Общая плотность грунта – описание свойства и определение

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 грунта
• Определение общей плотности грунта
• Метод режущего кольца
• Взвешивание парафинированного образца в воде
• Взвешивание в нейтральной жидкости
• Метод замера образца правильной формы
• Метод лунки
• Радиоизотопный метод
• Практическое значение показателя общей плотности

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.

Разновидность грунта			Плотность минимальная (кг/м3)	Плотность средняя (кг/м3)	Плотность максимальная (кг/м3)
Связные скальные грунты магматического происхождения	Выветренные		2500	—	2900
	Без признаков выветривания		3000	—	3300
	Гранит, габбро, диорит, гнейсы, сиениты	Крупнозернистые, выветренные, низкой прочности	—	2500	—
		Среднезернистые, выветренные, средней прочности	—	2600	—
		Мелкозернистые, выветренные, прочные	—	2700	—
		Крупнозернистые, без выветривания, прочные	—	2800	—
		Среднезернистые, без выветривания, очень прочные	—	2900	—
		Мелкозернистые, без выветривания, очень прочные	—	3100	—
		Микрозернистые, порфировые, без выветривания, очень прочные	—	3300	—
	Андезит, базальт, порфирит	Сильно выветренные, слабые	—	2600	—
		Слабо выветренные, прочные	—	2700	—
		Со следами выветривания, очень прочные	—	2800	—
		Без признаков выветривания, очень прочные	—	3100	—
		Микроструктурные, без признаков выветривания, очень прочные	—	3300	—
	Диабазы	Сильно выветренные, с низкой прочностью	—	2600	—
		Слабо выветренные, прочные	—	2700	—
		Без выветривания, прочные	—	2800	—
		Без выветривания, очень прочные	—	2900	—
Связные скальные грунты метаморфического происхождения	Выветренные, метаморфические		2400	—	2600
	Метаморфические, без признаков выветривания		2100	—	1900
	Серпентинит	Выветренные, слабые	—	2400	—
		Средней прочности	—	2500	—
		Очень прочные	—	2600	—
	Кварциты	Сланцевые, сильно выветренные, средней прочности	—	2500	—
		Средней степени выветривания, прочные	—	2600	—
		Слабо выветренные, очень прочные	—	2700	—
		Без признаков выветривания, очень прочные	—	2800	—
		Мелкозернистые, без выветривания	—	3000	—
	Мрамор прочный		—	2700	—
	Сланцы	Выветренные, низкой прочности	—	200	—
		Окварцованные, прочные	—	2300	—
		Песчаные, прочные	—	2500	—
		Кремнистые, очень прочные	—	2600	—
		Окремнелые, очень прочные	—	2600	—
		Слабо выветренные, оглиненные	—	2600	—
		Средней прочности	—	2800	—
Связные скальные грунты из осадочных пород	Доломиты	Мягкие, пористые, выветренные, с низкой прочностью	—	2700	—
		Прочные	—	2800	—
		Очень прочные	—	2900	—
	Известняки	Мягкие, пористые, выветренные, с низкой прочностью	—	1200	—
		Мергелистые, со средней прочностью	—	2300	—
		Мергелистые, прочные	—	2700	—
		Доломитизированные, прочные	—	2900	—
		Окварцованные, очень прочные	—	3100	—
	Песчаники	Выветренные, малой прочности	—	2200	—
		На глинистом цементе, средней прочности	—	2300	—
		На известковом цементе, прочные	—	2500	—
		На железистом либо известковом цементе, прочные	—	2600	—
		Кремнистые, очень прочные	—	2700	—
		На кварцевом цементе, очень прочные	—	2700	—
	Ракушечник	Слабо сцементированные, очень низкой прочности	—	1200	—
		Сцементированные, малой прочности	—	1800	—
	Мел	Мягкие, низкой прочности	—	1550	—
		Малой прочности	—	1800	—
	Трепел	Низкой прочности	—	1500	—
		Малой прочности	—	1770	—
	Пемза		—	1100	—
	Туф		—	1100	—
	Опока		—	1900	—
	Гипс		—	2200	—
Скальные дисперсные грунты	Конгломераты и брекчии	Из осадочных пород на глинистом цементе, с малой прочностью, слабо сцементированные	1 900		2100
		Из осадочных пород на известковом цементе, средней прочности	—	2300	—
		Из осадочных пород на кремнистом цементе, прочные	—	2600	—
		Из магматических пород, с галькой, на известковом и кремнистом цементе, очень прочные	—	2900	—
	Гравийно-галечные	Размер частиц до 80 мм	—	1750	—
