Способы определения плотности грунтов

Определение плотности грунтов

Определение плотности грунтов Плотность — это физическое свойство грунта , оцениваемое отношением его массы к объему. Она выражается в килограммах на кубический сантиметр (кг/см3). Следует отличать плотность от удельного веса. Удельный вес — это отношение веса тела к его объему и измеряется в Ньютонах на метр в кубе (Н/м3).

Плотность зависит от минерального состава, пористости и влажности. Чем больше тяжелых минералов, тем она больше и наоборот, чем больше органических соединений, тем ее значения меньше. При увеличении влажности растет и плотность, достигая максимума при полном заполнении пор водой. Чем больше пористость, тем ее значение будет меньше.

Виды плотностей грунта

Различают несколько видов плотности грунта. Помимо «обычной», которая, кстати, учитывает массу как самого грунта, так и воды, находящейся в порах, выделяют еще ряд величин.

Плотность сухого грунта — это отношение массы сухого грунта (без воды в его порах) к его объему (учитывая поры).

Плотность частиц грунта — отношение массы сухого грунта (исключая воду) к объему его твердой составляющей.

Определение плотности грунтов методом режущего кольца

Данный метод применим для грунтов, легко поддающихся резке ножом: глин, суглинков, супесей и песков. Работы проводятся по ГОСТ 5180-84.

Сначала выбирают режущее кольцо -пробоотборник в зависимости от вида грунта. Кольца нумеруют, измеряют с точностью до 0.1 мм и взвешивают (m0). Далее вычисляется объем колец с точностью до 0.1 см3 (V).

Затем берутся гладкие пластины из твердого материала (стекло, металл и др.), которые тоже нумеруются и взвешиваются (m1). Кольца смазываются вазелином или иной смазкой.

Далее берут образец грунта, зачищают и выравнивают плоскость ножом. На ней устанавливают кольцо и винтовым прессом или вручную вдавливают его в грунт, фиксируя границу образца для испытаний. После этого грунт обрезают на 5-10 мм ниже режущего края кольца, формируя столбик диаметром на 1-2 мм больше наружного диаметра кольца. Постепенно кольцо заполняется целиком, лишний грунт удалают, а поверхность зачищается вровень с кромками кольца. Концы закрывают пластинами.

Если грунт сыпучий или очень пластичный, то снизу он подхватывается плоской лопаткой.

Затем кольцо с грунтом и пластинами взвешивают (m2) и вычисляют плотность по формуле: ρ=(m2-m0-m1)/V.

Определение плотности грунтов методом парафинирования

Метод парафинирования (ГОСТ 5180-84) используется для определения плотности связных грунтов.

Из монолита вырезается образец шарообразной формы объемом не менее 50 см3. Его обвязывают тонкой прочной нитью со свободным концом и петлей на конце (чтобы подвесить к весам) и взвешивают (m0).

Нагревают парафин до температуры 57-60 градусов, после чего погружают в него образец на 2-3 секунды. Пузырьки воздуха необходимо удалить до затвердевания. Так его «мокают», пока шарик не покроется плотной парафиновой оболочкой. Охлажденный образец взвешивают (m1).

Затем необходимо взвесить его в воде и определить объем вытесненной воды. Для этого над чашей весов ставят сосуд с водой так, чтобы его масса не передавалась на коромысло весов. Потом подвешивают образец и опускают его в воду; он должен погрузиться целиком, но не касаться при этом дна и стенок. Масса образца обозначается m2.

Для проверки герметичности парафиновой корки образец промакивают фильтровальной бумагой и взвешивают снова. Если масса увеличилась более, чем на 0.02 г, то его следует забраковать.

Плотность вычисляется по формуле: ρ=m0*ρp*ρw/(ρp(m1-m2)- ρw(m1-m0)), где ρp — плотность парафина (0.900 г/см3); ρw — плотность воды при температуре испытаний.

Определение плотности скального грунта

Плотность скального грунта определяется методом непосредственных измерений, если из него можно вырезать (выпилить) образец правильной геометрической формы.

Обычно выпиливают кубик, прямоугольник или цилиндр. Штангенциркулем измеряют все его размеры с точностью до 0.01 см. Замеры проводятся несколько раз в различных направлениях, после чего по средним значениям считают объем.

