Определение плотности грунта метод режущего кольца

В хозяйственной деятельности человека грунты, слагающие верхний слой земной коры, широко используются для самых разных целей. Их пригодность для практического применения определяется комплексом технических характеристик, в которых немаловажное значение отводится плотности материала. В общем виде, этот параметр показывает отношение определенной массы грунта, выраженной в килограммах, к занимаемому ей объему в кубических метрах. На состояние грунтового массива в естественном виде оказывает влияние минеральный состав, пористость, влажность, степень неоднородности и некоторые другие показатели. В связи с этим, различают несколько видов плотности грунта – общую, сухого материала, твердой фазы, скелета, максимальную и др. Методики определения плотностных параметров специфичны и определяются положениями ГОСТ 5180-2015. Это прямые и косвенные способы исследований: с применением режущего кольца, с взвешиванием исследуемого материала в воде или нейтральной жидкости, пикнометрический и расчетный методы. Процедура определения плотности грунта достаточно ответственна и проводится персоналом специализированных организаций, имеющих соответствующую лицензию и аккредитацию. В Москве и Московской области услуги по определению плотности грунтов представляет строительная лаборатория «ТехЛабКонтроль».

Основной способ определения общей плотности песчаных и глинистых грунтов (в т.ч. мерзлых)

Наибольшее распространение в самом верхнем слое земной коры имеют песчаные и глинистые грунты – пески, глины, суглинки, супеси. Их плотность является важным и одним из основных показателей пригодности массива для использования в строительстве или сельхозпроизводстве. На практике, этот параметр определяется в лабораторных условиях испытаниями грунта методом режущего кольца. Для определения плотности этим способом необходимы следующие материалы, оборудование и измерительные средства:

• образцы грунта (материал должен резаться, может не сохранять после вырезки своей формы и быть слегка промерзшим);

• кольцо-пробоотборник;

• кольцо-насадка;

• лабораторные весы;

• штангенциркуль;

• винтовой пресс;

• нож;

• плоская лопатка;

• пластинки с гладкими поверхностями;

• вазелин или иная консистентная смазка.  

На подготовительном этапе исследований производится выбор и подготовка кольца-пробоотборника. Данное устройство должно соответствовать виду  и состоянию испытываемого грунта (песчаный, глинистый, талый, мерзлый) – от этих параметров зависит толщина стенок, внутренний диаметр, высота и угол заточки режущей кромки инструмента. Материалы изготовления – углеродистая сталь с антикоррозионным покрытием или аналоги, не уступающие ей по техническим характеристикам. Выбранные для испытаний кольца нумеруются, взвешиваются и измеряются для определения объема. В том же порядке готовятся гладкие пластики (без замеров). Все измерительные средства, используемые при работе, должны быть поверены в установленном порядке

Проведение испытаний

Основной этап исследования плотности грунта методом режущего кольца производится в порядке, установленном ГОСТ 5180-2015.  Он включает в себя следующие операции:

• смазывание внутренней части кольца-пробоотборника консистентной смазкой (вазелином);
• зачистка и выравнивание верхней поверхности приготовленного образца со срезкой излишков ножом;
• установка кольца-пробоотборника на грунт, легкое (предварительное) вдавливание его через кольцо-насадку вручную или при помощи винтового пресса с фиксацией границы для испытаний;
• удаление части образца вокруг и на глубину 5 – 10 см ниже режущей кромки инструмента, с формированием столбика диаметром на 1 – 2 мм большим, чем наружный размер кольца;
• равномерное, без перекосов, осаживание кольца-пробоотборника на грунтовый столбик до полного заполнения материалом внутренней полости;
• подрезка грунта на 8 – 10 мм ниже режущей кромки кольца, отделение столбика от массива;
• обрезка грунта, выступающего за пределы нижнего и верхнего обрезов кольца, прикрытие торцов гладкими, предварительно пластинками с известным собственным весом;
• взвешивание кольца с грунтом и пластинками.

Плотность грунта, определенную методом режущего кольца, вычисляют по формуле:

где, p – плотность (г/куб. см.);

       m1 – масса кольца с грунтом и пластинками (г);  

       m0 – масса кольца (г);

       m2 – масса пластинок (г);

       V – объем внутренней части кольца (куб. см.).

Исследование проб грунта проводится несколько раз и считается достоверным при получении разницы между результатами каждого испытания в пределах, не превышающих 0,01 г/куб. см.

Использование показателя плотности грунта на практике

Плотность входит в состав основных технических характеристик грунта и является одним из показателей, определяющих пути использования грунтовых масс, как в естественном, так и в нарушенном состоянии. На практике, этот параметр принимается во внимание в следующих случаях:

• исследование прочности и несущей способности оснований зданий, сооружений, расчет величины возможной усадки;
• определение потребности материала при устройстве насыпей дамб, автомобильных и железных дорог;
• определение необходимости дополнительного уплотнения грунта в месте предполагаемого строительства;
• изучение величины давления грунтовой засыпки на боковые части фундаментов, на подпорные стенки.

Плотность грунта имеет прикладное значение при переводе объемных единиц в весовые, и обратно – это необходимо для определения и отвода площади в местах временного хранения, расчета потребного количества транспорта для перевозки материала.