ГОСТ 24143-80 (1987)

ГОСТ24143-80

УДК624.131.37:006.354 Группа Ж39

ГОСУДАРСТВЕННЫЙСТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ГРУНТЫ

Методылабораторного определения характеристик

набуханияи усадки

Soils.Laboratory methods for determination

ofswelling and shrinking characteristics

Датавведения 1981-01-01

УТВЕРЖДЕН ИВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР поделам строительства от 22 апреля 1980 г. № 55

Переиздание.Сентябрь 1987 г.

Настоящийстандарт распространяется на глинистые грунты природного инарушенного сложения и устанавливает методы лабораторного определенияих набухания и усадки.

Стандарт нераспространяется на глинистые грунты, содержащие крупнообломочныевключения размерами зерен более 5 мм, и на глинистые грунты в мерзломсостоянии.

1.Общие положения

1.1.Характеристики набухания и усадки грунта следует определять поотносительной деформации: набухание - в условиях, исключающихвозможность бокового расширения при насыщении грунта водой илихимическим раствором; усадку - в условиях свободной трехоснойдеформации при высыхании грунта. Испытание для определенияхарактеристик набухания следует производить до прекращения поглощенияобразцом грунта воды (или раствора), а усадки - до полной потери имвлажности.

1.2. Запоказатели, характеризующие набухание грунта, принимаются свободноенабухание (),набухание под нагрузкой (),давление набухания (),влажность грунта после набухания ();за показатели, характеризующие усадку грунта, принимаются величиныусадки по высоте (),диаметру (),объему ()и влажность на пределе усадки ().

1.3. Образцыгрунта природного сложения для испытаний свободного набухания,набухания под нагрузкой, давления набухания и усадки следует вырезатьиз одного монолита грунта; образцы грунта нарушенного сложенияследует приготовлять с заданными величинами плотности и влажности.

Свободноенабухание определяется испытанием одиночного образца грунта.

Набухание поднагрузкой и давление набухания определяется испытанием серииобразцов-близнецов, вырезаемых из одного монолита грунта, путемобжатия их давления и последующего водонасыщения.

Величиныступеней давления и их количество должны быть определены заданием ипрограммой исследований.

При отсутствиитаких данных испытания надлежит производить в диапазонеполуторакратных величин условных расчетных давлений на глинистыегрунты, руководствуясь табл.2 и 4 приложения 4 к главе СНиП II-15-74.

1.4. Образцыгрунта при испытании на набухание следует заливать грунтовой водой,взятой с места отбора грунта, водной вытяжкой или водой питьевогокачества. В случаях, определяемых программой исследований,допускается применение дистиллированной воды и искусственноприготовленных растворов заданного химического состава.

При усадкеиспарение воды (или раствора) из образца грунта не должно вызыватьобразование на нем усадочных трещин.

1.5. Монолитыгрунтов для определения показателей набухания и усадки следуетотбирать из открытых горных выработок: шурфов, котлованов, расчистоки пр., а их отбор, транспортирование и хранение надлежит производитьпо ГОСТ 12071-84.

Отбор образцовиз скважин допускается производить при помощи грунтоносов,обеспечивающих сохранение природного сложения и влажности грунта.

1.6. Термины иопределения приведены в справочном приложении 1.

2.Аппаратура

2.1. Приборы дляопределения свободного набухания грунтов (ПНГ) должны включатьследующие основные узлы и детали:

рабочее кольцовнутренним диаметром не менее 50 мм, высотой не менее 20 мм;

вкладыш,обеспечивающий высоту образца в кольце не менее 10 мм;

перфорированныйверхний штамп;

перфорированныйподдон;

ванночки дляжидкости;

основанияприбора и держателя индикатора;

индикаторчасового типа с ценой деления шкалы 0,01 мм для измерениявертикальных деформаций образца грунта.

2.1.1.Конструкция ПНГ должна быть выполнена из материалов, стойких противкоррозии, и обеспечивать:

неподвижностьрабочего кольца при испытании;

подачу воды кобразцу снизу и отвод ее;

величинувертикального давления от штампа, измерительного оборудования,расположенного на нем, и других неуравновешенных деталей не более0,0006 МПа (0,006 кгс/см).

2.2. Показателинабухания грунта под нагрузкой и давления набухания следуетопределять в компрессионных приборах, состоящих из следующих основныхузлов и деталей:

рабочего кольцавнутренним диаметром более 71 мм и высотой более 20 мм с соотношениемвысоты к диаметру 1:3,5;

цилиндрическойобоймы;

перфорированногоштампа;

поддона семкостью для воды и перфорированного вкладыша под кольцо;

двух индикаторовс ценой деления шкалы 0,01 мм для измерения вертикальных деформацийобразца грунта; допускается применение одного индикатора при условииустановки его в центре штампа;

механизмавертикальной нагрузки на образец грунта.

2.2.1.Конструкция компрессионного прибора должна быть выполнена изматериалов, стойких против коррозии, и обеспечивать:

подачу воды кобразцу снизу и отвод ее;

центрированнуюпередачу нагрузки на штамп (образец грунта);

передачу наобразец грунта давления ступенями от 0,0125 МПа (0,125 кгс/см);

постоянстводавления на каждой ступени;

неподвижностьрабочего кольца при испытаниях;

измерениевертикальных деформаций грунта с погрешностью 0,01 мм;

давление наобразец, создаваемое штампом и закрепленным на нем измерительнымоборудованием и другими неуравновешенными деталями, не более 0,0025МПа (0,025 кгс/см).

2.3. Дляопределения усадки грунтов необходимо иметь:

рабочее кольцокомпрессионного прибора внутренним диаметром более 71 мм и высотойболее 20 мм с соотношением высоты к диаметру 1:3,5;

предметноестекло, покрытое тонким и ровным слоем парафина;

емкость скрышкой (стеклянный колпак или эксикатор) объемом не более 1 л длясушки образцов;

шпатель;

штангенциркуль спогрешностью измерения 0,05 мм и приспособление для измерений,показанное в рекомендуемом приложении 2;

микрометр.

3.Подготовка к испытаниям

3.1. Приборы дляпроведения испытаний должны устанавливаться на жестком основании,исключающем вибрацию. Горизонтальность установки приборов проверяютпо уровню. В помещении во время испытаний должна поддерживатьсяположительная температура.

Не допускаетсяпопадание прямых солнечных лучей на образцы грунта во время испытанийусадки.

3.2. ТарировкуПНГ и компрессионных приборов необходимо производить не реже одногораза в год для учета деформаций фильтров и собственных деформацийприборов ()при определении деформаций грунта.

Для тарировкиПНГ в рабочее кольцо следует заложить два бумажных фильтра,установить индикатор и замочить фильтры. По индикаторузарегистрировать деформацию ().Для данной партии фильтров тарировочную поправку принимают каксреднее арифметическое значение деформаций трех пар фильтров.

3.2.1. Притарировке компрессионного прибора в рабочее кольцо следует заложитьспециальный металлический вкладыш, покрытый с двух сторон бумажнымифильтрами, смоченными водой и нагружать его ступенями давления 0,05МПа (0,5 кгс/см), выдерживать их по 2 мин, до максимального давления на вкладыш 1МПа (10 кгс/см),замеряя по индикаторам деформации прибора.

Тарировкупроизводят при трехкратном нагружении прибора, каждый раз с заменойфильтров на новые.

По результатамтарировки компрессионного прибора следует составить таблицу величиндеформаций ()при различных давлениях.

3.3. Для каждогоприбора следует определять: высоту и диаметр рабочего кольца, толщинупредметного стекла, покрытого тонким слоем парафина (с погрешностью0,05мм), их массу (с погрешностью 0,01г) и удельное давление от штампа, расположенного на немизмерительного оборудования и неуравновешенных деталей, 0,0001МПа (0,001кгс/см).

3.4. Образецгрунта для испытания на набухание или усадку вырезают режущим кольцомв соответствии с требованиями ГОСТ 5180-84, при этом зазоры междугрунтом и стенкой рабочего кольца не допускаются.

Для испытываемыхгрунтов должны быть определены плотность (объемный вес), плотностьминеральной части (удельный вес), влажность, границы текучести ираскатывания по ГОСТ 5180-84 и гранулометрический состав по ГОСТ12536-79. Результаты записывают в журнал испытаний (см. рекомендуемыеприложения 3-5).

3.5. Грунт вкольце следует покрыть с двух сторон фильтрами и поместить:

а) приопределении свободного набухания - в ПНГ;

б) приопределении набухания под нагрузкой и давления набухания - вкомпрессионные приборы.

В журналеиспытаний следует записать начальные показания индикаторов ().

3.6. Прииспытании грунта на усадку образец грунта следует извлечь из кольца ипоместить на предметное стекло, покрытое тонким ровным слоемпарафина. Затем измеряют высоту в центре образца, а его диаметр - потрем, заранее размеченным направлениям. Результаты измеренийзаписывают в журнале испытаний (см. рекомендуемое приложение 5).

3.7.Характеристики набухания глинистого грунта нарушенного сложенияследует определять на образцах с заданной величиной коэффициентапористости (),вычисляемого по формуле

где плотность минеральной части грунта, г/см;

плотностьскелета грунта, г/см,определяемая по формуле

где плотность грунта, г/см;

заданнаявлажность грунта в долях единицы.

3.8. Приопределении характеристик усадки грунта нарушенного сложения следуетприменять образец грунта влажностью на 5-10% больше влажности грунтана границе текучести. Грунт следует выдержать в пустом эксикаторе втечение суток. Затем при помощи шпателя заполняют грунтом рабочеекольцо, внутренняя поверхность которого предварительно смазана тонкимслоем технического вазелина. Образование пустот при подготовкеобразца не допускается.

Приготовленныйобразец на предметном стекле следует поместить под стеклянный колпакили в емкость с крышкой. За начальные размеры образца принимаютсяразмеры кольца по высоте и внутреннему диаметру.

4.Проведение испытаний

4.1. В ПНГследует налить жидкость и наблюдать за развитием деформаций вовремени, записывая показания индикаторов в журнал испытаний (см.рекомендуемое приложение 3).

4.2. Ступенидавления при определении набухания грунта под нагрузкой и давлениянабухания должны быть: на первом компрессионном приборе - около0,0025 МПа (0,025 кгс/см),что соответствует давлению от массы штампа и смонтированного на немизмерительного оборудования; на втором - 0,025 МПа (0,25 кгс/см);на третьем - 0,05 МПа (0,5 кгс/см);на четвертом - 0,1 МПа (1 кгс/см)и далее с интервалом 0,1-0,2 МПа (1-2 кгс/см)на каждый прибор до необходимых пределов.

После нагруженияобразов грунта в компрессионных приборах их следует выдержать доусловной стабилизации деформаций, после чего образцы надлежитзамочить.

4.3. Как присвободном набухании, так и в компрессионных приборах послезамачивания образцов следует регистрировать деформации через 5; 10;30; 60 мин, далее через 2 ч в течение рабочего дня, а затем в началеи конце рабочего дня до достижения условной стабилизации деформаций.

В случаеотсутствия набухания замачивание производят в течение трех суток.

За началонабухания следует считать относительную деформацию (),превышающую 0,001.

4.4. За критерийусловной стабилизации деформаций свободного набухания глинистыхгрунтов или деформаций набухания под нагрузкой при данной ступенидавления в компрессионных приборах следует принимать деформацию неболее 0,01 мм за 16 ч.

4.5. Послезавершения набухания образца грунта необходимо: слить воду (илираствор) из прибора; кольцо с влажным грунтом (без фильтров) взвеситьи произвести контрольное измерение высоты образца грунта в кольце;грунт из кольца высушить в термостате при температуре (1052)С.Все результаты измерений надлежит записать в соответствующий журналиспытаний (см. рекомендуемые приложения 3 и 4).

4.6. Испытаниеусадки грунта следует проводить в три этапа.

На первом ивтором этапе испытания измерение высоты, диаметра и массы образцагрунта, помещенного в эксикаторе, следует производить не реже двухраз в сутки и результаты заносить в журнал испытаний (см.рекомендуемое приложение 5).

Критериемусловного завершения испытания на первом этапе является отсутствиеизменений в линейных размерах образцов в двух последовательныхизмерениях.

На втором этапесушка образца грунта производится на воздухе.

Критериемусловного завершения испытания на втором этапе, после 5-6 измерений,является отсутствие изменений в массе образца грунта.

На третьем этапесушку образца грунта производят в термостате при температуре(1052)Св соответствии с требованиями ГОСТ 5180-84 до постоянной массы и вконце испытания производят контрольное измерение линейных размеровобразца грунта.

5.Обработка результатов испытаний

5.1. Наосновании записей в журналах испытаний грунта в ПНГ иликомпрессионных приборах (см. рекомендуемые приложения 3 и 4) следуетопределить:

а) величинуабсолютной деформации грунта ()в мм, вычисленную как разность среднеарифметических значений конечных()и начальных ()показаний индикаторов за вычетом поправки на деформацию приборов ифильтров при набухании согласно п. 3.2;

б) величинуотносительной деформации образца ()с погрешностью 0,001 по формуле

5.2. Повеличинам относительной деформации следует построить графикзависимости относительных деформаций от вертикального давления (см. обязательное приложение 6). Точки графика, соответствующиеступеням давления, следует соединить лекальной кривой.

Величинадавления набухания ()соответствует точке пересечения кривой с осью давления ()(см. график 1 приложения 6) или точке предполагаемого пересеченияпродолжения кривой графика с осью давления () (см. график 2 приложения 6)

5.3. Порезультатам испытаний усадки на основании записей испытаний грунта(см. рекомендуемое приложение 5) следует:

а) определитьобъем грунта на каждый момент измерения по формуле

где диаметробразца в момент измерения, определенный как среднее арифметическоезначение измерений в трех направлениях, см;

высотаобразца в момент измерения, см;

б) рассчитатьвлажность грунта на каждый момент измерения по формуле

где массаобразца грунта на момент измерения, г;

массаобразца сухого грунта, г;

в) рассчитатьусадку по высоте, диаметру и объему по формулам соответственно:

где ,,и ,,- соответственно начальные и конечные значения высоты, диаметра, см,и объема образца грунта, см.

5.4. Повеличинам объема и влажности на каждый момент времени следуетпостроить график зависимости изменения объема образца от влажности (см. обязательное приложение 7).

За величинувлажности на пределе усадки ()следует принять влажность, соответствующую точке перегиба графика (см. график 1 приложения 6). Допускается нахождение точки перегибапутем восстановления перпендикуляра к графику из точки пересечениякасательных к двум ветвям кривой (см. график 2, приложения 6),соответствующим первому и второму этапам сушки образца.

Приложение1

Справочное

Пояснениятерминов, используемых в стандарте

Приложение2

Рекомендуемое

Приспособлениедля измерения диаметра и высоты

образцовпри усадке

1- основание; 2 - стойка; 3 - стопор горизонтального перемещениядержателя; 4 - стопор вертикального

перемещениядержателя; 5 - держатель штангенциркуля; 6 - крепежный винт; 7 -штангенциркуль

спогрешностью измерения 0,05мм; 8 - нониус; 9 - стопор нониуса; 10 -микрометрический винт;

11- стопор микрометрического механизма; 12 - подкладка;

13- образец грунта; 14 - предметный столик.

Приложение3

Рекомендуемое

Журналиспытаний свободного набухания грунта в ПНГ

Организация____________Объект___________Сооружение_________

(лаборатория) (пункт)

Лабораторный______________Прибор(тип, номер и т.д.)__________

номер образца

Шурф№_______глубина от______до_______м Структура_________

(скважина)

Визуальноеописание грунта в лаборатории______________________

___________________________________________________________

Условияпроведения испытаний________________________________

(условиязамачивания, вид жидкости, химический состав, концентрация ит.д.)____________________________________________

Лабораторныйномер образца____________________

Результатыиспытаний в ПНГ

Исполнитель________________________________________________

(должность,фамилия, имя, отчество, подпись)

Журнал проверил"______"________________198 г.

___________________________________________________________

(должность,фамилия, имя, отчество, подпись)

Приложение4

Рекомендуемое

Журналиспытаний набухания грунта под нагрузкой

вкомпрессионном приборе

Организация____________Объект___________Сооружение_________

(лаборатория) (пункт)

Лабораторный_______________Компрессионный_________________

номер образца прибор (тип, №)

Шурф№________глубина от______до_______м Структура________

(скважина)

Визуальноеописание грунта в лаборатории______________________

___________________________________________________________

Условияпроведения испытаний________________________________

(условиязамачивания, вид жидкости, химический состав, концентрация ит.д.)____________________________________________

Лабораторныйномер образца_______________________

Результатыиспытаний

Обработкарезультатов испытаний

Исполнитель_________________________________________________

(должность,фамилия, имя, отчество, подпись)

Журналпроверил "_____"_______________198 г.

_____________________________________________________________

(должность,фамилия, имя, отчество, подпись)

Приложение5

Рекомендуемое

Журналиспытаний грунта при усадке

Организация_____________Объект___________Сооружение_______

(лаборатория) (пункт)

Лабораторный_______________Номерстекла____________________

номер образца

Шурф№________глубина от_____до______м Структура__________

(скважина)

Визуальноеописание грунта в лаборатории______________________

___________________________________________________________