Затем производят взвешивание с точностью до 0.01 г, после чего вычисляют плотность.

Источник

Методы определения плотности грунтов оснований зданий и сооружений

Контроль за качеством строительства заключается в проверке соответствия строительных работ, а также строительных материалов и изделий, от которых зависит качество строительной продукции, требованиям проектов, СНиП технических регламентов, стандартов.

Результаты некачественной работы могут привести не только к значительным экономическим потерям, но и привести к аварийной ситуации, которая в свою очередь может угрожать жизни и здоровью. Поэтому контроль качества строительства, а именно качество произведенной работы, на сегодняшний день является основным в сфере строительного контроля.

Работы с основаниями и фундаментами зданий и сооружения являются основополагающими при строительстве объектов. Сооружение будет считаться надежным и безопасным только в том случае, если правильно и четко выполнены все рабочие процессы. Одним из важнейших этапов является нулевой цикл, который включает в себя работы по подготовке грунта, установке инженерных сетей, строительстве самого фундамента. Контроль качества строительства на данном этапе чрезвычайно важен, так как результаты некачественно-произведенных работ могут проявиться не сразу, а спустя несколько лет после ввода в эксплуатацию.

В данной статье будут описаны основные методы определения плотности грунтов оснований зданий и различных сооружений при строительном контроле.

Существуют две основных группы методов определения степени уплотнения грунтов оснований:

Косвенный метод – основанный на экспресс методах определения физико-механических параметров;

Прямой метод – основан на лабораторных испытаниях.

1. Косвенные методы определения плотности грунтов оснований зданий и сооружений.

1.1. Определение плотности грунта электромагнитным методом (на примере прибора SDG-200).

Принцип работы прибора – электромагнитный, что выгодно отличает прибор SDG 200 от радиоизотопных приборов предыдущего поколения (методы радиоизотопных определений плотности и влажности ГОСТ 23061-2012). Электрическое поле передается через материал от контактной пластины прибора SDG 200, при этом измеряется полное сопротивление, которое используется при вычислении величины плотности для данного типа грунта.

Рис 1. Измерение плотности грунта прибором SGD-200.

Одно измерение включает в себя 5 последовательных измерений, выполненных по схеме «клеверный лист»

• Широкий диапазон измеряемых параметров (основное преимущество);
• Относительная простота схемы измерений.

Для правильной работы прибор SDG-200 необходимо настроить на тот тип грунта, который будет оцениваться с его помощью. С этой целью образцы грунта, отобранные на участках проведения работ однократно испытывают в лаборатории, определяя следующие параметры:

• Гранулометрический состав
• Максимальную плотность
• Оптимальную влажность
• Предел пластичности
• Предел текучести
• Поправку по плотности (поправка вносится в прибор после того, как внесены все предыдущие параметра, и сделан контрольный замер на испытываемом грунте, поправка рассчитывается как разница между показаниями прибора и плотностью образцов, отобранных с данного покрытия, определенной в лаборатории)

· Погрешности измерений при неверных настройках параметров свойств оследуемого грунта (основной недостаток);

· Достаточно-длительное время проведения измерения при малом участке обследования.

Точность показаний прибора SDG-200 напрямую зависит от точности вводимых в прибор данных. После того как данные грунту внесены в прибор, пользователь сохраняет их и прибор готов к работе на данном типе грунта.

1.2. Определение плотности грунта методом штампа (на примере прибора ПДУ-МГ4 УДАР).

Плотномер грунта динамический электронный ПДУ-МГ4 «Удар» и ПДУ-МГ4.01 «Удар» — прибор для измерения и определения плотности грунта предназначены для определения динамического модуля упругости грунтов и оснований дорог по методу штампа, имитирующему проезд автомобиля по дорожному покрытию.

Плотномер состоит из нагрузочной плиты, с закрепленными на ней тензодатчиком силы, акселерометром и упругим элементом, штанги с грузом и электронного блока.

Плотномер ПДУ-МГ4 «Удар» имеет нагрузочную плиту увеличенного диаметра (300 мм) при массе падающего груза 10 кг, что позволяет применять плотномер на крупноблочных и щебеночных основаниях.

Плотномер ПДУ-МГ4.01 «Удар» имеет массу падающего груза 5 кг и диаметр нагрузочной плиты 200 мм.

Параметры силового взаимодействия нагрузочной плиты с контролируемым основанием поступают в электронный блок и обрабатываются микроконтроллером.

Результаты испытания (модуль упругости, нагрузка и деформация) отображаются на графическом дисплее и автоматически архивируются.

Плотномеры снабжены функцией связи с ПК с возможностью последующей обработки данных и распечатки протокола испытаний.

1.3. Определение плотности грунта с помощью пенетрометров.

Самые распространенные на сегодняшний день экспресс-методы определения плотности грунтов оснований на строительных объектах – пенетрационные методы, основанный на силе реакционного сопротивления грунта при погружении рабочего наконечника плотномера под статической/динамической нагрузкой.

1.3.1. Пенетрометр типа В-1.

Принцип действия: степень уплотнения грунта оценивают показателем удельного сопротивления пенетрации, определяемым расчетом по величине прилагаемого усилия при заглублении рабочего наконечника. Плотность грунта определяется отклонением стрелки индикатора, возникающим при деформации динамометрического кольца.

Фактическое значение степени уплотнения определяется исходя из полученных результатов замеров по таблице 1 с учетом типа грунта (для примера показаны значения для наконечника D=11,3 мм).

Показания индикатора для наконечника D=11,3 мм

Источник

Способы определения плотности грунтов

6. ПЕРЕИЗДАНИЕ. Август 2005 г.

Переиздание (по состоянию на март 2008 г.)

Настоящий стандарт распространяется на пылеватые, глинистые, песчаные, крупнообломочные грунты и устанавливает метод определения плотности грунтов в полевых условиях.

1. СУЩНОСТЬ МЕТОДА

Метод заключается в установлении отношения массы пробы грунта к его объему при условии, что из слоя испытательного грунта отбирают пробу необходимого объема, которую замещают однородной средой с известной плотностью.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. Применяемые в настоящем стандарте термины и определения — по ГОСТ 5180.

2.2. Плотность грунтов определяют с применением аппаратуры, позволяющей измерить объем однородной среды известной плотности, замещающей взятую пробу грунта, и измерить массу пробы.

2.3. Массу пробы следует измерять с погрешностью не более 0,2%, а ее объем — с погрешностью не более 1%.

2.4. Максимальный объем пробы следует назначать в зависимости от максимальной крупности зерен испытуемого грунта по таблице.

Минимальный объем пробы, см

Максимальная крупность зерен грунта, мм

2.5. Плотность грунтов определяют на основе результатов двух параллельно проведенных испытаний. Замещение объема следует проводить в местах, расположенных на расстоянии не более 1 м друг от друга.

2.6. Аппараты, отличающиеся от описанных в разд.3 и 4, могут также применяться для измерения объема и массы пробы при условии обеспечения точности, установленной в п.2.3.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ГРУНТОВ С ПОМОЩЬЮ ПЕСКОЗАГРУЗОЧНОГО АППАРАТА

3.1. Аппаратура и материалы

3.1.1. Для испытания применяют следующее основное и дополнительное оборудование и инструменты:

пескозагрузочный аппарат с загрузочной камерой и задвижкой для перекрытия, при этом диаметр выпускного отверстия задвижки для перекрытия должен быть (15±5) мм. Нижняя часть пескобака и загрузочная камера должны иметь угол наклона к оси (30±5)°.

Схема аппарата приведена на черт.1. Неуказанные размеры аппарата назначают такими, чтобы заполнение лунки песком можно было осуществлять за один прием;

жесткий лист основания размером не менее 300х300 мм или диаметром 300 мм с отверстием посередине, соответствующим выпускному отверстию пескозагрузочного аппарата, но не менее 100 мм в диаметре;

калибровочный сосуд цилиндрической формы с известным объемом, внутренний диаметр которого соответствует диаметру отверстия в листе основания;

сита с размерами квадратных ячеек: 63; 40; 31,5; 20; 10; 2 и 0,2 мм;

технические весы с пределом взвешивания 5 и 20 кг, обеспечивающие погрешность не более 0,1%;

инструменты для выравнивания поверхности грунта и для углубления лунки (например, металлическая линейка, резец, молоток, ложка и кисть);

посуда для отбора пробы.

1 — пескобак; 2 — песок; 3 — задвижка; 4 — загрузочная камера; 5 — лист основания; 6 — лунка; 7 — калибровочный сосуд

3.1.2. В качестве однородной среды с известной плотностью, которая заменяет испытываемый грунт, применяют свободно сыпучий сухой песок (наполняющий песок), зерновой состав которого отвечает формулам:

; (1)

где — крупность зерен наполняющего песка, мм;

— крупность зерен, выраженная максимальным размером квадратной ячейки верхнего контрольного сита, не более 2 мм;

— крупность зерен, выраженная минимальным размером квадратной ячейки нижнего контрольного сита, не менее 0,2 мм.

При повторном использовании наполняющий песок должен быть пропущен через сита с размером отверстий, соответствующим максимальному и минимальному размеру частиц песка, используемого для проведения испытания.

3.2. Определение плотности наполняющего песка

3.2.1. Лист основания помещают на горизонтальной плоской поверхности.

3.2.2. Пескобак аппарата с закрытой задвижкой полностью наполняют песком и определяют его массу ( ). Загрузочную камеру устанавливают на отверстие в металлическом листе. Открывают задвижку, после чего песок высыпается на горизонтальную поверхность. Затем задвижку закрывают, аппарат снимают с листа основания и снова определяют его массу ( ).

Массу песка, высыпанного из пескобака в загрузочную камеру конической формы , вычисляют в граммах с округлением до 1 г по формуле

, (3)

где — масса пескозагрузочного аппарата, наполненного песком, г;

— масса пескозагрузочного аппарата после наполнения загрузочной камеры, г.

3.2.3. Определяют массу пескозагрузочного аппарата, вновь полностью наполненного песком ( ), и при закрытой задвижке помещают аппарат на лист основания, а лист основания — на отверстие калибровочного сосуда.

Открыв задвижку, дают высыпаться песку и, как только прекратится движение песка, вновь закрывают задвижку. После этого, сняв аппарат, измеряют его массу ( ).

Значение массы песка ( ), наполняющего калибровочный сосуд, определяют в граммах с округлением до 1 г по формуле

, (4)

где — масса пескозагрузочного аппарата, наполненного песком, г;

— масса песка, высыпанного из пескобака в загрузочную камеру конической формы, г;

— масса пескозагрузочного аппарата после наполнения калибровочного сосуда, г.

3.2.4. Значение плотности наполняющего песка ( ) в граммах на кубический сантиметр определяют с округлением до 0,01 г/см по формуле

, (5)

где — масса песка, необходимая для наполнения калибровочного сосуда, г;

— объем калибровочного сосуда, см .

3.2.5. За результат определения плотности наполняющего песка ( ) принимают среднеарифметическое значение результатов двух параллельных измерений, если их значения отличаются друг от друга не более чем на 0,01 г/см . Если отличие больше, то следует повторить испытание.

3.3. Проведение испытания

3.3.1. На поверхности подлежащего испытанию слоя разравнивают площадку, соответствующую размерам листа основания, и на эту поверхность помещают лист основания и закрепляют его, исключая возможность смещения. Под круглым отверстием листа выкапывают лунку с примерно вертикальными стенками таким образом, чтобы избежать нарушения естественного сложения.

Глубина лунки должна обеспечивать минимальный объем пробы в соответствии с п.2.4.

Извлеченный из лунки грунт тщательно собирают и измеряют его массу ( ).

3.3.2. Полностью наполненный песком пескозагрузочный аппарат массой (при закрытой задвижке) помещают на лист основания, расположенный над лункой, затем, открыв задвижку, высыпают песок в лунку. Как только визуальное движение песка прекращается, закрывают задвижку и, сняв аппарат, измеряют его массу ( ).

Значение массы песка, наполняющего лунку ( ), в граммах, определяют с округлением до 1 г по формуле

Источник