Коэффициент уплотнения грунта. определение плотности грунта

Значимые факторы и свойства

Коэффициент уплотнения – это отношение плотности (объемной массы) «скелета» грунта на контролируемом участке к плотности того же грунта, прошедшего процедуру стандартного уплотнения в лабораторный условиях. Используется для оценки соответствия качества выполненных работ нормативным требованиям. Нормативные значения коэффициента для различных видов работ приведены в соответствующих ГОСТ, СНиП, а также в проектной документации на объект, и составляют обычно 0,95 – 0,98.

«Скелет» грунта – твердая часть структуры при определенных значениях рыхлости и влажности. Объемный вес «скелета» песка рассчитывается как отношение массы твердых составляющих к массе, которую имела бы вода, если бы занимала весь объем, занятый грунтом.

Определение максимальной плотности грунтов в стандартных условиях предполагает проведение лабораторных исследований, в ходе которых пробы грунта подвергаются уплотнению при постепенно увеличивающейся влажности до определения показателя оптимальной влажности, при которой будет достигнута максимальная плотность песка.

Коэффициент относительного уплотнения

При выполнении работ по перемещению песка, извлечению его из тела карьера, транспортировке и других операций, связанных с изменением таких свойств, как рыхлость, влажность, крупность частиц, происходит изменение плотности «скелета». Для расчета потребности и учета поступления строительного материала на площадку применяется коэффициент относительного уплотнения – отношение весовой плотности «скелета» песка на объекте к весовой плотности на участке отгрузки.

Коэффициент относительного уплотнения определяется расчетным путем и указывается в проектной документации на объект строительства (если для снабжения песком используются плановые поставки).При проведении расчетов учитываются: 
физико-механические характеристики песка (прочность частиц, крупность, слеживаемость);
результаты лабораторного определения максимальной плотности и оптимальной влажности;
насыпной вес песка в условиях естественного расположения;
условия транспортировки;
климатические и погодные условия на период осуществления доставки, возможность отрицательных температур.

Уплотнение при обратной засыпке и трамбовке

Обратная засыпка – процесс заполнения вырытого котлована после выполнения определенных видов работ ранее вынутым грунтом или песком.
Процесс трамбовки выполняется по месту засыпки грунта с применением трамбовочных устройств, ударным воздействием или при применении давления.

В процессе выемки грунта происходит изменение его физических свойств, поэтому для определения объема необходимого для отсыпки песка необходимо учесть коэффициент относительного уплотнения.

Уплотнение при транспортировке

Транспортировка насыпных грузов автомобильным или железнодорожным транспортом также приводит к изменению плотности грунта. Встряхивание транспортного средства, воздействие осадков, давление верхних слоев песка приводят к уплотнению материала в кузове.
Для определения количества песка, необходимого для обеспечения заданного объема строительного материала на объекте, этот объем необходимо умножить на коэффициент относительного уплотнения, указанный в проекте на строительные работы.

Степень трамбовки на площадке и при перевозке

Отклонение в объеме загружаемого и доставляемого на конечную точку щебня – известный факт, чем сильнее вибрация при транспортировке и дальше расстояние, тем выше его степень уплотнения. Для проверки соответствия количества привезенного материала чаще всего используется обычная рулетка. После обмерки кузова полученный объем делят на коэффициент и сверяют с указанным в сопроводительной документации значением. Вне зависимости от размера фракций данный показатель не может быть меньше 1,1, при высоких требованиях к точности доставки его оговаривают и прописывают в договоре отдельно.

При игнорировании этого момента претензии к поставщику необоснованные, согласно ГОСТ 8267-93 параметр не относится к обязательным характеристикам. По умолчанию для щебня принимается равным 1,1, проверку доставленного объема проводят на пункте приема, после выгрузки материал занимает чуть больше места, но со временем он дает усадку.

Требуемая степень уплотнения при подготовке оснований зданий и дорог указывается в проектной документации и зависит от ожидаемых весовых нагрузок. На практике может достигать 1,52, отклонение должно быть минимальным (не более 10%). Трамбовку проводят послойно с ограничением по толщине в 15-20 см и применением разных фракций.

Дорожное покрытие или фундаментные подушки засыпаются на подготовленные площадки, а именно – с выравненным и утрамбованным грунтом, без значительных отклонений уровня. Первый слой формуется из крупного гравийного или гранитного щебня, использование доломитовых пород должно быть разрешено проектом. После предварительного уплотнения куски расклинцовывают более мелкими фракциями, при необходимости – вплоть до засыпки песка или песчано-гравийных смесей. Качество выполнения работ проверяется отдельно на каждом слое.

