Максимальная плотность грунта: Максимальная плотность грунта (определение максимальной плотности)

Содержание

Максимальная плотность грунта (определение максимальной плотности) – описание свойства

Максимальная плотность грунта – это показатель, который получают при стандартном уплотнении высушенного грунта с постепенным увлажнением. При повышенном количестве влаги плотность увеличивается до определенной точки, а затем снижается. Влажность, при которой материал удается максимально уплотнить, называется оптимальной.

Максимальная плотность грунта
Определение максимальной плотности грунта
Практическое значение показателя

Уплотнение грунта – это неотъемлемая часть строительства зданий и дорог.

С помощью этой процедуры изменяется ряд параметров:

Прочность, несущая способность и устойчивость к деформациям
В уплотненном грунте повышается степень сцепления и взаимного трения частиц. Это значит, что он способен выдерживать большие нагрузки без деформаций. Таким образом можно повысить несущую способность грунта, даже если в его природном сложении она низкая.
Влагоемкость
При уплотнении уменьшается количество пор (прежде всего крупных). Это значит, что грунт может впитать меньше воды. После осадков и таяния снега влага будет уходить в более рыхлые слои, под уплотненное основание попадет меньшее количество. Но это не значит, что процедура полностью решит проблему повышенной влажности. Для того, чтобы вода не попадала и не застаивалась под фундаментом или дорожным покрытием, нужен целый ряд мероприятий – сооружение отмостки, гидроизоляции, дренажа.
Пучинистость и набухаемость
Эти проблемы уплотнение решает лишь частично. В грунте все равно есть какое-то количество воды, которое при замерзании будет расширяться. В результате каждый сезон грунт становится более рыхлым, его прочность и несущая способность падают. Важно достичь такого показателя уплотнения, который будет сохраняться максимально долго и незначительно изменяться.

Набухаемость во многом зависит от состава грунта, а именно – наличия глинистых частиц. Поэтому уплотнение решает эту проблему лишь частично – в основание попадает меньше воды через крупные поры. В мелких капиллярах она остается.

Определение максимальной плотности грунта

Определение максимальной плотности грунта проходит в соответствии с ГОСТом 22733-2016.

Образцы для исследования берут прямо со строительной площадки, места прокладки дороги, штольни, карьера. Природное сложение при этом не сохраняется. Испытание каждой пробы проводится не менее 5 раз. Расхождение между результатами опытов не должно превышать 1,5%, по оптимальной влажности – 10%.

Для испытаний понадобятся:

Приспособление для уплотнения (ручного либо механического типа), оснащенное грузом, опускающимся с заданной высоты. Вес груза должен быть в пределах 2,5 кг, высота падения – 30 см, диаметр рабочей поверхности – около 10 см. Механические приборы оснащаются подъемником для груза и счетчиком для ударов
Форма для грунта, состоящая из цилиндрической емкости, поддона, зажима и насадки. Высота цилиндра должна быть 127,5 мм, внутренний диаметр – 10 мм; металл должен выдерживать давление 400 мПа без повреждений
Жесткая металлическая или бетонная плита весом не менее 50 кг для установки формы с грунтом
Весы на 3-5 кг средней точности
Весы лабораторные на 0,1-1 кг высокой точности
Металлическая линейка на 30 см
Мерные цилиндры на 100 мл и 50 мл с делениями по 1 мл
Металлические чаши на 5 л
Весовые стаканы с крышками
Приспособление для растирания грунта или фарфоровая ступка с пестиком
Сушильный шкаф
Сита с диаметром ячеек 10 мм и 5 мм
Эксикатор Э-250 (стеклянный сосуд с крышкой и керамической вставкой внутри)
Металлический шпатель
Лабораторный нож с прямым лезвием и длиной до 150 мм
Штангенциркуль

Порядок проведения опыта:

Сначала отбирают пробу весом 10 кг (при размере зерен больше 10 мм) или 6 кг (при размере частиц меньше 10 мм).
Грунт подсушивают (несвязный минеральный – при 100°С, связный – при 60°С).
Сухой материал размельчают и взвешивают. Затем его просеивают через сита с ячейками 10 мм и 5 мм. Более 70% зерен должны проходить сквозь отверстия 10 мм.
Зерна, которые не прошли сквозь ячейки 5 мм, взвешивают. Дальше испытание проводится только с грунтом, частицы которого прошли через сито 5 мм.
На крупных зернах определяют влажность и плотность твердой фазы.
Часть мелких зерен отбирают для определения влажности в воздушно-сухом грунте.
Вычисляют количество крупных зерен (К) в образце с точностью до 0,1% по следующей формуле:
Из просеянного грунта отбирают образец массой 2,5 кг. Если частицы легко разрушаются под давлением, берут несколько навесок грунта и каждую из них испытывают 1 раз.
Грунт помещают в чашу.
Рассчитывают количество воды (Q) для увлажнения перед началом испытания по формуле:
Пробу перемешивают с водой металлическим шпателем и переносят в закрытый сосуд. В таком состоянии несвязный грунт выдерживают 2 часа, связный – 12 часов.
Взвешивают цилиндрическую форму для испытания.
Форму закрепляют на поддоне с помощью зажима.
Внутреннюю поверхность цилиндра смазывают маслянистым веществом (вазелином, керосином или минеральным маслом).
Форму устанавливают на платформу.
Слой грунта засыпают толщиной 50-60 мм. Затем его уплотняют 40 падениями груза с высоты 30 см. После этого верхнюю часть разрыхляют на 1-2 мм вглубь и засыпают второй слой. Испытание повторяют, засыпают третий слой и вновь его уплотняют по описанной методике.
После завершения поверхность выравнивают и взвешивают цилиндр вместе с грунтом.
Плотность грунта вычисляют по формуле:
Опыт повторяют, повышая влажность на 1-2% для несвязных грунтов и на 2-3% для связных. Пробу перед каждым испытанием вынимают из цилиндра, измельчают, определяют влажность и добавляют воду (ее количество рассчитывают по описанной выше формуле).

Исследование заканчивается, когда в двух последовательных испытаниях плотность начинает падать.

Максимальную плотность грунта высчитывают по формуле:

На основе данных строят график. Максимальное значение плотности при оптимальной влажности должно находиться на его вершине.

Практическое значение показателя

Максимальная плотность грунта при стандартном уплотнении является основой нормативов, создаваемых для строительства дорог и зданий. В них учитывается оптимальная влажность и возможность достичь максимальной плотности в рабочих условиях. При этом структура грунта должна быть стабильной во времени.

Достигнув максимальной плотности, можно значительно увеличить несущую способность грунта, его прочность и устойчивость к деформациям. Также частично уменьшается морозное пучение и, в меньшей мере, набухаемость грунта.

О других видах плотности грунтов вы можете прочитать в наших статьях:

Общая плотность грунта
Плотность твердой фазы грунта
Плотность сухого (скелета) грунта

Также рекомендуем к прочтению нашу статью о плотности грунтов в целом.

Определение максимальной плотности грунта

Способы определения максимальной плотности грунта в строительной лаборатории МАТТЕСТ

Методы определения максимальной плотности зависят от вида грунта, от размеров каминистых заполнителей и не распространяется на органические грунты.

Грунты можно разделить, условно, на следующие грунты: песчаные, супесчаные грунты, суглинки, глинистые, аргилиты, а при наличии каменистых заполнителей с указанием % содержания зерен фракции выше 2мм, 5 мм и 10 мм. Более подробную классификацию грунтов смотри ГОСТ 25100

Определение максимальной плотности на приборе приборе стандартного уплотнения (ПСУ большой) по ГОСТ 22733-2002

Распростроняется на грунты крупностью каменистых заполнителей менее 20 мм

Для начало грунта просеивают через сито 10 мм и работают с фракцией менее 10 мм.

Грунт с заданной влажностью(к примеру для суглинков берут 8%) уплотяется ударами гири весом 2,5 кг, падающего с высоты 30 см, послойно, в три слоя. Число ударов для каждого слоя 40, на три слоя 120. Вычисляют плотность.

