Максимальная плотность грунта на какой объем определяется. Максимальная (оптимальная) плотность грунта
Поскольку при нарушении структурных связей грунта его свойства изменяются, необходимо изучать состояние грунта при ненарушенной структуре. Для этого в процессе инженерно-геологических изысканий из шурфов и скважин отбирают монолиты - большие образцы грунта ненарушенной структуры. Из этих монолитов в лабораторных условиях берут меньшие образцы и экспериментально определяют три основные характеристики:
· плотность (объемную массу) грунта ρ естественной (ненарушенной) структуры, равную отношению массы образца грунта к его объему;
· плотность (объемную массу) твердых частицгрунта ρ s равную отношению массы твердых частиц к их объему;
· природную весовую влажность грунта ω, равную отношению массы содержащейся в нем воды к массе твердых частиц.
Рис. 1.3. Схема составных частей (компонентов) образца грунта
Выделим из грунта образец объемом V = 1 см 3 и мысленно разделим его на две части: одну, занятую твердыми частицами, объемом V 1 , и другую, занятую порами, расположенными между этими частицами, объемом V 2 (рис. 1.3). Пространство, занятое порами, можно разделить в общем случае также на две части, одна из которых занята водой, другая - воздухом. Пусть масса твердых частиц в объеме V будет g 1 , а масса воды - g 2 (масса воздуха не оказывает влияния на результаты расчетов).
В соответствии с определениями
Плотность грунта определяют взвешиванием чаще всего по образцу, взятому в режущее кольцо, иногда парафинировавшем или другими методами, в т. ч. путем гамма-каротажа. Плотность твердых частиц находят с помощью пикнометра. Влажность грунта устанавливают взвешиванием образца естественной влажности до и после высушивания (до постоянной массы) при температуре 105°С.
Уплотнение грунтов с которых сооружается з.п., явл-ся одним из важнейших технических процессов в результате которого достигается расчетная прочность, устойчивость и стабильность дорожной конструкции в целом в процессе будущих эксплуатации. Возведение насыпей без послойного уплотнения допускается только в отдельных случаях:
1) в насыпях на болотах;
2) в насыпях ч/з водослив;
3) при возведении насыпи методом гидронамыва с одномерных мелких барханных песков;
Плотность грунта уплотненного в конструкцию оценивается коэффициентом уплотнения кот. Представляет собой отношение фактической плотности грунта насыпи к максимальной стандартной при оптимальной влажности (метод стандартного уплотнения)
К у= ρ d /ρ max, ρ d = ρ/(1+0,01W)
Требуемая плотность грунтов в насыпи может быть достигнута при оптимальной влажности. Наибольшая плотность грунта может быть достигнута при применении машин и механизмов обеспечивающая максимально допустимое по условиям прочности для данного грунта контактное давление. Для определенияния оптимальной толщины уплотняемого слоя и количество проходов по одному следу следует производить пробное уплотнение или пользоваться эмпирическими зависимостями руководствуясь теоретическими предпосылками:
1) грунтовый массив в насыпи представляет собой 3-х фазную систему;
2) о степени сближения элементов твердой фазы для данного грунта можно судить только по плотности сухого грунта, при уплотнении грунта увеличение плотности может идти только за счет удаления газообразной фазы и частично за счет отжатая жидкой фазы;
3) важным явл-ся вопрос о требуемой плотности(должна обеспечивать не обходимую сопротивляемость грунта воздействию напряжений от нагрузок и погодно климатических факторов);
4) наибольшее распространение получил эмпирический метод назначение требуемой плотности
ρ ск тр =К у ρ ск max
Для определения максимальной плотности проводят испытания грунта в приборе стандартного уплотнения(грунт уплотняется в цилиндре послойно путем тромбования с помощью падающего груза) В результате испытаний получают кривую стандартного уплотнения (зависимость плотности сухого грунта от влажности)
Требуемая минимальная плотность сложения сухого грунта d , г/см 3 , т/м 3 , должна быть такой, чтобы грунт насыпи при воздействии временных поездных нагрузок работал практически в упругой стадии.
Требуемую в земляном полотне для песчаных и глинистых грунтов плотность сложения сухого грунта d определяют по формуле:
где k – минимальный коэффициент уплотнения, для верхней и для нижней частей, см. табл.5.4 стр.297 ;
Максимальная плотность сухого грунта, т/м 3 .
Таким образом:
Плотность грунта насыпи с учётом влажности определяется по формуле:
где: - оптимальная влажность.
Удельный вес грунта насыпи определяется по формуле:
Защитный слой – слой дренирующего грунта, который должен иметь соответствующий коэффициент уплотнения и толщину такую, чтобы под ним не возникали пластические деформации. Защитный слой укладывается под основную площадку для предотвращения пучения.
Согласно СТН Ц-01-95 толщина защитного верхнего слоя h защ для насыпи, отсыпанной супесью составляет 0,5-0,7 м. К расчету принята величина h защ =0,5 м. Защитный слой отсыпается из песчано-гравийной смеси с параметрами: с = 1 кПа; φ=33º.
Максимальная плотность (стандартная плотность) - наибольшая плотность сухого грунта, которая достигается при испытании грунта методом стандартного уплотнения.
Оптимальная влажность - значение влажности грунта, соответствующее максимальной плотности сухого грунта.
21. Оптимальная влажность грунта и методика её определения
Эффективное уплотнение грунта возможно при значениях естественной (фактической) влажности грунта, близкой к значениям оптимальной. Оптимальная влажность – влажность грунта, при которой достигается максимальная плотность сухого грунта (скелета грунта) при стандартном уплотнении.
Значение оптимальной влажности определяется в лабораторных условиях или примерно рассчитывается по значению влажности на границе текучести W т :
где
– переходный коэффициент, зависящий
от вида грунта
Максимальная плотность является основной исходной характеристикой при назначении коэффициента уплотнения грунта в теле насыпи и контроле качества уплотнения.
Оптимальная влажность служит одним из критериев для оценки возможности и методов использования грунта для отсыпки насыпи, а также является важным параметром технологического процесса уплотнения.
Испытание проводится в приборе Союздорнии для стандартного уплотнения.
Рисунок 25 – Схема прибора Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов
1– поддон; 2 – разъемный цилиндр емкостью 1000см 3 ; 3 – кольцо;
4 – насадка; 5–наковальня; 6 – груз массой 2,5кг;
9 – зажимные винты.
По полученным в результате испытаний значениям плотности и влажности уплотненных образцов определяют плотность скелета (сухого) грунта ( ск) с погрешностью до 0,01 г/см 3
Строят график зависимости плотности скелета от влажности грунта, откладывая по оси абсцисс влажность уплотненных образцов в масштабе 1 см –2%, а по оси ординат – плотность скелета грунта в масштабе 1 см – 0,05 г/см 3 . Находят максимум полученной зависимости и соответствующие ему величины максимальной плотности скелета грунта ( ск) на оси ординат и оптимальной влажности (W опт) на оси абсцисс.
Точность считывания значений должна быть для макс – 0,01 г/см 3 , а для W опт – 0,1%.
Рисунок 26 - Пример построения графика зависимости плотности скелета грунта
от влажности при стандартном уплотнении
22. Методы контроля качества уплотнения грунтов
При операционном контроле качества уплотнения грунтов допускается (СНиП 3.06.03-85) использовать ускоренные и полевые экспресс-методы и приборы.
В полевых условиях плотность и влажность грунтов можно определять
1– по принципу объемно-весового метода с помощью модернизированного плотномера-влагомера Н. П. Ковалева (для связных грунтов).
Рисунок 27 - Плотномер-влагомер Н. П. Ковалева
Основной частью прибора является поплавковое устройство. Оно состоит из корпуса 7 с трубкой 3, на которой нанесены применительно к различным грунтам четыре шкалы. Одна шкала (р ) предназначена для определения плотности их скелета р ск: "Ч" – гумусовых, "П" – песчаных и "Г" – глинистых грунтов. Заканчивается трубка крышкой 2.
Внутри трубки находится тарировочный груз 6. Для обеспечения устойчивости поплавка в вертикальном положении к нему с помощью стоек 8 прикреплен поддон 9 в виде массивного диска. Поплавковое устройство находится в футляре-резервуаре 4 как при испытаниях, так и в транспортном положении.
При определении плотности влажного грунта в резервуар заливают воду до зафиксированной внутренней отметки уровня 5 и опускают поплавок без сосуда 10. На крышку поплавка устанавливают режущее кольцо 1 с пробой грунта, взятой из земляного полотна, и по уровню воды на шкале определяют плотность (г/см 3) влажного грунта.
Для определения плотности скелета пробу грунта высыпают из режущего кольца в сосуд 10, наливают в него воду и тщательно перемешивают до ликвидации комков. После выхода пузырьков воздуха из разжиженного грунта сосуд устанавливают на поддон, поплавок погружают в воду и по шкале, соответствующей виду грунта, определяют плотность его скелета.
Влажность грунта определяют по специальным номограммам или по формуле
2 – Методом лунки (методом замещения объема)(для несвязных, мерзлых и крупнообломочных грунтов).
На уплотненном слое грунта выравнивают небольшую площадку и выкапывают лунку глубиной 3 /4 толщины слоя и объемом 6-10 л.
Грунт из лунки тщательно собирают и определяют его массу.