Соответствие полученного результата трамбовки проектному оценивается с помощью специального оборудования – плотномера. Замер проводится при условии содержания не более 15% зерен с размером до 10 мм. Инструмент погружают на 150 мм строго вертикально с соблюдением необходимого нажима, уровень вычисляют по отклонению стрелки на приборе. Для исключения ошибки замеры делают в 3-5 точках в разных местах.

Насыпная плотность щебня разных фракций

Помимо коэффициента трамбовки для определения точного количества требуемого материала нужно знать размеры засыпаемой конструкции и удельный вес заполнителя. Последний представляет собой отношение массы щебенки или гравия к занимаемому ими объему и зависит в первую очередь от прочности исходной породы и размера.

Удельный вес обязательно указывается в сертификате продукции, при отсутствии точных данных его можно найти самостоятельно опытным путем. Для этого потребуется цилиндрическая емкость и весы, материал засыпают без трамбовки и взвешивают до и после заполнения. Количество находят путем умножения объема конструкции или основания на полученное значение и на степень уплотнения, указанную в проектной документации.

Например, для засыпки 1 м2 подушки толщиной в 15 см из гравия с размером фракций в пределах 20-40 см понадобится 1370×0,15×1,1= 226 кг. Зная площадь формируемого основания, несложно найти общий объем заполнителя.

Показатели плотности также актуальны при подборе пропорций при приготовлении бетонных смесей. Для фундаментных конструкций рекомендуется использовать гранитный щебень с размером фракций в пределах 20-40 мм и удельным весом не менее 1400 кг/м3

Насыпная плотность для расклинцовки и других видов строительства

Достаточно часто нужно узнать плотность щебня насыпи после транспортировки в автомобиле. Эта процедура может быть полезна для определения необходимого устройства для трамбовки, количества бетона и его состава, для расклинцовки.

Рассчитать плотность насыпи можно на основании простой процедуры:

• необходимо подготовить пустой сосуд для наполнения щебнем и взвешивания, необходимо определить его вес;
• наполнить тару щебнем и взвесить;
• необходимо определить чистую массу материала, то есть отнять от веса наполненного сосуда, его собственную массу;
• разделить вес на объем сосуда.

При закладке фундамента необходимо четко достичь коэффициента уплотнения уставленного в нормативных документах. Иначе это чревато аварийностью и быстрым разрушение постройки, при чем данное замечание касается всех видов строительства.

Характеристики

После проведения мероприятия трамбовки необходимо замерять и проконтролировать плотность. Это можно сделать при помощи простого расчета, определить массу и объем засыпанного щебня и толщину слоя. Таким образом можно узнать, на сколько уменьшился объем материала после трамбовки.

Хорошим инструментов выступает БПД-КМ, который указывает фактическую плотность. Предназначение оборудования – это слежение за качеством и уровнем уплотнения грунта, гравия, щебенки.

При этом прибор весьма точный, расход в показаниях не превышает 0,01 г/ см³. В основании определения плотности прибором лежит методика описанная в документе ГОСТ 28514–19.

Уплотнение грунта щебнем

Необходимые материалы и инструменты:

• щебень,
• экскаватор,
• бульдозер,
• каток,
• гидровиброуплотнитель,
• лопаты,
• виброплита,
• известь,
• вода,
• грунт,
• кирпичный щебень.

Перед началом работ по уплотнению первым делом проводят исследование состава грунта участка, который выделен под застройку. Проводят бурение на глубину 0,5-0,7 м (это глубина промерзания почвы) и берут образцы. С помощью этих проб устанавливают вид грунта, глубину залегания грунтовых вод и наличие на данном участке плавунов.

Cхема послойного уплотнения грунта катком.

Если все показатели лабораторных исследований в норме и особых противопоказаний для проведения застройки не найдено, начинают подготовку поверхности для засыпки ее щебнем. Можно использовать и гравий.

Копают котлованы и траншеи. В промышленных условиях это делается с помощью бульдозеров и экскаваторов, в домашних с помощью лопаты. В зависимости от свойств почвы проводят ее осушение или увлажнение. Боковые стены и углы котлованов фиксируют, чтобы не допустить ссувов грунта. Засыпают щебень и начинают процесс трамбовки с помощью катков. Средняя глубина уплотнения 0,5 м.