		Смесь сцементированной гальки, гравия, мелкого песка и лессовидной супеси	1900	—	2200
		Размер частиц больше 80 мм	—	1950	—
		Размер частиц больше 80 мм, валунов до 10%	—	1950	—
		Размер частиц от 80 мм, валунов до 30%	—	2000	—
		Размер частиц от 80 мм, валунов до 70%	—	2300	—
		Размер частиц более 80 мм, валунов от 70%	—	2600	—
	Щебень	Размер частиц до 40 мм	—	1750	—
		Размер частиц до 150 мм
Дресва	В месте залегания (элювий)		—	2000	—
	Перемещенные		—	1800	—
Дисперсные грунты	Песок	Без примесей	—	1600	—
		С дюн и барханов	—	1600	—
		С примесями гравия, гальки, щебня до 10%	—	1600	—
		С примесями гравия, гальки, щебня более 10%	—	1700	—
	Супеси	Легкие, пластичные, без примесей	—	1650	—
		Тяжелые, без примесей, легкие с щебнем, гравием галькой до 10%	—	1650	—
		Тяжелые, без примесей / легкие, с примесями до 30%	—	1800	—
		Тяжелые, без примесей / легкие, с примесями больше 30%	—	1850	—
	Суглинки	Легкие и лессовидные, мягкопластичные, без примесей	—	1700	—
		Мягкопластичные, с примесями гравия, гальки щебня до 10%, тугопластичные	—	1700	—
		Легкие, мягкопластичные, с примесями от 10%, тугопластичные, с примесями до 10, тяжелые, полутвердые и твердые без примесей	—	1750	—
		Тяжелые, полутвердые и твердые, с примесями более 10%	—	1950	—
	Глины	Мягколпластичные и тугопластичные, с примесями гальки, гравия, щебня до 10%	—	1750	—
		Мягкопластичные и тугопластичные, без примесей	—	1600	—
		Мягкопластичные и тугопластичные, с примесями более 10%	—	1900	—
		Мягкие, карбонные	—	1950	—
		Тяжелые, карбонные / тяжелые, сланцевые	1950		2150
	Лёсс	Мягкопластичные	—	1600	—
		Тугопластичные, с примесью гравия и гальки	—	1800	—
		Твердые	—	1800	—
Грунты ледникового происхождения (моренные)	Пески, супеси, суглинки с коэффициентом пористости от 0,5 и содержанием частиц более 2 мм до 10%		—	1600	—
	Пески, супеси, суглинки с коэффициентом пористости до 0,5 и содержанием частиц более 2 мм до 10%		—	1800	—
	Глины с показателем консистенции до 0,5 и числом зерен больше 2 мм до 10%		—	1850	—
	Пески, глины, суглинки и супеси с коэффициентом пористости больше 0,5 и содержанием частиц от 2 мм больше 35%		—	1800	—
	Пески, глины, суглинки и супеси с коэффициентом пористости больше 0,5 и содержанием частиц от 2 мм от 35% до 65%		—	1900	—
	Глины, пески, суглинки и супеси с коэффициентом пористости больше 0,5 и содержанием частиц от 2 мм больше 65%		—	1950	—
	Глины, пески, суглинки и супеси с коэффициентом пористости меньше 0,5 и содержанием частиц от 2 мм до 35%		—	200	—
	Глины, пески, суглинки и супеси с коэффициентом пористости меньше 0,5 и содержанием частиц от 2 мм от 35% до 65%		—	2100	—
	Глины, пески, суглинки и супеси с коэффициентом пористости меньше 0,5 и содержанием частиц от 2 мм больше 65%		—	2300	—
	Валунный грунт, в котором больше половины зерен имеют диаметр от 200 мм		—	2500	—
Мерзлые и сезонно-протаивающие	Растительный и заторфованный грунт, торф		—	1150	—
	Пески, суглинки, супеси без примесей		—	1750	—
	Пески, суглинки и супеси с примесями щебня, дресвы, гравия или гальки до 20% и валунов до 10%		—	1950	—
	Пески, суглинки и супеси с примесями щебня, дресвы, гравия или гальки от 20% и валунов от 10%		—	2100	—
Органические	Грунт растительного слоя	Без корней кустов и деревьев	—	1200	—
		С корнями кустов и деревьев	—	1200	—
		С примесями гальки, гравия, щебня	—	1400	—
	Черноземы и каштановые почвы	Твердые	—	1200	—
		Мягкие пластичные	—	1300	—
		Твердые и мягкие, с корнями растений	—	1300	—
	Торф	Без древесных корней	800	—	1000
		С древесными корнями до 30 мм	850	—	1050
		С древесными корнями от 30 мм	900	—	1200
Другие виды грунтов	Бокситы		—	2600	—
	Кремний		—	3300	—
	Шлаки	Котельные рыхлые	—	700	—
		Котельные слежавшиеся	—	700	—
		Металлургические без признаков выветривания	—	1500	—
	Строительный грунт	Рыхлый и слежавшийся	—	1800	—
		Сцементированный	—	1900	—

