Достижение заданной плотности грунтов во многом зависит от их физико-механических свойств, однако не меньшее влияние при этом оказывают и способы уплотнения. Грунты и основания уплотняют катками с гладкими вальцами, кулачковыми, решетчатыми, пневмоколесными катками, а также трамбующими вибрационными машинами, в том числе и вибрационными катками.

Таким образом, уплотнение грунтов может осуществляться укатыванием, трамбованием или сочетанием этих способов.

Уплотнение укатыванием производится давлением вальцов или колес прицепных или самоходных катков, движущихся по поверхности грунта.
Уплотнение трамбованием достигается ударами рабочих органов трамбующих машин — ударных трамбовок взрывного и пневматического действия, свободно падающих плит и вальцов, подвешенных к гусеничным кранам, экскаваторам и тракторам, многосекционных трамбующих машин ..и катков с падающими грузами.

Уплотнение вибрированием основано на передаче грунту колебательных движений оптимальной частоты и амплитуды, под воздействием которых происходит взаимное перемещение твердых частиц грунта и его уплотнение. В некоторых конструкциях машин, предназначенных для глубинного уплотнения грунтов, этот эффект усиливается за счет совместного действия вибрации и воды (гидровибрации).

Перспективными являются уплотнение вибропульсаций за счет динамического воздействия на грунт упругой волны сжатого воздуха и уплотнение грунта за счет энергии взрывчатого вещества, закладываемого в скважины.

Первые три способа уплотнения грунтов применяются на земляных и горных работах, вибропульсационный и взрывной способы находятся еще в стадии экспериментов.

Уплотнение грунтов осуществляется приложением к их поверхности кратковременных повторных нагрузок, под действием которых грунт деформируется. Полная деформация грунта состоит из обратимой (упругой), т. е. восстанавливающейся после снятия нагрузки, и необратимой (остаточной). Чем больше величина нагрузок, тем большая часть необратимой деформации протекает за счет изменения формы грунта, что проявляется в виде просадок и вытеснения грунта в стороны из-под рабочего органа машины.

Работа, затрачиваемая на уплотнение, в основном расходуется на преодоление сил связей и трения между частицами твердой фазы грунта. Поскольку прочность грунтовых частиц значительно превышает прочность связей между ними, уплотнение возможно только за счет взаимного перемещения частиц твердой фазы и уменьшения вследствие этого пористости грунта, что связано с вытеснением воздуха из пор.

Деформация грунта протекает на протяжении определенного времени. При действии кратковременных нагрузок продолжительность напряженного состояния грунта может быть значительно меньше времени, необходимого для полного протекания деформации. Поэтому для получения необходимого уплотнения грунта машинами недостаточно однократного приложения внешней нагрузки, а требуется ее многократное повторение.

Степень уплотнения грунта в значительной мере зависит от его влажности. Повышение влажности до определенного значения приводит к увеличению плотности грунта, поскольку при этом происходит снижение внутренних сил связей. Влажность, при которой достигается наибольшая плотность грунта, определяется специальным прибором и называется оптимальной влажностью грунта. При увеличении влажности грунта сверх оптимальной степень его уплотнения снижается. Увеличение плотности при этом возможно лишь за счет выжимания воды из пор грунта. Если влажность уплотняемых грунтов ниже оптимальных значений, то требуется применение более мощных уплотняющих машин или доувлажнение грунта водой.

Ориентировочные значения оптимальных влажностей и максимальных плотностей грунтов приведены в табл. 16.

Таблица 16

Степень уплотнения зависит от величины передаваемой на грунт внешней нагрузки, времени ее действия и размеров поверхности, через которую передается давление на грунт (поверхности контакта).

Уплотнение может быть эффективным лишь в том случае, если оно осуществляется машинами с правильно выбранными основными параметрами.

Удельное давление на поверхности контакта рабочего органа машины с грунтом не должно превосходить предела прочности грунта, но для получения высокого эффекта уплотнения давление должно быть возможно ближе к этому пределу. Под пределом прочности понимается такое напряжение, выше которого начинается разрушение грунта. При напряжениях ниже предела прочности деформация грунта развивается главным образом за счет изменения его объема, а при более высоких напряжениях — за счет вытеснения грунта в стороны без изменения объема. Предел прочности зависит от вида грунта, его влажности и плотности, скорости изменения напряженного состояния и размеров поверхности контактов рабочего органа машины с грунтом.

Приближенные значения пределов прочности грунтов (имеющих оптимальную влажность), полученные экспериментальным путем советским ученым Н. Я. Хархута, приведены в табл. 17.