Общая плотность грунта
Общая плотность – это характеристика грунта с естественной влажностью и ненарушенным сложением. Она состоит из показателей всех трех фаз материала (твердой, жидкой, газообразной). На нее оказывают влияние плотность твердых частиц, их форма и размеры, вид и количество пор, влажность.
Общая плотность выше у минеральных грунтов – например, у скалы, состоящей из сплошного массива прочных пород (габбро, базальта, гранита, серпентинита). Плотность снижается в процессе выветривания, когда в породе появляются трещины и поры, при ее распаде на отдельные части. Низкой плотностью обладают органические грунты (например, торф).
У дисперсных грунтов (состоящих из отдельных зерен, не связанных между собой) плотность зависит от размера и формы частиц. Она выше у материалов с мелкими окатанными зернами (например, у речного песка).
У грунтов с крупными зернами плотность больше зависит от минералов, из которых они состоят. Но даже при высоком показателе у частиц, общая плотность может быть низкой. Это происходит из-за высокой пористости – между крупными кусками породы есть много пустого пространства с практически нулевой плотностью.
Уменьшается общая плотность при высокой пористости, если пространство между зернами грунта заполнено воздухом. При большой влажности показатель, наоборот, может увеличиваться.
Плотность органических веществ намного ниже, чем у минералов. Но она повышается в ходе разложения органики. Это четко видно на примере торфа. Верховой тип, в котором много неразложившихся остатков растений, имеет более низкую плотность, чем низинный.
В таблице даны усредненные показатели плотности основных разновидностей грунтов.
Разновидность грунта | Плотность минимальная (кг/м3) | Плотность средняя (кг/м3) | Плотность максимальная (кг/м3) | ||
Связные скальные грунты магматического происхождения | Выветренные | 2500 | — | 2900 | |
Без признаков выветривания | 3000 | — | 3300 | ||
Гранит, габбро, диорит, гнейсы, сиениты | Крупнозернистые, выветренные, низкой прочности | — | 2500 | — | |
Среднезернистые, выветренные, средней прочности | — | 2600 | — | ||
Мелкозернистые, выветренные, прочные | — | 2700 | — | ||
Крупнозернистые, без выветривания, прочные | — | 2800 | — | ||
Среднезернистые, без выветривания, очень прочные | — | 2900 | — | ||
Мелкозернистые, без выветривания, очень прочные | — | 3100 | — | ||
Микрозернистые, порфировые, без выветривания, очень прочные | — | 3300 | — | ||
Андезит, базальт, порфирит | Сильно выветренные, слабые | — | 2600 | — | |
Слабо выветренные, прочные | — | 2700 | — | ||
Со следами выветривания, очень прочные | — | 2800 | — | ||
Без признаков выветривания, очень прочные | — | 3100 | — | ||
Микроструктурные, без признаков выветривания, очень прочные | — | 3300 | — | ||
Диабазы | Сильно выветренные, с низкой прочностью | — | 2600 | — | |
Слабо выветренные, прочные | — | 2700 | — | ||
Без выветривания, прочные | — | 2800 | — | ||
Без выветривания, очень прочные | — | 2900 | — | ||
Связные скальные грунты метаморфического происхождения | Выветренные, метаморфические | 2400 | — | 2600 | |
Метаморфические, без признаков выветривания | 2100 | — | 1900 | ||
Серпентинит | Выветренные, слабые | — | 2400 | — | |
Средней прочности | — | 2500 | — | ||
Очень прочные | — | 2600 | — | ||
Кварциты | Сланцевые, сильно выветренные, средней прочности | — | 2500 | — | |
