Как найти плотность сухого грунта

Плотность сухого (скелета) грунта

Скелетом грунта называют его твердую фазу, то есть все твердые минеральные частицы, входящие в его состав. Иначе его еще называют сухим состоянием материала.

Плотность скелета – это отношение между весом полностью высушенного грунта при температуре 105°С к его объему в природном, ненарушенном сложении. При определении этой характеристики не учитывается влага, поэтому показатель изменяется в узких пределах. Он также всегда ниже общей плотности.

Плотность скелета зависит от:

• Минерального состава грунта
• Сложения грунта (числа и качества пор)

Другие характеристики на показатель не влияют.

Плотность скелета высокая у скалы с низкой степенью выветривания. У этого материала она практически равна показателю твердой фазы. У глинистых грунтов характеристика бывает выше общей плотности, так как при высушивании объем материала резко уменьшается.

Определение плотности сухого грунта

Обозначается плотность скелета ρd. Измеряется она, как и другие виды плотности, в г/см3 или кг/м3.

В соответствии с ГОСТом 5180-2015 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик», показатель определяют прежде всего расчетным способом. Перед этим обязательно высчитывают влажность грунта и общую плотность при этой влажности. Затем полученные результаты подставляют в следующую формулу:

Показатель плотности скелета для грунтов природного сложения в естественном состоянии находится в пределах 1,3-1,6 г/см3. Меньшее значение соответствует грунтам с большой пористостью.

Для тех материалов, у которых не всегда можно определить плотность скелета при ненарушенной структуре, показатель высчитывают на воздушно-сухих образцах с нарушенным сложением при предельно-рыхлом или плотном состояниях. В первую очередь это касается песчаных грунтов.

Практическое значение плотности сухого грунта

Знание плотности сухого грунта дает представление, насколько сильно будет давать усадку грунт в высушенном состоянии. Характеристику важно определять, прежде всего, для глинистых материалов, чтобы понимать, как сильно они будут уплотняться в насыпных сооружениях. Показатель также помогает вычислить пористость материала, узнать об особенностях его сложения. Кроме того, по нему определяют коэффициенты уплотнения и пористости.

Обратим еще раз ваше внимание на тот факт, что плотность скелета грунта – стабильный показатель. Он почти не изменяется, так как не зависит от влажности. Благодаря тому, что на свойство оказывают влияние минеральный состав материала и его сложение, показатель дает представление о качестве грунта.

О других видах плотности грунтов вы можете прочитать в наших статьях:

• Общая плотность грунта
• Плотность твердой фазы грунта
• Максимальная плотность грунта

Также рекомендуем к прочтению нашу статью о плотности грунтов в целом.

Вычисление удельного веса грунта

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

Удельный вес грунта вычисляется через его плотность:

γ = g × ρ ,

где ρ — плотность грунта, т/м³; g — ускорение свободного падения, принимаемое равным 9,81 м/с².

Определение плотности сухого (скелета) грунта

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

Устанавливается расчетом:

ρ
ρ_d = ,
1+0,01W

где W — природная (естественная) весовая влажность грунта, %; ρ — природная (естественная) весовая плотность грунта, г/см³ (т/м³)

Определение коэффициента пористости грунта

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

ρ_s — ρ_d
e = ,
ρ_d

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

Плотность частиц ρ_s принимается равной для песчаных грунтов 2,66 г/см³, супесей — 2,7 г/см³, суглинков — 2,71 г/см³, глин — 2,74 г/см³

Таблица 6

Песчаные грунты по плотности сложения

Пе­сок	Ко­эф­фи­ци­ент по­ри­сто­сти е, (в до­лях еди­ни­цы)
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

Определение показателя текучести глинистых грунтов

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

Определяется расчетом из формулы:

W — W_p
I _L = ,
I _р

где W — природная (естественная) влажность грунта; W_p — влажность на границе пластичности, в долях единицы; I _p — число пластичности.

В зависимости от показателя текучести пылевато-глинистые грунты могут иметь плотность сложения согласно таблице 7.

Таблица 7

Глинистые грунты по плотности сложения

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

Определение степени влажности грунта

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

W·ρ_s
S_r = ,
e·ρ_w

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.

Таблица 8

Грунты по степени влажности

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

Измеряемые характеристики грунтов

Плотность частиц
грунта ρ_s-отношение
массы твердой части сухого грунта m_s(
исключая массу воды в его порах) к его
объему V_s:
ρ_s=

.Единицы
измерения: кг/м³, г/см³ т/м³
Плотность частиц грунтов зависит
от минералогического состава и присутствия
органических и органоминералогических
веществ.

Плотность влажного
грунта ρ_w
–отношение влажного грунта m_w
к его объему V_w:ρ_w
=

Плотность сухого
грунта ρ_d–
отношение массы сухого грунта m_d
(исключая массу воды в его порах) к объему
грунта

: ρ_d
=

ρ_d=

,где
W – влажность грунта в
долях единицы, ρ –
плотность грунта.Плотность сухого
грунта зависит от пористости и его
минералогического состава.

Эти параметры
используются для характеристики
физических свойств грунтов и в динамических
расчетах оснований сооружений.

10. Плотность грунтов. Методы определения для сыпучих и связных грунтов.

Плотностью грунта
называют массу единицы объема грунта
в его природном состоянии, т.е ненарушенной
структуры с естественной пористостью
и влажностью. Она численно равна отношению
массы грунта m_гр к
его объему V_гр.
ρ=
г/см³,
т/м³

Плотность грунта
зависит от пористости, влажности и
минералогического состава грунта.
Плотность грунта является очень важным
показателем физических свойств грунта,
так как используется при расчетах
давления земли на подпорные стенки,
устойчивости оползневых откосов и
склонов, и тд.

Для определения
плотности грунтов в лабораторных
условиях в зависимости от их
гранулометрического состава и консистенции
используют различные методы.

Для связного (глинистого)
грунта применяют методы режущего кольца
и гидростатического взвешивания.
Последний метод используется в тех
случаях, когда нельзя изготовить образцы
правильной геометрической формы. А
образцы глинистого грунта перед
взвешиванием в воде парафинируют.

В полевых условиях
плотность грунтов определяют,
радиоизотопными и сейсмоакустическими
методами, с помощью плотномера- влагомера
Н.П. Ковалева, а также методами пенетрации
и засыпки ( для сыпучих грунтов).

Плотность
сыпучих грунтов нарушенной структуры
определяется в двух состояниях : рыхлом
и плотном, что необходимо для оценки их
строительных свойств и состояния.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Характеристики грунтов

Прочность, устойчивость и нормальная эксплуатация зданий и сооружений определятся не только конструктивными особенностями сооружения, но и свойствами грунтов, на которых они возводятся. Состав, строение и свойства грунтов разных строительных площадок определены природой и могут существенно различаться, требуя каждый раз специального изучения. Разнообразие состава, строения и состояния грунтов делает неизбежным введение значительного числа различных физических характеристик. Некоторые из них непосредственно применяются в расчетах оснований, другие – для классификации грунтов.

Измеряемые характеристики

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 ‑ плотность грунта, т/м³;
• g ‑ ускорение свободного падения, принимаемое равным 9,81 м/с².

Плотность сухого (скелета) грунта

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

Устанавливается расчетом: ρ_d= ρ / (1+0,01W)

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

Пористость грунта

Коэффициент пористости – это отношение объема пустот к объему твердых частиц в долях единицы. Коэффициент пористости грунта (е) расчитывается по формуле: e = (ρ_s – ρ_d) / ρ_d

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

Принимаемая плотность частиц ρs (г/см³) для грунтов:

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

Предел прочности на сжатие

Предел прочности грунта на одноосное сжатие R_c, МПа — отношение нагрузки, при которой происходит разрушение образца, к площади первоначального поперечного сечения. 