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.

Метод	Тип грунта
Режущим кольцом	Любой грунт, который легко вырезается кольцом, не сохраняет своей формы после вырезки или является слегка промерзшим
Взвешивание в воде парафинированного образца	Пылевато-глинистые, легко крошащиеся, с трудом поддающиеся вырезке
Взвешивание парафинированного образца в нейтральной жидкости	Мерзлые

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.

Тип грунта	Параметры кольца
	Толщина стенки	Внутренний диаметр	Высота	Угол заточки режущего края
Пылевато-глинистый	1,5-2 мм	50 мм и больше	0,3-0,8 диаметра	До 30
Песчаный сыпучий	2-4 мм	70 мм и больше	0,3 диаметра или равная ему	До 30
Мерзлый пылевато-глинистый	3-4 мм	80 мм и больше	Равна диаметру	До 45

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.

Температура, °С	Плотность воды, г/см3
0-12	1
13-18	0,999
19-23	0,998
24-27	0,997
28-30	0,996
31-33	0,995

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.

Общие сведения о грунтах

При производстве земляных работ грунт может быть использован в качестве строительного материала (возведение насыпей, грунтовых плотин и дамб и т.п.). Грунт, кроме того, может быть использован в качестве физической среды, в которой возводятся конструкции зданий и сооружений, работают строительные машины и механизмы, рабочие.

Для применения эффективной технологии, комплексной механизации, выполнения экономических расчетов и обоснований по применению рациональных методов производства земляных работ необходимо знать технологические и основные физико-механические свойства грунтов, используемых в строительстве.

Под грунтом в строительстве понимаются горные породы, образующие поверхностные слои земли и составляющие так называемую кору выветривания, которые могут служить основанием или материалом для сооружений.

По происхождению, состоянию и механической прочности грунты подразделяются на скальные и нескальные.

Скальные грунты характеризуются высокой прочностью, залегают в виде сплошного или трещиноватого массива. Разрабатывают их только после предварительного рыхления. Прочность скальных грунтов находится в пределах от 120 МПа (очень прочные) до 1 МПа (низкой прочности). В связи с этим рыхление скальных грунтов может осуществляться при помощи взрывов, или механическим способом, для этого многие компании предосталяют в аренду экскаваторы, спецтехнику.

К нескальным грунтам относятся:

крупнообломочные — валунные, галечниковые и гравийные;
песчаные — гравелистый, крупной, средней крупности, мелкий, пылеватый, однородный и неоднородный песок;
глинистые — супесь, суглинок, глина.

Основным объектом разработки в строительстве являются песчаные и глинистые, а также крупнообломочные и полускальные грунты , покрывающие большую часть земной поверхности.

Землеройные машины рассчитаны на разработку главным образом этих грунтов. В настоящее время быстро развивается рынок продажи экскаваторов и другой землеройной техники.

Мерзлыми называют все виды грунтов, если они имеют отрицательную температуру и содержат лед.

