Влажность – это количество воды, находящееся в порах грунта. Она определяется в процентах, долях единицы или абсолютных цифрах. В этой статье речь пойдет о естественной влажности. Мы также рассмотрим некоторые другие показатели, которые используются на практике.
Что такое естественная влажность
Естественная влажность – это характеристика грунта в его природных условиях. Она определяется для заданного объема образца по соотношению массы воды к массе высушенного грунта.
В верхних горизонтах грунтового массива влажность меняется в зависимости от времени года и погоды. В большинстве случаев воды здесь меньше, чем в нижних слоях. Но влажность может увеличиваться весной или после интенсивных осадков.
В нижних горизонтах влажность довольно стабильная. Она зависит от уровня водоносного горизонта, плотности и пористости самого грунта. На показатель мерзлых грунтов также влияет температура.
Установлена зависимость влажности от ряда особенностей грунта. Песок и крупнообломочный грунт хорошо пропускают воду. Она не задерживается, проходит весь массив вплоть до грунтовых вод. Это снижает показатель.
В глинистых и пылеватых грунтах много закрытых пор, из которых влага не испаряется. Мелкие частицы связывают воду. Поэтому жидкость в таких грунтах задерживается, что способствует набуханию и морозному пучению.
Гумус и органические останки также способны впитывать и связывать воду. Для почвы это положительное качество. В воде растворяются питательные элементы, после чего они становятся доступными для растений.
Ниже перечислены некоторые характеристики грунтов, зависящие от влажности:
- Несущая способность
При повышении влажности несущая способность грунтов падает. В дисперсных грунтах уменьшается сила трения между частицами, они смещаются. Глина переходит в пластичное или текучее состояние, становится более чувствительной к давлению и нагрузкам, в ней возникают необратимые деформации. Влажность почти не влияет на несущую способность скальных грунтов, так как связи между их элементами прочные, не ослабевают под воздействием воды. - Плотность
При увеличении влажности плотность грунта сначала повышается, а затем падает. Глинистые, пылеватые и мелкие песчаные грунты становятся текучими. В скальных грунтах жидкость заполняет мелкие поры и трещины, что также способствует повышению плотности. - Просадочность и сжимаемость
Наиболее выраженное проседание под влиянием влаги у лёссовидных грунтов и пылеватых песков. Глина, наоборот, увеличивается в объеме при переувлажнении, но сжимается в сухом состоянии. Все это следует учитывать во время строительства зданий на глинистых и лёссовидных грунтах. Чтобы они не деформировались, необходимо делать гидроизоляцию под фундаментом или укреплять основание другим типом грунта (крупнозернистым песчаным, гравелистым, скальным). - Прочность
У большинства увлажненных грунтов прочность падает. В первую очередь это касается глины, лёсса, пылеватых песков. Под влиянием воды разрушаются коллоиды, грунт утрачивает связность, становится пластичным или текучим. Также падает прочность грунтов с высоким содержанием растворимых солей. Влажность практически не влияет на прочностные характеристики скалы из магматических или метаморфических пород. - Набухаемость и морозное пучение
Эти характеристики напрямую зависят от влажности. Набухаемостью обладают глины. При попадании воды в массив она связывается с глинистыми минералами, между зернами образуется толстая пленка, мешающая их сближению. В результате объем грунта увеличивается.
Морозное пучение присуще любому грунту. При замерзании вода расширяется, что ведет к увеличению объема. У глины, лёсса, мелкого и пылеватого песка это явление более выражено из-за высокой влажности, чем у крупнообломочных и гравелистых грунтов. - Плодородие
Влажность – одна из основных характеристик, обеспечивающих плодородие. Вода является средой для роста и размножения микроорганизмов, в ней растворяются все питательные элементы. При низкой влажности они становятся недоступными для растений. Высокая влажность затрудняет доступ кислорода в грунт, способствует развитию гнилостных бактерий и грибков, может привести к гибели корней. Для каждого вида растений существует своя оптимальная влажность – одни могут расти на болотах, другие в условиях пустыни.
Дальше вы узнаете, какие показатели влажности наиболее важны при определении качеств грунта.
