Архивно професионално съдържание: статията запазва исторически преглед на геотехническите концепции, формули и лабораторни процедури. Това не е геотехническо проучване, проектиране на насип, спецификация за уплътняване, план за контрол на качеството или заместител на текущия стандарт. Параметрите на почвата, оборудването, енергията на уплътняване, критериите за приемане и безопасните методи на работа се определят от оторизиран геотехнически инженер и акредитирана лаборатория въз основа на конкретната почва и обект.
Саво Кусич днес се фокусира върху дървени прозорци, дърво-алуминиеви прозорци, прозорци по поръчка, врати и заявки за оферта. Тази статия остава като технически архив и не представлява оферта за геотехническо проектиране, изпитване или изпълнение на земни работи.
Уплътняване на рохкава почва
Уплътняването на рохкава почва зависи от размера и формата на твърдите частици, както и от нейната структура. В случай на несвързана почва има определени граници, в които се движат стойностите на порьозността n и коефициента на порьозност e за най-рядката и най-плътна структура.
Ако несвързаният материал се изсуши и бавно се изсипе в чаша, така че да не се уплътнява по време на изливането, се получава неговата най-рядка структура. Тази структура съответства на коефициента на порьозност emax, чиято стойност за пясък в оригиналния текст е в границите:
emax = 0,7–1,0.
Ако същият материал се изсипе в чаша на тънки слоеве и всеки слой се набива с дървен чук, докато обемът стане постоянен, т.е. докато спре да се утаява при набиване, се получава неговата най-плътна структура. Съответства на коефициента на порьозност emin, чиято стойност за пясък е:
emin = 0,45–0,65.
Уплътняването на несвързаната почва се изразява чрез относителното уплътняване ID, коефициент, който показва степента на уплътняване на почвата по отношение на най-високото уплътняване:
където e е коефициентът на порьозност на почвата в естествено състояние на уплътняване. Крайните стойности на относителната плътност са:
- за най-рядко срещаната структура e = emax; ID = 0;
- за най-плътна структура e = emin; ID = 1.
Критерии за уплътняване на песъчлива почва според Terzaghi в оригиналния текст гласи:
- слабо уплътнен пясък: ID = 0–1/3;
- средно уплътнен пясък: ID = 1/3–2/3;
- плътно набит пясък: ID = 2/3–1.
В случай на насипи на пътища и насипи, текстът изисква ID = 2/3–1.
Вместо предишната форма може да се използва обемното съотношение:
където V е обемът на ненарушената почвена проба, Vmax е обемът на същото количество почва в състояние на най-малко уплътняване, а Vmin е обемът на същото количество почва в състояние на максимално уплътняване.
Ограничение на приложение: историческите класификации и термини не могат да се прехвърлят директно към проекта или строителната площадка. Типът почва, методът на вземане на проби, състоянието на пробата, приложимият стандарт и изискванията на проекта могат да променят метода и критериите.
Уплътняване на свързана почва
При свързана почва, уплътняването не зависи само от размера и формата на твърдите съставки и тяхната структура, но и от кохезията. Поради кохезията твърдите частици са слепени, така че изстискването на водата от порите по време на уплътняването е много по-трудно, отколкото при несвързаната почва, чиито частици се движат по-лесно при натоварване.
При уплътняване на свързаната почва количеството вода е от голямо значение. Чрез набиване водата се изтласква от порите и дебелината на водния филм намалява; порьозността намалява, а якостта на срязване и обемната плътност се увеличават. Колкото по-висока е плътността, толкова повече твърди вещества и по-малко пори на единица обем. Това съотношение беше прието като основа за оценка на уплътняването на свързаната почва. Контролът на уплътняването в текста се извършва с помощта на сухо обемно тегло:
γd = Wd / V [N/cm3]
, където Wd е теглото на напълно изсъхнала почвена проба в N, а V е обемът на същата проба в уплътнено състояние преди изсушаване, в cm3.
Прокторски процес
Тестът на Проктор служи за определяне на връзката между количеството вода в почвата и нейното уплътняване. Той определя оптималната влажност, т.е. влажността, при която уплътнената почва дава максимално сухо обемно тегло за дадена енергия на уплътняване.
Исторически описаният апарат на Проктър (фигура 1) се състои от метален цилиндър с вътрешен диаметър Ø = 10 cm, височина 12 cm (фигура 1_a_), продължение на цилиндъра със същия диаметър и височина 10 cm (фигура 1_b_) и метална трамбовка с диаметър 5 cm, тегло 2,5 N, в цилиндричен водач с малко по-голям диаметър. Водачът е отворен в долния край и затворен в горния край, с малко по-широк отвор за преминаване на дръжката на буталото (снимка 1_c_). Долният край на цилиндъра се поставя върху по-голяма метална плоча и се фиксира при набиване.
Пробата се изсушава съгласно оригиналната процедура и се пресява през отвора на ситото 5 mm, за да се избегне влиянието на големите зърна. След това се смесва с количество вода, което не трябва да е толкова много, че пробата да стане каша, нито толкова малко, че пробата да не може да бъде обработена. Първо, слой с височина около 8 cm се поставя в цилиндъра с разширение в неуплътнено състояние и се уплътнява с 25 удари, равномерно разпределени по повърхността. Ударът се осъществява чрез свободно падане на чука от височина 30 cm. Нанася се нов слой с дебелина 8 cm, уплътнява се с нов 25 и процесът се повтаря с третия слой. След завършване удължението се отстранява, повърхността на пробата се подравнява с ръба на долния цилиндър и излишната почва се отстранява. След това се отстранява проба от уплътнена почва и се определя нейната суха обемна плътност γd и съдържание на влага w.