Для определения объема лунки над ней устанавливают двойную жестяную воронку (рисунок 28).
Рисунок 28 - Определение плотности грунта методом лунки
В лунку и нижнюю воронку засыпают сухой песок с зернами размером до 2 мм (не содержащий глинистых и пылеватых частиц) с помощью мерного цилиндра вместимостью 0,1 - 0,25 л без встряхивания.
Вычитая из общего объема засыпанного песка его объем, находящийся в воронке, получают объем песка в лунке, т. е. объем лунки. Плотность грунта получают из отношения массы извлеченного из лунки грунта к объему лунки.
Влажность грунта определяют способом его высушивания до постоянной массы. Плотность скелета грунта определяют по формуле
3 – Динамический зонд (динамический пенетрометр)
Прибор состоит из штанги 5 с конусным наконечником, направляющей 3 с ограничителем высоты подъема гири и рукояткой 1, наковальни 4 и гири 2. Масса гири 2,5 кг, площадь основания конуса 2 см 2 , глубина зондирования 30 см от поверхности слоя.
При испытаниях прибор устанавливают вертикально и забивают гирей конусный наконечник. После забивки конуса на 20 см фиксируют количество ударов, необходимых для погружения конусного наконечника на последние 10 см глубины. После забивки наконечника на 30 см прибор с помощью ручек извлекают и приступают к испытаниям в следующей точке. При необходимости проведения в одном месте нескольких параллельных испытаний расстояние между точками зондирования должно быть не менее 30 см.
Качество уплотнения оценивают по условному динамическому сопротивлению грунта.
Для определения плотности грунта используют градуировочные графики или корреляционные зависимости.
Рисунок 29 - Динамический плотномер
При операционном контроле качества сооружения земляного полотна плотность грунта следует контролировать (СНиП 3.06.03-85) в каждом технологическом слое по оси земляного полотна и на расстоянии 1,5-2,0 м от бровки, а при ширине слоя более 20 м - также в промежутках между ними.
Контроль плотности грунта необходимо производить на каждой сменной захватке работы уплотняющих машин, но не реже чем через 200 м при высоте насыпи до 3 м и не реже чем через 50 м при высоте насыпи более 3 м.
Контроль плотности верхнего слоя следует производить не реже чем через 50 м.
Дополнительный контроль плотности необходимо производить в каждом слое засыпки пазух труб, над трубами, в конусах и в местах сопряжения с мостами.
Контроль плотности следует производить на глубине, равной 1/3 толщины уплотняемого слоя, но не менее 8 см.
Отклонения от требуемого значения коэффициента уплотнения в сторону уменьшения допускаются не более чем в 10 % определений от их общего числа и не более чем на 0,04.
Контроль влажности используемого грунта следует производить, как правило, в месте его получения (в резерве, карьере) не реже одного раза в смену и обязательно при выпадении осадков.
Целью искусственного уплотнения грунтов является повышение их прочности, снижения водопроницаемости и высоты капиллярного поднятия, а также уменьшение неравномерности и ускорение осадок. Уплотнение насыпных грунтов, содержащих в порах воду и воздух, происходит, в основном, не за счет вытеснения воды, а за счет вытеснения воздуха при сближении частиц, поэтому на процесс уплотнения большое влияние оказывает влажность грунта. При повышении влажности до определенного предела плотность грунта увеличивается при одинаковой затрате уплотняющей энергии. При дальнейшем увеличении влажности плотность уменьшается при затрате такого же количества работы (см. рис.5).
За показатель степени уплотнения грунта обычно принимают плотность грунта в сухом состоянии ρ d .
Рис. 6. Зависимость плотности ρ d от количества ударов nпри постоянной влажности
В лабораторных условиях определение оптимальной влажности и соответствующих ей максимальной плотности производится с помощью прибора стандартного уплотнения (рис. 7). Такое стандартное уплотнение соответствует влажности и плотности, получаемым при уплотнении грунтов катками среднего веса в производственных условиях.
Сущность метода стандартного уплотнения состоит в определении оптимальной влажности грунта w opt , при которой достигается наибольшее его уплотнение (максимальное значение плотности грунта в сухом виде ρ d ). В приборе СоюздорНИИ производится серия отдельных испытаний по послойному (в три слоя) трамбованию грунта с последовательным увеличением его влажности w, но при постоянном количестве ударов (120 ударов, т.е. по 40 ударов на каждый из трех слоев) грузов, массой 2,5 кг, свободно падающего с высоты 300мм. Для песчаных и гравийных грунтов первое испытание производится при исходной влажности 4%, а в последующих испытаниях влажность последовательно увеличивается на 1-2%. Аналогично для глинистых грунтов испытания проводятся при исходной влажности 8% с последующим увеличением ее на 2-3%.