Таких приемов не менее 5, каждая последующая с увиличением влажности 1-2 %, но испытания останавливают, если видно при уплотнении явное выпучивание грунта из прибора. По результатам строят график зависимости максимальной плотности сухого грунта от влажности грунта. Определяют поправку максимальной плотности и оптимальной влажности с учетом частиц более 10 мм

02

Определение максимальной плотности грунта на приборе союздорнии (малый)

Предназначен для изготовления образцов:

— при подборе смесей из грунтов, укрепленных неорганическими вяжущими (максимальный размер зерен до 5мм) по ГОСТ 23558-94.

-при определении активности шлаков по ГОСТ 8269.0-97.

—Также используют для определения максимальной плотноси грунта, оптимальной влажности при условии небольшого расхождения по сравнению с прибором ПСУ (большой)

Процедура уплотнения та же что и в первом случае на приборе ПСУ(большой)

03 Определение максимальной плотности на приборе Проктора

Преимущества метода работа с грунтами размерами до 31,5.

Методика определения как и в первом случае, однако есть переходные коэффициенты на прибор ПСУ( большой).

В настоящее время есть и другие виды прибора знакомого нам Проктора, которые позволяют работать более крупными заполнителями грунта.

Определение максимальной плотности несвязанных грунтов на вибростоле

Метод хорош для аргилитовых, алевролитовых, а также грунтов с большим содержанием заполнителей выше 10 мм( более 50%) .

Метод вибростола используется для определения максимальной плотности и содержания влаги (отношение влажность / плотность) несвязанных смесей, которые используются в дорожном строительстве, когда максимальная плотность, полученная ударным методом ниже, чем вибрационным.

04

Тест на максимальную сухую плотность почвы и оптимальное содержание влаги

🕑 Время считывания: 1 минута

Определение максимальной сухой плотности и оптимальной влажности почвы является мерой степени уплотнения почвы. Это может быть измерено в основном двумя методами: стандартное испытание на уплотнение по Проктору , и модифицированное испытание на уплотнение по Проктору . Оба теста помогают определить оптимальное содержание влаги, необходимое для достижения максимального уплотнения грунта, т. е. максимальной плотности в сухом состоянии для выполнения строительных работ.

Содержание:

Необходимость определения оптимального содержания влаги (OMC) в почве
Стандартный тест на уплотнение по Проктору
- Объем стандартного теста на уплотнение по Проктору
- Кривая уплотнения почвы — максимальная плотность в сухом состоянии и оптимальное содержание воды
Модифицированный тест или тест Проктора AASHTO

Необходимость определения оптимальной влажности (OMC) грунта

Грунт на строительной площадке должен быть достаточно устойчивым, чтобы выдерживать нагрузки от конструкций через фундаменты без нежелательных осадок в процессе строительства и в период эксплуатации.

Эта функция почвы проверяется в процессе исследования участка. Таким образом, строительная площадка обрабатывается и уплотняется на основании отчета об обследовании площадки. Количество уплотнения, необходимое для почвы в соответствующем районе, варьируется от участка к участку.

Чтобы определить степень уплотнения, требуемую почвой, и оптимальное содержание воды для уплотнения, испытания на уплотнение проводятся на почве с участка в лаборатории.

Стандартный тест на уплотнение по Проктору

Стандартный тест на уплотнение по Проктору был разработан Р. Р. Проктором в 1933 г. Проктор показал, что:

отношение.
Оптимальное содержание влаги (OMC) или оптимальное содержание воды (OWC) — это содержание влаги, при котором почва достигает максимальной плотности в сухом состоянии. Это значение OMC относится к определенному количеству энергии уплотнения, приложенной к почве.

Область применения стандартного испытания на уплотнение по Проктору

Область применения стандартного испытания на уплотнение по Проктору заключается в определении взаимосвязи между содержанием влаги и плотностью грунта, уплотняемого в форме трамбовкой массой 2,5 кг, сбрасываемой с высоты 305мм.

Связь между максимальной плотностью в сухом состоянии и оптимальным содержанием влаги в почве может быть получена из кривой уплотнения почвы, полученной в результате стандартного теста на уплотнение Проктора. Это соотношение помогает определить оптимальное содержание воды, при котором достигается максимальная плотность сухой почвы за счет уплотнения.

Прибор для стандартного теста на уплотнение по Проктору

Прибор состоит из стандартной формы с внутренним диаметром 4 дюйма. Эффективная высота этой стандартной пресс-формы составляет 4,6 дюйма. Максимальная вместимость пресс-формы составляет 1/30 куб. фута. Устройство показано на рисунке 1 ниже.