К многолетнемерзлым относятся грунты, находящиеся в непрерывно мерзлом состоянии в течении более 3 лет. По существующей классификации мерзлые грунты делятся на твердомерзлые (обладающие наибольшей механической прочностью ), пластично-мерзлые, которые сжимаются под нагрузкой сыпучемерзлые. Разработка рассмотренных мерзлых грунтов требует определенных затрат энергии. При этом применяются три группы способов разработки; защита от замерзания, оттаивание и механическое разрушение.

В районах с жарким климатом нередко приходиться иметь дело с засоленными грунтами. Кроме того пересушивание и переувлажнение грунтов в этих районах оказывает отрицательное влияние на производство работ. При малой влажности связные (глинистые) грунты приобретают большую прочность, несвязные грунты снижают производительность машин из-за меньшего наполнения ковша, потерь при транспортировке (бульдозером, скрепером). Переувлажнение связных грунтов вызывает их набухание, просадки, увеличивает вязкость и вследствие этого липкость.

Основные физико-механические свойства грунтов, влияющие на технологию производства земляных работ, трудоемкость и стоимость следующие:

в массиве (естественном состоянии) — гранулометрический состав , плотность, влажность;
в разрыхленном состоянии — гранулометрический состав, плотность, прочность, разрыхляемость.

Гранулометрический состав является одним из основных показателей физического состояния грунтов. Грунтовые частицы крупностью менее 0,005 мм называют глинистыми; 0,005-0,05 мм — пылеватыми, 0,05-2 мм — песчаными; зерна м куски грунта крупностью 0,2-20 мм — гравием, 20-200 мм — галькой или щебнем и более 200 мм валунами или камнями.

Гранулометрический состав определяет метод и способ разработки грунта, а также применение его при возведении земляных сооружений и объектов.

Плотностью грунта принято считать массу 1 м грунта в . естественном состоянии. Плотность песчаных и глинистых пород обычно составляет 1,5-2, полускальных — 2-2,5 и скальных — более 2,5 т/м.

Плотность грунта влияет на выбор механизмов для разработки транспортирования его. Так, разработка песчаных и глинистых грунтов может производиться скреперами, бульдозерами, грейдерами полускальных и скальных — экскаватором после предварительного разрыхления.

Влажность грунта определяется отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта (в процентах). При влажности до 5% грунты считаются сухими, при влажности более 30% — мокрыми как правило, влажные грунты разрабатываются экскаваторами со сменным оборудованием драглайном или обратной лопатой.

Прочность грунтов характеризуется их способностью сопротивляться внешним воздействиям при разработке.

Разрыхляемость — это способность грунта увеличиваться в объеме при разработке. Увеличение объема грунта характеризуется коэффициентами первоначального Кр и остаточного Кр. о разрыхления.

Коэффициент первоначального разрыхления Кр представляет собой отношение объема разрыхленного грунта к его объему в естественном состоянии и составляет: для песчаных грунтов — 1,08-1,17, глинистых — 1,24-1,3.

Коэффициент остаточного разрыхления Кр.о характеризует остаточное увеличение объема грунта после его уплотнения. под действием массы вышележащих слоев, дождя, движения транспорта, механического уплотнения.

Основными показателями мерзлых грунтов являются повышенная механическая прочность, пластические деформации, пучинистость и повышенное электросопротивление, величина которых зависит от температуры, влажности и вида грунта. С понижением температуры глубина промерзания увеличивается, что вызывает возрастание механической прочности грунта, сопротивления резанию и копанию, а значит уменьшение производительности землеройных машин.

По трудности разработки грунты делятся на группы. При этом деление на группы учитывает разработку грунтов с применением средств механизации и вручную в немерзлом и мерзлом состояниях.

Так, при разработке немерзлых грунтов механизированным способом в зависимости от трудности их разработки они разделены на шесть групп;
1 — гравийно-галечные грунты с частицами размером до 80 мм (p=1,75 т/м2), грунты растительного слоя, песок, суглинок;
2 — гравийно-галечные грунты с частицами размером более 80 мм (p= 1,95 т/м2) глина жирная, песок барханы, строительный мусор , торф с корнями;
3 — глина мягкая (p=1,96 т/м2), супесок, суглинок ракушечник, сцементированный строительный мусор;
4 — смесь гальки, тяжелая глина (p=1,95+2.15 т/м2) песок с содержанием валунов массой более 5О кг — 10-15%;
5 — суглинок тяжелый с валунами массой более 50 кг — до 15% известняк;
6 — супесок и суглинок с содержанием валунов массой более 50 кг- 15-30% по объему.

