Гранулометрический состав грунтов конспект

Обновлено: 05.07.2024

Недавно пришла мысль - почему бы не погрузится в такую тему как почва? Не смотря на то, что это важнейший инструмент обеспечения наших растений всем необходимым - от элементов питания до влаги, мы часто мало что о не знаем. Поэтому - впереди небольшой сет статей - знакомьтесь - почва! Начнем с гранулометрического состава.

Минеральная част почвы состоит из песка, ила и глины. В зависимости от размера и количества этих частиц определяется гранулометрический состав почвы. Он влияет на качество грунта, поэтому важно уметь правильно его определять.

Хотите получать рассылку 📨об актуальных обработках и сезонные рекомендации по уходу за садом точно в срок? Подписывайтесь на мою🌿 рассылку тут .

Что такое гранулометрический состав почвы и на что он влияет

Почвенная текстура определяется пропорциональным соотношением входящих в грунт частиц. Изучение состава земли на садовом участке позволяет определить наличие химических и минеральных веществ в ней.

Это нужно для понимания того, подойдет ли грунт для выращивания конкретных растений. Ведь для одних культур необходимо достаточное насыщение воздухом, а другие не смогут выжить без обильного полива.

В первом случае оптимальным вариантом будет высаживание в песчаную почву. Крупные частицы способствуют хорошей аэрации. Во втором случае следует поискать илистую почву или суглинок. Такой грунт позволяет корневой системе насыщаться воздухом, при этом удерживая воду и пропуская ее излишки.

Существует такой тип растений (хотя их очень мало), которым не желательно проникновение воздуха к корням. Здесь однозначно подойдет почва с максимальным содержанием глины. Однако самым востребованным и универсальным вариантом для посадки на садовых участках является суглинистая земля.

Гранулометрический состав влияет на следующие характеристики почвы:

легкость возделывания;
степень аэрации;
водопроницаемость;
способность удерживать влагу и питательные вещества.

Для определения степени плодородности почвы изучают ее текстуру, отделив мелкие частицы (менее 2 мм) земли от крупных слипшихся комков.

Простой метод определения пропорций составных частиц

Для проведения такого тестирования понадобится бутылка, вода и палочка для смешивания.

Гранулометрический состав грунта – это определенное содержание по весу разнофракционных частиц, выражающееся в их процентном отношении к массе сухих проб, взятых для анализа.

Отборы конкретных образцов осуществляют согласно требований ГОСТа 12071-2000, где микроагрегатный состав определяется по весовому содержанию твердых водостойких составляющих частиц.

Методы анализа гранулометрического состава изложены в межгосударственном стандарте — ГОСТе 12536-79.

Цели исследования

Актуальность определения гранулометрического состава грунта обуславливается широким спектром работ, для выполнения которых необходимы сведения о водорастворяемых частицах.

Такой анализ проводится для решения следующих вопросов:

определения классификации грунтов на определенной территории;
оценки пригодности грунтового состава для применения в качестве насыпных сооружений для земляных плотин, дамб и дорог;
расчета обратных фильтров;
вычисления степени водопроницаемости несвязанных и рыхлых смесей;
выбора наиболее подходящих отверстий для установки фильтров скважин бурового типа;
оценки грунтов для возможности их использования как наполнителя при изготовлении цементно-бетонных смесей и стройматериалов;
вычисления потенциально возможного проседания почвы в фильтрующих плотинах, выемках и котлованах.

Гранулометрический анализ позволяет вычислить важнейшие характеристики грунта: степень усадки, пористость, сопротивление сдвигу, пластичность, сжимаемость и капиллярность.

Виды обломочных несцементированных грунтов

Исходя из неоднородного состава, существует определенная классификация, позволяющая соотносить исследуемые образцы к одной из категорий.

Выделяют такие виды обломочных несцементированных грунтов:

песчаные;
суглинки;
супеси;
крупнообломочные;
глиняные.

В основе данной классификации лежит принцип фракционного размера обломков, от чего напрямую зависят свойства, в том числе степени водопоглощения и водорастворения.

Крупнообломочные

Это несвязные крупнодисперсные фракции, сформированные в результате воздействия водных потоков и ледников на скальные породы.

В их составе свыше 50% частиц, диаметр которых превышает 2 мм.

Подразделяются на два вида: с высоким содержанием песчаных (свыше 40%) и глинистых (свыше 30%) частиц.

Они могут быть достаточно однородными, однако все они характеризуются степенью водонасыщения, текучестью и уровнем влажности.