Влажность грунта

Влажность грунта, W % — массовое (весовое) W или объёмное W_n относительное содержание воды в порах грунта. Объёмная влажность W_n изменяется от 0 до 100 %. Расчитывается по формуле: p = m / V

Водонасыщение

Коэффициент водонасыщения (степень влажности грунта) S_r – отношение естественной (природной) влажности грунта W к влажности, соответствующей полному заполнению пор водой (без пузырьков воздуха): S_r = W·ρ_s / e·ρ_w

• 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:

• Маловлажный: 0 < Sr ≤ 0,5
• Влажный: 0,5 < Sr ≤ 0,8
• Насыщенный водой: 0,8 < Sr ≤ 1

Пластичность грунта

Число пластичности I_p — разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести W_L и на границе раскатывания 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.

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

• WL и Wp определяют по ГОСТ 5180-84.

Текучесть грунтов

Показать текучести I_L выражается в долях единицы и используется для оценки состояния (консистенции) пылевато-глинистых грунтов. Расчитывается по формуле: I_L = (W — W_p)  / I_р

• где W — природная (естественная) влажность грунта;
• W_p — влажность на границе пластичности, в долях единицы;
• I_p — число пластичности.

В зависимости от показателя текучести глинистые грунты подразделяются на супеси, суглинки и глины. Показатель текучести для грунтов разной плотности приведены в статье Пластичность и текучесть грунта

Водопроницаемость 

Степень водопроницаемости грунта — характеристика, отражающая способность грунтов пропускать через себя воду и количественно выражающаяся в коэффициенте фильтрации К_ф, м/сут. Определяется по ГОСТ 25584-90.

Морозная пучинистость

Степень морозной пучинистости — характеристика, отражающая способность грунта к морозному пучению, выражается относительной деформацией морозного пучения ε_fh, д. ед. (доли единицы), которая определяется по формуле: ε_fh = (h_o,f − h_o) / h_o

• где h_{o, f} — высота образца мёрзлого грунта, см;
• h_o — начальная высота образца талого грунта до замерзания, см.

Плотность песков

Степень плотности песков I_D определяется по формуле: I_D = (e_max − e) / (e _max − e_min)

• где е — коэффициент пористости при естественном или искусственном сложении;
• e_max — коэффициент пористости песка в самом рыхлом сложении.
• e_min — коэффициент пористости песка в самом плотном сложении.

Неоднородность

Степень неоднородности гранулометрического состава C_u — показатель неоднородности гранулометрического состава. Определяется по формуле: C_u = d₆₀ / d₁₀

• где d₆₀, d₁₀ — диаметры частиц, мм, меньше которых в грунте содержится соответственно 60 и 10 % (по массе) частиц.

Выветрелость

Кэффициент выветрелости К_wr, д. ед. — отношение плотности выветрелого грунта к плотности монолитного грунта. Коэффициент выветрелости крупнообломочных грунтов Кwr, д. ед., определяется по формуле: K_wr = (K₁ − K₀) / K₁

• где К₁ — отношение массы частиц размером менее 2 мм к массе частиц размером более 2 мм после испытания на истирание в полочном барабане;
• К₀ — то же, в природном состоянии.

Истираемость

Коэффициент истираемости крупнообломочных грунтов К_fr, д. ед., определяется по формуле: K_fr = q₁ / q₀

• где q₁ — масса частиц размером менее 2 мм после испытания крупнообломочных фракций грунта (частицы размером более 2 мм) на истирание в полочном барабане;
• q₀ — начальная масса пробы крупнообломочных фракций (до испытания на истирание).

Размягчаемость в воде

Коэффициент размягчаемости в воде К_sof, д. ед. — отношение пределов прочности грунта на одноосное сжатие в водонасыщенном и в воздушно-сухом состоянии.

Растворимость в воде

Степень растворимости в воде — характеристика, отражающая способность грунтов растворяться в воде и выражающаяся в количестве воднорастворимых солей, q_sr, г/л.

Деформация набухания

Относительная деформация набухания без нагрузки ε_sw, д. ед. — отношение увеличения высоты образца грунта после свободного набухания в условиях невозможности бокового расширения к начальной высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 24143-80.

Деформация просадочности

Относительная деформация просадочности ε_s, д. ед. — отношение разности высот образцов, соответственно, природной влажности и после его полного водонасыщения при определённом давлении к высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 23161-78.

Содержание органического вещества

Относительное содержание органического вещества I_r, д. ед. — отношение массы сухих растительных остатков к массе абсолютно сухого грунта.

Засолённость

Степень засолённости — характеристика, определяющая количество водорастворимых солей в грунте D_sal, %.

Коэффициент сжимаемости мёрзлого грунта 

Коэффициент сжимаемости мёрзлого грунта δ_f — относительная деформация мёрзлого грунта под нагрузкой.

Льдистость грунта

Льдистость грунта за счёт видимых ледяных включений i_i, д. ед. — отношение содержащегося в нём объёма видимых ледяных включений к объёму мёрзлого грунта. Определяется по формуле:
i_i = (ρ_s (W_tot − W_m)) / (ρ_i + ρ_s (W_tot − W_w))

•     ρ_s — плотность мёрзлого грунта, г/см3;
•     ρ_i — плотность льда, принимаемая равной 0,9 г/см3;
•     W_tot — суммарная влажность мёрзлого грунта, д. ед.;
•     W_m — влажность мёрзлого грунта, расположенного между ледяными включениями, д. ед.
•     W_w — влажность мёрзлого грунта за счёт содержащейся в нём при данной отрицательной температуре незамёрзшей воды, д. ед.

Степень заполнения объёма пор мёрзлого грунта

Степень заполнения объёма пор мёрзлого грунта льдом и незамёрзшей водой Sr, д. ед., определяется по формуле:
S_r = (1,1W_ic + W_w) ρ_s / e_fρ_w

• где W_ic — влажность мёрзлого грунта за счёт порового льда, цементирующего минеральные частицы (лёд-цемент), д. ед.;
• W_w — влажность мёрзлого грунта за счёт содержащейся в нём при данной отрицательной температуре незамёрзшей воды, д. ед.;
• ρ_s — плотность частиц грунта, г/см3;
• е_f — коэффициент пористости мёрзлого грунта;
• ρ_w — плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3.

Суммарная льдистость 

Суммарная льдистость мёрзлого грунта i_tot, д. ед. — отношение содержащегося в нём объёма льда к объёму мёрзлого грунта. Определяется по формуле: i_tot = i_i + i_c = ρ ⋅ i / ρ_i = ρ_f (W_tot − W_w) / ρ_i(W_tot + 1)

Зольность торфа

Степень зольности торфа D_ds, д. ед. — характеристика, выражающаяся отношением массы минеральной части грунта ко всей его массе в абсолютно сухом состоянии. Определяется по ГОСТ 11306-83*.

Разложение торфа

Степень разложения торфа D_dp, д. ед. — характеристика, выражающаяся отношением массы бесструктурной (полностью разложившейся) части, включающей гуминовые кислоты и мелкие частицы негумицированных остатков растений, к общей массе торфа. Определяется по ГОСТ 10650-72.

Прочие характеристики

Происхождение 

По генезису (происхождению) выделяются три типа грунтов:

1. Скальные: магматические интрузивные, магматические эффузивные, метаморфические, осадочные, вулканогенно-осадочные, элювиальные, техногенные.
2. Дисперсные: осадочные, вулканогенно-осадочные, элювиальные, техногенные.
3. Мёрзлые

Структура

Структура грунта — пространственная организация компонентов грунта, характеризующаяся совокупностью морфологических (размер, форма частиц, их количественное соотношение), геометрических (пространственная композиция структурных элементов) и энергетических признаков (тип структурных связей и общая энергия структуры) и определяющаяся составом, количественным соотношением и взаимодействием компонентов грунта.

Состав

Состав грунта вещественный — категория, характеризующая химико-минеральный состав твёрдых, жидких и газовых компонентов.

Текстура

Текстура грунта — пространственное расположение слагающих грунт элементов (слоистость, трещиноватость и др.).

Гранулометрический состав

Гранулометрический состав — количественное соотношение частиц различной крупности в дисперсных грунтах. Определяется по ГОСТ 12536-79.