Разработка мерзлых грунтов в разрыхленном виде одноковшовыми экскаваторами предусматривает деление их на три группы

При разработке вручную немерзлые грунты разделены на семь групп, мерзлые — на четыре.

В зависимости от группы установлены нормы времени и расценки на разработку грунта в измерителях, указанных в ЕНиРе.

Эффективность работы землеройных и землеройно-транспортных машин и механизмов при разработке грунтов из массива определяется их прочностными свойствами, плотностью, влажностью и абразивностью. На разрыхленных грунтах работа машин и механизмов зависит в основном от размеров кусков, коэффициента разрыхления, массы, прочности, плотности абразивности грунтов.

Читайте также другие материалы по теме:
Характеристика земляных работ и виды земляных сооружений
Контроль точности отрывки котлованов
Виды земляных сооружений
Укрепление грунтов
Подготовка строительной площадки
Определение объемов земляных работ
Укладка и уплотнение грунтов
Разработка грунта в зимних условиях
Контроль качества работ и охраны среды

Плотность почвы: значение и типы

РЕКЛАМА:

Прочитав эту статью, вы узнаете о значении и видах плотности грунта.  

Значение плотности:

Плотность – это вес единицы объема вещества. Он выражается в граммах на кубический сантиметр, фунтах на кубический фут или мегаграммах на кубический метр (Mg m ^-3 ). Для почв распространены два измерения плотности — плотность частиц и объемная плотность.

Плотность (D) = масса (M)/объем (V) г/см3 или фунт/куб.фут, или мг/м ^-3

Типы плотности:

ОБЪЯВЛЕНИЯ:

1. Плотность частиц:

Вес единицы объема твердой части почвы называется плотностью частиц. Ее также называют истинной плотностью. Выражается в г/см3. (система CGS) или lb/cft (система FPS). Это зависит от аккумулятивной плотности отдельных неорганических и органических компонентов почвы. Обычно в нормальных почвах плотность частиц составляет 2,65 грамма на кубический сантиметр или мегаграмм на кубический метр.

Плотность частиц выше, если присутствуют большие количества тяжелых минералов, таких как магнетит, лимонит, гематит и циркон. С увеличением органического вещества почвы плотность частиц уменьшается. Когда плотность частиц делится на плотность воды, получается относительное весовое число, называемое удельным весом.

2. Объемная плотность:

ОБЪЯВЛЕНИЯ:

Насыпная плотность определяется как масса (вес) единицы объема сухого грунта (объем твердых и поровых пространств). Он также выражается в г/куб.см. (система GGS) или lb/cft (система FPS) или мегаграмм на кубический метр. Объемная плотность почвы всегда меньше плотности ее частиц. Рыхлые и пористые грунты имеют низкий вес на единицу объема, а плотные грунты имеют высокие значения.

Насыпная плотность почв с преобладанием песка составляет около 1,7 г/куб.см, тогда как в органических торфяных почвах величина насыпной плотности составляет около 0,5 г/куб.см. Объемная плотность обычно уменьшается по мере того, как минеральные почвы становятся более тонкими по текстуре. Объемная плотность имеет большее значение, чем плотность частиц, для понимания физического поведения почв.

Как правило, почвы с низкой и высокой объемной плотностью имеют благоприятные и плохие физические условия соответственно. Обычно в нормальных почвах насыпная плотность колеблется в пределах 1-1,60 г/куб.см. или мегаграмм на кубический метр, за исключением очень плотных грунтов 2 г/куб.см или мегаграмм на кубический метр.

Факторы, влияющие на объемную плотность :

ОБЪЯВЛЕНИЯ:

(i) Объем порового пространства. Если грунт содержит больше поровых пространств, чем твердых пространств в единице объема, то значение насыпной плотности будет очень низким.

(ii) Плотность почвы. В сильно уплотненных грунтах или переувлажненных грунтах насыпная плотность будет больше.

(iii) Структура почвы. Текстурные вариации влияют на величину объемной плотности почв. Например, глинистые, суглинистые и пылевато-суглинистые поверхностные почвы имеют низкую объемную плотность по сравнению с песками и супесчаными почвами, которые имеют высокое значение объемной плотности.

(iv) Содержание органических веществ. Почвы с высоким содержанием органического вещества имеют более низкое значение объемной плотности.

ОБЪЯВЛЕНИЯ:

(v) Структура почвы. Структура почвы влияет на объемную плотность, влияя на пористость почвы. Например, комковатая структура почвы имеет более низкую объемную плотность, чем пластинчатая структура почвы.

Проблема :

Металлический цилиндр, вставленный в суглинистую почву, вывозится с поля, а содержащаяся в нем почва высушивается в печи.

Данные измерений приведены ниже:

ОБЪЯВЛЕНИЯ:

Высота цилиндра – 5,0 см

Внутренний диаметр цилиндра – 4,4 см

Масса высушенного в печи грунта – 87,6 г

Рассчитайте объемную плотность грунта.

Решение :

1. Объем пробы почвы равен объему цилиндра. Объем цилиндра (V) равен = Ï€ r ² ч куб.

 

 

 

 

 

2. Объемная плотность грунта может быть рассчитана путем деления сухого веса этого грунта на его объем.

Таким образом,

Насыпная плотность = Вес. массы почвы/объем почвы

= 87,6 г/76,0 см3

= 1,15 г/куб.см.

Главная ›› Почвоведение ›› Почва ›› Свойства ›› Плотность ›› Плотность почвы

Тестирование плотности почвы

: 3 метода тестирования, на которые можно положиться

Уплотнение грунта — это операция, обычная для большинства строительных проектов, которая повышает прочность и устойчивость грунта для поддержки земляных сооружений, конструкций и тротуаров. Методы достижения максимальной плотности почвы хорошо известны, и результаты можно проверить и количественно оценить с помощью стандартных методов. Почвенный материал укладывается слоями или поднимается на глубину от нескольких дюймов до фута и более, а оборудование для уплотнения катит, месит, вибрирует или иногда использует собственный вес для уплотнения почвы.

Испытание на правильное уплотнение грунта

Спецификации по уплотнению грунта устанавливаются на этапе проектирования проекта и зависят как от ожидаемых общих нагрузок, так и от того, будут ли эти нагрузки статическими или динамическими. Оценка адекватности усилий по уплотнению с использованием качественных измерений, таких как сопротивление проникновению или наблюдение за движением колес, недостаточно для определения того, были ли соблюдены спецификации. Стандартные спецификации Проктора (ASTM D698 / AASHTO T 99).) хорошо подходят для контроля операций по уплотнению таких сооружений, как земляные насыпи и строительные площадки. Модифицированные спецификации Proctor (ASTM D1557 / AASHTO T 180) лучше подходят для контроля уплотнения почвы в таких областях, как тротуары и взлетно-посадочные полосы аэродромов, где большие нагрузки от колес создают динамические силы. Типичные требования к уплотнению для проекта могут варьироваться от 90% до 95% стандартного Proctor для ненесущих зон до 98% или более модифицированного Proctor для тяжелонагруженных дорожных покрытий.

Лабораторные испытания задают эталон

Тесты Проктора — это тесты соотношения влажности и плотности почвы, которые устанавливают максимальную сухую плотность (единица веса почвы минус вес воды) и оптимальное содержание воды в образцах почвы. Для каждого типа почвы значения сухой плотности и оптимальной влажности различны. Воду добавляют к четырем-шести порциям высушенного образца почвы в возрастающих количествах. Каждая подготовленная порция уплотняется в форме для уплотнения (проктора) с помощью молотка Проктора или механического грунтового уплотнителя, а затем взвешивается и корректируется по содержанию влаги. Сухая плотность увеличивается по мере того, как добавленная влага смазывает частицы почвы и обеспечивает большее уплотнение при той же приложенной энергии. При превышении оптимальной влажности вода начинает вытеснять почву в заданном объеме, и плотность в сухом состоянии уменьшается. Графический график зависимости плотности от содержания влаги создает четкую кривую, показывающую влияние влаги на почву во время уплотнения. Для более подробного ознакомления с взаимосвязью между влажностью и плотностью почвы и тестом Проктора см. нашу запись в блоге Тест на уплотнение Проктора: основное руководство.