Такие грунты образуются в результате сильного выветривания горных пород.

Щебенистые

Разновидность галечниковых грунтов плотностью от 1,2 до 3 г/см3, представляющие собой раздробленную в результате естественных причин скальную породу.

Частицы в виде щебеночных обломков, имеют размеры от 10 до 200 мм, причем разной формы (игловатая, пластинчатая). Данные грунты в сухом состоянии обладают крайне низкой способностью связываться между собой.

Грунт характеризуется низкой способностью к сжатию, давая эффективную основу для фундамента строений.

Дресвяные/гравийные

Дресвяные и гравийные грунты – это обломочная категория грунтовых составов, имеющая частицы окатанного типа, размером от 3 до 70 мм. Чаще всего такие грунты располагаются в поймах рек, рядом с озерами, прудами и морями.

В сухом состоянии они обладают очень маленьким процентом связности.

Различный минералогический состав частиц, составляющих такие грунты, придает ему определенную скелетность, неплохую прочность и устойчивость.

Песчаные

Песчаные грунты – это смесевые частицы разрушенных твердых (горных) пород, включающих в себя зерна кварца и ряда других минералов.

В зависимости от особенностей входящих в состав такого грунта элементов он может иметь высокую, среднюю или низкую плотность. По характеристикам он относится к несвязному минеральному типу, размеры частиц которого составляют от 0,05 до 2 мм в объеме, не больше 50%.

Крупный и гравелистый песок

Песок гравелистого типа состоит из песчинок, размерами от 0,28 мм до 5-6 мм и обладает хорошей несущей способностью за счет плотности 5,5-6,5 кг/см2.

Достаточно схожими свойствами обладает крупный песок, где размеры песчинок составляют от 0,30 до 2 мм.

В состав обоих типов песка входят такие минералы, как полевой шпат (8%), кварц (70%), кальцит (3%) и прочие (11%).

Примечательно, что свойство грунта в плане хорошей несущей способности не зависит от объема влаги, присутствующей в составе гравелистого и крупного песка.

Средний и мелкий песок

Мелкий песок состоит из песчинок, размерами от 1,5 до 2,0, а средний – от 2,0 до 3,0 мм. Такие песчаные составы имеют в среднем плотность порядка 3-5 кг/см2, которая дает им высокую несущую способность.

В отличие от крупного и среднего, мелкий песок при насыщении влагой теряет свои прочностные свойства, которые уменьшаются в 2 раза.

Пылеватые частицы

По своему минеральному составу пылеватые частицы – это практически чистый кварц, реже — полевые шпаты с примесью других минералов. Размеры таких составов от 0,050 до 0,001 мм.

В сухом состоянии они обладают крайне слабой связанностью, имеют низкий уровень пластичности. Хороший капиллярный состав позволяет поднимать воду на высоту до 2,5-3 м.

Водопроницаемость таких грунтов крайне низкая. Пылеватые частицы при соприкосновении с влагой способны принимать состояние плывунов.

Суглинок и глинистые частицы

Суглинок – рыхлая порода осадочного типа, содержащая в среднем от 10 до 30% глинистых веществ, размером менее 0,005 мм. В таком грунте может присутствовать супесь – песчаные частицы с содержанием глинистых примесей в объеме до 10%, которые по своим характеристикам очень схожи с песчаными грунтами.

В песчаных суглинках содержится в основном кварц с воднорастворимыми солями, а в глинистых – минералы монтмориллонит, иллит и каолинит.

Методы определения состава грунтовой смеси

Для определения состава используется принцип расчленения грунтовой смеси на определенные группы, схожие по своему составу и специально отобранные для пробы. Размеры частиц определяется в миллиметрах, а вес – в граммах.

Существуют различные методики определения такого состава, главными из которых являются ситовой, ареометрический, пипеточный и отмучивание.

Ситовой

В его основе – использование набора сит с отверстиями, размерами 0,25; 0,1; 1; 0,5; 5; 2; 10 мм, а также специальной машины для просеивания с поддоном.

Благодаря такому просеиванию удается определить и визуально увидеть состав грунта, а также процентное соотношение имеющихся в нем минералов и компонентов.

Для получения объективного анализа следует внимательно отнестись к вычислению массы средней пробы грунта, которая должна иметь следующие значения:

При частицах, размерами до 2 мм — 100 г.
При частицах, размерами выше 2 мм (до 10% от общего веса) – 500 г.
При частицах, размерами выше 2 мм (10-30% от общего веса) – 1000 г.
При частицах, размерами выше 2 мм (свыше 30% от общего веса) – 2000 г.

