Линия нулевого содержания воздуха грунта. Определение оптимальной влажности и максимальной плотности скелета грунта методом стандартного уплотнения
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.
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.
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 |
||||||
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.
1поддон; 2разъемный 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.