Типы влажности
При изучении характеристик грунта важно знать не только его естественную влажность. Ведь этот показатель не полностью отображает характеристики грунта.
Для практических целей определяются еще несколько типов влажности:
- Весовую
- Объемную
- Относительную
- Гигроскопическую
- Оптимальную
- Допустимую
- На границе раскатывания
- На границе текучести
- Влажность набухания
- Влажность на пределе усадки
Детальную информацию об этих показателях вы найдете в следующей части текста.
Весовая влажность
Весовая влажность – это соотношение массы воды в грунте к массе сухого вещества. В отличие от естественной влажности показатель может определяться в дополнительно увлажненных или подсушенных грунтах. Он не всегда отвечает характеристикам в природных условиях.
Расчеты весовой влажности проводят по формуле:
Результат выражается в процентах (тогда его умножают на 100) или долях единицы.
Весовая влажность изменяется от 0 (абсолютно сухой грунт) до бесконечности. В некоторых грунтах (например, торфяных) вода может весить значительно больше, чем сухой грунт в пробе определенного объема. Поэтому показатель в них иногда достигает 1 000-3 000% и больше (10-30 единиц).
Весовая влажность демонстрирует, сколько воды находится в грунте, как это количество соотносится с твердой частью материала. Но по весовой влажности невозможно узнать, насколько поры заполнены водой. Показатель используется для расчетов относительной влажности.
Объемная влажность
Объемная влажность – это соотношение между объемом воды и объемом всех трех фаз грунта (твердой, жидкой и газообразной).
Вычисляется она по формуле:
Выражается объемная влажность, как и весовая, в долях единицы или процентах. Минимальное значение у абсолютно сухого грунта – 0, максимальное не превышает 100% (у полностью водонасыщенного грунта).
Объемная и весовая влажность согласуются между собой формулой, учитывающей плотность грунта:
Объемная влажность, как и весовая, используется для расчета относительной влажности.
Относительная влажность
Этот показатель также называют степенью водонасыщенности или коэффициентом влажности. Он демонстрирует, насколько грунтовые поры заполнены жидкостью.
Определяют относительную влажность по формуле:
По этому показателю грунты разделяются на несколько типов:
- Маловлажные (Sr от 0 до 0,5) – водой заполнены меньше 50% пор
- Влажные (Sr от 0,5 до 0,8) – водой заполнены от 50% до 80% пор
- Водонасыщенные (Sr больше 0,8) – водой заполнены больше 80% пор
Такая классификация относится в основном к пескам и крупнообломочным грунтам. В глинах и лёссах много связанной воды и мелких капилляров, поэтому относительная влажность не полностью отображает степень заполнения пор жидкостью.
Относительная влажность демонстрирует насыщенность грунта жидкостью. По этому показателю можно судить о других свойствах материала – сжимаемости, прочности, склонности к усадке, набухаемости, несущей способности. Зная относительную влажность, легче планировать дальнейшие действия по усовершенствованию качеств грунта – стоит ли дополнительно увлажнять его или, наоборот, просушивать с помощью рыхления, уплотнения, дренирования.
Гигроскопическая влажность
Гигроскопической называют влажность высушенной при 105-107°С пробы. На частицах конденсируется вода из атмосферы. Показатель зависит от влажности воздуха. На него также влияет дисперсность грунта. Поверхность конденсации у мелких зерен больше, чем у крупных. Они улавливают больше парообразной воды, что повышает гигроскопическую влажность.
Гигроскопическая влажность дает представление о поглотительной способности и влагоемкости грунта, его гранулометрическом составе. Показатель также дает представление о количестве связанной воды в грунте, так как большая часть влаги из воздуха вступает в прочный контакт с твердыми частицами.
Оптимальная влажность
Грунт с оптимальной влажностью максимально уплотняется при заданной внешней нагрузке. Определяется показатель в лабораторных условиях. Сухой образец постепенно увлажняют и утрамбовывают прибором стандартного веса.
В процессе опыта составляют график. У связных грунтов он имеет форму дуги. При увеличении влажности плотность сначала возрастает, а затем начинает снижаться. Числовое значение параметра в верхней точке и называется оптимальной влажностью.
