Для качественного проведения инженерно-строительных расчетов выработаны различные стандарты и показатели для используемых материалов. Один из них – объемный вес грунта. Это один из наиболее значимых физических параметров, который применяется для различного вида расчетов.
Влияние объема на другие величины
Данный параметр является определяющим для разнообразных качеств, свойства пород и характеризует его особенности, связанные со структурой, текстурой. Показатель объемной массы введен как расчетный при вычислении давления на подпорную стенку, для определения устойчивости оползневых склонов, откосов и тому подобное.Объемный вес грунта применяется для расчета такого же показателя его скелета.
Особенность
Величина зависит от ряда характеристик, а именно от влажности, пористости, тяжести входящих в его состав минералов и количества органических веществ.
У осадочных пород он больше зависит от пористости, чем от минерального состава, так как существенно колеблется. У других, например, магматических, наоборот, колеблется величина минералогического состава. И он имеет определяющее значение для расчета объемной массы.
Примеры
У глинистых, песчаных и других дисперсных грунтов величина объемного веса от 1,3 до 2,4 г/см³. Для грунтов с жесткими кристаллическими связями между частицами, таких как магматические или изверженные –2,5 – 3,5 г/см³. У известняков от 2,4 до 2,6 г/см³, а у песчаников в пределах от 2,1 до 2,6 г/см³.
Методы расчета
Известны два метода определения: прямой – это метод с непосредственным измерением веса и объема, а косвенный, соответственно, без такого.
Посмотрите видео: Расчетное сопротивление грунтов основания. Оценка осадки столбчатых фундаментов.
Подрядная организация заключает договор на выполнение работ по разработке грунта и его перевозке к местам отсыпок кустовых площадок и автодорог в районе Крайнего Севера. Стоимость работ определяется по расценке 01-01-013-2 «Разработка грунта с погрузкой на автомобили-самосвалы экскаваторами с ковшом вместимостью 1 (1-1,2) м 3 группа грунтов: 2». Для определения массы перевозимого грунта Заказчик предлагает использовать данные пункта 5. б) из таблицы 1-1 Общих указаний Технической части Сборника № 1 «Земляные работы», где указано, что средняя плотность грунта равна 1750 кг/м 3 . При этом Заказчик ссылается на то, что так рекомендует определять транспортные расходы пункт 1.12 Общих указаний Технической части Сборника № 1 «Земляные работы». В рабочей документации также учтен грунт с объемным весом 1,75 т/м 3 . Проведенные нами лабораторные исследования показали, что объемный вес грунта составляет 1.9 т/м 3 .
Как можно доказать Заказчику, что транспортные расходы следует определять по данным лабораторных исследований, а не по данным из таблицы 1-1 Технической части Сборника № 1 «Земляные работы»?
Ответ
Наименование графы о плотности грунта из таблицы 1-1 (в редакции 2017 г. - приложение 1.1) Общих указаний Технической части Сборника № 1 «Земляные работы» звучит так: «Средняя плотность в естественном залегании кг/м 3 ». Такие данные могут быть использованы на стадии предпроектных проработок, когда еще не были проведены инженерно-геологические изыскания. На стадии разработки проектной и рабочей документации транспортные расходы по перевозке грунта следует определять с учетом объемного веса грунта по полученным данным инженерно-геологических изысканий.
Пунктом 1.12 (в редакции 2017 г. - п. 1.1.9) Общих указаний Технической части ГЭСН-2001-01 «Земляные работы» определено:
«1.12. Затраты на автомобильные перевозки грунта следует определять дополнительно, кроме табл. 01-047 и 02-019, где затраты на перевозки нормами учтены. Массу транспортируемого грунта следует принимать по табл. 1-1 Технической части, а при отклонении показателей средней плотности грунта от приведенной в табл. 1-1 более чем на 5 % - по данным инженерно-геологических изысканий».
Если средняя плотность грунта для определения транспортных затрат была изначально учтена в размере 1,75 т/м, а лабораторные исследования Подрядчика показали объемный вес в размере 1.9 т/м, то полученные лабораторные данные превышают среднюю плотность грунта по табл. 1-1 на 8,6 %. Это является основанием для определения затрат по транспортировке грунта с учетом объемного веса грунта по данным лабораторных изысканий.
В том случае, если Заказчик по каким-то причинам не доверяет данным лаборатории Подрядчика, то объемный вес грунта может быть определен независимой лабораторией.
Учитывая, что грунт представляет собой сложную дисперсную среду, состоящую из минеральных твердых частиц и порового пространства, заполненного в самом общем плане водой (поро-вой жидкостью) и воздухом, понятие плотности как физической величины также является сложным и приобретает определенность только в том случае, если указывается точно, о плотности каких фаз грунта идет речь.
Далее опыт проводят обычным образом, описанным ранее. Для определения объема чистого грунта необходимо из найденного общего объема запарафинированного грунта вычесть объем, занятый парафином. Объем парафина легко определяется взвешиванием образца до и после парафинирования и учетом удельного веса самого парафина, обычно близкого к 9 кН/м 3 .
Удельный вес значительных по размеру монолитов связных грунтов определяется с достаточной точностью путем непосредственного измерения монолита, которому придали правильную геометрическую форму, например цилиндрическую, и его последующего взвешивания. На практике для определения удельного веса влажного (и сухого) грунта часто используется металлическое кольцо с заостренным режущим краем диаметром до 15 см и высотой до 5... 10 см. Для отбора пробы кольцо вдавливается в грунт. Объем образца в данном случае определяется внутренним объемом цилиндра.
Удельный вес влажных глинистых грунтов обычно составляет 19,5...21,0 кН/м 3 . Удельный вес сухих несвязных сыпучих грунтов обычно колеблется от 15,8 до 16,5 кН/м3.
