lab_engineering (lab_engineering) wrote,
lab_engineering
lab_engineering

Визначення коефіцієнту ущільнення ґрунту.

Короткий виклад (більш деталізований виклад читайте у попередніх статтях).

Коефіцієнт ущільнення ґрунту — це відношення щільності сухого ґрунту (скелету ґрунту) на контрольованій ділянці до щільності цього ж ґрунту, що пройшов процедуру стандартного ущільнення в лабораторних умовах. Використовується для оцінки відповідності якості виконаних робіт нормативним вимогам.

Щоб визначити коефіцієнт ущільнення ґрунту на контрольованій ділянці об'єкту будівництва слід визначити такі показники:


  • максимальну щільність сухого ґрунту[1] (визначається шляхом процедури стандартного ущільнення в лабораторії);

  • щільність ґрунту[2] (зразку, що відбирається на ділянці, що контролюється);

  • вологість ґрунту[3], що випробовується.


1. Визначення щільності ґрунту відібраного на ділянці, до контролюється

Щільність (вологого) ґрунту визначається за формулою:
max.den.f1-1.png     [1.1]
де m — маса зразка ґрунту відібраного методом ріжучого кільця (чи іншим методом);
V — об'єм ріжучого кільця чи інший метод визначення об'єму зразку ґрунту, що випробовується.

Вологість ґрунту визначається за формулою:
comp.soil.f1.png     [1.2]
де m — маса порожнього стаканчика з кришкою, г;
m1 — маса вологого ґрунту зі стаканчиком і кришкою, г;
m0 — маса висушеного ґрунту зі стаканчиком і кришкою, г.

Щільність сухого ґрунту (скелету ґрунту) визначається за формулою:

max.den.f3.png [1.3]
де ρi — щільність зразка ґрунту, г/см3, значення із формули [1.1];
W — вологість ущільненого зразка ґрунту, %, значення із формули [1.2].


2. Визначення максимальної щільності сухого ґрунту.

2.1 Термінологія та визначення понять.

Максимальна щільність сухого ґрунту (або щільність скелету ґрунту) ρmax — найбільша величина щільності сухого ґрунту, що досягається методом стандартного ущільнення[4].

Максимальна щільність сухого ґрунту досягається при його оптимальній вологості.
Оптимальна вологість — вологість ґрунту, за якої досягається максимальна щільність скелету ґрунту[5].
Стандартне ущільнення — пошарове ущільнення ґрунту з постійною витратою роботи[6] (однаковим прикладеним навантаженням для ущільнення кожного шару).

2.2 Метод визначення.

Метод полягає у встановленні залежності щільності сухого ґрунту від його вологості при трамбуванні зразків із постійною витратою роботи на їх ущільнення (з однаковим прикладеним зусиллям для їх ущільнення) та у визначенні за цією залежністю максимальної величини щільності сухого ґрунту ρd max[7].

Визначення оптимальної вологості та максимальної щільності сухого грунту проводиться згідно ДСТУ Б В.2.1-12:2009 «Ґрунти. Метод лабораторного визначення максимальної щільності» в формі для стандартного ущільнення ДерждорНДІ (СоюздорНИИ) внутрішнім діаметром 100 мм і глибиною 127 мм.

Для цього грунт висушують до повітряно-сухого стану (гігроскопічної вологості), згодом, слідуючи нормативним процедурам, доводять його до вихідної вологості згідно наступних вимог[8]:

Таблиця 1

Маса зразка ґрунту для проведення стандартного ущільнення має бути не менше ніж 2,5 кг.
Необхідну кількість води Q, для зволоження зразка ґрунту від повітряно-сухого стану до вихідної вологості, у грамах обчислюють за формулою:

[2.1]
де m3 – маса окремого зразка ґрунту, г;
w3 — вихідна вологість ґрунту, %;
w1 — вологість просіяного ґрунту у повітряно-сухому стані, %;

Кількість води для зволоження зразків (починаючи з другого циклу) визначають за формулою:

max.den.f1.png [2.2]
де m3 – масу ґрунту, який залишився від попереднього випробування;
w1 – вологість, що задавалась при попередньому випробуванні;
w3 –  вологість, що задається при черговому випробуванні (із кроком збільшення вологості згідно Таблиці 1).

Результати випробувань представляють у вигляді графіка. Кількість окремих випробувань для побудови графіка повинна бути не менше ніж шість, а також достатньою для виявлення максимального значення щільності сухого ґрунту. Ущільнення зразку в приладі для стандартного ущільнення ДерждорНДІ, при кожному окремому випробуванні, проводиться у три шари і ущільнюється 40 ударами вантажу масою 2,5 кг.

