Удельный и объемный вес грунта: определение и формулы расчетов

Качество и характеристики грунтов имеют важнейшее значение при планировании и проведении любых земляных или строительных работ. Основными физическими показателями, которые характеризуют свойства почв, считается их удельный и объемный вес, вес под водой и в высушенном состоянии. Наибольшую роль играют первые три характеристики, именно их чаще всего используют в различных инженерных расчетах.

Без знаний о весе грунта нельзя вычислить его механические свойства, что делает невозможным любое строительство. Ошибки при оценке характеристик почвы способны привести к разрушению зданий и сооружений.

Удельный вес: общая информация

Удельный вес грунта – это отношение его массы к объему. Данный показатель высчитывается по формуле:

γ = P/V, где γ – означает удельный вес, Р – массу, а V – объем исследуемого образца.

Как правило, в расчетах используют удельный вес для сухого грунта. Перед взвешиванием из почвы удаляют всю влагу с помощью длительного нагревания до температуры 100-105° С. Для этой процедуры применяются специальные сушильные шкафы.

Объем образца вычисляется путем погружения его в воду и последующего подсчета объема вытесненной жидкости. Образцы мягких грунтов предварительно парафинируют, а затем из полученного результата вычитают объем парафина. Также объем проб вычисляют с помощью пикнометрического метода, путем вытеснения газа или гидростатическим взвешиванием. Чаще всего для подобных расчетов используется пикнометр.

Методы для вычисления веса породы делятся на полевые и лабораторные. К первой группе относят различные способы, с помощью которых можно определить характеристики грунта в условиях его залегания. Вторая группа обычно работает с небольшими образцами породы, уже извлеченными из массива.

В полевых условиях данную характеристику грунтов часто измеряют с помощью специального кольца с острой режущей гранью. Оно имеет диаметр 15 см и высоту 5-10 см. Это очень простой и удобный метод. Подобное кольцо вдавливается в почву, а затем извлекается и взвешивается.

Для выражения удельного весе применяют разные единицы измерения, но чаще всего используют г/см³ или т/м³.

От чего зависят показатели веса?

Удельный вес почвы зависит от ее геологического состава и содержания в ней органических соединений и растительных остатков. Последние имеют низкую плотность, поэтому чем больше органики в породе, тем она получается легче. Грунты, которые содержат много гумуса, обычно отличаются небольшим весом. На данную характеристику также значительно влияет наличие в почвах тяжелых минералов.

У большинства грунтов вес колеблется в диапазоне от 2,5 до 2,8 г/см³. У основных пород он несколько выше, чем у кислых. Вес последних приближается к весу кварца. К породам с большим удельным весом (плотностью) относятся: кварциты, мрамор, диориты, граниты, гнейсы, базальты, порфириты, кремень, ангидриты. Имеют низкий показатель удельного веса известняки, туф, торф, пемза, шлаки.

Ниже представлены значения удельного веса для наиболее распространенных видов почв.

Тип	Удельный вес, т/м3	Возможные отклонения
		в %	в т/м3
Песок	2,66	0,36	0,01
Суглинок	2,71	0,74	0,02
Глина	2,74	0,99	0,027
Чернозем	1,45	3,45	0,05
Супесь	2,7	0,63	0,017

Объемный вес: общая информация

Кроме удельного веса грунта, существует еще и объемный, под которым подразумевается его масса в единице объема. Это очень важный физический параметр почвы, определяющий ее текстурные, а также структурные особенности. Он зависит от минерального состава, структуры почвы, ее пористости, влажности.

Данный показатель у скальных пород очень близок к удельному. Причина этому – их низкая пористость и большое количество тяжелых элементов в составе. Так, например, у изверженных пород его значение составляет 2,5-3,5.

Объемный вес применяется при расчетах давления грунтов на подпорные стенки и другие конструкции, а также при вычислении устойчивости откосов, оползневых склонов, других аналогичных объектов. Также данная величина используется при вычислениях других характеристик грунтов: пористости, массы скелета почвы.

Грунт – это многокомпонентная дисперсная система, в состав которой, кроме твердых частиц, входят еще и поры, заполненные жидкостью и воздухом. В качестве жидкости чаще всего выступает свободная и связанная вода, а также различные растворы на ее основе. По этой причине масса почвы – это величина переменная, она повышается или уменьшается вместе с уровнем влажности. Поэтому выделяют два вида объемного веса, для грунта влажного и сухого.

В первом случае имеется в виду вес некоторого объема почвы с ненарушенной структурой, который содержит природную влагу. Он высчитывается по формуле:

γ = γ_с (1+W), где γ_с – это вес грунта без воды, а W – его влажность.

В практических вычислениях обычно используется объемный вес грунта с влажностью. Чаще всего именно эта характеристика встречается в технической литературе и справочниках.

Сухой вес – масса почвы, из которой при нагревании полностью удалена вода. Характеристика высчитывается по формуле:

γ = γ_уд (1-n), где γ_уд – это удельный вес почвы, а n – ее пористость.

Значения для разных грунтов

Ниже указана данная характеристика для разных типов почв. В таблице указаны средние показатели. Следует отметить, что вес одинаковых грунтов с разной пористостью может значительно отличаться.

Тип	Коэффициент пористости	Объемный вес, т/м3
Глина	0,5 0,6 0,8 1,1	1,8-2,1 1,7-2,1 1,7-1,9 1,6-1,8
Песок: пылеватый мелкий средний крупный	—	1,8-2,05 1,6-2 1,6-1,9 1,75-1,85
Супесь	0,5 0,7	1,7-2 1,5-1,9
Суглинок	0,5 0,7 1,0	1,8-2,05 1,75-1,95 1,7-1,8
Торф	—	0,55-1,02

Под коэффициентом пористости понимается соотношение твердых частиц грунта и его воздушных пор.

Вес грунта под водой

Важной характеристикой почвы является ее удельный вес в водной среде. Здесь речь идет о грунте, который полностью насыщен влагой. Так бывает при его залегании ниже уровня грунтовых вод. В таких условиях вес породы уменьшается на количество воды, которую вытеснили твердые частицы. Здесь действует закон Архимеда, известный всем нам еще со школьной скамьи.

Данную характеристику можно высчитать по двум формулам:

γ_гр = (γ_уд -1)×(1-n) или γ_гр = (γ_уд – γ_в)/(1+ε), где γ_гр – это вес почвы, которая находится в воде, γ_в – масса воды, а ε – показатель пористости породы. Последняя характеристика является практически постоянной.

Вес почвы, которая насыщена водой, чрезвычайно важен. Его значение применяется при вычислениях устойчивости оснований, фундаментов сооружений, расчетах откосов, при прогнозировании деформационных процессов и других измерениях.

При проведении подобных вычислений необходимо знать плотность породы. Ее можно высчитать с помощью простых формул или измерить. Чтобы высчитать плотность, необходимо знать массу и объем почвы.

Для инструментального определения данной величины используются пикнометр. Этот прибор выглядит, как небольшая стеклянная колба с узким горлышком и боковой шкалой. С его помощью можно очень точно определять плотность твердых и жидких веществ.

Для чего нужны данные характеристики?

Объемный и удельный вес грунтов – это чрезвычайно важные характеристики, без которых невозможно любое строительство. Они во многом определяют механику почв и их прочностные свойства. Без знания этих параметров нельзя заложить фундамент или другой объект. Кроме того, данные свойства определяют, как грунт поведет себя при воздействии на него низких температур, температурных колебаний, замачивания.

Исходя из прочности грунта, можно высчитать массу строительных элементов, которые он в состоянии выдержать. Неправильная оценка механических свойств почвы способна привести к деформации сооружения, а то и к его полному разрушению. Считается, что более 50% аварий насыпей, дорог, мостов, зданий и плотин – это следствие ошибок, допущенных при геологических изысканиях и расчетах характеристик грунта.

Расчет массы почвы может пригодится не только профессиональным строителям, но и обычным обывателям. Например, при постройке дачи или дома с помощью указанных выше формул и значений можно посчитать тоннаж автотранспорта. Застройщики-любители обычно не пользуются сложными расчетами, а просто берут усредненные значения для каждого грунта, которое можно найти в справочниках.

Понятия об удельном и объемном весе грунтов

Удельный вес — это отношение веса частиц породы к их объему.

Численно удельный вес равен весу единицы объема скелета грунта при условии отсутствия пор.

Удельный вес зависит от минералогического состава грунта и увеличивается с увеличением содержания в нем тяжелых минералов. Так, у основных пород, содержащих железо, магний, удельный вес выше, чем у кислых, состоящих в основном из кварца.

Наличие в минеральном грунте гумуса и органических веществ снижает удельный вес.

Удельный вес обычно определяют в стационарных или полевых лабораториях по образцам пород, измеряя объем и вес твердой фазы грунта. Вес частиц породы определяют путем взвешивания высушенной пробы грунта, а его объем находят следующими способами: пикнометрическим, объемным, вытеснением газа, гидростатическим взвешиванием. Наибольшее распространение получил пикнометрический способ.

Объемный вес грунта — это вес единицы объема. Объемный вес характеризует инженерно-геологические свойства и структурные особенности грунта (плотность расположения слагающих элементов) после взрыва заряда ВВ. Различают объемный вес сухого грунта (объемный вес скелета) и влажного грунта.

Объемный вес влажного грунта — это вес единицы объема грунта с естественной влажностью и структурой.

Объемный вес влажного грунта зависит от его минералогического состава, пористости и влажности. Грунты одного и того же минералогического состава и одной пористости могут иметь различный объемный вес из-за разной их влажности, и наоборот, грунты с одинаковой влажностью могут различаться по объемному весу вследствие их разного минералогического состава и пористости. Объемный вес дисперсных грунтов (связных, несвязных и крупнообломочных) колеблется от 1,3 до 2,4 г/см

3.

Объемный вес большинства скальных грунтов близок к удельному весу вследствие малой пористости грунтов этой группы. Так, объемный вес изверженных и метаморфических пород 2,5— 3,5, аргиллитов и алевролитов 2—2,5, песчаников 2,1—2,65 и известняков 2,3—2,9 Г 1см³.

Объемный вес влажного грунта является расчетным показателем при определении давления пород на подпорную стенку, устойчивости откосов и оползневых склонов, допускаемого давления в основании сооружений. Кроме того, его используют при расчетах объемного веса скелета грунта.

Объемный вес сухого грунта или объемный вес скелета грунта — это вес единицы объема абсолютно сухой породы:
Объемный вес скелета зависит от пористости и минералогического состава грунта.

Чем меньше пористость и выше содержание тяжелых минералов в породе, тем больше объемный вес ее скелета.

Методы для определения объемного веса пород подразделяются на две группы: методы, позволяющие определить плотность пород в условиях их естественного залегания, и методы, применяемые для определения объемного веса, как правило, небольших образцов грунта, извлекаемых из массива. Методы первой группы применяются исключительно в полевых условиях, а методы второй группы применяются как в полевых, так и в лабораторных условиях.

Удельный вес почвы | Значение и типы удельного веса почвы

Содержание

 

  1. Введение

Почва образуется в результате выветривания горных пород. Он содержит минералы, органические вещества, газы, жидкости, организмы, окаменелости и т. д.

Он имеет свою текстуру, пористость, цвет, структуру и химический состав в зависимости от состава его содержимого.

Гражданское строительство тесно связано с почвой или земной поверхностью. Любая работа в области гражданского строительства начинается с почвы.

Механика грунта играет жизненно важную роль в управлении всеми земляными работами в мостах , зданиях и т. д. обсуждая удельный вес почвы в этом посте.

 

  2. Удельный вес грунта  

Вес единицы грунта определяется как отношение общего веса грунта к общему объему грунта. Его также называют удельным весом.

Математически,

Вес единицы грунта = Вес грунта (Вт) / Объем грунта (В)

В грунте есть пустоты, которые могут быть заполнены водой или воздухом.

Итак, вес воды и воздуха также включается в общий вес и объем почвы при расчете удельного веса почвы.

Удельный вес может быть выражен в кН/м³ в единицах СИ и г/куб. см в единицах СГС.

 

  3. Значение удельного веса грунта в строительстве

~ Важно изучить прочность, долговечность и несущую способность грунта.

~ Для крупномасштабных проектов удельный вес помогает изучить деформацию грунта. Таким образом, мы можем использовать меры предосторожности, чтобы предотвратить разрушение конструкций.

 

  4. Типы удельного веса грунта  

Существует пять типов удельного веса, основанных на воде/воздухе, заполненных пустотами грунта.

а. Общий вес единицы

b. Масса сухой единицы

c. Насыщенный удельный вес

d. Масса погружной единицы / масса плавучей единицы

(Примечание: общий объем показывает: объем (твердое тело + жидкость + воздух))

 

a. Насыпной вес единицы:

Это отношение общего веса влажной массы почвы к общему объему почвы.

Обозначается λ t .

λ t = Wmoi. /V

Где,

W moi. = Вес влажной почвы

V= Общий объем

 

b. Масса сухой единицы:

Это отношение веса почвы в сухом состоянии к общему объему почвы. Обозначается λd.

Вода в пустотах испаряется, а почва остается сухой. Таким образом, воздух заполняется пустотами.

Степень насыщения равна нулю для сухой массы почвы.

Математически,

λ d = W d /V

Где,

Wd = сухая масса почвы

V = общий объем

 

72 c. Насыщенный удельный вес:

Это отношение общего веса насыщенного грунта к общему объему грунта. Его степень насыщения составляет 100%.

Обозначается λ sat .

Дается как;

λ насыщ. = W насыщ. /В

Где,

Вт сат. = Насыщенный вес почвы

V= Общий объем

 

d. Масса погруженной единицы:

Эффективная масса почвы на единицу объема погруженной ниже уровня грунтовых вод. Пустоты почвы заполнены водой, и поверхность почвы также покрыта водой.

Здесь вода прикладывает восходящую силу к частицам почвы. Известно, что восходящая сила является выталкивающей силой. Он основан на законе Архимеда. Таким образом, общая приложенная сила равна весу почвы, вытесненной водой. Он также известен как вес плавучей единицы.

Может использоваться для расчета эффективного напряжения грунта.

Обозначается λ b или λ ‘ .

Математически,

λ b = W sub / V

Где,

W sub= эффективный вес почвы вес воды.

λ b = λ sat – λ w

Где,

λ w = 9,81 кН/м 3 или 1 г/куб.см

 

Последние статьи

Удельный вес и плотность | Механика грунтов

Свойства грунтов

Содержание

Вес единицы – это отношение веса к объему. Он также известен как удельный вес .

\(Единичный вес=\фракция{вес(Ньютон)}{объем(м³)}\) \(Вес единицы =\frac{N}{M³}\)

S. I Единица веса единицы равна\(\frac{N}{M³}\)

Плотность – это отношение массы к объему.

\(Плотность=\фракция{Масса(кг)}{объем(м³)}\) \(Плотность=\frac{Kg}{M³}\)

S.I Единица плотности \(\frac{Kg}{M³}\)

---

Объемный вес единицы (γ)/ Объемный вес (ρ)

Это отношение веса к массе почвы (W , M) в существующих условиях к общему объему грунтовой массы (V). Он представлен как «γ» / «ρ».

\(\begin{array}{l}
γ=\frac{\text {Вес грунта в существующем состоянии}}{\text {Объем грунта.}} \\
γ=\frac{W}{V} \\
\rho=\frac{\text { Масса грунта в существующем состоянии}}}{\text { Объем грунта.}} \\
\rho=\frac{M}{V} .
\end{array}\)

---

Сухой   Удельный вес (γ _d )/ Плотность в сухом состоянии (ρ _d )

Отношение веса/массы почвы в условиях 900 000

к общему объему почвенной массы(V). Он представлен как ‘γ _d ’ / ‘ρ _d ’.

\(\begin{array}{l}
γ_d=\frac{\text {Вес грунта в сухом состоянии}}{\text {Объем грунта.}} \\
γ_d=\frac{Wd}{V} =\frac{Ws}{V}\\
ρ_d=\frac{\text { Масса почвы в сухом состоянии}}{\text { Объем почвы. }} \\
ρ_d=\frac{Md}{V}=\frac{Ms}{V}.
\end{array}\)

       γ _d 1>γ _d 2 (Ws1>Ws2)

       Может также использоваться для представления плотности почвы.

       Плотность почвы  ∝  γ _d ∝ (1/e)

---

Насыщенная единица веса (γ _{насыщение} )/ Насыщенная плотность2 (ρ
228 )

Это отношение веса/массы почвы в Насыщенных условиях к общему объему массы почвы(V). Он представлен как «γsat» / «ρsat».

\(\begin{array}{l}
γsat=\frac{\text {Вес грунта в насыщенном состоянии}}{\text { Объем грунта. }} \\
γsat=\frac{Wsat}{V} \\
ρsat=\frac{\text { Масса грунта в насыщенном состоянии}}}{\text { Объем грунта.}} \\
ρsat=\frac{Msat}{V}.
\end{array}\ )

Примечание:1

• Если почва сухая ⇒ s=0.
• Насыпная масса U-W(γ) = Сухая масса U-W (γd) или
• Насыпная плотность (ρ) = Сухая плотность (ρd).

Примечание:2

• • Если почва насыщена⇒ s=1.
  • Массовая плотность U-W(γ) = насыщенная U-W(γнасыщенная) или
  • Объемная плотность (ρ) = насыщенная плотность (ρнасыщенная).

---

Масса погруженной единицы (γsub)

Если грунтовая масса находится ниже уровня грунтовых вод, на нее действует выталкивающая сила (FB) в направлении вертикально вверх, величина которой равна вес воды, вытесненной грунтом. что, в свою очередь, уменьшает его вес, этот уменьшенный  вес грунта называется «Уменьшенный/эффективный/кажущийся/плавучий/подводный вес» (Fb).