Гранулометрический состав

Нормативная документация: ГОСТ 12536-2014

Введение

ГОСТ 12536-2014 «Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава» устанавливает стандартизированные процедуры анализа распределения частиц грунта по размерам.

ГОСТ 12536-2014 Таблица 1 — Выбор метода определения гранулометрического состава грунтов

Наименование грунтов	Размер фракции грунта, мм	Метод определения	Разновидность метода определения
Песчаные, при выделении зерен песка крупностью	от 10 до 0,5 мм	Гранулометрический (зерновой)	Ситовой без промывки водой
	от 10 до 0,1 мм	Гранулометрический (зерновой)	Ситовой с промывкой водой
Глинистые	Менее 0,1	Гранулометрический (зерновой)	Ареометрический
	< 0,1	Гранулометрический (зерновой) и микроагрегатный составы	Пипеточный. Применяется только для специальных целей, предусмотренных заданием.

Подготовка проб

ГОСТ 12536-2014 Таблица 2 — Минимальная масса образца, необходимая для просеивания, в зависимости от вида грунта

Диаметр частиц D, мм	Вид грунта	Минимальная масса образца, необходимая для просеивания, г
Св. 10	Гравий (дресва)	2000
5	Гравий (дресва)	2000
Св. 2	Гравий (дресва)	2000
1	С содержанием песчаных частиц	100
Св. 0,5	С содержанием песчаных частиц	100
0,25	С содержанием пылеватых и глинистых частиц	50
До 0,1	С содержанием пылеватых и глинистых частиц	50

Пробы грунта при разделении их на фракции готовят:

для выделения частиц размером более 0,1 мм — растиранием грунта или растиранием с промывкой водой. Допускается растирать образцы грунта в растирочной машине, не вызывающей дробления частиц;
для выделения частиц размером менее 0,1 мм — микроагрегатным (полудисперсным) способом: навеску грунта растирают, помещают в коническую колбу, заливают дистиллированной водой и кипятят с добавлением аммиака в течении 0,5— 1 ч. После этого полученную суспензию переносят в цилиндр. Во избежании коогуляции в грунтовую суспензию в качестве стабилизатора добавляют пирофосфорно-кислый натрий.

При определении гранулометрического (зернового) состава грунтов ситовым методом с промывкой водой применяют водопроводную или профильтрованную дождевую (речную) воду, а при определении гранулометрического (зернового) состава грунтов ареометрическим и пипеточным методом — дистиллированную воду.

Для определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава грунтов, содержащих органические вещества, следует брать образцы естественной влажности и сложения.

При определении гранулометрического (зернового) или микроагрегатного состава грунтов ареометрическим или пипеточным методом цилиндры, в которых проводится отстаивание суспензии, должны быть защищены от колебания температуры и не подвергаться сотрясениям.

Взвешивание проб грунта на технических весах следует проводить с погрешностью до 0,01 г, а при массе проб грунта 1000 г и более взвешивание допускается проводить с погрешностью до 1 г. Взвешивание на аналитических весах должно проводиться с погрешностью до 0,001 г.

Результаты вычисления гранулометрического состава грунтов следует определять с погрешностью до 0,1 %.

Ситовой метод без промывки (PS_SIE)

1.1 Краткое описание

Предназначен для песчаных грунтов и супесей с содержанием глинистых частиц менее 15%. Используется для анализа фракций размером 0.5–200 мм.
Просеивание воздушно-сухой пробы через набор сит (диаметры: 200, 10, 5, 2, 1, 0.5 мм) без применения воды.
Минимальный размер определяемых частиц — 0.5 мм, что ограничивает применимость метода для мелкодисперсных грунтов.

1.2 Вычисляемые параметры:

Содержание фракций (%):

'>200 мм, 200–10 мм, 10–5 мм, 5–2 мм, 2–1 мм, 1–0.5 мм, <0.5 мм

Кумулятивные проценты (%):

<200 мм, <10 мм, <5 мм, <2 мм, <1 мм, <0.5 мм

Распределение частиц определяется по массе остатка на каждом сите. Процентное содержание фракции вычисляется как отношение ее массы к общей массе пробы. Кумулятивные значения показывают интегральное содержание частиц мельче заданного диаметра.

