Как рассчитывать коэффициент уплотнения грунта?

Катки по виду вальцов

Вальцы – рабочие элементы дорожного катка, которые непосредственно контактируют с полотном, а также часто выступают в роли колес.

Также существуют катки со «специальными» вальцами. Такие варианты очень редкие, так как делаются только под заказ, и под конкретные задачи. Предусматривают комбинацию нескольких видов вальцов.

Характеристики плотности строительных материалов

Если в карьере горные породы находятся в плотном монолитном состоянии, то при добыче они разрыхляются, становятся более пористыми. Сырье проходит множество манипуляций — выемку, промывку, просеивание с распределением на фракции, хранение. При отгрузке материалы опять рыхлятся, а при перевозке трамбуются. На завершающей стадии они укладываются в конструкцию и еще раз уплотняются. На протяжении всего процесса изменяется влажность, что неизбежно отражается на плотности.

Сыпучие материалы — щебень, песок, песчано-гравийная смесь ПГС и т.д. — состоят из отдельных зерен, между которыми есть пустоты. При разработке, погрузке и выгрузке твердый скелет разрыхляется, объем пор и пустот увеличивается.

Рыхлонасыпанное состояние материала характеризуется насыпной плотностью, то есть соотношением массы и объема, ей занимаемого:

ρн=m/Vн

Измеряется она путем взвешивания стандартного мерного сосуда объемом 5-50 дм³ без предварительного уплотнения. Размер тары выбирается исходя из наибольшей крупности частиц. В процессе испытаний сразу можно найти пустотность как отношение объема пустот ко всему объему материала. Она определяется в %. Так, насыпная плотность песка составляет 1600 кг/м³, щебня 1310-1400 кг/м³, ПГС — 1340-1500 кг/м³ (в зависимости от размера фракций). В рыхлом состоянии между частицами сохраняется некоторый объем воздуха. Пустотность песка, щебня и ПГС соответственно 30-45%, 20-50% и 30-50%.

Если убрать все поры из материала, то получится сплошной монолит. Его плотность называется истинной. Она намного больше насыпной: у песка это 2500-3000 кг/м³, щебня — 2700-3100 кг/м³, ПГС 2500-3100 кг/м³. Это величина неизменная, она необходима для вычисления пористости материала.

Истинная плотность определяется опытным путем. Сырье измельчается в порошок, затем находится его масса и объем (по объему вытесненной из сосуда воды). По формуле ρ=m/V рассчитывается удельный вес материала без пор и пустот.

Определение Ку в лабораториях или полевых условиях

Имея на руках проект с заданным коэффициентом уплотнения ПГС, песка или грунта, необходимо установить, соответствует ли фактическая плотность основания нужному значению. Для этого используются различные методики.

С помощью отбора проб

Этот способ наиболее точный, но не очень скоростной. Требуется участие лаборатории, поскольку на стройплощадках сложно организовать благоприятные условия для измерений.

Для опытов используются режущие кольца известного объема. Без нарушения структуры материала производится отбор проб и дальнейшее их взвешивание.

Отобранный в нескольких точках участка грунт упаковывается в герметичную тару и отправляется на исследование. После получения результатов взвешивания определяется зависимость плотности грунта от влажности и рассчитывается фактический коэффициент уплотнения в каждой точке отбора. После оценки степени подготовки грунта выносится решение о продолжении или прекращении работ по трамбовке грунта.

Динамическим плотномером (пенетромером)

Измерения применяются в качестве экспресс-метода, позволяющего оценить степень уплотнения основания в полевых условиях. Динамический плотномер представляет собой заостренный стальной стержень с ручкой и ударной площадкой. На нем подвижно закреплен груз определенной массы.

Плотномер устанавливается вертикально на основание. Затем груз поднимается и сбрасывается на ударную площадку. При этом стержень постепенно погружается в грунт. Количество ударов подсчитывается.

После того как наконечник полностью опустится ниже поверхности, по специальной таблице определяется коэффициент уплотнения. Если он меньше требуемого проектом, производится дополнительная трамбовка. Если Ку соответствует нужному значению, основание готово к дальнейшим работам.

Для уплотнения используются виброплиты, ручные и автоматические трамбовки. Чем ближе коэффициент Ку к единице, тем меньше в грунте пустот, соответственно выше плотность.

