ГОСТ 22733-77

Группа Ж39

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

МЕТОД ЛАБОРАТОРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ

Soils. Method for laboratory
determination of maximum density

Дата введения 1978-07-01

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета Совета Министров СССР по делам строительства 30 сентября 1977 г. N 150

Переиздание. Октябрь 1987 г.

Настоящий стандарт распространяется на глинистые, песчаные и гравийные грунты и устанавливает метод лабораторного определения максимальной плотности скелета грунта и оптимальной влажности грунта, используемых при назначении требуемой плотности грунтов, а также при контроле влажности уплотняемых грунтов и качества уплотнения их в земляных сооружениях и основаниях зданий и сооружений.

Стандарт не распространяется на грунты, содержащие более 30% зерен крупнее 10 мм, а также на заторфованные грунты.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Метод заключается в установлении зависимости плотности скелета грунта от его влажности при трамбовании образцов с постоянной затратой работы на их уплотнение и в определении по этой зависимости

Влажность, при которой достигнута максимальная плотность скелета грунта, является оптимальной

1.2. Для установления зависимости плотности скелета грунта от его влажности проводят серию отдельных испытаний грунта на уплотнение с последовательным увеличением его влажности. Результаты испытаний представляют в виде графика. Количество отдельных испытаний для построения графика должно быть не менее шести, а также достаточным для выявления максимального значения плотности скелета грунта.

1.3. Испытание грунтов осуществляют в приборе Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов (см. приложение 1) путем послойного трамбования грунта ударами груза массой 2,5 кг, падающего с высоты 300 мм; при этом общее число ударов должно составить 120.

1.4. Все результаты, получаемые в процессе подготовки и испытаний грунта, должны заноситься в журнал определения максимальной плотности скелета грунта по форме, приведенной в приложении 2.

2. ОТБОР ПРОБ ГРУНТА

2.1. Пробы грунта (образцы нарушенного сложения) следует отбирать в естественных и искусственных обнажениях и горных выработках из однородного по виду слоя грунта согласно требованиям ГОСТ 12071-84 . Масса пробы грунта должна быть не менее 10 кг. Каждая отобранная проба грунта должна быть снабжена данными о наименовании объекта, мощности данного слоя, глубине, месте и дате отбора грунта, а также наименования грунта по визуальному определению.

3. АППАРАТУРА

3.1. Для проведения испытаний требуются следующие приборы, оборудование и инструменты:

прибор Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов;

весы настольные гирные или циферблатные по ГОСТ 23711-79;

весы лабораторные по ГОСТ 24104-80 ;

гири по ГОСТ 7328-82 ;

машина растирочная (бегуны лабораторные) или ступка № 7 (диаметром по верху 240 мм) с пестиком, снабженным резиновым наконечником, по ГОСТ 9147-80 ;

шкаф сушильный;

сито с отверстиями 10 мм;

эксикатор типа Э-250 по ГОСТ 25336-82 ;

чашки металлические емкостью не менее 5 л;

цилиндры мерные с носиком емкостью 100 и 500 мл по ГОСТ 1770-74 ;

лопаточка-мастерок;

линейка металлическая длиной 30 см по ГОСТ 427-75 ;

штангенциркуль ШЦ-1-125, модель 183 по ГОСТ 166-80 ;

нож лабораторный;

стаканчики алюминиевые для взвешивания;

кисточки.

Примечание. Допускается применять приборы с параметрами, отличными от прибора Союздорнии, и соответствующим изменением методики, при условии, что для данного вида грунта экспериментально доказана идентичность получаемых при этом результатов с результатами испытаний в приборе Союздорнии.

4. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЯМ

4.1. Подготовка грунта

4.1.1. Подготовка грунта к испытаниям состоит из следующих операций:

обработка пробы грунта массой 10 кг;

выделение и подготовка отдельных проб грунта массой 2,5 кг к испытанию.

