Визначення щільності мінеральних часток ґрунту, пористості, коефіцієнта пористості та ступеня вологості

Мета роботи – навчитися визначати абсолютну щільність ґрунту пікнометричним методом та розраховувати пористість, коефіцієнт пористості та ступень вологості.

Тривалість виконання – 2 год.

 

Необхідне обладнання.

 

Шафа сушильна; термометр зі шкалою від 0 °С до 200 °С, з ціною поділки 2 °С; стаканчики скляні або алюмінієві з кришками; шпателі металеві; щипці тигельні; ваги лабораторні з гирями; ступка порцелянова та пестик; набір сит; лопатка пласка; термометр із шкалою від 0 °С до 50 °С, з ціною поділки 0,5 °С; пікнометри; баня піщана (з електроплиткою); ванна з водою; піпетка або крапельниця; вода дистильована; лійка скляна.

Хід роботи.

1. Пробу ґрунту в повітряно-сухому стані подрібнюють у порцеляновій ступці, відбирають методом квартування середню пробу масою від 100 г до 200 г і просівають крізь сито із сіткою № 2, залишок на ситі розтирають у ступці й просівають крізь те ж сито.

2. Із перемішаної середньої проби беруть наважку ґрунту з розрахунку 15 г на кожні 100 мл ємності пікнометра і висушують до постійної маси.

3. Пікнометр, наповнений на 1/3 дистильованою водою, зважують. Потім через лійку всипають у нього висушений ґрунт і знову зважують.

4. Пікнометр із водою та ґрунтом збовтують і ставлять кип'ятити на піщану баню. Тривалість спокійного кип'ятіння (з початку кипіння) повинна становити: для пісків і супісків - 0,5 год, для суглинків і глин - 1 год.

При проведені навчальних досліджень, якщо роботу проводять з кварцовим піском, допускається замінити кип’ятіння обережним збовтуванням суспензії на протязі 1-2 хв.

5. Після кип'ятіння пікнометр остуджують й доливають дистильованою водою до мірної позначки на горлечку.

Пікнометр охолоджують до кімнатної температури у ванні з водою. Температуру пікнометра визначають за температурою води у ванні, яку вимірюють з точністю до ±0,5 °С термометром, роз­ташованим у середній частині ванни між пікнометрами.

6. Після охолодження пікнометра виправляють положення меніска води в ньому, додаючи із крапельниці дистильовану воду. У пікнометрі з мірною позначкою низ меніска повинен збігатися з нею. Можливі краплі води вище позначки видаляють фільтрувальним папером. Пікнометр витирають зовні й зважують.

7. Далі виливають вміст пікнометра, обполіскують його, наливають у нього дистильовану воду й витримують у ванні з водою за тієї самої температури. Потім виконують операції відповідно до п. 6 і зважують пікнометр із водою.

8. Дані досліджень заносять до таблиці 4.1.

Таблиця 4.1

Номер зразка	Номер пікнометра	Маса, г	Щільність ґрунту ρs, г/см^3
пікнометра, заповненого водою на 1/3 його ємкості	пікнометра, заповненого водою на 1/3 його ємкості та ґрунтом	пікнометра з водою та ґрунтом після кип’ятіння (збовтування), m1	пікнометра з водою, m2	сухого ґрунту (різниця між п.“4” і п. “3”), m0	зразка	середня

Обробка результатів роботи.

 

Щільність часток ґрунту ρ_s в грамах на кубічний сантиметр обчислюють за формулою:

де m₀ – маса сухого ґрунту, г;

т₁ – маса пікнометра з водою та ґрунтом після кип’ятіння (збовтування), г;

т₂ – маса пікнометра з водою, г;

– щільність води, г/см³; в лабораторній роботі приймається г/см³ незалежно від температури води.

Масу сухого ґрунту m₀ визначають як різницю результатів двох зважувань, виконаних згідно п. 3.

Значення щільності мінеральних часток вираховують як середнє арифметичне за результатами двох паралельних визначень. Різниця між паралельними визначеннями не повинна перевищувати 0,02 г/см³ при щільності до 2,75 г/см³ і 0,03 г/см³ при щільності 2,75 г/см³ та більше.

Після визначення середнього значення щільності часток ґрунту необхідно визначити питому вагу часток ґрунту за формулою (кН/м³):

.

Далі визначають характеристики ґрунту, що встановлюються розрахунками виходячи з результатів попередніх випробувань.

Пористість ґрунту n – це відношення об’єму пор ґрунту до загального об’єму усієї проби ґрунту.

Між твердими частинками ґрунту є пори та пустоти (порожнини). Сумарний об’єм пор та порожнин, виражається у часткових одиницях або відсотках:

.

Пористість ґрунту знаходять за формулою

,

де – щільність сухого ґрунту, г/см³,

– щільність мінеральних часток, г/см³.

В механіці ґрунтів, як і під час проектування основ та фундаментів зручніше користуватися коефіцієнтом пористості.

Коефіцієнт пористості е, ч.о. – це відношення об’єму пор до об’єму мінеральних часток (скелету ґрунту):

.

Визначається коефіцієнт пористості за формулою

,

де – щільність сухого ґрунту, г/см³,

– щільність мінеральних часток, г/см³.

За коефіцієнтом е піски пiдроздiляють згідно з таблицею 4.2.

Коефіцієнт водонасичення (ступень вологості) S_r, ч.о. – ступінь заповнення об’єму пор водою, що дорівнює відношенню об’єму пор заповнених водою до всього об’єму пор зразка ґрунту. Визначається за формулою:

,

де w – вагова вологість ґрунту, ч.о.;

– щільність мінеральних часток ґрунту, г/см³.

е – коефіцієнт пористості, ч.о.;

– щільність води, г/см³;

Таблиця 4.2

Різновид пісків	Коефіцієнт пористості е
Піски гравіюваті, крупні та середньої крупності	Піски мілкі	Піски пилуваті
Щільний	< 0,55	< 0,60	< 0,60
Середньої щільності	0,55 – 0,70	0,60 – 0,75	0,60 – 0,80
Пухкий	> 0,70	> 0,75	> 0,80

За коефіцієнтом водонасичення піщані ґрунти поділяють на:

- малого ступеню водонасичення (маловологі) – 0 < S_r ≤ 0.5;

- середнього ступеню водонасичення (вологі) – 0.5 < S_r ≤ 0.8;

- насичені водою –0.8 < S_r ≤ 1.

Отримані показники піщаних ґрунтів застосовуються для класифікації ґрунтів тієї чи іншої категорії, щоб передбачити у самих загальних рисах поведінку ґрунтів при впливі на них будівель або споруд і вибрати умовний розрахунковий опір ґрунту основи для призначення попередніх розмірів фундаментів.

Після проведення випробувань і розрахунків роблять висновки.

 

Контрольні питання:

1. Дайте визначення щільності часток ґрунту?

2. Наведіть методику визначення щільності часток ґрунту.

3. Дайте визначення пористості ґрунту?

4. Дайте визначення коефіцієнта пористості ґрунтів і як поділяються ґрунти в залежності від його значення?

5. Дайте визначення коефіцієнта водонасичення ґрунтів і як поділяються ґрунти в залежності від його значення?

Лабораторна робота № 5.