Współczynnik zagęszczenia gleby. Oznaczanie gęstości gleby. Określenie optymalnej wilgotności i maksymalnej gęstości szkieletu gruntu standardową metodą zagęszczania Optymalna gęstość gruntu

(GOST 22733-77).

Cel pracy:

Wyznaczenie zależności gęstości suchej gleby od jej wilgotności podczas zagęszczania próbek.

Sprzęt:

1. Urządzenie Soyuzdornia do standardowego zagęszczania gleby; 2. Wagi do pomiaru masy części urządzeń o wartości granicznej 10 kg i błędzie 1 g; 3. Wagi laboratoryjne do określania wilgotności gleby z błędem 0,01g; 4. Moździerz porcelanowy z tłuczkiem gumowym; 5. Suszarka; 6. Sito z otworami 10mm; 7. Eksykator; 8. Cylindry miarowe 100 i 500 ml; 9. Suwmiarka z noniuszem; 10. Nóż laboratoryjny; 11. Ważenie butelek.

Przygotowanie urządzenia do pracy:

Przygotowanie urządzenia do badań należy przeprowadzić w następującej kolejności:

Zamontuj cylinder w misce bez mocowania go śrubami;

Zamontuj pierścień z boku cylindra;

Cylinder mocuje się naprzemiennie śrubami miski i pierścienia;

Sprawdź wymiary cylindra za pomocą zacisku; w tym przypadku średnica wewnętrzna i głębokość powinny wynosić odpowiednio 100 i 127 mm.

Wyznaczyć masę m 4 złożonego pojemnika (cylinder z tacą i pierścieniem) z błędem do 1 g i zapisać dane w dzienniku;

Zmontowany pojemnik urządzenia ustawić na sztywnej, stałej podstawie o wadze co najmniej 50 kg.

Postęp prac.

1. Próbkę gleby o masie m 3 = 2,5 kg, uprzednio wysuszoną do stanu powietrzno-suchego i rozdrobnioną w moździerzu z gumową końcówką, przesiewa się przez sito o średnicy oczek 10 mm. Z ziaren, które przeszły przez sito, pobiera się próbki o masie 30 g w celu określenia zawartości wilgoci W 1 .

2. Próbki dodatkowo nawilża się do wilgotności początkowej (W 3), która wynosi 4% dla gleb piaszczystych i żwirowych oraz 8% dla gleb gliniastych. Ilość wody Q niezbędną do nawodnienia próbki gleby określa się ze wzoru.

gdzie W 1 jest zawartością wilgoci w próbce gleby przed dodatkowym zawilgoceniem.

3. Dodać wymaganą ilość wody i dokładnie wymieszać glebę.

4. Przygotowaną próbkę gleby wprowadza się warstwami do cylindra urządzenia, dociskając glebę ubijakiem. Każda warstwa powinna mieć wysokość 5-6 cm i być zagęszczana 40 uderzeniami ładunku, przy jednoczesnym utrzymywaniu ubijaka w pozycji pionowej. Przed ułożeniem trzeciej warstwy załóż dyszę na cylinder. Po zagęszczeniu dyszę wyjmuje się i glebę ścina się równo z końcem cylindra. Grubość warstwy skoszonej gleby nie powinna przekraczać 10 mm. W przypadku większych grubości badanie należy powtórzyć.

5. Wyznaczyć masę pojemnika z ziemią (m 5) z błędem do 1 g i obliczyć gęstość mokrej próbki gleby γ z błędem do 0,01 g/cm 3 korzystając ze wzoru

(19)

gdzie V jest pojemnością cylindra równą 1000 cm3.

6. Zdjąć miskę i pierścień, otworzyć cylinder i usunąć zagęszczoną próbkę gleby; z części górnej, środkowej i dolnej pobiera się jedną próbkę o masie 30 g w celu określenia wilgotności.

7. Ziemię usuniętą z cylindra dodaje się do gleby pozostałej w kubku, rozciera, miesza i zwiększa wilgotność próbki, po czym również umieszcza się ją w urządzeniu. Próbę uznaje się za zakończoną, jeśli gleba przestanie się zagęszczać i zacznie być wyciskana z urządzenia po uderzeniu ładunku.

8. Wyniki badań zapisano w tabeli 11. Na podstawie uzyskanych w wyniku badań wartości gęstości i wilgotności zagęszczonych próbek wyznacza się gęstość szkieletu gruntu γ sk z błędem do 0,01 g /cm 3 zgodnie ze wzorem:

(20)

9. Na podstawie uzyskanych danych na ryc. 5 konstruuje się wykres zależności gęstości szkieletu od wilgotności gleby. Znajdź maksimum uzyskanej zależności i odpowiadające im wartości maksymalnej gęstości szkieletu glebowego γ max i optymalna wilgotność.W hurtownia

Ryc. 7 Schemat urządzenia Soyuzdornia do standardowego zagęszczania gruntu: 1. paleta; 2. cylinder dzielony o pojemności 1000 cm 3; 3. . pierścień; 4. dysza; 5. kowadło; 6. obciążenie o masie 2,5 kg; 7. drążek prowadzący; 8. pierścień restrykcyjny; 9. śruby mocujące.

Tabela 11.

Oznaczanie gęstości suchej gleby

DZIAŁ TECHNOLOGII BUDOWLANEJ DROGI

Praca laboratoryjna nr 9

METODA PRZYSPIESZONEGO OKREŚLANIA MAKSYMALNEJ GĘSTOŚCI NORMALNEJ I OPTYMALNEJ WILGOTNOŚCI GRUNTÓW WZMACNIANYCH NIEORGANICZNYMI MATERIAŁAMI WIĄŻĄCYMI.

Przy pewnej optymalnej wilgotności gleby zmieszanej ze spoiwem, szybko utwardzające się spoiwa, takie jak cement, wprowadzają pewne zniekształcenia wyników badań. Czas rozpoczęcia twardnienia cementu i gleby zależy od dyspersji gleby, jej mineralogii i skład chemiczny. Skład cementu i jego ilość również mają pewien wpływ. Wpływ gleby na charakter stwardnienia mieszanek cementowo-gruntowych można ocenić na podstawie liczby cząstek gliny. Zatem podczas obróbki gliny cementem proces utwardzania mieszanki rozpoczyna się wcześniej niż podczas obróbki piasku.

Wolno wiążące spoiwa typu popiołów lotnych również wpływają na wyniki badań standardowych, choć w mniejszym stopniu.

W związku z ustalonym zjawiskiem opracowano specjalną przyspieszoną metodę wyznaczania maksymalnej gęstości standardowej i optymalnej wilgotności mieszanek gruntów ze spoiwami. Zgodnie z tą metodą proponuje się określenie maksymalnej gęstości zbrojonego gruntu albo przez jednorazowe zagęszczenie w standardowym urządzeniu zagęszczającym przy optymalnej wilgotności po pewnym czasie (na przykład 2 godziny) po zwilżeniu, albo poprzez obliczenia . Wilgotność optymalną mieszanki określa się w drodze obliczeń na podstawie wartości wilgotności optymalnej pierwotnej gleby. Obliczenie maksymalnej gęstości i optymalnej wilgotności gruntu zbrojonego opiera się na parametrach standardowego zagęszczenia gruntu pierwotnego (patrz praca laboratoryjna nr 9).

Niezbędne urządzenia:

1. Skale techniczne; 2. Butelki aluminiowe; 3, Suszarka z termometrem i termostatem; 4. Eksykator z odwodnionym chlorkiem wapnia (nie wchłania wilgoci); 5. Łopatka.

Technika wykonania pracy:

1. Metodyka przyspieszonego wyznaczania optymalnej wilgotności i maksymalnej gęstości mieszaniny gruntów ze spoiwami mineralnymi (cement, popiół lotny z łupków).

Zgodnie z metodologią przedstawioną w praca laboratoryjna Nr 9 określa W opt i γ s.max pierwotnego gruntu lub materiału.

Optymalną wilgotność mieszaniny gleby i spoiw Wop cm określa się ze wzoru:

W opcja cm = W opcja +a, (21)

gdzie a jest współczynnikiem korygującym przyjętym zgodnie z tabelą 13 (w zależności od rodzaju materiału wiążącego).

W opt – optymalna wilgotność gleby wyjściowej. Optymalną wilgotność można również określić poprzez obliczenia oparte na zawartości wilgoci na granicy plastyczności:

W opt = α W t (22)

gdzie α – 0,75-0,7 – (piasek i lekka glina piaszczysta)

0,6-0,55 – (ciężka glina piaszczysta, glina lekka)

0,5-0,45 – (gliny ciężkie, iły);

lub według wilgotności granicy toczącej się (W р, %)

W opt = W р –в, (23)

gdzie w – 1-2 (ciężka glina piaszczysta, lekka glina), 2-3 (ciężka glina, glina).