Рис.1: Стандартный испытательный аппарат Проктора (форма и трамбовка)

Форма состоит из съемной опорной плиты. Верхняя часть пресс-формы состоит из двух съемных воротников высотой 2 дюйма. Грунт засыпается в форму в три слоя, каждый слой подвергается 25 ударам. Это уплотнение осуществляется с помощью трамбовки весом 5,5 фунтов, падающей с высоты 12 дюймов.

Индийская стандартная спецификация – IS:2720 (Часть VII) Рекомендуемая спецификация для стандартного теста Проктора имеет некоторые незначительные модификации и метрификации. Поперечное сечение аппарата, используемого в соответствии с индийскими нормами, показано на рис. 2. Диаметр формы составляет 100 мм при высоте 127,3 мм. Объем формы 1000мл.

Рис. 2: Стандартный тест грунта Проктора

Масса используемой трамбовки составляет 2,6 кг. Он подвергается свободному падению с высоты 310 мм при диаметре поверхности 50 мм. Уплотнение грунта проводят в три слоя. Высота воротника 60 мм, съемный. Форма размещается на съемной опорной плите.

В некоторых случаях грунт, взятый для испытаний, может задерживаться на сите 4,75 мм. Если это количество превышает 20%, то используется форма с большим внутренним диаметром, скажем, 150 мм. Эта форма имеет высоту 127,3 мм и вместимость 2250 мл.

Процедура стандартного теста Проктора

Рис. 3. Стандартный тест Проктора

. Процедура проведения стандартного теста Проктора следующая.

Возьмите образец почвы весом 3 кг. Образец должен весить 3 кг после сушки на воздухе. Обычно эта почва представляет собой измельченную почву, которая проходит через сито 4,75 мм. Если почва крупнозернистая, воду добавляют так, чтобы содержание воды в ней составляло 4%.
Если почва мелкозернистая, добавляют воду до 8%. Содержание воды в образце после добавления должно быть меньше оптимального содержания воды.
Грунт после добавления воды тщательно перемешивают и накрывают влажной тканью. Этот образец выдерживают от 15 до 30 минут для прохождения процесса созревания.
Далее аппарат подготавливают путем тщательной очистки формы. Форму необходимо высушить и слегка смазать маслом. Взвешивают массу формы с опорной плитой и без буртика. Позволь мне (Wm).
Форма, установленная на сплошной опорной плите, затем заполняется подготовленным созревшим грунтом на одну треть высоты. Этот слой выдержит 25 ударов трамбовкой. Трамбовка имеет высоту свободного падения 310 мм. [Примечание: если используется форма большего размера, количество ударов для каждого слоя составит 56 ударов. Здесь вместимость формы составит 2250 мл.]
Уплотнение должно производиться таким образом, чтобы удары равномерно распределялись по поверхности каждого слоя.
Далее добавляется второй слой. Перед нанесением второго слоя необходимо поцарапать верхнюю часть первого слоя. Теперь грунт засыпается на две трети высоты формы. Это тоже уплотняется 25 ударами.
Позже добавляется третий слой. Аналогично уплотняется. Последний слой должен выступать за пределы формы и входить в воротник. Это количество не должно превышать 6 мм.
Связь между почвой в форме и манжетой разрывается при вращении манжеты. Затем воротник снимают, а верхний слой почвы обрезают и выравнивают по верхнему слою плесени.
Затем определяется масса формы с уплотненным грунтом и опорной плитой (W _ms ). Отсюда масса уплотненного грунта (W _s ) определяется как: W _s = Wm -W _ms
Масса уплотненного грунта и объем формы дают объемную плотность грунта. По насыпной плотности можно определить сухую плотность для используемого содержания воды (w).
Повторяют ту же процедуру (1-8), увеличивая содержание воды в почве на 2-3%. Каждое испытание будет обеспечивать различные наборы значений содержания воды и сухой плотности почвы. Из полученных значений построена кривая уплотнения между плотностью в сухом состоянии и содержанием воды.

Расчеты для кривой уплотнения

1. Вес уплотненного грунта (Ws) в граммах.

