Інженерно-геологічні вишукування та відбір зразків для лабораторних досліджень

 

Інженерно-геологічні вишукування повинні забезпечити комплексне вивчення природних умов району (ділянки) будівництва та одержання необхідних матеріалів для розробки економічного та надійного рішення при проектуванні та будівництві об’єктів.

Відбір зразків ґрунту з гірських виробок та природних оголень, а також їх упакування та доставку слід виконувати відповідно до ГОСТ [3]. Ґрунти відбирають непорушеного та порушеного складу, але з збереженням природного зернового складу. Зразки з непорушеною структурою – моноліти, повинні мати орієнтацію (низ-верх моноліту).

При визначенні фізичних властивостей ґрунтів та їх показників деформованості і міцності в тих випадках, коли результати досліджень повинні характеризувати природні властивості ґрунтів, досліди повинні виконуватися на зразках ґрунту природної будови (структури) та вологості.

Зразки ґрунту в вигляді монолітів відбирають з шурфів; котлованів та свердловин.

Моноліти, відібрані з виробок, необхідно відразу ізолювати від дії зовнішнього середовища, відповідно до ГОСТ [3].

 

Лабораторна робота № 7

 

Визначення щільності частинок ґрунту

 

Щільністю частинок ґрунту навивається відношення маси сухого ґрунту (виключаючи масу води в його порах) до об’єму твердої частини цього ґрунту:

(2.1)

де - маса сухого ґрунту, кг;

- об'єм твердої частини цього ґрунту, м³.

Щільність частинок ґрунту залежить від його мінерального складу і є для зразку ґрунту певного походження величиною постійною, яка не залежить від пористості та вологості. Щільність частинок ґрунту збільшується, якщо в його складі більше важких мінералів. Проте. для більшості ґрунтів вона змінюється в незначних межах - від 2500 до 2800 кг/м³. Для пісків щільність частинок майже постійна величина - 2650 кг/м³, а для глин - в середньому 2700 кг/м³.

В розрахунках основ та фундаментів більше використовують показник, який зв’язаний з щільністю частинок ґрунту співвідношенням

, (2.2)

де - питома вага частинок ґрунту;

- прискорення вільного падіння, м/с².

Обладнання: технічні терези з гирками; пікнометр місткістю не менше 10^{-4 м3} (100 см³); крапельниця з піпеткою; термометр; фарфорова ступка з макогоном; сито з отворами 2 мм; піщана або водяна баня; дистильована вода; фільтрувальний папір; електроплитка.

 

Методика визначення

 

Визначення проводиться відповідно ГОСТ 5180-84 [5].

1. Відбирають пробу ґрунту масою 0,5-1,0 кг (вагою 5-10 Н), роздрібнюють, висушують при кімнатній температурі. Повітряно-сухий ґрунт розтирають в фарфоровій ступці фарфоровим макогоном. Відбирають з роздрібненого ґрунту методом квадратів пробу масою 0,1-0,2 кг (вагою 1-2 Н). Сіють цю пробу через сито з чарунками 2 мм. Переносять залишок проби на ситі в фарфорову ступку, роздрібнюють і знову просіюють через те ж сито.

2. З перемішаної середньої проби беруть наважку в склянку. Масу наважки приймають з розрахунку приблизно 15 г на кожні 100 мл місткості пікнометра. Наважку висушують до постійної маси при температурі 105 °С.

3. В пікнометр наливають дистильовану воду (приблизно 0,33 місткості) і зважують пікнометр з водою. Результат зважування m₁ записують у журнал табл. 2.1.

4. Наважку ґрунту переносять в пікнометр за допомогою лійки і зважують. Масу заносять у журнал. Визначають масу внесеного в пікнометр ґрунту за формулою .

5. Суспензію в пікнометрі збовтують та кип’ятять на піщаній бані; піски та супіски - 30 хв.; суглинки та глини - 1 годину. Кип’ятіння проводиться для вилучення з ґрунту адсорбованого його частинками та защемленого в агрегатах частинок повітря.

6. Після кип’ятіння пікнометр охолоджують до температури 15-20°С і доливають в нього до мірної риски дистильованої води. Зважують пікнометр на технічних терезах і записують в табл. 2.1 результат .

7. Суспензію із пікнометра виливають. Пікнометр старанно миють і наповнюють дистильованою водою (тієї ж температури, що і суспензія) до риски, витирають ззовні фільтрувальним папером і зважують. Одержують результат .

 

Таблиця 2.1 – Журнал спостережень

№ досліду	Маса, кг	Щільність частинок ґрунту, ,кг/м^3
пікнометра, заповненого водою на 0,33 його об’єму,	пікнометра, заповненого водою на 0,33 його об’єму і ґрунтом,	пікнометра з водою і грун-том (після вилучення адсорбованого повітря),	пікнометра, заповненого водою до риски,	сухого ґрунту

 

Обробка результатів досліду

 

Для визначення щільності частинок ґрунту, крім маси сухого ґрунту необхідно знати його об’єм.