Снимка 1 — Експериментът на Проктор
Опитът се повтаря 5 до 6 пъти, винаги с пресен, нетретиран материал от същата проба, но с различно количество вода, за да се получат различни стойности за γd и w. Почвената влажност w се прилага върху абсцисата на диаграмата, а сухото обемно тегло γd върху ординатата (картина 2). Свързаните точки дават крива, показваща, че сухата обемна плътност първо се увеличава с влага до максимум и след това намалява. Влажността wopt, съответстваща на максималната суха насипна плътност max γd, се нарича оптимална влажност. В текста е прието, че при тази влажност се постига най-голямо уплътняване за дадена енергия на уплътняване. Тестът, извършен по този начин, се нарича стандартен тест на Проктър.
Фигура 2 — Диаграма на Проктор.
Лабораторна безопасност и стандарт: Размерите на апарата, масата и падането на трамбовката, броят на слоевете и ударите и подготовката на пробата са исторически данни, предадени тук, а не самостоятелна инструкция. Една валидна процедура трябва да определя подходящия стандарт и лабораторен план. Сушенето, пресяването и трамбоването носят рискове от прах, летящи частици, прищипване и наранявания при удар; необходимо е подходящо оборудване, защита и обучен оператор.
Ефект на размера на зърното върху 5 mm
В оригиналния текст се посочва, че зърната, по-големи от 5 mm, нямат значително въздействие, ако съставляват до 25% от общата маса. Ако има повече от 25%, тяхното влияние трябва да се вземе предвид чрез изчисляване на сухото обемно тегло на сместа, като се използва методът на пропорционалност или модифицираният тест на Proctor.
Изчисляване по метод на пропорционалност
Съгласно този метод, сухото обемно тегло на сместа от почвен материал γdm се изчислява въз основа на пропорционалното представяне на зърната над и под 5 mm:
където е:
- γd — сухо обемно тегло на материала, преминал през отварящото сито 5 mm;
- γsc — обемно тегло на твърдите частици, останали върху отвора на екрана 5 mm;
- m — тегловен процент на материала, оставащ върху отвора на ситото 5 mm по отношение на цялата маса.
Модифициран тест на Проктър
Според опита на Бюрото за рекултивация на САЩ, цитиран в оригиналния текст, ако зърната, по-големи от 5 mm, съставляват повече от 1/3 до 2/3 от общата маса на почвата, тестът трябва да се извърши с общата маса. Тъй като не е възможно да се направи това успешно в цилиндър с диаметър 10 cm, цилиндър с по-голям диаметър се използва в така наречения модифициран експеримент на Проктър. Текстът описва цилиндър с диаметър 15,2 cm и височина 23,2 cm, в който проба с количество 5,5 kp е уплътнена в три приблизително еднакви слоя с 50 всеки удар с чук с тегло 4,53 kp и височина на падане 45,7 cm. Ако пробата съдържа зърна до 20 mm, изпитването се извършва с ненарушен материал. Ако съдържа зърна, по-големи от 20 mm, количество от 5,5 kp от пробата се пресява през сито от 20 mm, а останалото върху ситото се заменя с материал с размер 5–20 mm.
В допълнение към така описаната процедура, в текста всеки метод на изпълнение, който се различава от стандартния, също се нарича модифициран тест на Проктър.
Енергия на уплътняване
Енергията на уплътняване на проба в цилиндър на Проктър може да бъде изразена чрез уравнението, където N е броят на ударите с чук, h височината на падане на чука в m, W теглото на чука в Mp (мегапонд) и V обемът на пробата в m3.
С увеличаване на енергията на уплътняване се постига по-голямо уплътняване на пробата, нейната порьозност, т.е. количеството вода в почвата, намалява и сухото обемно тегло се увеличава. За енергиите на уплътняване E1, E2, E3 и E4 съответните диаграми на Проктор са получени на фигура 3. Всички диаграми асимптотично приближават диаграмата на насищане, която също се нарича диаграма на 0% въздушни пори, когато всички пори са пълни с вода, или 5% въздушни пори, когато 95% пори са пълни с вода.
Фигура 3 — Диаграми на Проктор за различни енергии на уплътняване.
Диаграмата на насищане може да бъде конструирана, ако w = wz = n / γs(1-n) се приложи върху абсцисата и γd = γs(1-n) върху ординатата, където n е почвата порьозност и γs е обемното тегло на твърдите частици на дадената почва. От това следва, че енергията на уплътняване може да се регулира, за да се получи желаното уплътняване. За да се контролира уплътняването на естествена почва или уплътнен насип, в текста често се приема индексът на уплътняване Iz, съотношението на сухото обемно тегло на дадена почва или насип γd към обемното тегло, получено от Proctor γp:
Iz = γd / γp.
Проектиране и контрол на място: сама по себе си лабораторната крива не потвърждава качеството на получения слой. Вземането на проби, дебелината на слоя, вида и броя на преминаванията на машината, влажността, полеви измервания, носимоспособност, дренаж, съседни конструкции и подземни инсталации трябва да бъдат включени в плана за проектиране и контрол. Не приближавайте работната зона на валяка или други машини без организирана сигнализация и контрол на достъпа.