Объем несвязных песчаных грунтов определяют в двух состояниях: наиболее рыхлом и наиболее плотном. Определение ведется путем укладки песка в мерную емкость, причем пески испытываются в сухом виде или под водой. Требуемая максимальная рыхлость песка достигается осторожным его насыпанием в емкость, a предельная плотность — путем тщательного его штыкования до постоянства массы или путем помещения емкости с песком на вибростол.
Знать свойств почвы, необходимо при проведении любых работ: от копания огорода до сложных строительных процессов. Удельный вес грунта – один из первых показателей, с которым мы сталкиваемся. Его необходимо отличать от плотности. Рассчитывая его, делят вес вещества на его объем, а формула плотности: массу делят на объем. Разные системы применяют разные единицы измерения, внесистемная единица– Г/ см³.
Зависимость от состава
У минералов он, обычно, в диапазоне от 2,5 до 2,8 Г/ см³. С увеличением тяжелых минералов растет и вес грунта. С органическими веществами, наоборот: чем их больше, тем он меньше.
Влияние и роль воды
Перед проведением расчетов необходимо установить объем и его взвесить. Это определяется с помощью погружения в воду.
Существенное влияние на расчет имеет наличие воды в составе, то есть влажность. По этому показателю различают две группы: влажные глинистые и сухие несвязные сыпучие. У 1 группы вес грунта в кН/м³ бывает от 19,5 до 21,0. У 2 группы от 15,8 до 16,5 кН/м³.
Посмотрите видео: ТИПЫ ГРУНТА. АНАЛИЗ ПОЧВЫ.
Грунтами в строительстве называют горные породы и почвы, представляющие собой сложное тело, состоящее из минеральных частиц и органических примесей. Свойства и качество грунта влияют на устойчивость земляных сооружений, трудоемкость разработки и стоимость работ. При выборе наиболее эффективного способа производства работ необходимо учитывать следующие основные характеристики грунтов: плотность, влажность, сцепление, размываемость, разрыхляемость и угол естественного откоса. Важными показателями являются также влагоемкость, водопроницаемость, водоудерживающая способность и размываемость грунтов.
Плотностью (или объемной массой) называется масса 1 м3 грунта в естественном состоянии в плотном теле. Средняя или насыпная плотность песчаных грунтов составляет 1,6-1,7 т/м3, глинистых - до 2,1 т/м3, скальных - до 3,3 т/м3.
Влажностью называется степень насыщения пор грунта водой, которую определяют отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта и выражают в процентах. При содержании воды до 5% грунты относятся к сухим, влажные грунты содержат до 30% воды, в мокрых содержится более 30% воды.
Сцепление определяют начальным сопротивлением грунта сдвигу; сцепление зависит от вида грунта и его влажности. Сила сцепления для песчаных грунтов составляет 0,003-0,05 МПа, для глинистых - 0,005-0,2 МПа. От плотности и сцепления в основном зависит производительность землеройных машин.
Размываемость грунта обусловливается уносом его частиц текучей водой из земляных сооружений. Скорость движения воды по песчаному грунту допускается для мелких песков 0,15 м/с, для крупных - 0,8 м/с, по плотным глинистым грунтам - до 1,8 м/с.
Разрыхляемость грунта - нарушение естественной структуры при его разработке, сопровождаемое увеличением в объеме. Степень разрыхления грунта определяется коэффициентом первоначального разрыхления, представляющим собой отношение объемов грунта в разрыхленном и естественном состояниях. Для глинистых грунтов коэффициент первоначального разрыхления составляет 1,24-1,32, для песков - 1,08-1,28, суглинков и супесков - 1,08-1,32. Более плотные грунты, включая скальные, дают большее увеличение объема - до 50%. При расчете транспортных средств для перевозки грунта, определении производительности землеройных машин, проектировании кавальеров и т. д. необходимо учитывать коэффициент первоначального разрыхления. Принято все подсчеты, связанные с земляными работами, выполнять для грунта естественной (природной) плотности - «в плотном теле».
Разрыхленный грунт, длительное время пролежавший в насыпи, подвержен самоуплотнению за счет действия веса верхних слоев на нижние и от действия атмосферных осадков. Плотность грунта, пролежавшего в насыпи более четырех месяцев, а также грунта, подвергавшегося механическому уплотнению, определяется лабораторным путем. Если объем грунта на объекте не превышает 1000 м3, при расчетах пользуются коэффициентом остаточного разрыхления, приводимым в справочниках (например, для песчаных грунтов он составляет 1,01-1,025, глин - 1,04-1,09, суглинков - 1,015-1,05).
В зависимости от трудности и трудоемкости разработки грунтов механизированным способом мерзлые и не мерзлые грунты делят на группы. Грунты минерального происхождения по своему составу, прочности и трудности разработки делятся на скальные, конгломераты и нескальные.
Устойчивостью земляных сооружений называется их способность сохранять проектную форму и размеры и обусловливается равновесием масс под воздействием внешних и внутренних сил. Устойчивость зависит от угла естественного откоса грунта, который образуется плоскостью откоса с горизонтальной плоскостью поверхности грунта (величина угла естественного откоса определяется опытным путем). Связность грунтов изменяется в зависимости от их влажности и характеризуется углом естественного откоса, т. е. углом, который образуется откосом свободно насыпанного грунта и горизонтальной плоскостью. В зависимости от числа пластичности связные грунты делятся на супесь, суглинок и глину.
Рис. 5. :
а - насыпи; б - выемки; Н - высота откоса; l - проекция откоса на горизонтальную плоскость; α - крутизна откоса
