Измеряемые характеристики грунтов

Для вычисления несущих характеристик грунта нам нужны измеряемые характеристики грунта. Вот некоторые из них.

Удельный вес грунта

Удельным весом грунта γ называется вес единицы объема грунта, измеряется в кН/м³.

Удельный вес грунта вычисляется через его плотность:

γ = g·ρ

ρ-плотностьгрунта,т/м³;
g ‑ ускорение свободного падения, принимаемое равным 9,81 м/с².

Плотность сухого (скелета) грунта

Плотность сухого (скелета) грунта ρ_d ‑ природная плотность за вычитанием массы воды в порах, г/см³ или т/м³.

Устанавливается расчетом:

ρd =	ρ
1+0,01W

Где, W-природная (естественная) весовая влажность грунта, %;
ρ ‑ природная (естественная) весовая плотность грунта, г/см³ (т/м³)

Коэффициент пористости грунта

Коэффициент пористости - это отношение объема пустот к объему твердых частиц в долях единицы. Устанавливается расчётом:

e =	ρs - ρd
ρd

где ρ_s и ρ_d - соответственно плотность частиц и плотность сухого (скелета) грунта, г/см³ (т/м³).

Принимаемая плотность частиц ρ_s (г/см³) для грунтов

песчаные грунты	2,66
супеси	2,7
суглинки	2,71
глины	2,74

Коэффициент пористости е, для песчаных грунтов разной плотности

Песок	Гравелистый, крупный и средней крупности	Мелкий	Пылеватый
Плотный	e ≤ 0,55	е ≤ 0,6	е ≤ 0,6
Средней плотности	0,55 < е ≤ 0,7	0,6 < е ≤ 0,75	0,6 < е ≤ 0,8
Рыхлый	е > 0,7	е > 0,75	е > 0,8

Степени влажности грунта

Степень влажности грунта S_r - отношение естественной (природной) влажности грунта W к влажности, соответствующей полному заполнению пор водой (без пузырьков воздуха):

Sr =	W·ρs
e·ρw

где ρ_s - плотность частиц грунта (плотность скелета грунта), г/см³ (т/м³);
е - коэффициент пористости грунта;
ρ_w - плотность воды, принимаемая равной 1 г/см³ (т/м³);
W - природная влажность грунта, выраженная в долях единицы.

Грунты по степени влажности

Грунт	Степень влажности
Маловлажный	0 < Sr ≤ 0,5
Влажный	0,5 < Sr ≤ 0,8
Насыщенный водой	0,8 < Sr ≤ 1

Пластичность грунта

Пластичность грунта - его способность деформироваться под действием внешнего давления без разрыва сплошности массы и сохранять приданную форму после прекращения деформирующего усилия.Для установления способности грунта принимать пластичное состояние определяют влажность, характеризующую границы пластичного состояния грунта текучести и раскатывания.

Граница текучести W_L характеризует влажность, при которой грунт из пластичного состояния переходит в полужидкое - текучее. При этой влажности связь между частицами нарушается благодаря наличию свободной воды, вследствие чего частицы грунта легко смещаются и разъединяются. В результате этого сцепление между частицами становится незначительным и грунт теряет свою устойчивость.

Граница раскатывания W_P соответствует влажности, при которой грунт находится на границе перехода из твердого состояния в пластичное. При дальнейшем увеличении влажности (W > W_P) грунт становится пластичным и начинает терять свою устойчивость под нагрузкой. Границу текучести и границу раскатывания называют также верхним и нижним пределами пластичности.

Определив влажность на границе текучести и границе раскатывания, вычисляют число пластичности грунта I_Р. Число пластичности представляет собой интервал влажности, в пределах которого грунт находится в пластичном состоянии, и определяется как разность между границей текучести и границей раскатывания грунта:

I_Р = W_L - W_P

Чем больше число пластичности, тем более пластичен грунт. Минеральный и зерновой составы грунта, форма частиц и содержание глинистых минералов существенно влияют на границы пластичности и число пластичности.

Деление грунтов по числу пластичности и процентному содержанию песчаных частиц приведено в таблице.

Грунт	Число пластичности Ip	Содержание песчаных частиц (2-0,5мм) % по массе
Супесь
песчанистая	1 - 7	≥ 50
пылеватая	1 - 7	< 50
Суглинок
лёгкий песчанистый	7 -12	≥ 40
лёгкий пылеватый	7 -12	< 40
тяжёлый песчанистый	12- 17	≥ 40
тяжёлый пылеватый	12- 17	< 40
Глина
лёгкая песчанистая	17 - 27	≥ 40
лёгкая пылеватая	17 - 27	< 40
тяжёлая	> 27	не регламентируется

Текучесть глинистых грунтов

Показать текучести I_L выражается в долях единицы и используется для оценки состояния (консистенции) пылевато-глинистых грунтов.

Определяется расчетом из формулы:

IL =	W - Wp
Iр

где W - природная (естественная) влажность грунта; Wp - влажность на границе пластичности, в долях единицы;
I_p - число пластичности.

Показатель текучести для грунтов разной плотности

Грунты	Показатель текучести IL
Супесь
твердая	IL ≤ 0
пластичная	0 ≤ IL ≤1
текучая	IL >1
Суглинок и глина
твердые	IL ≤ 0
полутвердые	0 ≤ IL ≤0,25
тугопластичные	0,25 < IL ≤0,5
мягкопластичные	0,5 < IL ≤0,75
текучепластичные	0,75 < IL ≤1
текучие	IL > 1

НАЧАЛО КОНСПЕКТА.

Скальные грунты

Скальные грунты - монолитные породы или в виде трещиноватого слоя с жесткими структурными связями, залегающие в виде сплошного массива или разделенные трещинами. К ним относятся магматические (граниты, диориты и др.), метаморфические (гнейсы, кварциты, сланцы и др.), осадочные сцементированные (песчаники, конгломераты и др.) и искусственные. Они хорошо держат нагрузку на сжатие даже в водонасыщенном состоянии и при отрицательных температурах, а также не растворимы и не размягчаются в воде. Являются хорошим основанием для фундаментов. Единственная сложность - это разработка скального грунта. Фундамент можно возводить непосредственно на поверхности такого грунта, без какого-либо вскрытия или заглубления.

Крупнообломочные грунты

Крупнообломочные - несвязные обломки скальных пород с преобладанием обломков размером более 2 мм (свыше 50%).

По гранулометрическому составу крупнообломочные грунты подразделяют на:

• валунный d>200 мм (при преобладании неокатанных частиц - глыбовый),
• галечниковый d>10 мм (при неокатанных гранях -щебенистый)
• гравийный d>2 мм (при неокатанных гранях - дресвяный). К ним можно отнести гравий, щебень, гальку, дресву.

Эти грунты являются хорошим основанием, если под ними расположен плотный слой. Они сжимаются незначительно и являются надежными основаниями. При наличии в крупнообломочных грунтах песчаного заполнителя более 40% или глинистого заполнителя более 30% от общей массы воздушно-сухого грунта в наименовании крупнообломочного грунта добавляют наименование вида заполнителя, и указывают характеристики его состояния. Вид заполнителя устанавливают после удаления из крупнообломочного грунта частиц крупнее 2 мм. Если обломочный материал представлен ракушкой в количестве ≥ 50%, грунт называют ракушечным, если от 30 до 50% - к наименованию грунта прибавляют с ракушкой. Крупнообломочный грунт может быть пучинистым, если мелкая составляющая - пылеватый песок или глина.

Песчаные грунты

Песчаные грунты - продукт разрушения горных пород, представляют собой сыпучую смесь зерен кварца и других минералов, образовавшихся в результате выветривания горных пород с размерами частиц от 0,1 до 2 мм, содержащие глины не более 3%.

Песчаные грунты по крупности частиц могут быть:

• гравелистые (25% частиц крупнее 2 мм);
• крупные (50% частиц по весу крупнее 0,5 мм);
• средней крупности (50% частиц по весу крупнее 0,25 мм);
• мелкие (размеры частиц - 0,1-0,25 мм)
• пылеватые (размеры частиц 0,005-0,05 мм). Они близки по своим проявлениям к глинистым грунтам.

По плотности подразделяются на:

• плотные;
• средней плотности;
• рыхлые.

Чем выше плотность, тем прочнее грунт.

Физические свойства:

• высокая сыпучесть, поскольку сцепления между отдельными зернами нет.
• легко разрабатываются;
• хорошая водопроницаемость, хорошо пропускают воду;
• не меняются в объеме при разном уровне водопоглощении;
• промерзают незначительно, не пучинистые;
• при нагрузках имеют свойство сильно уплотняться и проседать, но в довольно сжатые сроки;
• не пластичны;
• легко утрамбовываются.

Сухой чистый (в особенности крупный) кварцевый песок может выдержать большие нагрузки. Чем крупнее и чище пески, тем большую нагрузку может выдержать слой основания из него. Гравелистые, крупные и средней крупности пески значительно уплотняются под нагрузкой, незначительно промерзают.Если пески залегают равномерно с достаточной плотностью и мощностью слоя, то такой грунт является хорошей основой для фундамента и чем крупнее песок, тем большую нагрузку он может воспринимать. Рекомендуется закладка фундамента на глубине от 40 до 70 см. Мелкий песок, разжиженный водой, особенно с примесями глины и ила, в качестве основания ненадежен. Пылеватые пески (размер частиц от 0,005 до 0,05 мм) слабо держат нагрузку, как основание требуют укрепление.

Супеси

Супеси - грунты, в которых глинистые частицы размером менее 0,005 мм содержатся в пределах от 5 до 10%.

Плывуны Плывуны - это супеси по свойствам близки к пылеватым пескам, содержащие большое количество пылеватых и очень мелких глинистых частиц. При достаточном водопоглощении пылеватые частицы начинаю играть роль смазки между крупными частицами и некоторые разновидности супесей становятся настолько подвижными, что текут, как жидкость. Различают плывуны истинные и псевдоплывуны.

Глинистые грунты

Глины - горные породы, состоящие из чрезвычайно мелких частиц (менее 0,005, мм), с небольшой примесью мелких песчаных частиц. Глинистые грунты образовались в результате физико-химических процессов, происходивших при разрушении горных пород. Характерным свойством их является сцепление мельчайших частиц грунта между собой.

Физические свойства:

• низкие водопропускные свойства, поэтому всегда содержат воду (от 3 до 60%, обычно 12-20%).
• увеличиваются в объеме при намокании и уменьшаются при высыхании;
• в зависимости от влажности обладают значительной связанностью частиц;
• сжимаемость глины высокая, уплотнение под нагрузкой низкое.
• пластичны только в пределах определенной влажности; при меньшей влажности они становятся полутвердыми или твердыми, при большей - из пластичного состояния переходят в текучее;
• размываются водой;
• пучинистость.

По поглощенной воде глины и суглинки подразделяют на:

• твердые,
• полутвердые,
• тугопластичные,
• мягкопластичные,
• текучепластичные,
• текучие.

Осадка зданий на глинистых грунтах, продолжается более длительное время, чем на песчаной почве. Глинистые грунты с песчаными прослойками легко разжижаются и поэтому обладают небольшой несущей способностью. Сухие, плотно слежавшиеся глинистые грунты с большой мощностью слоя выдерживают значительные нагрузки от сооружений, если под ними находятся устойчивые подстилающие слои. Глина, слежавшаяся в течение многих лет, считается хорошим основанием. Глинистые грунты - самые непредсказуемые для строительства. Они могут размываться, разбухать, сжиматься, при замерзании вспучиваться. Фундаменты на таких грунтах строят ниже отметки промерзания. При наличии лессовых и илистых грунтов необходимо принять меры к укреплению основания.

Суглинки

Суглинки - грунты, в которых глинистые частицы размером менее 0,005 мм содержатся в пределах от 10 до 30%. По своим свойствам они занимают промежуточное положение между глиной и песком. В зависимости от процентного содержания глины суглинки могут быть легкими, средними и тяжелыми.

Лёсс

Такой грунт как лёсс относится к группе суглинков, содержит значительное количество пылеватых частиц (0,005 - 0,05 мм) и водорастворимые известняки и др., очень пористый и при намокании сжимается. При замерзании вспучивается.

В сухом состоянии такие грунты обладают значительной прочностью, но при увлажнении их грунт размягчается и резко уплотняется. В результате происходят значительные осадки, сильные перекосы и даже разрушения возведенных на нем сооружений, в особенности из кирпича. Таким образом, для того чтобы лессовидные грунты служили надежным основанием для сооружений, нужно полностью устранить возможность их замачивания. Для этого необходимо тщательно изучить режим грунтовых вод и горизонты их высшего и низшего стояния.

Ил (илистые грунты)

Ил - образовавшиеся в начальной стадии своего формирования в виде структурных осадков в воде, при наличии микробиологических процессов. Большей частью такие грунты располагаются в местах торфоразработок, болотистых и заболоченных местах.

Ил - илистые грунты, водонасыщенный современный осадок преимущественно морских акваторий, содержащий органическое вещество в виде растительных остатков и гумуса, содержание частиц меньше 0,01 мм составляет 30-50% по массе.

Свойства илистых грунтов:

• Cильная деформируемость и высокая сжимаемость и как следствие - ничтожное сопроивление к нагрузкам и непригодность их использования в качестве естественного основания.
• Значительное влияние структурных связей на механические свойства.
• Незначительное сопротивление сил трения, что затрудняет применение в них свайных фундаментов;
• Органические (гуминовые) кислоты в иле, действуют разрушающе на бетонные конструкции сооружений и фундамента.

Последовательность возведения фундаментов на илистых грунтах:

• Производится "выемка" этих грунтов, и замещают послойно песчаным грунтом;
• Отсыпают каменную/щебеночную подушку, ее мощность определяется расчетом, необходимо, чтобы на поверхность илистого грунта от сооружения и подушки приходилось давление неопасное для илистого грунта;
• После этого возводится сооружение.

Торф

Торф - органический грунт, образовавшийся в результате естественного отмирания и неполного разложения болотных растений в условиях повышенной влажности при недостатке кислорода и содержащий 50% (по массе) и более органических веществ.

В их состав входит большое количество растительных осадков. По количеству их содержания различают:

• слабозаторфованные грунты (относительное содержание растительных осадков - менее 0,25);
• среднезаторфованные (от 0,25 до 0,4);
• сильнозаторфованные (от 0,4 до 0,6) и торфы (свыше 0,6).

Торфяники обычно сильно увлажнены, отличаются сильной неравномерной сжимаемостью и практически непригодны как основание. Чаще всего их заменяют на более пригодные основания, например, песчаные.

КОНЕЦ КОНСПЕКТА

Влажность грунта

Из-за капиллярного эффекта грунты с мелкой структурой (глина, пылеватые пески) находятся во влажном состоянии даже при низком уровне грунтовых вод.

Поднятие воды может достигать:

• в суглинках 4 - 5 м;
• в супесях 1 - 1,5 м;
• в пылеватых песках 0,5 - 1 м.

Условия для слабопучинистого грунта

Относительно безопасные условия, чтобы грунт считался слабопучинистым, когда подземная вода расположена ниже расчетной глубины промерзания:

• в пылеватых песках на 0,5 м;
• в супесях на 1 м;
• в суглинках на 1,5 м;
• в глинах на 2 м.

Условия для среднепучинистого грунта

Грунт можно отнести к категории средне-пучинистой, когда подземная вода расположена ниже расчетной глубины промерзания:

• в супесях на 0,5 м;
• в суглинках на 1 м;
• в глинах на 1,5 м.

Условия для сильно-пучинистого грунта

Грунт будет сильно-пучинистый, если уровень грунтовых вод будет выше, чем для средне-пучинистых грунтов.