Щільність ґрунту кожного із зразків в серії випробувань обчислюється за формулою [9] :
max.den.f2.png [2.3]
де m5 — маса контейнера без насадки з ґрунтом, г;
m4 — маса контейнера без насадки без ґрунту, г;
V — номінальний об'єм циліндра, що дорівнює 1000 см3.

За наступною формулою обчислюється щільність сухого грунту для зразків, що випробовуються [10]:
max.den.f3.png [2.4]

де ρi — щільність зразка ґрунту, г/см3 ;
W — вологість ущільненого зразка ґрунту, %.

3. Приклад побудови графіка

Для обрахування результатів зручно використовувати табличний редактор:

max.den.calcul.table.png
Рис. 1
Базуючись на отриманих результатах, будується графік із поліноміальною лінією тренду другого степеню. Поліноміальна апроксимація використовується для опису величин, які поперемінно зростають та зменшуються. Поліном другого степеня може описати лише один максимум (або мінімум), що і вимагається. Приклад побудови графіка:
max.den.calcul.table.png
Рис. 2

Координати вершини графіка нашої квадратичної функції (або вершини параболи) і є шуканими значеннями максимальної щільності ґрунту та оптимальної вологості. При побудові графіку Excel визначає квадратичну функцію типу y = ax2 + bx + c, що описує побудовану діаграму. В наведеному прикладі значення коефіцієнтів a, b, c наступні:
y = – 0,0049x2 + 0,1321x + 0,8722  [3.1]
a b c
0,0049 0,1321 0,8722
Таблиця 2
Вершину параболи xв (проекція із вершини на вісь x) визначаємо за формулою:
 [3.2]
В формулу [3.1] підставляємо коефіцієнти із Таблиці 2. Отримане значення xв 13, 4 % відповідає максимуму для координати по осі y. Значення xв підставляється в формулу y = – 0,0049x2 + 0,1321x + 0,8722, що дає шукане значення максимальної щільності грунту 1,76 г/см3.
4. Визначення коефіцієнту ущільнення ґрунту

Коефіцієнт ущільнення ґрунту Кущ визначається за формулою[11]:

 [4.1]
ρdi — щільність скелету ґрунту, що випробовується, із формули [1.3];
ρmax — максимальна щільність сухого ґрунту, визначена відповідно до Розділу 3.

Для прикладу, ρdi = 1,73 г/см3, а ρmax = 1,76 г/см3.  Кущ = 1,73/1,76 = 0,98.

Примітки
[1] ДСТУ Б В.2.1-12:2009. Грунти. Метод лабораторного визначення максимальної щільності.
[2] ДСТУ Б В.2.1-17:2009. Грунти. Методи лабораторного визначення фізичних властивостей. п.6.6
[3] ДСТУ Б В.2.1-17:2009. Грунти. Методи лабораторного визначення фізичних властивостей. п. 6.1
[4] ДСТУ Б В.2.1-12:2009 «ҐРУНТИ. Метод лабораторного визначення максимальної щільності» п. 3.1
[5] ДСТУ Б А.1.1-25-94 «ГРУНТИ. Терміни та визначення» п.4.2
[6] ДСТУ Б А.1.1-25-94 «ГРУНТИ. Терміни та визначення» п.3.3
[7] ДСТУ Б В.2.1-12:2009 «ҐРУНТИ. Метод лабораторного визначення максимальної щільності» п. 4.1
[8] ДСТУ Б В.2.1-12:2009 «ҐРУНТИ. Метод лабораторного визначення максимальної щільності» п. 7.1.4 та 8.1
[9] ДСТУ Б В.2.1-12:2009 «ҐРУНТИ. Метод лабораторного визначення максимальної щільності» п. 8.4
[10] ДСТУ Б В.2.1-12:2009 «ҐРУНТИ. Метод лабораторного визначення максимальної щільності» п. 9.1
[11] ДСТУ-Н Б В.2.3-32:2016 «Настанова з улаштування земляного полотна автомобільних доріг», п. 7.1.1
Tags: грунтознавство, дорожня лабораторія, коефіцієнт ущільнення грунту, максимальна щільність грунту, ріжуче кільце
Subscribe

Posts from This Journal “коефіцієнт ущільнення грунту” Tag

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic
  • 0 comments