Топырақты тығыздау – геотехникалық инженериядағы маңызды процесс. Тығыздау топырақтың беріктігін арттырып, су өткізгіштігін төмендетеді, эрозияны күшейтеді.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Геотехникалық инженерияда топырақ тығыздығын арттыру процесі
Process in geotechnical engineering to increase soil density
Геотехникалық инженерияда топырақ тығыздануы – топыраққа қолданылған кернеудің нәтижесінде топырақ түйіршіктері арасындағы бос кеңістіктерден ауа ығысылып, топырақ тығыздалатын процесс. Егер топырақ түйіршіктері арасынан судың (немесе басқа сұйықтықтың) ығысуынан тығыздалу туындаса, онда тығыздау емес, консолидация (жинақылану) жүрген болады. Көбінесе тығыздау – ауыр техниканың топырақты қысуының нәтижесінде пайда болады, бірақ мысалы, жануарлардың аяқтарының өтуінен де туындауы мүмкін. Топырақ ғылымы мен агрономияда топырақ тығыздануы инженерлік тығыздау мен консолидацияның жиынтығы болып табылады, сондықтан топырақтағы судың жетіспеуінен, қолданылған кернеудің судың булануына байланысты туындайтын ішкі сорудан, сондай-ақ жануарлардың аяқтарының өтуінен де болуы мүмкін. Тығыздалған топырақ жаңбыр суын сіңіру қабілетін жоғалтады, осылайша судың ағып кетуі мен топырақ эрозиясының күшеюіне әкеледі. Өсімдіктер тығыз топырақта өсуге қиналады, себебі минералдық бөлшектер бір-біріне жақын орналасып, тамырлардың өсуіне қажетті ауа мен суға орын қалмайды. Жер қазған жануарлар үшін де тығыз топырақ қолайсыз орта болып табылады, өйткені оның ішіне ену қиын. Топырақтың осы типтегі тығызданудан қалпына келу қабілеті климатқа, минералдық құрамына және фаунаға байланысты. Ісіну-құрғару қабілеті жоғары топырақтар, мысалы, карбонатты қара топырақтар, ылғалдылық жағдайы өзгергенде (құрғақшылық кезінде топырақ қысқарып, жарылады) тез қалпына келеді. Бірақ каолинит сияқты балшықтар, құрғағанда жарылмайды, егер олар құрттар сияқты жер астында тіршілік ететін жануарларға мекен болмаса, өздігінен тығызданудан қалпына келе алмайды. Топырақты далада тығыздау алдында оның инженерлік қасиеттерін анықтау үшін зертханалық сынақтар жүргізу қажет. Әр түрлі қасиеттердің ішінде максималды құрғақ тығыздық және оңтайлы ылғалдылық маңызды, олар далада қамтамасыз етілуі тиіс тығыздық деңгейін анықтайды.
In geotechnical engineering, soil compaction is the process in which stress applied to a soil causes densification as air is displaced from the pores between the soil grains. When stress is applied that causes densification due to water (or other liquid) being displaced from between the soil grains, then consolidation, not compaction, has occurred. Normally, compaction is the result of heavy machinery compressing the soil, but it can also occur due to the passage of, for example, animal feet. In soil science and agronomy, soil compaction is usually a combination of both engineering compaction and consolidation, so may occur due to a lack of water in the soil, the applied stress being internal suction due to water evaporation as well as due to passage of animal feet. Affected soils become less able to absorb rainfall, thus increasing runoff and erosion. Plants have difficulty in compacted soil because the mineral grains are pressed together, leaving little space for air and water, which are essential for root growth. Burrowing animals also find it a hostile environment, because the denser soil is more difficult to penetrate. The ability of a soil to recover from this type of compaction depends on climate, mineralogy and fauna. Soils with high shrink–swell capacity, such as vertisols, recover quickly from compaction where moisture conditions are variable (dry spells shrink the soil, causing it to crack). But clays such as kaolinite, which do not crack as they dry, cannot recover from compaction on their own unless they host ground dwelling animals such as earthworms—the Cecil soil series is an example. Before soils can be compacted in the field, some laboratory tests are required to determine their engineering properties. Among various properties, the maximum dry density and the optimum moisture content are vital and specify the required density to be compacted in the field.
