Одной из основных характеристик дисперсного грунта является его гранулометрический (зерновой) состав. Его всегда требуется определять для песков, а вот для глинистых грунтов это делают редко. На том, как это делается в лаборатории и без нее, остановимся подробнее.
Определение гранулометрического состава песков
Пески относятся к несвязным грунтам, поэтому во многом именно их зерновой состав определяет механические свойства. Чем крупнее частицы, тем хуже сжимается грунт, больше угол внутреннего трения. А ведь ради определения показателей свойств, в конечном счете, изыскания и выполняют.
Пески принято разделять на:
- гравелистые, где частиц диаметром более 2 мм более 25%;
- крупные, где больше половины частиц имеют размер более 0,5 мм;
- средней крупности, где больше 50% частиц имеют размер более 0,25 мм;
- мелкие, с количеством зерен более 0,1 мм от 75%;
- пылеватые, где количество частиц размером 0,1 мм менее 75%.
Ситовый метод
Основным является ситовый метод, суть которого очень проста. Если песок чистый, то используются только сита, если глинистый, то еще и с промывкой водой. Стандартный комплект включает в себя сита с круглыми отверстиями диаметром 10, 5, 2, 1 мм, а также сита из латунной или медной сетки с ячейками 0,5; 0,25 и 0,1 мм. К слову, в Европе и США сита имеют другие размерности.
Взвешенную пробу грунта пропускают через сита, взвешивают по отдельности остаток в каждом и вычисляют процент от исходной массы. В сумме должно получиться 100%.
Если песок глинистый, то заранее взвешенный образец смачивают, растирают в фарфоровой чашке, выкладывают на самое тонкое сито и промывают до светлой воды. То, что осталось в сите, высушивают и пропускают через весь набор сит.
Определяем грансостав песка самостоятельно
В поле геолог определяет грансостав песка на глаз. Если вдруг он ошибся, лаборатория его поправит.
Гравелистый песок имеет частицы размером с гречневую крупу, крупный можно сравнить с сахарным песком (с тем, который крупный). Песок средней крупности похож по размеру частиц на соль грубого помола. То, что мельче, будет песком мелким, а если частицы едва заметны, но при этом грунт не скатывается в колбаску, значит перед вами пылеватый песок.
Основная ошибка возникает в случае неоднородного грансостава, а это не редкость. Кстати, по коэффициенту неоднородности можно судить об устойчивости песка к суффозии.
Определение гранулометрического состава глинистых грунтов
С глинистыми грунтами все сложнее. Их классифицируют не по грансоставу, а по числу пластичности (более дробное деление сейчас не рассматриваем), о чем я писал ранее. Хоть эти показатели имеют связь, но она нелинейная. Не всегда грансостав в случае с такими грунтами отражает пластические свойства, а именно они влияют на механические. К тому же точность определения состава уступает точности определения влажности.
В лаборатории грансостав глинистых грунтов определяют только по специальному заданию, т. к. это редко необходимо проектировщикам. Его выполняют ареометрическим методом, т. е. определяют плотность суспензии.
Перетертый и заранее взвешенный образец помещают в колбу, добавляют раствор аммиака и кипятят 0,5-1 ч. Потом суспензию охлаждают, сливают через сито с ячейками 0,1 мм. Все, что меньше 0,1 мм, взбалтывают в воде и делают отсчет по ареометру на 1 мин, 30 мин и 11 ч.
Я не стал совсем подробно расписывать всю методику, при желании об этом можно почитать в ГОСТ 12536-2014. Очевидно, что в домашних условиях это выполнить сложно, да и необходимости такой нет.
Определение грансостава отмучиванием
Не раз в интернете встречал способ самостоятельного определения типа грунта с помощью банки с водой. Иначе его можно назвать методом Рутковского или отмучивания. Он позволяет выделить песчаные частицы (крупнее 0,05 мм), пылеватые (от 0,05 до 0,002 мм) и глинистые (менее 0,002 мм), и приблизительно определить разновидность грунта.
Метод можно использовать самостоятельно, если в грунте нет частиц крупнее 2 мм или если их предварительно отсеять.
Перетертый грунт в небольшом объеме засыпаем в прозрачную емкость, заливаем водой, хорошо перемешиваем и даем отстояться 60 секунд. После этого воду осторожно сливают и так до тех пор, пока вода через 1 минуту не станет чистой. То, что останется в емкости — песчаные частицы. Их содержание в породе определяют по отношению оставшегося объема грунта к первоначальному.
Глинистые частицы определяют иначе. 20 кубиков перетертого грунта (V1) (примерно 2 столовые ложки) заливаем водой (примерно 40-60 мл), перемешиваем и доливаем до 100 мл. Суспензия отстаивается 24-48 часов. Глинистые частицы за это время набухнут, остается измерить полученный объем (V2) и посчитать по формуле приращение А: А=(V2-V1)/V1.
Содержание глинистых частиц (в %) будет равно Ах22,67.
Пылеватые частицы определяем путем вычитания из 100% сумму глинистых и песчаных частиц в %.
Финишный этап — определение грунта по треугольнику (по В.В. Охотину). Получившиеся значения в процентах нужно отметить на соответствующей стороне треугольника, а потом нарисовать прямые по сетке. Точка их пересечения укажет на название грунта.
На мой субъективный взгляд это способ слишком муторный, проще и намного быстрее скатать колбаску.
Отмечу, что этот способ не входит ни в один ГОСТ, а причина — низкая точность и грубое деление по фракциям. К тому же не все глинистые частицы набухают. Известно, что фарфор и фаянс делают из каолиновых глин, а все потому что эта глина не набухает, а значит и усадку не дает (не трескается при высыхании).