Две глины, похожие друг на друга на объекте, могут совершенно по-разному вести себя при намокании. Простейшая лабораторная мера этого различия — пределы Аттерберга (предел текучести и предел раскатывания) и вычисляемое по ним число пластичности. Они служат для классификации глинистых грунтов, указывают на склонность к набуханию и позволяют проверить материал насыпи на соответствие спецификации. Ниже мы объясняем, как определяем их в нашей грунтовой лаборатории и как читать результаты. Докторская диссертация нашего технического руководителя была посвящена статистическому моделированию пластичности глинистых грунтов Кипра.

Что означают wL, wP и IP

При высыхании глинистый грунт переходит из текучего состояния в пластичное, в котором ему можно придать форму без трещин, а затем становится полутвёрдым и твёрдым. Пределы Аттерберга — это значения влажности на этих границах.

Показатель	Определение	Что он показывает
Предел текучести (wL)	Влажность на переходе из пластичного состояния в текучее	Сколько воды удерживает мелкая фракция, прежде чем начнёт течь
Предел раскатывания (wP)	Влажность, ниже которой раскатываемый жгут крошится	Нижняя граница пластичного поведения
Число пластичности, IP = wL − wP	Интервал влажности, в котором грунт пластичен	Основной классификационный показатель
Показатель консистенции, IC = (wL − w)/IP	Положение природной влажности w между пределами	IC ≥ 1: w на уровне wP или ниже, грунт плотный; IC около 0: w близка к wL, грунт очень мягкий
Показатель текучести, IL = (w − wP)/IP	То же положение, отсчитанное от wP	IL = 1 − IC

TS EN ISO 14688-2:2018 определяет оба показателя именно так. Они зависят от природной влажности, поэтому проба должна поступить к нам герметично упакованной и не подсохшей; как её упаковать, рассказано в руководстве Испытания по Проктору, CBR и влажность.

Как мы определяем пределы

Мы работаем по TS EN ISO 17892-12:2018+A2:2022 и испытываем фракцию мельче примерно 0.4 mm (ASTM D4318-26 для этого использует сито 425 µm):

Предел текучести: стандарт допускает метод падающего конуса, при котором стандартный конус погружается в грунтовую пасту на заданную глубину, и метод Касагранде, при котором бороздка в грунте в латунной чашке смыкается после 25 ударов. Мы используем прибор Касагранде и определяем wL по нескольким точкам при разной влажности.
Предел раскатывания: грунт раскатывают вручную на стеклянной пластине в жгут, пока он не начнёт крошиться при диаметре около 3 mm; определение повторяют и берут среднее.
Протокол: wL, wP, IP, метод, способ подготовки пробы и доля частиц мельче 0.4 mm.

Два метода не дают одинаковых результатов, и сам стандарт признаёт, что испытание зависит от суждения оператора и что определённый разброс неизбежен.

Подготовка пробы: почему важно высушивание

По возможности мы начинаем с грунта природной влажности и замачиваем его до однородного состояния. Предварительное высушивание быстрее, но у некоторых грунтов может изменить пределы: ASTM D4318-26 принимает мокрую подготовку по умолчанию, а ASTM предупреждает, что сушка в сушильном шкафу резко снижает предел текучести органических грунтов. Особого внимания на Кипре требуют два материала:

Мергели с высоким содержанием карбонатов: комки разрушают замачиванием и осторожным растиранием; сильный размол может раздробить слабые карбонатные зёрна в искусственные мелкие частицы.
Выветрелый или смешанный материал: мергель, глинистые прослои и сцементированные обломки в одном мешке дают пределы, не относящиеся ни к одному слою. Каждый слой отбирайте и упаковывайте отдельно.

Диаграмма пластичности и классификация

Глинистый грунт называют, нанося IP в зависимости от wL на диаграмму. Линия A, IP = 0.73 (wL − 20), отделяет глины, лежащие выше неё, от пылеватых грунтов ниже неё. TS EN ISO 14688-2:2018 классифицирует мелкозернистые грунты по пластичности, а в спецификациях часто применяется Единая система классификации грунтов (USCS) по ASTM D2487-17(2025), которая делит диаграмму по wL = 50:

Обозначение	Положение на диаграмме	Грунт
CL	wL < 50, IP > 7, на линии A или выше	Глина низкой пластичности
CL-ML	IP от 4 до 7, на линии A или выше	Пылеватая глина
ML	wL < 50, IP < 4 или ниже линии A	Пылеватый грунт (силт)
CH	wL ≥ 50, на линии A или выше	Глина высокой пластичности
MH	wL ≥ 50, ниже линии A	Упругий пылеватый грунт

Сначала оценивают гранулометрический состав: пластичность даёт название мелкой фракции, но её количество решает, мелкозернистый грунт или крупнозернистый. По USCS грунт мелкозернистый, если через 75 µm проходит 50% и более; песок или гравий с мелкой фракцией более 12% получает название по ней, например SC (глинистый песок), а при 5–12% используется двойное обозначение. В ISO граница мелкой фракции — 0.063 mm. Глинистые грунты при рассеве по TS EN ISO 17892-4:2016 мы промываем, потому что при сухом рассеве глина остаётся на крупных зёрнах.