Maksymalną gęstość mieszaniny gruntu ze spoiwami mineralnymi γ sc.max można obliczyć ze wzoru:

γ s.max cm = γ s.max k g (24)

gdzie k g jest współczynnikiem korygującym przyjętym zgodnie z tabelą 14;

γ sk.max to maksymalna gęstość pierwotnego gruntu.

Aby wyznaczyć doświadczalnie γ sk.max cm, należy pobrać próbkę gleby w ilości 2 kg i dodać do niej odpowiednią ilość spoiwa. Po wymieszaniu gruntu ze spoiwem do mieszaniny dodaje się wodę w ilości określonej wzorem (21), biorąc pod uwagę wilgotność higroskopijną gruntu pierwotnego. Mieszaninę ponownie dokładnie miesza się i przechowuje w wilgotnym środowisku przez następujący czas:

Dla mieszaniny gleby i cementu – 1,5 godziny;

Dla mieszanki gruntu spoistego z gruntem naniesionym łupkiem – 5-6 godzin;

W przypadku mieszanki gruntu niespoistego i popiołu – 24 godziny.

Po upływie określonego czasu mieszaninę zagęszcza się jednorazowo w dużym, standardowym urządzeniu zagęszczającym (120 uderzeń na 3 warstwy mieszanki). Uzyskane wartości średniej gęstości szkieletu przyjmuje się jako maksymalną gęstość zbrojonego gruntu γ sk.max cm

Tabela 12

Wartość współczynnika α

Tabela 13

Wartość współczynnika K

Praca laboratoryjna nr 10

Celem sztucznego zagęszczenia gruntów jest zwiększenie ich wytrzymałości, zmniejszenie wodoprzepuszczalności i wysokości podciągania kapilarnego, a także zmniejszenie nierówności i przyspieszenie osiadania. Zagęszczanie gruntów masowych zawierających w porach wodę i powietrze następuje głównie nie w wyniku wypierania wody, ale w wyniku wypierania powietrza, gdy cząstki zbliżają się do siebie, dlatego na proces zagęszczania duży wpływ ma wilgotność gleby. Kiedy wilgotność wzrasta do pewnego poziomu, gęstość gleby wzrasta przy tym samym wydatku energii zagęszczania. Wraz z dalszym wzrostem wilgotności gęstość maleje przy tej samej ilości włożonej pracy (patrz ryc. 5).

Jako wskaźnik stopnia zagęszczenia gleby przyjmuje się zwykle gęstość suchej gleby. ρ re.

Ryż. 6. Zależność gęstości ρ re od liczby uderzeń przy stałej wilgotności

W warunkach laboratoryjnych określenie optymalnej wilgotności i odpowiadającej jej maksymalnej gęstości odbywa się za pomocą standardowego urządzenia zagęszczającego (ryc. 7). To standardowe zagęszczenie odpowiada zawartości wilgoci i gęstości uzyskanej podczas zagęszczania gruntów walcami o średniej masie w warunkach przemysłowych.

Istotą standardowej metody zagęszczania jest określenie optymalnej wilgotności gleby w opcji, przy którym osiąga się największe zagęszczenie (maksymalna wartość gęstości gleby w stanie suchym ρ re). W urządzeniu SoyuzdorNII przeprowadza się szereg odrębnych badań zagęszczania gruntu warstwa po warstwie (w trzech warstwach) przy stałym wzroście jej wilgotności w, ale przy stałej liczbie uderzeń (120 uderzeń, tj. 40 uderzeń dla każdej z trzech warstw) ładunków o masie 2,5 kg, swobodnie spadających z wysokości 300mm. Dla gleb piaszczystych i żwirowych pierwsze badanie przeprowadza się przy początkowej wilgotności 4%, a w kolejnych badaniach wilgotność sukcesywnie zwiększa się o 1-2%. Podobnie w przypadku gleb gliniastych badania przeprowadza się przy początkowej wilgotności 8% z późniejszym jej wzrostem o 2-3%.

Ryż. 7. Standardowe urządzenie zagęszczające SoyuzdorNII

Badanie gleby przeprowadza się w następującej kolejności:

– przygotowaną próbkę gleby o masie 2,5 kg ładuje się warstwami do cylindra urządzenia i każdą warstwę zagęszcza się 40 uderzeniami ładunku;

W tym przypadku pręt ubijaka utrzymywany jest w pozycji pionowej (przed ułożeniem trzeciej warstwy na cylinder nakładana jest dysza);

– po zagęszczeniu trzeciej warstwy usuwa się dyszę i wystającą część próbki odcina się na równi z końcem cylindra;

– gęstość mokrej próbki gleby określa się ze wzoru:

Gdzie m 0– masa złożonego pojemnika (cylinder z tacą i pierścieniem) g;

m 1– masa pojemnika z ziemią, g;

V– pojemność cylindra, cm 3;

– cylinder otwiera się i pobiera się jedną próbkę (o masie co najmniej 30 g) z górnej, środkowej i dolnej części próbki w celu określenia wilgotności gleby (patrz praca 2).

Następnie dodając odpowiednią ilość wody (patrz załącznik 2) zwiększa się wilgotność gleby i przeprowadza się kolejne badania. Badania należy uznać za zakończone, gdy wraz ze wzrostem wilgotności próbki w kolejnych dwóch lub trzech próbach zagęszczania nastąpi konsekwentny spadek wartości gęstości zagęszczonych próbek gruntu.

Na podstawie uzyskanych w wyniku badań wartości gęstości i wilgotności zagęszczonych próbek określa się gęstość gruntu w stanie suchym:

Konstruuje się wykres zależności gęstości suchej gleby od wilgotności (patrz ryc. 5), maksimum uzyskanej zależności i odpowiadające im wartości maksymalnej gęstości suchej gleby ( ρ d maks) z dokładnością do 0,01 g/cm 3 i optymalną wilgotnością ( w opcji) z dokładnością do 0,1%.

Za wartość wyjściową przy ocenie gęstości sztucznego zagęszczenia gruntu przyjmuje się maksymalną gęstość uzyskaną przy zagęszczeniu standardowym.

Stosunek gęstości suchej gleby do maksymalnej gęstości suchej gleby ρ d maks zwany standardowym współczynnikiem zagęszczenia:

Wymaganą minimalną gęstość nasypu określa się poprzez pomnożenie przez współczynnik Zakładka K (K Zakładka = K s), przyjęte zgodnie z SNiP 2.05.02-85 w zależności od położenia warstwy gleby na wysokości nasypu, rodzaju powłoki, strefy klimatycznej drogi i warunków nasypu.

Określenie optymalnej wilgotności i maksymalnej gęstości jest obowiązkowe podczas pracy: przy wpływie nasypów; końcowe wykończenie koryto drogi; urządzenie chodniki drogowe oraz poduszki gruntowe w fundamentach konstrukcji.

W laboratorium nauczyciel przeprowadza eksperyment demonstracyjny dotyczący zagęszczenia gleby przy jednej wartości wilgotności. Aby zbudować zależność ρd =f(w) wykorzystano dane z tabeli 13.

1. Według wskazań nauczyciela, według bezpośredniego ustalenia danych metodą opisaną powyżej (patrz załącznik 2) lub według danych podanych w tabeli. Wykorzystując 13 wartości masy pojemnika z glebą m 1 i wilgotnością w dla serii sześciu doświadczeń, wyznacz wartości gęstości gleby w stanie suchym (wzór 23); zapisz wyniki w dzienniku (formularz 13).

2. Skonstruuj standardową krzywą zagęszczenia (formularz 14).

3. Określ wartości maksymalnej gęstości suchej gleby i optymalnej wilgotności w opcji; zapisz wyniki w dzienniku (formularz 15).

Tabela 13

Notatka:

Masa zmontowanego kontenera m 0=3600 g; pojemność cylindra V=1000cm 3.

Ponieważ w przypadku zakłócenia połączeń strukturalnych gruntu zmieniają się jego właściwości, konieczne jest badanie stanu gruntu o nienaruszonej strukturze. Aby to zrobić, w procesie badań inżynieryjno-geologicznych wybiera się monolity z dołów i studni - dużych próbek gleby o nienaruszonej strukturze. Z tych monolitów pobiera się mniejsze próbki w laboratorium i eksperymentalnie określa się trzy główne cechy:

· gęstość(masa objętościowa) glebaρ struktura naturalna (nienaruszona), równa stosunkowi masy próbki gleby do jej objętości;

· gęstość(masa objętościowa) stałe cząstki glebyρ s równy stosunkowi masy cząstek stałych do ich objętości;

· naturalna wilgotność glebyω, równy stosunkowi masy zawartej w nim wody do masy cząstek stałych.

