Влажность на границе текучести грунта

Консистенция (пластичность, влажность на границе текучести и раскатывания)

Пластичностью грунтов называется способность их изменять свою форму (деформироваться) без разрыва сплошности в результате внешнего воздействия и сохранять полученную при деформации новую форму после того, как внешнее воздействие прекращается.

Пластичные свойства грунтов тесно связаны с влажностью и изменяются в зависимости от количества и качества находящейся в грунте воды. Переход глинистой породы из одной формы консистенции в другую совершается при определенных значениях влажности, которые получили название характерных влажностей или пределов.
В инженерно-геологической практике наибольшее распространение получили верхний и нижний пределы пластичности.

Влажность, выраженная в процентах, при которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее, называется верхним пределом пластичности , или границей текучести ( WL ). Влажность, выраженная в процентах, при которой грунт переходит из пластичного состояния в твердое, называется нижним пределом пластичности , или границей раскатывания ( Wp ). Разность между значениями влажности, отвечающими верх нему и нижнему пределам пластичности, называется числом пластичности ( Iр ) . Пределы пластичности и число пластичности широко используются при классификации глинистых грунтов, определении расчетных сопротивлений грунтов и приблизительной оценке устойчивости грунтов в котлованах, выемках и т. д.

Необходимо подчеркнуть, что пределы и число пластичности характеризуют не грунт в целом, а слагающие его частицы, главным образом глинистые, косвенно указывая на их минералогический состав, степень дисперсности, форму, концентрацию порового раствора и т. д. Определение пластичности параллельно с определением содержания глинистых фракций в грунте позволяет установить различные показатели, характеризующие гидрофильность глинистой фракции, ее коллоидную активность, физико-химическую чувствительность и другие инженерно-геологические свойства глинистых горных пород. Для определения пределов пластичности предложено много методов.

Согласно стандартной методике за границу раскатывания принимается влажность грунта, при которой он при раскатывании в шнур диаметром 3 мм распадается на кусочки длиной до 10 мм; за границу текучести принимается влажность грунта, при которой стандартный конус погружается в него на глубину 10 мм под действием собственной массы за время 5 с. По характерным влажностям определяется число пластичности глинистого грунта и показатель текучести, по которым устанавливают наименование и состояние грунта.

Показатель текучести грунта – что это такое и где он применим

Показатель текучести грунта – это отличие уровня влажности между природными состояниями грунта, а также на границе раскатывания почвы и индекса пластичности. Точно определить данный параметр можно только в лабораторных условиях, сделать это самостоятельно невозможно.

Что означает

Посчитав данный параметр можно детально определить свойства изучаемого материала. Показатель даёт полную картину о вязкости и густоте грунта. Показатель важен для грамотного проведения геологических изысканий перед началом строительства объекта.

Особое влияние на показатель оказывает природная влажность изучаемого материала. Если грунт твёрдый, то показатель будет иметь отрицательное значение. Если грунт мягкий (также называют текучим), то показатель будет иметь положительное значение.

Для чего нужно знать показатель текучести

Определив показатель текучести можно классифицировать грунт по степеням текучести:

• твёрдый грунт;
• пластичный грунт;
• текучий грунт.

Также почвы делятся по составу. Вычислив показатель текучести можно определить, будет ли почва под объектом менять состояние. Например, если меняется процент влажности, глинистая почва изменит состояние, что значительно повлияет на физические свойства грунта. Здание или сооружение, возведённое на такой почве, подвергнется значительной деформации или будет разрушено полностью.

Главное – вовремя провести соответствующие лабораторные исследования. Цена – надёжность возводимого объекта.

На основании полученных результатов исследование, проектировщик:

• выбирает оптимальное на участке место для строительства объекта;
• выбирает оптимальный способ укрепления грунта;
• проводит мелиоративные мероприятия в обводных низинах, которые будет иметь максимально полезный характер;
• разрабатывает конструкции сооружений, которые способны выстоять в определённых условиях.

Как рассчитывается

Рассчитывается по формуле I_L = (w- w_p ) / I_P, где

w — естественная влажность грунта, %;

w _p — влажность на границе раскатывания, %;

I _P — число пластичности, %.

В зависимости от показателя почвы делятся на супеси, суглинки и глины. В пределах каждого вида грунта показатель меняется. В зависимости от пределов колебания каждый вид подразделяется на подвиды. Так, если показатель ниже ноля, то глинистая почва относится к категории твёрдых.

