Метод определения набухания и усадки

 

Сущность метода

 

5.6.1.1 Испытания проводят для определения показателей, характеризующих изменение объема глинистых грунтов при водонасыщении (набухание) или высыхании (усадка). Определяют следующие характеристики набухания: свободное набухание , набухание под нагрузкой , давление набухания , влажность грунта после набухания  и характеристики усадки: усадка по высоте , диаметру  и объему , влажность на пределе усадки .

5.6.1.2 Характеристики набухания определяют по результатам испытаний образцов в приборах свободного набухания грунтов (ПНГ) и в компрессионных приборах при насыщении грунта водой или химическим раствором. Усадку грунта определяют в условиях свободной трехосной деформации образца при высыхании грунта.

Результаты испытаний должны быть оформлены в виде графиков зависимостей относительных деформаций набухания образца от нагрузки и изменения объема образца от влажности при усадке.

5.6.1.3 Диапазон давлений, при которых проводят испытания на набухание под нагрузкой, определяется в программе испытаний с учетом передаваемых на основание нагрузок и давления набухания грунта (см. 5.6.4.2).

5.6.1.4 Для испытаний используют образцы ненарушенного сложения с природной влажностью или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности. Образцы грунта природного сложения для испытаний свободного набухания, набухания под нагрузкой и усадки следует вырезать из одного монолита грунта.

Образец грунта для определения свободного набухания должен иметь форму цилиндра диаметром не менее 50 мм и соотношение начального диаметра и высоты от 2,5 до 3,0. Для испытаний в компрессионных приборах используют образцы грунта по 5.4.1.4. Не допускается использовать для испытаний глинистые грунты, содержащие крупнообломочные включения размерами зерен более 5 мм.

5.6.1.5 Образцы при испытании на набухание следует заливать грунтовой водой, взятой с места отбора грунта, водной вытяжкой или водой питьевого качества. В случаях, определяемых программой исследований, допускается применение дистиллированной воды и искусственно приготовленных растворов заданного химического состава.

5.6.1.6 Испытание для определения характеристик набухания проводят до прекращения поглощения образцом грунта воды (или раствора), а усадки - до полной потери им влажности. При усадке испарение воды (или раствора) из образца грунта не должно вызывать образования на нем усадочных трещин.

5.6.1.7 Свободное набухание определяют испытанием одиночного образца грунта.

Набухание под нагрузкой определяют испытанием партии идентичных образцов, вырезаемых из одного монолита грунта, путем обжатия их давлением и последующего водонасыщения.

 

Оборудование и приборы

 

5.6.2.1 В состав ПНГ должны входить следующие основные узлы и детали:

- основание прибора, рабочее кольцо с внутренним диаметром по 5.6.1.4, вкладыш-шаблон (для выдавливания части образца из рабочего кольца), обеспечивающий высоту образца в кольце не менее 10 мм, перфорированный верхний штамп, перфорированный поддон, ванночка для жидкости;

- устройство для измерения вертикальных деформаций образца.

5.6.2.2 Конструкция ПНГ должна обеспечивать:

- неподвижность рабочего кольца при испытании;

- подачу воды к образцу снизу и ее отвод;

- вертикальное давление от штампа, измерительного оборудования, расположенного на нем, и других неуравновешенных деталей не более 0,0006 МПа.

5.6.2.3 Для определения набухания грунта под нагрузкой используют компрессионные приборы по 5.4.2.1 и 5.4.2.2.

5.6.2.4 Для определения усадки грунтов необходимо иметь:

- рабочее кольцо компрессионного прибора внутренним диаметром по 5.4.1.4;

- предметное стекло, покрытое тонким ровным слоем парафина;

- емкость с крышкой (стеклянный колпак или эксикатор) объемом не более 1 л для сушки образцов;

- штангенциркуль;

- микрометр.

5.6.2.5 Компрессионные приборы тарируют на сжатие с помощью металлического вкладыша по 5.4.2.3.

Тарировку проводят при трехкратном нагружении прибора, каждый раз с заменой фильтров на новые.

По результатам тарировки компрессионного прибора следует составить таблицу величин деформаций  при различных давлениях.

Для тарировки ПНГ в рабочее кольцо следует заложить два бумажных фильтра, установить устройство для измерения вертикальных деформаций образца, замочить фильтры и зарегистрировать деформацию . Для конкретной партии фильтров поправку  принимают как среднеарифметическое значение деформаций трех пар фильтров.

 

Подготовка к испытанию

 

5.6.3.1 Образцы грунта изготавливают с учетом требований 5.6.1.4.

5.6.3.2 При определении свободного набухания часть образца с помощью вкладыша - шаблона выдавливают из рабочего кольца и срезают ножом так, чтобы высота оставшегося образца была не менее 10 мм.

5.6.3.3 Образец грунта в рабочем кольце покрывают с двух сторон фильтрами и помещают:

а) при определении свободного набухания - в ПНГ;

б) при определении набухания под нагрузкой - в компрессионный прибор.

Затем проводят следующие операции:

- регулируют механизм нагружения образца в компрессионном приборе;

- устанавливают устройства для измерения вертикальных деформаций образцов;

- записывают начальные показания устройств.

5.6.3.4 При испытании грунта на усадку образец грунта извлекают из кольца и помещают на предметное стекло, покрытое тонким ровным слоем парафина. Затем измеряют высоту в центре образца, а его диаметр - по трем, заранее размеченным направлениям. Результаты измерений записывают в журнал испытаний.

Попадание прямых солнечных лучей на образцы грунта во время испытаний усадки не допускается.

5.6.3.5 Характеристики набухания глинистого грунта нарушенного сложения следует определять на образцах с заданными значениями плотности и влажности.