Для будущего анализа среднюю пробу определяют методом квартования (разделения взятых проб).

Ареометрический

Основан на учете изменения плотности суспензии, которая замеряется по мере отстаивания с помощью специального прибора – ареометра.

Предварительно отбирается проба, где используется метод квартования, при котором смесь проходит дополнительно через сито, с диаметром отверстий до 1 мм.

Масса средней пробы составляет:

После определения процентного содержания смесей грунта при помощи ареометра, вычисляют содержание каждой отдельной фракции. Здесь используют метод последовательного вычитания меньшей величины из большей. Пробу отбирают с учетом природной влажности.

Метод отмучивания

Суть методики заключается в определении содержания пылеобразных и глинистых частиц по изменению масса песка после предварительного отмучивания частиц. Для выполнения испытания используется сушильный шкаф, цилиндрическое ведро или сосуд и секундомер.

В ходе проведения испытания просеянный и высушенный до постоянной массы песок (1000 г) помещают в ведро и заливают водой, после чего выдерживают так 2 часа.

Цилиндрическое ведро

Параллельно из воды удаляются все посторонние частицы и глинистые примеси. Промывку производят несколько раз. После того, как вода в ходе промывки станет чистой, можно приступать к сливу суспензии через нижнее отверстие в сосуде.

Далее остается только вычислить содержание в песке отмучиваемых глинистых частиц по формуле:

m – вес высушенной навески до процесса отмучивания
m1 — вес высушенной навески после процесса отмучивания

Пипеточный

При таком способе содержание глинистых и пылеобразных частиц определяется путем выпаривания суспензии (получаемой при промывке песка и взвешивании сухого остатка), отобранной с помощью пипетки.

Метод заключается в перемешивании песка, залитого водой в специальном сосуде, а также ополаскиванием путем переливания суспензии во второе ведро.

Металлический цилиндр с пипеткой мерного типа

Спустя 1,5-2 минуты, когда осадок ляжет на дно. С помощью мерной пипетки берут пробу и выливают все содержимое на предварительно взвешенный стакан. Полученную суспензию выпаривают в специальном сушильном шкафу.

Результат обрабатывается по формуле:

m — масса навески песка, г;
m 1- вес чашки для выпаривания жидкости, г;
m 2- вес чашки с уже выпаренным порошком, г.

Расчет степени неоднородности гранулометрического состава песчаного грунта

С целью определения пригодности песчаного грунта для выполнения тех или иных работ часто требуется просчет степени неоднородности его гранулометрического состава.

Для этого существует специальная формула:

d60 – диаметр частиц, которых в данной смеси содержится меньше 60% по массе;
d10 – диаметр частиц, которых в данной смеси содержится меньше 10% по массе

Смотрите интересный видеоматериал, в котором наглядно показан один из методов определения гранулометрического состава грунта.

Заключение

Чтобы получить объективные данные относительно гранулометрического состава исследуемого грунта используют разные методы расчета. Это позволяет исключить вероятность ошибок при получении результатов, добившись максимальной точности в плане выявления процентного соотношения сухого остатка, плотности и размера внутренних фракций.

Гранулометрическим составом почв и пород называется относительное содержание в почве механических элементов или фракций.

Механические элементы почвы (элементарные почвенные частицы) — это обособленные осколки горных пород, минералов, кристаллов, а также аморфных соединений, все элементы которых находятся в химической взаимосвязи. Частицы, близкие по размерам, объединяют во фракции. Различают следующие типы механических элементов: минеральные, органические и органоминеральные.

Сумму всех механических элементов почвы размером меньше 0,01 мм называют физической глиной, а больше 0,01 мм – физическим песком, кроме того, выделяют мелкозем, в который входят частицы менее 1 мм, и почвенный скелет – частицы больше 1 мм (Классификация механических элементов по размеру).