4.1.2. Обработка пробы грунта массой 10 кг должна производиться в следующем порядке:

высушивание в помещении при комнатной температуре до воздушно-сухого состояния, при котором можно производить размельчение и.просеивание грунта;

размельчение (без дробления зерен) в ступке пестиком с резиновым наконечником или в растирочной машине (лабораторными бегунами);

просеивание сквозь сито с отверстиями размером 10 мм;

отбор проб массой не менее 30 г из грунта, прошедшего сквозь сито, для определения влажности -

4.1.4. Выделение отдельных проб массой 2,5 кг и подготовка их к испытанию должны производиться в следующем порядке:

перемешивают грунт, прошедший сквозь сито, и распределяют его ровным слоем на листе картона, фанеры или плотной бумаги;

отбирают их в металлические чашки для испытания;

равной 4% для песчаных, гравийных грунтов и 8% для глинистых грунтов. Необходимое для доувлажнения пробы грунта количество воды (Q) определяют по формуле

вводят в пробы грунта рассчитанное количество воды и одновременно перемешивают грунт лопаточкой-мастерком;

переносят пробы грунта из чашек в эксикаторы и выдерживают их не менее 2 ч при закрытых крышках эксикаторов.

4.2. Подготовка прибора

4.2.1. Подготовка прибора к испытанию должна осуществляться в следующей последовательности:

устанавливают цилиндр в поддон, не зажимая его винтами;

устанавливают кольцо на бортик цилиндра;

зажимают цилиндр попеременно винтами поддона и кольца;

проверяют размеры цилиндра штангенциркулем; при этом внутренний диаметр и глубина должны быть равны соответственно 100 и 127 мм;

определяют массу (m(4) собранного контейнера (цилиндр с поддоном и кольцом) с погрешностью до 1 г и заносят данные в журнал (см. приложение 2);

устанавливают собранный контейнер прибора на жесткое неподвижное основание массой неменее 50 кг.

5. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

5.1. Испытания грунта проводят последовательно с отдельными пробами грунта. Влажность пробы при первом испытании должна равняться исходной, установленной в п. 4.1.4. При каждом последующем испытании влажность следует увеличивать на 1-2% для песчаных, гравийных грунтов и 2-3 % для глинистых грунтов. Количество воды для доувлажнения пробы определяют по формуле (2), принимая в ней за m(3) - массу грунта, оставшегося от предыдущего испытания, а за W(1) и W(3) - соответственно влажности, задаваемые при предыдущем и очередном испытаниях.

5.2. Каждую отдельную пробу следует испытывать не более трех раз. При испытании грунтов, содержащих зерна, легко разрушающиеся при трамбовании, каждую пробу испытывают только один раз.

5.3. Уплотнение грунта каждой пробы должно выполняться путем последовательного трамбования трех слоев.

5.4. Испытание грунта надлежит проводить в следующем порядке:

подготовленную пробу грунта переносят из эксикатора в металлическую чашку, а затем слоями загружают в цилиндр прибора, прижимая грунт трамбовкой. Каждый слой должен иметь высоту 5-6 см и уплотняться 40 ударами груза; при этом стержень трамбовки необходимо удерживать в вертикальном положении. Перед загрузкой второго и третьего слоев поверхность предыдущего слоя взрыхляют ножом на глубину 1-2 мм. Перед укладкой третьего слоя на цилиндр надевают насадку;

после уплотнения третьего слоя насадку снимают и срезают выступающую часть образца заподлицо с торцом цилиндра. Толщина слоя срезаемого грунта не должна быть более 10 мм. При большей толщине необходимо провести повторное испытание с уменьшенными толщинами слоев уплотняемого грунта;

где V - емкость цилиндра, равная 1000 куб.см;

снимают поддон и кольцо, раскрывают цилиндр и извлекают уплотненный образец грунта. Из верхней, средней и нижней частей образца отбирают по одной пробе массой не менее 30 г для определения влажности грунта (W) по ГОСТ 5180-84 ;

извлеченный из цилиндра грунт присоединяют к оставшейся в чашке части пробы, растирают, перемешивают и взвешивают. Затем повышают влажность пробы согласно п. 5.1. После добавления воды грунт перемешивают, накрывают влажной тканью и выдерживают не менее 15 мин.

