ГОСТ Р 54476-2011. Национальный стандарт Российской Федерации. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик сопротивляемости сдвигу грунтов в дорожном строительстве
(утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 20.10.2011 № 475-ст)
Примечание
Введен в действие с 1 мая 2012 года.
от 20 октября 2011 г. № 475-ст
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МЕТОДЫ ЛАБОРАТОРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ СДВИГУ ГРУНТОВ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Soils. Methods of laboratory determination of characteristics of shear resistance of soils in road construction
ОКСТУ 5709
1 мая 2012 года
Предисловие
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения».
Сведения о стандарте
1. Разработан Открытым акционерным обществом «Дорожный научно-исследовательский институт „СоюздорНИИ“ (ОАО „СоюздорНИИ“) при участии Государственного технического университета МАДИ (ГТУ МАДИ).»
2. Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство».
3. Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 октября 2011 г. № 475-ст.
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет.
1. Область применения
Настоящий стандарт устанавливает методы лабораторного определения характеристик сопротивляемости сдвигу грунтов, используемых в строительстве автомобильных дорог [1] в качестве оснований насыпей, а также материала насыпей и имеющих в природных условиях низкую прочность вследствие особенностей состава и высокой влажности. К таким грунтам следует относить особые грунты, определяемые как «слабые», а также глинистые грунты с повышенной влажностью и переувлажненные (см. раздел 3). Указанные выше грунты в качестве естественных оснований других инженерных сооружений обычно не используются. При воздействии на грунтовую толщу, сложенную такими грунтами, самых малых (менее 0,05 МПа) нагрузок, в частности от типовых насыпей высотой до 3 м, грунты могут работать на сдвиг в неконсолидированном состоянии.
Характеристики прочности используемых в дорожном строительстве и не относящихся к упомянутым выше грунтов определяют по методике неконсолидированных — недренированных (быстрых) сдвигов по ГОСТ 12248.
2. Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие межгосударственные стандарты:
ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик
ГОСТ 12248-96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости
ГОСТ 22733-2002. Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности
ГОСТ 30416-96. Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения.
Примечание. При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3. Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1. Слабые грунты: связные грунты, имеющие прочность на сдвиг в условиях природного залегания менее 0,075 МПа (при испытании приборами вращательного среза) или модуль осадки более 50 мм/м при нагрузке 0,25 МПа (модуль деформации ниже 5 МПа). При отсутствии данных испытаний к слабым грунтам следует относить торф и заторфованные грунты, илы, сапропели, глинистые грунты с коэффициентом консистенции свыше 0,5, иольдиевые глины, грунты мокрых солончаков.
3.2. Максимальная плотность и оптимальная влажность: параметры, определяемые при испытании грунта методом стандартного уплотнения по ГОСТ 22733.
3.3. Максимальная влажность: наибольшая влажность, при которой возможно получить коэффициент уплотнения 0,9 по ГОСТ 22733.
3.4. Допустимая влажность: максимальная влажность, при которой еще возможно при устройстве земляного полотна автомобильных дорог уплотнение грунта до требуемого коэффициента уплотнения.
3.5. Грунты с повышенной влажностью: глинистые грунты с влажностью от допустимой до максимальной.
3.6. Грунты переувлажненные: глинистые грунты с влажностью, превышающей максимальную.
3.7. Коэффициент уплотнения: отношение плотности сухого грунта к максимальной плотности сухого грунта при испытании по методу стандартного уплотнения по ГОСТ 22733.
4. Общие положения
4.1. Настоящий стандарт устанавливает метод лабораторного определения характеристик прочности немерзлых слабых грунтов ненарушенной структуры и нарушенной (искусственно уплотненных) при испытании на одноплоскостный срез.
4.2. Общие требования к лабораторным испытаниям грунтов, оборудованию и приборам, лабораторным помещениям, способам изготовления образцов для испытаний приведены в ГОСТ 30416.
4.3. Для учета статистического характера распределения прочностных свойств грунтов в пределах выделенного инженерно-геологического элемента (ИГЭ) для испытания используют образцы грунта, имеющие природную влажность, близкую к среднемедианному (среднеарифметическому) или к заданному расчетному значению (с заданной обеспеченностью) для данного ИГЭ.
4.4. Для испытываемых грунтов должны быть определены физические характеристики по ГОСТ 5180 <*>: влажность, плотность, плотность частиц, влажность на границах раскатывания и текучести, гранулометрический состав, а для грунтов, используемых в насыпях, — параметры стандартного уплотнения по ГОСТ 22733. При этом должны быть вычислены все требующиеся в соответствии с заданием на проведение испытаний характеристики, в том числе обязательно определяют степень водонасыщения испытываемых образцов.
<*> Допускается использовать ускоренные методы, если это предусмотрено заданием на испытания.
4.5. В процессе испытаний на сдвиг ведут журнал, форма которого приведена в Приложении А.