Электромагнитный метод

При таком способе плотность грунта на стройплощадке сравнивается с ранее установленной в лабораторных условиях. Измерения проводятся специальным прибором, инициирующий электрическое поле. Он передает электромагнитный импульс, который проходит через грунт и фиксируется датчиком, а по изменению значения определяется плотность.

Для испытаний на участке выбирается не менее 5 точек, расположенных по принципу клеверного листа. Большую погрешность дают влажность, крупные твердые включения, неоднородность почвы. Измерения проводятся относительно долго по сравнению с другими вариантами, где результат можно получить за один сеанс.

Метод штампа

При этом способе определяется динамический модуль упругости грунта, который находится в прямой зависимости от его плотности. Прибор состоит из нагрузочной плиты, тензодатчика усилий, штанги с грузом и упругим элементом, акселерометра и электронного блока.

При сбрасывании груза на площадку он, благодаря силе упругости, возвращается в исходное положение. Параметры взаимодействия считываются и обрабатываются электронным блоком. По результатам испытаний определяется модуль упругости, деформации и нагрузка. Информация представляется в графическом или численном виде на дисплее. Плотномер может архивировать и отправлять данные в ПК, что создает предпосылки для более детальной обработки и планирования строительства.

Прямой метод замещения объема

Согласно стандарту ГОСТ 28514-90 плотность грунта может измеряться с помощью пескозагрузочного аппарата или цилиндра с резиновым баллоном. Перед испытаниями в лабораторных условиях определяется плотность песка, в опытах она будет образцом для сравнения.

Для проведения испытаний на уплотненном основании выбирается лунка диаметром 100 мм. В нее из установленного сверху пескобака засыпается песок. Объем загрузки вычисляется по шкале на баке. Далее измеряется вес вынутого грунта. При известных параметрах среды (в данном случае песка) плотность грунта рассчитывается по формуле:

ρ=m*ρ0/m0, где ρ0 и m0 — плотность и масса песка, наполняющего лунку.

В методике с резиновым баллоном в качестве среды используется вода, которая заливается внутрь аппарата. Баллон помещается в вырытую лунку, заполняется водой. По количеству потраченной воды определяется объем грунта. Далее, измерив вес пробы, можно найти искомую плотность и коэффициент уплотнения.

Этот метод можно использовать, если количество твердых крупных частиц превышает 25%. Это щебеночные и гравийные основания, а также подушки из смесей ЩПС или ПГС.

Используемые материалы

Для оснований разного типа может использовать как местный грунт, подвергнутый трамбовке, так и завозные материалы. Чаще всего трамбовке подвергают местные грунты полускального и песчаного типа. Уже суглинки, и тем более глинистые грунты необходимо убирать на глубину котлована и заменять подушкой из песка и гравия.

При этом слои основания обязательно подвергают трамбовке, эффективность которой зависит от следующих факторов:

• материал слоя. Для щебня разных пород, гравия, гравийно-песчаной смеси (ПГС) и песка коэффициент уплотнения сильно отличается;
• фракции материала. Чем крупнее фрагменты, тем сложнее их уплотнить;
• способа трамбовки – ручная, механизированная – и прилагаемого усилия;
• высоты и общего объема засыпаемого слоя;
• наличие материала с зернистостью меньше, чем задано нижней границей данного класса (например, для щебня фракции 5…20 содержание камня размером до 3 мм включительно составляет около 5% — такое расхождение мало повлияет на степень уплотнения. Если процентная доля составляет ¼…1/4 объема – придется вносить поправки);
• лещадности (для щебня). Этот параметр выражает отношение содержания кубовидных камней к плоским. Чем ниже лещадность, тем больше кубических элементов и тем плотнее можно утрамбовать щебень;
• влажности слоя.

Нормы качества, фракции и другие параметры щебня регулируются ГОСТ 8267-93 для щебня и ГОСТ 8736-2014 для строительного песка.

Соответственно, степень уплотнения любого сыпучего материала, выражаемая безразмерным коэффициентом, зависит от типа материала и условий работы.

Методы уплотнения грунта

Качественный состав грунтов отличается в зависимости от географического расположения. При этом каждый из них имеет свою плотность, влажность и способность к проседанию. Поэтому для каждого вида почв разрабатывается комплекс мер, направленный на улучшение их характеристик, формирующий целую методологию.

Способность грунта к уплотнению определяется коэффициентом уплотнения, который вычисляется в лабораторных условиях соответствующими органами. И в зависимости от полученных показателей выбирается оптимальный метод уплотнения. При этом впоследствии рассчитывается усилие, прикладываемое для получения требуемого результата.

Условно методы разделяют на группы в зависимости от способа достижения цели – выведения воздуха из слоя почвы на заданной глубине. Так, различают поверхностные и глубинные способы. А категории оборудования и способы его применения выделяют статические, вибрационные, ударные и комбинированные методы, сочетающие в себе несколько видов влияния (давления). При этом тип оборудования отображает способ применения силы, к примеру, пневматические катки.

Часть таких методов может применяться для малого частного строительства, другие же используются исключительно при возведении масштабных объектов при согласовании с местными властями, поскольку некоторые из них могут повлиять не только на заданную площадь, но и окружающие объекты и привести к их полному или частичному разрушению.

Как узнать коэффициент уплотнения

Легче всего взять данные о коэффициенте уплотнения из ГОСТов. Они р ассчитаны для разных видов материала.

В лабораторных условиях коэффициент уплотнения определяют следующим образом:

• Измеряют общую или насыпную плотность материала. Для этого измеряют массу и объем образца, вычисляют их соотношение
• Затем пробу встряхивают или прессуют, измеряют массу и объем , после чего определяют максимальную плотность
• По соотношению двух показателей вычисляют коэффициент

Документы указывают усредненные значения коэффициента уплотнения. Показатель может меняться в зависимости от различных факторов. Приведенные в таблице циф р ы достаточно условные, но они позволяют рассчитать усадку больших объемов материала.

На значение коэффициента уплотнения влияют:

• Особенности транспорта и способа перевозкиЕсли материал транспортируют по выбоинам или железной дороге , он уплотняется сильнее , чем при перевозке по ровной трассе или морю
• Гранулометрический состав (размеры, формы зерен, их соотношение)При неоднородном составе материала и наличии лещадных частиц (плоской или игловидной форм) коэффициент будет ниже. А при наличии большого количества мелких частиц – выше
• ВлажностьЧем больше влажность, тем меньше коэффициент уплотнения
• Способ трамбовкиЕсли материал утрамбовывают вручную, он уплотняется х у же, чем после применения вибрирующих механизмов
• Насыпная плотностьКоэффициент уплотнения напрямую связан с показателем насыпной плотности. Как мы уже сказали, в процессе трамбовки или транспортировки плотность материала меняется, так как становится меньше пустот между частицами. Поэтому насыпная плотность во время отгрузки в автомобиль на ка р ьере и после прибытия к заказчику разная. Эту разницу можно высчитать и проверить как раз благодаря коэффициенту уплотнения. Подробнее об этом вы можете прочитать на странице Насыпная плотность сыпучих материалов

Также вы можете посмотреть конкретные показатели для следующих материалов:

• Асфальт
• Глина
• Грунт
• Керамзит
• Отсев
• ПГС
• Песок
• Скальный грунт
• Уголь
• Щебень

Коэффициент уплотнения – это важный показатель, помогающий узнать, сколько сыпучего материала заказывать. Он дает возможность проконтролировать, действительно ли вам привезли заказанный объем. Показатель нужно знать строителям при возведении зданий , чтобы правильно рассчитать наг р узку на основание.

Коэффициент уплотнения грунта

Коэффициент уплотнения грунта – это отношение фактической плотности грунта (скелета грунта) в насыпи, к максимальной плотности грунта (скелета грунта).

Что значит коэффициент уплотнения 0,95?

Коэффициент уплотнения грунта 0,95 означает, что фактическая плотность грунта составляет 95% от максимально возможной плотности грунта (определяется в грунтовой лаборатории).

Нормативные коэффициенты уплотнения приведены в таблице в конце страницы.

Данный коэффициент определяют следующими методами:

1. Метод режущего кольца — отбирают пробы грунта из уплотняемого слоя и производят испытание в грунтовой лаборатории в соответствии с ГОСТ 5180-2015 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик». Главный недостаток метода: длительные испытания (транспортирование и испытание в лаборатории)

Режущие кольца для определения коэффициента уплотнения грунта

2. Динамическим плотномером грунта (ДПГ) — принцип действия основан на методе падающего груза, при котором измеряется сила удара и деформация грунта. Применяется совместно с методом режущего кольца с целью ускорения определения коэффициента уплотнения грунта.