Классификация механических элементов (элементарных почвенных частиц, ЭПЧ) по Н.А. Качинскому

Наименование ЭПЧ		Диаметр ЭПЧ, мм	Группы ЭПЧ
Камни		>3	Крупнозём (скелет почвы, хрящ)
Гравий		3—1	Крупнозём (скелет почвы, хрящ)
Песок	крупный	1—0,5	Физический песок >0,01 мм	Мелкозем
	средний	0,5—0,25
	мелкий	0,25—0,05
Пыль	крупная	0,05—0,01
	средняя	0,01—0,005	Физическая глина Классификация почв и пород по гранулометрическому составу (по Н.А. Качинскому)
	Краткое название по гранулометрическому составу	Содержание физической глины ( 80			>85	>65

По этой классификации основное наименование по гранулометрическому составу производится по содержанию физического песка и физической глины и дополнительное – с учетом других преобладающих фракций. Например, дерново-подзолистая почва содержит (в процентах): физической глины 28,1, песка 37,0, крупной пыли 34,9, средней и мелкой пыли 16, ила 12,1. Основное наименование гранулометрического состава этой почвы – легкосуглинистая, дополнительное – крупнопылевато-песчаная. Дополнительное, уточняющее, название, как видим из примера, дается по двум преобладающим фракциям, из которых главной по величине является та, что стоит в определении на последнем месте.

Классификация составлена с учетом генетической природы почв, способности их глинистой фракции к агрегированию, что зависит от содержания гумуса, состава обменных катионов, минералогического состава. Чем выше эта способность, тем слабее проявляются глинистые свойства при равном содержании физической глины. Поэтому степные почвы, красноземы и желтоземы, как более структурные, переходят в категорию более тяжелых почв при большем содержании физической глины, чем солонцы и почвы подзолистого типа.

Гранулометрический, или зерновой, состав грунта — это относительное содержание в нем твердых частиц различной крупности, которое принято выражать в процентах от общего веса исследуемого грунта.
Состав грунта устанавливается гранулометрическим анализом, при котором твердые частицы грунта разделяются на отдельные группы или фракции по крупности. Каждая такая группа частиц взвешивается, и определяется процент содержания отдельных групп (по весу) в образце грунта. Камни крупнее 10 см отбираются из грунта руками и взвешиваются отдельно.
Для разделения частиц на фракции применяется стандартный набор сит с отверстиями 10; 2; 0,5; 0,25; 0,1 мм, через которые просеивают предварительно высушенный до постоянного веса образец грунта весом не менее 50 г. При просеивании оставшиеся в грунте частицы крупнее 10 мм задерживаются на верхнем сите,, а частицы менее 0,1 мм собираются в чашке под нижним ситом.
Вес частиц, оставшихся на каждом сите, выраженный в процентах от общего веса сухого образца грунта, заносится в таблицу. Пример результатов ситового анализа грунта приведен в табл. 3.

Для дальнейшего разделения более мелких частиц (мельче 0,1 мм) грунта применяется метод анализа по принципу их осаждения в воде, продолжительность которого зависит от крупности частиц.
Частицы песчано-глинистого грунта разделяются на фракции при осаждении после размешивания в цилиндрическом сосуде с водой в соответствии с имеющейся зависимостью между скоростью падения частиц и их крупностью.
По прекращении размешивания на дно сосуда выпадают сначала песчаные частицы. Затем над ними оседают глинистые частицы. Соотношение высоты слоев песка и глины в сосуде дает приблизительно соотношение их в грунте. Чем меньше диаметр отделяемых частиц, тем продолжительнее время осаждения — до нескольких суток и более.

Для наглядности данные гранулометрического анализа грунтов иногда изображаются в виде графика (рис. 7), на котором по горизонтальной оси откладывают логарифмы размеров частиц, выраженных в микронах, а по вертикальной оси — процентное содержание в грунте частиц крупнее данного размера. При этом по вертикальной оси последовательно откладывают количество частиц каждого размера, начиная с самого мелкого. Величина ординаты для каждого размера частиц получается путем последовательного суммирования. Полученная кривая носит название кривой неоднородности грунта.
Степень неоднородности грунта по гранулометрическому составу характеризуется коэффициентом неоднородности

где d60 — такой диаметр частиц, меньше которого в исследуемом грунте содержится (по весу) 60% частиц;
d10 — диаметр частиц, меньше которого в грунте содержится 10% частиц.
Величина коэффициента неоднородности не может быть меньше единицы и практически не бывает больше 200. Чем меньше коэффициент неоднородности, тем однороднее грунт. При Kн > 3 песчаные грунты считаются неоднородными.
В зависимости от зернового состава крупнообломочные и песчаные грунты, согласно СНиП П-Б. 1—62, подразделяются на виды, указанные в табл. 4.

Чтобы определить наименование грунта, нужно последовательно просуммировать проценты содержания частиц исследуемого грунта сначала крупнее 10 мм, затем крупнее 2 мм, далее крупнее 0,5 мм и т. д. Название грунта принимается по табл. 4.

Читайте также: