2.3 Фізико-механічні характеристики ґрунтів

Основні показники фізичних властивостей ґрунтів визначаються дослідним шляхом. До цієї групи відносяться: питома вага частинок ґрунту  γ_s, питома вага ґрунту γ, природна вологість w, для глинистих ґрунтів вологість на межі пластичності w_р і вологість на межі текучості w_L, коефіцієнт фільтрації к_ф. Інші показники фізичних властивостей ґрунтів визначаються розрахунком на основі показників першої групи

Згідно з нормативами [4] усі ґрунти класифікуються за показниками їх фізичних властивостей.

Глинисті ґрунти в залежності від числа пластичності, І_р, яке є різницею вагових вологостей на межах текучості та пластичності,

I_P = w_L - w_P,                                                             (2.19)

розподіляються на супіски ( 1 ≤ І_р  ≤ 0,07), суглинки ( 0,07 < І_р ≤ 0,17 ) та глини (І_р > 0,17).

В залежності від показника текучості, що є відношенням різниці вологостей в природному стані і на межі пластичності до числа пластичності,

                                                            (2.20)

глинисті ґрунти одержують додаткову якісну характеристику і розподіляються на такі різновиди:

супіски

тверді                   I_L < 0;

пластичні             0 £ I_L £ 1;

текучі                   I_L > 1;

суглинки та глини

тверді                   I_L < 0;

напівтверді           0 £ I_L £ 0,25;

тугопластичні      0,25 < I_L £ 0,50;

м’якопластичні    0,50 < I_L £ 0,75;

текучепластичні   0,75 < I_L £ 1;

текучі                   I_L > 1.

Піски за щільністю будови підрозділяються на види (табл.2.6) в залеж­ності від значення коефіцієнта пористості, що визначається за формулою

                                                     (2.21)

За ступенем вологості S_r, що визначається за формулою

S_r = Wg_s/e g_w,                                                           (2.22)

де g_w = 10 кН/м³ - питома вага води,

 піщані та великоуламкові ґрунти підрозділяються на такі різновиди:

маловологі           0 < S_r £ 0,5;

вологі                   0,5 < S_r £ 0,8;

насичені водою   S_r > 0,8.

 

Таблиця 2.6 - Види піщаних ґрунтів

Назва ґрунту	Щільність будови
	щільні	середньої щільності	крихкотілі
Піски гравелисті, крупні та середньої крупності	e < 0,55	0,55 £ e £ 0,7	e > 0,7
Піски дрібні	e < 0,6	0,6 £ e £ 0,75	e > 0,75
Піски пилуваті	e < 0,6	0,6 £ e £ 0,8	e > 0,8

 

Основні показники механічних властивостей ґрунтів такі: питоме зчеплення, с, кут внутрішнього тертя, j, та модуль загальної деформації, Е.

Для ґрунтів, які випробувались штампом, модуль загальної деформації на прямолінійному відрізку визначається за формулою:

,                                                       (2.23)

де d - діаметр штампа, м; d = ;

А - площа стандартного штампа (А = 0,5 м²);

р - питомий тиск на штамп, МПа;

n - коефіцієнт бокового розширення (коефіцієнт Пуассона) ґрунту;

S - осідання штампа, м.

Слід відзначити, що це найбільш трудомісткі у визначенні характеристики ґрунтів, особливо в польових умовах. Однак численними дослідженнями виявлена наявність кореляційних зв'язків між механічними та фізичними характеристиками, трудомісткість визначення яких у багато разів менша. Тому для попередніх розрахунків основ, а також для остаточних розрахунків основ будівель та споруд 2 і 3 класів (див. §2.4) допускається визначати нормативні та розрахункові значення деформаційних та міцностних характеристик ґрунтів за їх фізичними характеристиками. Відповідно до будівельних норм та правил [6], де наведені таблиці нормативних значень механічних характеристик у залежності від показників їх фізичних властивостей, допускається визначати розрахункові характеристики при таких значеннях коефіцієнта надійності за ґрунтом:

при розрахунку основ за деформаціями g_g = 1;

при розрахунках основ за несучою спроможністю

для питомого зчеплення - g_g =l,5;

для кута внутрішнього тертя піщаних ґрунтів – g_g = l,l; пилувато-глинистих - g_g = l,15.

