Тест на уплотнение по Проктору

Тест на уплотнение Проктора — это лабораторный метод экспериментального определения оптимального содержания влаги , при котором данный тип почвы станет наиболее плотным и достигнет максимальной плотности в сухом состоянии . Тест назван в честь Ральфа Роско Проктора [ де ] , который в 1933 году показал , что сухая плотность почвы при заданном усилии уплотнения зависит от количества воды , содержащейся в почве во время уплотнения почвы . ^[1] Его оригинальный тест чаще всего называют стандартным тестом на уплотнение Проктора; его тест был позже обновлен, чтобы создать модифицированный тест на уплотнение Проктора.

Эти лабораторные испытания обычно заключаются в уплотнении почвы с известным содержанием влаги в цилиндрическую форму с воротником стандартных размеров по высоте и диаметру с использованием уплотняющего усилия контролируемой величины. Грунт обычно уплотняют в форме в определенное количество равных слоев, каждый из которых получает несколько ударов стандартного утяжеленного молотка на определенной высоте. Затем этот процесс повторяется для различного содержания влаги и для каждого определяется плотность в сухом состоянии. Затем строится графическая зависимость плотности в сухом состоянии от содержания влаги для построения кривой уплотнения. Максимальная плотность в сухом состоянии в конечном итоге получается из пиковой точки кривой уплотнения и соответствующего ей содержания влаги, также известного как оптимальное содержание влаги.

Описанные испытания в целом соответствуют стандартам Американского общества по испытаниям и материалам (ASTM) и аналогичны стандартам Американской ассоциации государственных чиновников шоссейных дорог и транспорта (AASHTO). В настоящее время процедуры и детали оборудования для стандартного испытания на уплотнение по Проктору определены ASTM D698 и AASHTO T99. Кроме того, модифицированный тест на уплотнение по Проктору соответствует стандартам ASTM D1557 и AASHTO T180-D.

История

Увлечение Проктора геотехнической инженерией началось, когда он учился на бакалавриате в Калифорнийском университете в Беркли. Его интересовали публикации сэра Алека Скемптона и его идеи о поведении природных глин на месте. Скемптон сформулировал концепции и коэффициенты пористой воды, которые широко используются и сегодня. Идея Проктора заключалась в том, чтобы пойти дальше в этой концепции и сформулировать свои собственные экспериментальные выводы, чтобы найти решение проблемы поведения глинистых и грунтовых грунтов на месте, которое делает их непригодными для строительства. Его идея, которая позже была принята и развита Скемптоном, заключалась в уплотнении почвы для установления максимально практически достижимой плотности почв и агрегатов («практически» подчеркивается, как значение находится экспериментально, а не теоретически)..

В начале 1930-х годов он наконец создал решение для определения максимальной плотности грунтов. Проктор обнаружил, что в контролируемой среде (или в пределах контрольного объема) почва может быть уплотнена до такой степени, что воздух может быть полностью удален, имитируя воздействие почвы на месте. Исходя из этого, сухую плотность можно определить, просто измерив вес почвы до и после уплотнения, рассчитав содержание влаги и, кроме того, рассчитав сухую плотность. Ральф Р. Проктор продолжил преподавать в Университете Арканзаса.

В 1958 году модифицированный тест на уплотнение Проктора был разработан как стандарт ASTM. Требовался более высокий и актуальный стандарт уплотнения. Существовало более крупное и тяжелое оборудование для уплотнения , такое как большие вибрационные катки и более тяжелые катки со стальной поверхностью . Это оборудование может обеспечить более высокую плотность сухого грунта и большую стабильность. Эти улучшенные свойства позволили перевозить гораздо более тяжелые грузовые автомобили по дорогам и шоссе. В 1970-х и начале 1980-х годов модифицированный тест Проктора стал более широко использоваться в качестве современной замены стандартного теста Проктора. ^[2]

Теория уплотнения грунта

В целом уплотнение можно определить как уплотнение почвы за счет удаления воздуха и перестановки частиц почвы за счет добавления механической энергии. Энергия, возникающая при уплотнении, заставляет почву заполнять имеющиеся пустоты, а дополнительные силы трения между частицами почвы улучшают механические свойства почвы. Поскольку для заполнения всех имеющихся пустот необходим широкий спектр частиц, хорошо сортированные почвы имеют тенденцию уплотняться лучше, чем плохо сортированные почвы.