Пластичность и текучесть грунта

В зависимости от степени увлажнения глинистые (связные) грунты могут находиться в твердом, пластичном или текучем состоянии. Переход грунта из одного состояния в другое с изменением влажности обычно происходит скачкообразно и характеризует изменение степени устойчивости грунта под нагрузкой. Поэтому влажность, соответствующая резким переходам грунта и: одного состояния в другое, называется характерной влажностью которая является одной из наиболее важных характеристик грунта.

Пластичность грунта

Пластичностью грунтаназывается его способность деформироваться по действием внешнего давления без разрыва сплошности массы и сохранять приданную форму после прекращения деформирующего усилия.

Для установления способности грунта принимать пластичное состояние определяют влажность, характеризующую границы пластичного состояния грунта текучести и раскатывания.

Граница текучести WL характеризует влажность, при которой грунт из пластичного состояния переходит в полужидкое — текучее. При этой влажности связь между частицами нарушается благодаря наличию свободной воды, вследствие чего частицы грунта легко смещаются и разъединяются. В результате этого сцепление между частицами становится незначительным и грунт теряет свою устойчивость.

Граница раскатывания WP соответствует влажности, при которой грунт находится на границе перехода из твердого состояния в пластичное. При дальнейшем увеличении влажности (W > WP) грунт становится пластичным и начинает терять свою устойчивость под нагрузкой. Границу текучести и границу раскатывания называют также верхним и нижним пределами пластичности.

Определив влажность на границе текучести и границе раскатывания, вычисляют число пластичности грунта IР.

Число пластичности Ip — разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести WL и на границе раскатывания Wp. 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.

• где WL и Wp определяют по ГОСТ 5180-84.

Определение границы текучести, границы раскатывания грунта

Грунт, пригодный для практического использования в хозяйственной деятельности человека, должен соответствовать ряду необходимых для этого требований. Особенно это важно для строительной отрасли, где основания под зданиями и сооружениями испытывают значительные статические и динамические нагрузки. Для определения возможности использования местности для размещения объектов капитального строительства, проводится комплекс инженерных изысканий, в состав которых входит изучение пределов текучести и пластичности грунта. Эти параметры характеризуют вязкость исследуемого слоя, его способность сохранять прочность и устойчивость при увлажнении. И если пластичность грунта в месте, отведенном для строительства, не соответствует стандарту, принимается решение о выборе другой строительной площадки или укреплении грунта. Методику исследования верхнего и нижнего пределов пластичности (влажности на границах текучести и раскатывания) устанавливает ГОСТ 5180-2015, работа производится камерально силами специализированных организаций, имеющих государственную аккредитацию. В Москве и Московской области услуги по определению параметров консистенции грунта представляет строительная лаборатория «ТехЛабКонтроль».

Степени текучести грунта

Текучесть, пластичность и влажность грунта – три взаимосвязанных параметра, оказывающих определяющее влияние на большинство остальных характеристик грунта. Но их знание имеет не только прикладное, но и практическое значение. Так, верхняя граница текучести характеризует степень влажности, при которой грунт изменяет пластичное состояние на полужидкое (текучее). На этой стадии свободная влага заполняет пространства между твердыми частицами, нарушает сложившиеся связи и материал теряет устойчивость. Нижний предел пластичности (граница раскатывания) показывает влажность, при которой грунтовый слой перестает быть вязким и переходит в твердое состояние.

На избыток и недостаточность влажности в большей степени реагируют глинистые грунты – глины, суглинки, супеси. По степени текучести эти породы классифицируются по-разному. Супеси делятся на три категории – твердые, пластичные и текучие. Глины и суглинки более чувствительны к влаге и подразделяются на шесть видов – твердые, полутвердые, тугопластичные, мягкопластичные, текучепластичные, текучие. Определение пределов пластичности позволяет узнать при какой влажности грунт переходит из одного состояния в другое, от твердого до текучего. Основной недостаток глинистых пород – склонность к вспучиванию. Это явление провоцирует влага, поступающая в виде атмосферных осадков, подземных вод, поверхностных стоков. Зимой верхний слой земли промерзает, а вода внутри него превращается в лед и увеличивается примерно на 10%. Пучение почвы может сместить фундамент, деформировать возведенные постройки. Полевые инженерные изыскания и лабораторные исследования позволяют своевременно определить несущую способность почвенных, подпочвенных слоев, и еще до начала проектирования установить возможность капитального строительства или отмену его в том или ином месте.

