MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

1

1

CECHY FIZYCZNE

CECHY FIZYCZNE

GRUNTU

GRUNTU

W zależności od układu ziaren i cząstek w szkielecie

gruntowym wyróżniamy następujące struktury gruntu:

•

ziarnistą

– żwiry i piaski

•

komórkową

– grunty ilaste odłożone w wodzie bez

uprzedniego skoagulowania się cząstek

•

kłaczkową

– cząstki ilaste opadają w wodzie z

rozpuszczonymi solami

•

mieszaną

STRUKTURA GRUNTU

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

2

2

struktura ziarnista

struktura ziarnista

•

charakterystyczna dla żwirów i piasków

•

ziarna wykazują niewielkie wzajemne przyciąganie

•

ilość porów – (20-50)% całkowitej objętości próbki

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

3

3

struktura kom

struktura kom

ó

ó

rkowa

rkowa

•

charakterystyczna dla gruntów ilastych

- odłożonych w wodzie bez uprzedniego skoagulowania się cząstek

- cząstki stykając się z wcześniej osadzonymi są przez nie

przyciągane z siłą większą od ciężaru opadających cząstek

•

porowatość > 50% całkowitej objętości próbki

a

b

a) tworzenie się struktury b) utworzona struktura

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

4

4

struktura k

struktura k

ł

ł

aczkowa

aczkowa

•

charakterystyczna dla gruntów ilastych

- opadających w wodzie z rozpuszczonymi solami
- opadające cząstki łączą się ze sobą w trakcie opadania

•

porowatość ~ 70% całkowitej objętości próbki

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

5

5

GRUNT

GRUNT

–

–

O

O

Ś

Ś

RODEK TR

RODEK TR

Ó

Ó

JFAZOWY

JFAZOWY

•

faza stała

– szkielet gruntowy

•

faza ciekła

– woda występująca w gruncie

•

faza gazowa

– powietrze, para wodna i gazy

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

6

6

s

w

p

V

V

V

V

+

+

=

s

w

M

M

M

+

=

α

1

=

objętość gazów w porach

całkowita objętość próbki gruntu

α

2

=

objętość wody w porach

całkowita objętość próbki gruntu

α

3

=

objętość cząstek mineralnych szkieletu

całkowita objętość próbki gruntu

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

7

7

ZAWARTO

ZAWARTO

ŚĆ

ŚĆ

FAZ w GRUNCIE

FAZ w GRUNCIE

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Faza ciekła [%]

F

a

z

a

s

ta

ła

[

%

]

F

a

za

g

a

zo

w

a

[%

]

A

B

C D

E

F

G

grunty naturalne

muły,

ś

wie

ż

e osady pyłu lub iłu w wodzie

A

B

C

D

E

F

G

zawiesiny gruntowe

woda

pył unoszony wiatrem

spieniona zawiesina gruntowa

deszcz z pyłem

α

1

α

2

α

3

α

3

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

8

8

CECHY FIZYCZNE GRUNT

CECHY FIZYCZNE GRUNT

Ó

Ó

W

W

• gęstość

• porowatość

• wilgotność

•

plastyczność

gruntów

spoistych

(plastycznych)

•

zagęszczenie

gruntów

niespoistych

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

9

9

G

G

Ę

Ę

STO

STO

ŚĆ

ŚĆ

GRUNTU

GRUNTU

•

Gęstość objętościowa gruntu

jest to stosunek masy

całkowitej próbki m do jej całkowitej objętości V

V

m

ρ

=

•

Gęstość właściwa szkieletu gruntowego

jest to stosunek

masy szkieletu gruntowego m

s

do jego objętości V

s

(uwzględniamy

fazę stałą gruntu czyli szkielet gruntowy)

s

s

s

V

m

ρ

=

•

Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego

jest to

stosunek masy szkieletu gruntowego m

s

do całkowitej

objętości gruntu V

(masa fazy stałej do sumy objętości wszystkich faz)

V

m

ρ

s

d

=

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

10

10

•

Gęstość wody w porach gruntu

jest to stosunek masy

wody w porach m

w

do jej objętości V

w

w

w

w

V

m

ρ

=

•

Gęstość objętościowa gruntu przy całkowitym

nasyceniu próbki wodą

jest to stosunek całkowitej masy

gruntu do jego objętości przy pełnym jego nasyceniu wodą

(nie występuje tu faza gazowa)