Существуют тяжелые виды трамбовки, при которых грунт уплотняется на 1,5-2,5 м. При этом количество щебня исчисляется тоннами. Процесс трамбовки не прекращается до тех пор, пока основание не перестает проседать.

Для песчаных почв уплотнение грунта происходит методом вибрирования. Для этого используются специальные виброплиты. Обычные виброплиты способны уплотнить основание на 0,5 м, а самоходные тяжелые на 1 м.

Немаловажную роль в этом процессе имеет показатель влажности. Если грунт слишком жидкий, то при вибрировании он будет интенсивно прилипать к виброплитам. Тогда работа не даст никакого результата. Чтобы избежать осложнений подобного рода, поверхность котлована покрывают известью, кирпичным щебнем или обычным сухим грунтом и продолжают работы. Также можно временно приостановить работы по утрамбовке и дать котловану просохнуть естественным путем. При недостатке влаги место проведения работ по уплотнению на сутки заливают водой.

Процесс глубинного уплотнения выполняется методом гидровибрирования. В почву на глубину 2 м помещают блок гидровиброуплотнителя. Он производит вибрацию в течение 20-30 секунд, параллельно с его работой грунт насыщают водой. Он становится подвижным и хорошо уплотняется. Блок извлекают, но при этом не прекращают подачу воды. Весь процесс длится 20-30 минут. Такое уплотнение грунта применяется для песчаных почв.

Свойства

• Разрыхление – увеличение объема земли при выемке и разработке.
• Влажность – соотношение массы воды, которая содержится в земле, к массе твердых частиц. Определяется в процентах: грунт считается сухим при влажности менее 5%, превышающий отметку 30% – мокрый, в диапазоне от 5 до 30% – нормальная влажность. Чем более влажный состав, тем более трудоемкий процесс его выемки, исключением является глина (чем более сухая – тем сложнее ее разрабатывать, слишком влажная – приобретает вязкость, липкость).
• Плотность – масса 1 м3 грунта в плотном (естественном) состоянии. Самые плотные и тяжелые скальные породы, наиболее легкие – песчаные, супесчаные почвы.
• Сцепление – величина сопротивления к сдвигу, песчаные и супесчаные почвы имеют показатель – 3–50 кПа, глины, суглинки — 5–200 кПа.

Исходя из строительных норм и правил (СНИП), коэффициент разрыхления грунта (первоначальный), показатель плотности в соответствии категории, приведены в таблице:

Проанализировав таблицу, можно сказать, что первоначальный коэффициент разрыхления грунта прямо пропорционален диапазону плотности, проще говоря, чем более плотная и тяжелая почва в природных условиях, тем больший ее объем при разработке.

Существуют также вычисления коэффициента остаточного разрыхления грунта, результат определяет, насколько почва поддается осадке при слеживании, при контакте с водой или утрамбовке. В строительстве эти расчеты имеют огромное значение для определения количества необходимого материала, а также их учитывают при складировании, утилизации земли.

Показатель уплотнения

Во время перевозки

Сложно точно определить степень утрамбовки щебня во время приобретения материала, так как стандартного значения нет. Сам поставщик может указать его в документах сопровождаемых товар, но обязательного его внесения не требуется.

Разумеется, при приобретении и перевозке больших объемов товара, часто выявляется серьезная разница в объеме между погрузкой и получении щебня на склад.

Песок по праву является самым распространенным и популярным строительным материалом благодаря своим прекрасным свойствам и качествам. Тут узнаете, сколько весит куб песка.

Цемент представляет собой минеральный материал, который при соединении с водой становится сначала пластичным, а потом и очень твердым. Здесь плотность цемента М400.

Для таких случаев в договор, о поставке заключаемый между поставщиком и строительной компанией, вносится дополнительный пункт, где прописан поправочный коэффициент, на который ссылаются в пункте приема товара.

Согласно Госту поправочный показатель не может быть выше 1,1. Поэтому поставщики учитывают это при погрузке и делают небольшой запас, чтобы товар не вернули обратно.

Измеряют привезенный щебень в момент доставки, пока его не выгрузили. Причина тому заказ производится не в тоннах, а кубометрах. Как только транспорт пришел на строй площадку, груженный кузов замеряется рулеткой изнутри.

Так вычисляется объем привезенного щебня, а после его умножают на коэффициент 1,1. Таким образом переводится вес из м3 в тонны.