5. Метод определения характеристик прочности при одноплоскостном срезе
5.1. Сущность метода и исходные предпосылки
5.1.1. Испытания на сдвиг проводят для определения сдвиговых характеристик (удельного сцепления c_{w} и угла внутреннего трения \varphi_{w} ), в зависимости от влажности грунта в момент сдвига. Принципиальная схема испытаний на одноплоскостный сдвиг представлена в ГОСТ 12248.
5.1.2. При проведении испытаний и последующей интерпретации результатов исходят из положений, что сопротивляемость сдвигу s_{pw} практически полностью водонасыщенного грунта описывается выражением
s_{pw} = p \cdot tg\varphi_{w} + c_{w} , (5.1)
где p — полное нормальное давление на площадке сдвига, МПа;
\varphi_{w} — угол внутреннего трения, соответствующий плотности — влажности грунта в момент сдвига, град;
c_{w} — удельное сцепление, также соответствующее плотности — влажности в момент сдвига.
В общем случае удельное сцепление c_{w} может состоять из двух частей:
c_{w} = \Sigma_{w} + c_{c} , (5.2)
где \Sigma_{w} — часть полного сцепления, имеющая водно-коллоидную природу и обусловленная наличием восстанавливающихся связей;
c_{c} — часть полного сцепления, имеющая невосстанавливающийся характер.
Для грунтов, входящих в область применения настоящего стандарта, значение c_{c} обычно пренебрежимо мало. В случае, если оно существенно, его можно выделить испытанием «плашка по плашке» в соответствии с ГОСТ 12248.
5.2. Оборудование и приборы
5.2.1. Принципиальная схема установки для испытаний представлена в ГОСТ 12248.
5.2.2. Конструкция срезного (сдвигового) прибора должна обеспечивать передачу первоначального вертикального давления на образец (от веса штампа и измерительных приборов) не более 0,01 МПа.
5.2.3. При тарировании срезной коробки для прибора устанавливают поправки на преодоление трения подвижной части коробки.
5.2.4. Для уменьшения изменения влажности образца в процессе испытания применяют штампы без перфорации или с водонепроницаемыми прокладками.
5.3. Проведение испытаний
5.3.1. Определяют начальную (исходную) влажность образцов, предназначенных для испытаний.
5.3.2 Выбирают значения нормальных нагрузок, при которых будет проводиться срез, исходя из следующих основных условий:
- максимальные нормальные напряжения принимаются на 30% — 50% больше значения вертикальных нормальных напряжений, которые могут возникнуть в грунте под расчетной нагрузкой от проектируемого сооружения, но не выше значений напряжений, при которых может происходить выдавливание грунта через зазоры в сдвиговом приборе;
- минимальная нагрузка принимается такой, чтобы значение сопротивляемости грунта сдвигу под нагрузкой оказалась не более значения этой нагрузки, в противном случае получаемую экспериментальную точку при окончательной обработке результатов и их анализе не учитывают;
- промежуточное значение нормальной нагрузки назначают равным среднеарифметическому максимального и минимального значений.
Примечание. Максимальное и минимальное значения нагрузки следует уточнять в процессе проведения испытания первого образца.
5.3.3. Проводят сдвиг под каждой из установленных по 5.3.2 нормальных нагрузок, как правило, не менее четырех образцов <*>, имеющих разную влажность. Сдвиг проводят по схеме неконсолидированных — недренированных испытаний (быстрый сдвиг). Допускается проводить по два сдвига на каждом образце под двумя разными нагрузками (сначала под меньшей, а затем под большей), что позволяет сократить число образцов для испытания. В этом случае начальная высота образца должна быть не менее 3 см.
<*> Допускается уменьшение числа срезов в процессе испытаний в зависимости от получаемых результатов (от практического влияния плотности — влажности в рассматриваемом диапазоне ее значений на сопротивляемость сдвигу).
Различие образцов по влажности в момент сдвига достигается следующими различными способами:
- выдерживанием каждого из серии образов, предназначенных для сдвига в течение различного времени, при той же нормальной нагрузке, под которой проводится сдвиг. В этом случае первый образец сдвигают немедленно после приложения заданной нормальной нагрузки, а второй образец — только после выдерживания его под этой нагрузкой до практически полного завершения консолидации; два других образца перед сдвигом выдерживают под нагрузкой с таким расчетом, чтобы влажность их в момент сдвига имела два различных промежуточных значения в интервале между значениями влажности первого и второго образцов;
- выдерживанием образцов в течение различного времени под одной и той же достаточно большой уплотняющей нагрузкой, значение которой должно быть не менее значения максимальной нормальной нагрузки при сдвиге. Предельное значение уплотняющей нагрузки определяют в этом случае возможностью ее передачи на образец без выдавливания грунта в зазоры. Чем больше уплотняющая нагрузка (в пределах возможного), тем меньше времени будет затрачено на проведение испытания. В этом случае испытывают по одному образцу под каждой нормальной нагрузкой без предварительного выдерживания под уплотняющей нагрузкой;
- выдерживанием (с целью ускорения консолидации) образцов до практически полной консолидации под четырьмя различными нагрузками, значение наибольшей из которых должно быть примерно в полтора-два раза больше значения максимальной нормальной нагрузки при сдвиге. При этом три образца из серии также не подвергают предварительному уплотнению.