5.6.3.6 При определении характеристик усадки грунта нарушенного сложения следует применять образец грунта влажностью, на 5% - 10% превышающей влажность грунта на границе текучести. Грунт выдерживают в пустом эксикаторе в течение суток. Затем при помощи шпателя заполняют грунтом рабочее кольцо, внутренняя поверхность которого предварительно смазана тонким слоем технического вазелина. Образование пустот при подготовке образца не допускается.

Приготовленный образец на предметном стекле помещают под стеклянный колпак или в емкость с крышкой. За начальные размеры образца принимаются размеры кольца по высоте и внутреннему диаметру.

 

Проведение испытания

 

5.6.4.1 При определении свободного набухания в ПНГ подают жидкость снизу образца и регистрируют развитие деформаций во времени по показаниям индикаторов деформаций.

5.6.4.2 Для определения зависимости набухания грунтов от нагрузки и давления набухания испытывают партию образцов, передавая на них различные давления по следующей программе. На первом компрессионном приборе давление должно быть около 0,0025 МПа, что соответствует давлению от штампа и смонтированного на нем измерительного оборудования, на втором - 0,025 МПа, на третьем - 0,05 МПа, на четвертом - 0,1 МПа. На последующих приборах давление повышают на 0,1-0,2 МПа до необходимых пределов (см. 5.6.1.3).

После нагружения образцов грунта в компрессионных приборах их выдерживают до условной стабилизации деформаций (см. 5.4.4.6), после чего образцы замачивают, залив жидкость в поддон.

Примечание - Давление набухания допускается определять, измеряя возникающее усилие набухания замоченного образца путем компенсации деформаций набухания ("компенсационный метод").

 

5.6.4.3 После замачивания образцов как при свободном набухании, так и в компрессионных приборах регистрируют деформации через 5; 10; 30; 60 мин, далее через 2 ч в течение рабочего дня, а затем в начале и конце рабочего дня до достижения условной стабилизации деформаций.

В случае отсутствия набухания замачивание проводят в течение трех суток.

За начало набухания принимают относительную деформацию , превышающую 0,001.

5.6.4.4 За критерий условной стабилизации деформаций свободного набухания грунтов или деформаций набухания под нагрузкой при данной ступени давления в компрессионных приборах следует принимать деформацию не более 0,01 мм за 16 ч.

5.6.4.5 После завершения набухания образца необходимо слить жидкость из прибора, кольцо с влажным грунтом (без фильтров) взвесить, провести контрольное измерение высоты образца грунта в кольце и определить влажность грунта.

5.6.4.6 Испытание для определения усадки грунта проводят в три этапа.

На первом и втором этапах испытания измерение высоты, диаметра и массы образца грунта, помещенного в эксикаторе, проводят не реже двух раз в сутки и результаты заносят в журнал испытаний.

Критерием условного завершения испытания на первом этапе является отсутствие изменений в линейных размерах образцов в двух последовательных измерениях.

На втором этапе сушку образца грунта проводят на воздухе.

Критерием условного завершения испытания на втором этапе, после пяти-шести измерений, является отсутствие изменений в массе образца грунта.

На третьем этапе сушку образца грунта проводят в термостате при температуре (105 2)°С в соответствии с требованиями ГОСТ 5180 до постоянной массы и в конце испытания проводят контрольное измерение линейных размеров образца грунта.

 

Обработка результатов

 

5.6.5.1 По результатам испытаний грунта в ПНГ или компрессионных приборах вычисляют:

- абсолютную деформацию образца грунта , мм, как разность среднеарифметических значений конечных  и начальных  показаний индикаторов деформаций за вычетом поправки на деформацию компрессионного прибора и фильтров при набухании  (см. 5.6.2.5);

- относительную деформацию образца  с точностью 0,001, где h - начальная высота образца.

5.6.5.2 По вычисленным значениям при испытании в компрессионных приборах строят график зависимости относительных деформаций набухания от вертикального давления  (см. приложение Н, раздел Н.1). Точки графика, соответствующие различным давлениям, соединяют плавной кривой.

Значение давления, соответствующее точке пересечения кривой с осью давления р (см. график 1 раздела Н1 приложения Н) или точке предполагаемого пересечения продолжения кривой графика  с осью давления р (см. график 2 раздела Н1 приложения Н), равно давлению набухания .

5.6.5.3 По результатам испытаний усадки вычисляют:

- объем грунта на каждый момент измерения по формуле

 

, (5.41)

 

где  - диаметр образца в момент измерения, определенный как среднеарифметическое значение измерений в трех направлениях, см;

 - высота образца в момент измерения, см;

- влажность грунта на каждый момент измерения, вычисляемую по формуле

 

, (5.42)

 

где  - масса образца грунта на момент измерения, г;

g - масса образца сухого грунта, г,

- относительную усадку  по высоте, диаметру и объему по формулам соответственно:

 

; (5.43)

 

; (5.44)

 

, (5.45)

 

где h, d, V и , ,  - начальные и конечные значения высоты, диаметра, см, и объема образца грунта, , соответственно.

5.6.5.4 По вычисленным значениям объема и влажности на каждый момент времени строят графики зависимости изменения объема образца от влажности  (см. приложение Н, раздел Н.2).

За влажность на пределе усадки  принимают влажность, соответствующую точке перегиба графика  (см. график 1 раздела Н.2 приложения Н). Допускается нахождение точки перегиба путем восстановления перпендикуляра к графику из точки пересечения касательных к двум ветвям кривой (см. график 2 раздела Н.2 приложения Н), соответствующим первому и второму этапам сушки образца.