Тест на уплотнение по Проктору — это лабораторный метод экспериментального определения оптимального содержания влаги , при котором данный тип почвы станет наиболее плотным и достигнет максимальной сухой плотности . Тест назван в честь Ральфа Роско Проктора , который в 1933 году показал, что сухая плотность почвы при заданном усилии уплотнения зависит от количества воды, содержащейся в почве во время уплотнения . [1] Его оригинальный тест чаще всего называют стандартным тестом на уплотнение по Проктору; позже его тест был обновлен для создания модифицированного теста на уплотнение по Проктору.
Эти лабораторные испытания обычно состоят из уплотнения почвы с известным содержанием влаги в цилиндрической форме с воротником стандартных размеров высоты и диаметра с использованием уплотняющего усилия контролируемой величины. Почва обычно уплотняется в форме до определенного количества равных слоев, каждый из которых получает ряд ударов от стандартного тяжелого молотка на определенной высоте. Затем этот процесс повторяется для различного содержания влаги, и для каждого определяются сухие плотности. Затем графическое соотношение сухой плотности и содержания влаги строится для установления кривой уплотнения. Максимальная сухая плотность в конечном итоге получается из пиковой точки кривой уплотнения и ее соответствующего 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 должностных лиц автомагистралей и транспорта (AASHTO). В настоящее время процедуры и детали оборудования для стандартного теста на уплотнение по Проктору обозначены ASTM D698 и AASHTO T99. Кроме того, модифицированный тест на уплотнение по Проктору обозначен ASTM D1557 и AASHTO T180-D.
Увлечение Проктора геотехнической инженерией началось во время обучения в Калифорнийском университете в Беркли. Он интересовался публикациями сэра Алека Скемптона и его идеями о поведении природных глин in situ. Скемптон сформулировал концепции и коэффициенты пористой воды, которые широко используются и сегодня. Идея Проктора заключалась в том, чтобы развить эту концепцию на шаг дальше и сформулировать собственные экспериментальные выводы для определения решения для поведения in situ глинистых и грунтовых почв, которое делает их непригодными для строительства. Его идея, которая позже была принята и изложена Скемптоном, включала уплотнение почвы для установления максимально достижимой на практике плотности почв и заполнителей («практически» подчеркивает, что значение находится экспериментально, а не теоретически).
В начале 1930-х годов он, наконец, создал решение для определения максимальной плотности почв. Проктор обнаружил, что в контролируемой среде (или в пределах контрольного объема) почву можно уплотнить до точки, в которой воздух может быть полностью удален, имитируя эффекты условий почвы in situ. Исходя из этого, сухую плотность можно было 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 уплотнения Проктора был разработан как стандарт ASTM. Требовался более высокий и более соответствующий стандарт уплотнения. Существовало более крупное и тяжелое оборудование для уплотнения , такое как большие вибрационные уплотнители и более тяжелые стальные катки. Это оборудование могло производить более высокую сухую плотность в почвах вместе с большей устойчивостью. Эти улучшенные свойства позволяли перевозить гораздо более тяжелые грузы грузовиков 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]
Уплотнение можно в целом определить как уплотнение почвы путем удаления воздуха и перераспределения частиц почвы путем добавления механической энергии. Энергия, оказываемая при уплотнении, заставляет почву заполнять имеющиеся пустоты, а дополнительные силы трения между частицами почвы улучшают механические свойства почвы. Поскольку для заполнения всех имеющихся пустот требуется широкий спектр частиц, хорошо фракционированные почвы, как правило, уплотняются лучше, чем плохо фракционированные почвы.
Степень уплотнения почвы можно измерить по ее сухому удельному весу, γ d . Когда в почву добавляется вода, она действует как смягчающий агент на частицы почвы, заставляя их легче скользить друг между другом. Сначала сухой удельный вес после уплотнения увеличивается по мере увеличения содержания влаги ( ω ), но после того, как процент оптимального содержания влаги ( ω opt ) будет превышен, любая добавленная вода приведет к уменьшению сухого удельного веса, поскольку давление поровой воды (давление воды между каждой частицей почвы) будет раздвигать частицы почвы, уменьшая трение между ними.
В оригинальном тесте Проктора, ASTM D698 / AASHTO T99, используется форма диаметром 4 дюйма (100 мм), которая вмещает 1/30 кубического фута почвы, и предусматривается уплотнение трех отдельных слоев почвы с помощью 25 ударов молота весом 5,5 фунтов, падающего на глубину 12 дюймов, для получения усилия уплотнения 12 375 фут-фунт-сил/фут3. [3] [4] В «Модифицированном тесте Проктора», ASTM D1557 / AASHTO T180, используется та же форма, но используется молот весом 10 фунтов, падающий на глубину 18 дюймов , с 25 ударами на каждый из пяти слоев, для получения усилия уплотнения около 56 250 фут-фунт-сил/ фут3 . Оба теста позволяют использовать более крупную форму, диаметром 6 дюймов и удерживающую 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-сил/фут 3 для стандартного Проктора и 56,000 фут-фунт-сил/фут 3 для модифицированного Проктора), количество ударов за подъем увеличивается до 56. [5] [6]
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) тестового образца, а не его объема. Основное преимущество этого теста заключается в том, что результаты теста максимальной плотности становятся доступны раньше, поскольку испарение уплотненного образца не требуется.
