Основні властивості і використання ґрунтів при земляних роботах

 

Під ґрунтом в будівництві розуміють гірські породи, які утворюють поверхневі шари землі і складають так названу кору вивітрювання, можуть служити середовищем, основою або матеріалом для будівель, конструкцій та інженерних споруд.

Ґрунти - багатофазові системи, міцність яких залежить від дисперсності мінеральної частини, тобто вмісту різних фракцій гірських порід у даному об'ємі, щільності та вологості. Ґрунт (скелет + вода + повітря) – це пухка гірська порода, що складається окремих мінеральних зерен (тверда субстанція). Між зернами знаходяться заповнені повітрям і (або) водою пори.

Для застосування ефективної технології, комплексної механізації виконання економічних розрахунків і обґрунтовувань по застосуванню раціональних методів виробництва земляних робіт необхідно знати технологічні і основні фізико-механічні властивості ґрунтів, що використовуються в будівництві.

Основні фізико-механічні властивості ґрунтів, що впливають на технологію виробництва земляних робіт, трудомісткість і вартість такі:

· в масиві (природному стані) - гранулометричний склад, щільність, вологість;

· в розпушеному стані - гранулометричний склад, щільність, міцність, розрихляємість.

4.3.1. Класифікація за гранулометричним складом (крупністю зерен)

Гранулометричним складом ґрунту називають відносний за масою вміст груп частинок або фракцій ґрунту різної величини, вираженої у відсотках до загальної маси абсолютно сухого ґрунту. Для його визначення проводиться так званий гранулометричний аналіз, що складається з розділення наважки ґрунту на його складові фракції частинок та уламків та подальше визначення відсоткового вмісту кожного компоненту фракції до маси наважки.

Гранулометричний склад є однією з найважливіших характеристик ґрунту, що має визначне значення для оцінки його фізико-механічних властивостей при використанні йог в якості основи, середовища і матеріалу для будівництва доріг.

Гранулометричний склад є одним з основних показників фізичного стану ґрунтів. Ґрунтові частинки крупністю менше 0,005 мм називають глинистими; 0,005-0,05 мм - пилуватими, 0,05-2 мм - піщаними; зерна і шматки ґрунту крупністю 0,2-20 мм - гравієм, 20-200 мм - галькою або щебенем і більше 200 мм валунами або камінням.

Класифікація по крупності зерен є важливою для властивостей ґрунту, й характеризується кривою гранулометричного складу (рис. 5). Визначення виконується просіюванням крупних фракцій проби ґрунту (аналіз просіювання згідно SN 670 010, 1985 (Німеччина, Швейцарія) для зерен крупністю >0,1 мм) й промивкою мілких фракцій (промивочний аналіз згідно SN 670 816, 1989 для зерен крупністю <0,1 мм).

 

Рис. 5. Крива розподілу розміру зерен: просів в відсотковому відношенні від маси наноситься в співвідношенні до розміру зерен в логарифмічному масштабі (підсумкова крива). х відсотків маси всіх зерен в дослідному зразку мають менший розмір за d_x.

 

Величина зерен розподіляється по фракціям (глина, дрібнозернистий пісок, пісок, щебінь, камінь, глиби), що зі свого боку можуть далі розподілятися (таблиця 4).

 

 

Таблиця 4. Класифікація ґрунтів по розміру зерен (SN 670 008, 1997)

	Зерновий-Ø [мм]
Крупнозернистий ґрунт Ø>0,06 мм	Глиби (Валуни)	> 200
Камінь	60…200
Щебінь	Крупний	20…60
Середній	6…20
Мілкий	2…6
Пісок	Крупний	0,6…2
Середній	0,2…0,6
Мілкий	0,06…0,2
Дрібнозернистий ґрунт	Дрібнозернистий пісок	Крупний	0,02…0,06
Середній	0,006…0,02
Мілкий	0,002…0,006
Глина	<0,002

Для класифікації зерен використовуються наступні розміри:

Ступінь нерівномірності: .

Число кривизни: .

d_х = розмір зерен при просіві х.

Значення С_u характеризують однорідний ґрунт (при чистому рівномірному розмірі зерен С_u = 1), велике значення нерівномірного ґрунту.

Гранулометричний склад (рис. 6) визначає метод і спосіб розробки ґрунту, а також застосування його при зведенні земляних споруд і об'єктів. Наприклад, на графіку приведено криву просіювання супіщаного ґрунту

Рис. 6. Крива гранулометричного складу ґрунту в напівлогарифмічному масштабі

 

Із рисунку діаметр часток, що відповідає ординаті 60 % рівний d₆₀ = 0,35 мм.

Ефективний діаметр часток відповідає ординаті 10 % рівний d₁₀ = 0,105 мм.

Коефіцієнт неоднорідності

 

К_неодн= С_U=d₆₀/d₁₀ = 3,33 < 5,

 

тобто ґрунт має одномірний розподіл часток. Ґрунти з таким коефіцієнтом неоднорідності важко піддаються ущільненню.