V

ρ

V

ρ

V

ρ

w

p

s

s

sat

+

=

gdzie: V

p

– objętość porów w gruncie

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

11

11

POROWATO

POROWATO

ŚĆ

ŚĆ

GRUNTU

GRUNTU

• Porowatość

jest to stosunek objętości porów Vp w

gruncie do jego objętości całkowitej V

1

+

=

=

e

e

V

V

n

p

•

Wskaźnik porowatości

jest to stosunek objętości

porów V

p

do objętości szkieletu V

s

-n

n

V

V

e

s

p

1

=

=

s

d

s

n

ρ

ρ

ρ

−

=

d

d

s

e

ρ

ρ

ρ

−

=

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

12

12

wskaźnik porowatości przy maksymalnym zagęszczeniu:

wskaźnik porowatości przy najluźniejszym ułożeniu ziaren:

max

max

d

d

s

ρ

ρ

ρ

−

min

min

d

d

s

ρ

ρ

ρ

−

e

min

=

e

max

=

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

13

13

WODA W GRUNCIE

WODA W GRUNCIE

woda

błonkowa

Woda wyst

ę

puj

ą

ca w gruncie

woda wolna

woda

kapilarna

zaskórna

wła

ś

ciwa

bierna

czynna

n

a

p

o

ro

w

a

s

w

o

b

o

d

n

a

a

rt

e

z

y

js

k

a

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

14

14

• Woda błonkowa

to cienka warstwa wody przywarta do

powierzchni cząsteczek gruntu. Woda ta nie ulega sile
przyciągania ziemskiego

• Woda wolna zaskórna

to woda zalegająca na

niewielkim obszarze pod gruntami nieprzepuszczalnymi i
na niewielkiej głębokości od powierzchni terenu

• Woda wolna właściwa

to woda zalegająca na znacznym

obszarze, stanowiąca ciągły poziom wodonośny

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

15

15

• Woda swobodna

to woda nie wywierająca nacisku na

warstwy gruntu leżące powyżej jej zwierciadła

• Woda naporowa

to woda wywierająca nacisk na warstwy

gruntu mało-przepuszczalnego, leżące powyżej jej
zwierciadła

• Woda artezyjska

to woda naporowa, której ustalone

zwierciadło znajduje się ponad poziomem powierzchni
terenu

• Woda kapilarna

to woda utrzymywana siłami napięcia

powierzchniowego w porach gruntu ponad zwierciadłem
wody gruntowej

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

16

16

WODOPRZEPUSZCZALNO

WODOPRZEPUSZCZALNO

ŚĆ

ŚĆ

GRUNTU

GRUNTU

Wodoprzepuszczalność – filtracja

jest to zdolność gruntu do przepuszczania wody siecią kanalików

utworzonych z porów w nim występujących

• ruch wody powodowany jest

ciśnieniem =

∆

H·

γ

w

• prędkość przepływu wody

zależy od spadku hydraulicznego

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

17

17

MECHANICZNE DZIA

MECHANICZNE DZIA

Ł

Ł

ANIE WODY

ANIE WODY

na SZKIELET GRUNTOWY

na SZKIELET GRUNTOWY

• Wypór wody w gruncie

na szkielet gruntowy znajdujący się poniżej zwierciadła wody

działa wypór wody zgodnie z prawem Archimedesa

Pozorny ciężar objętościowy szkieletu gruntowego

pod wodą gruntową

γγγγ

’

γγγγ

’ =

γγγγ

sat

–

γγγγ

w

, [kN/m

3

]

gdzie:

γγγγ

sat

- ciężar objętościowy gruntu przy S

r

= 1,0

γγγγ

w

- ciężar właściwy wody

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

18

18

• Ciśnienie spływowe

Przepływająca przez grunt woda wywiera na szkielet gruntowy

ciśnienie, które przezwycięża siłę tarcia wody o ziarna i cząstki

gruntu

Ciśnienie to nosi nazwę ciśnienia spływowego –

j

j = iiii·

γγγγ

w

[kN/m

3

]

gdzie:

i =

∆

H/l -

spadek hydrauliczny

∆

H

-

różnica wysokości poziomów piezometrycznych wody

l

-

długość drogi przepływu

γ

w

-

ciężar właściwy wody w kN/m

3

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

19

19

Pozorny ciężar objętościowy szkieletu gruntowego,

na który działa ciśnienie spływowe

γγγγ

’’ =

γγγγ

’ ± j

νννν

[kN/m

3

]

gdzie:

γγγγ

’

- ciężar objętościowy szkieletu gruntu pod wodą

j

νννν

- pionowa składowa ciśnienia spływowego

znaki:

„+” - gdy ciśnienie spływowe jest skierowane w dół
„-” - gdy ciśnienie spływowe jest skierowane do góry

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

20

20

Krytyczny spadek hydrauliczny -

KURZAWKA

• W przypadku

gruntów uwarstwionych o znacznej różnicy

współczynników filtracji k

pionowe ciśnienie spływowe prawie

w całości przekazuje się na mniej przepuszczalny grunt

• W przypadku

przepływu wody

przez grunt w kierunku

z dołu ku

górze

γγγγ

’’ może osiągnąć wartość równą (

γγγγ

’’ = 0

) ; wtedy

γγγγ

’

= j

νννν

• Wartość tę nazywa się ciśnieniem spływowym krytycznym, a

odpowiadająca mu wartość spadku hydraulicznego to:

Krytyczny spadek hydrauliczny

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

21

21

Wpływ ciśnienia spływowego na grunt

• Ciśnienie spływowe działa destrukcyjnie na grunt

. Przy krytycznym

spadku hydraulicznym występuje upłynnienie niespoistych gruntów
drobnoziarnistych (

piasków drobnych i pylastych

) i gruntów mało spoistych.

Przy upłynnieniu

opór na ścinanie gruntu = zeru

, ponieważ nie

występują naprężeń efektywne, gdyż

γγγγ

’’ = 0

• Oznacz to, że cząstki nie opierają się o siebie, lecz jakby pływają w

wodzie; Grunt przestaje być ciałem stałym, przechodząc w stan płynny.

Upłynnienie drobnoziarnistych i pylastych piasków oraz pyłów

nazywa się kurzawką

Wykonywanie wykopów w

gruntach wrażliwych na upłynnienie
wymaga spełnienia w dnie wykopu

warunku,

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

22

22

WILGOTNO

WILGOTNO

ŚĆ

ŚĆ

GRUNTU

GRUNTU

•

Wilgotność

- zawartość wody w gruncie

s

w

m

m

w

=

gdzie:

m

w

- masa wody w porach gruntu

m

s

- masa szkieletu gruntowego

s

s

s

s

m

m

m

w

ρ

ρ

ρ

−

=

−

=

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

23

23

Wilgotność w stanie całkowitego nasycenia porów wodą

d

w

s

w

d

w

sat

ρ

n

ρ

ρ

ρ

ρ

ρ

w

⋅

=

−

=

Stopień wilgotności gruntu

– stosunek objętości wody

występującej w porach do całkowitej objętości porów

w

s

w

d

sat

r

ρ

e

ρ

w

ρ

n

ρ

w

w

w

S

⋅

⋅

=

⋅

⋅

=

=

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

24

24

Ciężar właściwy gruntu

o porach całkowicie wypełnionych wodą znajdującego się

powyżej zwierciadła wody gruntowej

g

ρ

γ

sat

sat

=

lub korzystając ze wzoru na porowatość

g

nρ

g

n)ρ

(

γ

w

s

sat

+

−

=

1

gdzie:

g - przyspieszenie ziemskie

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

25

25

Ciężar właściwy gruntu

znajdującego się poniżej zwierciadła wody gruntowej

a więc, z

jego

porami wypełnionymi wodą

w

sat

γ

γ

γ'

−

=

- zmniejsza się o wypór wody

(zgodnie z prawem Archimedesa

)

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

26

26

Dla gruntów spoistych

, na które działa

woda naporowa

powodująca zmniejszenie się ciężaru właściwego, ciężar

zmniejszony jest o ciśnienie spływowe (hydrodynamiczne)