Құрылыста
Топырақтың тығыздалуы құрылыс процесінің маңызды бөлігі болып табылады. Ол ғимараттардың негіздері, жолдар, жаяу жолдары және жерді ұстап тұратын құрылымдар сияқты құрылымдық элементтерді қолдау үшін қолданылады. Топырақтың белгілі бір түріне байланысты, оның кейбір қасиеттері нақты жағдайға қатысты тиімді жұмыс істеуі үшін қажет немесе қажет емес болуы мүмкін. Жалпы алғанда, алдын ала таңдалған топырақ жеткілікті беріктікке ие болуы керек, болашақтағы шөгудің маңызды болмауы үшін салыстырмалы түрде қысылмауы керек, судың мөлшері немесе басқа факторлар өзгерген кезде көлемдік өзгерістерге қарсы тұрақты болуы керек, ұзақ қызмет ету мерзіміне ие болуы керек және нашарлаудан қорғалған болуы керек, сондай-ақ тиісті өткізгіштікке ие болуы керек. Жерді толтыру немесе кері толтыру кезінде топырақ қабаттарға бөлініп салынады, олар "қабаттар" деп аталады. Бірінші қабаттардың дұрыс тығыздалуы жабылатын табиғи материалдың жағдайына байланысты болады. Егер жарамсыз материал орнында қалдырылып, үстіне толтырылса, ол топырақтың салмағының әсерінен ұзақ уақыт бойы сығылуы мүмкін, бұл толтыруда немесе оған негізделген кез келген құрылымда шөгудің жарықтарына әкелуі мүмкін. Табиғи топырақ алғашқы қабаттарды қолдауға қабілетті екенін анықтау үшін аумақты сынауға болады. Сынау ауыр құрылыс техникасын пайдаланып, толтыру алаңында жылжыту және деформацияларды байқаудан тұрады. Бұл аймақтар шұңқырлардың, сорғылардың немесе жердің өруінің пайда болуымен көрсетіледі. Топырақтың жеткілікті тығыздалғанын қамтамасыз ету үшін жобалық талаптар топырақтың қажетті тығыздығын немесе тығыздалу дәрежесін көрсетеді. Бұл талаптарды геотехникалық инженер геотехникалық есепте ұсынады. Топырақтың түрі – яғни, дән өлшемдерінің таралуы, дән пішіні, топырақ қатты бөлшектерінің салмағы және кездесетін саз минералдарының мөлшері мен түрі – ең жоғары құрғақ бірлік салмағы мен оңтайлы ылғалдылыққа үлкен әсер етеді. Сондай-ақ, материалдарды нақты жағдайларда қалай тығыздау керектігіне де үлкен әсер етеді. Тығыздау ауыр техниканы пайдалану арқылы жүзеге асырылады. Құмдар мен қиыршық тастарда жабдық әдетте тербеледі, бұл топырақ бөлшектерін тығыз конфигурацияға қайта бағдарлауға көмектеседі. Сазды және сазды топырақтарда жиі "қошқар аяқ" роликтері қолданылады, ол топырақтан ауаны шығаратын қарқынды қырқу аймақтарын жасайды. Тығыздалудың жеткіліктілігін анықтау үшін топырақтың орнындағы тығыздығы анықталып, оны зертханалық сынақпен анықталған максималды тығыздықпен салыстырады. Ең көп қолданылатын зертханалық сынақ – Проктор тығыздау сынағы, максималды тығыздықты анықтаудың екі әдісі бар: стандартты Проктор және модификацияланған Проктор сынақтары; модификацияланған Проктор сынағы көбірек қолданылады. Шағын тоғандар үшін стандартты Проктор сынағы әлі де анықтама ретінде қолданылуы мүмкін.
Soil compaction is a vital part of the construction process. It is used for support of structural entities such as building foundations, roadways, walkways, and earth retaining structures to name a few. For a given soil type certain properties may deem it more or less desirable to perform adequately for a particular circumstance. In general, the preselected soil should have adequate strength, be relatively incompressible so that future settlement is not significant, be stable against volume change as water content or other factors vary, be durable and safe against deterioration, and possess proper permeability. When an area is to be filled or backfilled the soil is placed in layers called lifts. The ability of the first fill layers to be properly compacted will depend on the condition of the natural material being covered. If unsuitable material is left in place and backfilled, it may compress over a long period under the weight of the earth fill, causing settlement cracks in the fill or in any structure supported by the fill. In order to determine if the natural soil will support the first fill layers, an area can be proofrolled. Proofrolling consists of utilizing a piece of heavy construction equipment to roll across the fill site and watching for deflections to be revealed. These areas will be indicated by the development of rutting, pumping, or ground weaving. To ensure adequate soil compaction is achieved, project specifications will indicate the required soil density or degree of compaction that must be achieved. These specifications are generally recommended by a geotechnical engineer in a geotechnical engineering report. The soil type—that is, grain size distributions, shape of the soil grains, specific gravity of soil solids, and amount and type of clay minerals, present—has a great influence on the maximum dry unit weight and optimum moisture content. It also has a great influence on how the materials should be compacted in given situations. Compaction is accomplished by use of heavy equipment. In sands and gravels, the equipment usually vibrates, to cause re orientation of the soil particles into a denser configuration. In silts and clays, a sheepsfoot roller is frequently used, to create small zones of intense shearing, which drives air out of the soil. Determination of adequate compaction is done by determining the in situ density of the soil and comparing it to the maximum density determined by a laboratory test. The most commonly used laboratory test is called the Proctor compaction test and there are two different methods in obtaining the maximum density. They are the standard Proctor and modified Proctor tests; the modified Proctor is more commonly used. For small dams, the standard Proctor may still be the reference.