AASHTO T 272, государственные транспортные департаменты или другие региональные власти описывают «одноточечный» метод полевых испытаний, чтобы убедиться, что почва на участке такая же, как лабораторный образец. Это испытание на уплотнение на месте выполняется с использованием того же типа пресс-формы, уплотняющего молотка и количества ударов, что и исходный лабораторный метод. Влагосодержание определяется с помощью влагомера под давлением газа или простых методов сушки в полевых условиях. Результаты плотности и влажности наносятся на график относительно исходной лабораторной кривой для подтверждения совпадения.

В ситуациях, когда лабораторная информация недоступна, результаты полевых точек можно сравнить с семейством кривых, составленных из местных или региональных данных о почве, чтобы выбрать наилучшую кривую максимальной плотности и оптимальной влажности. В некоторых случаях две или три полевые точки могут быть уплотнены при разной влажности и сопоставлены с кривыми.

Какой метод измерения плотности почвы использовать?

Испытание на уплотнение почвы использует один из нескольких методов для измерения сухой плотности и содержания влаги в почве на месте. Здесь обсуждаются три наиболее распространенных. Результаты этих полевых испытаний сравниваются с результатами теста Проктора той же почвы, установленными в лаборатории, и соотношение выражается в процентах уплотнения. Поскольку результаты тестов Проктора сильно различаются в зависимости от типа почвы, наилучшие результаты достигаются при использовании лабораторных образцов из того же источника, который использовался для полевого проекта.

Тест песчаного конуса

Плотность песчаного конуса — это точный и надежный метод тестирования, который уже давно используется для измерения плотности грунтов на месте. Процедура описана в ASTM D1556 / AASHTO T 191. Плоская опорная плита с круглым отверстием диаметром 6,5 дюйма (165,1 мм) размещается на испытательном участке и используется в качестве шаблона для извлечения необходимого количества уплотненного почвенного материала. Общий удаляемый объем определяется максимальным размером частиц почвы и может составлять до 0,1 фута³ (2830 г/см³). Во время раскопок используются аксессуары для измерения плотности, такие как молотки, совки, долота и мешки для образцов. Весь выкопанный материал тщательно собирается и хранится в герметичном контейнере.

Предварительно взвешенный прибор для определения плотности конуса песка переворачивается на опорную плиту, а металлический конус вставляется в отверстие опорной плиты. Открывается поворотный клапан, и в выкопанную испытательную скважину стекает сыпучий тестовый песок известной плотности.

После этого частично заполненный аппарат снова взвешивают и рассчитывают объем пробной ямы путем деления массы песка, заполняющего яму, на насыпную плотность песка. Влажный вес извлеченного выкопанного грунта делится на объем испытательной скважины для определения плотности во влажном состоянии. Сухая плотность рассчитывается путем деления веса влажной почвы на содержание влаги в процентах. Процент уплотнения для полевого теста плотности рассчитывается путем деления сухой плотности почвы на максимальную сухую плотность по тесту Проктора.

Метод плотности конуса песка для испытаний на уплотнение


Плюсы и минусы
9017 1 При наличии значительного количества материала толщиной +1,5 дюйма (38 мм) необходимо использовать альтернативные тесты 9 0164

Плюсы	Минусы
Accur ела и надежна; долгая история допустимого использования	Испытания могут занять 30 минут или более
Стандартный метод испытаний ASTM	Тяжелому оборудованию в этом районе может потребоваться ненадолго приостановить работу
Не требует обширного обучения
Для использования не требуется лицензии или разрешения	Не следует использовать для испытания насыщенных высокопластичных грунтов
Оборудование и материалы не представляют опасности	Весь извлеченный материал должен быть тщательно извлечен
Экономичное оборудование

Тест с резиновым баллоном

Плотность резинового баллона Тест имеет некоторое сходство с методом песчаного конуса. Как и в методе песчаного конуса, выкапывается тестовая яма, почва тщательно собирается и откладывается. Над отверстием размещают баллонный прибор для измерения плотности, и вместо песка для измерения объема сосуд с калиброванной водой находится под давлением, заталкивая резиновую мембрану в выемку. Градуировка на сосуде считывается для определения количества вытесненной воды, чтобы можно было рассчитать весь объем. Метод испытания описан в ASTM D2167/AASHTO T 205 (отозван). Испытания немного проще выполнить, чем с песчаным конусом, и их можно быстро повторить, поскольку вода остается в сосуде.