Средней степени выветривания, прочные | — | 2600 | — | ||
Слабо выветренные, очень прочные | — | 2700 | — | ||
Без признаков выветривания, очень прочные | — | 2800 | — | ||
Мелкозернистые, без выветривания | — | 3000 | — | ||
Мрамор прочный | — | 2700 | — | ||
Сланцы | Выветренные, низкой прочности | — | 200 | — | |
Окварцованные, прочные | — | 2300 | — | ||
Песчаные, прочные | — | 2500 | — | ||
Кремнистые, очень прочные | — | 2600 | — | ||
Окремнелые, очень прочные | — | 2600 | — | ||
Слабо выветренные, оглиненные | — | 2600 | — | ||
Средней прочности | — | 2800 | — | ||
Связные скальные грунты из осадочных пород | Доломиты | Мягкие, пористые, выветренные, с низкой прочностью | — | 2700 | — |
Прочные | — | 2800 | — | ||
Очень прочные | — | 2900 | — | ||
Известняки | Мягкие, пористые, выветренные, с низкой прочностью | — | 1200 | — | |
Мергелистые, со средней прочностью | — | 2300 | — | ||
Мергелистые, прочные | — | 2700 | — | ||
Доломитизированные, прочные | — | 2900 | — | ||
Окварцованные, очень прочные | — | 3100 | — | ||
Песчаники | Выветренные, малой прочности | — | 2200 | — | |
На глинистом цементе, средней прочности | — | 2300 | — | ||
На известковом цементе, прочные | — | 2500 | — | ||
На железистом либо известковом цементе, прочные | — | 2600 | — | ||
Кремнистые, очень прочные | — | 2700 | — | ||
На кварцевом цементе, очень прочные | — | 2700 | — | ||
Ракушечник | Слабо сцементированные, очень низкой прочности | — | 1200 | — | |
Сцементированные, малой прочности | — | 1800 | — | ||
Мел | Мягкие, низкой прочности | — | 1550 | — | |
Малой прочности | — | 1800 | — | ||
Трепел | Низкой прочности | — | 1500 | — | |
Малой прочности | — | 1770 | — | ||
Пемза | — | 1100 | — | ||
Туф | — | 1100 | — | ||
Опока | — | 1900 | — | ||
Гипс | — | 2200 | — | ||
Скальные дисперсные грунты | Конгломераты и брекчии | Из осадочных пород на глинистом цементе, с малой прочностью, слабо сцементированные | 1 900 | 2100 | |
Из осадочных пород на известковом цементе, средней прочности | — | 2300 | — | ||
Из осадочных пород на кремнистом цементе, прочные | — | 2600 | — | ||
Из магматических пород, с галькой, на известковом и кремнистом цементе, очень прочные | — | 2900 | — | ||
Гравийно-галечные | Размер частиц до 80 мм | — | 1750 | — | |
Смесь сцементированной гальки, гравия, мелкого песка и лессовидной супеси | 1900 | — | 2200 | ||
Размер частиц больше 80 мм | — | 1950 | — | ||
Размер частиц больше 80 мм, валунов до 10% | — | 1950 | — | ||
Размер частиц от 80 мм, валунов до 30% | — | 2000 | — | ||
Размер частиц от 80 мм, валунов до 70% | — | 2300 | — | ||
Размер частиц более 80 мм, валунов от 70% | — | 2600 | — | ||
Щебень | Размер частиц до 40 мм | — | 1750 | — | |
Размер частиц до 150 мм | |||||
Дресва | В месте залегания (элювий) | — | 2000 | — | |
Перемещенные | — | 1800 | — | ||
Дисперсные грунты | Песок | Без примесей | — | 1600 | — |
С дюн и барханов | — | 1600 | — | ||
С примесями гравия, гальки, щебня до 10% | — | 1600 | — | ||
С примесями гравия, гальки, щебня более 10% | — | 1700 | — | ||
Супеси | Легкие, пластичные, без примесей | — | 1650 | — | |
Тяжелые, без примесей, легкие с щебнем, гравием галькой до 10% | — | 1650 | — | ||
Тяжелые, без примесей / легкие, с примесями до 30% | — | 1800 | — | ||
Тяжелые, без примесей / легкие, с примесями больше 30% | — | 1850 | — | ||
