7.2. Стандартна щільність та оптимальна вологість

Чим більша робота, витрачена на ущільнення тим більша максимальна щільність сухого ґрунту _dмах і тим менша вологість, при якій досягається максимальна щільність. Максимум _d при даній роботі, як правило, відповідає об’ємній частці повітря С_а = 0,05.

Вологість, при якій стандартним ущільненням досягається найбільша щільність сухого (скелету) ґрунту, називається оптимальною вологістю W_opt, а відповідаюча їй щільність – максимальною _dмах.

Максимальна стандартна щільність ρ_max - максимальна щільність, яка виникає внаслідок стандартного ущільнення

,

де ρ_S - питома маса мінеральної частини ґрунту;

V_o - об'єм повітря в долях одиниці, яке утримується в ґрунті при ρ_max.

Оптимальна вологість W_opt це вологість, яка відповідає максимальній щільності ґрунту ρ_max за найменшою витратою енергії на ущільнення. Оптимальна вологість ґрунту визначається згідно з ГОСТ 22733.

W_opt = k_гр W_L.

де k_гр – коефіцієнт, що залежить від гранулометричного складу ґрунту; k_гр =0,70…0,75 для супісків, k_гр =0,55...0,60 для суглинків, k_гр = 0,45...0,50 для глин.

Оптимальна вологість ґрунтів виду глинистих близька до межі пластичності W_optW_p2%, тобто вологість яка визначається при стандартному ущільненні ґрунту, близька до тієї вологості, при якій вся вода знаходиться в зв’язаному стані.

При такій вологості ґрунт має найбільшу стійкість до набрякання і дії морозу. Оптимальна вологість змінюється від 3 % для великоуламкових ґрунтів до 30 % і більше для глин.

Ступінь ущільнення ґрунту.

Необхідний ступінь ущільнення земляного полотна була встановлена шляхом спостереження за щільністю ґрунтів в насипах доріг, які багато років прослужили при інтенсивному русі.

Ступінь ущільнення ґрунту земляного полотна автомобільних доріг оцінюється коефіцієнтом стандартного ущільнення, яким називають відношенням фактичної щільності скелету ґрунту до його максимальної щільності скелету ґрунту при стандартному ущільненні

.

Значення К_у нормується в залежності від глибини розміщення шару ґрунту в насипу.

Вертикальне напруження в ґрунті від колеса автомобіля, зменшується з глибиною, а від маси ґрунту який лежить вище, – збільшується. Тому сумарні вертикальні напруженні в середній частині насипу менші, ніж у верхній і нижній її зонах. Крім того, в середній зоні стабільніша вологість. Верхня зона промерзає, а при позитивних температурах в нею проникають опади, а нижня, – близька до ґрунтових вод. Тому найбільше значення К_у передбачено для “робочого шару” ґрунту – верхніх 1,5м від поверхні покриття, а найменше для середньої зони (рис. 7).

Рис. 7. Необхідна щільність в залежності від глибини розміщення шару ґрунту в насипу

На рис. 8 приведено результати стандартного ущільнення глинистого ґрунту, а на рис. 8 номограма яка використовується в США для визначення типу ґрунту за результатами ущільнення по методу AASHO, що відзначається значно більшою енергією при ущільненні (рис. 9).

Рис. 8. Результати стандартного ущільнення глинистого ґрунту

Рис. 9. Результати досліджень ущільнюваності грунтів в США