5.5. Второе и последующие испытания грунта на уплотнение должны проводиться в соответствии с пп. 5.2-5.4.

5.6. Испытания по определению максимальной плотности скелета грунта следует считать законченными тогда, когда с повышением влажности пробы при последующих двух, трех испытаниях на уплотнение происходит последовательное уменьшение значений плотности уплотненных образцов грунта или когда грунт перестает уплотняться и начинает при ударах груза выжиматься из прибора.

6. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

6.1. По полученным в результате испытаний значениям плотности и влажности уплотненных

6.2. Строят график зависимости плотности скелета от влажности грунта (см. приложение 3), откладывая по оси абсцисс влажность уплотненных образцов в масштабе 1 см - 2%, а по оси ординат - плотность скелета грунта в масштабе 1 см - 0,05 г/куб.см. Находят максимум полученной зависимости и соответствующие ему величины максимальной плотности скелета грунта

Если при построении графика кривая зависимости получается без заметно выраженного пика,

достигается максимальная плотность скелета грунта.

6.3. Если в грунте содержались зерна крупнее 10 мм, которые перед испытанием согласно п. 4.1.2 были удалены из пробы грунта, то для учета влияния таких зерен на величину максимальной плотности грунта

исследуемого грунта в целом (с включением зерен крупнее 10 мм) по формулам:

Приложение 1. Схема прибора Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Обязательное

1 - поддон;

2 - разъемный цилиндр емкостью 1000 куб.см; 3 - кольцо; 4 - насадка; 5 - наковальня;
6 - груз массой 2,5 кг; 7 - направляющий стержень; 8 - ограничительное кольцо; 9 - зажимные винты.

Приложение 2. ЖУРНАЛ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ СКЕЛЕТА ГРУНТА

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Обязательное

Объект _____________________________________________________________

Место отбора грунта _________________________________________________

Глубина отбора грунта, м ________ ; мощность слоя грунта, м _____________

Вид грунта ____________________. Дата отбора __________________________

Масса пробы грунта (после размельчения) m(1), кг _______________________

Данные по остатку на сите зерен (после просеивания пробы):

а) масса зерен m(2), кг ___________; б) влажность зерен W(2) ____________

Влажность прошедшего сквозь сито грунта W(1), % ________________________

Масса отобранных для испытания проб грунта m(3), кг ____________________

Оптимальная влажность грунта W(опт), % _______________________________

Максимальная плотность скелета грунта с учетом зерен крупнее 10 мм

Уплотнение грунтов с которых сооружается з.п., явл-ся одним из важнейших технических процессов в результате которого достигается расчетная прочность, устойчивость и стабильность дорожной конструкции в целом в процессе будущих эксплуатации. Возведение насыпей без послойного уплотнения допускается только в отдельных случаях:

1) в насыпях на болотах;

2) в насыпях ч/з водослив;

3) при возведении насыпи методом гидронамыва с одномерных мелких барханных песков;

Плотность грунта уплотненного в конструкцию оценивается коэффициентом уплотнения кот. Представляет собой отношение фактической плотности грунта насыпи к максимальной стандартной при оптимальной влажности (метод стандартного уплотнения)

К у= ρ d /ρ max, ρ d = ρ/(1+0,01W)

Требуемая плотность грунтов в насыпи может быть достигнута при оптимальной влажности. Наибольшая плотность грунта может быть достигнута при применении машин и механизмов обеспечивающая максимально допустимое по условиям прочности для данного грунта контактное давление. Для определенияния оптимальной толщины уплотняемого слоя и количество проходов по одному следу следует производить пробное уплотнение или пользоваться эмпирическими зависимостями руководствуясь теоретическими предпосылками:

1) грунтовый массив в насыпи представляет собой 3-х фазную систему;

2) о степени сближения элементов твердой фазы для данного грунта можно судить только по плотности сухого грунта, при уплотнении грунта увеличение плотности может идти только за счет удаления газообразной фазы и частично за счет отжатая жидкой фазы;

3) важным явл-ся вопрос о требуемой плотности(должна обеспечивать не обходимую сопротивляемость грунта воздействию напряжений от нагрузок и погодно климатических факторов);

4) наибольшее распространение получил эмпирический метод назначение требуемой плотности

ρ ск тр =К у ρ ск max

Для определения максимальной плотности проводят испытания грунта в приборе стандартного уплотнения(грунт уплотняется в цилиндре послойно путем тромбования с помощью падающего груза) В результате испытаний получают кривую стандартного уплотнения (зависимость плотности сухого грунта от влажности)

Требуемая минимальная плотность сложения сухого грунта d , г/см 3 , т/м 3 , должна быть такой, чтобы грунт насыпи при воздействии временных поездных нагрузок работал практически в упругой стадии.

Требуемую в земляном полотне для песчаных и глинистых грунтов плотность сложения сухого грунта d определяют по формуле:

где k – минимальный коэффициент уплотнения, для верхней и для нижней частей, см. табл.5.4 стр.297 ;

Максимальная плотность сухого грунта, т/м 3 .

Таким образом:

Плотность грунта насыпи с учётом влажности определяется по формуле:

где: - оптимальная влажность.

Удельный вес грунта насыпи определяется по формуле:

Защитный слой – слой дренирующего грунта, который должен иметь соответствующий коэффициент уплотнения и толщину такую, чтобы под ним не возникали пластические деформации. Защитный слой укладывается под основную площадку для предотвращения пучения.

Согласно СТН Ц-01-95 толщина защитного верхнего слоя h защ для насыпи, отсыпанной супесью составляет 0,5-0,7 м. К расчету принята величина h защ =0,5 м. Защитный слой отсыпается из песчано-гравийной смеси с параметрами: с = 1 кПа; φ=33º.

Максимальная плотность (стандартная плотность) - наибольшая плотность сухого грунта, которая достигается при испытании грунта методом стандартного уплотнения.

Оптимальная влажность - значение влажности грунта, соответствующее максимальной плотности сухого грунта.

Поскольку при нарушении структурных связей грунта его свойства изменяются, необходимо изучать состояние грунта при ненарушенной структуре. Для этого в процессе инженерно-геологических изысканий из шурфов и скважин отбирают монолиты - большие образцы грунта ненарушенной структуры. Из этих монолитов в лабораторных условиях берут меньшие образцы и экспериментально определяют три основные характеристики:

· плотность (объемную массу) грунта ρ естественной (ненарушенной) структуры, равную отношению массы образца грунта к его объему;

· плотность (объемную массу) твердых частицгрунта ρ s равную отношению массы твердых частиц к их объему;

· природную весовую влажность грунта ω, равную отношению массы содержащейся в нем воды к массе твердых частиц.

Рис. 1.3. Схема составных частей (компонентов) образца грунта

Выделим из грунта образец объемом V = 1 см 3 и мысленно разделим его на две части: одну, занятую твердыми частицами, объемом V 1 , и другую, занятую порами, расположенными между этими частицами, объемом V 2 (рис. 1.3). Пространство, занятое порами, можно разделить в общем случае также на две части, одна из которых занята водой, другая - воздухом. Пусть масса твердых частиц в объеме V будет g 1 , а масса воды - g 2 (масса воздуха не оказывает влияния на результаты расчетов).
В соответствии с определениями

Плотность грунта определяют взвешиванием чаще всего по образцу, взятому в режущее кольцо, иногда парафинировавшем или другими методами, в т. ч. путем гамма-каротажа. Плотность твердых частиц находят с помощью пикнометра. Влажность грунта устанавливают взвешиванием образца естественной влажности до и после высушивания (до постоянной массы) при температуре 105°С.

21. Оптимальная влажность грунта и методика её определения

Эффективное уплотнение грунта возможно при значениях естественной (фактической) влажности грунта, близкой к значениям оптимальной. Оптимальная влажность – влажность грунта, при которой достигается максимальная плотность сухого грунта (скелета грунта) при стандартном уплотнении.

Значение оптимальной влажности определяется в лабораторных условиях или примерно рассчитывается по значению влажности на границе текучести W т :

где – переходный коэффициент, зависящий от вида грунта

Максимальная плотность является основной исходной характеристикой при назначении коэффициента уплотнения грунта в теле насыпи и контроле качест­ва уплотнения.

Опти­мальная влажность служит одним из критериев для оценки возможности и методов использования грунта для от­сыпки насыпи, а также яв­ляется важным параметром технологи­ческого процесса уплотнения.

Испытание проводится в приборе Союздорнии для стандартного уплотне­ния.

Рисунок 25 – Схема прибора Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов

1– поддон; 2 – разъемный цилиндр емкостью 1000см 3 ; 3 – кольцо;

4 – насадка; 5–наковальня; 6 – груз массой 2,5кг;

9 – зажимные винты.

По полученным в результате испытаний значениям плот­ности и влажности уплотненных образцов определяют плотность скелета (сухого) грунта ( ск) с погрешностью до 0,01 г/см 3

Строят график зависимости плотности скелета от влажнос­ти грунта, откладывая по оси абсцисс влажность уплотненных образцов в масштабе 1 см –2%, а по оси орди­нат – плотность скелета грунта в масштабе 1 см – 0,05 г/см 3 . На­ходят максимум полученной зависимости и соответствующие ему величины максимальной плотности скелета грунта ( ск) на оси ординат и оптимальной влажности (W опт) на оси абсцисс.

Точность считывания значений должна быть для  макс – 0,01 г/см 3 , а для W опт – 0,1%.

Рисунок 26 - Пример построения графика зависимости плотности скелета грунта

от влажности при стандартном уплотнении

22. Методы контроля качества уплотнения грунтов

При операционном контроле качества уплотнения грунтов допускается (СНиП 3.06.03-85) использовать ускоренные и полевые экспресс-методы и приборы.

В полевых условиях плотность и влажность грунтов можно опреде­лять

1– по принципу объемно-весового метода с помощью модернизирован­ного плотномера-влагомера Н. П. Ко­валева (для связных грунтов).

Рисунок 27 - Плотномер-влагомер Н. П. Ковалева

Основной частью прибора является поплавковое устройство. Оно состоит из корпуса 7 с трубкой 3, на которой нанесены применительно к различным грунтам четыре шкалы. Одна шкала (р ) предназначена для определения плотности их скелета р ск: "Ч" – гумусовых, "П" – песчаных и "Г" – глинистых грунтов. Заканчивается трубка крышкой 2.

Внутри трубки находится тарировочный груз 6. Для обеспечения устойчивости поплавка в вертикальном положении к нему с помощью стоек 8 прикреплен поддон 9 в виде массивного диска. Поплавко­вое устройство находится в футляре-резервуаре 4 как при испытаниях, так и в транспортном положении.

При определении плотности влажного грунта в резервуар за­ливают воду до зафиксированной внутренней отметки уровня 5 и опус­кают поплавок без сосуда 10. На крышку поплавка устанавливают ре­жущее кольцо 1 с пробой грунта, взя­той из земляного полотна, и по уров­ню воды на шкале определяют плот­ность (г/см 3) влажного грунта.

Для определения плотности ске­лета пробу грунта высыпают из режу­щего кольца в сосуд 10, наливают в него воду и тщательно перемешивают до ликвидации комков. После выхода пузырьков воздуха из разжиженного грунта сосуд устанавливают на под­дон, поплавок погружают в воду и по шкале, соответствующей виду грун­та, определяют плотность его ске­лета.

Влажность грунта определяют по специальным номограммам или по формуле

2 – Методом лунки (методом замещения объема)(для несвязных, мерзлых и крупнообломочных грунтов).

На уплотненном слое грунта вы­равнивают небольшую площадку и выкапывают лунку глубиной 3 /4 толщины слоя и объемом 6-10 л.