Суглинки | Легкие и лессовидные, мягкопластичные, без примесей | — | 1700 | — | |
Мягкопластичные, с примесями гравия, гальки щебня до 10%, тугопластичные | — | 1700 | — | ||
Легкие, мягкопластичные, с примесями от 10%, тугопластичные, с примесями до 10, тяжелые, полутвердые и твердые без примесей | — | 1750 | — | ||
Тяжелые, полутвердые и твердые, с примесями более 10% | — | 1950 | — | ||
Глины | Мягколпластичные и тугопластичные, с примесями гальки, гравия, щебня до 10% | — | 1750 | — | |
Мягкопластичные и тугопластичные, без примесей | — | 1600 | — | ||
Мягкопластичные и тугопластичные, с примесями более 10% | — | 1900 | — | ||
Мягкие, карбонные | — | 1950 | — | ||
Тяжелые, карбонные / тяжелые, сланцевые | 1950 | 2150 | |||
Лёсс | Мягкопластичные | — | 1600 | — | |
Тугопластичные, с примесью гравия и гальки | — | 1800 | — | ||
Твердые | — | 1800 | — | ||
Грунты ледникового происхождения (моренные) | Пески, супеси, суглинки с коэффициентом пористости от 0,5 и содержанием частиц более 2 мм до 10% | — | 1600 | — | |
Пески, супеси, суглинки с коэффициентом пористости до 0,5 и содержанием частиц более 2 мм до 10% | — | 1800 | — | ||
Глины с показателем консистенции до 0,5 и числом зерен больше 2 мм до 10% | — | 1850 | — | ||
Пески, глины, суглинки и супеси с коэффициентом пористости больше 0,5 и содержанием частиц от 2 мм больше 35% | — | 1800 | — | ||
Пески, глины, суглинки и супеси с коэффициентом пористости больше 0,5 и содержанием частиц от 2 мм от 35% до 65% | — | 1900 | — | ||
Глины, пески, суглинки и супеси с коэффициентом пористости больше 0,5 и содержанием частиц от 2 мм больше 65% | — | 1950 | — | ||
Глины, пески, суглинки и супеси с коэффициентом пористости меньше 0,5 и содержанием частиц от 2 мм до 35% | — | 200 | — | ||
Глины, пески, суглинки и супеси с коэффициентом пористости меньше 0,5 и содержанием частиц от 2 мм от 35% до 65% | — | 2100 | — | ||
Глины, пески, суглинки и супеси с коэффициентом пористости меньше 0,5 и содержанием частиц от 2 мм больше 65% | — | 2300 | — | ||
Валунный грунт, в котором больше половины зерен имеют диаметр от 200 мм | — | 2500 | — | ||
Мерзлые и сезонно-протаивающие | Растительный и заторфованный грунт, торф | — | 1150 | — | |
Пески, суглинки, супеси без примесей | — | 1750 | — | ||
Пески, суглинки и супеси с примесями щебня, дресвы, гравия или гальки до 20% и валунов до 10% | — | 1950 | — | ||
Пески, суглинки и супеси с примесями щебня, дресвы, гравия или гальки от 20% и валунов от 10% | — | 2100 | — | ||
Органические | Грунт растительного слоя | Без корней кустов и деревьев | — | 1200 | — |
С корнями кустов и деревьев | — | 1200 | — | ||
С примесями гальки, гравия, щебня | — | 1400 | — | ||
Черноземы и каштановые почвы | Твердые | — | 1200 | — | |
Мягкие пластичные | — | 1300 | — | ||
Твердые и мягкие, с корнями растений | — | 1300 | — | ||
Торф | Без древесных корней | 800 | — | 1000 | |
С древесными корнями до 30 мм | 850 | — | 1050 | ||
С древесными корнями от 30 мм | 900 | — | 1200 | ||
Другие виды грунтов | Бокситы | — | 2600 | — | |
Кремний | — | 3300 | — | ||
Шлаки | Котельные рыхлые | — | 700 | — | |
Котельные слежавшиеся | — | 700 | — | ||
Металлургические без признаков выветривания | — | 1500 | — | ||
Строительный грунт | Рыхлый и слежавшийся | — | 1800 | — | |
Сцементированный | — | 1900 | — |
Далее мы расскажем, какими методами можно измерить общую плотность грунта.
Определение общей плотности грунта
Основные методики исследования общей плотности грунтов описаны в ГОСТ 5180-2015.
К ним относятся:
- Метод режущего кольца
- Взвешивание в воде парафинированного образца
- Взвешивание парафинированного образца в нейтральной жидкости
Кроме них используются следующие способы:
- Замер образца правильной формы
- Метод лунки
- Радиоизотопное исследование плотности
В таблице даны наиболее приемлемые методы определения общей плотности для разных видов грунтов.
Метод | Тип грунта |
Режущим кольцом | Любой грунт, который легко вырезается кольцом, не сохраняет своей формы после вырезки или является слегка промерзшим |
Взвешивание в воде парафинированного образца | Пылевато-глинистые, легко крошащиеся, с трудом поддающиеся вырезке |
Взвешивание парафинированного образца в нейтральной жидкости | Мерзлые |
Детальнее о перечисленных методах читайте в продолжении статьи.
Метод режущего кольца
Этим способом плотность можно определить самостоятельно. Нужно лишь иметь под рукой некоторые инструменты.
Для измерений понадобятся:
- Весы
- Стальное кольцо с антикоррозийным покрытием
- Гладкие пластины из стекла, металла или пластика
- Аналитические весы
В таблице даны параметры кольца для разных грунтов.
Тип грунта | Параметры кольца | |||
Толщина стенки | Внутренний диаметр | Высота | Угол заточки режущего края | |
Пылевато-глинистый | 1,5-2 мм | 50 мм и больше | 0,3-0,8 диаметра | До 30 |
Песчаный сыпучий | 2-4 мм | 70 мм и больше | 0,3 диаметра или равная ему | До 30 |
Мерзлый пылевато-глинистый | 3-4 мм | 80 мм и больше | Равна диаметру | До 45 |
Порядок проведения работы:
- Сначала нужно измерить внутренний диаметр кольца штангенциркулем, высоту – линейкой и вычислить объем. У стандартных приборов объем уже рассчитан и прописан в инструкции.
- Затем внутреннюю поверхность покрывают вазелином, предварительно взвесив вещество на аналитических весах.
- Поверхность грунта разравнивают, ставят на нее кольцо.
- Затем постепенно кольцо опускают, параллельно убирают грунт, чтобы с внешней стороны кольца образовалась выемка на 1 мм шире внутреннего диаметра.
- Когда грунт поднимется над внешним ободком, его аккуратно убирают.
- Затем грунтовый столбик подрезают снизу кольца и перекрывают дно пластиной.
- В конце кольцо с грунтом ставят на весы и снимают показатели.
Плотность высчитывают по формуле:
Испытание проводят несколько раз. Оно считается достоверным, если разница между объемом каждой пробы составляет не более 0,01 г/см3.
Взвешивание парафинированного образца в воде
Этот метод еще называют парафиновым.
Для проведения испытания понадобятся:
- Образец грунта с ненарушенной структурой и естественной влажностью объемом около 50 см3
- Тонкая нить
- Парафин
- Тонкая игла
- Стакан с водой
- Штатив для подвешивания пробы
Проведение испытания:
- Необходимо срезать острые углы у пробы грунта и придать ей округлую форму.
- Затем нужно обмотать шар нитью и взвесить.
- Парафин разогревают до 50-60°С и опускают туда пробу на 3-5 сек.
- Потом образец вынимают и тонкой иглой прокалывают пузырьки воздуха на поверхности. Повторять действие нужно несколько раз, пока не образуется плотная пленка без пузырей.
- Грунт охлаждают и взвешивают вместе с парафиновой оболочкой.
- Над чашкой весов устанавливают емкость с водой, чтобы она их не касалась (используют подставку).
- К весам подвязывают пробу грунта в парафиновой оболочке и опускают ее в чашу с водой. Грунтовый шар не должен касаться стенок и дна емкости.
- Грунт вынимают из воды и повторно крепят на весы. Разница между результатами не должна превышать 0,02 г. Если она больше – это значит, что вода попала в грунт, и опыт следует повторить.
Плотность высчитывают по формуле:
Для определения плотности воды пользуются готовыми данными при разных температурах. Они приведены в таблице.
Температура, °С | Плотность воды, г/см3 |
0-12 | 1 |
13-18 | 0,999 |
19-23 | 0,998 |
24-27 | 0,997 |
28-30 | 0,996 |
31-33 | 0,995 |
Опыт проводят 2 раза с каждой пробой и выводят среднее значение плотности с точностью до 0,01 г/см3. Допускается расхождение между двумя опытами не более 0,02 г/см3.
Взвешивание в нейтральной жидкости
Метод предназначен для определения показателя у мерзлых грунтов. Вместо воды берут керосин, лигроин либо другую нейтральную жидкость. Она, как и образец, должна быть минусовой температуры. Испытание проводят также, как описано выше.
Результаты вычисляют по формуле:
Метод замера образца правильной формы
При этом способе измерения из грунта с природным сложением вырезают куб либо параллелепипед с заданной величиной граней. Затем определяют объем фигуры. После этого ее взвешивают и вычисляют плотность – вес разделяют на объем.
Метод лунки
Таким методом определяют плотность мерзлых и крупнообломочных грунтов. В земле делают лунку с гранями 30×30×30 см. Потом материал извлекают и взвешивают его с точностью до 1 г. После этого пустую лунку застилают полиэтиленовой пленкой, заполняют жидкостью либо песком с частицами 0,5-3 мм. Затем все извлекают и определяют объем заполнителя. Далее массу грунта разделяют на полученную цифру и получают его плотность.
Радиоизотопный метод
Радиоизотопным методом измеряют плотность грунта в месте его залегания.
Используется 2 варианта:
- Гаммаскопический – для измерения плотности на глубине 1,5-2 м. Источник излучения и детектор располагаются в параллельных скважинах или на поверхности грунта.
- Методика рассеянного гамма-излучения – для определения плотности на большой глубине. Источник лучей и детектор располагаются в скважинах.
Для реализации последних трех методов необходимо иметь специальное оборудование и разрешение на работу. Поэтому эти способы применяются только при промышленном строительстве, при разработке шахт и карьеров.
Практическое значение показателя общей плотности
Показатель общей плотности грунта на практике имеет наибольшее значение и более точный показатель. Его можно вычислить самостоятельно, имея под рукой емкость заданного объема и весы.
Определение показателя позволяет решить несколько практических вопросов:
- При строительстве фундаментов и оснований дорог с помощью общей плотности рассчитывают предполагаемую усадку и потребность в дополнительном уплотнении, допустимую нагрузку.
- Показатель помогает узнать давление, которое будет оказывать грунт на стенки фундамента.
- С помощью показателя рассчитывают насыпную плотность – соотношение веса и объема материала при свободной засыпке. Эта величина помогает переводить кубометры в тонны и обратно, рассчитывать количество транспорта для перевозки и площадь места для складирования. Подробно об этой характеристике вы можете прочитать на нашей странице Насыпная плотность сыпучих материалов и грунтов.
О других видах плотности грунтов вы можете прочитать в наших статьях:
- Плотность твердой фазы грунта
- Плотность сухого (скелета) грунта
- Максимальная плотность грунта
Также рекомендуем к прочтению нашу статью о плотности грунтов в целом.