γ

” = (ρ

sat

–

ρρρρ

w

– j)g

gdzie:

j

– ciśnienie spływowe

j = i

•

ρ

w

•

cosβ

i

– gradient hydrauliczny = ∆H / l

β

– kąt odchylenia kierunku spływu od pionu

∆

H – różnica pomiędzy poziomem wody

nawierconym a ustalonym

l

– miąższość warstwy nieprzepuszczalnej

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

27

27

PLASTYCZNO

PLASTYCZNO

ŚĆ

ŚĆ

GRUNT

GRUNT

Ó

Ó

W SPOISTYCH

W SPOISTYCH

Wilgotno

ść

Stopie

ń

plastyczno

ś

ci

Stan gruntu

Konsystencja

I

L

< 0,0

I

L

> 1,0

0,0

0,25

0,50

1,0

Zwarty

Pół-

zwarty

Twardo-

plastyczny

Plastyczny

Mi

ę

kkoplastyczny

Płynny

Zwarta

Plastyczna

Płynna

Granica

skurczalno

ś

ci

Granica

plastyczno

ś

ci

Granica

płynno

ś

ci

w

=

0

w

=

w

S

w

=

w

P

w

=

w

L

w (%)

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

28

28

Stopień plastyczności gruntu I

L

jest to stosunek różnicy wilgotności

w

oraz granicy

plastyczności

w

P

do różnicy granicy płynności

w

L

i granicy

plastyczności

w

P

P

L

P

L

w

w

w

w

I

−

−

=

•

granicę plastyczności

w

P

bada się

metodą wałeczkowania

•

granicę płynności

w

L

wyznacza się w

aparacie

Casagrande’a

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

29

29

granica plastyczności –

w

P

stopień plastyczności gruntu -

I

L

metoda

wałeczkowania

granica płynności –

w

L

1

2

3

Aparat Casagrande’a

1 – miseczka aparatu,

2 – kostka cechująca, 3 – rylec

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

30

30

Wskaźnik plastyczności gruntu I

P

jest to różnica pomiędzy granicą płynności

w

L

a granicą

plastyczności

w

p

danego gruntu

P

L

P

w

w

I

−

=

wskazuje on ile wody (

w procentach w stosunku do masy

)

wchłania dany grunt przy przejściu pomiędzy tymi stanami.

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

31

31

WILGOTNO

WILGOTNO

ŚĆ

ŚĆ

OPTYMALNA

OPTYMALNA

-

-

w

w

opt

opt

jest to wilgotność, przy której zagęszczany grunt

uzyskuje maksymalną wartość gęstości objętościowej

ρ

ds

Metody zagęszczania gruntu przy badaniu wilgotności optymalnej

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

32

32

1

3

4

2

1 - urządzenie do zagęszczania gruntu

2 - cylinder o objętości 1 dm

3

3 - nadstawa zabezpieczająca przed

wysypywaniem się gruntu
z cylindra

4 - stosowane ubijaki

(

o masie

2,5 i 4,5 kg)

Próba Proctora

Stanowisko do badania wilgotności optymalnej

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

33

33

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

1,65

1,70

1,75

1,80

1,85

1,90

1,95

2,00

2,05

2,10

2,15

Wilgotno

ść

[%]

ρρρρ

d

[

g

/c

m

3

]

ρρρρ

ds

w

opt

Wyznaczanie wilgotności optymalnej próbki gruntu

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

34

34

ZAG

ZAG

Ę

Ę

SZCZENIE GRUNT

SZCZENIE GRUNT

Ó

Ó

W NIESPOISTYCH

W NIESPOISTYCH

Stopień zagęszczenia I

D

jest to stosunek zagęszczenia danego gruntu

do

największego możliwego jego zagęszczenia

min

max

max

e

e

e

e

I

D

−

−

=

Stopnie zagęszczenia gruntu

:

I

D

≤

0,15

- grunt

bardzo luźny

0,15 < I

D

≤

0,35

- grunt

luźny

0,35 < I

D

≤

0,65

- grunt

ś

rednio zagęszczony

0,65 < I

D

≤

0,85

- grunt

zagęszczony

0,85 < I

D

- grunt

bardzo zagęszczony

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

35

35

MG

MG

-

-

w 3

w 3

STANY GRUNT

STANY GRUNT

Ó

Ó

W NIESPOISTYCH

W NIESPOISTYCH

V

s

V

p

V

s

V

pmin

V

s

V

pmax

V

m

a

x

V

V

m

in

a

b

c

a) objętość gruntu przy najluźniejszym usypaniu

b) objętość gruntu w stanie naturalnym

c) objętość gruntu najbardziej zagęszczonego

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

36

36

WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE GRUNTÓW

oznaczenia

ρρρρ

–

gęstość objętościowa gruntu

ρρρρ

s

–

gęstość właściwa szkieletu gruntowego

ρρρρ

d

–

gęstość objętościowa szkieletu gruntowego

ρρρρ

d max

–

maksymalna gęstość objętościowa szkieletu grunt.

