунтов.

6.2 Подготовка установки для испытания

6.2.1 Взвешивают цилиндрическую часть формы (т с ).

6.2.2 Устанавливают цилиндрическую часть формы на поддон, не зажимая ее винтами.

6.2.3 Устанавливают зажимное кольцо на верхний бортик цилиндрической части формы.

6.2.4 Зажимают цилиндрическую часть формы попеременно винтами поддона и кольца.

6.2.5 Протирают внутреннюю поверхность формы ветошью, смоченной керосином, минеральным маслом или техническим вазелином.

6.2.6 Устанавливают собранную форму на плиту основания.

6.2.7 Проверяют соосность направляющей штанги и цилиндрической части формы и свободный ход груза по направляющей штанге.

7 Проведение испытания

7.1 Испытание проводят, последовательно увеличивая влажность грунта испытываемой пробы. При первом испытании влажность грунта должна соответствовать значению, установленному в . При каждом последующем испытании влажность грунта следует увеличивать на 1 - 2 % для несвязных грунтов и на 2 - 3 % - для связных грунтов.

Количество воды для увлажнения испытываемой пробы определяют по формуле (), принимая в ней за w g и w 1 соответственно влажности при предыдущем и очередном испытаниях.

7.2 Испытание пробы грунта проводят в следующем порядке:

Переносят пробу из эксикатора в металлическую чашку и тщательно перемешивают;

Загружают в собранную форму из пробы слой грунта толщиной 5-6 см и слегка уплотняют рукой его поверхность. Производят уплотнение 40 ударами груза по наковальне с высоты 30 см, зафиксированной на направляющей штанге. Аналогичную операцию производят с каждым из трех слоев грунта, последовательно загружаемых в форму. Перед загрузкой второго и третьего слоев поверхность предыдущего уплотненного слоя взрыхляют ножом на глубину 1-2 мм. Перед укладкой третьего слоя на форму устанавливают насадку;

После уплотнения третьего слоя снимают насадку и срезают выступающую часть грунта заподлицо с торцом формы. Толщина выступающего слоя срезаемого грунта не должна быть более 10 мм.

Примечание - Если выступающая часть грунта превышает 10 мм, необходимо выполнить дополнительное число ударов из расчета один удар на 2 мм превышения.

7.3 Образующиеся после зачистки поверхности образца углубления вследствие выпадения крупных частиц заполняют вручную грунтом из оставшейся части отобранной пробы и выравнивают ножом.

7.4 Взвешивают цилиндрическую часть формы с уплотненным грунтом (т i ) и вычисляют плотность грунта r i , г/см 3 , по формуле

, (3)

где m i - масса цилиндрической части формы с уплотненным грунтом, г;

т с - масса цилиндрической части формы без грунта, г;

V - вместимость формы, см 3 .

7.5 Извлекают из цилиндрической части формы уплотненный образец грунта. При этом из верхней, средней и нижней частей образца отбирают пробы для определения влажности грунта ( w i ) no ГОСТ 5180 .

Извлеченный из формы грунт присоединяют к оставшейся в чашке части пробы, измельчают и перемешивают. Размер агрегатов не должен превышать наибольшего размера частиц испытываемого грунта.

Повышают влажность пробы согласно . После добавления воды грунт тщательно перемешивают, накрывают влажной тканью и выдерживают не менее 15 мин для несвязных грунтов и не менее 30 мин - для связных грунтов.

7.6 Второе и последующие испытания грунта следует проводить в соответствии с - .

7.7 Испытание следует считать законченным, когда с повышением влажности пробы при последующих двух испытаниях происходит последовательное уменьшение значений массы и плотности уплотняемого образца грунта, а также когда при ударах происходит отжатие воды или выделение разжиженного грунта через соединения формы.

Примечание - Уплотнение однородных по гранулометрическому составу и дренирующих грунтов прекращают после появления воды в соединениях формы независимо от числа ударов при уплотнении образца.