За даними досліду об’єм частинок ґрунту для наважки можна знайти за формулою

, (2.3)

де - щільність води, в першому наближенні 1000 кг/м³.

Оскільки , то

. (2.4)

 

Контрольні запитання

 

1. Що таке ґрунт?

2. Що називається щільністю частинок ґрунту і які її значення для піщаних та глинистих ґрунтів?

3. В якому приладі і як визначають щільність частинок ґрунту?

4. Що таке питома вага частинок ґрунту і як її визначають?

 

 

Лабораторна робота №8

 

Визначення щільності ґрунту

 

Щільністю ґрунту називається відношення маси ґрунту, включаючи масу води в його порах, до його об’єму:

, (2.5)

де - маса ґрунту;

V – об’єм ґрунту.

Щільність ґрунту природного складу визначається при природній вологості. Щільність ґрунту може коливатись в значному діапазоні в залежності від мінерального складу частинок, його структури та пористості; від кількості води, вміщеної в порах. У торфів та діатомитових глин щільність може бути рівною 600 кг/м³, а у щільних глин 2200...2300 кг/м³.

В розрахунках основ та фундаментів, як і у випадку щільності частинок ґрунту, частіше застосовується поняття “питома вага ґрунту”

. (2.6)

Визначення щільності ґрунту виконується відповідно до ГОСТ 5180-84 [5]. Цим нормативним документом передбачається два методи визначення .

 

Метод ріжучого кільця

 

У зв’язку з тим, що при відборі ґрунту в кільце виникають зазори між кільцем і ґрунтом, при використанні методу ріжучого кільця виникають похибки, які впливають на точність визначення щільності ґрунту.

Обладнання: технічні терези з гирками; ріжуче кільце з внутрішнім діаметром більше 50 мм; штангенциркуль (лінійка); ніж з прямим лезом довжиною більшою за діаметр кільця і два плоских скла розмірами 10 х 10 см; технічний вазелін.

 

Методика визначення

 

1. Порожнє ріжуче кільце змащують з внутрішньої сторони вазеліном і зважують. Результат зважування () записують в журнал спостережень (таблиця 2.2).

2. Визначають об’єм кільця за формулою

, (2.7)

- висота кільця;

- діаметр кільця (внутрішній).

3. Заповнюють ріжуче кільце ґрунтом, вдавлюючи його вертикально в ґрунт з одночасним підрізанням ґрунту навколо зовнішньої поверхні кільця по горизонтальних площинах. Піщаним ґрунтом кільце заповнюють, вдавлюючи його без підрізання.

4. Ретельно зачищають від ґрунту зовнішню поверхню кільця. Якщо випробовують піщаний ґрунт, торцеві поверхні кільця накривають раніше зваженими скельцями (, ).

5. Зважують кільце з ґрунтом і скельцями ().

 

Таблиця 2.2 – Журнал спостережень

№ досліду	Маса, кг	Висота кільця, , м	Внутрішній діаметр кільця, d, м	Об’єм ґрунту, , м^3	Щільність ґрунту, кг/м^3
кіль-ця,	кільця з ґрунтом і склом	ске-лець	ґрунту	з досліду	середня

 

 

Обробка результатів досліду

 

Для визначення щільності ґрунту необхідно знати масу ґрунту в кільці:

(2.8)

тоді

(2.9)

де - об'єм ґрунту, який приймається рівним об’єму кільця.

Кількість паралельних визначень, відповідно до [7], повинна бути не менше шести. Щільність ґрунту приймають як середнє арифметичне значення незалежних визначень.

 

Метод парафінування

 

Метод застосовують для зв’язних ґрунтів, які вміщують тверді включення або схильні до викришування.

Обладнання: технічні терези з важками; каструля; парафін; ніж з прямим лезом; голка; градуйований циліндр; зразок зв’язного ґрунту.

 

Методика визначення

 

1. Відбирають без порушення структури наважку ґрунту довільної форми об’ємом не менше 30 см³, зачищають її ножем до придання порівняно рівної поверхні і визначають її масу (m).

2. Нагрівають парафін до температури 60°С і покривають зразок ґрунту парафіновою оболонкою, занурюючи його різними сторонами у розплавлений парафін (можна на нитці).

3. Виявлені в застиглій парафіновій оболонці бульки повітря проколюють та закривають місця проколу нагрітою голкою, покривають зразок другим шаром парафіну, потім зважують і визначають масу ґрунту з парафіном ().

4. Визначають масу парафіну .

5. Визначають об’єм парафіну , де 900 кг/м³ - щільність парафіну.

6. Визначають об’єм запарафінованого зразка ґрунту, занурюючи його в градуйований циліндр та замірюючи об’єм витісненої води ().

 

Обробка результатів

 

Щільність ґрунту обраховують за формулою

. (2.10)

 

Контрольні запитання

 

1. Що називається щільністю ґрунту, від яких факторів вона залежить та які значення може приймати?

2. Які способи визначення щільності ґрунту ви знаєте. і коли вони застосовуються?

3. Чи є величина щільності ґрунту постійною для даного виду (типу) ґрунту?

4. В чому різниця між щільністю ґрунту і щільністю частинок ґрунту?

5. Як визначити питому вагу ґрунту?

 

Лабораторна роботе № 9

 

Визначення вологості ґрунту

 

Під вологістю ґрунту розуміють вміст в ньому тієї чи іншої кількості води. Розрізняють вагову та об’ємну вологість.

Ваговою вологістю ґрунту w називають відношення маси води, яка знаходиться в порах ґрунту, до маси самих частинок ґрунту дослідного зразка.

Об’ємна вологість - відношення об’єму води в порах до об’єму зразка ґрунту.

Природною вологістю ґрунту називають кількість вільної та поверхнево зв’язаної води в порах ґрунту в природних умовах його залягання. Природна вологість є важливою характеристикою фізичного стану ґрунту, яка визначає його міцність та деформованість. Особливе значення вологість має для глинистих ґрунтів, які різко змінюють свої властивості залежно від ступеня зволоження.

На цей чає розроблено декілька методів визначення вологості. Зокрема, в лабораторних умовах: ваговий, пікнометричний та бензометод; в польових умовах: спирто-бензометод, радіоактивний та електрометричний методи та інші. З них найбільше розповсюдження одержав ваговий метод. Цим методом визначають вологість ґрунтів для різних видів будівництва на всіх стадіях вишукувань, за винятком тих випадків, коли ґрунти вміщують значну кількість рослинних залишків. В даній лабораторній роботі розглядається якраз цей метод.

Вологість визначається в частках одиниці. Визначення вологості виконується відповідно до ГОСТ 5180-84 [5].

Межи зміни природної вологості різних типів ґрунтів досить широкі: для пісків 0,01...0,40; для глинистих ґрунтів - 0,15...2,0; для стрічкових набухаючих глин - до 4,00.

Відповідно до визначення, вагова вологість може бути підрахована за формулою

, (2.11)

де - маса води в зразку, кг;

- маса сухого ґрунту, кг.

Обладнання: технічні терези з важками; сушильна шафа з термометром для виміру температури до 150°С; скляні або алюмінієві бюкси; шпатель; тигельні щипці; ексикатор з хлоридом кальцію (для поглинання вологи ґрунту).

 

Методика визначення

 

1. Зважують порожню бюксу з кришкою () та записують результат в журнал (таблиця 2.3).

 

Таблиця 2.3 – Журнал спостережень

№ досліду	Маса бюкси, г	Маса води в ґрунті, г	Маса сухого ґрунту, ,г	Вагова вологість ґрунту
порожньої	з вологим ґрунтом	з сухим ґрунтом	з досліду	середня
		постійна

 

2. Поміщають в бюксу пробу ґрунту масою 0,01-0,02 кг, закривають її кришкою і зважують ().

3. Бюксу з ґрунтом ставлять в сушильну шафу, відкривають кришку і повільно протягом І.-.2 годин піднімають температуру до 105°С. Витримують зразок в шафі при цій температурі не менше 6 годин (а глини та суглинки – 8 годин).

4. Закривають бюксу кришкою і переносять її до ексикатора з гігроскопічним хлоридом кальцію, дають можливість охолонути протягом 30.-.40 хвилин.

5. Виймають і зважують бюксу в висушеним ґрунтом (). Після першого зважування бюксу вдруге поміщають в сушильну шафу для додаткового висушування протягом 2 годин ().

Операцію висушування ґрунту продовжують до тієї пори, поки різниця між двома останніми зважуваннями не буде меншою за 0,02 г (тобто до постійної маси). До розрахунку приймається найменша маса бюкси з кришкою та сухим ґрунтом ().

 

Обробка результатів.

 

Для визначення вологості необхідно знати масу води в зразку, яку визначають наступним чином:

, (2.12)

а також масу сухого ґрунту

. (2.13)

Необхідно провести не менше шести визначень вологості. За остаточний результат приймають середнє арифметичне значення проведених паралельних визначень вологості.

 

Контрольні запитання.

 

1. Що таке вологість ґрунту, які види вологості розрізняють?

2. Який метод визначення вологості є найбільш розповсюдженим і в чому його суть?

3. Що значить висушування проби ґрунту до постійної ваги?

4. Як визначити вагову вологість ґрунту?

5. Що таке природна вологість?

 

 

Лабораторна робота № 10