7. Максимальная плотность и оптимальная влажность грунтов. Приборы стандартного уплотнения (Росдорнии, метод Проктера, метод aasho).

Поверхностные слои грунтовой толщи в естественном залегании обычно представляют собой трехфазную систему: твердое вещество + вода + воздух. Содержание воды и воздуха в грунтах весьма изменчиво и может колебаться от долей процента до десятков процентов. От свойств частиц грунта, величины его пористости, т. е. от объема, занимаемого в нем водой и воздухом, зависят его физико-механические свойства. В дорожных сооружениях— земляном полотне, покрытиях и основаниях дорожных покрытий — устойчивость грунта тем больше, чем больше его плотность, т. е. чем меньше его пористость. В зависимости от степени заполнения пор грунта водой глинистый грунт может переходить из устойчивого состояния в неустойчивое и, наоборот, принимая при этом твердую, пластичную или текуче-пластичную консистенцию.

Под оптимальной влажностью Wо следует понимать влажность, при которой можно достигнуть наибольшей (максимальной) плотности Ymах, а следовательно, и минимальной пористости грунта при определенной затрате работы уплотняющих механизмов (катки, трамбовки) на уплотнение. Оптимальная влажность и плотность могут изменяться в известных пределах, ибо они зависят как от свойств уплотняемого грунта, так и от величины нагрузки, уплотняющей грунт. Если постепенно повышать влажность грунта, то при одной и той же величине работы, затрачиваемой на уплотнение грунта, плотность его вначале становится тем большей, чем больше его влажность. При определенной для каждого грунта влажности уплотнение грунта достигает максимума. Дальнейшее увеличение влажности при той же работе приводит к снижению плотности грунта. Максимум уплотнения грунтов достигается примерно при влажности грунта, несколько ниже влажности границы раскатывания.

1) метод стандартного уплотнения ДОРНИИ

2) метод Проктора (AASHO)- американская ассоциация сотрудников дорожной организации Штатов

3) модифицированный метод AASHO

Все 3 метода основаны на том, что грунт уплотняется послойно в жестком цилиндре путем трамбования падающим на штамп грузом.

Масса груза, высота его падения, размеры цилиндра, количество уплотняемых слоев и число ударов по слою стандартизированы. Основное отличие метода ДОРНИИ от методов AASHO состоит в том, что в методе ДОРНИИ грунт уплотняют через штамп, равный внутреннему диаметру цилиндра, а в методах AASHO – через штамп меньшего диаметра

Схемы приборов для достижения максимальной плотности грунтов:

1 – сбрасываемый груз

2 – направляющая штанга

3- жесткий штамп

4- металлический цилиндр с грунтом

Основное отличие в конструкциях приборов для достижения максимальной плотности ДОРНИИ и AASHO в том, что в приборах AASHO имеется возможность постепенно перемещать штамп по поверхности грунта для достижения равномерной плотности.

В ходе испытаний по достижению максимальной плотности строят кривую, отображающую зависимость плотности скелета грунта от его влажности

Максимум этой кривой определяет 2 важнейших показателя: максимальную плотность и стандартную влажность.

Оптимальной считается влажность, при которой достигается максимальная плотность при минимальных затратах энергии на уплотнение.

На практике это означает, что при уплотнении грунта земполотна при оптимальной влажности грунта потребуется меньше проходов катка по одному следу для достижения необходимой плотности. Кроме того, при оптимальной влажности грунта уплотнение земполотна может производиться катками несколько меньшей массы. Таким образом, очевидна целесообразность достижения оптимальной влажности грунтов при строительстве земполотна. Оптимальную влажность, а следовательно и максимальную плотность можно достичь либо увлажнением грунта перед его уплотнением в случае, если влажность менее оптимальной, либо осушением грунта перед уплотнением, если влажность значительно превышает оптимальную.

При обосновании параметров в приборах ДОРНИИ исходили из величин плотностей, соответствующих насыпям, проработавшим не менее 20 лет.

Результаты испытаний по методу ДОРНИИ примерно на 10% ниже, а оптимальная влажность выше, чем по модифицированному методу AASHO, поэтому на дорогах высших категорий целесообразно достигать значений плотности, превышающих максимальные стандартные значения, получаемые в приборе ДОРНИИ. В этом случае значение коэффициента уплотнения грунта земполотна будет превышать 1, что ощутимо повышает затраты энергии на уплотнение, поэтому в таких случаях необходимо достижение оптимальной влажности.

Обеспечение высоких значений коэффициента уплотнения значительно повышает надежность работы дорожной конструкции. Но при этом возрастают затраты на строительство, поэтому следует технико-экономически обосновывать достижение коэффициентов уплотнения более 1.