У несвязных грунтов (песчаных, гравелистых) подобная закономерность не всегда выражена. Их трамбуют и увлажняют до тех пор, пока на поверхности не начнет появляться жидкость. Такой момент называется точкой отжатия воды. Оптимальной считается влажность на 1-1,5% ниже этой точки.
Для вашего удобства мы привели стандартные значения оптимальной влажности для разных типов грунтов:
- Крупнообломочный щебенистый – 3-5%
- Дресва – 5-7%
- Песок гравелистый – 4-6%
- Песок крупный – 6-8%
- Песок средний – 8-10%
- Песок мелкий и пылеватый – 10-14%
- Супесь – 9-15%
- Суглинок легкий – 12-16%
- Суглинок тяжелый – 16-22%
- Глина – 18-26%
Не у всех грунтов оптимальной является естественная влажность. При перевозке большинство материалов пересыхает, поэтому перед трамбовкой их приходится увлажнять. Если влажность грунта выше, его разрыхляют и оставляют просохнуть.
Допустимая влажность
При такой влажности грунт уплотняется до определенной допустимой величины, которая регламентируется коэффициентом уплотнения. Определяют ее долями от оптимальной влажности.
В таблице даны цифры допустимой влажности для основных типов грунтов при разных коэффициентах уплотнения.
Влажность на границе раскатывания
Показатель актуален для пластичных грунтов (глинистых, суглинистых, реже супесчаных). После впитывания определенного количества жидкости они обретают пластичные свойства – меняют форму под давлением и сохраняют ее после снятия нагрузки.
При увлажнении между глинистыми частицами, молекулами воды и растворенных в ней солей возникают коллоидные связи. В это же время расстояние между отдельными элементами грунта увеличивается. Он становится более чувствительным к необратимым деформациям. Когда влажность снижается, связи разрушаются. Грунт твердеет и при нагрузке распадается на куски.
Влажность на границе текучести
При увеличении влажности глины и суглинки становятся полужидкими (текучими). Частицы взвешены в большом объеме воды. Грунт превращается в массу, не способную поддерживать определенную форму. Минимальное количество воды, при котором грунт обретает такие свойства, называется влажностью на границе текучести.
Влажность на границе раскатывания и текучести определяют при изучении пластических свойств глинистых грунтов. Подробнее об этом вы можете прочитать в нашей статье Пластичность грунта.
Влажность набухания
Глинистые грунты способны набухать (увеличиваться в объеме) при увлажнении. Количество жидкости, которое нужно добавить для максимального расширения грунта в замкнутом с боков сосуде, называется влажностью набухания.
Для максимального приближения эксперимента к естественным условиям образец нагружают сверху. Это имитирует давление фундамента. В ходе такого исследования определяется влажность набухания для разных по силе нагрузок.
Показатель демонстрирует, насколько грунт склонен к набуханию и при какой влажности происходит это негативное явление. Определяют характеристику при планировании строительства зданий или прокладке дорог на глинистых грунтах. В зависимости от влажности набухания проектируют дренаж и гидроизоляцию. В некоторых случаях необходимо проводить частичную замену грунта или вообще переносить строительство на другой участок.
Влажность на пределе усадки
Влажность влияет на усадку глинистых грунтов. Под давлением сначала удаляется вода из крупных пор, и усадка идет медленно. На следующем этапе процесс ускоряется, так как из средних и мелких пор вытесняется больший объем воды. После этого процесс резко замедляется или вовсе прекращается. Остаток воды в грунте на этот момент называется влажностью на пределе усадки.
Определив влажность основания под фундаментом, можно узнать, будет ли он еще давать усадку. Но перед этим следует исследовать грунт с конкретного участка в лаборатории.
Полную версию данной статьи вы найдете на этой странице.
Также мы рекомендуем ознакомиться с другими полезными статьями на нашем сайте.
#грунты #полезные советы #свойства грунтов #влажность грунта #характеристики грунтов #строительные советы #грунт #строительный грунт #физические свойства грунтов #влажность