7.8 В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении .

8 Обработка результатов

8.1 По полученным в результате последовательных испытаний значениям плотности и влажности грунта вычисляют значения плотности сухого грунта r di , г/см 3 , с точностью 0,01 г/см 3 по формуле

, (4)

где r i - плотность грунта, г/см 3 ;

w i - влажность грунта при очередном испытании, %.

8.2. Строят график зависимости изменения значений плотности сухого грунта от влажности (приложение ). По наивысшей точке графика для связных грунтов находят значение максимальной плотности (r d max ) и соответствующее ему значение оптимальной влажности (w opt ).

8.3 Для несвязных грунтов график стандартного уплотнения может не иметь заметно выраженного максимума. В этом случае значение оптимальной влажности принимают на 1,0 % - 1,5 % менее влажности w i , при которой происходит отжатие воды. Значение максимальной плотности принимают по соответствующей ей ординате. При этом 1,0 % принимают для песков гравелистых, крупных и средней крупности; 1,5 % - для мелких и пылеватых песков.

были удалены из пробы, то для учета влияния их состава корректируют установленное согласно , значение максимальной плотности сухого грунта r ¢ d max по формуле

, (5)

где p k - плотность крупных частиц, г/см 3 ;

К - содержание крупных частиц в грунте, %.

Значение оптимальной влажности грунта w ¢ opt , %, определяют по формуле

w ¢ opt = 0,01 w opt (100 - K ). (6)

8.5. Для контроля правильности испытания связных грунтов строят «линию нулевого содержания воздуха», показывающую изменение плотности сухого грунта от влажности при полном насыщении его пор водой.

Пары чисел r di и w i для построения «линии нулевого содержания воздуха» при плотности частиц грунта r s определяют, задаваясь значениями влажности, по формуле

, (7)

где r s - плотность частиц грунта, определяемая по ГОСТ 5180 , г/см 3 ;

r w - плотность воды, равная 1 г/см 3 .

Допускается принимать пары чисел r di и w i по приложению .

Нисходящая часть графика стандартного уплотнения не должна пересекать «линию нулевого содержания воздуха».

8.6 При необходимости сравнения или приведения значений максимальной плотности и оптимальной влажности грунта к значениям, полученным методами Проктора, допускается использовать переходные коэффициенты, приведенные в приложении .

Принципиальная схема установки для испытания грунта методом стандартного уплотнения

1 - поддон; 2 - разъемная форма; 3 - зажимное кольцо; 4 - насадка; 5 - наковальня; 6 - груз массой 2,5 кг; 7 - направляющая штанга; 8 - ограничительное кольцо; 9 - зажимные винты; 10 - образец грунта

Рисунок A .1

ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(рекомендуемое)

Журнал испытания грунта методом стандартного уплотнения

ОБЪЕКТ ________________________________________________________________ Место отбора грунта ______________________________________________________ Глубина отбора грунта (м) _____________ мощность слоя грунта (м) _____________ Разновидность грунта _____________________________________________________ Дата отбора ______________________________________________________________ Масса пробы грунта, прошедшего через сито с отверстиями диаметром 20 мм (после размельчения) m p , г __________________________________________________________ Данные по остатку на сите частиц (после просеивания пробы): а) масса крупных частиц m k , г ____ б) влажность крупных частиц w k , % ____ в) средняя плотность крупных частиц r k , г/см 3 ________________________________ Влажность прошедшего через сито грунта w g , % _______________________________ Масса отобранных для испытания проб грунта m p , кг ___________________________ Максимальная плотность сухого грунта r d max , г/см 3 ____________________________ Оптимальная влажность грунта w opt , % _______________________________________ Максимальная плотность сухого грунта с учетом частиц крупнее 5 или 10 мм r ¢ d max , г/см 3 ______________________________________________________________________ Оптимальная влажность грунта с учетом частиц крупнее 5 или 10 мм w ¢ opt , % ______ Дата испытания ________________________ (начало) ___________________ (конец)

Таблица Б.1

№ испытания	Определение плотности				Определение влажности						Плотность сухого грунта, г/см 3 (по )
	Масса, г			Плотность грунта, г/см 3 (по )	№ стаканчика для взвешивания	Масса, г			Влажность w , %
	формы т с	формы с уплотненным грунтом m i	уплотненного грунта m i - т с			пустого стаканчика	стаканчика с влажным грунтом	стаканчика с сухим грунтом	абсолютная	средняя

Образец графического оформления результатов испытания грунта методом стандартного уплотнения

Масштаб графиков: по горизонтали 1 см - 1 % для w ;

по вертикали 1 см - 0,02 г/см 3 для r d

Рисунок В.1

ПРИЛОЖЕНИЕ Г
(справочное)

Таблица пар чисел влажности w i и плотности сухого грунта r di для построения «линии нулевого содержания воздуха»

Таблица Г.1

Влажность w i , %	Плотность сухого грунта r di , г/см 3 , при плотности частиц грунта r s
	2,58			2,70	2,74
	2,45
				2,13	2,15
				2,08	2,11
				2,04	2,06
				2,00	2,02
				1,96	1,98
				1,92	1,94
				1,89	1,91
				1,85	1,87
				1,82	1,83
				1,78	1,80
				1,75	1,77
				1,73	1,74
	1,65	1,67	1,69	1,69	1,71
	1,62	1,65	1,65	1,66	1,68
	1,60	1,62	1,63	1,64	1,65
	1,57	1,59	1,60	1,61	1,63
	1,54	1,57	1,58	1,59	1,60
	1,52	1,54	1,55	1,56	1,57
	1,50	1,52	1,53	1,54	1,55
	1,48	1,50	1,51	1,51	1,53
	1,45	1,48	1,49	1,49	1,50
Примечание - Плотность частиц грунта r s определяют по ГОСТ 5180 или принимают в зависимости от разновидности грунта.

w opt

r d max

w opt

r d max

w opt

r d max

w opt

Метод Проктора стандартный

1,0

1,0

0,99

1,02

0,96

1,03

0,97

1,02

Метод Проктора модифицированный

1,02

0,87

1,05

0,84

1,06

0,85

1,06

0,88

Примечание - Приведение значений максимальной плотности и оптимальной влажности для основных разновидностей грунтов, определяемых методом стандартного уплотнения, к значениям, полученным методами Проктора, осуществляют путем умножения на соответствующие коэффициенты, приведенные в таблице.

Ключевые слова : плотность грунта,плотность сухого грунта, влажность грунта, стандартная плотность, оптимальная влажность грунта, график стандартного уплотнения

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

Подготавливаясь к застройке, проводят специальные исследования и тесты, определяющие пригодность участка к предстоящей работе: берут пробы грунта, вычисляют уровень залегания подземных вод и исследуют другие особенности почвы, которые помогают определить возможность (или ее отсутствие) строительства.

Проведение таких мероприятий способствует повышению технических показателей, вследствие чего решается ряд проблем, возникающих в процессе строительства, например, проседание почвы под тяжестью конструкции со всеми вытекающими последствиями. Первое ее внешнее проявление выглядит как появление трещин на стенах, а в совокупности с другими факторами к частичному или полному разрушению объекта.

Коэффициент уплотнения: что это?

Под коэффициентом уплотнения грунта имеют в виду безразмерный показатель, который, по сути, является исчислением из отношения плотность грунта/плотность грунта max . Коэффициент уплотнения грунта рассчитывается с учетом геологических показателей. Любой из них, независимо от породы, пористый. Он пронизан микроскопическими пустотами, которые заполняются влагой или воздухом. При выработке почвы объем этих пустот увеличивается в разы, что приводит к повышению рыхлости породы.

Важно! Показатель плотности насыпной породы намного меньше, чем те же характеристики утрамбованного грунта.

Именно коэффициент уплотнения грунта определяет необходимость подготовки участка к строительству. Опираясь на эти показатели, подготавливают песчаные подушки под фундамент и его основание, дополнительно уплотняя грунт. Если эту деталь упустить, он может слеживаться и под весом конструкции начнет проседать.

Показатели уплотнения грунта

Коэффициент уплотнения грунта показывает уровень уплотненности почвы. Его значение варьируется в рамках от 0 до 1. Для основания бетонного ленточного фундамента нормой считается показатель в >0,98 балла.

Специфика определения коэффициента уплотнения

Плотность скелета грунта, когда земляное полотно поддают стандартному уплотнению, вычисляется в лабораторных условиях. Принципиальная схема исследования заключается в помещении образца почвы в стальной цилиндр, который сжимается под воздействием внешней грубой механической силы - ударов падающего груза.

Важно! Наивысшие показатели плотности грунта отмечаются у пород с влажностью чуть выше нормы. Эта зависимость изображена на графике ниже.

Каждое земляное полотно имеет свою оптимальную влажность, при которой и достигается максимальный уровень уплотнения. Этот показатель также исследуют в лабораторных условиях, придавая породе разную влажность и сравнивая показатели уплотнения.

Реальные данные - это конечный результат исследований, измеряющийся по окончании всех лабораторных работ.

Методы уплотнения и вычисления коэффициента

Географическое расположение определяет качественный состав грунтов, каждый из которых обладает своими характеристиками: плотностью, влажностью, способностью к проседанию. Потому так важно разработать комплекс мер, направленный на качественное улучшение характеристик для каждого типа почвы.

Вам уже известно понятие коэффициента уплотнения, предмет которого изучается строго в лабораторных условиях. Проводят такую работу соответственные службы. Показатель уплотнения почвы определяет методику воздействия на грунт, вследствие которой он получит новые прочностные характеристики. Проводя такие действия, важно учитывать процент усиления, прикладываемого для получения необходимого результата. Исходя из этого вычитывается коэффициент уплотнения грунтов (таблица ниже).

Типология методов уплотнения грунта

Существует условная система подразделения методов уплотнения, группы которых формируются исходя из способа достижения цели - процесса выведения кислорода из слоев почвы на определенной глубине. Так, различают поверхностное и глубинное исследование. Исходя из типа исследования, специалисты подбирают систему оборудования и определяют способ его применения. Методы исследования почвы бывают:

• статическими;
• вибрационными;
• ударными;
• комбинированными.

Каждый из типов оборудования отображает метод применения силы, например пневматический каток.

Частично такие методы применяются в малом частном строительстве, другие исключительно при построении крупномасштабных объектов, возведение которых согласовано с местной властью, так как некоторые из таких строений могут оказывать влияние не только на заданный участок, но и на окружающие объекты.

Коэффициенты уплотнения и нормы СНиП

Все операции, связанные со строительством, четко регламентируются законом, потому строго контролируются соответствующими организациями.

Коэффициенты уплотнения грунтов СНиП определяет пунктом 3.02.01-87 и СП 45.13330.2012. Действия, описанные в нормативных документах, были обновлены и актуализированы в 2013-2014 годах. В них описываются уплотнения для разного рода почвы и грунтовых подушек, использующихся при возведении фундамента и строений разного рода конфигураций, в том числе и подземных.

Как определяют коэффициент уплотнения?

Проще всего определить коэффициент уплотнения грунта по методу режущих колец: металлическое кольцо выбранного диаметра и определенной длины забивают в грунт, во время чего порода плотно фиксируется внутри стального цилиндра. После этого массу приспособления измеряют на весах, а по окончании взвешивания вычитывают вес кольца, получая чистую массу грунта. Это число делят на объем цилиндра и получают окончательную плотность грунта. После чего ее делят на показатель максимально возможной плотности и получают вычисляемое - коэффициент уплотнения для данного участка.