Рис. 7. Прибор стандартного уплотнения СоюздорНИИ
Испытание грунта производится в следующем порядке:
– подготовленная проба грунта массой 2,5 кг слоями загружается в цилиндр прибора, причем каждый слой уплотняется 40 ударами груза;
При этом стержень трамбовки удерживается в вертикальном положении (перед укладкой третьего слоя на цилиндр надевается насадка);
– после уплотнения третьего слоя насадка снимается и выступающая часть образца срезается заподлицо с торцом цилиндра;
– определяется плотность влажного образца грунта по формуле:
где m 0 – масса собранного контейнера (цилиндр с поддоном и кольцом) г;
m 1 – масса контейнера с грунтом, г;
V – емкость цилиндра, см 3 ;
– раскрывается цилиндр и из верхней, средней и нижней частей образца отбирается по одной пробе (массой не менее 30г) для определения влажности грунта (см. работу 2).
Затем путем добавления определенного количества воды (см. приложение 2) повышается влажность грунта, и проводятся последующие испытания. Испытания следует считать законченными тогда, когда с повышением влажности пробы последующих двух, трех испытаниях на уплотнение происходит последовательное уменьшение значений плотности уплотненных образцов грунта.
По полученным в результате испытаний значениями плотности и влажности уплотненных образцов определяется плотность грунта в сухом состоянии:
Строится график зависимости плотности сухого грунта от влажности (см. рис. 5), находятся максимум полученной зависимости и соответствующие ему величины максимальной плотности сухого грунта (ρ d мах ) с точностью 0.01 г/см 3 и оптимальной влажности (w opt ) с точностью 0.1%.
Максимальная плотность, получаемая при стандартном уплотнении, принимается за исходную величину при оценке плотности приискусственном уплотнении грунтов.
Отношение плотности сухого грунта к максимальной плотности сухого грунта ρ d мах называется коэффициентом стандартного уплотнения:
Требуемая минимальная плотность насыпи определяется путем умножения на коэффициент К Tab (К Tab =К с) , принимаемый по СНиП 2.05.02-85 в зависимости от расположения слоя грунта по высоте насыпи, типа покрытия, дорожно – климатической зоны и условий насыпи.
Определение оптимальной влажности и максимальной плотности обязательно при работах: по воздействию насыпей; окончательной отделке земляного полотна; устройству дорожных одежд и грунтовых подушек в основаниях сооружений.
В лаборатории преподавателем проводится демонстрационный опыт по уплотнению грунта при одном значении влажности. Для построения зависимости ρ d =f(w) используется данные таблицы 13.
1. По указанию преподавателя по данным непосредственного определения по описанной выше методике (см. приложение 2) или по заданным в табл. 13 значениями массы контейнера с грунтом m 1 и влажности w для серии из шести опытов определить значения плотности грунта в сухом состоянии (формула 23); результаты записать в журнал (форма 13).
2. Построить кривую стандартного уплотнения (форма 14).
3. Определить значения максимальной плотности сухого грунта и оптимальной влажности w opt ; результаты записать в журнал (форма 15).
Таблица 13
Примечание:
Масса собранного контейнера m 0 =3600 г; емкость цилиндра V =1000см 3 .
Плотность грунта максимальная
плотность, полученная при данной затрате работы на уплотнение (стандартное уплотнение) грунта, имеющего оптимальную влажность.
Строительный словарь .
Смотреть что такое "Плотность грунта максимальная" в других словарях:
максимальная - максимальная: Максимально возможная длина ЗО, в пределах которой выполняются требования настоящего стандарта и технических условий (ТУ) на извещатели конкретных типов, Источник: ГОСТ Р 52651 2006: И …
Максимальная плотность (стандартная плотность) - наибольшая плотность сухого грунта, которая достигается при испытании грунта методом стандартного уплотнения. Источник: ГОСТ 22733 2002: Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
максимальная плотность и оптимальная влажность - 3.2 максимальная плотность и оптимальная влажность: Параметры, определяемые при испытании грунта методом стандартного уплотнения по ГОСТ 22733. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Влажность грунта - отношение массы воды в объеме грунта к массе этого грунта, высушенного до постоянной массы. Источник: ГОСТ 30416 96: Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения оригинал документа Смотри также родственные термины … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
влажность грунта оптимальная - 3.2 влажность грунта оптимальная: Влажность грунта, при которой его уплотнение определенными уплотняющими средствами обеспечивает максимальную плотность. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Влажность грунта, при которой достигается его максимальная плотность (в пересчете на сухой грунт) при стандартизованных условиях его уплотнения падающим грузом. В России в качестве стандартного метода определения оптимальной влажности принят… … Строительный словарь