Для піщаних ґрунтів, незалежно від їх походження та вологості, зчеплення, с, кут внутрішнього тертя, j, та модуль загальної деформації, Е (табл. 2.7), визначаються в залежності від виду ґрунту й коефіцієнта пористості. Деформаційні та міцності характеристики пилувато-глинистих ґрунтів (табл. 2.8 і 2.9) визначаються в залежності від їх віку, походження, виду, показника текучості та коефіцієнта пористості.

Таблиця 2.7 - Нормативні значення характеристик c_n,кПа, j_n,град., та Е,МПа

Вид піску	Характеристика ґрунту	Коефіцієнт пористості  е
		0,45	0,55	0,65	0,75
Гравелисті та крупні	cn	2	1	-	-
	jn	43	40	38
	E	50	40	30
Середньої крупності	cn	3	2	1	-
	jn	40	38	35	-
	E	50	40	30	-
Дрібні	cn	6	4	2	-
	jn	38	36	32	28
	E	48	38	28	18
Пилуваті	cn	8	6	4	2
	jn	36	34	30	26
	E	39	28	18	11

 

Для ґрунтів із проміжними значеннями е та І_L допускається визначати c_n, j_n та Е за інтерполяцією.

Допускається також у запас надійності приймати характеристики c_n, j_n та Е за відповідними нижніми межами е та I_L, якщо ґрунти мають значення е та I_L менше цих нижніх значень.

Для визначення c_n, j_n та Е за таблицями 2.7 - 2.9 використовуються нормативні значення е та I_L.

Для визначення попередніх розмірів підошви фундаментів використовують табличні значення розрахункового опору ґрунтів основ [б]. Ці значення (табл.2.10 і 2.11) відносяться до фундаментів, які мають ширину підошви b₀ = 1 м та глибину закладання d₀ = 2м. Як і попередні характеристики, табличні значення розрахункового опору визначаються в залежності від виду ґрунту та його вологості для пісків, коефіцієнта пористості та показника текучості для пилувато-глинистих ґрунтів.

Таблиця 2.8 - Нормативні значення характеристик с_n, кПа, j_n, град., для пилувато-глинистих ґрунтів четвертинних відкладів

Вид глинистих ґру нтів і межі норма- тивних значень IL		Харак­теристика ґрунту	Коефіцієнт пористості  е
			0,45	0,55	0,65	0,75	0,85		0,95	1,05
Супіски	0 £ IL £ 0,25	cn	21	17	15	13	-		-	-
		jn	30	29	27	24	-		-	-
	0,25 £ IL £ 0,75	cn	19	15	13	11	19		-	-
		jn	28	26	24	21	18		-	-
Суглинки	0 < IL £ 0,25	cn	47	37	31	25	22	19		-
		jn	26	25	24	23	22	20		-
	0,25 < IL £ 0,50	cn	39	34	28	23	18	15		-
		jn	24	23	22	21	19	17		-
	0,50 < IL £ 0,75	cn	-	-	25	20	16	14		12
		jn	-	-	19	18	16	14		12
Глини	0 £ IL £ 0,25	cn	-	81	68	54	47	41		36
		jn	-	21	20	19	18	16		14
	0,25 < IL £ 0,50	cn	-	-	57	50	43	37		32
		jn	-	-	18	17	16	14		11
	0,50 < IL £ 0,75	cn	-	-	45	41	35	33		29
		jn	-	-	15	14	12	10		7

Таблиця 2.9 - Нормативні значення модуля деформації пилувато-глинистих ґрунтів четвертинних відкладів

