Показники фізико-механічних властивостей грунтів та методи їх визначення.

Фізичні та механічні характеристики ґрунтів дають кількісне уявлення про властивості, які необхідні для розрахунків стану і прогнозу поведінки ґрунтів під навантаженням в тих чи інших умовах. Фізичні характеристики дають уявлення про стан ґрунтів у природі, а механічні - про їхню поведінку під навантаженням.

Фізичні характеристики властивостей ґрунтів поділяють на дві групи:

- основні, які визначаються дослідним шляхом на основі лабораторних або польових дослідів;

- розрахункові, які визначаються розрахунком на основі перших.

Дослідним шляхом визначаються: питома вага часточок ґрунту, питома вага ґрунту, вологість, границі пластичності, коефіцієнт фільтрації. Усі інші характеристики визначаються розрахунком.

Для основних характеристик прийняті такі умовні позначення: G - вага ґрунту, Gs- вага твердих часточок, Gw - вага води, V - об'єм ґрунту, Vs - об'єм твердих часточок, І - напірний градієнт, Q - витрата води, А - площа поперечного перерізу ґрунту.

Питома вага - це вага одиниці об'єму ґрунту в природному стані (з урахуванням пор і заповнення їх водою).Вона визначається для зразків непорушеної структури із збереженням природної вологості. У лабораторних умовах питому вагу визначають двома методами: методом ріжучого кільця і методом парафінування.γ = G/V.

Питома вага частинок ґрунту - вага одиниці об'єму ґрунту в абсолютно щільному стані (або питома вага мінеральних часточок). =Gs/

Вологість (W) визначається як відношення ваги води в ґрунті до ваги висушеного ґрунту. Тому, як правило, вологість визначають ваговим методом. При цьому зразки ґрунту висушують у сушильних шафах при постійній температурі близько 105°С і протягом тривалого часу. Пластичність властива тільки глинистим ґрунтам завдяки здатності глинистих частинок утримувати воду біля своєї поверхні. Вагові вологості, відповідні до переходу ґрунту з одного стану в інший, називаються границями пластичності. Вологість на границі пластичності - вологість, при якій грунт переходить із твердого стану в пластичний().Вологість на границі текучості - вологість, при якій грунт переходить із пластичного стану в текучий().Вологість на границі пластичності (розкочування) визначають у лабораторії як вологість, при якій джгути товщиною 3 мм, приготовлені стандартним способом з ґрунту розкочуванням, починають розпадатись на відрізки довжиною 3 – 10 мм.

Вологість на границі текучості визначають як вологість, при якій стандартний балансирний конус (масою 76 г з кутом при вершині 300) за 5 секунд під дією власної ваги занурюється в масу ґрунту на 10 мм.

Характеристики пластичності дозволяють судити про ступінь глинистості (процентний вміст глинистих частинок) та природний стан ґрунту за пластичністю.

Згідно з визначенням границь пластичності грунт знаходиться в твердому стані, якщо w < wP, у текучому стані, якщо w > wL і в пластичному стані, якщо w < wP < wL. Для кількісної оцінки природного стану ґрунту за пластичністю застосовується така характеристика, як показник текучості IL (див. табл. 9.1). Згідно з формулою підрахунку для твердих ґрунтів IL < 0, для текучих IL > 1 і для ґрунтів у пластичному стані 0 IL 1.

Коефіцієнт фільтрації – показник здатності ґрунту пропускати воду, що визначається кількістю води, яка пропускається за добу і залежить від складу і щільності ґрунту.

Під механічними властивостями грунту розуміють ті властивості, що визнача­ють йот поведінку як механічної системи, отже, зумовлюють механічні пере­міщення ґрунтового масиву й окремих йот частин у просторі і часі під дією тих чи інших зовнішніх чинників. До показників них властивостей відносять ті, які безпосередньо визначають величину деформації та міцності фунтів. Окремо їх прийнято називати характеристиками деформативності (стисливості) й міцності.

Стисливість - найбільш характерна властивість, що відрізняє грунти від твердих тіл. Вона зумовлюється, головним чином, трьома причинами: 1) ущіль­ненням унаслідок переупаковування часток під дією навантаження, що змен­шує коефіцієнт пористості; 2) пружністю кристалічної решітки мінеральних ча­сток; 3) зміною фізичного стану (висихання, коагуляція тощо). Під міцністю фунтів, за визначенням професора М. В. Малишева, розу­міють їх властивість у певних умовах сприймати вплив зовнішніх зусиль без повного руйнування. Границя міцності - це така межа, при перевищенні якої наступає практично повне руйнування фунту і він не може вже сприймати до­даткових зусиль, що до нього прикладають. Грунт перебуває у міцному стані, якщо зусилля, котрі впливають на нього, менші від границі йот міцності. Деформативність ґрунтів та їх опір зсуванню залежать і від фільтраційної здатності фунту. Механічні властивості фунтів залежать від їх мінерального та грануломе­тричного складу, щільності, вологості, температури, умов формування тощо. Тому фунти кожного будівельного майданчика мають свою певну специфіку, а, отже, характеристики їх механічних властивостей, як правило, не можуть бути призначені залежно лише від їх фізичного складу й стану, а повинні визнача­тись експериментально. Для визначення механічних характеристик грунтів звичайно проводять лабораторні та польові випробування. У лабораторних умовах характеристики міцності й деформативності визначають згідно з ДСТУ Б В.2.1-4-96 (ГОСТ 12248-96). Для цього використовують зразки грунту відносно невеликих розмі­рів, відібрані на майданчику з шурфів і свердловин. Польові дослідження механічних характеристик грунтів звичайно значно дорожчі та трудомісткі порівняно з лабораторними, але забезпечують повну відповідність грунту умовам його при­родною залягання.