М.4 Визначення модуля пружності ґрунту в лабораторії

Розрахункові значення модулів пружності ґрунту можна одержати за результатами випробування ґрунту в лабораторії при тій самій вологості і щільності, що він буде мати в дорожній конструкції в розрахунковий період. Оскільки відібрати зразки з непорушеною структурою з конструкції в розрахунковий період дуже важко, а при новому будівництві неможливо, доводиться штучно виготовляти зразки, що мають необхідну вологість і щільність. Як показують результати порівняльних випробувань, різниця в модулях пружності, визначених у конструкції й у лабораторії, для ґрунтів при одній і тій самій вологості й щільності у більшості випадків невелика. Розрахункова вологість ґрунтів при готуванні зразків (якщо для даних місцевих умов відсутні більш достовірні її значення) може бути визначена за додатком Д.

Щільність ґрунту залежить від прийнятої розрахункової вологості. При вологості, близькій до оптимальної, визначеній методом стандартного ущільнення (близько 0,65 – 0,70 від межі текучості), і більш низькій, за розрахунковий коефіцієнт щільності ґрунту у верхній частині земляного полотнина варто приймати в дорожньо-кліматичних зонах У-ІІ та У-ІІІ K_y = 0,98 1,02; у зоні У-IV К_у = 0,95 0,98 (більші значення коефіцієнтів ущільнення приймають для капітального дорожнього одягу, менші – для полегшеного і перехідного).

При більш високих розрахункових вологостях щільність зразків ґрунту встановлюють, виходячи з умов, щоб у порах кістяка розмістилася вся вода і стиснене повітря. У цьому випадку щільність кістяка ґрунту:

(M.12)

де – щільність мінеральної частини, прийнята в середньому для непластичних ґрунтів 2,65 т/м³ і для пластичних 2,68 т/м³;

V – об'єм затисненого в порах повітря, у частках одиниці (звичайно 0,05 – для пластичних і 0,08 – для непластичних ґрунтів);

W – вагова вологість, у частках одиниці;

– щільність води, прийнята рівною 1 т/м³.

Зразки ґрунту готують з пошаровим ущільненням у сталевій, циліндричній формі, діаметр якої повинен бути не менше за чотири, а висота – не менше за три діаметри D штампа. Оскільки ґрунт випробовують штампом D = 4 – 5 см, діаметр форми повинен бути 15 – 20 см, а висота – 15 см.

Коли розрахункова вологість зразка не значно перевищує оптимальну, зразок готують при розрахунковій вологості і необхідній щільності. У цьому випадку необхідну кількість (за масою) рівномірно зволоженого ґрунту укладають у форму в три – чотири прийоми, зазвичай рівними порціями. Кожен шар ущільнюють металевим трамбуванням до необхідного за розрахунком об'єму. Утворену на поверхні кожного шару переущільнену кірку розпушують, потім укладають і ущільнюють наступну порцію ґрунту, і так до заповнення усієї форми. Зразок виготовляють на 2 см вище за поверхню форми, для чого до форми за допомогою флянців кріплять надставку, розрізану по твірній (рисунок М.8). Перед випробуванням надставку знімають, а надлишок ґрунту обережно зрізають на рівні з поверхнею форми. Цим забезпечують гладку однорідну поверхню зразка, на яку встановлюють штамп при випробуванні.

Ущільнений у формі ґрунт разом з надставкою поміщають не менше, ніж на добу, у вологий ексикатор для більш рівномірного розподілу вологи. Тільки після цього зразок випробовують.

Коли розрахункова вологість ґрунту значно вище за оптимальну, зразки для випробування готують, насичуючи водою попередньо ущільнений до необхідних величин ґрунт. Для цього металева форма повинна мати друге дно з отворами діаметром 1 мм (див. рисунок М.8).

У порожнину, що утвориться, вставляють два патрубки до яких кріплять гумові трубки. Ґрунт укладають у форму (на покладений на дно з отворами фільтрувальний папір) і ущільнюють пошарово до щільності скелета, яку обчислено за формулою (М.12). Особливо ретельно потрібно розпушувати поверхню кожного шару на глибину близько 5 мм, щоб зруйнувати переущільнену кірку, що утворилася. У протилежному випадку не буде досягнуто рівномірного за висотою насичення зразка водою. Для насичення на один патрубок надягають гумовий шланг від резервуара з водою, який встановлюють так, щоб рівень води знаходився на 20 – 50 см вище за поверхню ґрунту у формі. На інший патрубок надівають шланг, прикріплений до встановленої вертикально скляної трубки. При цьому потрібно стежити, щоб між поверхнею води в порожнині форми та дном з отворами не утворилася повітряна подушка.

1 – надставка; 2 – форма; 3 – дно з отворами; 4 – патрубок

Рисунок М.8 – Форма із надставкою

Зразок насичують до повного наповнення пор водою, що визначають періодичним зважуванням форми з ґрунтом. Для насичення потрібно 2 – 5 діб.

Після закінчення насичення на шланги ставлять зажими, шланги відключають від джерел постачання водою, уміщують форму з ґрунтом на добу у вологий ексикатор, після чого зразок випробовують на важільному пресі. Навантаження прикладають через штамп, який розміщують у центрі зразка. Штамп має розташовані вздовж діаметра заплечики, на які встановлюють ніжки індикаторів для виміру вертикальних переміщень штампа (див. рисунок М.6). Переміщення центра штампа приймають рівним напівсумі відліків за індикаторами. Утримувачі індикаторів кріплять на фасонних пластинках, пригвинчених до фланця форми.

Навантажують рівнями з розвантаженням після кожного рівня. Кожен рівень навантаження витримують до загасання деформації (різниця відліків за індикаторами – не більше 0,01 мм за 5 хв). Після того, як зафіксований відлік за індикаторами, штамп розвантажують і очікують відновлення деформації (допуск той самий, що й при навантаженні). Потім навантажують наступним рівнем, і так до досягнення навантаження, при якому починають інтенсивно розвиватися пластичні зсуви у товщі масиву. Це звичайно супроводжується значним збільшенням залишкової деформації. Рівні навантаження вибирають такими, щоб мати три рівні в процесі випробування.

На основі отриманих значень зворотної деформації при кожному рівні навантаження будують графік залежності пружної деформації ґрунту від тиску по підошві штампа та за формулою (М.9) обчислюють модуль пружності при кожному рівні навантаження.

При випробуванні зв'язаних ґрунтів високої вологості слід давати привантаження навколо штампа. Щоб уникнути грубих помилок, не можна випробовувати в лабораторії малими штампами зразки малозв'язаних зернистих матеріалів (гравій, щебінь). Такі матеріали слід випробовувати штампами діаметром 25 – 35 см. При кожному значенні вологості й щільності ґрунту повинно бути випробувано не менше, ніж шість зразків.

Поиск по сайту: