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.

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.

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.

Порядок проведения работы:

1. Сначала нужно измерить внутренний диаметр кольца штангенциркулем, высоту – линейкой и вычислить объем. У стандартных приборов объем уже рассчитан и прописан в инструкции.
2. Затем внутреннюю поверхность покрывают вазелином, предварительно взвесив вещество на аналитических весах.
3. Поверхность грунта разравнивают, ставят на нее кольцо.
4. Затем постепенно кольцо опускают, параллельно убирают грунт, чтобы с внешней стороны кольца образовалась выемка на 1 мм шире внутреннего диаметра.
5. Когда грунт поднимется над внешним ободком, его аккуратно убирают.
6. Затем грунтовый столбик подрезают снизу кольца и перекрывают дно пластиной.
7. 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:

1. Необходимо срезать острые углы у пробы грунта и придать ей округлую форму.
2. Затем нужно обмотать шар нитью и взвесить.
3. Парафин разогревают до 50-60°С и опускают туда пробу на 3-5 сек.
4. Потом образец вынимают и тонкой иглой прокалывают пузырьки воздуха на поверхности. Повторять действие нужно несколько раз, пока не образуется плотная пленка без пузырей.
5. Грунт охлаждают и взвешивают вместе с парафиновой оболочкой.
6. Над чашкой весов устанавливают емкость с водой, чтобы она их не касалась (используют подставку).
7. К весам подвязывают пробу грунта в парафиновой оболочке и опускают ее в чашу с водой. Грунтовый шар не должен касаться стенок и дна емкости.
8. 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.

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.