Гранулометрический (механический) состав грунтов и почв

Твердая фаза почвы состоит из частиц различных размеров, которые называются механическими элементами или гранулами. Относительное содержание в почве или грунте механических элементов называется механическим или гранулометрическим составом, а количественное определение их гранулометрическим или механическим анализом.

В соответствии с ГОСТ 27593-88 «Почвы. Термины и определения», гранулометрический состав – это содержание в почве механических элементов, объединенных по фракции.

Проведение гранулометрического анализа очень важно при определении механических свойств грунтов, таких как порозность, влагоемкость, водопроницаемость, плотность, пластичность, липкость, набухание и другие. Эти свойства напрямую влияют на плодородие почв или знание которых необходимо при проведении строительных работ.

Фракции механических элементов и их классификация

Механические элементы в зависимости от размера подразделяют на фракции:

• Больше 3 мм – камни
• 3–1 мм – гравий
• 1–0,05 мм – песок (крупный, средний, мелкий)
• 0,05–0,001 мм – пыль (крупная, средняя, мелкая)
• 0,001–0,0001 мм – ил (грубый, тонкий)
• Меньше 0,0001 мм – коллоиды.

Сумму всех механических элементов почвы размером меньше 0,01 мм называют физической глиной, а больше 0,01 мм – физическим песком. Кроме того, выделяют мелкозем, в который входят частицы меньше 1 мм, и почвенный скелет – частицы больше 1 мм.

Соотношение физической глины и физического песка лежит в основе классификации почв по механическому составу. Все почвы и грунты по механическому составу объединяют в несколько групп с характерными для них физическими и химическими свойствами: песок, супесь, суглинок, глина. Каждая группа подразделяется на подгруппы в зависимости от крупности механических элементов и преобладающих фракций.

Лабораторные исследования механических свойств грунтов

Точное определение механических свойств грунтов невозможно без профессионального гранулометрического анализа. Такие свойства, как пластичность, липкость и уплотняемость, напрямую зависят от соотношения глинистых и песчаных частиц. Физико-химическая лаборатория или лаборатория физико-химического анализа может предоставить детальные данные для строительных и сельскохозяйственных задач.

Методы гранулометрического анализа

Гранулометрический состав можно определить приближенно в полевых условиях по внешним признакам и на ощупь «сухим» или «мокрым» методом. Этими методами могут воспользоваться садоводы-огородники при определении доз внесения удобрений, количества песка, торфа, опилок для улучшения структуры почвы и создания более благоприятных условий для роста сельскохозяйственных культур.

«Сухой» метод

Сухой комочек или щепотку почвы/грунта кладут на ладонь и тщательно растирают пальцами. Механический состав определяется по ощущению при растирании.

• Глинистые почвы: в сухом состоянии с большим трудом растираются между пальцами, но в растертом состоянии ощущается однородный тонкий порошок.
• Суглинистые почвы: при растирании в сухом состоянии дают тонкий порошок, в котором прощупывается некоторое количество песчаных частиц.
• Песчаные почвы: состоят только из песчаных зерен с небольшой примесью пылеватых и глинистых частиц.

Пылеватые почвы и породы при растирании дают ощущение мягкости или «бархатистости»; песчанистые — жесткости, шероховатости; пылевато-песчанистые — мягкости, но и явного присутствия песчинок.

«Мокрый» метод

Образец растертой почвы или грунта увлажняют до тестообразного состояния, при котором почвы обладают наибольшей пластичностью. Затем пробуют на ладони скатать шарик и из него шнур толщиной около 3 мм. Получившийся шнур пробуют свернуть в кольцо диаметром 2–3 см. В зависимости от механического состава почвы/грунта показатели «мокрого» анализа будут различны:

• Рыхлые пески: шарик не образуется.
• Связные пески: шарик легко крошится.
• Супеси: шарик имеет шероховатую поверхность, дают зачатки шнура.
• Суглинки: шарик имеет гладкую поверхность.
• Глинистые: шарик имеет гладкую, блестящую поверхность.

Пески не образуют шнура; супеси дают зачатки шнура; у легких суглинков шнур образуется, но распадается на дольки; средние суглинки дают сплошной шнур, но при свертывании в кольцо он разламывается на дольки; тяжелый суглинок — шнур образуется сплошной, но при свертывании в кольцо трескается; глины дают сплошной шнур, который свертывается в кольцо, не трескаясь.

Подробная информация об услуге в разделе Анализ почвы

Лабораторные методы гранулометрического анализа

Для точного установления гранулометрического состава применяют лабораторные методы, позволяющие находить количество всех групп механических элементов, слагающих почву или грунт.

Ситовой метод (метод просеивания на ситах)

При исследованиях гранулометрического состава почв/грунтов песчаного и крупнообломочного состава, реже в супесчаных, применяется ситовой метод. Пробы грунта просеивают через набор сит с отверстиями разного диаметра: 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1. Каждую фракцию грунта, задержавшуюся на ситах, взвешивают и рассчитывают процентное содержание по отношению к общей массе грунта. При проведении гранулометрического анализа песков с размером частиц от 10 до 0,5 мм просеивание проводится без промывки, а от 10 до 0,1 мм – с промывкой водой.

Ареометрический и пипеточный методы

Для исследования гранулометрического состава глинистых и суглинистых грунтов для частиц менее 0,1 мм применяют ареометрический и пипеточный методы гранулометрического анализа. Эти методы основаны на зависимости, существующей между скоростями падения частиц и их размером. Если взмутить суспензию почвы/грунта и оставить ее в спокойном состоянии, то постепенно взмученные частицы осядут. Быстрее будут осаждаться более крупные по размеру и более тяжелые механические элементы, то есть плотность и механический состав суспензии будут изменяться с течением времени.

• Ареометрический метод: производят измерения плотности отстаиваемой в цилиндре суспензии ареометром через определенные промежутки времени. Плотность, измеренная ареометром, зависит от содержания в суспензии взвешенных твердых частиц. Получив значения убывающей плотности через определенные промежутки времени, с помощью расчетных формул или по номограммам определяют процентное содержание частиц определенного размера.

• Пипеточный метод: предполагает отбор проб суспензии из цилиндра с определенных глубин через разные промежутки времени. Для производства анализа взмучивают грунтовую суспензию и оставляют ее в покое на определенное время, после чего специальной пипеткой с нужной глубины отбирают пробу суспензии. Такая проба содержит только те частицы, которые не успели осесть за указанное время отстаивания. При следующих пробах, взятых пипеткой через большие промежутки времени от начала отстаивания суспензии, получают более мелкие частицы. Определяя массу высушенных проб и зная размер отобранных частиц (вычисляемый по длительности отстаивания суспензии и глубине взятия проб), вычисляют процентное содержание этих частиц в образце почвы/грунта.

Измерение влажности грунта и ее значение

Классификация почв по механическому составу (по Н.А. Качинскому)

Наша испытательная лаборатория аккредитована Федеральной службой по аккредитации на выполнение исследований гранулометрического состава по ГОСТ 12536-2014 «Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава».

Важность лабораторного анализа для различных отраслей

Точный гранулометрический анализ, проводимый в аккредитованных лабораториях физико-химических исследований и физико-химических лабораториях, имеет решающее значение для различных отраслей. Он необходим при проектировании дорог, мостов, зданий, а также при оценке плодородия почв и планировании мелиоративных работ. Такая информация помогает избежать ошибок, связанных с неправильной оценкой влажности уплотняемого грунта и его механических свойств.