РАБОТА 4

Содержание работы

1. В металлический бюкс массой m₀ (массу бюкса определить по таблице в соответствии с его номером или взвешиванием на весах) поместить навеску грунта (не менее 10 г).

2. Взвесить бюкс с влажным грунтом на технических весах с точностью 0.01 г (определение массы m₁).

3. Бюкс с грунтом поместить (под наблюдением сотрудника) в сушильный шкаф, где высушивать при температуре 105±2 ºС в течение (20…25) минут.

4. Взвесить бюкс с сухим грунтом с точностью 0.01 г (определение массы m₂).

5. Вычислить влажность грунта по формуле (6) с точностью до 1%.

6. Результаты занести в журнал (форма 2 работы 3).

7. Вычислить среднее значение влажности по результатам двух определений.*

*Определение влажности производиться каждой бригадой для двух проб влажного грунта.

РАБОТА 3

Определение характерных влажностей грунта – влажности на границе текучести и влажности на границе пластичности (ГОСТ 5180-84). Вычисление номенклатурных показателей пылевато-глинистого грунта (ГОСТ 25-100-96).

Строительные свойства пылевато-глинистых грунтов определяются их видом и состоянием по влажности, которое может быть текучим, пластичным или твердым. Наибольшие нагрузки грунт может выдержать в твердом состоянии, наименьшие – в текучем состоянии. Причем в текучем состоянии грунт ведет себя как вязкая жидкость.

Характерными влажностями называются пограничные влажности между разными состояниями грунта по влажности,

Влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в твердое состояние и наоборот, называется влажностью на границе пластичности (раскатывания – по способу определения) w_p.

Влажность, при которой пылевато-глинистый грунт переходит из пластичного состояния в текучее и наоборот, называется влажностью на границе текучести w_L.

Диапазон влажности, при котором грунт находится в пластичном состоянии, равен разности влажностей на пределах текучести и пластичности, и называется числом пластичности I_p, т.е.:

(7)

где – влажность на границе текучести грунта, %;

– влажность на границе пластичности (раскатывания) грунта, %;

Число пластичности зависит от количества глинистых частиц в грунте.

В соответствии с ГОСТ 25100-96 пылевато – глинистые грунты по числу пластичности подразделяются на следующие типы:

Таблица 1

Тип пылевато – глинистых грунтов	Число пластичности Ip	% содержания глинистых частиц
Супесь Суглинок Глина

Состояние пылевато-глинистого грунта по влажности удобно характеризовать показателем текучести I_L, определяемым по формуле:

(8)

где – влажность грунта в естественном состоянии (см. работу 2), %;

– влажность на границе пластичности (раскатывания) грунта, %;

– число пластичности грунта.

Пылевато-глинистые грунты различаются по консистенции, характеризуемой показателем текучести I_L следующим образом:

Таблица 2

Разновидность пылевато-глинистых грунтов	Показатель текучести
Супеси: твердые пластичные текучие
Суглинки и глины: твердые полутвердые тугопластичные мягкопластичные текуче-пластичные текучие

3.1. Определение влажности на границе текучести

Граница текучести грунта w_L характеризуется влажностью грунтовой пасты, при которой балансирный конус из полированной нержавеющей стали (рис.1) массой 76.0±0.2 г погружается в нее под действием собственного веса за 5с на глубину 10 мм.

Рис.1. Балансирный конус

Содержание работы

1. Из грунта воздушно – сухого состояния, предварительно растертого и просеянного через сито с отверстием 1 мм, путем замачивания дистиллированной водой и тщательного растирания шпателем в фарфоровой чашечке приготовить грунтовую пасту.

2. Часть пасты уложить в цилиндрическую форму вровень с краями. Поверхность грунта загладить шпателем.

3. Поднести к поверхности грунта острие конуса, смазанного тонким слоем вазелина, и без рывка опустить его:

а) если конус погрузить на глубину менее 10 мм (цилиндрическая риска выше поверхности грунта), добавить воды и после тщательного перемешивания повторить опыт;

б) если конус погрузить на глубину более 10 мм (цилиндрическая риска ниже поверхности грунта), добавить сухого грунта и после тщательного перемешивания повторить опыт;

в) если конус погрузить на глубину 10 мм (цилиндрическая риска на уровне поверхности грунта), отобрать две навески грунта (не менее 10 г каждая) для определения его влажности.

4. Определить влажность грунта w=w_L (см. работу 2).

5. Результаты занесите в журнал (форма 2).

6. Вычислить среднее значение влажности w_L по результатам двух определений.

3.2. Определение влажности на границе пластичности (раскатывания)

Граница пластичности (раскатывания) грунта w_p характеризуется влажностью грунтовой пасты, при которой раскатываемый из нее жгут начинает сам собой крошиться на дольки длиной (3…10) мм при диаметре в 3 мм.

