Тема 4. Зерновий склад твердої фази грунту

Гранулометричний склад ґрунту. Методи гранулометричного аналізу. Зображення і опис зернового складу. [1. с.20-23; 2. с. 90-93; 3. с. 5-36].

Зерновим (або гранулометричним) складом ґрунту називається кількісне співвідношення частинок різної крупності у сухому ґрунті. При гранулометричному аналізі ґрунту окремі його частинки об'єднують у певні групи за розміром незалежно від походження і їх мінералогічного складу. Ці групи називають гранулометричними фракціями. Наприклад, до гравійної фракції входять частинки розміром від 10 до 2 мм, до піщаної - від 2 до 0,1 мм, до пилуватої - від 0,1 до 0,001 мм, до глинистої - менше 0,001 мм.

Зерновий склад визначають:

• для оцінки придатності ґрунту як будівельного матеріалу насипу, греблі тощо;

• для підбору оптимального зернового складу шляхом покращення місцевого ґрунту його змішуванням з привізним;

• для підбору зернового складу кам'яного матеріалу для приготування асфальто- і цементобетонних сумішей тощо.

Експериментальне визначення зернового складу ґрунту основується на таких принципах:

• розподіл частинок шляхом пропускання ґрунту через отвори визначеного розміру;

• за швидкістю їх руху в рідині під впливом сили тяжіння або відцентрової сили;

• на основі різниці взаємодії частинок різної крупності з водою;

• розподіл частинок оптичними методами.

Групи методів, що відповідають цим принципам, можна назвати відповідно механічними, гідравлічними, непрямими, оптичними.

Найпростішим механічним методом є ситовий - просіювання через набір стандартних сит, яке дозволяє поділити за розмірами частинки, більші за 0,1 мм.

Гідравлічні методи (ареометричний, піпет-метод та ін.) ґрунтуються на тому, що швидкість руху твердих частинок у

в'язкій рідині залежить від їх розміру: більш важкі (великі) раніше осідають в ґрунтовій суспензії або раніше відокремлюються при центрифугуванні.

Серед непрямих методів найпростішим є польовий метод С.І. Рутковського, згідно з яким вміст у ґрунті глинистої фракції визначається за відносним збільшенням об'єму ґрунту порівняно з початковим його об'ємом внаслідок набухання глинистих частинок у воді. Вміст піщаної фракції визначається за об'ємом (за масою) піщаних частинок, що осіли після „відмучування" ґрунтової суспензії.

Оптичні методи поділяють на візуальні, фотоаналітичні й мікроскопічні.

Результати гранулометричного аналізу зображують графічно (у вигляді циклограми, трикутної діаграми, кривої гранулометричного складу) і описують з допомогою математичних виразів.

З методами гранулометричного аналізу студенти практично ознайомлюються під час виконання лабораторних робіт.

Тема 5. Рідка фаза ґрунту

Види води у порах ґрунту: вільна і зв'язана. Види вільної води: гравітаційна і капілярна. Склад і фізичні властивості вічьної води у Грунті Гравітаційна вода. Фільтрація. Капілярна вода. Капілярне підняття. [1, с.37-56; 2. с.75-87,103-104;3. с.57-65].

Необхідно чітко усвідомити, що за умовами потрапляння в ґрунти вода поділяється на інфільтраційну і конденсаційну, а за інтенсивністю взаємодії з поверхнею мінеральних частинок - на зв'язану, розміщену поблизу поверхні частинок, і вільну воду.

У свою чергу, вільну воду поділяють на гравітаційну, яка може текти під впливом сили тяжіння (фільтраційний рух), і капілярну, яка завдяки поверхневому натягу і явищу змочування може рухатись у^тонких порах ґрунту в напрямі, протилежному до дії сили тяжіння. Над поверхнею вільних підземних вод капілярна вода утворює зону капілярно-зволоженого ґрунту (капілярну кайму), гідравлічну зв'язану з вільною підземною водою. Капілярну воду поділяють на воду, що розміщена в кутах пор, капілярно-підвішену і власне капілярну, що утворює капілярну кайму над рівнем підземних вод.

Висота капілярного підняття у трубці-капілярі обернено пропорційна діаметру трубки.

У піщаних ґрунтах капілярна вода піднімається на висоту не більше кількох десятків сантиметрів (у чистих пісках - до 0,5 м). В ущільнених глинистих ґрунтах капіляри тонкі, але внаслідок набухання глинистих частинок і при наявності на них плівок зв'язаної води проміжки між частинками ніби закупорюються. В результаті у щільних глинах і суглинках капілярне підняття не перевищує 2м. Найбільша висота капілярного підняття характерна для проміжних між піском і глиною сухих піщаних і пилуватих ґрунтів - з нещільним складом, в яких за кілька місяців капілярна вода може підніматися на висоту до 3...4 м.

Висота капілярного підняття враховується при визначенні глибини закладання фундаменту і висоти автодорожнього насипу.

Капілярне переміщення вологи у ґрунті земляного полотна автомобільної дороги можна усунути шляхом обробки шару ґрунту гідрофобною речовиною (бітумом, дьогтем тощо), яка надає незмочуваності стінкам пор, або влаштуванням капілярно- перервного прошарку з крупнопористого зернистого матеріалу (щебеню, гравію).