Примеры вычисления коэффициента уплотнения

Рассмотрим определение коэффициента уплотнения грунта на примере:

• значение максимальной плотности грунта - 1,95 г/см 3 ;
• диаметр режущего кольца - 5 см;
• высота режущего кольца - 3 см.

Необходимо определить коэффициент уплотнения почвы.

С такой практической задачей справиться намного легче, чем может показаться.

Для начала забивают цилиндр в грунт полностью, после чего извлекают его из почвы так, чтобы внутреннее пространство оставалось заполненным землей, но снаружи никакого скопления грунта не отмечалось.

При помощи ножа грунт извлекают из стального кольца и взвешивают.

К примеру, масса грунта составляет 450 грамм, объем цилиндра 235,5 см 3 . Рассчитав по формуле, получаем число 1,91г/см 3 - плотность почвы, откуда коэффициент уплотнения почвы - 1,91/1,95 = 0,979.

Возведение любого здания или конструкции - ответственный процесс, которому предшествует еще более ответственный момент подготовки застраиваемого участка, проектирования предполагаемых построек, расчета общей нагрузки на грунт. Это касается всех без исключения построек, которые предназначены для длительной эксплуатации, срок которой измеряется десятками, а то и сотнями лет.

Цель работы :

Определить максимальную плотность грунта при его оптимальной влажности

Сущность метода:

Метод заключается в установлении зависимости плотности скелета грунта от его влажности при трамбовании образцов и в определении по этой зависимости максимальной величины плотности скелета грунта ( d макс).

Влажность, при которой достигнута максимальная плотность скелета грунта, является оптимальной влажностью (W опт).

Для установления зависимости плотности скелета грунта от его влажности проводят серию отдельных испытаний грунта на уплотнение с последовательным увеличением его влажности. Ре­зультаты испытаний представляют в виде графика. Количество от­дельных испытаний для построения графика должно быть не менее шести, а также достаточным для выявления максимального значе­ния плотности скелета грунта.

Испытание грунтов осуществляют в приборе Союздорнии» для стандартного уплотнения грунтов путем послойного трамбования грунта ударами груза массой 2,5кг, пада­ющего с высоты 300мм; при этом общее число ударов должно сос­тавить 120.

Пробы грунта (образцы нарушенного сложения) следует отбирать в естественных и искусственных обнажениях и горных выработках из однородного по виду слоя грунта.Масса пробы грунта должна быть не менее10кг

Оборудование:

прибор Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов;

весы с точностью 0.01 г.;

шкаф сушильный;

сито с отверстиями 10мм;

чашки металлические емкостью не менее 5л;

цилиндры мерные с носиком емкостью 100и 500мл;

лопаточка мастерок;

линейка металлическая длиной 30см;

штангенциркуль;

бюксы (стаканчики).

Рис.4 Схема прибора Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов.

1поддон; 2разъемный цилиндр емкостью 1000см 3 ;

3 - кольцо; 4 - насадка;5-наковальня;

8 -ограничительное кольцо; 9 - зажимные винты.

Порядок работы:

Обработать пробы грунта массой 10кг, выделить и подготовить отдельные пробы грунта массой 2,5кг к испытанию.

Заранее подготовленную пробу грунта доувлажняют до исходной влажности (W 3), принимаемой равной 4%для песчаных, гравий­ных грунтов и 8%для глинистых грунтов. Необходимой для доувлажнения пробы грунта количество воды (Q ) определяют по формуле 4.1

(4.1)

m 3 -массу грунта, оставшегося от предыдущего испытания;

W 1 иW 3 -соответственно влажности, задаваемые при предыдущем и очередном испытаниях.

Вводят в пробы грунта рассчитанное количество воды и одновременно перемешивают грунт лопаточкой-мастерком.