• На начальном этапе ДПГ калибруется в нескольких местах отбора проб по данным испытаний по методу режущего кольца (ГОСТ 5180-2015)
• Затем по данным калибровки определяют коэффициент уплотнения в остальных точках, что позволяет получить результаты сразу на площадке.

Требуемый коэффициент уплотнения грунта (согласно СНиП 3.02.01-87) обратной засыпки или насыпи представлен в таблице 1.

Таблица 1. Коэффициент уплотнения грунта

Таким образом, например, коэффициент уплотнения грунта обратной засыпки выполненной из песка, мощностью отсыпки 2,5 м и нагрузкой на насыпь 0,3МПа составляет 0,95

Методика определения коэффициента относительного уплотнения песков

При выполнении строительных или дорожных работ с применением земляных работ, подрядчик предполагает внедрение картограммы, которая учитывает коэффициент запаса на уплотнение песка. Для каких производственных и технологических целей предназначено данное действие? Принципиальная сущность материала (песок, гравий, щебень, керамзит и т.д.

) позволяет определить величину соотношения плотности имеющегося сыпучего вещества и его максимальной величины плотности. Эталонные фиксированные значения, которые предназначены для методики определения коэффициента относительного уплотнения песка, рекомендуется искать в соответствующих официальных нормативных положениях регламентах.

В качестве официальных эталонных расчётов допускается использование документов:

• ГОСТ 8736-93;
• ГОСТ 7394-85;
• ГОСТ 25100-95;
• СНиП 2.05.02-85.

Согласно нормативным положениям в проектной официальной документации допускается применение особых параметров коэффициента уплотнения (Купл) для определённых видов строительных, производственных и дорожных работ.

Уплотнение песка

Для потребителей и производственников представлена технологическая таблица, в которой допускается применение рекомендованного параметра расчётов:

Тип производственных работКоэффициент расчёта (Купл)

Для определения коэффициента уплотнения песка используют первоначальные параметры так называемого условной величины параметра «скелета» вещества. По своему типовому значению, это сплошная твёрдая часть аналитического материала, которая имеет различные параметры по фактическим данным влажности готового материала и степень допустимой рыхлости. При реальном расчёте степень уплотнения песка рассчитывается по показателям зависимости объёмной массы имеющихся в твёрдом состоянии частиц в веществе (в нашем случае аналитический песок), который бы приобрёл в том случае, если всю площадь заняла жидкость (вода).

Для определения реального значения Купл, используется лабораторная система испытаний и расчёта, например для карьерного материала, речного, морского, используемого в работе проводят испытания, и составляется протокол испытания уплотнения песка. В итоге испытания, в процессе лабораторных действий добавляют влагу, для определения точного Купл.

Как определяется Купл в процессе добычи материала?

Некоторые заказчики требуют от производителей материала предоставить данные по коэффициенту уплотнения в самом начале добычи материала, и важным фактором расчёта данных является послойное уплотнение песка. Ниже приведены варианты уплотнения по региональным параметрам:

Уровень разработанного слоя земляного полотнаГлубина для слоя, в метрахУсовершенствованное допустимое покрытиеОблегчённый или переходной тип покрытия

При помощи этих данных можно с лёгкостью произвести измерение уплотнения песка прибором. Вместе с этим, необходимо помнить, что в конкретной ситуации потребуется учитывать воздействие дополнительных параметров на грунт, (как в одну сторону, так и в другую-большую или меньшую величину показателя).

Как изменить плотность прибором?

В лабораторных условиях используют специальный прибор в виде металлического кольца и металлического стрежня. Полное название прибора определения коэффициента уплотнение и плотности песка — пикнометр.

Измерение коэффициента плотности песка

Возьмём, к примеру, из аналитической партии примерно 30 кг вещества. Просеиваем материал через специальное сито, с диаметром ячейки в 5 мм. Высушиваем материал и доводим его до комнатной температуры. На сайте интернет-журнала «О спецтехнике» можно ознакомиться с дополнительными методами определения коэффициента плотности.

Далее мы перемешиваем аналитический материал и разделяем на 2 равные части. Взвешиваем пикнометром каждую часть материала и заполняем образец протокола испытания уплотнения песка. Добавляем в пикнометр примерно 2/3 части дистиллированной воды на весь объем испытуемой партии. Содержимое прибора перемешиваем и помещаем в песчаную готовую тару в виде ванны, которая расположена под определенным наклоном.

Песок и щебень в МО — самые низкие цены здесь!

Коэффициент уплотнения (трамбовки) ПГС, песка, щебня, грунта.

Коэффициент уплотнения (Купл)

— это нормативное число, которое определяется ГОСТами и СНИПами, учитывающий во сколько раз сыпучий материал ( а именно ПГС, песок, щебень, грунт и др.) уплотнился (следовательно, уменьшился и его наружный объем) при перевозке и трамбовке. Значение его колеблется в пределах 1,05 — 1,52:

Коэффициент уплотнения учитывают от объёма поставленного сыпучего материала (грунт, пгс, песок, щебень, керамзит и т.д.), а также от механизма уплотнения (трамбовки). Немало важным является само качество инертного материала. К примеру, ПГС (песчано-гравийная смесь) может содержать различное содержание гравия (от 10% до 90%), а отсюда меняться К упл. Исходя из этого, данные в таблице предоставлены средние.

Коэффициентом уплотнения называется безразмерное число, показывающее степень уменьшения наружного объема сыпучего зернистого строительного материала при его перевозке транспортом или трамбовке. Используется применительно к песчано-гравийным смесям, песку, щебню, грунту.

Каждый вид щебня имеет свою маркировку, указанную в принятом стандарте (ГОСТ 8267-93). В нем же описаны методы определения коэффициента уплотнения.

Производители должны указать данный параметр в маркировке щебня того или иного вида. Степень уплотнения определяется также специалистами экспериментальным путем. Результаты могут быть получены в течение 3-х дней. Величину уплотнения щебня измеряют и экспресс методами. Для этого используются статические и динамические плотномеры. Расходы на измерение значения коэффициента в лабораторных условиях значительно ниже, чем прямо на стройплощадке.

Для чего нужно знать значение коэффициента уплотнения?

Знание точного значения Ку (коэффициента уплотнения щебня) требуется для определения: а) массы закупаемого строительного материала; б) степени дальнейшей усадки щебня в строительных работах. В обоих случаях нельзя допускать погрешностей.

Массу щебня (в кг)можно вычислить перемножив значения 3-х величин:

— объема заполнения (в м3); — удельного веса (в кг/м3); — коэффициента уплотнения (в большинстве случаев колеблется в пределах от 1,1 до 1,3).

Специалисты пользуются таблицами средней массы щебня в зависимости от фракции. Так, например,в 1 м3

щебня умещается1500 кг фракции 0-5 мм и 1470 кг – фракции 40-70 мм .

Работ с сыпучими материалами связана и с такой величиной, как насыпная плотность. Ее учет обязателен в процессе расклинцовки, укладки щебня, расчета состава бетона. Ее значение определяется опытным путем с помощью специальных сосудов (объем до 50 л). Для этого, разность масс пустого и наполненного щебнем сосуда, делится на объем самого сосуда.

Расклинцовка

— плотная укладка щебеночного основания с помощью зерен различных фракций. Суть технологии –заполнение больших пустот между крупными зернами мелкими кусками.

Трамбовка

– одно из обязательных условий упрочения основания дорог или фундаментных оснований зданий. Проводится с помощью специальной техники (механический каток, виброплита) или ручной трамбовки. Качество уплотнения контролируется специальным прибором. Величину уплотнения (трамбовки) можно определить несколькими методами. В частности, методом динамического зондирования.

Коэффициент уплотнения

также используется при расчете необходимого количества сыпучих материалов для планировки участка щебнем. Пусть толщина укладки – 20 см. Какое количество отсева нам нужно для 1 м2 участка? Умножив объем участка на удельный вес (1500 кг/м3) и на коэффициент уплотнения (1,3), получим 390 кг.

Следует помнить, что различные фракции щебня обладают разным коэффициентом уплотнения. Этот параметр приобретает большое значение при выполнении проектировочных работ на основе щебня.