Методика

Воздушно-сухую пробу массой 50–2000 г (в зависимости от размера частиц) просеивают через набор сит: 200, 10, 5, 2, 1, 0.5 мм.
Остатки на каждом сите взвешивают с точностью ±0.1 г.
Рассчитывают процентное содержание фракций по формуле:
X_i = (m_i / m_общ) * 100%
где:
m_i — масса фракции
m_общ — общая масса пробы
Кумулятивный процент для диаметра i вычисляют суммированием всех фракций мельче i

Ситовой метод с промывкой (PS_SIEW)

2.1 Краткое описание
Применим для глинистых грунтов, суглинков, пылеватых песков. Анализирует фракции 0.1–200 мм.
Ключевые особенности:
- Промывка пробы под струей воды через сито 0.1 мм для удаления глинистых частиц.
- После промывки остаток высушивают и просеивают через сита (10, 5, 2, 1, 0.5, 0.25, 0.1 мм).
- Фракция <0.1 мм анализируется ареометрическим или пипеточным методом.
2.2 Вычисляемые параметры:

Содержание фракций (%):

'>200 мм, 200–10 мм, 10–5 мм, 5–2 мм, 2–1 мм, 1–0.5 мм, 0.5–0.25 мм, 0.25–0.1 мм, <0.1 мм
Кумулятивные проценты (%):

<200 мм, <10 мм, <5 мм, <2 мм, <1 мм, <0.5 мм, <0.25 мм, <0.1 мм

Промывка отделяет частицы <0.1 мм. После удаления глинистой фракции крупные частицы анализируются сухим ситовым методом, а мелкие — ареометрическим или пипеточным.
Распределение частиц определяется по массе остатка на каждом сите. Процентное содержание фракции вычисляется как отношение ее массы к общей массе пробы. Кумулятивные значения показывают интегральное содержание частиц мельче заданного диаметра.

Методика

Пробу промывают водой через сито 0.1 мм до прозрачной воды.
Остаток на сите (>0.1 мм) высушивают и рассеивают через сита: 200, 10, 5, 2, 1, 0.5, 0.25 мм.
При необходимости фракцию <0.1 мм анализируют ареометрическим методом.
Суммарное содержание фракций вычисляют с учетом массы промытых и непромытых компонентов.

Ареометрический метод (PS_ARE)

3.1 Краткое описание
Применяется для анализа содержания частиц < 0.05 мм в глинистых грунтах. Основан на измерении плотности суспензии ареометром в процессе седиментации глинистых частиц.

3.2 Вычисляемые параметры:

Содержание фракций (%):

0.10–0.05 мм, 0.05–0.01 мм, 0.01–0.002 мм, <0.002 мм

Кумулятивные проценты (%):

<0.05 мм, <0.01 мм, <0.002 мм

Методика

Подготовка суспензии:
30 г грунта (фракция <1 мм) смешивают с 200 мл воды и 25 мл аммиака, кипятят 1 час для диспергирования.
Переливают суспензию в цилиндр, доводят объем до 1 л.
Измеряют плотность ареометром через заданные интервалы времени (1, 5, 30 мин и т.д.).
Рассчитывают фракционный состав по формуле:

X = ((ρs /( R'п-1000))/(100-K)) / ((ρ_s - ρ_w ) /* M0) (формула 4 ГОСТ 12536-2014)

где:

X – Процент фракции менее выбранного диаметра (кумулятивный процент)

R'п - показания ареометра для выбранного диаметра с учетом поправок

M0 - масса сухой пробы (г),

K - содержание фракции более 0,1 мм в %,

1000 - поправка на способ взятия отсчета по ареометру.

ρ_w - плотность воды, принимается равной 1.

ρ_s - плотность частиц грунта.

Поправки включают:

Поправку на 0 - П₀
Поправку на мениск - П_м
Поправку на диспергатор - П_д
Поправку на температуру испытания - П_t°

Результаты и их обработка (RESULTS)

По результатам испытаний на Гранулометрический состав строится гранулометрическая кривая, по которой находятся параметры гранулометрического состава грунта (характеризующие диаметры). Из них затем вычисляется коэффициент неоднородности, по которому делается вывод о степени однородности грунта.

График строится в ** следующих осях**:
X : Диаметры частиц от 0.001 мм до 10 мм
Y : Кумулятивный процент от 0 до 100%
Исходные данные: Значения кумулятивного процента фракций, полученные в ходе испытаний.

Ключевые параметры, определяемые по кривой:

Параметр	Обозначение	Значение	Применение
d₆₀	Ø частиц, менее которого 60% массы грунта	Определяется по Y=60% на кривой	Расчет коэффициента неоднородности
d₁₀	Ø частиц, менее которого 10% массы грунта	Определяется по Y=10% на кривой	Расчет коэффициента неоднородности
d₃	Ø частиц, менее которого 3% массы грунта	Определяется по Y=3% на кривой	Оценка суффозионного выноса
d₅	Ø частиц, менее которого 5% массы грунта	Определяется по Y=5% на кривой	Оценка суффозионного выноса
d₁₇	Ø частиц, менее которого 17% массы грунта	Определяется по Y=17% на кривой	Оценка суффозионного выноса

Расчет коэффициента неоднородности

Формула:
C_u = d₆₀ / d₁₀
где:
- d₆₀ - диаметр частиц, менее которого 60% массы грунта
- d₁₀ - диаметр частиц, менее которого 10% массы грунта
Интерпретация:

C_u < 3: Однородный грунт
C_u > 3: Неоднородный грунт