ρρρρ

d min

–

minimalna gęstość objętościowa szkieletu grunt.

ρρρρ

w

–

gęstość wody w porach gruntu

ρρρρ

sat

–

gęstość objętościowa gruntu przy całkowitym

nasyceniu próbki wodą

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

37

37

m

–

masa całkowita próbki

m

s

–

masa szkieletu gruntowego

m

w

–

masa wody w porach gruntu

V

–

całkowita objętość próbki

V

s

–

objętość szkieletu gruntowego

V

p

–

objętość porów w gruncie

V

w

–

objętość wody w porach

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

38

38

n

–

porowatość gruntu

e

–

wskaźnik porowatości gruntu

e

min

–

„e” przy maksymalnym zagęszczeniu

e

max

–

„e” przy najluźniejszym ułożeniu ziaren

w

–

wilgotność

w

sat

–

„w” w stanie całkowitego nasycenia porów wodą

S

r

–

stopień wilgotności gruntu

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

39

39

γγγγ

sat

–

ciężar właściwy gruntu powyżej zwierciadła wody

gruntowej o porach całkowicie wypełnionych wodą

γγγγ

w

–

ciężar właściwy wody

γ

’

–

ciężar właściwy gruntu poniżej zwierciadła wody

γ

’’

–

ciężar właściwy gruntów spoistych na które działa woda

naporowa

j

–

ciśnienie spływowe

i

–

gradient hydrauliczny

ββββ

–

kąt odchylenia kierunku spływu od pionu

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

40

40

∆∆∆∆

H

–

różnica wysokości poziomów piezometrycznych
wody

l

–

długość drogi przepływu

I

L

–

stopień plastyczności gruntu

w

P

–

granica plastyczności

w

L

–

granica płynności

I

P

–

wskaźnik plastyczności gruntu

I

D

–

stopień zagęszczenia

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

41

41

Metody ustalania parametr

Metody ustalania parametr

ó

ó

w geotechnicznych

w geotechnicznych

Uog

Uog

ó

ó

lnianie wynik

lnianie wynik

ó

ó

w bada

w bada

ń

ń

laboratoryjnych

laboratoryjnych

• Metoda A

Wartości parametrów wyznaczamy za pomocą badań:

polowych

laboratoryjnych

wartości obliczeniowe parametru geotechnicznego wyznaczamy ze wzoru:

x

(r)

=

γγγγ

m

· x

(n)

Wartości

γ γ γ γ

m

nie powinny być bliższe jedności niż 0,9 i 1,1

R

ozróżnia się parametry charakterystyczne, jako:

x

(n)

– średnie wielkości

(ustalone na podstawie badań lub podane w normach)

x

(r)

– wielkości uwzględniające możliwą odchy

ł

kę od wartości średnich

x

(r)

= x

(n)

±

σ

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

42

42

• Metoda C

Jest analogiczna do metody B, z tym że

przyjmuje się parametry określone na podstawie praktycznych

doświadczeń uzyskanych na podobnych terenach i dla podobnych

konstrukcji

• Metoda B

oznaczamy metodą A parametry wiodące:

 stopień zagęszczenia gruntu niespoistego
 stopień plastyczności gruntu spoistego

na ich podstawie wyznaczamy pozosta

ł

e parametry

wykorzystując odpowiednie zależności korelacyjne:

 podane w normie lub
 ustalone doświadczalnie

MG SS

MG SS

-

-

w 3

w 3

43

43

KLASY JAKO

KLASY JAKO

Ś

Ś

CI PR

CI PR

Ó

Ó

B

B

GRUNT

GRUNT

U i

U i

KATEGORIE

KATEGORIE

POBIERANIA PR

POBIERANIA PR

Ó

Ó

B GRUNTU kt

B GRUNTU kt

ó

ó

re nale

re nale

ż

ż

y zastosowa

y zastosowa

ć

ć

EK-7, część 1-projektowanie geotechniczne