3. Гранулометрический состав песчаных и пластичность глинистых грунтов

3.1.Гранулометрическим составом грунта называется содер­жание в нем минеральных частиц различной крупности (фрак­ций), выраженное в процентах.

То есть гранулометрический состав грунта численно характеризуется отношением массы групп частиц различных размеров (фракций) к общей массе пробы грунта, выраженным в процентах. Во фракции объеди­няют частицы, которые под влиянием внешнего воздействия ведут себя одинаково. Гранулометрический состав - один из признаков грун­тов, на основании которого проводится их классификация. Он позво­ляет ориентировочно оценить сопротивление сдвигу, уплотняемость и водопроницаемость грунтов, в значительной степени определяет при­годность грунта в качестве заполнителя для бетона, для укладки или его намыва в тело сооружения, а также для установления возможности суффозии, расчета фильтров и пр.

Гранулометрический состав зависит от прочности материала, послужившего источником формирования данного грунта, и условий этого формирования (интенсивность и ха­рактер разрушения исходного грунта, условия переноса и отложения частиц и их последующих изменений).

Необходимые приборы:

• набор сит с отверстиями 0,1; 0,25; 0,5 и 2 мм;

• весы технические с разновесом;

• фарфоро­вые или алюминиевые ча­шечки диаметром 8 - 10 см;

• резиновый пестик;

• ступка.

Проведение опыта. Пробу воздушно-сухого грунта помещают на бу­магу и резиновым пести­ком растирают комки и структурные агрегаты. За­тем 100 г грунта, взвешен­ного с точностью до 0,01 г, отбирают методом квад­ратов и помещают на верхнее сито набора с от­верстиями 2 мм. Грунт просеивают путем горизонтального встряхивания в течение 3 - 4 мин. Реко­мендуется производить дополнительно раздельное досеивание по фракциям.

Содержимое каждого сита взвешивают и полученный ре­зультат выражают в процентах к общей навеске. Веса отдель­ных фракций складывают и сравнивают с навеской. Расхожде­ние в 1 % допустимо. Невязку разносят пропорционально весу, фракций. Результаты опыта заносят в таблицу 3.1.

Таблица 3.1.

Форма записи данных гранулометрического анализа на ситах

Наименование показателей	Диаметр отверстий сита в мм
	2	0,5	0,25	0,1	Поддон
	Размер фракций в мм
	>2	2-0,5	0,5-0,25	0,25-0,1	<0,1
Вес тары в г	12,85	12,72	12,20	12,85	12,00
Вес тары с фракциями в г	23,35	35,32	45,00	43,75	15,20
Вес фракций в г	10,50	22,60	32,80	30,90	3,20
Содержание фракций в %	10,50	22,60	32,80	30,90	3,20

Наименование песчаного грунта согласно СНиП II-Б.1- 62 устанавливают путем последовательного суммирования веса фракций сначала крупнее 2 мм, затем крупнее 0,5 мм и т. д. по первому удовлетворяющему показателю. Ниже приведена классификационная таблица 3.2.

Таблица 3.2

Виды песчаных грунтов

Наименование	Распределение частиц по крупности в % от веса сухого грунта
Гравелистый	Вес частиц, крупнее 2 мм, составляет более 25%
Крупный	Вес частиц, крупнее 0,5 мм, составляет бо­лее 50%
Средней крупности	Вес частиц, крупнее 0,25 мм, составляет более 50%
Мелкий	Вес частиц, крупнее 0,1 мм, составляет более 75%
Пылеватый	Вес частиц, крупнее 0,1 мм, составляет менее 75%

Для определения коэффициента неоднородности песчаного грунта нужно построить суммарную кривую гранулометрического состава. Кривая стро­ится в полулогарифмиче­ском масштабе. Это позво­ляет различать на оси абсцисс диаметры мелких частиц. При построении кривой на оси абсцисс от­кладываются логарифмы диаметров частиц, на оси ординат - содержание ча­стиц в %, диаметр ко­торых меньше указанного на оси абсцисс.

Для дан­ных табл. 3.2 кривая имеет вид, показанный на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Суммарная кривая гранулометрического состава в полулогарифмическом масштабе

Весьма существенное значение гранулометрический состав имеет для установления степени неоднородности изучаемой толщи. Для этого служит коэффициент неоднородности , который представляет собой отношение контролирующего диаметра d₆₀ к действующему, или эф­фективному, диаметру d₁₀. Следовательно, коэффициент неодно­родности определяется по формуле

где d₆₀ - диаметр частиц в мм, меньше которого в данном грун­те содержится (по весу) 60% частиц;

d₁₀ - диаметр частиц в мм, меньше которого в данном грунте содержится (по весу) 10% частиц.

При > 3 к наименованию песчаных грунтов, кроме мел­ких и пылеватых, добавляют - слово «неоднородный».

В песчаном грунте, гранулометрический состав которого представлен в табл. 3.2, содержится частиц, крупнее 0,25 мм, 10,5 + 22,6 + 32,8 = 65,9%, что больше 50%. Таким образом, сог­ласно табл. 3.2, перед нами - песчаный грунт средней круп­ности.

