Влажность грунта

Влажность – важный показатель свойств почвы, который отображает содержание в ней воды. От ее концентрации зависит возможность возведения капитальных зданий на участке. Параметр определяют непосредственно на объекте и в лаборатории во взятых на площадке образцах. Он является обязательным при проведении инженерно-геологических исследований на территории, включается в отчет. После получения данных, в зависимости от уровня воды при строительстве проводят дополнительные мероприятия: обеспечивают водопонижение, ставят дренажные системы.

Какая бывает влажность

Существуют разные типы влажности почвы и методы определения. Большинство параметров универсальные, а для глинистых почв выделяют несколько дополнительных.

Весовая характеристика

Это наиболее информативный параметр, который показывает отношение веса Н₂О в пробе к весу сухого остатка. Его проверяют для земли в естественном состоянии, в почвах после увлажнения или осушения.

Весовое количество влаги W рассчитывают по формуле:

W = m_w / m_d, где

• m_w – масса влажной земли (в естественном состоянии);
• m_d – сухой остаток пробы (после удаления воды).

Результат деления выражают в долях единицы. Параметр варьируется от нуля для совершенно сухой почвы до 1, если основа влажная, состоит из торфа. Также весовую компоненту выражают в процентах, для чего полученное после деления значение умножают на 100%. Эту характеристику используют при определении относительного значения.

Объемная характеристика

Чтобы рассчитать объемную гидратацию, необходимо определить объем Н2О в исходной пробе, взятой в естественных условиях, и поделить его на объем образца. Параметр W_v рассчитывают по формуле:

W_v = V_w / V_toi, где

• V_w - количество Н2О, которое содержится в порах земли;
• V_toi – объем отобранного для испытаний грунта.

Как и весовая, объемная характеристика выражается либо в долях единицы, либо в процентах. Она не может быть больше 1 (100%). Эти два свойства между собой связаны в таком соотношении:

W_v * r_w = W * r_d, где

• W_v - объемная гидратация;
• r_w – объемный вес влаги, которая находится в порах почвы;
• W – влажность, определяемая по весу;
• r_d – объемный вес каркаса, состоящего и твердых частиц земли.

Эти характеристики учитывают, когда выполняют расчеты относительного содержания жидкости в основании.

Относительный показатель

Это свойство еще называют водонасыщенность основания из грунта. Она отображает степень гидратации пор. Ее обозначают S_r и рассчитывают по формуле:

S_r = W_n / n, где

• W_n – объемная концентрация, полученная вычислением W_n = W*r_d за счет перемножения W – весового содержания Н₂О и r_d - объемного веса каркаса из твердых структур.
• n – значение пористости земли. Характеристику определяют по формуле n = e*r_w за счет перемножения е – коэффициента пористости и r_w – объемной массы Н2О в пробах.

Это информативная характеристика земли. Полученное значение показывает тип почвы:

1. При значении S_r в пределах 0…0,5 в земле до 50% пор заполнены жидкостью, поэтому основание считается маловлажным.
2. Если после расчетов S_r лежит в пределах 0,5…0,8, то земля влажная, в ней вода заполняет 50…80% пор.
3. При S_r больше 0,8 в основании более 80% пор – это вода. Такая земля считается влагонасышенной.

Относительная компонента необходима для оценки сжимаемости вещества, что покажет степень осадки основы при строительстве капитальных зданий. Свойство обязательно указывают, когда составляют отчет об инженерно-геологической проверке надела, при разработке начальных вариантов документов при проектировании строительства.

Гигроскопическое свойство

Гигроскопическая влажность также показывает степень насыщения земли влагой, процент водяного пара в грунте, но это качество определяют при высушивании пробы при температуре +105…+107 градусов. Земля даже при таком прогреве все равно содержит небольшое количество паров, ее критерий будет не нулевым. Это связано с тем, что на поверхность оседает атмосферный конденсат, который увлажняет материал. Полученные после прогревания данные отображают способность вещества поглощать влагу из атмосферы, что зависит от ее гранулометрического состава. Дополнительно при анализе учитывают степень связанной воды.

