Грунты, как и другие дорожно-строительные материалы, характеризуются
рядом физических свойств: влажностью, пластичностью, водопроницаемостью,
объемной и удельной массой, объемной массой скелета, пористостью,
разрыхляемостью, углом естественного откоса, липкостью.
Влажность W наряду с зерновым составом является основным фактором,
влияющим на прочность и устойчивость грунтов. Вода в грунте может быть в
газообразном состоянии в виде пара, жидком и твердом.
Водяной пар имеется в грунте всегда. При охлаждении он может
конденсироваться на грунтовых частицах в виде капелек, что приводит к
увлажнению грунтов. Упругость пара зависит от его температуры. При
температуре —20 °С упругость пара составляет 0,1 кН/м2, при 0 °С—0,6; 20
°С—2,3 и 50 °С—12,3 кН/м2.
В связи с тем, что температура в грунтах изменяется, происходит
перемещение пара летом из верхних слоев в нижние, осенью и зимой,
наоборот, из нижних в верхние. Перемещение паров из нижних слоев в
верхние является одной из причин образования на дорогах пучин, так как
водяной пар конденсируется и при замерзании происходит увеличение объема
воды.
Жидкая вода в грунте может быть связанной или свободной. Связанная вода
покрывает грунтовые частицы тонким слоем в виде пленки и удерживается на
поверхности частиц силами молекулярного притяжения. Удаляется связанная
пленочная вода лишь при температуре 105 °С. К связанной воде также
относится капиллярная вода, которая заполняет тонкие (волосяные) поры
грунта размером меньше 0,1 мм. Источником капиллярной воды являются
грунтовые воды, которые в глини-стых грунтах могут подниматься под
действием капиллярных сил на высоту до 2 м.
Свободная (гравитационная) вода проникает в грунт из атмосферы,
заполняет свободные от других видов воды крупные поры и перемещается в
грунте под действием силы тяжести. Свободная вода является основным
источником увлажнения и переувлажнения грунтов.
Вода в твердом состоянии (лед) образуется при температуре ниже нуля. При
замерзании вода расширяется,
ее объем увеличивается на 8 %, что является
причиной образования пучин.
В зависимости от степени увлажнения грунт может находиться в четырех
состояниях: твердом, тугопластичном, мягкопластичном и текучем (рис.
3.2). В твердом состоянии грунт способен нести значительные нагрузки,
туго- и мягкопластичное состояние характеризуется тем, что под действием
внешних нагрузок грунт деформируется без разрыва и сохраняет свою форму
после снятия нагрузок, в текучем состоянии грунт даже без нагрузок
теряет приданную ему форму. При такой степени увлажнения на грунтовых
дорогах наступает распутица.
Рис. 3.2. Изменение консистенции и плотности
суглинистого грунта в зависимости от влажности:
I — твердая и полутвердая; II — тугопластичная; III — мягкопластичная;
IV — текучая
В природных условиях в лесу, особенно во II
дорожно-климатической зоне (зоне тайги), грунты редко бывают твердыми.
Большей частью они находятся в тугопластичном и мягкопластичном
состоянии, а в отдельные периоды года, например весной,— и в текучем
состоянии. Задача проектировщиков и строителей — возвести земляное
полотно дороги так, чтобы грунты в нем в течение всего года находились в
тугопластичном состоянии, которое обеспечивает грунтам высокую
плотность, а следовательно, высокую прочность.
Из рис. 3.2 видно, что максимальная плотность грунта
1,7 г/см3 (1700 кг/м3) достигается при определенной влажности, которая
носит название оптимальной. Эта влажность на графике равна 18 %. Знание
значения оптимальной влажности особенно важно при уплотнении грунтов во
время строительства. По данным проф. Б. И. Кувалдина, ориентировочные
значения оптимальной влажности и соответствующей ей максимальной
плотности грунтов следующие.
Влажность грунта, при которой грунт переходит из
твердого в пластичное состояние, называют границей раскатывания Wр,
Рис. 3.3. Влагомер-плотномер Ковалева:
1 — сосуд; 2 — поплавок; 3— трубка поплавка со шкалами П и Г; 4 — нижняя
часть поплавка; 5 — насадка-воронка; 6 — нож,; 7 — ведро-футляр; 8—замок
для соединения
поплавка с сосудом; 9 — грунтонос
Влажность грунта может быть определена различными
способами. В полевых условиях для определения влажности применяют
влагомер-плотномер Ковалева (рис. 3.3). В лаборатории влажность может
быть определена способом высушивания пробы до постоянной массы (ГОСТ
5180—84) или пикнометрическим способом.
Для исследования сезонного колебания влажности грунта земляного полотна
могут быть использованы нейтронные измерители, почвенные влагомеры и
другие современные приборы.