Для этого же грунта по кривой неоднократности (см. рис. 3.1) определяем

т. е. в данном случае грунт - песок средней крупности, неоднородный.

3.2.Число пластичности глинистого грунта

Пластичностью называется способность грунта деформи­роваться без нарушения сплошности под действием внешних нагрузок и сохранять свою форму после их снятия.

Пластичность характеризуется числом пластичности W_П , определение которого сводится к определению границ текучести и раскатывания.

Необходимые приборы:

• сито с отверстиями 0,5 мм;

• конус весом 76 г со стакан­чиком и подставкой;

• алюми­ниевые бюксы;

• эксикатор;

• лист плотной бума­ги;

• технические весы с раз­новесом;

• резиновый пестик.

Проведение опыта.

Опре­деление границы текучести. Граница текучести W_T вы­ражается влажностью грун­та в момент перехода его из пластичного состояния в те­кучее.

Пробу воздушно-сухого грунта размельчают резиновым пестиком, пропускают через си­то с отверстиями 1,0 мм и разводят дистиллированной водой до получения густой пасты.

Если проба представлена влажным грунтом, то его разми­нают, иногда с добавлением воды, и протирают сквозь сито с от­верстиями 1,0 мм. Полученную пасту выдерживают не менее 2 ч в эксикаторе, а затем помещают в стаканчик прибора.

На поверхность грунта в стаканчике спокойно опускают ко­нус. Если в течение 5 сек конус погрузится на глубину 1,0 см, (до метки), значит влажность грунта соответствует границе те­кучести. Если конус за то же время погрузится на глубину ме­нее 1,0 см или более 1,0 см, то в грунт добавляют соответствен­но воды или сухого грунта и после тщательного перемешива­ния повторяют опыт.

Для определения влажности из стаканчика отбирают не ме­нее 10 г грунта. Влажность определяют по методике, описан­ной в разделе 2.3.

Влажность выражают в целых процентах. Проводят два па­раллельных определения и за границу текучести принимают среднее арифметическое значение влажности. Результаты запи­сывают в таблицу 2.4. Расхождение в параллельных определениях должно быть не более 2%.

Определение границы раскатывания. Граница раскатывания W_p выражается влажностью грунта в момент перехода его из пластичного состояния в твердое.

В грунтовую пасту, оставшуюся после определения границы текучести, добавляют немного сухого грунта и перемешива­ют ее.

Кусочек подготовленного таким образом грунта ладонью раскатывают на листе плотной бумаги в жгутик диаметром около 3 мм. Раскатывание ведут так, чтобы жгутик не выступал из-под ладони. Если грунт при диаметре жгутика 3 мм распа­дается на отдельные кусочки, значит его влажность соответ­ствует границе раскатывания. Если в жгутике диаметром 3 мм грунт сохраняет пластичность, то его переминают, а затем вновь раскатывают.

Кусочки грунта, полученные при раскатывании, помещают в бюксу для определения влажности. Вес грунта должен быть не менее 10 г.

Влажность определяют по методике, описанной выше, и вы­ражают в целых процентах. Проводят два параллельных опре­деления и за границу раскатывания принимают среднее ариф­метическое значение влажности. Расхождение в параллельных определениях должно быть не более 2%.

Определение числа пластичности и показателя консистенции. Число пластичности W_П определяется по формуле

W_П = W_Т – W_Р,

где W_Т - влажность грунта на границе текучести в %;

W_Р - влажность грунта на границе раскатывания в %.

Наименование глинистого грунта, согласно СНиП II-Б. 1- 62, устанавливается по классификационной таблице 3.3.

Таблица 3.3

Виды глинистых грунтов

Наименование	Число пластичности
Супесь	1  WП < 7
Суглинок	7 < WП  17
Глина	WП > 17

Если W_T = 38% и W_P = 24% то W_П = 38 – 24 =14, значит грунт - суглинок, так как 7 < W_П =  17.

Показатель консистенции В определяется по формуле

где: W - естественная влажность грунта в % ;

W_Р - влажность грунта на границе раскатывания в %;

W_П - число пластичности.

Наименование глинистого грунта по консистенций, согласно СНиП II-Б. 1- 62, принимается по классификационной таблице 3.4.

Таблица 3.4.

Наименование глинистых (непросадочных) грунтов по консистенции

Наименование	Показатель консистенции	Наименование	Показатель консистенции
Супеси		Твердые	B < 0
Твердые	B < 0	Полутвердые	0 B  0,25
Пластичные	0 B 1	Тугопластичные	0,25  B  0,5
Текучие	B > 1	Мягкопластичные	0,5 < B  0,75
Суглинки и глины		Текучепластичные	0,75 < B  1
		Текучие	B > 1

Для суглинка, у которого W_П = 14, W_Р = 24% и W = 16,7%

Значит, суглинок имеет твердую консистенцию.