Ryż. 1.3. Schemat komponenty(składniki) próbki gleby

Wybierzmy z gleby próbkę o objętości V = 1 cm 3 i podzielmy ją w myślach na dwie części: jedną zajętą przez cząstki stałe o objętości V 1 i drugą zajętą przez pory znajdujące się pomiędzy tymi cząstkami, objętość V 2 (ryc. 1.3 ). Przestrzeń zajmowaną przez pory można ogólnie podzielić na dwie części, z których jedną zajmuje woda, a drugą powietrze. Niech masa cząstek stałych w objętości V będzie wynosić g 1, a masa wody - g 2 (masa powietrza nie ma wpływu na wyniki obliczeń).
Według definicji

Gęstość gleby określa się poprzez ważenie, najczęściej za pomocą próbki pobranej na pierścieniu zacinającym, czasami woskowanej lub innymi metodami, w tym rejestracją promieni gamma. Gęstość cząstek stałych wyznacza się za pomocą piknometru. Wilgotność gleby określa się poprzez ważenie próbki wilgoci naturalnej przed i po suszeniu (do stałej masy) w temperaturze 105°C.

Postanowienia ogólne. Projektując i wykonując obiekty ziemne ze skał piaskowych i ilastych należy zadbać o ich jak największą stabilność i wytrzymałość. Osiąga się to poprzez zagęszczanie skał (walcowanie, ubijanie, zagęszczanie wibracyjne) do maksymalnej gęstości przy optymalnej wilgotności.

Ziemia w nasypie już jest stan trójfazowy(gleba + powietrze + woda), a jego zagęszczenie następuje na skutek ruchu cząstek gleby i towarzyszy mu wypieranie powietrza z porów. Przy takim samym wysiłku zagęszczenie zależy od wilgotności gleby.

Gleby o niskiej wilgotności są słabo zagęszczone, ponieważ agregaty glebowe (grudki) mają dużą wytrzymałość, a między cząstkami gleby powstaje tarcie, uniemożliwiając ich wzajemny ruch podczas procesu zagęszczania. Gdy wilgotność wzrasta do pewnego poziomu, wzrasta gęstość szkieletu glebowego. Gleby nasycone wodą są trudne do zagęszczenia z jeszcze jednego powodu. Efekt zagęszczenia (uderzenie ubijaka, przejazd walców itp.) jest z reguły krótkotrwały. Dlatego obciążenie odbierane jest głównie przez wodę porową, która nie ma czasu na wyciśnięcie z gleby, a szkielet gleby nie ma czasu na zaangażowanie się w pracę.

Poziom wilgotności gleby, przy którym dane zagęszczenie gleby zostaje osiągnięte przy najmniejszym wymaganym nakładzie pracy zagęszczania, nazywa się optymalnym.

Przy optymalnej wilgotności można osiągnąć największe zagęszczenie, ponieważ w tym przypadku grudki stosunkowo łatwo ulegają zniszczeniu, cząstki gleby, posiadające smar na stykach w postaci warstwy wody, poruszają się względem siebie i dopasowują się bardziej zwięźle; do objętości gleby. Przy optymalnej wilgotności część objętości porów wypełniona jest powietrzem, które jest sprężone i nie zakłóca zagęszczania.

Optymalna wilgotność zależy od składu gleby, charakteru efektu zagęszczenia, jego intensywności oraz nakładu pracy włożonej w zagęszczenie. Na przykład optymalna wilgotność gliny piaszczystej wynosi 9 – 15% , gliny 15-22% itp. Im intensywniejszy efekt zagęszczenia (powiedzmy, im większy ciężar wału), tym niższa optymalna wilgotność.

Normy budowlane (SNiP P-D.5-72) wymagają, aby zagęszczanie gleby podczas układania nasypu drogowego w korpusie odbywało się przy optymalnej wilgotności. Jeśli wilgotność jest poniżej optymalnej, należy zastosować sztuczne nawilżenie gleby; powyżej optymalnego - suszenie.

Sprzęt. Standardowe urządzenie zagęszczające (rys. 4, tab. 11). Sito z otworami o średnicy 5 mm; wagi płytowe i techniczne z zestawem odważników i odważników; butelki do określania wilgotności; cylinder miarowy; blacha do pieczenia z suchą na powietrzu ziemią; nóż; szufelka; szpachelka; szafka susząca; moździerz i tłuczek; metalowy kubek o pojemności 3-4 litrów do przygotowania mieszanki glebowej.

Tabela 11

Charakterystyka standardowego urządzenia uszczelniającego

Ryż. 4. Schemat urządzenia Soyuzdorni dla standardowego uszczelnienia

1 - uchwyt na kubek; 2 - cylinder dzielony; 3 - dysza; 4 - pierścień ograniczający; 5 - stojak z uszczelką; 6 - obciążenie; 7 - pierścień zaciskowy; 8 - śruba mocująca

Prace przygotowawcze

1. Pobrać próbkę suchej na powietrzu gleby o masie 3,0-3,5 kg.

2. Jeśli w glebie znajdują się grudki, najpierw rozgniata się je w moździerzu.

3. Wyselekcjonowaną i rozdrobnioną próbkę gleby przesiewa się przez sito o średnicy 5 mm.

4. Urządzenie jest zmontowane. Połówki cylindra roboczego łączy się, nakłada na nie jednoczęściowy cylinder i w tej formie cylinder mocuje się w podstawce urządzenia poprzez mocne dokręcenie śrub, tak aby płaszczyzna podziału była prostopadła do osi śruby mocujące.

5. Zważyć puste standardowe urządzenie plombujące na wadze płytkowej,

6. Nasmaruj wnętrze cylindra wazeliną techniczną.

Postęp prac.

1. Do metalowego kubka odważa się przesianą przez sito próbkę powietrznie suchej gleby w ilości 3,0 kg.

2. Oblicz, jaką ilość wody należy dodać do wstępnej próbki gleby, aby uzyskać wilgotność: 1, 6, 8, 10, 12, 14%, korzystając ze wzoru

gdzie g jest masą gleby do zwilżenia, g; W - wymagana wilgotność ; W 1- wilgotność gleby w stanie początkowym,%.

W pracy laboratoryjnej, aby zwiększyć wilgotność o 2-3%, dodaj 50 g wody.

3. Za pomocą zlewki nalej odpowiednią ilość wody do kubka z ziemią, ostrożnie ją przesuwając, aż do równomiernego zwilżenia.

4. Objętość roboczą cylindra urządzenia wypełnia się zwilżoną ziemią do jednej trzeciej wysokości cylindra.

5. Do cylindra wkłada się stempel z prętem i ubijakiem.

6. Wykonuje się standardowe zagęszczanie (patrz tabela II).

7. Wyjmujemy pręt z ubijakiem i do cylindra dodajemy ziemię do dwóch trzecich jego wysokości. Zagęszczanie przeprowadza się podobnie jak w kroku 6.

8. Wyjmij pręt z ubijakiem, zainstaluj dyszę i umieść nową objętość ziemi w cylindrze. Wykładanie gleby należy przerwać, gdy powierzchnia gleby przekroczy górną krawędź dzielonego cylindra o około 10 mm. Zagęszczanie gleby przebiega podobnie jak w kroku 6.

9. Po zakończeniu zagęszczania pręt z ubijakiem wyjmuje się z cylindra, dyszę i wystającą ziemię ostrożnie odcina się nożem wzdłuż górnej krawędzi.

10. Urządzenie z zagęszczonym gruntem waży się na wadze płytowej z dokładnością do Ig.

11. Glebę z cylindra wsypuje się z powrotem do kubka, miesza i pobiera próbkę o masie 10-15 g w celu określenia wilgotności metodą termostatyczną.

12. Wyniki doświadczenia zapisano w tabeli 12.

13. Całą glebę, zarówno po doświadczeniu, jak i początkową, miesza się

14. Czynności opisane w ust. 3-12, powtórz 5 razy dodając za każdym razem 50 g wody.

Wyniki oznaczania.

I. Zgodnie z tą definicją dla każdego doświadczenia należy określić wilgotność, gęstość wilgoci i gęstość szkieletu glebowego, korzystając ze wzorów:

wilgotność gleby

gdzie g - masa mokrej gleby, g; g z - masa suchej gleby, g; g b - waga butelki, g.

gęstość gleby

Gdzie P 1- masa cylindra z zagęszczoną ziemią, kg; R2 - masa pustej butli, kg; V- objętość cylindra, m3; Gęstość szkieletu gleby

2. Konstruuje się wykres zależności gęstości szkieletu gruntu od wilgotności podczas zagęszczania (rys. 5). Skale wykresów.

