Тема 7. Ступінь ущільнення ґрунту і загальна характеристика будівельних властивостей різних ґрунтів.

Мета ущільнення ґрунту. Поняття про оптимальну вологість і максимальну щільність. Стандартне ущільнення. Коефіцієнт стандартного ущільнення. Будівельні властивості великоуламкових ґрунтів, пісків і глинистих ґрунтів. [1. с.24-26, 33-36, 221-223; 3. с. 78-82].

Ґрунт штучно ущільнюють (торуванням, трамбуванням, вібрацією, вибухом тощо) для підвищення його міцності, зменшення водопроникності і наступного осідання.

Поки вологість ґрунту мала, додавання до нього води діє як змазування (мастило), яке полегшує переміщення частинок відносно одна одної, що сприяє тіснішому укладанню частинок. Але при надмірному вмісті вода і повітря, що залишилось (у вигляді бульбашок), заважають зближенню частинок. Тому за постійного значення витраченої роботи найкраще ущільнення досягається при певній оптимальній вологості ґрунту W_opm якій відповідає максимальна щільність сухого ґрунту (скелету ґрунту) р_{d max}.

При збільшенні витраченої для ущільнення роботи W_opm зменшується, a р_{d max} зростає .

Ущільнення ґрунту визначають шляхом його випробування у приладі стандартного ущільнення. Витрачаючи однакову механічну роботу, ущільнюють у металевому стакані ґрунт різної вологості і встановлюють залежність р_d(W). На графіку залежності знаходять оптимальну вологість стандартного ущільнення W_opm і відповідну їй максимальну щільність сухого ґрунту при стандартному ущільненні р_{d max.}

Ступінь ущільнення ґрунту, з якого споруджується земляне полотно автомобільної дороги, оцінюється коефіцієнтом стандартного ущільненняякий являє собою відношення

фактичної щільності сухого ґрунту (каркасу ґрунту)до максимальної його щільностіпри стандартному ущільненні

(12)

Для різних зон насипу і природних умов місцевості значеннянормовано в межах 0,90...1,0. У деяких випадках вважається доцільним зміцнити верхній шар земляного полотна до1,03... 1,07. Звичайно для верхньої частини земляного полотна (на глибину менше 1,5 м) повинно бути забезпечене значення

Застосуваннядля оцінки необхідного ступеня ущільнення пояснюється прикладом розв'язання задачі 2 у підрозділі «Контрольні запитання і завдання».

При вивченні питання про будівельні властивості великоуламкових ґрунтів, пісків і глинистих ґрунтів (супіски, суглинки, глина) необхідно звернути увагу на їх зв'язаність, набухання і застосування у фундаментах споруд, в земляному полотні автомобільної дороги і в шарах дорожнього одягу (особливо великоуламкових і пісків: в неукріпленому вигляді і як компоненти асфальте- і цементобетонних сумішей).

Тема 8. Водно-тепловий режим ґрунтів і дорожньо-кліматичне районування території України та снд.

Водний баланс поверхневого шару ґрунту в умовах природного залягання. Джерела зволоження ґрунту в земляному полотні автомобільної дороги. Періоди зміни вологості і температури ґрунту в річному циклі. Дорожньо-кліматичне районування території України і поділ місцевостей на типи за умовами зволоження земляного полотна. [Lс. 39-41, 50-51, 57- 59, 78-79; 2. с. 75-84; 10. с.86-93].

При вивченні даної теми слід пам'ятати, що вологість і температура ґрунту з часом періодично змінюються, причому ці зміни взаємопов'язані, тому їх розглядають разом як водно- тепловий режим ґрунту. Необхідно мати уявлення про водно- тепловий режим як поверхневого шару ґрунту в природному заляганні, так і земляного полотна дороги. При зміні водно- теплового режиму ґрунту земляного полотна у річному циклі особливої уваги заслуговує питання про промерзання ґрунту і зимовий перерозподіл вологи шляхом переміщення знизу у верхню частину земляного полотна (за рахунок руху пароподібної і плівкової води до фронту промерзання), а також про зв'язки цього процесу з утворенням пучин. Інженер повинен мати чітке уявлення про три умови пучиноутворення, його суть і засоби попередження пучин на автомобільних дорогах.

Необхідно ознайомитись з принципами поділу території нашої країни на чотири дорожньо-кліматичних зон, їх загальною характеристикою. Слід знати, що в середині кожної зони дана ділянка дороги може бути віднесена до одного з трьох типів місцевості за умовами зволоження.

Інформація про водно-тепловий режим і дорожньо-кліматичне районування необхідна при проектуванні і будівництві земляного полотна і дорожнього покриття, зокрема для вибору геометричних параметрів поперечного профілю земляного полотна, призначення розрахункової вологості ґрунту і визначення його розрахункових міцнісних і деформаційних характеристик, від яких істотно залежить необхідна товщина дорожнього одягу - найдорожчої частини автомобільної дороги.

РОЗДІЛ 2. ОСНОВИ МЕХАНІКИ ГРУНТІВ

Тема9. Деформаційні характеристики ґрунту Процеси, що відбуваються у ґрунті під дією навантаження. Зворотні й незворотні деформації. Деформаційні показники ґрунтів. Модуль пружності і коефіцієнт поперечної деформації. Модуль деформації. Коефіцієнт бокового тиску. Компресійний прилад. Компресійна залежність. Коефіцієнти стискальності та відносної стискальності Відносне просідання. [1. с.80-94; 2, с.135-151, 234-243, 341-346; 3. с,65-75, 85-90; 10. с.144-149].

Якщо у ґрунтознавстві вивчаються види ґрунтів, їх походження, фізичні властивості і вплив природнокліматичних факторів на умови роботи ґрунтів в основах і земляних спорудах, то механіка ґрунтів вивчає механічні властивості ґрунтів (деформаційні та міцнісні), розподіл в них напружень, деформації і переміщення під впливом навантажень, умови стисливості масивів ґрунту.

Деформаційні характеристики повинні дозволяти описувати та прогнозувати зміни розмірів шарів ґрунту або осадку поверхні ґрунтового масиву після прикладання навантаження. Деформація - це зміни відносного положення точок тіла, викликані їхнім переміщенням. Причиною деформації ґрунту є нормальні і дотичні напруження, викликані навантаженнями (від маси споруди і власної маси ґрунту, від транспортних засобів, що рухаються, тощо).

Деформація зумовлена різноманітними процесами, які відбуваються у ґрунті: руйнуванням окремих частинок і їх структурних агрегатів, перепакуванням частинок, вижиманням повітря і вільної води з пор, пружною стисливістю частинок, зміною товщини оболонок зв'язаної води при наближенні сусідніх частинок та ін. Деякі з цих процесів обумовлюють появу залишкової деформації. Інші - пружної, яка відновлюється після розвантаження. Тому повна відносна деформаціязразка ґрунту складається з пружноїі залишковоїчастин

(13)

Хоча фактично залежність між напруженнями і відносною деформацією ґрунту нелінійна, її приблизно замінюють лінійною в деякому інтервалі напружень. Тоді в умовах випробування зразка ґрунту на осьовий стиск для опису зв'язку між напруженнями і деформацією використовують закон Гука

(14)

депоздовжнє нормальне напруження;повна поздовжня відносна деформація, Е - модуль деформації ґрунту, який дорівнює відношенню подовжнього нормального напруження до викликаної

ним повної відносної-деформації в умовах одноосьового напруженого стану

(15)

Співвідношення відносної поперечної і подовжньої деформацій в умовах одноосьового напруженого стану (стискування чи розтягування), яке береться з від'ємним знаком, називають коефіцієнтом поперечної деформації

(16)

В умовах просторового напруженого стану залежність між нормальними напруженнями і відносними деформаціями відображається з допомогою відомих в теорії пружності і опору матеріалів виразами

(17)

Якщо у формулах (14)-(17) використовувати значення пружної деформації ґрунту під впливом виникаючих в ньому напружень, то модуль деформації Е треба замінити модулем пружностіякий дорівнює відношенню нормального напруження до пружної відносної деформації, що викликається цим напруженням.

Слід зважити, що визначення понять про модулі деформації і пружності ґрунту даються стосовно до простішого одноосьового напруженого стану, хоч числові значення модулів 24

експериментально встановлюють за інших видів напруженого стану (наприклад, випробуванням ґрунтового масиву штампом).

Порядок значеньдля ґрунтів:супісок і

суглинокПорядок

значеньпри коефіцієнті пористостіі показнику

консистенції

Компресійною називають залежністькоефіцієнта пористості ґрунтувід нормального тиску р в умовах неможливості бокового розширення, яку одержують в компресійному приладі - одометрі. В результаті цих випробувань знаходять показники:- коефіцієнт стискальності;- коефіцієнт відносної стискальності;відносна просадочність при змочуванні. Ці показники використовуються для прогнозування кінцевої осадки насипу, будівлі, споруди на слабкій основі.