Грунт из лунки тщательно собира­ют и определяют его массу.

Для определения объема лунки над ней устанавливают двойную жестяную воронку (рисунок 28).

Рисунок 28 - Определение плотности грунта ме­тодом лунки

В лунку и нижнюю воронку засыпают сухой песок с зернами размером до 2 мм (не содержащий глинистых и пылеватых частиц) с помощью мер­ного цилиндра вместимостью 0,1 - 0,25 л без встряхивания.

Вычитая из общего объема засыпанного песка его объем, находящийся в воронке, получают объем песка в лунке, т. е. объем лунки. Плотность грунта полу­чают из отношения массы извлечен­ного из лунки грунта к объему лунки.

Влажность грунта определяют способом его высушивания до посто­янной массы. Плотность скелета грунта определяют по формуле

3 – Дина­мический зонд (динамический пенетрометр)

Прибор состоит из штанги 5 с конусным наконеч­ником, направляющей 3 с ограни­чителем высоты подъема гири и руко­яткой 1, наковальни 4 и гири 2. Масса гири 2,5 кг, площадь основа­ния конуса 2 см 2 , глубина зондиро­вания 30 см от поверхности слоя.

При испытаниях прибор устанав­ливают вертикально и забивают гирей конусный наконечник. После забивки конуса на 20 см фик­сируют количество ударов, необходи­мых для погружения конусного на­конечника на последние 10 см глу­бины. После забивки наконечника на 30 см прибор с помощью ручек извле­кают и приступают к испытаниям в следующей точке. При необходимос­ти проведения в одном месте несколь­ких параллельных испытаний рас­стояние между точками зондирования должно быть не менее 30 см.

Качество уплотнения оценивают по условному динамическому сопро­тивлению грунта.

Для определения плотности грун­та используют градуировочные гра­фики или корреляцион­ные зависимости.

Рисунок 29 - Динамический плотномер

При операционном контроле качества сооружения земляного полотна плотность грунта следует контролировать (СНиП 3.06.03-85) в каждом технологическом слое по оси земляного полотна и на расстоянии 1,5-2,0 м от бровки, а при ширине слоя более 20 м - также в промежутках между ними.

Контроль плотности грунта необходимо производить на каждой сменной захватке работы уплотняющих машин, но не реже чем через 200 м при высоте насыпи до 3 м и не реже чем через 50 м при высоте насыпи более 3 м.

Контроль плотности верхнего слоя следует производить не реже чем через 50 м.

Дополнительный контроль плотности необходимо производить в каждом слое засыпки пазух труб, над трубами, в конусах и в местах сопряжения с мостами.

Контроль плотности следует производить на глубине, равной 1/3 толщины уплотняемого слоя, но не менее 8 см.

Отклонения от требуемого значения коэффициента уплотнения в сторону уменьшения допускаются не более чем в 10 % определений от их общего числа и не более чем на 0,04.

Контроль влажности используемого грунта следует производить, как правило, в месте его получения (в резерве, карьере) не реже одного раза в смену и обязательно при выпадении осадков.

Для грунта, находящегося в трехфазном состоянии (скелет + вода + воздух), без учета его структурных особенностей единичный объем составит:
ρск/ρ+Wρск/100+σ/100=1,
где ρ - плотность грунта, г/см 3 ; W - влажность грунта, %; σ - объем воздуха, остающийся в порах грунта после уплотнения, %; 1-единичный объем грунта (1 см 3); ρск - плотность сухого грунта, г/см 3 .

Отсюда, основную характеристику уплотнения грунта (в сухом состоянии), т. е. его плотность определяют по формуле
ρск =(1-σ) ρ/(100+Wρ).

Плотность грунта, влажность и содержание воздуха зависят от его генезиса, степени дисперсности, природных условий местности, нагрузки от колес автомобилей и ряда других факторов. Плотность пылеватой супеси составляет 2,66 г/м 3 , легкой - 2,68, легкого пылеватого суглинка - 2,69 и тяжелого суглинка - 2,71, пылеватой глины -2,72 и жирной глины -2,71. В зависимости от зернистости грунтов изменяется и содержание воздуха: в песчаных грунтах - 8-10 %, в супесчаных -6-8 %,
в суглинках, в том числе и черноземных, - 4-5 % и в жирных глинах - 4-6 %.

