Определение пористости грунтов. Коэффициент пористости

По нормативному документу (ГОСТ 25100-2020) грунты делятся на четыре крупных класса:

1. скальные – обладают жесткой структурой, состоящей из кристаллизационных и цементационных свойств;

2. дисперсные – структура состоит из физических, физико-химических и механических связей;

3. мерзлые – преобладают криогенные связи;

4. техногенные – связи образуются в результате человеческой деятельности.

Так как в ходе эволюции возникало множество физических и химических факторов, то внутри земной коры образовались типы грунтов, которые классифицируют по частицам и наличию органических веществ.

Так их делят еще на три вида:

1. двухкомпонентные – состоят из твердых частиц, у которых поры заполнены водой (зерна минералов и лёд);

2. трехкомпонентные – в составе твердые частицы, чьи поры заполнены водой, воздухом или газом в виде пузырьков;

3. четырехкомпонентные – состоят из твердых частиц, у которых в порах находится вода, газ или воздух и органические компоненты.

Это величина, характеризующая количество пор, а именно их соотношение к общему объему грунта. Показатель позволяет оценить прочностные и деформационные характеристики. Пористость формируется в процессе образования грунта и его метаморфических изменений: появления трещин, выветривания, выщелачивания.

Она бывает нескольких видов:

· Общая – это общий объем пор, а также не связанные между собой поры и поровое пространство, заполненное «связанной жидкостью». В полевых условиях для ее определения используют плотностной и нейтронный каротажи – геофизическое исследование. В лаборатории же для ее вычисления необходимы знания о минералогической и объемной плотности горной породы.

· Открытая – объем сообщающихся между собой пор. Эту величину специалисты определяют путем водонасыщением изучаемого образца.

· Закрытая – объем замкнутых, но не связанных пор.

Дополнительно выделяют четвертый тип – эффективные и динамические поры. Первый вид представляет собой поры, занятые газом или нефтью, а второй – поры, через которые при конкретном давлении и температуре передвигаются газы или жидкость.

Одновременно рассчитывают коэффициент пористости. Он характеризует отношение объема пор к объему твердых частиц.

Грунты делятся на несколько разновидностей по размеру пор: мелкопористые – от сотых и тысячных долей мм, крупнопористые – от десятых долей мм до 2 мм.

Сами поры делятся по размерам следующим образом: субкапиллярные – менее 0,2 мк, капиллярные – 0,2-100 мк, сверхкапиллярные – больше 100 мк.

Пористость влияет на несущую способность. Грунты с низким показателем менее пригодны для строительства, потому что они хуже сжимаются под действием внешних нагрузок.

Знания показателя пористости позволяют анализировать структуру грунта. Например, значение ее коэффициента одновременно равно показателю влажности грунта при полном заполнении его пор водой.

Песчаные грунты имеют сравнительно небольшую пористость – 30-35%, поэтому они хорошо пропускают жидкость. А у глинистых этот показатель близится к 70%, поэтому эти грунты практически водонепроницаемые.

Согласно ГОСТ 25100-2020, этот показатель вычисляют по формуле:
е = (p_s-p_d)/, где е – коэффициент пористости, p_s – плотность частиц, г/см³, а p_d – плотность сухого грунта, г/см³.

Кроме этого, значение пористости еще определяют как отношение веса воды, которая заполнила все имеющиеся поры, к массе абсолютно сухого грунта.

Коэффициент пористости варьируется, но обычно не превышает единицы. Исключение составляют уплотненные дисперсные горные породы. У них этот показатель может быть больше единицы.

Для вычисления коэффициента пористости у скальных грунтов используют метод водонасыщения. С помощью этого способа определяют внешний объем и объем пустотного пространства. Под внешним объемом понимают разность веса между сухим и водонасыщенным образцом, а объем пустотного пространства – это разница весов двух образцов, один из которых насыщен жидкостью в воздухе, а другой – в жидкости. Деление одного значения на другое дает показатель пористости.

Для грунтов глинистого происхождения нет метода лабораторного исследования на пористость. Для ее вычисления используют зависимость, которая связывает ее с плотностью твердых частиц, плотностью грунта и скелета. Для определения коэффициента пористости у связных грунтов используют значения удельного и объемного веса.

Для остальных типов грунта показатель определяют непосредственным методом, но чаще всего пользуются теми же формулами, что и при исследовании связных грунтов.

Параметр пористости и ее коэффициент предопределяют структуру грунта. Его влажность характеризует весовая пористость, т.е. наличие пор, полностью заполненных жидкостью. Обсуждаемая величина хоть и не расчетная, но ее используют как важный вспомогательный показатель при других вычислениях. Как уже говорилось, с ее помощью определяют сжимаемость, сопротивление грунта и создают график компрессионной кривой.

Именно на таких грунтах строительство затруднено, потому что из-за мелких пор несущая способность ухудшается, ведь грунт плохо сжимается под нагрузками.

На подготовительных этапах строительства такие территории укрепляют разными методами. Грунт наполняют монолитной массой, не позволяющей жидкости проникать внутрь.

Среди распространенных способов можно отметить:

· цементирование – почву наполняют цементом, объем которого зависит от показателя пористости;

· силикатизация – загоняют химические реагенты;

· битумизация – скальные и песчаные грунты заполняют битумом;

· увеличение числа свай;

· обжиг специальными обогревателями – этот метод используют для глинистого грунта.

Кроме укрепления грунта, особое внимание уделяют будущему фундаменту. Тут также пользуются несколькими методами:

· роют траншею и погружают в нее бетонные подушки. После чего ее заливают смесью из щебенки и цемента;

· заделывают трещины и дыры в фундаменте с помощью цементного раствора и кирпича;

· роют траншею под основанием и устанавливают в нее сваи. За систему распределения отвечает балка;

· создают бетонную обойму, включающую в себя гравий.

Так как на месте будущих построек зачастую находится грунт с неизвестными характеристиками, то инженерные и геологические изыскания проводят в обязательном порядке. Специалисты работают согласно нормативным документам с соблюдением всех правил и требований. Только такой подход в строительной индустрии может быть гарантией создания качественных, надежных и безопасных строений.

Строительная лаборатория ООО "Бюро "Строительные исследования" занимается испытаниями конструкций и материалов в Санкт-Петербурге и Москве

Основная специализация лаборатории:

• Испытания бетона
• Геотехнический контроль грунта
• Другие области испытаний
• Наши вакансии

Бесплатно вызвать лаборанта на объект или задать вопрос эксперту можно:

1. Заполнив форму на нашем сайте

2. По телефонам:

+7(812)386-11-75 - главный офис в Санкт-Петербурге

+7(965)006-94-59 (WhatsApp, Telegramm) - отдел по работе с клиентами Санкт-Петербург и Москва

3. Написать нам на почту

Подписывайтесь на наши социальные сети и YouTube канал, там много интересной информации и лайфхаков.