Пластичность и набухание: признаки, а не измерение

Глины, богатые смектитом, сочетают высокие wL и IP с большими изменениями объёма; см. Грунты Кипра: мергель и набухающие глины. Классические работы связывают классификационные показатели с набуханием:

Холтц и Гиббс (Holtz, Gibbs; 1956, Transactions of the ASCE, т. 121) связали набухание с содержанием коллоидных частиц, IP и пределом усадки: IP ниже 18 — низкое, 15–28 — среднее, 25–41 — высокое, выше 35 — очень высокое. Диапазоны перекрываются; одно лишь IP не определяет класс.
Сид, Вудворд и Лундгрен (Seed, Woodward, Lundgren; 1962, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, т. 88) связали набухание глин, уплотнённых при оптимуме стандартного Проктора, под пригрузкой 1 psi (6.9 kPa) с содержанием глинистых частиц и активностью.
Линейная усадка по BS 1377-2:2022 показывает, насколько укорачивается при высыхании брусок грунта, приготовленный при влажности около предела текучести; для глин мы часто добавляем это испытание.
Поскольку пределы описывают только фракцию мельче 0.4 mm, британские нормы жилищного строительства (NHBC Standards, глава 4.2) умножают IP на долю частиц мельче 425 µm и получают «модифицированное число пластичности».

Эти подходы получены для определённых грунтов и условий испытаний; ни один не универсален и ни один не измеряет величину или давление набухания. Для уплотнённых насыпей набухание, регистрируемое при испытании CBR с водонасыщением (TS EN 13286-47:2021), является прямым измерением; нужны ли испытания на набухание для природной глины под фундаментами, решает инженер-геотехник.

Глины Кипра неоднородны: диапазоны вместо одного значения

Глинистые и мергелистые толщи на Кипре меняются на коротких расстояниях по содержанию глины и карбонатов и по выветрелости, поэтому один предел текучести характеризует пробу, а не слой. Мы рекомендуем несколько испытаний на слой из разных точек и с разных глубин и представляем:

каждый результат с глубиной и описанием,
для каждого слоя: число испытаний, минимум, максимум, среднее и, если испытаний достаточно, стандартное отклонение,
все результаты на одной диаграмме пластичности, чтобы были видны разные слои и выбросы; выбросы проверяются и, если остался материал, испытываются повторно.

Важны два статистических момента. IP — разность двух измерений, поэтому его относительная неопределённость больше, чем у wL. А опубликованные корреляции, в том числе региональные, справедливы только для тех грунтов и диапазона данных, по которым получены. Выбор характеристического или расчётного значения — инженерное суждение геотехника проекта; наш протокол даёт ему полный набор данных.

Результат NP, метиленовый синий и требования спецификации

Если предел раскатывания определить невозможно или он равен пределу текучести либо больше него, грунт, как и в ASTM D4318-26, указывают как непластичный (NP). NP — полноценный результат, частый для песчаной мелкой фракции и отсевов дробления.

Непластичная мелкая фракция всё же может дать высокое значение метиленового синего (TS EN 933-9:2022; см. Испытания заполнителей на Кипре: рассев и LA). Пределы показывают, как мелкая фракция в целом ведёт себя с водой, а метиленовый синий на фракции 0/2 mm реагирует на глинистые минералы даже в небольшом количестве. Поэтому высокое MB при NP указывает на некоторое количество глины, например в виде плёнок на зёрнах или заполнителя трещин, и стоит испытать свежую пробу из другой части источника.

Ограничения по wL или IP для материала насыпей и слоёв основания устанавливает спецификация проекта, а не стандарт испытания. Сообщите нам, какая спецификация действует, и мы сопоставим с ней результаты.

Чем мы можем помочь

Пределы Аттерберга, линейную усадку, влажность, гранулометрический состав и классификацию мы определяем в нашей грунтовой лаборатории — на пробах, которые Вы привозите, или на пробах, отобранных нами при инженерно-геологических изысканиях и геотехническом бурении. Для гранулометрического состава и пределов Аттерберга обычно достаточно 3–5 kg мелкозернистого грунта или 10–15 kg гравелистого. Направьте нам спецификацию через страницу контактов, и мы согласуем программу.

Часто задаваемые вопросы

Высокое число пластичности — плохой результат?

Само по себе нет; всё зависит от назначения. Под лёгкими зданиями и плитами по грунту, в насыпях и слоях основания высокая пластичность обычно требует внимания. О приемке решают спецификация и инженер проекта.

Почему две лаборатории дали разный предел текучести?

Сначала сравните в обоих протоколах метод (падающий конус или Касагранде) и подготовку (природная влажность или высушивание). Свою роль играют и различия проб, и суждение оператора.

Можно ли по числу пластичности узнать, насколько набухнет грунт?

Нет. IP, линейная усадка и содержание мелкой фракции указывают на склонность к набуханию. Фактическое набухание зависит также от влажности при строительстве, нагрузки и водного режима участка и должно измеряться, если это нужно инженеру.