5. Лабораторная работа № 5

Определение максимальной плотности и оптимальной влажности грунта в приборе стандартного уплотнения

При устройстве искусственно улучшенных оснований, засыпке грунтом пазух фундаментов, возведении насыпей при планировке территории или прокладке дорог приходится уплотнять грунт, в т. ч. и пылевато-глинистый. Для оценки уплотняемости грунт при данной влажности подвергают исследованию согласно в приборе для стандартного уплотнения.

Грунт укладывают в прибор слоями, и каждый слой уплотняют 40 ударами стандартного груза, сбрасываемого с определенной высоты. Таким образом исследуют один и тот же грунт при различных влажностях.

После уплотнения определяют плотность (объемную массу) грунта р и влажность W. Затем вычисляют плотность (объемную массу) скелета грунта ρ_d, характеризующую его уплотненность, и строят графическую зависимость ρ_d–w.

По графику определяют влажность, при которой стандартным уплотнением достигается наибольшая плотность скелета грунта ρ_d . Эта влажность называется оптимальной влажностью W_opt, так как грунт, характеризуемый такой влажностью, при одной и той же затрате энергии может быть уплотнен до наибольшей плотности скелета грунта.

Маловлажные грунты плохо уплотняются из-за трения между частицами, препятствующего их взаимному перемещению. В насыщенных водой грунтах нагрузка при уплотнении воспринимается, главным образом, пóровой водой и тоже не приводит к желаемому результату. Наибольшего уплотнения можно достичь при оптимальной влажности, когда комочки разрушаются сравнительно легко, а частицы грунта, имея на контактах смазку в виде пленок воды, более компактно укладываются в объёме грунта.

Оптимальная влажность зависит от состава грунта, характера уплотняющего воздействия, его интенсивности и количества работы, затраченной на уплотнение. Показателем степени уплотненности грунта служит величина объемного веса скелета.

Наибольшее значение ρ_d, достигнутое в приборе стандартного уплотнения при оптимальной влажности, называется оптимальной плотностью скелета грунта ρ_d,opt.

Рис. 4 Прибор стандартного уплотнения грунта

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

При устройстве искусственно улучшенных оснований и насыпей плотность скелета грунта обычно задается в долях единицы; за единицу принимается ρ_d,opt. Иногда для пылевато-глинистых грунтов в качестве оптимальной приближенно принимается влажность на границе раскатывания.

Необходимое оборудование и материалы

• форма для стандартного уплотнения

• ударное устройство

• бюксы алюминиевые

• весы лабораторные

• шкаф сушильный с термометром

• Линейка

Ход работы

1. Испытание заключаются в уплотнении грунта в стандартной форме слоями по 5–6 см 40 ударами груза, падающего с высоты 30 см, по каждому слою. Последний слой грунта засыпается после установки насадки на форму (рис.4).

2. Уплотнения в форме проводят, последовательно увеличивая влажность грунта, в соответствии с табл. 12, до снижения или стабилизации плотности грунта:

таблица 12

№п/п	Грунт	Влажность %
		начальная	добавленная
	Песок крупный и средней крупности Песок мелкий и пылеватый Супесь, суглинок легкий Суглинок тяжелый, глина	4 6 6-8 10-12	1 -2 1 -2 2-3 2-3

Грунт увлажняют до требуемой влажности, перемешивают, закладывают в цилиндр прибора и уплотняют.

Количество воды Q , необходимое для получения требуемой влажности грунта, определяют по формуле:

Q = P·(W_тр - W_н)·0,01 (10)

где Р – вес грунта, подлежащего уплотнению, в г;

W_тр, W_н – влажность, соответственно требуемая и начальная, в %.

Для определения влажности уплотненного грунта отбирают пробы по 15 – 20 г из верхней, средней и нижней частей образца.

3. Данные заносим в таблицы 13 и 14.

Таблица 13

Определение влажности грунта

№ п/п	Номер бюкса	Масса бюкса	Масса бюкса с влажным фунтом, г	Влажность
1
2
3
4
5
6
7

Таблица 14

Определение плотности сухого грунта

№ п/п	Масса воды в грунте	Масса грунта	Объем грунта V, см3	Плотность грунта ρi, г/см3	Плотность сухого грунта ρdi, г/ см3	Влажность
1
2
3
4
5
6
7

3. По полученным результатам уплотнения рассчитывают плотности влажного (ρ_i) и сухого (ρ_di) грунта. Затем строят кривую зависимости ρ_di от влажности, по пику которой определяют максимальную плотность ρ_dmax и оптимальную влажность (W₀) грунта (рис.5, 6). Масштаб графиков: по горизонтали 1 см – 1% для w; по вертикали 1 см – 0,02 г/см³ для ρ_d.

Рис. 5 Образец графического оформления результатов испытания

грунта методом стандартного уплотнения для связных грунтов

Рис. 6 Образец графического оформления результатов испытания

грунта методом стандартного уплотнения для несвязных грунтов

4. По окончании лабораторной работы делается вывод и указываются оптимальная влажность (W₀) и максимальная плотность ρ_dmax.