Gęstość - właściwość fizyczna gleb, wyrażona stosunkiem ich masy do zajmowanej objętości. Nazywa się właściwości fizyczne, które charakteryzują związek między masą a objętością skał lub minerałów gęsty. Gęstość służy jako bezpośredni wskaźnik obliczeniowy przy obliczaniu ciśnienia w gospodarstwie domowym, nacisku na ścianę oporową, przy obliczaniu stabilności zboczy i zboczy osuwisk, osiadaniu konstrukcji, rozkładzie naprężeń w gruntach fundamentowych pod fundamentami, przy określaniu objętości prac wykopaliskowych itp. .

W badaniach geotechnicznych wykorzystywane są następujące charakterystyki: gęstość cząstek stałych gleby, gęstość gleby, gęstość gleby suchej, gęstość gleby pod wodą, gęstość szkieletu gleby wysuszonej itp. Najczęściej stosowane są pierwsze linie wskaźnika.

Gęstość gleby s. , g/cm 3 , kg/m 3 , Lub gęstość mokrej gleby to masa na jednostkę objętości gleby o naturalnej wilgotności i niezakłócony dodatkiem:

Aby określić gęstość gleby, użyj bezpośrednie i pośrednie metody. Do metod bezpośrednich zalicza się te, które opierają się na bezpośrednim pomiarze masy i objętości gleby, zwykle małych próbek. Metody określania gęstości w warunkach laboratoryjnych, zgodnie z obowiązującymi dokumentami regulacyjnymi, podano w tabeli. 4,5. Ich wadą jest mała objętość gleby w badanych próbkach (uzyskanie wartości „punktowych”) i konieczność ich wydobycia z masywu. Metody pośrednie polegają na określeniu gęstości gleby bez bezpośredniego pomiaru masy i objętości gleby. Należą do nich przede wszystkim metody penetracyjne i nuklearne (promieniowanie gamma), które pozwalają określić gęstość gleb bezpośrednio w masywie. Są bardzo wydajne, mają wystarczającą dokładność do celów praktycznych i można je stosować do oznaczeń pojedynczych i wielokrotnych, co jest ważne w obserwacjach stacjonarnych.

Tabela 4.5

Metody wyznaczania cech gęstości gleby

Charakterystyczny	Metoda oznaczania	Gleby (obszar zastosowania metody)
Gęstość	pierścień tnący	Łatwo cięte lub nie zachowujące kształtu bez pierścienia, mrożone i o masywnej kriogenicznej teksturze
	Ważenie próbek woskowanych	Mulisto-gliniaste, niezamarznięte, podatne na kruszenie lub trudne do przecięcia
	Ważenie w cieczy obojętnej
	Metody wolumetryczne	Zamarznięte, skaliste i szorstkie gleby
	Metody promieniowania gamma	Wszystkie gleby
Gęstość suchej gleby	Obliczony	Wszystkie gleby
Gęstość cząstek gleby	Piknometryczne z wodą	Wszystkie gleby z wyjątkiem zasolonych i pęczniejących
	To samo. z neutralną cieczą	Solone i obrzęk
	Metoda dwupiknometryczna	Posolony
Maksymalny gęstość	Zagęszczanie gleby warstwa po warstwie	Piaski, gleby gliniaste, gleby gruboziarniste (tylko żwirowe).

Wyznaczanie gęstości metodą pierścienia zacinającego . W przypadku metody z pierścieniem zacinającym wybiera się próbnik z pierścieniem zacinającym, który jest smarowany wewnątrz cienką warstwą wazeliny lub smaru. Górną oczyszczoną płaszczyznę próbki gleby wyrównujemy poprzez odcięcie jej nadmiaru nożem, nakładamy na nią krawędź tnącą pierścienia i pierścień lekko wciskamy w grunt za pomocą prasy śrubowej lub ręcznie przez dyszę, mocując granicę próbki testowej. Następnie glebę na zewnątrz pierścienia wycina się na głębokość 5...10 mm poniżej krawędzi tnącej pierścienia, tworząc kolumnę o średnicy o 1...2 mm większej niż średnica zewnętrzna pierścienia. Okresowo, podczas koszenia gleby, przy lekkim nacisku prasy lub przystawki, umieszczaj pierścień na słupie gleby, unikając zniekształceń. Po wypełnieniu pierścienia gleba jest cięta 8...10 mm poniżej krawędzi tnącej pierścienia i oddzielana. Ziemię wystającą poza krawędzie pierścienia odcina się nożem, powierzchnię gleby oczyszcza się na równi z krawędziami pierścienia, a końce pokrywa płytami. Pierścień z ziemią i płytkami waży się i oblicza gęstość z dokładnością do 0,01 g/cm 3 .

Metoda oznaczania gęstości gleby poprzez ważenie próbek woskowanych w wodzie służy do określania objętości małych monolitów w warunkach laboratoryjnych. Próbkę gleby wycina się o objętości co najmniej 50 cm 3, nadaje się jej zaokrąglony kształt, po czym zawiązuje się ją cienką mocną nicią z wolnym końcem o długości 15...20 cm, która ma pętlę zwisające z wagi.

Próbkę gleby przewiązaną nitką odważa się i przykrywa osłoną parafinową, zanurzając ją na 2...3 sekundy w parafinie podgrzanej do temperatury 57...60°C. W tym przypadku pęcherzyki powietrza znajdujące się w zamrożonej osłonce parafinowej usuwa się poprzez ich przekłucie i wygładzenie miejsc nakłucia rozgrzaną igłą. Operację tę powtarza się, aż utworzy się gęsta otoczka parafinowa.

Aby uniknąć pękania otoczki parafiny, parafinę należy nakładać zaraz po jej stopieniu. Woskowanie próbki należy wykonać bardzo ostrożnie. Zagłębienia w podłożu, w tym zagłębienia od opadłych kamieni, należy pokryć roztopioną parafiną za pomocą pędzla.

Po umieszczeniu próbki w wodzie należy uważać, aby pod spodem nie pozostały pęcherzyki powietrza. Ochłodzoną, woskowaną próbkę waży się przed zanurzeniem w wodzie, a następnie w naczyniu zawierającym wodę. W tym celu należy nad wagą zamontować stojak na naczynie z wodą tak, aby nie dotykało ono wagi (lub zdjąć zawieszenie, równoważąc wagę dodatkowym obciążnikiem). Próbkę zawiesza się na wahaczu i opuszcza do naczynia z wodą. Objętość naczynia i długość gwintu muszą zapewniać całkowite zanurzenie próbki w wodzie. W takim przypadku próbka nie powinna dotykać dna i ścian naczynia. Po umieszczeniu próbki w wodzie należy zachować ostrożność, aby pod próbką nie pozostały pęcherzyki powietrza.

Dopuszczone do użycia metoda ważenia odwrotnego: Umieścić naczynie z wodą na wadze tarczowej i zważyć je. Następnie próbkę zawieszoną na stojaku zanurza się w cieczy, a naczynie z wodą i zanurzoną w nim próbką ponownie waży. Waga powinna być oparta na stojaku lub platformie nad pojemnikiem, tak aby pomiędzy stojakiem a górną częścią pojemnika był wystarczający prześwit (rysunek 4.8). Densytometry można również wykorzystać do określenia gęstości. Pojemnik należy napełnić wodą prawie do góry, a próbkę należy całkowicie zanurzyć w wodzie, tak aby zawiesina znajdowała się w wodzie nie dotykając ani dna, ani ścianek pojemnika.

Ryż. 4.8. Metoda wyznaczania gęstości poprzez ważenie w wodzie

Zważoną próbkę wyjmuje się z wody, przesącza bibułą filtracyjną i waży w celu sprawdzenia szczelności osłony. Jeżeli masa próbki wzrosła o więcej niż 0,02 g w stosunku do masy pierwotnej, próbkę należy odrzucić i powtórzyć badanie z inną próbką.

Gęstość gleby R, g/cm 3, obliczone ze wzoru

Gdzie M- masa próbki gleby przed woskowaniem, g; M- masa próbki gleby woskowanej, g; m2- wynik ważenia próbki w wodzie (różnica mas próbki woskowanej i wypartej przez nią wody), g; r r- gęstość parafiny, przyjęta równa 0,900 g/cm3, p w - gęstość wody w temperaturze badania, g/cm3.