Испытания грунта проводят последовательно с отдельными пробами грунта. Влажность пробы при первом испытании должна равняться исходной.При каждом после­дующем испытании влажность следует увеличивать на 1-2%для песчаных, гравийных грунтов и 2-3 %для глинистых грунтов. Ко­личество воды для доувлажнения пробы определяют по формуле (4.1.

Каждую отдельную пробу следует испытывать один раз. Уплотнение грунта каждой пробы должно выполняться путем последовательного трамбования трех слоев.

Подготовленную пробу грунта переносят в металлическую чашку, а затем слоями, загружают в цилиндр прибора, при­жимая грунт трамбовкой. Каждый слой должен иметь высоту 5-6 см и уплотняться 40ударами груза, при этом стержень трамбовки необходимо удерживать в вертикальном положении.

Перед загруз­кой второго и третьего слоев поверхность предыдущего слоя взрыхляют ножом на глубину 1-2мм. Перед укладкой третьего слоя на цилиндр надевают насадку. После уплотнения третьего слоя насадку снимают и срезают выступающую часть образца заподлицо с торцом цилиндра.

Массу контейнера с грунтом (m 5)определяют с погрешностью до 1г и рассчитывают плотность влажного образца грунта ()с погрешностью до 0,01г/см 3 по формуле 4.2

где V - емкость цилиндра, равная 1000см 3 ;

Снимают поддон и кольцо, раскрывают цилиндр и извлекают уплотненный образец грунта. Из средней части образца отбирают пробу массой не менее 30г для определения влажности грунта (W ) (лабораторная работа №1).

Извлеченный из цилиндра грунт присоединяют к оставшейся в чашке части пробы, растирают, перемешивают и взвешивают. За­тем повышают влажность пробы согласно заранее рассчитанной порции воды.После добавления воды грунт перемешивают.

Второе и последующие испытания грунта на уплотнение должны проводиться аналогично первому.

Испытания по определению максимальной плотности скеле­та грунта следует считать законченными тогда, когда с повышени­ем влажности пробы при последующих двух, трех испытаниях на уплотнение происходит последовательное уменьшении значении плотности уплотненных образцов грунта или когда грунт перестает уплотняться и начинает при ударах груза выжиматься из прибора.

Результаты определений записывают в таблицу 4.

Обработка результатов:

По полученным в результате испытаний значениям плот­ности и влажности уплотненных образцов определяют плотность скелета грунта ( d)с погрешностью до 0,01г/см 3 по формуле 4.3

(4.3)

Строят график зависимости плотности скелета от влажнос­ти грунта,откладывая по оси абсцисс влажность уплотненных образцов в масштабе 1см-2%,а по оси орди­нат-плотность скелета грунта в масштабе 1см-0,05г/см 3 .

На­ходят максимум полученной зависимости и соответствующие ему величины максимальной плотности скелета грунта ( d) на оси ординат и оптимальной влажности (W опт) на оси абсцисс. Точность считывания значений должна быть для ( d мах - 0,01г/см 3 , а дляW опт 0,1%.

Если при построении графика кривая зависимости получается без заметно выраженного пика, что может иметь место для песчаных и гравийных грунтов, за d мах следует принимать достигнутую максимальную плотность скелета грунта, а заW опт -наименьшее значение влажности, при которой достигается максимальная плотность скелета грунта.

Таблица4 Результаты о пределения максимальной плотности грунта

	Определение плотности, г/см 3				Определение влажности						Плотность скелета уплотненного образца грунта  d =  ___
				плотность уплотненного образца грунта =m 5 – m 4					Влажность W , %
	контейнера без насадки m 4	контейнера без насадки с уплотненным образцом грунта m 5	уплотненного образца грунта (m 5 – m 4)			пустого бюкса	бюкса с влажной пробой грунта m 7	бюкса с сухим грунтом m 8	W=m 7 –m 8 / m 8 –m 6

Рис.4.2 Пример построения графика зависимости плотности скелета грунта от влажности при стандартном уплотнении.