Влияние влажности значительнее для более дисперсного грунта. Высокодисперсные грунты широко распространены в СССР. Такие грунты обладают большой удельной поверхностью, высоким значением влагоемкости и морозного пучения и т. д. (гл. 7.2).

Оптимальная влажность Wо - влажность, соответствующая максимальной плотности грунта ρmax при наименьшей затрате энергии на уплотнение. При такой влажности вода в порах грунта находится в адсорбированном состоянии и пористость соответствует объему воды, находящейся в ней, т. е. грунт представляет собой, согласно механике грунтов, грунтовую массу (см. рис. 11.2).

Рис. 11.2. Зависимость между влажностью и плотностью сухого грунта
Зоны; А - с влажностью менее оптимальной; Б - с оптимальной влажностью; С - с влажностью выше оптимальной

В СССР разработан стандартный метод определения значений Wо и ρmax, подробно рассматриваемый в курсе грунтоведения и механики грунтов. Характерные для стандартного уплотнения графики зависимости плотности сухого грунта от влажности представлены на рис. 11.3.

Рис. 11.3. Влияние уплотняющей энергии и влажности на плотность сухого грунта 1 - метод стандартного уплотнения (СССР); 2 - усиленное уплотнение по модернизированному методу Проктора (США); 3 - линия с грунтовыми порами, заполненными капиллярной водой (грунтовая масса)

Если затратить больше энергии на уплотнение, то снизится объем защемленного воздуха и воды, а потому повысится плотность грунта. Кривые зависимости между плотностью и влажностью будут располагаться ближе к верхнему левому углу графика. Соединив между собой точки наибольших значений плотности сухого грунта рек, получим прямую под углом а к горизонтали, характеризующую ход изменения оптимальной влажности (см. рис. 11.3). Для повышения модуля упругости грунтов во многих странах стремятся повысить требования к плотности. В частности, в США грунты уплотняют при меньшем значении оптимальной влажности, чем в СССР, за счет большей затраты энергии на уплотнение (кривая 2). Но при увеличении влажности выше оптимального значения резко снижается плотность сухого грунта, причем характер снижения совершенно одинаков независимо от энергии, затраченной на уплотнение (кривые 3).

Максимальная плотность грунта по методу стандартного уплотнения . Критерий «максимальная плотность» соответствует механическому уплотнению, например, связанных грунтов, когда вся вода в них находится в адсорбированном состоянии и пористость соответствует объему поровой воды. Из анализа рис. 11.3 видно, что метод стандартного уплотнения является условным. Прочностные характеристики (модуль упругости грунта E0, трение φ и сцепление С, установленные при плотности, соответствующей методу стандартного уплотнения, значительно ниже, чем, например, по модернизированному методу Проктора *, применяемому в США и других странах (рис. 11.4). Согласно этому методу грунт уплотняют при значительно большей затрате энергии, чем у нас.

Рис. 11.4. Влияние влажности и метода уплотнения на прочностные характеристики связных грунтов 1 - метод уплотнения, принятый в США (модернизированный метод Проктора); 2-метод стандартного уплотнения (СССР); ϕ - трение; с - сцепление; Е0 -модуль упругости грунта

Коэффициент уплотнения связного грунта по модернизированному методу, равный, предположим, Ко=1, соответствует методу стандартного уплотнения Ко=1,1 т. е. требования к плотности грунтов более жесткие, чем в СССР.

* Модернизированный метод широко применяют во многих странах. От нашего метода стандартного уплотнения он отличается тем, что грунт уплотняют хотя и в таком же металлическом стакане, но гирей массой 4,55 кг в 5 слоев с общим количеством ударов 125. У нас же сбрасывают гирю массой всего 2,5 кг и уплотняют грунт в 3 слоя.