2.3. Будівельна класифікація грунтів за фізичними властивостями
Щільність - відношення маси твердих частинок грунту до їх обсягу. Ця характеристика
залежить тільки від щільності що складають грунт мінералів. Крім того, розрізняють ще декілька подібних характеристик, що враховують вміст у грунті води, газів і т. д.
(Об'ємна маса скелета грунту, об'ємна маса абсолютно сухого грунту, об'ємна маса
вологою породи).
Щільність грунту визначають зважуванням найчастіше за зразком, взятому в ріжуче
кільце, іноді парафінуванням або іншими методами, в т. ч. шляхом гамма-каротажу.
Щільність твердих частинок знаходять за допомогою пікнометра. Вологість грунту встановлюють зважуванням зразка природної вологості до і після висушування (до постійної
маси) при температурі 105 (± 2) ° С.
Вологість - вміст у ґрунті тієї чи іншої кількості води.
Вологість ґрунту буває ваговою та об'ємною. Ваговою вологістю називається відно-
шення ваги води у зразку грунту до ваги твердих частинок грунту (скелета). Об'ємною вологі-
стю називається відношення об'єму води в зразку грунту до об'єму, що займаються твер-
дими частками (скелетом грунту). Для одного і того ж грунту вагова вологість менше,
ніж його об'ємна вологість. Вологість грунту може бути більше одиниці або 100% (на-
приклад у мулу, торфу).
Поділ фізичних характеристик грунту на похідні та класифікаційні
умовно, так як і ті, й інші одночасно є і похідними, і класифікаційними.
За величиною питомої ваги сухого грунту можна робити попередні ви-
води про придатність даного грунту для будівництва. Грунти з питомою вагою су-
хого грунту в межах 11 - 13 кН/м3, як правило, є непридатними для цілей будів-
тва. Міцним грунтам відповідає питома вага в сухому стані в межах
16 - 18 кН/м3.
Пористість - сумарний обсяг усіх пір в одиниці об'єму грунту, незалежно від їх
величини, заповнення та характеру взаємозв'язку. Коефіцієнт пористості дорівнює відношенню
обсягу порожнеч до обсягу твердої фази грунту, вираженого в частках одиниці.
Коефіцієнт пористості і пористість дозволяють більш диференційовано оцінити
придатність грунтів для будівництва. Наприклад, при значенні коефіцієнта по-
ристості більше одиниці грунти, як правило, непридатні для будівництва
Крім цього, коефіцієнт пористості і показник плинності є вхідними параметрами в
нормативні таблиці, що дозволяють визначати для попередніх розрахунків міцності.
Цінні та деформаційні характеристики грунту.
Ступенем водонасичення, або ступенем вологості називають відношення обсягу
води до об'єму пор.
За ступенем вологості великоуламкові і піщані грунти поділяються:
Sr ≤ 0,5 - маловологі, 0,5 <Sr ≤ 0,8 - вологі, 0,8 <Sr ≤ 1 - насичені водою.
Грунти називають насиченими водою при Sr> 0,8, тому що вони не містять возду-
ха, сполучені з атмосферою. Пилувато-глинисті грунти (не лесові) нижче зони
аерації найчастіше мають Sr> 0,8. У зв'язку з цим стан по водонасиченню викорис-
товують як характеристику переважно для піщаних, великоуламкові і лесових
грунтів.
Щільність складання - це щільність укладання-упаковки частинок.
Для піщаних грунтів щільність має першорядне значення при оцінці їх
властивостей як підстав для споруди. Якщо 0 ≤ D ≤ 1 / 3 - недолуге стан, 1 / 3 ≤ D <2 / 3 -
середня щільність, 2 / 3 <D ≤ 1 - щільне стан.
Значення еmах визначають при вільному насипання піску в мірний посуд, а значення
emin - при максимальному ущільненні піску постукуванням або вібруванням в мірній
колбі.
Оскільки кварцові окатанниє піски мають більш-менш стабільні значення
еmax і Еmin, ГОСТ 5180-84 рекомендує визначати їх стан по щільності складання, ру-
ководствуясь наведеної в ньому таблицею коефіцієнта пористості е. Для знаходження
коефіцієнта необхідно мати зразок грунту непорушеною структури. Відбір зразків
піщаного грунту нижче рівня підземних вод вимагає застосування спеціальної апаратури.
Стан грунтів по щільності складання правильніше визначати на підставі дан-
них статичного чи динамічного зондування, отриманих із застосуванням стандарт-
них зондів. За опору, який чинить грунт занурення в нього зонда, з урахуванням
крупності і обводнення піску за таблицями СНиП 11-02-96 встановлюють стан
піску.
Пластичність - здатність грунту змінювати форму без порушення суцільності під
впливом зовнішніх зусиль і зберігати додану форму після усунення впливу.
Пластичність грунтів змінюється в залежності від кількості і якості що знаходиться в
грунті води.
Консистенція - ступінь рухливості частинок грунту, обумовлена різним со-
триманням у ньому води.
Якщо взяти зразок пилувато-глинистого грунту, що знаходиться в пластичному стані
(коли з глини можна ліпити), і висушити його, то глина перетворюється на тверде тіло.
Якщо ж, навпаки, до зразка додавати воду, можна досягти такого стану, при кото-
рому глина за властивостями відповідатиме в'язкої рідини. Таким чином, пилувато-
глинисті грунти можуть змінювати консистенцію (густоту тесту) від твердої до текучою.
Для визначення консистенції грунту знаходять характерні вологості, відповідного
кордоніогічного розкочування (пластичності) Wp і кордон текучеcті WL (тут Wp - вологість
грунту, при якій він втрачає здатність розкочуватися в шнур діаметром 2 ... 3 мм;
WL - вологість грунту, при якій стандартний конус занурюється в зразок на глибину
10 мм). Різниця між цими вологістю називається числом пластичності IP.
За кількістю пластичності встановлюють вид пилувато-глинистого грунту (табл. 2.5).
Для більшої наочності класифікацію виду грунту по числу пластичності зручно
представити у формі діаграми:
За показником плинності встановлюють стан (консистенцію) грунту. Розрізняють
стану: тверде (0> IL); пластичне (0 ≤ IL <1); текуче (IL ≥ 1). пластичне стан
суглинків та глин підрозділяють на полу тверде (твердопластичне), тугопластичне, м'яко-
пластичне та текучопластичне (табл. 2.6).
Міцні грунти знаходяться, як правило, в стані від твердого до тугопластичного.
Нижче наводиться діаграма, що дозволяє встановити стан пилувато-глинистого
грунту за показником плинності:
Текучий і текучопластичний стан грунту роблять його непридатним для цілей
будівництва. Якщо повна вологоємність грунту Wsat перевищує його вологість на кордоні
плинності WL, це свідчить про непридатність грунту для цілей будівництва при
потенційно подтопляїмої території. Фізичні характеристики грунту використовуються
для аналізу інженерно-геологічних умов майданчика будівництва з висновками про
придатності грунтів, що складають стисливу товщу в основі фундаментів.
Відносна просадного грунту визначається на основі випробувань зразків
грунту на стиск без можливості бокового розширення. За відносної деформації
просадного εsl глинисті грунти підрозділяють відповідно до таблиці 2.7.
Стан грунтів по щільності складання, консистенції глинистих грунтів і виявив-
лені слабких прошарків грунту правильніше визначати на підставі даних статичного
або динамічного зондування, отриманих із застосуванням стандартних зондів. За
супротиву, який чинить грунт занурення в нього зонда, з урахуванням крупності і про-
водненості піску, за таблицями СНиП 11-02-96 встановлюють стан піску.
Зондуванням грунту називається занурення в грунт конуса стандартного розміру.
При статичному зондуванні вимірюється зусилля занурення (задавлювання домкратом)
конуса, при динамічному зондуванні - кількість ударів, необхідне для занурення
конуса також на задану відстань по глибині.
У результаті статичного зондування будуються графіки залежності питомої со-
спротиву занурення конуса з кутом при вершині 60 ° в залежності від глибини заляга-
ння грунтів, в які він вдавлюється. При цьому бічне опір занурення
штанги, на яку насаджений конус, виключається.
В результаті динамічного зондування будуються графіки залежності кількості
ударів для занурення стандартного конуса (на 10 см) або пробовідбірника в залежності від
залягання тих чи інших шарів грунту (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Інтерпретація результатів зондування по глибині, м:
а - статичного; б – динамічного
Після проведення зондування виявляються слабкі верстви грунтів основи, і дається
не тільки якісна, але і кількісна оцінка опору грунтів впровадженню
конуса.
2.4. Поняття про оптимальної щільності скелета грунту
та оптимальної вологості
При влаштуванні штучно поліпшених підстав, засипці грунтом пазух фунда-
менту, зведенні насипів при плануванні території або прокладанні доріг припадає
ущільнювати грунт, в т. ч. і пилувато-глинистий. Для оцінки уплотненості грунт при даній
вологості піддають дослідженню згідно ГОСТ 22733-77 в приладі СоюздорНІІ для
стандартного ущільнення. Грунт укладають в прилад трьома шарами, і кожен шар ущільнення
няют 30 ... 40 ударами стандартного вантажу, що скидається з певної висоти. Таким чином
, досліджують один і той же грунт при різній вогкості. Після ущільнення визна-
чают щільність (об'ємну масу) грунту р і вологість W. Потім обчислюють щільність
(Об'ємну масу) скелета грунту ρd, що характеризує його ущільненість, і будують графі-
чну залежність ρd - w (рис. 2.4).За графіком визначають вологість, при ко-
торій стандартним ущільненням досягається найбільша щільність скелета грунту ρd. Ця вологість
називається оптимальною вологістю Wopt, так як грунт, що характеризується такий вологістю,
при одній і тій же витраті енергії може бути ущільнений до найбільшої щільності скелета грунта.
Найбільше значення ρd, досягнуте в приборі стандартного ущільнення при оптимальній
вологості, називається оптимальною щільністю скелета грунту ρd, opt.
При влаштуванні штучно поліпшених підстав і насипів щільність скелета грунту
зазвичай задається в частках одиниці; за одиницю приймається ρd, opt. Іноді для пилувато-
глинистих грунтів як оптимальної принаближеності приймається вологість на кордоні розкочування.
3. Основні закономірності опору грунтів дії зовнішніх
навантажень, механічні властивості грунтів