Вт _с = Wm -W _мс Уравнение 1

2. Объемная плотность

в г/мл

Eq.2

3. Плотность в сухом состоянии

, w = содержание воды

Eq. 3

Кривая уплотнения почвы — максимальная плотность в сухом состоянии и оптимальное содержание воды

Кривая уплотнения представляет собой кривую, построенную между содержанием воды (ось X) и соответствующей плотностью в сухом состоянии (ось Y). Сначала будет наблюдаться увеличение сухой плотности с увеличением содержания воды. Как только он достигает определенной точки, наблюдается уменьшение сухой плотности.

Максимальная пиковая точка полученной кривой уплотнения почвы называется максимальным значением плотности в сухом состоянии. Содержание воды, соответствующее этой точке, называется Оптимальное содержание воды (O.W.C) или оптимальное содержание влаги (O.M.C) .

Рис.4. Кривая уплотнения почвы

График, показанный на рисунке 3, представляет собой кривую уплотнения . Первоначально при содержании воды меньше, чем O.M.C, грунт будет более жестким по своей природе, будет иметь много пустот и пористость. Это является причиной достижения более низкой плотности в сухом состоянии.

Когда частицы почвы смазываются с увеличением содержания воды, частицы почвы будут плотно упакованы, что приведет к увеличению плотности. Теперь за пределом (OMC) добавление воды не приведет к изменению плотности в сухом состоянии или снизит плотность в сухом состоянии.

График представляет собой линию отсутствия воздуха или 100 % насыщения. Это основано на теоретической максимальной плотности в сухом состоянии при 100 % насыщении. Поскольку условие нулевых пустот в почве не является реальным и является гипотетическим предположением, почва никогда не может стать 100% насыщенной.

Теоретическая максимальная плотность в сухом состоянии может быть определена по уравнению

Уравнение 4

G = удельный вес твердых веществ;

= массовая плотность воды; w= содержание воды; Теоретическая линия отсутствия пустот может быть проведена путем нанесения теоретической максимальной плотности в сухом состоянии на кривой уплотнения, если известны значения «w» и G.

Modified или AASHTO Proctor Test

Для выполнения работ с тяжелыми нагрузками, таких как строительство воздушных дорог и автомагистралей, возникает необходимость в более сильном уплотнении. Энергии уплотнения, обеспечиваемой стандартным тестом Проктора, недостаточно, поэтому был разработан модифицированный тест Проктора или тест Проктора AASHTO.

Модифицированный тест Проктора был изменен и отработан AASHTO и ASTM. Форма, используемая в модифицированном тесте Проктора, имеет внутренний диаметр 100 мм и высоту 127,3 мм. Он также имеет съемную опорную пластину, как и в случае стандартного теста Проктора.

Для обеспечения более высокой энергии уплотнения используется механическая трамбовка с диаметром торца 50 мм и весом в свободном падении 4,89 кг. Высота падения 450мм. Образцу в форме наносят 25 ударов по 5 слоям.

Энергия уплотнения, обеспечиваемая модифицированным тестом Проктора, в 4,56 раза больше, чем при стандартном тесте Проктора.

Рис. 5. Кривая уплотнения для стандартного теста Проктора и модифицированного теста Проктора

Читайте также: Уплотнение почвы

Определение максимальной плотности в сухом состоянии и оптимального содержания влаги в почве — Портал гражданского строительства

Этот тест проводится для определения максимальной плотности в сухом состоянии и оптимальной влажности состав почвы при сильном уплотнении по IS: 2720 (часть 8) – 1983. Используемый аппарат:

i) Цилиндрическая металлическая форма – она должна быть диаметром 100 мм. и объемом 1000 куб. См или диаметром 150 мм. и объемом 2250 куб. см и должны соответствовать требованиям IS: 10074 – 1982.
ii) Весы – одни вместимостью 10 кг, чувствительные к 1 г, а другие – вместимостью 200 г, чувствительные к 0,01 г
iii) Печь – с термостатическим управлением, внутренняя часть из некорродирующего материала для поддержания температуры от 105 до 110 ^o C
iv) Стальная линейка – длина 30 см
v) Сита IS размером – 4,75 мм, 19мм и 37,5 мм

ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦА
Репрезентативная часть воздушно-сухого материала почвы, достаточно большая, чтобы обеспечить прохождение около 6 кг материала через сито 19 мм IS (для почв, не подверженных дроблению во время уплотнения) или около Необходимо взять 15 кг материала, проходящего через сито IS 19 мм (для грунтов, склонных к дроблению при уплотнении). Эту часть следует просеять через сито 19 мм IS, а крупную фракцию отбраковать после того, как будет записана ее доля в общей пробе. Скопления частиц должны быть разрушены таким образом, чтобы при просеивании образца через сито IS 4,75 мм оставались только отдельные отдельные частицы.