Этот расчет помогает приблизительно рассчитать тот объем, который был загружен в машину до отправления. Если в машину не догрузили материала, то об этом сообщается поставщику. Так коэффициент уплотнения щебня 5 20 при трамбовке составляет 1,3.

На строительной площадке

Естественная трамбовка щебня значительно отличается от механической, которую проводят на строительной площадке. Поэтому коэффициент уплотнения щебня 20 40 может достигать параметра в 1,52. А рабочим, которые будут производить работы, требуется знать показания уплотнения наверняка.

Необходимое цифровое значение указывается в строительном проекте. Но если не обозначена конкретная цифра, то используется приблизительное значение.

Так для фракций с параметром 5 20, 20 40 показатель не устанавливается. Потому что эти виды щебня чаще всего используют для расклинцовки несущего слоя наверху, где применяются зерна фракции 40 70.

Гранитный 40 70

Лабораторный показатель

Самыми точными считаются лабораторные замеры, потому что для их вычислений используются различные способы трамбовки. А проверка осуществляется при использовании разных приспособлений.

Вот некоторые из часто используемых методов:

• объемозамещение согласно ГОСТу 28514 – 90;
• послойное уплотнение щебня согласно стандарту ГоСТ 22733 — 2002

Применяются быстрые варианты исчислений плотномера:

• статического типа;
• водобаллонный;
• динамического вида.

Результаты предоставляются в течение четырех дней, может раньше. Это зависит от конкретного исследования. Стоимость стандартной пробы обойдется в 2500 рублей, а всего их понадобится, как минимум пять.

Использование экспресс-методов помогают получить данные в течение дня, но стоимость, разумеется, выше.

При этом потребуется проба с десяти мест, и каждая обойдется в 3000 рублей. Подобные исследования необходимы при застройке крупных объектов, для соблюдения всех формальностей и документального заключения.

Во время домашнего строительства

Самому дома можно определить значение. Это очень удобно и нет необходимости вызывать специалистов, ведь это довольно дорого. Прежде всего потенциальному строителю следует точно знать насыпную плотность выбранного материала. Она обычно указывается в документации, которую вы можете попросить у поставщика.

Стоит помнить, что на показатель влияет состав щебня и количество посторонних примесей, а еще размер гранул.

Когда вам известна насыпная плотность, можно переходить к расчету коэффициента уплотнения. Для этого укатайте щебень до того состояния, которое вам необходимо при постройке.

Плотность

Затем проведите замеры рулеткой. После чего применяется следующая формула:

Коэффициент уплотнения = масса щебня / на объем.

Из-за чего изменяется уровень сыпучей смеси и степень уплотнения

Песок проходит через трамбовку, не обязательно специальную, возможно в процессе перемещения. Посчитать количество материала полученного на выходе достаточно сложно, учитывая все переменные показатели. Для точного расчета необходимо знать все воздействия и манипуляции, проведенные с песком.

Конечный коэффициент и степень уплотнения зависит от разнообразных факторов:

• способ перевозки, чем больше механических соприкосновений с неровностями, тем сильнее уплотнение;
• длительность маршрута, информация доступна для потребителя;
• наличие повреждений со стороны механических воздействий;
• количество примесей. В любом случае посторонние компоненты в песке придают ему больший или меньший вес. Чем чище песок, тем ближе значение плотности к эталонному;
• количество попавшей влаги.

Сразу после приобретения партии песка, его следует проверить.

Какие пробы берут для определения насыпной плотности песка для строительства

Нужно взять пробы:

• для партии менее 350 т – 10 проб;
• для партии 350-700 т – 10-15 проб;
• при заказе выше 700 т – 20 проб.

Полученные пробы отнести в исследовательское учреждение для проведения обследований и сравнения качества с нормативными документами.

Как работать плотномером?

Эксплуатационные возможности прибора, которые определяют границу его применяемости, таковы:

• Максимальная глубина внедрения измерительного наконечника, мм – 300.
• Усилие ударного воздействия на грунт, кг – 2,5.
• Поперечный размер конуса зонда, мм – 16.
• Угол при основании конуса, град – 60.
• Поперечный размер уплотняющего штампа, мм – 100.
• Диапазон практической оценки значений плотности материалов, КУ – 0,84…1,01.