Метод с резиновым баллоном


Плюсы и минусы
90 171 Предназначен для мелкозернистых или зернистых грунтов без заметного количества крупнозернистого материала 9016 9

Плюсы	Минусы
Точный и надежный; долгая история принятого использования	Испытания могут занять 15-20 минут или более
Стандартный метод испытаний ASTM	Мембраны баллонов могут проколоться во время испытаний
Не требует обширного обучения
Лицензия или разрешение на использование не требуются	Не следует использовать для испытаний мягких водонасыщенных высокопластичных грунтов
Можно проводить несколько испытаний без смены плотности среды	Весь извлеченный материал должен быть тщательно удален
Экономичное оборудование

Влагосодержание почвы и тесты на единицу веса:

Влажность и удельная масса должен быть выполнен на образцах сохраненного грунта из тестов с песчаным конусом или резиновым баллоном, чтобы завершить расчеты уплотнения грунта. Эти тесты легко провести в лаборатории, но часто их проводят на месте, чтобы быстро предоставить важные данные об уплотнении подрядчикам по земляным работам и другим заинтересованным сторонам. На приведенной ниже диаграмме показано несколько различных методов, которые можно использовать для определения влажности, и существует множество весов и весов, которые можно использовать для взвешивания образцов почвы в лабораторных или полевых условиях.

ASTM Испытания на влажность почвы

9016 4

ASTM Номер	Метод испытаний	Комментарии
D2216	Определение в лабораторной печи	Наиболее надежный, но задерживает отчет о результатах
D4643	Микроволновой метод	Быстрее, чем метод в печи, но все же задерживает отчет
D4944	Газовый тестер с карбидом кальция	Надежный, быстрый и точный метод полевых испытаний
D4959	Содержание влаги при прямом нагреве	Надежные результаты, которые можно проводить в полевых условиях

9 0128 Тест ядерной плотности

Измерители ядерной плотности определяют плотность почвы путем измерения пропускания гамма-излучения между зондом, содержащим радиоактивный источник цезия-137 (или другого источника), и датчиками обнаружения Гейгера-Мюллера в основании измерителя. Плотные почвы позволяют обнаруживать меньшее количество гамма-частиц в данный период времени. Одновременно измеряют влажность почвы с помощью отдельного источника америция 241.

Стальной стержень вбивают в почву на испытательном полигоне, формируя пилотное отверстие. Зонд, содержащий радиоактивный источник, опускают на глубину до 12 дюймов (305 мм) в пилотное отверстие, и в течение одной минуты измеряют пропускание излучения. Это известно как тест «прямой передачи». Показания также можно снимать в режиме обратного рассеяния, когда датчик не выдвигается из основания устройства. Для этого метода пилотное отверстие не требуется, но результаты считаются менее надежными. Значения представлены в единицах веса влажной и сухой почвы, содержании влаги в почве и проценте уплотнения по сравнению с лабораторными или полевыми испытаниями плотности влаги Proctor.

Плотномеры эффективны в крупных проектах, требующих быстрых результатов и многочисленных испытаний, но на них распространяются многие нормативные требования и требуется повышенная подготовка и контроль доз облучения персонала. Методы испытаний описаны в ASTM D6938 / AASHTO T 310.

Ядерный измеритель плотности и влажности почвы


Плюсы и минусы
9016 9

Плюсы	Минусы
Тесты на плотность/влажность выполняются за несколько минут	Оборудование для испытаний стоит дорого
Стандартный метод испытаний ASTM	Нормативные требования регулируют хранение, использование, транспортировку и обращение с ними
Точность и воспроизводимость приемлемы для полевых работ	Требования безопасности мониторинг персонала с помощью дозиметрических значков
Электроника может включать функции регистрации данных и сообщения о местонахождении	Операторам требуется углубленное обучение технике безопасности и сертификация
Оптимальный метод для крупных проектов, требующих большого количества тестов в день	Электроника может быть чувствительна к суровым условиям окружающей среды
Может использоваться с широким спектром типов грунта	Показания чувствительны к чрезмерным пустотам

Beyond Test Results

Каждый из этих различных методов проведения испытаний на плотность уплотнения грунта имеет свои преимущества и недостатки.