Содержание работы

1. Использовать грунтовую пасту, оставшуюся от определения границы текучести.

2. В чашку с грунтовой пастой добавить немного сухого грунта (порошка) и хорошо перемешать массу шпателем.

3. Небольшой комочек грунта раскатать на ладони или стекле до образования жгута диаметром около 3 мм:

а) если жгут не распадается на дольки или раскатывается до диаметра менее 3 мм (оценить на глаз), скатать его в шарик и снова раскатать в жгут диаметром около 3 мм;

б) если жгут распадается на дольки длиной менее (3…10) мм (оценить на глаз), пальцы рук смочить водой, размять грунт и снова раскатать его в жгут диаметром 3 мм;

в) если жгут распадается на дольки длиной (3…10) мм (оценить на глаз), отобрать их в два металлических бюкса (не менее 10 г в каждый) для определения влажности грунта.

4. Определить влажность грунта w=w_p (см. работу 2).

5. Результаты занести в журнал (форма 2).

6. Вычислить среднее значение влажности w_p по результатам двух определений.

3.3. Вычисление номенклатурных показателей и классификация по ГОСТ 25100-96 (см. выше) пылевато–глинистого грунта

Классификация глинистого грунта производиться по значениям числа пластичности I_p и показателей текучести I_L.

Содержание работы

1. По результатам работ 2, 3.1, 3.2 (см. форма 2) вычислить значения I_p и I_L.

2. Результаты занести в журнал (форма 3).

3. Дать наименование грунта (см. табл. 1 и 2)^*.

*Примеры наименования пылеватого – глинистого грунта:

Супесь пластичная;

Суглинок тугопластичный.

РАБОТА 4

Определение плотности частиц грунта (ГОСТ 5180-84). Вычисление производных физических характеристик грунта (ГОСТ 25-100-96). Предварительная оценка просадочности (набухаемости) пылевато-глинистого грунта

Строительные свойства грунтов зависят как от свойств каждой фазы (составляющей компоненты вещества грунта), так и от их относительного содержания в грунте. Относительное содержание различных фаз оценивается фазовыми (физическими) характеристиками, которые подразделяются на основные и вычисляемые (производные).

Основные характеристики определяются опытным путем: плотность грунта ρ (см. работу 1); влажность w (см. работу 2); плотность частиц грунта ρ_s.

Плотностью частиц грунта называется масса единицы объема твердых частиц:

4.1. Определение плотности частиц грунта

(9)

где – масса твердых частиц (скелета) грунта в данном объеме, г (т);

– объем твердых частиц (скелета) грунта в данном объеме, см³ (м³).

Величина плотности частиц грунта зависит от минерального состава твердой фазы и колеблется в небольших пределах: 2,65 г/см³ – для песков; 2,70 г/см³ –для супесей и суглинков; 2,80 г/см³ – для глин.

Определяется она с помощью пикнометра – колбы из химического стекла с узким длинным горлышком. На горлышке имеется кольцевая риска, что позволяет точно отмеривать один о тот же объем жидкости или суспензии.

Метод основан на замещении части дистиллированной воды в фиксированном объеме частицами твердой фазы грунта и взвешивании пикнометра сначала только с дистиллированной водой, а затем с грунтовой суспензией.

ГОСТ 5180-84 регламентирует следующий порядок проведения испытаний:

– из протертой и просушенной в воздушно – сухом состоянии пробы грунта берется навеска из расчета 15 г грунта на каждые 100 мл емкости пикнометра и высушивается до постоянной массы при температуре 105±2⁰С;

– пикнометр, наполненный на 1/3 своего объема дистиллированной водой, взвешивается (определяется масса m^'_o), а затем через воронку в него всыпается высушенная навеска грунта и пикнометр снова взвешивается (определяется масса m^''_o);

– вычисляется масса сухого грунта m_o= m^''_o- m^'_o;

– пикнометр с водой и грунтом взбалтывается и кипятится на песчаной бане (продолжительность кипения: для песков и супесей – 0,5 ч, для суглинков и глин – 1 ч);

– после кипячения пикнометр охлаждается и в него доливается дистиллированная вода до мерной риски на горлышке (низ мениска должен совпадать с риской);

– пикнометр взвешивается (определяется масса m ₁), затем ополаскивается чистой водой и в него наливается дистиллированная вода до мерной риски и производится повторное взвешивание пикнометра (определяется масса m ₂);

– вычисляется плотность частиц грунта по формуле:

(10)

где – масса сухого грунта, г;

– масса пикнометра с водой и грунтом после кипячения, г;

– масса пикнометра с водой, г;

– плотность воды при температуре испытаний, г/см³.