Методика определения максимальной плотности в сухом состоянии и оптимальной влажности почвы
A) Почва, не поддающаяся дроблению при уплотнении –
i) Образец воздушно-сухой почвы массой 5 кг, пропущенный через сито 19 мм IS, должен быть взятый. Образец следует тщательно перемешать с подходящим количеством воды в зависимости от типа грунта (для песчаного и гравийного грунта – от 3 до 5% и для связного грунта – от 12 до 16% ниже предела пластичности). Образец почвы должен храниться в герметичном контейнере не менее 16 часов.

ii) Форма объемом 1000 куб.см с прикрепленной опорной плитой должна быть взвешена с точностью до 1 г (W ₁ ). Форма должна быть размещена на твердом основании, таком как бетонный пол или цоколь, и влажная почва должна быть утрамбована в форму с прикрепленным удлинителем в пять слоев примерно равной массы, по каждому слою должно быть нанесено 25 ударов 4.9 кг трамбовки сбрасывали с высоты 450мм над почвой. Удары должны быть равномерно распределены по поверхности каждого слоя. Количество используемого грунта должно быть достаточным для заполнения формы, оставляя не более 6 мм, которые необходимо удалить при удалении удлинителя. Удлинитель следует снять, а уплотненный грунт осторожно выровнять по верхней части формы с помощью поверочной линейки. Затем плесень и почву следует взвесить с точностью до грамма (W ₂).

iii) Уплотненный образец грунта следует вынуть из формы и поместить на лоток для смешивания. Следует определить содержание воды (w) в репрезентативной пробе образца.

Рекламные объявления

iv) Оставшийся образец почвы следует раздробить, протереть через сито 19 мм IS, а затем смешать с оставшимся исходным образцом. Соответствующие порции воды следует добавлять последовательно и смешивать с образцом, а вышеописанные операции, т.е. ii)–iv), следует повторять для каждой порции добавляемой воды. Общее количество проведенных определений должно быть не менее пяти, а содержание влаги должно быть таким, чтобы оптимальное содержание влаги, при котором достигается максимальная плотность в сухом состоянии,
находится в этом диапазоне.

B) Почва, склонная к раздавливанию при уплотнении –
Необходимо взять пять или более 2,5-килограммовых проб воздушно-сухой почвы, прошедших через сито 19 мм IS. Каждый образец следует тщательно перемешать с различным количеством воды и хранить в герметичном контейнере, как указано в части A)

C) Уплотнение в форме большого размера –
Для уплотнения грунта, содержащего крупнозернистый материал размером до 37,5 мм, 2250cc следует использовать плесень. Для испытания используют образец весом около 30 кг, проходящий через сито IS 37,5 мм. Грунт уплотняют в пять слоев, на каждый слой наносят 55 ударов 4,9кг трамбовка. В остальном процедура аналогична описанной выше.

ОТЧЕТ О РЕЗУЛЬТАТАХ
Объемная плотность Y(gamma) в г/см3 каждого уплотненного образца должна быть рассчитана по уравнению
Y(gamma) = (W ₂ -W ₁ )/V
где V = объем формы в см3.

Сухая плотность Yd в г/куб.см
Yd = 100Y/(100+w)

Рекламные объявления

Сухая плотность Yd, полученная в серии определений, должна быть нанесена на график относительно соответствующего содержания влаги,w. Через полученные точки провести плавную кривую и определить положение максимума на кривой. Пример графика показан ниже:

Плотность в сухом состоянии в г/куб.см, соответствующая точке максимума на кривой содержания влаги/плотности в сухом состоянии, должна указываться как максимальная плотность в сухом состоянии с точностью до 0,01.