Примечания. 1. Предварительное выдерживание образцов под нагрузкой может проводиться как в самих сдвиговых приборах (до установки зазора), так и в стандартных приборах предварительного уплотнения.
2. Оперативный контроль за изменением влажности образца во времени при их предварительном уплотнении может осуществляться по значениям осадков образцов, фиксируемых мессурами.
5.3.4. Каждый из четырех образцов с различной влажностью испытывают на сдвиг под одной и той же нормальной нагрузкой. Аналогично проводят испытания образцов под остальными двумя нормальными нагрузками.
5.3.5. Если предварительное уплотнение проводилось в приборе предварительного уплотнения, то после загрузки образца в сдвиговый прибор и приложения к нему заданной нормальной нагрузки сдвиг следует проводить немедленно, не дожидаясь завершения вертикальной деформации.
5.3.6. Предварительное уплотнение и сдвиг рассматриваемых грунтов следует проводить без насыщения образцов водой.
5.3.7. Интенсивность сдвига должна быть такой, чтобы сдвиг произошел за 1 — 3 мин.
При ступенчатом приложении сдвигающей нагрузки (гири) очередную ступень сдвигающей нагрузки следует прикладывать, не дожидаясь прекращения деформации от предыдущей ступени. Достаточно убедиться в том, что деформация сдвига носит затухающий характер, что устанавливается путем сопоставления 4 — 5 отсчетов с интервалом 3 — 5 с.
5.3.8 При использовании ступенчатой нагрузки следует применять небольшие ступени сдвигающей нагрузки (100 — 200 г на рычаг) в зависимости от консистенции грунта.
Сдвиг считается завершенным при получении незатухающей деформации, завершающейся срывом образца.
При применении автоматического записывающего устройства и непрерывного нагружения момент завершения сдвига определяют непосредственно по диаграмме.
5.3.9. Немедленно после завершения сдвига и извлечения образца из прибора из зоны сдвига отбирают пробу на влажность (в случае срыва пробу отбирают из обеих половинок образца).
5.4. Обработка результатов испытаний
5.4.1. Результаты каждого отдельного испытания наносят в виде экспериментальных точек на полулогарифмическую сетку координат, где по оси абсцисс откладывают влажность грунта в зоне сдвига W в линейном масштабе, а по оси ординат — значение сопротивляемости сдвигу s_{pw} в логарифмическом масштабе. Точки, относящиеся к одной и той же нормальной нагрузке при сдвиге, обозначают одинаково и через них проводят осредняющие прямые (см. рисунок 1 а), отражающие собой зависимости сопротивляемости испытываемого грунта сдвигу при заданной нормальной нагрузке от его влажности в момент сдвига в зоне сдвига. Построенные по точкам прямые необходимо графически проэкстраполировать до значения исходной влажности грунта.
Рисунок 1. Пример обработки результатов сдвиговых испытаний
5.4.2. Полученный график перестраивают в графики зависимости значений s_{pw} от значений нормальной нагрузки (см. рисунок 1 б) для различных влажностей. Через полученные точки проводят осредняющие прямые, соответствующие двучленной линейной зависимости, параметры которой определяют искомые сдвиговые характеристики \varphi_{w} и c_{w} .
5.4.3. Затем строят графики искомых зависимостей \varphi_{w} = f_{1}(W) и c_{w} = f_{2}(W) , являющиеся конечным результатом обработки экспериментальных данных (см. рисунок 1 в). Значения \varphi_{w} , град, следует устанавливать с точностью до 30', а c_{w} , МПа, — с точностью до третьего знака после запятой.
(обязательное)
Журнал испытаний грунта на сдвиг по методике «плотность — влажность»
Дата отбора проб _______________________ Дата испытаний ___________________
Объект Данные прибора: _________________ ПК ___________________
Поперечник N ___________________________ Сдвиговой прибор:
Глубина отбора монолита_________________ — одноплоскостной ________________ — двухплоскостной ________________
Инженерно-геологический Передаточное число рычагов для: элемент ________________________________ — нормальной нагрузки ____________
Природная влажность ____________________ — сдвиговой нагрузки _____________
Коэффициент заполнения пор водой _______ Высота образца, см _______________
Режим загружения _________________
| Нормальные напряжения при сдвиге, МПа | Предельное сдвигающее напряжение, МПа | Сопротивляемость сдвигу, МПа | Плотность — влажность грунта в зоне сдвига, % | Примечание |
|---|
Испытание провел: __________________________________
Проверил: __________________________________________
БИБЛИОГРАФИЯ
[1] СНиП 2.05.02-85 Автомобильные дороги