Степень уплотнения почвы можно измерить по ее сухому удельному весу γ _d . Когда вода добавляется в почву, она действует как смягчающее средство для частиц почвы, заставляя их легче скользить между собой. Сначала сухой удельный вес после уплотнения увеличивается по мере увеличения содержания влаги ( ω ), но после превышения оптимального процентного содержания влаги ( ω _opt ) любое добавление воды приведет к уменьшению сухого удельного веса, поскольку давление поровой воды (давление воды между каждой частицей почвы) будет раздвигать частицы почвы, уменьшая трение между ними.

Сравнение тестов

В оригинальном тесте Проктора, ASTM D698/AASHTO T99, используется форма диаметром 4 дюйма (100 мм), вмещающая 1/30 кубического фута почвы, и требуется уплотнение трех отдельных подъемов почвы с использованием 25 ударов 5,5 фунта. молоток падает на 12 дюймов, что обеспечивает усилие уплотнения 12 375 фут-фунт-сила/фут. ³. ^[3]^[4] В испытании «Модифицированный Проктор», ASTM D1557 / AASHTO T180, используется та же форма, но используется молоток массой 10 фунтов, падающий на глубину 18 дюймов, с 25 ударами на каждый из пяти подъемов, для уплотняющего усилия около 56 250 фут-фунт-сила/фут. ³. Оба теста позволяют использовать форму большего размера, диаметром 6 дюймов и выдержкой 1/13,333 фута. ³, если почва или заполнитель содержат слишком большую долю частиц размером с гравий, чтобы обеспечить повторяемость с 4-дюймовой формой. Чтобы обеспечить примерно такое же теоретическое усилие уплотнения (12 320 фут-фунт-сила/фут ³ для стандартного Проктора и 56 000 фут-фунт-сила/фут ³ для модифицированного Проктора) количество ударов за подъем увеличено до 56. ^[5]^[6]

Альтернативное испытание на уплотнение

Департамент транспорта Калифорнии разработал аналогичный тест, California Test 216, который измеряет максимальную плотность во влажном состоянии и контролирует усилие уплотнения на основе длины (фактически высоты) испытуемого образца, а не его объема. Основное преимущество этого теста заключается в том, что результаты теста на максимальную плотность становятся доступными раньше, поскольку испарение уплотненного образца не требуется.

Ссылки

^ Дэй, Роберт В. (2001). Руководство по тестированию почвы: процедуры, классификационные данные и практика отбора проб . Нью-Йорк: McGraw Hill, Inc., стр. 293–312.
^ Дэвис, Тим (2008). Геотехнические испытания, наблюдения и документация. 2-е издание. Рестон, Вирджиния: Американское общество инженеров-строителей, 25–26.
^ Стандарт ASTM D698, (2007), Стандартные методы испытаний характеристик лабораторного уплотнения почвы с использованием стандартных усилий, ASTM International, Вест-Коншохокен, Пенсильвания, DOI : 10.1520/D0698-07E01
^ IHS, Отраслевые стандарты и правила. (2010). Получено с http://engineers.ihs.com/document/abstract/CEDGIBAAAAAAAAAAA.
^ Стандарт ASTM D1557, (2009), Стандартные методы испытаний характеристик лабораторного уплотнения грунта с использованием модифицированного усилия, ASTM International, Вест-Коншохокен, Пенсильвания, doi: 10.1520/D1557-09
^ IHS, Отраслевые стандарты и правила. (2010). Получено с http://engineers.ihs.com/document/abstract/ZIDGIBAAAAAAAAAAA.

См. также

[Day2001-1] Дэй, Роберт В. (2001). Руководство по тестированию почвы: процедуры, классификационные данные и практика отбора проб . Нью-Йорк: McGraw Hill, Inc., стр. 293–312.

[2] Дэвис, Тим (2008). Геотехнические испытания, наблюдения и документация. 2-е издание. Рестон, Вирджиния: Американское общество инженеров-строителей, 25–26.

[3] Стандарт ASTM D698, (2007), Стандартные методы испытаний характеристик лабораторного уплотнения почвы с использованием стандартных усилий, ASTM International, Вест-Коншохокен, Пенсильвания, DOI : 10.1520/D0698-07E01

[4] IHS, Отраслевые стандарты и правила. (2010). Получено с http://engineers.ihs.com/document/abstract/CEDGIBAAAAAAAAAAA.

[5] Стандарт ASTM D1557, (2009), Стандартные методы испытаний характеристик лабораторного уплотнения грунта с использованием модифицированного усилия, ASTM International, Вест-Коншохокен, Пенсильвания, doi: 10.1520/D1557-09

[6] IHS, Отраслевые стандарты и правила. (2010). Получено с http://engineers.ihs.com/document/abstract/ZIDGIBAAAAAAAAAAA.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]