Удельный весом частиц грунта _s называется вес единицы объема твердых частиц:

(11)

где – ускорение свободного падения (допустимо использовать значение ).

4.2. Вычисление производных физических характеристик грунта

Производные характеристики грунта вычисляются по значениям основных характеристик: ρ, ρ _s, w.

Ниже для каждой вычисляемой характеристики приведены ее определение, содержательная (поясняющая) и вычислительная формулы.

а) Плотностью грунта в сухом состоянии ρ_d называется масса единицы объема сухого грунта природного сложения:

(12)

где – масса твердых частиц (скелета) грунта в данном объеме, г(т);

– объем грунта, см³ (м³).

Вычисляем по формуле:

(13)

где – плотность грунта, г/см³; (т/м³);

– влажность грунта, %.

б) Коэффициентом пористости е называется отношение объема пор к объему твердых частиц в данном объеме грунта:

(14)

где – объем пор в данном объеме грунта, см³ (м³);

– объем твердых частиц (скелета) грунта в данном объеме, см³ (м³);

Вычисляется по формуле:

(15)

где – плотность твердых частиц грунта, г/см³; (т/м³);

– плотность сухого грунта природного сложения, г/см³; (т/м³).

в) Пористостью грунта n называется отношение объема пор в данном объеме грунта к этому объему:

(16)

где – общий объем грунта, см³ (м³).

Пористость грунта n тесно связана с коэффициентом пористости е и вычисляется по формуле:

или (17)

Плотность грунта в сухом состоянии, пористость и коэффициент пористости характеризуют плотность сложения грунта. От плотности сложения существенно зависят его прочность и сжимаемость, в частности прочность насыпи, после ее возведения.

г) Степенью влажности S_r называется степень заполнения объема пор грунта водой:

(18)

где – объем воды в порах данного объема грунта, см³ (м³);

– объем пор в данном объеме грунта, см³ (м³).

Вычисляется по формуле:

(19)

где – влажность грунта, %;

– плотность твердых частиц грунта, г/см³; (т/м³);

=1.0 г/см³; (т/м³) – плотность воды.

Наибольшее влияние степень влажности оказывает на строительные свойства песчаных грунтов. Из определения характеристики и вида формулы (18) понятно, что степень влажности в принципе не может быть больше 1,0.

По степени влажности песчаные и крупнообломочные грунты делятся на следующие разновидности:

маловлажные

влажные насыщенные водой

Содержание работы

1. По указанию преподавателя определить по формулам 10, 11 в соответствии с описанной перед ними методикой плотность ρ_s и удельный вес _s твердых частиц грунта.

2. По значениям основных характеристик грунта: ρ (из работы 1); w (из работы 2); ρ _s (по п.1 или 2,65 г/см³ – для песков; 2,70 г/см³ – для супесей и суглинков; 2,80 г/см³ – для глин) вычислить его производные характеристики: ρ _d; е; n; S_r (формулы 13, 15, 17, 19).

Примечание: e; n; S_r вычисляются с точностью до трех знаков после запятой.

3. Результаты занести в журнал (форма 4).

4.3. Предварительная оценка просадочности (набухаемости) пылевато-глинистого грунта

В пылевато-глинистых грунтах необходимо выделять просадочные грунты, которые под действием внешних нагрузки или собственного веса при замачивании водой дают дополнительную осадку (просадку), а также набухающие грунты, которые при замачивании водой или химическими растворами увеличиваются в объеме.

Предварительная оценка просадочности (набухания) грунтов производиться по величине показателя I_ss:

(20)

где – коэффициент пористости грунта при влажности на границе текучести w_L:

– влажность на границе текучести грунта, % (из работы 3);

– плотность твердых частиц грунта, г/см³; (т/м³) (из работы 4.1);

=1,0 г/см³; (т/м³) – плотность воды.

К непросадочным относятся грунты со степенью влажности. К возможно просадочным относятся грунты со степенью влажности для которых значение I_ss меньше следующих значений:

Таблица 3

Число пластичности грунта Ip
Показатель Iss	0,10	0,17	0,24

К ненабухающим при замачивании водой относятся грунты, для которых значение .

К возможно набухающим при замачивании водой относятся грунты, для которых значений .

Показатель не может служить обоснованием для назначения дополнительных строительных мероприятий для сооружений, возводимых на просадочных или набухающим грунтах. Он показывает на необходимость проведения дополнительных исследований грунтов с целью определения степени их просадочности (набухаемости).

Содержание работы

1. По значениям характеристик w_L (из работы 3.1) и е (из работы 4.1) вычислить показатель (формула 20).

2. Результаты занести в журнал (форма 4).

3. Дать предварительную оценку просадочности (набухаемости) грунта (см. таблицу 3).