КУ – коэффициент уплотнения, под которым понимают отношение фактической плотности грунта к аналогичному параметру в его сухом состоянии, при условии неизменности состава. Показатель КУ нормируется техническими требованиями ГОСТ 22733-2002.

Замер показателя плотности производят при помощи штанги, которую соединяют с наконечником. Для этого используют муфту-наковальню. В таком виде устройство динамический плотномер вертикально устанавливают на ровную поверхность, и, применяя гирю, вводят наконечник в материал. Глубину внедрения можно регулировать при помощи имеющейся на корпусе ручки, которая ограничивает высоту падения гири. Глубина должна быть достаточной, чтобы наконечник соприкоснулся с поверхностью наковальни. Для оценки плотности используют прилагаемые к плотномеру таблицы. В них приводятся графики зависимости количества ударов гири (которые следует нанести, чтобы измерительный стержень опустился на необходимую глубину) от коэффициента уплотнения.

Обычно указанные таблицы соответствуют наиболее распространённым типам грунтов – супесей, суглинков, пылевидного и мелкого песка.

В версии плотномера Д-51М имеется электронный блок-приставка, применение которого позволяет значительно повысить точность результатов зондирования грунта.

Методика расчёта

При проведении строительных работ не следует избегать данных параметров, особенно для подготовки песчаной или земляной подушки под основание строящегося объекта. Непосредственный параметр коэффициент уплотнения грунта будет фиксирован в диапазоне расчёта от 0 до коэффициента 1, например, для подготовки бетонного типа фундамента, показатель должен быть >0,98 коэффициентного балла от расчётной нагрузки.

Для каждой категории земляного полотна имеется свой уникальный показатель определения коэффициента уплотнения грунта по ГОСТ исходя из оптимальных характеристик влажности материала, в результате которого можно добиться максимальных характеристик уплотнения. Для более точных определений данных используется лабораторный метод расчёта, поэтому, каждая строительная или дорожная компания в обязательном порядке должны иметь собственную лабораторию.

Зависимость плотности грунта от влажности

Реальная методика, позволяющая ответить на вопрос как рассчитать коэффициент уплотнения грунта измеряется только после того, как будет произведена процедура трамбовки прямо на месте. Специалисты и эксперты в области строительства называют данный метод, как система режущих колец. Попробуем разобраться, как определить коэффициент уплотнения грунта по данному методу.

• В землю забивается определённого диаметра лабораторное кольцо из металла и ведомой длины сердечник;
• Внутри кольца фиксируется материал, который потом взвешивается на весах;
• Далее высчитываем массу используемого кольца, и перед нами имеется масса готового материала для расчёта;
• Далее имеющийся показатель разделим на известный объем металлического кольца — в результате имеем фиксированную плотность материала;
• Делим фиксированную плотность вещества на табличный показатель максимальной плотности.
• В итоге имеем готовый результат стандартного уплотнение грунта ГОСТ 22733-2002.

В принципе, это и есть стандартный метод расчёта, который используется строителями и дорожниками при выявлении коэффициента относительного уплотнения грунта согласно общепринятым нормам и стандартам по расчёту.

Технические регламенты и стандарты

Стандартный закон уплотнения грунта мы знаем еще со времён школьной парты, но данную методику используют только при проведении производственных работ в строительной и дорожной сфере. В 2013-2014 годах произошла актуализация данных расчёта по СНиП, где уплотнение грунта ЕНИР указано в соответствующих пунктах регламентного положения 3.02.01-87, а также в части методики применения для производственных целей СП 45.13330.2012.

Типологии определения характеристик материала

Коэффициент уплотнения грунта предусматривает применение нескольких типологий, главной целью которых является формирование окончательной процедуры технологического вывода кислорода из каждых слоёв почвы, учитывая соответствующую глубину трамбовки. Так, для выявления коэффициента уплотнения грунта при обратной засыпке используют как поверхностный метод расчёта, так и универсальную глубинную систему исследования. Эксперт при выборе методики расчёта должен определить первоначальный характер почвы, а также конечную цель трамбовки. Реальный коэффициент динамичности при ударном уплотнении грунтов может быть определён при помощи использования специальной техники, например — пневматический тип катка. Общая типология метода определения параметров вещества определяется следующими методами:

• Статический;
• Вибрационный вариант;
• Технологически ударный метод;
• Комбинированная система.

Некоторые категории почвы имеют сложную структуру, поэтому приходится исследовать характеристики разными методами, например, для определения коэффициента уплотнения скального грунта.