W przypadku stosowania metody ważenia odwrotnego gęstość gleby oblicza się ze wzoru

Gdzie M- masa próbki gleby przed woskowaniem, g, r r- gęstość parafiny, przyjęta równa 0,900 g/cm3; p w- gęstość wody w temperaturze badania, g/cm3, To - masa naczynia z wodą, g; liczba pi- masa naczynia z wodą i zanurzoną w nim próbką wosku, g.

W przypadku gęstych gleb skalistych i półskalistych, których porowatość wynosi ułamek procenta lub 1...2%, masę objętościową można określić bez woskowania.

Metoda wypierania cieczy . Metalowy pojemnik należy ustawić na podstawie i napełnić wodą do poziomu wyższego niż poziom podtrzymywany przez syfon. Pod wylotem syfonu instalowany jest odbiornik wypartej wody.

Próbkę gleby i odbiornik należy zważyć z dokładnością do 0,1 g. Wszystkie puste przestrzenie na powierzchni należy wypełnić materiałem nierozpuszczalnym w cieczy. Nie należy wypełniać zagłębień po opadłych kamieniach. W razie potrzeby próbkę można całkowicie przykryć poprzez wielokrotne zanurzenie w stopionej parafinie. Woskowaną próbkę należy schłodzić i zważyć z dokładnością do 0,1 g.

Ryż. 4. 9.

Próbkę gleby należy całkowicie zanurzyć w pojemniku, otworzyć zawór na syfonie, aby wyparta ciecz mogła wpłynąć do naczynia, a następnie naczynie zawierające ciecz zważyć z dokładnością do 0,1 g.

Do określenia wilgotności pobiera się reprezentatywną część próbki, wolną od parafiny, plasteliny i szpachli.

Metoda ważenia próbki w cieczy obojętnej służy do określania gęstości zamrożonych drobnych gleb o cienkowarstwowych i drobnoziarnistych teksturach kriogenicznych o grubości warstw mineralnych nie większej niż 0,5 cm. Próbkę waży się w naczyniu o pojemności 1000 cm 3, dwie trzecie wypełniony neutralną cieczą. Podczas pracy temperatura cieczy i jej gęstość mierzona jest z wahacza wagi techniczne zdejmij lewy łuk z kielichem i zrównoważ wagę workiem śrutu zawieszonym na haku lewego łuku. Próbkę zamarzniętej gleby o objętości mniejszej niż 50 cm 3 zawiązuje się nylonową nicią, zawiesza na lewym kolczyku wagi i waży. Na stojaku wagi po lewej stronie umieszcza się naczynie z cieczą obojętną, zamrożoną próbkę gleby wprowadza się do cieczy na głębokość co najmniej 5...7 cm i ponownie waży. Podczas ważenia zamrożona próbka gleby nie może stykać się z dnem i ścianami naczynia. Po zważeniu zamrożonego monolitu w powietrzu, a następnie w obojętnej cieczy określa się gęstość całkowitą zamarzniętej gleby. Dokładność pomiaru gęstości wynosi 0,02 g/cm 3 .

Neutralna ciecz używana do określenia objętości gleby musi mieć temperaturę zamarzania poniżej temperatury zamarzania tej gleby, nie wchodzić w reakcję z glebą i nie rozpuszczać lodu. Zazwyczaj jako ciecze obojętne stosuje się naftę, glicerynę, toluen i benzynę ciężką. Gęstość tych cieczy określa się za pomocą areometru.

Metoda pomiaru próbek o regularnym kształcie geometrycznym (metoda objętościowa) służy do określania gęstości gleb skalistych i zamarzniętych. Wybierając monolit, nadawany jest mu określony kształt, który pozwala określić objętość gleby w jej nienaruszonym składzie. Wybrana próbka gleby jest ważona i instalowana całkowita gęstość gleby, a po wysuszeniu do stałej masy - gęstość szkieletu glebowego. Zwykle przy określaniu gęstości gleby monolitom nadawany jest kształt sześcianu lub równoległościanu. Aby określić przybliżoną wartość R Za pomocą monolitów (o objętości co najmniej 50 cm3) wydobywanych z otworów wiertniczych mierzy się ich średnicę, wysokość (z dokładnością do 0,01 cm) i masę.

Ryż. 4.10. Oznaczanie gęstości gleby metodą podstawienia objętościowego: a - przy użyciu polietylenu wyłożonego w otworze: b-e pomóż urządzenie do załadunku piasku: c - urządzenie z gumowym cylindrem

Metoda dziurowa (metoda objętościowa) służy do wyznaczania gęstości całkowitej zamrożonych skał rozproszonych o teksturze kriogenicznej masywnej i schlierenowskiej oraz dla skał gruboziarnistych (ryc. 4.10). Metodę tę stosuje się podczas pracy w kopalniach odkrywkowych. Dno wykopu jest wyrównane i oczyszczone. W dnie wykopu wykonuje się zagłębienie - otwór o wymiarach co najmniej 30 x 30 x 30 cm. Wybraną z dołka glebę waży się na wadze kubkowej z dokładnością do 1,0 g. Po wybraniu gleby dno otwór jest wyłożony folią syntetyczną (ryc. 4.10, A), następnie otwór zalewa się wodą lub zasypuje suchym piaskiem o uziarnieniu od 0,5 do 3,0 mm. Piasek pomiarowy musi być jednolity i czysty. Mierzy się objętość piasku lub ilość wody potrzebną do wypełnienia otworu, a tym samym określa się objętość gleby usuniętej z otworu. Po określeniu masy gleby i jej objętości oblicza się całkowitą gęstość gleby.

Metody radioizotopowe służą głównie do pomiaru gęstości gleb w warunkach naturalnych. Istnieją dwie metody pomiaru gęstości za pomocą promieniowania gamma: metoda gammaskopijna i metoda rozproszonego promieniowania gamma. Izogony cezu-137 i kobaltu-60 są wykorzystywane głównie jako źródła promieniowania gamma.

Metoda gammoskopowa polega na tłumieniu natężenia wiązki kwantów gamma w zależności od gęstości substancji, przez którą przechodzi wiązka. W praktyce stosuje się trzy warianty metody gammaskopowej: A -źródło i detektor promieniowania gamma umieszcza się w równoległych odwiertach w ziemi; B- detektor promieniowania znajduje się na powierzchni, a źródło w ziemi; V- źródło promieniowania i detektor znajdują się po obu stronach badanego obiektu (próbka, monolit itp.). Metodę gammaskopijną można zmierzyć gęstość gleby do głębokości 1,5...2,0 m.

Metoda rozproszonego promieniowania gamma służy do pomiaru gęstości gleby w otworach wiertniczych. Jeśli źródło kwantów gamma i detektor zostaną umieszczone w studni w pewnej odległości od niej, wówczas część promieni gamma wpadających ze studni do gleby w wyniku rozpraszania atomów gleby przez elektrony powróci do studni i zostanie zarejestrowana przez detektor. Do pomiaru gęstości metodami radioizotopowymi przemysł krajowy wyprodukował radioizotopowy miernik gęstości wilgoci UR-70 oraz miernik gęstości powierzchniowo-głębokościowej PPGR-1, przeznaczony do pomiarów odwiertów do głębokości 30 m. Do pomiaru gęstości wierzchniej warstwy gruntu na głębokość 0,3 m stosuje się gęstościomierz typu IOMR-2. Dokładność pomiaru gęstości waha się w granicach ±(0,02...0,04) g/cm 3 w zależności od rodzaju urządzenia. Czas pomiaru w jednym punkcie nie przekracza 3 minut.

Generalnie gęstość gruntów rozproszonych waha się od 1,30 do 2,20 g/cm3. Gleby charakteryzujące się obecnością sztywnych wiązań krystalizacyjnych pomiędzy cząstkami charakteryzują się dużą gęstością, której wartość przy małej porowatości zbliża się do wartości cząstek stałych. Zatem gęstość skał magmowych waha się w granicach 2,50...3,40 g/cm 3 (wzrost od skał kwaśnych do zasadowych i ultrazasadowych); mułowce i mułowce - 2,20-2,55; wapień - 2,40-2,65; margle - 2,10...2,60; piaskowce - 2,10-2,40 g/cm3. Gęstość nawodnionych torfów ze względu na małą gęstość szkieletu waha się od 1,02 do 1,10 g/cm 3 .

Wartość gęstości gleby zależy od składu mineralnego, wilgotności i charakteru składu (porowatości): wraz ze wzrostem zawartości minerałów ciężkich zwiększa się gęstość gleby, a wraz ze wzrostem zawartości substancji organicznych maleje; wraz ze wzrostem wilgotności wzrasta gęstość gleby: dla danej porowatości będzie maksymalna, jeśli pory zostaną całkowicie wypełnione wodą; Wraz ze wzrostem porowatości gęstość gleby maleje.