Оптимальный уровень

Оптимальную влажность необходимо знать, чтобы оценить возможность земли максимально спрессовываться, если приложить нагрузку. Площадку перед строительством обязательно утрамбовывают, чтобы получить необходимую прочность основания и повысить его несущую способность.

Относительное значение можно проверить только в лаборатории при обработке массы на стендах. Для оценки способности к уплотнению проводят такой анализ:

1. Отобранные на объекте пробы грунта увлажняют.
2. Одновременно их уплотняют при помощи гидравлики или компрессионного устройства.
3. По мере изменения характеристик прибор рисует график. Для большинства материалов он имеет форму дуги, степень кривизны постоянная.
4. На начальном этапе обработки грунт становится плотным, но потом объемная масса снижается.
5. Когда масса при определенной степени насыщения жидкостью покажет максимальное значение плотности, гидратацию считают оптимальной.

Если грунт с преобладанием песка, крупных фрагментов, не отличается пластичностью, то зависимость будет иной. Образцы земли при анализе уплотняют до того состояния, пока не уменьшатся щели в структуре и не проступит свободная влага. Этот уровень называют точкой отжатия. Для песчаных и крупнообломочных пород оптимальное значение, когда давление ниже на 1-2%, чем точка отжатия.

Исследования и расчеты, проведенные в лабораторных условиях, определяют характеристику для разных грунтов в таких пределах:

Тип	Относительная влажность в %
Щебень	3-5
Песок	4-6 гравелистый с крупным зерном 6-8 крупная фракция 8-10 средняя фракция 10-14 мелкая фракция, пылевая разновидность
Супесь	9-15
Суглинок	12-16 легкий суглинок 16-22 тяжелый суглинок
Глинистый грунт	18-26

 

Не для всех объектов проверяют относительное свойство в естественных условиях. Иногда на площадки завозят искусственную смесь, например, микс песка и гравия для обустройства подушки. Из смеси быстро испаряется влага, поэтому перед уплотнением для достижения необходимой плотности и несущей способности вещество увлажняют.

Допустимый уровень

Допустимая влажность – составляющая часть оптимальной. Ее определяют, когда грунт уплотняют под внешним давлением до предельного значения. Он зависит от структуры и коэффициента уплотнения. Параметры для разных пород приведены в таблице:

Тип	Допустимая влажность
Пылеватый песок, легкая супесь с крупной фракцией	0,85-1,6
Пылевая супесь легкого типа, в которой преобладают мелкие частицы	0,85-1,6
Плотные пылеватые супеси тяжелого типа, суглинок легкий с хорошей пластичностью	0,9-1,5
Глина, тяжелый суглинок	0,09-1,3

Допустимая компонента выражается в долях от оптимальной, у нее нет размерности. Коэффициент уплотнения составляет от 0,9 до 1,0.

Влажность на пределе усадки

Насыщенность водой существенно влияет на усадку материала. Под давлением из него выходит влага. Сначала она покидает мелкие щели, потом средние и крупные, что определяет скорость усадки. Некоторый объем все равно остается в земле, причем на определенном этапе объем не меняется даже при увеличении давления. Это и есть уровень влаги на пределе усадки – концентрация Н₂О в порах основания, когда под действием давления оно прекращает давать усадку.

Дополнительные параметры для глинистого основания

Для почвы, которая обладает выраженными вяжущими, пластичными свойствами, определяют несколько дополнительных характеристик. Исследования проводят для суглинка и глины, пластичной супеси.

Граница раскатывания

Образец с высокой пластичностью можно раскатать в пласт, при этом связанная структура сохраняется. Влажность на границе раскатывания – это степень насыщения материала жидкостью, при котором он меняет форму после прикладывания силы, а после прекращения надавливания новая структура сохраняется.

Граница текучести

Чтобы оценить пластичность глины, определяют гидратацию на пределе текучести. При насыщении водой она сначала приобретает текучесть, а далее твердые частицы находятся в растворе во взвешенном виде. Порода склонна к значительной осадке за счет действия гравитации, не может больше сохранять форму. Предел текучести – степень насыщения глинистой породы, когда она достигает такого состояния, а содержание Н₂О в этот момент считается влажностью границы текучести.

Уровень набухания

Если добавлять к глине раствор, она начинает набухать и увеличивать объем. Чтобы проверить характеристики набухания:

• образец помещают в емкость из жесткого материала;
• добавляют воду до того момента, когда глина начнет увеличиваться в объеме;
• определяют добавленное количество жидкости.

Дополнительно на глину в емкости осуществляют давление. Так имитируют поведение насыщенной водой основы под воздействием фундамента здания. Это исследование позволяет оценить поведение почвы при паводке, чтобы принять необходимые меры: сделать дренажную систему, обеспечить водопонижение при строительстве за счет зумфов.

Способы измерения

Для оценки параметров участка применяют разные способы, включая проверку специальным прибором влагомером, высушивание, оценку мерзлой почвы, гигроскопичности, исследование на границе текучести и раската. Анализы выполняют перед началом проектных работ и строительства.

Применение влагомера

Самый простой способ оценить качество основы на участке – проверить на месте влагомером. Это электронное устройство с откалиброванной шкалой. Необходимо погрузить в участок щуп, на экране прибор покажет уровень жидкости. Данные можно скопировать, перенести в таблицы, использовать для отчетов. Длина щупа влагомера около 20 см. Техника позволяет оценить абсолютное и относительное значение. Чтобы данные были точными, прибор необходимо периодически проверять и калибровать, следить, чтобы не сбивались настойки.

Высушивание образцов до стабильной массы

Метод простой и достоверный. Анализ проводят в лаборатории по такой схеме:

1. На площадке отбирают грунт весом 15-20 г.
2. Чистый и сухой стакан взвешивают в пустом состоянии, затем всыпают землю.
3. Емкость с образцом помещают в дегидратор. Его не закрывают крышкой, чтобы жидкие компоненты испарялись. Сушат при температуре +105…+107 градусов.
4. После обезвоживания образец взвешивают.
5. По разности масс до и после дегидратора определяют количество воды, содержащейся в материале.

Высушивание длится 3-5 часов, точное время зависит от типа почвы. Для взвешивания применяют аналитические весы.

Измерение гигроскопической влажности

Анализ состоит из двух этапов. Первый – это подготовка обезвоживанием до стабильного веса, процедура описана выше. Далее:

1. Материал измельчают и просеивают через сито с размером отверстий 1 мм.
2. Образец оставляют в покое на 60-120 минут при естественных условиях, чтобы он мог питать влагу из атмосферного воздуха.
3. Взвешивают в химической емкости.
4. Материал высушивают в дегидраторе и повторно взвешивают на аналитических весах.

После анализа значение рассчитывают по формуле.

Исследование мерзлой почвы

У мерзлой породы структура и свойства отличаются, поскольку влага в материале пребывает в жидком состоянии и в виде ледяных кристаллов. За счет этого значение в условиях мерзлоты превышает обычные уровни, приближается к полному насыщению. При оценке мерзлой субстанции оценивают несколько критериев:

• общее количество Н₂О по сумме жидкости и льда;
• объем воды, содержащейся в порах;
• количество замерзших кристаллов;
• значение льда в пустотах.

Основной критерий – общая гидратация, ее рассчитывают эмпирически. Для других показателей применяют сложные формулы.

Исследование на границе раската

Исследования проводят для глинистой почвы. Алгоритм включает такие этапы:

1. Отбирают образец массой 300 г, растирают и пропускают сквозь сито с ячейками 1 мм.
2. Материал выдерживают 2 часа в покое, повторно перетирают и просеивают.
3. В пыль добавляют воду до получения пасты.
4. Массу раскатывают вручную до получения шнура сечением 3 мм, длиной 10-12 см.
5. Из шнура формируют шар и раскатывают. Процесс повторяют до тех пор, пока он не будет разваливаться на фрагменты по 15-20 г.
6. Оценивают пластичность материала.
7. Проверяют электронным прибором или обезвоживают до стабильного веса.

Проверка на границе текучести

Сначала из породы готовят пластичную массу, как и при проверке раската. В нее опускают металлический конус, закрепленный на штативе. Задача действий – достичь скорости погружения 1 см за 5 секунд. В этот момент погружение останавливают, проверяют влагомером или высушиванием в дегидраторе.