Грунты, составляющие верхний слой земной коры, разнородны по своей структуре, большая их часть пригодна для практического применения в хозяйственной деятельности человека. В зависимости от ряда признаков, установленных ГОСТ 25100-2020, они используются для возведения земляных насыпей, оснований под фундаменты зданий и сооружений, в сельскохозяйственном производстве. Во всех этих случаях начало работ предваряет тщательное исследование механических и химических свойств грунта, оценка его качества и пригодности для использования. Обязательному изучению подлежит происхождение материала, гранулометрический состав, кислотность, комплекс прочностных характеристик. Но наиболее важным техническим параметром грунтового массива является его влажность в естественном сложении. Характер взаимодействия грунта с влагой определяет большинство остальных его свойств и оказывает прямое влияние на возможность и пути использования материала или земельного участка. Определение влажности грунта производится в лабораторных условиях по методикам ГОСТ 5180-2015. Право на проведение таких исследований предоставлено лицензированным организациям, имеющим соответствующую материально-техническую базу и государственную аккредитацию. В Санкт-Петербурге и Ленинградской области – это компания «СтройЭкспертиза».
Влияние влажности на свойства различных грунтов
Влажность грунта характеризует свойство массива впитывать и накапливать в себе влагу. В естественных условиях эта величина непостоянная и зависит от глубины залегания, времени года и ряда других причин. Влажность выражается в процентах и характеризует количество воды содержащейся в определенном объеме или массе материала природного сложения. Ее величина прямо влияет на технические характеристики грунта и подлежит учету при выборе путей его использования. Так, избыточная влажность оказывает негативное влияние на дисперсные грунты (пески, супеси) и глины, снижая их несущую способность. Отрицательно это сказывается и на таких свойствах грунтовых масс, как плотность, прочность, просадочность и сжимаемость, набухаемость и морозное пучение. Но в отдельных случаях нормируемая влажность оказывает и положительное влияние на грунт – это сельскохозяйственное производство.
Показатели влажности грунта
При исследовании свойств грунта на пригодность в строительстве или сельском хозяйстве, не всегда достаточно знания величины только естественной влажности. Государственный стандарт предусматривает возможность углубленного изучения взаимодействия структуры материала с влагой. Для этого определяются и анализируются следующие виды влажности грунта:
- весовая – отношение массы воды в образце к массе сухого остатка;
- объемная – отношение объема воды в образце к объему содержащегося в нем грунта;
- относительная – характеризует степень насыщенности образца грунта влагой с учетом плотности воды и твердой части, наличия пор;
- гигроскопическая – показывает способность грунта поглощать находящуюся в воздухе воду, связывать и удерживать ее в своей структуре;
- оптимальная – определяет наилучшие условия увлажненности для получения максимальной плотности грунта при стандартном уплотнении.
Кроме этого, на практике могут потребоваться и другие показатели влажности материала – на границе текучести, границе раскатывания, на пределах усадки и набухания. Определенные лабораторно влажностные характеристики образцов позволяют точно определить фактические свойства грунта на земельном участке, реально оценить возможность его использования в намеченных целях.
Лабораторные методы определения влажности грунта
Способы исследований влажностных характеристик материала регламентирует ГОСТ 5180-2015, это метод высушивания образца до постоянной массы и определение суммарной влажности мерзлого грунта. В ходе проведения испытаний используется следующее оборудование и инструменты:
- лабораторные весы;
- металлические или стеклянные бюксы;
- сушильный шкаф;
- шпатель.
Процедура определения влажности (в т. ч. гигроскопической) методом высушивания до постоянной массы предполагает следующее:
- подготовка проб весом 15 – 50 г, закладка в предварительно взвешенный, сухой бюкс (при определении гигроскопической влажности материал просеивается сквозь сито 1 мм с выдержкой не менее 2 часов);
- взвешивание проб в закрытом бюксе;
- нагрев открытого бюкса, высушивание материала до постоянной массы при температуре +103-107°С;
- охлаждение бюкса с пробой до комнатной температуры, взвешивание;
- повтор всех действий до получения при очередных взвешиваниях бюкса разности в весе не более 0,02 г.
Результаты взвешивания каждой пробы фиксируются в рабочем журнале, значение влажности вычисляется по формуле:
где, W – влажность грунта в процентах (допускается в долях единицы);
m – масса пустого бюкса;
m0/m1 – массы сухого/влажного грунта с бюксом.
Определение суммарной влажности мерзлого грунта проводится в том же порядке, но с некоторыми различиями в подготовке проб – с предварительным оттаиванием образца, перемешиванием с предотвращением испарения влаги.
Заключение
Метод высушивания пробы грунта до постоянной массы является прямым для определения весовой влажности. Однако, зная плотность и коэффициент пористости исследуемых грунтовых масс, можно математически установить величины объемной и относительной влажности для конкретного типа грунта. Для определения прочностных характеристик глинистых грунтов требуется прогнозирование их свойств при избытке влаги. Для этого экспериментально устанавливается нижний и верхний предел пластичности (влажность на границе раскатывания и текучести), пределы набухания и усадки. Кроме лабораторных исследований, влажность грунта можно определить и упрощенным способом, при помощи электронного влагомера. Большой точности это не дает, но на бытовом уровне позволяет судить о приблизительной влажности грунта.