Gęstość znacznej części skał osadowych zależy w większym stopniu od ich porowatości i wilgotności, w znacznie mniejszym stopniu od składu mineralnego, co tłumaczy się szerokim zakresem zmian porowatości (wilgotności i nasycenia gazem) tych skał , wyraźną różnicę w gęstości składników stałych, ciekłych i gazowych oraz stosunkowo stałą gęstość najpowszechniejszych minerałów skałotwórczych. Gęstość gleby skał magmowych, metamorficznych i w dużej mierze chemogenicznych zależy głównie od ich składu mineralnego, ponieważ porowatość tych skał jest zwykle nieznaczna.

Gęstość stałych cząstek gleby ps., g/cm3 lub kg/m3 odnosi się do masy składnika stałego (reprezentowanego przez składnik mineralny lub organiczny) na jednostkę objętości gleby, reprezentowanej wyłącznie przez składnik stały:

Ogrom gęstość cząstek gleba jest określana na podstawie składu mineralnego, obecności substancji organicznych i organiczno-mineralnych i reprezentuje średnią ważoną gęstość tych składników gleby przy braku pustek i wilgoci.

Oznaczanie gęstości cząstek stałych gruntu metodą piknometryczną . Próbkę gleby w stanie powietrznie suchym rozkrusza się w moździerzu porcelanowym, pobiera się średnią próbkę o masie 100...200 g poprzez ćwiartowanie i przesiewa przez sito o oczkach nr 2, pozostałą część na sicie rozdrabnia się w zaprawie i przesiać przez to samo sito. Z wymieszanej próbki średniej pobrać próbkę gleby w ilości 15 g na każde 100 ml pojemności piknometru i wysuszyć do stałej masy. Z próbki średniej należy pobrać odważoną porcję gleby torfowej lub torfu w ilości 5 g suchej gleby na każde 100 ml pojemności piknometru, która w tym przypadku powinna wynosić co najmniej 200 ml. Dopuszcza się stosowanie gleby w stanie powietrzno-suchym, po określeniu jej wilgotności higroskopijnej.

Zważono piknometr wypełniony w 1/3 wodą destylowaną. Następnie przez lejek wsypuje się do niego wysuszoną próbkę gleby, ponownie waży, wstrząsa i gotuje w łaźni piaskowej. Czas spokojnego wrzenia (od momentu rozpoczęcia wrzenia) powinien wynosić: dla piasków i glin piaszczystych - 0,5 godziny, dla iłów i glin - 1 godzina. Po zagotowaniu piknometr należy ostudzić do temperatury pokojowej i uzupełnić wodą destylowaną zmierzony znak na szyi, tak aby dolna część menisku pokrywała się z nim. Piknometr wyciera się z zewnątrz i waży. Następnie wysypać zawartość piknometru, wlać do niego wodę destylowaną, zanurzyć w łaźni wodnej o tej samej temperaturze i zważyć.

Gęstość cząstek gleby />„ g/cm oblicza się ze wzoru

gdzie mo jest masą suchej gleby, g; m1 to masa piknometru z wodą i glebą po zagotowaniu w temperaturze badania, g; m2- masa piknometru z wodą o tej samej temperaturze, g; rn,- gęstość wody w tej samej temperaturze, g/cm3.

W przypadku stosowania gleby w stanie powietrzno-suchym w 0 oblicza się ze wzoru

Gdzie M- masa próbki gleby suchej na powietrzu, g; R- higroskopijna wilgotność gleby,%.

Przy wyznaczaniu p, gleby należy wziąć pod uwagę: możliwość rozpuszczenia się prostych soli w procesie oznaczania, czego skutkiem będą zaniżone wartości ps aby tego uniknąć, przy określaniu ciężaru właściwego gleb zasolonych wodę zastępuje się cieczami obojętnymi (nafta, benzyna, toluen itp.); możliwość silnego zagęszczenia warstwy wody wokół cząstek gliny koloidalnej spowodowanej molekularnymi siłami przyciągania, co skutkuje zawyżeniem wartości; aby temu zapobiec należy stosować ciecze o niskim napięciu powierzchniowym (toluen, ksylen itp.); możliwość niepełnego usunięcia powietrza zaadsorbowanego na powierzchni cząstek, czego skutkiem są zaniżone wartości.

Zgodnie z gęstością najpowszechniejszych minerałów skałotwórczych, gęstość cząstek stałych w większości gleb waha się od 2,50 do 2,80 g/cm 3 . Rośnie ona wraz ze wzrostem zawartości minerałów ciężkich w glebie, dlatego skały zasadowe i ultrazasadowe mają znacznie większą gęstość (3,00...3,74 g/cm 3 ) niż skały kwaśne (np. granity 2,63...2,75 g/cm 3 ), zwykle 2,65...2,67 g/cm 3). W tabeli Tabela 4.6 pokazuje przybliżone wartości gęstości cząstek rozproszonych gleb, które nie zawierają soli rozpuszczalnych w wodzie i substancji organicznych. Wskazane wartości średnie są zwykle przyjmowane w przypadku braku bezpośrednich oznaczeń gęstości cząstek stałych w celu obliczenia szeregu wskaźników właściwości gleby, w szczególności porowatości i współczynnika porowatości.

Tabela 4.6

Wartości gęstości cząstek rozproszonych gleb

Obecność materii organicznej gwałtownie zmniejsza gęstość stałych cząstek gleby, ponieważ ich gęstość jest niska w porównaniu ze składnikiem mineralnym. Dlatego gęstość składnika stałego torfów, gleb pokrytych torfem i gleb jest znacznie mniejsza w porównaniu do gleb mineralnych.

Przy torfach ps waha się od 1,20 do 1,89 g/cm3, dla torfów zwyczajnych – do 1,84 g/cm3, dla gleb torfowych – do 2,08 g/cm3 Wartości są bardziej powszechne str. 3 w przedziale od 1,4 do 1,6 g/cm”, w obliczeniach przyjmuje się 1,5 g/cm.” Minimalne wartości wskaźnika przy zbliżonych wartościach zawartości popiołu odnotowano dla torfów z grupy drzewiastej i torfów. zawierających pozostałości drzewne, maksimum występuje w torfach z grupy mchów.

Ze względu na złożoność wyznaczania gęstość cząstek torfu można obliczyć ze wzoru

Biorąc pod uwagę gęstość cząstek organicznych ps op G = 1,5 g/cm 3, średnia gęstość cząstek mineralnych r w * w= 2,65 g/cm 3, wówczas wzór upraszcza się:

Tabela 4.7

Standardowe pomiary gęstości cząstek gleb zasolonych

Gęstość szkieletu glebowego p d, g/cm3 lub kg/m3, to masa składnika stałego na jednostkę objętości gleby suszonej w temperaturze 105 °C, o naturalnej (nienaruszonej) strukturze:

Wartość gęstości szkieletu gruntu służy do obliczania porowatości, współczynnika porowatości, a także do charakteryzowania stopnia zagęszczenia gruntów gliniastych w konstrukcjach nasypowych.

Gęstość szkieletu glebowego wyznacza się doświadczalnie lub częściej oblicza się na podstawie wartości gęstości gleby (P) i wilgotność (u-) według wzoru:

Według gęstości szkieletu p.d wszystkie gleby są podzielone na odmiany (tabela 2.2)

Ryż. 4.11. Idealne modele do układania cząstek luźnych i gęstych gleb piaszczystych

Stopień gęstości gleby Id- Budując nasypy, nasypy, tamy ziemne i inne masowe konstrukcje ziemne, należy znać gęstość gleb o luźnym i gęstym składzie. Gleby piaszczyste mogą znacznie różnić się stopniem gęstości lub charakterem składu. Na przykład, w zależności od charakteru upakowania kulek tej samej wielkości, porowatość układu może wahać się od 47,64% przy najbardziej luźnym upakowaniu sześciennym do 25,95% przy najgęstszym wypełnieniu czworościennym (rys. 4.11). W prawdziwych glebach piaszczystych i ilastych, ze względu na różnicę w wielkości ich cząstek, porowatość zmienia się w szerszym zakresie - od 8... 10 do 80%.

W przypadku gleb piaszczystych, dla których nie zawsze możliwe jest praktyczne określenie gęstości szkieletu o strukturze naturalnej, jej oznaczenie często przeprowadza się na próbkach powietrznie suchych o zaburzonym składzie w dwóch stanach: skrajnie luźnym i gęstym.

Do ilościowego określenia gęstości składu piasku stosuje się go wskaźnik gęstości względnej lub stopień gęstości (Id), określone przez formułę

Gdzie mi- współczynnik porowatości dla składu naturalnego lub sztucznego; emax to współczynnik porowatości w wyjątkowo gęstej strukturze; e min - współczynnik porowatości w wyjątkowo sypkiej kompozycji.

Liczyć ja D konieczne jest posiadanie danych o wynikach terenowych wyznaczeń wartości mi i dla tej gleby oznaczyć emax i e min w warunkach laboratoryjnych. Aby wyznaczyć e min, do naczynia pomiarowego wsypuje się zazwyczaj ziemię sypką, a do wyznaczania emax stosuje się dynamiczne metody zagęszczania gruntu w naczyniu pomiarowym.

Ale stopnie gęstości ID podział piasków odbywa się według tabeli. 2.3. Przy //> = 0 gleba jest w stanie najluźniejszym, a przy ID= 1 gleba ma najgęstszy skład.

Gleby o różnym składzie ziarnowym charakteryzują się istotnie różnymi wartościami emax i e min, a wraz ze wzrostem szorstkości wartości te maleją. Kształt cząstek ma mniejszy wpływ na graniczne wartości współczynników porowatości nt. Dlatego wraz ze wzrostem okrągłości i kulistości zmniejszają się, wykorzystując wartość gęstości względnej jako charakterystykę gęstości dodatku ID, biorąc pod uwagę zarówno skład ziaren, jak i kształt cząstek, stanowi najbardziej obiektywne kryterium gęstości nasypowej.

Aby określić właściwości zagęszczonej gleby, użyj metoda wyznaczania gęstości maksymalnej, polegające na ustaleniu zależności gęstości szkieletu gruntu od jego wilgotności przy zagęszczaniu próbek przy stałym nakładzie pracy na ich zagęszczenie i wyznaczeniu z tej zależności maksymalnej wartości gęstości szkieletu gruntu (rmah). Wilgotność, przy której osiągana jest maksymalna gęstość szkieletu glebowego wynosi optymalna wilgotność wow

Laboratoryjna metoda wyznaczania gęstości maksymalnej (standardowa metoda zagęszczania) polega na ustaleniu zależności gęstości suchej gleby od jej wilgotności przy zagęszczaniu próbek gleby przy stałej pracy zagęszczania i stałym wzroście wilgotności gleby.

Instalacja (rys. 4.12) do badania gruntu metodą zagęszczania standardowego powinna składać się z: urządzenia do zmechanizowanego lub ręcznego zagęszczania gruntu obciążeniem spadającym ze stałej wysokości; formularz próbki gleby. Konstrukcja urządzenia do zagęszczania gleby musi zapewniać, że ładunek o masie (2500 ± 25) g spada wzdłuż drążka prowadzącego ze stałej wysokości (300 ± 3) mm na średnicę kowadła (99,8 ± 0,2) mm. Stosunek masy ładunku do masy pręta prowadzącego z kowadłem nie powinien być większy niż 1,5. Na sposób zmechanizowany uszczelnienie, urządzenie musi zawierać mechanizm podnoszenia ładunku na stałą wysokość oraz licznik uderzeń. Instalację należy umieścić na sztywnej poziomej płycie (betonowej lub metalowej) o wadze co najmniej 50 kg. Odchylenie powierzchni od poziomu nie powinno być większe niż 2 mm/m.

Forma do próbki gleby powinna składać się z części cylindrycznej, tacy, pierścienia zaciskowego i dyszy. Cylindryczna część formy powinna mieć wysokość (127,4 ± 0,2) mm i średnicę wewnętrzną (100,0 + 0,3) mm. Wytrzymałość na rozciąganie metalu cylindrycznej części formy musi wynosić co najmniej 400 MPa. Cylindryczna część formy może być pełna lub składać się z dwóch odłączalnych części.

Do badania gruntu standardową metodą zagęszczania wykorzystuje się próbki gruntu o naruszonym składzie, wybrane spośród wyrobisk górniczych (dołów, dołów, odwiertów itp.), wychodni lub masywów składowanych.

Masa próbki gleby o naruszonym składzie i wilgotności naturalnej wymagana do przygotowania próbki gleby musi wynosić co najmniej 10 kg, jeśli w glebie znajdują się cząstki większe niż 10 mm i co najmniej 6 kg, jeśli nie ma cząstek większych niż 10 mm . Przedstawioną do badań próbkę gleby o naruszonym składzie suszy się w temperaturze pokojowej lub w piecu do wyschnięcia na powietrzu. Suszenie gruntów mineralnych niespoistych w suszarce można przeprowadzić w temperaturze nie wyższej niż 100°C, spoistych – nie wyższej niż 60°C. Podczas procesu suszenia gleba jest okresowo mieszana. Agregaty gruntowe rozdrabnia się (bez kruszenia dużych cząstek) w urządzeniu mielącym lub w zaprawie porcelanowej.

Ryż. 4.12. Urządzenia do standardowego zagęszczania gruntu: a - urządzenie firmy NPO Geotek LLC (140]); b - urządzenie Soyuzdornia (z dwiema szklankami); c - schemat urządzenia Soyuzdorniy f28f: I - paleta; 2 - cylinder dzielony o pojemności 1000 cm*:

3 pierścienie; 4 dysze; 5 kowadeł: 6 ciężarków o wadze 2,5 kg; 7 drążek prowadzący; 8 - pierścień ograniczający; 9 - śruby mocujące

Glebę waży się i przesiewa przez sita z otworami o średnicy 20 mm i 10 mm. W takim przypadku cała masa gleby musi przejść przez sito z otworami o średnicy 20 mm. Następnie odsiane duże cząstki są ważone. Jeżeli masa cząstek gleby większych niż 10 mm wynosi 5% lub więcej, dalsze badania przeprowadza się na próbce gleby, która przeszła przez sito o średnicy oczek 10 mm. Jeżeli masa cząstek gleby o średnicy większej niż 10 mm jest mniejsza niż 5%, należy dalej przesiać glebę przez sito o średnicy otworów 5 mm i oznaczyć zawartość cząstek większych niż 5 mm. W takim przypadku dalsze badania przeprowadza się na próbce gleby, która przeszła przez sito o średnicy oczek 5 mm.

Z przesianych dużych cząstek pobierane są próbki w celu określenia ich wilgotności i średniej gęstości cząstek stałych. Z gleby, która przeszła przez sito, pobiera się próbki w celu określenia jej wilgotności higroskopijnej. Oblicz zawartość dużych cząstek w glebie DO,%, z dokładnością do 0,1% według wzoru

(4.1)

Gdzie mt- masa przesianych dużych cząstek, g; w g- wilgotność przesianej gleby w stanie powietrzno-suchym, %; t r - masa próbki gleby w stanie powietrzno-suchym, g; To. - wilgotność przesianych dużych cząstek, %.

Z przesianej gleby pobiera się próbkę gleby do badań metodą ćwiartowania (/Ir") o masie 2500 g Dopuszcza się przeprowadzenie całego cyklu badawczego na jednej wybranej próbce. Pobraną próbkę umieszcza się w metalowym naczyniu testowym.

Ilość wody Q, g, dla dodatkowej wilgotności wybranej próbki do zawartości wilgoci z pierwszego badania oblicza się ze wzoru

(4.2)

Gdzie pan r”- masa pobranej próbki, g; w- wilgotność gleby dla pierwszego badania, przypisana według gab. 4,8, %; w g - wilgotność przesianej gleby w stanie powietrznie suchym,%.

Tabela 4.8

Wartości wilgotności gleby dla pierwszego testu

Do wybranej próbki gleby wprowadza się w kilku etapach obliczoną ilość wody, mieszając glebę metalową szpatułką, następnie próbkę gleby przenosi się z kubka do eksykatora lub szczelnie zamkniętego naczynia i przechowuje w temperaturze pokojowej przez co najmniej 2 godziny dla gruntów niespoistych i co najmniej 12 godzin dla gruntów spoistych.

Część cylindryczną formy (wstępnie zważoną) umieszcza się na palecie bez mocowania jej śrubami, pierścień zaciskowy montuje się na górnej stronie części cylindrycznej formy, część cylindryczna formy mocuje się naprzemiennie z śruby palety i pierścienia, a powierzchnię wewnętrzną przeciera się wazeliną techniczną. Zmontowaną formę umieszcza się na płycie podstawy, sprawdza się tolerancję drążka prowadzącego i części cylindrycznej formy oraz wolne koło obciążenie wzdłuż drążka prowadzącego.

Badanie przeprowadza się poprzez sukcesywne zwiększanie wilgotności gleby badanej próbki. Podczas pierwszego badania wilgotność gleby musi odpowiadać wartości podanej w tabeli. 4.11. Przy każdym kolejnym badaniu wilgotność gruntu należy zwiększać o 1...2% dla gruntów niespoistych, o 2...3% dla gruntów spoistych.

Ilość wody niezbędną do zwilżenia badanej próbki określa się ze wzoru (4.2), przyjmując ją jako w g I w odpowiednio wilgotność podczas poprzedniego i następnego badania.

Próbkę gleby bada się w następującej kolejności: próbkę przenosi się z eksykatora do metalowego kubka i dokładnie miesza; gruba warstwa gleby

Do zmontowanej formy próbki ładuje się 5...6 cm i jej powierzchnię lekko zagęszcza się ręcznie. Zagęszczanie przeprowadza się 40 uderzeniami ładunku z wysokości 30 cm na kowadle zamocowanym na drążku prowadzącym. Podobną operację wykonuje się z każdą z trzech warstw gruntu, kolejno ładowanych do formy. Przed załadowaniem drugiej i trzeciej warstwy powierzchnię poprzedniej zagęszczonej warstwy spulchnia się nożem na głębokość 1...2 mm. Przed ułożeniem trzeciej warstwy na formie instaluje się dyszę; Po zagęszczeniu trzeciej warstwy należy wyjąć dyszę i odciąć wystającą część gleby na równi z końcem formy. Grubość wystającej warstwy skoszonej ziemi nie może przekraczać 10 mm. Jeżeli wystająca część gleby przekracza 10 mm, należy wykonać dodatkową liczbę uderzeń w tempie jednego uderzenia na 2 mm nadmiaru.

Wgłębienia powstałe po oczyszczeniu powierzchni próbki, na skutek ubytku dużych cząstek, ręcznie wypełnia się ziemią z pozostałej części wybranej próbki i wyrównuje nożem.

Zważ cylindryczną część formy z zagęszczoną ziemią (mi) i oblicz gęstość gleby P ( , g/cm 3, zgodnie ze wzorem

i gdzie M,- masa cylindrycznej części formy z zagęszczoną ziemią, g; M, - masa cylindrycznej części formy bez gleby, g; V- pojemność formy, cm".

Zagęszczoną próbkę gleby usuwa się z cylindrycznej części formy, a z górnej, środkowej i dolnej części próbki pobiera się próbki w celu określenia wilgotności gleby. Ziemię usuniętą z formy dodaje się do pozostałej części próbki w kubku, rozdrabnia i miesza. Wielkość kruszyw nie powinna przekraczać wielkości największych cząstek badanej gleby.

Po dodaniu wody grunt należy dokładnie wymieszać, przykryć wilgotną ściereczką i pozostawić na co najmniej 15 minut dla gruntów niespoistych i co najmniej 30 minut dla gruntów spoistych. Drugie i kolejne badania gruntu należy przeprowadzić zgodnie z procedurą opisaną wcześniej.

Badanie należy uznać za zakończone, gdy wraz ze wzrostem wilgotności próbki w trakcie dwóch kolejnych badań następuje stały spadek wartości masy i gęstości zagęszczonej próbki gruntu, a także gdy w trakcie uderzenia, woda zostaje wyciśnięta lub upłynniona ziemia zostaje uwolniona przez złącza formy. Zagęszczanie gruntów o jednorodnym składzie granulometrycznym i odwadnianie zostaje zatrzymane po pojawieniu się wody w spoinach formy, niezależnie od liczby uderzeń podczas zagęszczania próbki.

Na podstawie uzyskanych w wyniku kolejnych badań wartości gęstości i wilgotności gleby, oblicza się wartości gęstości suchej gleby g/cm 3 z dokładnością do 0,01 g/cm 3, korzystając ze wzoru

Gdzie pi - gęstość gleby, g/cm”; wi – wilgotność gleby w następnym badaniu, %.

Wyniki badań przedstawiono w postaci wykresów zależności gęstości suchej gleby od wilgotności (rys. 4.13). Wykorzystując najwyższy punkt wykresu dla gruntów spoistych, wyznacza się wartość maksymalnej gęstości i odpowiadającą jej wartość optymalnej wilgotności.

Ryż. 4.13. Wykresy wyznaczania maksymalnej gęstości i optymalnej wilgotności: a) grunty spoiste: b) grunty niespoiste

W przypadku gruntów niespoistych standardowy wykres zagęszczenia może nie mieć zauważalnie wyraźnego maksimum. W tym przypadku za wartość optymalnej wilgotności przyjmuje się 1,0... 1,5% mniejszą od wilgotności i „„ przy której wyciskana jest woda. Wartość maksymalnej gęstości przyjmuje się według odpowiedniej rzędnej. W tym w tym przypadku 1,0% przyjmuje się dla piasków żwirowych, grubych i średnich, 1,5% - dla piasków drobnych i pylistych.

Jeżeli w glebie znajdowały się duże cząstki, które usunięto z próbki przed badaniem, to biorąc pod uwagę wpływ ich składu, należy skorygować ustaloną wartość maksymalnej gęstości suchej gleby zgodnie ze wzorem

Gdzie p* jest gęstością dużych cząstek, g/cm3; DO- zawartość dużych cząstek w glebie, %.

Optymalna wilgotność gleby wopl,%, określone wzorem

Aby kontrolować poprawność badań gruntów spoistych, zbuduj „linia zerowej zawartości powietrza” pokazujące zmianę gęstości suchej gleby od wilgoci, gdy jej pory są całkowicie nasycone wodą. Pary liczb RL I w, budować „linie zerowej zawartości powietrza” przy gęstości cząstek gleby str. 5 określa się poprzez określenie wartości wilgotności za pomocą wzoru

Gdzie p to gęstość cząstek gleby, g/cm; p to gęstość wody równa 1 g/cm.

Dolna część standardowego wykresu zagęszczenia nie powinna się przecinać „linia zerowej zawartości powietrza”.

Liczba kolejnych badań gleby przy wzrastającej wilgotności gleby powinna wynosić co najmniej pięć i być wystarczająca do identyfikacji wartość maksymalna gęstość suchej gleby zgodnie ze standardowym harmonogramem zagęszczania. Dopuszczalna rozbieżność pomiędzy wynikami równoległych oznaczeń. uzyskana w warunkach powtarzalności, nie powinna przekraczać 1,5% dla maksymalnej wartości gęstości suchego gruntu i -10% dla optymalnej wilgotności .

Do określenia maksymalnej gęstości i optymalnej wilgotności gleby (wg BS, ASTM i innych norm zagranicznych) stosuje się metodę Proctora i zmodyfikowaną metodę Proctora. Procedura testowa metodą Proctora i ich przetwarzanie są podobne do powyższej metody, wymagania dotyczące gleb i sprzętu są również podobne: średnica cząstek nie większa niż 20 mm; masa młotka według BS wynosi 2,5 kg (lub 4,5 kg); wysokość spadku 300 mm (lub 450 mm); według ASTM masa młotka wynosi 2,5 kg (lub 4,5 kg); wysokość opadania 305 mm (lub 457 mm). Różnice między normą rosyjską a normą zagraniczną polegają na tym, że średnica młotka w urządzeniach zagranicznych wynosi 50 mm, podczas gdy w urządzeniach domowych średnica młotka odpowiada wewnętrznej średnicy szkła 99,8 mm. Młot do ręcznego i automatycznego zagęszczania gruntu firmy ELE wraz z wykresem umożliwiającym określenie maksymalnej gęstości i optymalnej wilgotności gleby wg BS. są pokazane na ryc. 4.14.

Doprowadzenie wartości maksymalnej gęstości i optymalnej wilgotności dla głównych rodzajów gruntów określonych standardową metodą zagęszczania do wartości uzyskanych metodami Proctora odbywa się poprzez pomnożenie przez współczynniki przejścia podane w tabeli. 4.9.

Ryż. 4.14. Metoda Proctora: a - Chorąży Proctora do ręcznego zagęszczania gruntu;

6 - mechanizm automatycznego zagęszczania gleby; na wykres w celu określenia maksymalnej gęstości i optymalnej wilgotności gleby (136)

Tabela 4.9

Współczynnik redukcji wartości maksymalnej gęstości i optymalnej wilgotności gleby do wartości uzyskanych metodami Proctora

	Rodzaj gleby
Metoda badania gleby		Ił i glina
Metoda badania gleby		Rgtx	W 0 pi Pitmax
Standardowa metoda Proctora
Zmodyfikowana metoda Proctora

Wyniki badań przedstawiono także w postaci wykresów zależności gęstości suchej gleby od wilgotności (rys. 4.14). Za wilgotność optymalną przyjmuje się wilgotność odpowiadającą maksymalnej gęstości.