Коэффициент уплотнения песка, щебня, грунта и ПГС — таблица и правила расчета. Что такое коэффициент уплотнения.

Обратная засыпка — это заполнение ранее вырытого котлована после возведения необходимых сооружений или проведения определенных работ. Обычно засыпка производится грунтом, но часто используется кварцевый песок.

Коэффициент уплотнения песка, щебня, грунта и ПГС — таблица и правила расчета

Коэффициент уплотнения грунта — что это такое и как он рассчитывается Коэффициент уплотнения грунта показывает, насколько изменяется объем засыпки после уплотнения или даже транспортировки. Он определяется соотношением между максимальной плотностью и общей плотностью. Каждый вид сыпучего материала состоит из элементов, точнее, зерен. Между ними всегда есть пустоты, т.е. поры. Чем больше пустот, тем больший объем занимает вещество.

Если говорить проще, вспомните детскую игру в снежки. Чтобы сформировать хороший снежок, нужно набрать большую горсть снега и сжать его как можно плотнее. Таким образом вы уменьшаете количество промежутков между снежинками, то есть сжимаете их вместе.

Это уменьшает объем. То же самое происходит, когда вы насыпаете зерна в банку, а затем встряхиваете их или сжимаете пальцами. Зерна сжимаются. Другими словами, коэффициент сжатия — это разница между материалом в его нормальном состоянии и сжатием.

Используемые материалы

Для различных типов подложек можно использовать как местные спрессованные, так и импортные материалы. Чаще всего используются местные уплотненные полутвердые и песчаные почвы. Суглинистые и даже глинистые грунты должны быть удалены на глубину котлована и заменены подушкой из песка и гравия.

Одновременно необходимо уплотнить слои основания, эффективность которого 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.

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

Таким образом, степень уплотнения любого сыпучего материала, выраженная в виде безразмерного коэффициента, зависит от вида материала и условий работы.

Методы определения

Плотность определяется в соответствии с ГОСТ 5180-84. Он предусматривает различные методы определения в зависимости от типа грунта.

Плотность частиц почвы или твердой фракции — это среднее значение всех ее компонентов: органических, неорганических и других веществ. Она равна отношению объема твердых частиц к их массе. Поэтому она зависит от состава и типов содержащихся веществ. Для разных типов веществ эти свойства обычно стабильны и известны. Например, средняя плотность частиц почвы составляет 2,74 г/см3 для глины, 2,7 г/см3 для супеси, 2,66 г/см3 для песка и 2,71 г/см3 для глинистого суглинка.

Пористость

Плотность почвенных частиц и доля отдельных типов материала в общей массе почвы еще недостаточно характеризуют ее. Это связано с тем, что пористость или содержание влаги в почве не определены. Для исследования отбираются образцы с естественной влажностью. Для растекания — она находится в пределах от 1,3 до 2,2 г/см3. Для более точного определения это значение должно быть рассчитано для ненарушенной или естественной структуры. Она называется плотностью почвенного скелета. Для этого нужно взять твердые частицы почвы и разделить их вес на объем. Как видно, в расчет берутся материалы, не содержащие влаги. Поэтому данный параметр называется плотностью сухой почвы. Он определяется экспериментально и рассчитывается из величины уплотнения и влажности.

Уплотнение или перемещение компонентов грунта без изменения их физико-химического состояния для инженерно-строительных целей. Результатом этого действия является перераспределение частиц и увеличение числа контактов между ними. Механизм заключается в вытеснении воздуха и жидкостей из породы. Остается не более 5 % воздуха. Для этого используются различные методы: Качение, уплотнение, вибрация, восстановление, увлажнение, взрывные работы и сочетание нескольких методов одновременно.

Результат, который может быть достигнут с помощью этих методов, различается в зависимости от типа почвы. Поэтому дается определение термина коэффициент уплотнения грунта и разрабатываются методы его расчета.

Определение коэффициента уплотнения необходимо для проектирования и строительства различных типов зданий, сооружений, дорог, мостов и других объектов.

В соответствии с требованиями проектной документации, ГОСТ и СНиП должен быть определен и соблюден коэффициент уплотнения грунта. Коэффициент рассчитывается как отношение плотности сухого грунта или скелета на участке проведения работ — контрольном участке — к плотности того же самого, прошедшего соответствующую процедуру в лабораторных условиях. Согласно нормативам, это соотношение должно быть не менее 0,95 — 0,98.

Это один из важнейших показателей и критериев хорошо выполненной работы, гарантирующий надежность и долговечность изготовленной конструкции.

Алгоритм определения коэффициента уплотнения грунта

Для проведения необходимых расчетов используются различные инструменты. Однако оптимальным считается метод определения коэффициента уплотнения грунта на режущем кольце, работа которого регламентируется ГОСТ 5180-84.

Процедура заключается в следующем:

1. Выбор и разметка на плане/фото/местности точек опробования, то есть мест взятия проб, количество которых зависит от площади участка.
2. Аккуратное снятие с каждого из них верхнего слоя земли толщиной 5–10 см для получения площадки либо рытье шурфа, если необходимы более глубокие пласты.
3. Определение уплотнения почвы в каждой точке при помощи профессионального инструмента. Анализ результатов. Выбор нескольких точек с минимальными и максимальными результатами для получения усредненного итога.
4. Взятие проб грунта:
   • Ненарушенного сложения, то есть с сохранением естественной плотности. Используется метод режущего кольца, при котором нужная для исследования земля остается внутри кольца. С каждой точки для достоверности берется по две пробы, разница между которыми должна быть равна или меньше 0,02 г/см³. Образцы герметично пакуют и маркируют в соответствии с ГОСТ 12071-2000.
   • Нарушенного сложения. Этому определению соответствует грунт вокруг кольца.
5. Отправка проб на анализ в лабораторию, где каждый образец взвешивают и определяют плотность по формуле: ρ = m/v, (г/см 3 ), где ρ – плотность, m – масса, v – объем кольца. Затем при помощи сушильного шкафа при температуре +100…+105 °C вычисляют и влажность (w, считается в %).
6. Расчет плотности грунта ρd. Производится после высыхания пробы в сушильном шкафу по формуле ρd= ρ/(1+0,01w), (г/см3).
7. Испытание образцов нарушенного сложения (собранных вокруг колец) на ручном или полуавтоматическом приборе стандартного уплотнения.
8. Построение графика зависимости. В качестве переменных используются показатели влажности и плотности почвы. Определение наивысшей точки. Выведение ее координат: максимального значения плотности (ρdmax) и соответствующего ему показателя влажности wopt.
9. Произведение вычислений. Значение коэффициента уплотнения грунтов определяется по формуле: kcom=ρd/ρdmax (отдельно для каждой точки).
10. Сравнение результатов экспресс-анализа, проведенного перед изъятием проб, с лабораторными. Выводы о степени уплотненности почвы на исследуемом участке. Оформление заключения в соответствующих показателях.

Определение коэффициента уплотнения грунта с помощью трамбующей установки

Грунт, взятый для анализа, испытывается в лаборатории по определенным параметрам. Испытания проводятся с помощью устройства для уплотнения. Процедура:

• Отбор не перенасыщенного водой и не перемерзшего, с естественным уровнем влажности, грунта, в котором объем твердых крупных включений (от 2 мм) составляет максимум 1/4 от общей массы.
• Трехкратная прессовка заложенного в форму образца (40 ударов за один подход).
• Взвешивание и определение плотности 1 л утрамбованного грунта.
• Пошаговое увеличение влажности каждый раз на 2 % с повторением цикла и фиксацией новых параметров.
• Построение графика. Выведение зависимости плотности от влажности с отметкой ρmax в наивысшей точке.

Данные испытания проводятся для выявления и предотвращения рисков усадки. Поскольку быстрая усадка объекта (участка дороги, фундамента) связана с деформациями, трещинами и другими повреждениями, грунт под ним должен быть максимально уплотнен. Однако этого трудно добиться, особенно если строительная площадка большая.

Поэтому образцы грунта доставляют в лабораторию, где их испытывают и уплотняют до максимальной плотности. Затем измеряется коэффициент уплотнения с использованием лабораторных данных и образцов грунта со строительной площадки. Результаты расчетов показывают, насколько близко фактическое уплотнение грунта к максимально возможному уровню.

Коэффициент уплотнения определяется на основе прогнозируемых нагрузок и обычно составляет 0,96 — 0,98. Это означает, что плотность слоя песка или грунта под фундаментом должна быть близка к максимальной плотности после уплотнения с погрешностью от 2 до 4%.

Свойства грунта могут меняться под воздействием внешних факторов. Расчет коэффициента уплотнения позволяет определить их степень и рассчитать новые параметры в зависимости от поставленной задачи. При исследовании учитывается состав, пористость, объем, восприимчивость к механическому воздействию и степень насыщения влагой.

Коэффициент относительной усадки

При добыче, транспортировке и хранении инертного материала его насыпная плотность или общая плотность несколько изменяется. Это происходит из-за усадки при транспортировке, длительном хранении, поглощении воды и росте зерен. Поэтому при расчетах удобнее использовать коэффициент относительного уплотнения почвы. Этот параметр представляет собой отношение между плотностью так называемого добытого скелета в карьере или на складе и тем же свойством того же материала после доставки заказчику.

В данном видеоролике показано, как определяется насыпная плотность песка в лаборатории:

При проведении расчетов обязательно нужно учитывать:

• наибольшую плотность образца в лаборатории после добавления определенного количества воды;
• характеристики материала, включая прочностной параметр, размер и слёживаемость отдельных частичек;
• насыпную массу, которая представляет собой плотность в естественных условиях;
• погоду во время транспортировки, то есть отрицательную температуру и уровень влажности;
• способ и условия доставки (грузовые автомобили, речные или морские суда, железнодорожный транспорт).

Коэффициент относительного уплотнения песка ручным или механическим уплотнением используется при непрерывной поставке природных заполнителей одним поставщиком. В этом случае продавец должен поставлять всегда одинаково. Кроме того, песок должен добываться в карьере, который не меняет своих качественных параметров. Поставщик также должен иметь на складе каждую партию материала в одно и то же время.

Коротко о главном

Коэффициент уплотнения грунта или другого нерудного природного ресурса — это разница между грунтом в его естественном состоянии и после уплотнения. Другими словами, эта величина говорит о том, насколько уменьшился объем заполнителя в результате усадки при транспортировке или механического уплотнения.

Коэффициент уплотнения необходимо знать для того, чтобы точно закупить необходимое количество заполнителя, проверить доставленное количество, рассчитать усадку грунта и правильно определить расход бетона для строительного проекта. Эти величины указаны в ГОСТе и СНиПе, а также определяются в лаборатории.

В процессе добычи, хранения и транспортировки природных нерудных ископаемых их насыпная плотность может изменяться. Для упрощения расчетов используют коэффициент относительной усадки материала, если доставка осуществляется одинаково и каждая партия хранится одинаковое время. Кроме того, минерал должен вывозиться из карьера с постоянной скоростью.