Поход-ження ґрунтів	Назва ґрунтів та межі нормативних значень IL		Модуль деформації Е, МПа, при коефіцієнті пористості е
			0,35	0,45	0,55	0,65	0,75	0,85	0,95	1,05
Алю-віальні Делювіальні Озерні	Супіс­ки	0 £ IL £ 0,75		32	24	16	10	7	-
		0 £ IL £ 0,25	-	34	27	22	17	14	11	-
	Суглинки	0 < IL £ 0,50	-	32	25	19	14	11	8	-
		0,50 < IL £0,75	-	-	-	17	12	8	6	5
	Глини	0 £ IL £ 0,25	-	-	28	24	21	18	15	12
		0,25 < IL £0,50	-	-	-	21	18	15	12	9
		0,50 < IL £0,75	-	-	-	-	15	12	9	7
Флювіогля-ціальні	Супіски	0 £ IL £ 0,75	-	33	24	17	11	7	-	-
	Суглин-ки	0 £ IL £ 0,25	-	40	33	27	21	-	-	-
		0,25 < IL £0,50	-	35	28	22	17	14	-	-
		0,50 < IL £0,75	-	-	-	17	13	10	7	-
Моренні	Супіскисуглин- ки	IL £ 0,50	75	55	45	-	-	-	-	-

Таблиця 2.10 - Розрахунковий опір піщаних ґрунтів

Види пісків	Значення R0, кПа, в залежності від щільності будови пісків
	щільні	середньої щільності
Крупні Середньої крупності Дрібні: маловологі	600 500 400	500 400 300
вологі та насичені водою	300	200
Пилуваті: маловологі	300	250
вологі	200	150
насичені водою	150	100

 

Таблиця 2.11 - Розрахунковий опір пилувато-глинистих (непросадочних) ґрунтів

Пилувато- глинисті ґрунти	Коефіцієнт пористості		Значення R0, кПа, при показнику текучості ґрунту
			IL = 0	IL = 1
Супіски	0,5 0,7		300 250	300 200
Суглинки	0,5 0,7 1,0		300 250 200	250 180 100
Глини	0,5 0,6 0,8 1,1	600 500 300 250		400 300 200 100

 

Якщо характеристики ґрунтів е та I_L мають значення, що не збігаються з табличними, то для визначення R₀ користуються інтерполяцією.

Усі дані про фізико-механічні характеристики ґрунтів заносять до таблиці, приклад якої показаний у табл. 2.12, де в першому стовпці вказують вид ґрунту з урахуванням його якісної характеристики. Наприклад, "пісок пилуватий, середньої щільності, вологий або суглинок легкий, м'якопластичний”.

 

 

 Таблиця 2.12 – Фізико-механічні характеристики ґрунтів

№ ІГЕ	Найменування ґрунтів	Потужність шару, м	Питома вага	Вологість	Питома вага частинок ґрунту	Питома вага сухого ґрунту	Коефіцієнт пористості	Ступінь вологості		Вологість на межі текучості	Вологість на межі пластичності	Число пластичності	Показник текучості	Питоме зчеплення		Кут внутрішнього тертя		Модуль деформації
			g, кН/м3	w	gs, kH/м3	gd, кН/м3	e	Sr		wL	wP	IP	IL	c. кПа		j, град.		Е, МПа
1	Рослинний шар	0,5-0.6	16,9	Для природної основи фундаментів не рекомендується
2	Супісок пластичний, жовто-бурий	2.2-2.6	18,5	0,18	27,0	15,6	0,72	0,68	0,18		0,13	0,05	1,0	11	21		10
3	Суглинок легкий, сіро-жовтий, тугопластичний	1.2-2.5	18,6	0,26	26,8	14,7	0,81	0,86	0,32		0,20	0,12	0,50	16	16		8
4	Суглинок напівтвердий, темно-жовтий до бурого	5,0-5,8	17,8	0,22	26,7	14,6	0,83	0,71	0,29		0,20	0,09	0,22	18	23		15

 

Продовження таблиці 2.12

№ № ІГЕ	Найменування ґрунтів	Розрахункові значення з урахуванням прогнозу можливих змін (у процесі будівництва і експлуатації) інженерно-геологічних і гідрогеологічних умов і властивостей ґрунтів
			wsat	IL			E
1	Рослинний шар
2	Супісок пластичний, жовто-бурий	18,5 18,4	0,18	1,0	11 7	21 19	10
3	Суглинок легкий, сіро-жовтий, тугопластичний	18,6 18,5	0,26	0,5	16 11	16 14	8
4	Суглинок напівтвердий, темно-жовтий до бурого	17,8 17,7	0,26	0,22	18 12	23 20	15