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

Зная величины ρ , ρ s и W можно вычислить ряд производных характеристик грунта:

Плотность сухого грунта ρ d – отношение массы скелета грунта (исключая воду в порах) m s к объему этого грунта V о:

, т/м 3; где: ρ – плотность грунта, г/см 3 ; w – влажность грунта, %.

Пористость грунта n – отношение объема пор V пор к объему всего грунта V 0:
; где: ρ – плотность грунта, г/см 3 ; ρ d – плотность сухого грунта, г/см 3 ; ρ s – плотность частиц грунта, г/см 3 ; w – влажность грунта, %.

Коэффициент пористости е – отношение объема пор V пор к объему частиц грунта V 0:

Песчаные грунты по плотности их сложения разделяют, в зависимости от коэффициента пористости на: Прочные (плотные) Средней прочности (средней плотности); Малопрочные (рыхлые).

Степень влажности S r – доля заполнения пор грунта водой - отношение влажности W к полной влагоемкости грунтов W sat:

где: ρ w – плотность воды, г/см 3 . По степени влажности грунты бывают: а) маловлажные (0

Оптимальные параметры грунта определяются в приборе предварительного уплатнения грунта. В прибор слоями укладывают грунт и каждый слой уплотняется 30-40 ударами груза, падающего с одинаковой высоты.

Влажность, при которой достигается мах. Возможный эффект уплотнения называется оптимальной влажностью.

Плотность скелета грунта, достигнутая при мах. Влажности, называется оптимальной плотностью грунта.

5.Деформируемость грунтов.Компрессионная зависимость и её анализ.

Сжимаемость грунтов – способность их уменьшаться в объеме (давать осадку) под действием внешнего давления. Степень сжимаемости грунтов зависит от структуры грунта и является важной характеристикой механических свойств грунта, которая используется для расчета осадок зданий и различных сооружений. Сжимаемость грунтов обусловлена изменением их пористости при приложении нагрузки и происходит за счет возникновения взаимных сдвигов частиц. Уменьшения толщины водно-коллоидных пленок отжатия воды в водонасыщенных грунтах и за счет разрушения кристаллизационных связей в сильно структуированных грунтах. В связи с тем, что сжимаемость грунтов связана с уменьшением их пористости, в механике грунтов принято характеризовать сжимаемость грунта зависимостью коэффициента пористости от уплотняющего давления . Эта зависимость называется компрессионной и определяется в лабораторных условиях экспериментально в приборах двух типов:

-одометре (приборе одноосного сжатия с жесткими боковыми стенками обоймы, в которую заключен образец грунта) называемым также компрессионным прибором;

-стабилометре (приборе трехосного сжатия с эластичными боковыми стенками, в которые заключен грунт).

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.

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