Физико-механические свойства грунта

Расчет физического состава грунта
Под плотностью понимают массу вещества в единицах объема. Для определения плотности необходимо массу (m) сухого материала разделить на объем (W) (без пустот и пор): .
Плотность почти всех его материалов, кроме некоторых материалов, лаков, олифы и некоторых пластмасс, являются больше единицы (за условную единицу берется масса 1 г/см³ воды при 4⁰С). Для каменных материалов плотность будет в пределах 2,2-3,3 г/см³, для органических материалов (дерево, битум, масло, лак, пластмассы и т. д.) - в пределах 0,9-0,85 г/см³.
Объемная плотность - объем материала в его естественном состоянии определяется либо внешними размерами образца, либо его сжимаемой жидкостью. Объемная плотность, (кг/м³) рассчитывается по формуле:
.
Объемная масса сыпучих материалов (песок, цемент) из расчета поров между их частицами называется объемной насыпной.
Объемная масса большинства материалов меньше их плотности. Например, для необработанного кирпича он в среднем составляет 1,7 г/см³ (при плотности около 2,5 г/см³).
Только для так называемых абсолютных плотных материалов (стекло, сталь, битум и жидкие материалы) показатели объемной массы с наполнителем совпадают.
Объемную массу строительных материалов необходимо знать при расчете прочности (приоритетности) строительной конструкции, а также при расчете транспортабельности материалов. В отличие от плотности, объемная масса различных строительных материалов колеблется в очень большом диапазоне: у некоторых легких теплозащитных материалов она составляет от 20 кг/м³, у сталей-до 7850 кг/м³.
Накопление влаги в материале приводит к увеличению его объемной массы.
Под пористостью материала понимается степень заполнения пор объема материала. Пористость материала рассчитывается в процентах по формуле:

где: – объемная плотность материала, кг/м³; - плотность материала, кг/м³.
По размерам воздушных полостей материалы делятся на мелкопористые (размер пор соответствует сотым и тысячным долям мм) и крупнопористые (размеры от десятых долей миллиметра до 1-2 мм).

При объемной массе в строительстве важна пористость материала, т. е. они связаны с такими важными показателями, как прочность, водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость, звукопроводность, кислотостойкость и др. Для изготовления водонепроницаемой конструкции требуются материалы с низкой пористостью, а конструкции с низкой теплопроводностью желательно изготавливать из материалов с высокой пористостью с низкой теплопроводностью. Пористость строительных материалов колеблется в очень больших пределах: от нуля (сталь, стекло) до 90% (плиты из минеральных волокон). Объемная масса природных каменных материалов всегда меньше их плотности (несмотря на то, что они в той или иной степени пористые).
Объемным весом грунта называют вес единицы объема грунта в естественной влажности и структуре, обозначаемый буквой . Единица измерения [гр/см³]. Объемный вес скелета грунта определяется:

Существует несколько методов определения объемного веса грунта, одним из наиболее удобных является метод режущего кольца. Объемный вес по этому методу определяют с помощью тонкого стержневого металлического кольца с внутренним диаметром не менее 50 мм и высотой в мм.
Внутренние стенки кольца очищаются, а кольцо кладется режущей кромкой вниз. Острым ножом срезается земляной столб, равный внешней стороне кольца. Затем кольцо осторожно переносится на грунт. После того, как кольцо заполнено, грунт разрезается ножом, при этом оба края грунта внутри кольца должны быть прямыми и параллельными друг другу. Кольцо, заполненное грунтом, измеряется на технических весах с точностью до 0,01 гр. После этого грунт проталкивают через кольцо и берут два образца по 10 г каждый из центральной части. Объемный вес грунта определяется по формуле:
; ,
где: – вес кольца вместе с грунтом [гр]; – вес чистого кольца [гр]; – объем кольца (объем грунта); – диаметр; – высота кольца.
Для каждого образца выполняются две параллельные операции определения объемного веса, разница между которыми не должна превышать 0,03 г/см³. Улучшив среднее значение объемного веса почвы, рассчитайте объемный вес с точностью до 0,01.
Примеры решения задач: Расчёт физического свойства грунта.
Варианты к заданию Таблица 1.1.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
, мм	33	39	42	38	47	43	32	35	45	55	37	36	53
, мм	21	23	25	27	29	31	33	35	22	28	25	28	31
, гр.	5	6	7	9	11	6	15	13	16	19	10	14	18
, гр.	100	110	115	120	130	135	140	145	150	160	105	115	136
, гр.	105	115	120	125	135	145	150	155	160	165	114	123	142

По исходным данным из таблицы 1.1. расчет производится в следующем порядке:

Дано: мм; мм; гр; гр; гр.
см²
гр/см³
гр/см³
гр/см³.