Методы определения параметров текучести грунта

Определение и изучение взаимодействия грунтов с влагой на предполагаемых для использования земельных участках – достаточно сложная задача, требующая профессионализма, ответственности. Лабораторные исследования предусматривают исследования образцов на предмет установления верхнего и нижнего пределов пластичности (влажности на границах текучести и раскатывания) по методикам ГОСТ 5180-2015.

Определение верхнего предела пластичности (границы текучести)

Принцип исследования данного параметра заключается в оценке характера погружения балансирного конуса в грунтово-водную пасту. Оборудование и измерительные средства, необходимые для работы:

• сушильный шкаф;
• лабораторные весы;
• металлические или стеклянные бюксы;
• балансирный конус Васильева с цилиндрической чашкой;
• металлическая или фарфоровая чашка диаметром 7-8 см;
• шпатель;
• ступка с пестиком;
• сито с отверстиями 1 мм;
• вазелин.

Для проведения испытаний могут использоваться куски монолита или грунт нарушенного сложения с естественной влажностью. Образец разминается в чашке с добавлением дистиллированной воды, очищается от растительных остатков и крупных включений. Проба весом около 100 г пропускается сквозь сито и выдерживается в стеклянном закрытом сосуде не менее 2-х часов (тяжелые суглинки и глины – 6 час.). В ходе испытаний, подготовленная грунтовая паста выкладывается в чашку, поверхность выравнивается шпателем. Смазанный вазелином балансирный конус плавно погружается в пробу под собственным весом. Граница текучести – состояние влажности грунта, при которой конус погружается в грунтовую пасту на глубину 10 мм за 5 секунд. Если это условие не соблюдается – пробу доувлажняют с перемешиванием или подсушивают. Влажность грунта на границе текучести определяется по соответствующей методике ГОСТ 5180-2015. Производится отбор пробы весом 15-30 грамм, взвешивается в закрытом бюксе, высушивается до постоянной массы, повторно взвешивается. Влажность определяется по формуле:

где w – влажность на границе текучести в процентах, m – масса бюкса, m1 и m0 – массы влажного и сухого грунта с бюксой. Допускается выражение результата в долях единицы. При проведении испытаний исследуются две пробы с вычислением среднеарифметического значения.

Определение нижнего предела пластичности (границы раскатывания)

Для определения данного параметра, берется проба грунта весом 40-50 грамм из подготовленного для анализа образца по определению границы текучести. Грунтовую пасту раскатывают вручную или на гладкой пластинке до образования жгутика длиной, не превышающей ширину ладони, и диаметром около 3 мм. Если в этих условиях материал сохраняет вязкость, его комкуют и вновь раскатывают, повторяя это до тех пор, пока на жгутик не начнет распадаться на отрезки длиной от 3 до 10 мм. Цель этих манипуляций – оставить в пробе столько воды, сколько необходимо для перехода пластичного состояния в твердое. Образовавшиеся после завершения раскатывания кусочки грунта (10-15 г) помещаются в бюксы и закрываются крышками для предотвращения испарения оставшейся влаги. Влажность нижнего предела пластичности определяется по соответствующей методике ГОСТ 5180-2015, ее цифровое значение вычисляется по той же формуле, что и граница текучести.

Кроме способа определения нижнего предела пластичности раскатыванием, государственный стандарт допускает использование для этой цели метода прессования. Искомый результат устанавливается после сдавливания грунтовой пасты прессом в контакте с фильтровальной бумагой под давлением 2 МПа до момента завершения водоотделения. Испытание давлением производится на протяжении 10 минут. Если после первого опыта обезвоженный образец не дал при его сгибе пополам трещину, действие повторяется с новым материалом и увеличением времени прессования еще на 10 минут, и так далее, до получения до получения разлома. Влажность нижнего предела пластичности определяется, так же, как и при методе с раскатыванием. Параллельно исследуются две пробы, за конечный результат принимается среднеарифметическое значение.

Заключение

Результаты определения верхнего и нижнего пределов пластичности (влажности на границах текучести и раскатывания) анализируются специалистами и позволяют грамотно решить следующие задачи:

• осуществить поиск оптимального места для строительства зданий, сооружений;
• выбрать наиболее подходящий способ укрепления грунта;
• выработать рекомендации по мелиорации засушливых или переувлажненных земель;
• разработать строительные конструкции, способные противостоять любому негативному воздействию природного или техногенного характера.

Определенные государственным стандартом (ГОСТ 5180-2015) методы установления верхнего и нижнего пределов пластичности глинистых пород дают предельно точную оценку их консистенции, а полученные материалы могут служить официальной основой для принятия ответственных решений по возможности и направлением использования грунта на отдельной строительной площадке или конкретной местности.