Mechanika gruntów

LABORATORIUM

Pytania do kolokwium

I BADANIA MAKROSKOPOWE

1 Jakie cechy gruntu można oznaczyć w badaniach makroskopowych?

Badania makroskopowe jest to przybliżone określenie rodzaju gruntów i ich cech fizycznych bez pomocy przyrządów. Badania te polegają na oznaczeniu następujących cech gruntów:

- rodzaju gruntu [ (niespoiste) na podstawie % zawartości frakcji; (spoiste) zawartość frakcji iłowej wskaźnik plastyczności oraz próba wałeczkowania ]

- stanu gruntów spoistych ( na podstawie liczby wałeczkowań

- wilgotności gruntów ( zgniatanie, ściskanie, przykładanie papieru filtracyjnego, odsączanie wody)

- barwy gruntów ( na przełomie próbki naturalnej wilgotności; intensywność, odcień następnie barwa podstawowa `jasno żółto-szara')

- klasy zawartości węglanów ( badanie w roztworze HCl)

2. W jaki sposób makroskopowo można odróżnić grunt spoisty od sypkiego?

Grunt spoisty jest podatny na wałeczkowanie natomiast niespoistego nie da się wałeczkować ???

3. Jak makroskopowo określić rodzaj gruntu spoistego?

Na podstawie zawartość frakcji iłowej, piaskowej ( za pomocą rozcierania gruntu między palcami), wskaźnik plastyczności oraz próba wałeczkowania

{ewentualnie to, trzeba się dowiedzieć }

Rodzaj gruntów spoistych zależy przede wszystkim od zawartości w nim frakcji iłowej, a nazwa zależy ponadto od zawartości frakcji pyłowej i piaskowej

Do ustalenia spoistości gruntu (zawartości frakcji iłowej) służą dwie próby: wałeczkowania (próba podstawowa) i rozmakania (próba uzupełniająca).

W celu określenia zawartości frakcji piaskowej należy wykonać próbę rozcierania gruntu w wodzie

4. Jak makroskopowo określić stan gruntu spoistego?

Stan gruntu określa się po uprzednim oznaczeniu rodzaju gruntu. Makroskopowo stan gruntów spoistych określa się za pomocą próby wałeczkowania. Wałeczkowanie przeprowadza się na próbie o naturalnej wilgotności w taki sam sposób, jak to się robi przy określaniu rodzaju gruntu, przy czym w tym przypadku nie wolno zwilżać gruntu. W trakcie wykonywania próby wałeczkowania osuszamy grunt dłońmi doprowadzając go do wilgotności odpowiadającej granicy plastyczności

5. Jak makroskopowo określić wilgotność gruntu?

Makroskopowo wilgotność określamy, obserwując zachowanie się zgniatanych na dłoni grudek gruntu oraz zawilgocenie nimi pewnych przedmiotów

6. Jak zmienia się barwa gruntu wraz ze zmianą jego wilgotności?

Barwa staje się ciemniejsza

7. Jakie wyróżniamy klasy zawartości węglanów?

Klasa VI - zaw. CaCO > 5%

Klasa III - zaw. CaCO 3 - 5 %

Klasa II - zaw. CaCO 1 - 3 %

Klasa I - zaw. CaCO < 1%

II ANALIZA GRANULOMETRYCZNA ( analiza sitowa )

1. Podaj nazwy frakcji uziarnienia gruntu wraz z odpowiadającymi im zakresami średnic zastępczych.

Frakcja Kamienista f_k d>40

Frakcja Żwirowa f_ż 40>d>2

Frakcja Piaskowa f_p 2>d>0.05

Frakcja Pyłowa f_π 0.05>d>0.002

Frakcja Iłowa f_i 0.002>d

2. Narysuj przykładowy wykres uziarnienia gruntu z opisem osi.

3. Podaj definicję wskaźnika różnoziarnistości.

Wskaźnik różnoziarnistości - wielkość charakteryzująca zagęszczalność gruntów niespoistych, określona wg wzoru:

d₆₀ - średnica ziaren których jest odpowiednio wraz z mniejszymi 60%

d₁₀ - średnica ziaren których jest odpowiednio wraz z mniejszymi 30%

4. Wymień znane ci grunty niespoiste.

piaski drobne, pylaste, średnie i grube oraz żwiry i pospółki

III ANALIZA GRANULOMETRYCZNA ( analiza areometryczna )

1. Jakie badania wchodzą w skład analizy granulometrycznej?

Wyznaczenie gęstości właściwej gruntu oraz wilgotności

2. Dla jakich gruntów wykonujemy analizę areometryczną?

Analizę tą wykonujemy dla gruntów spoistych.

3. Jakie badania laboratoryjne należy wykonać aby określić rodzaj gruntu?

Należy wykonać badanie uziarnienia za pomocą sit

4. Co nazywamy średnicą zastępczą?

średnica cząstki kulistej, charakteryzującej się identycznymi właściwościami geometrycznymi, optycznymi, elektrycznymi lub aerodynamicznymi jak cząstka badana

IV OZNACZENIE GĘSTOŚCI OBJĘTOŚCIOWEJ GRUNTU

1. Podaj definicję gęstości objętościowej gruntu.

Gęstością objętościową nazywamy stosunek masy próbki gruntu (w stanie naturalnym) do jej objętości.

2. Wymień metody określania gęstości objętościowej gruntu.

Metoda pierścienia (cylindra) oraz metoda parafinowania

3. Jaka jest zależność między gęstością, a ciężarem objętościowym gruntu?

V OZNACZENIE WILGOTNOŚCI NATURALNEJ

1. Co to jest wilgotność naturalna gruntu?

Wilgotnością naturalna wn [% lub liczba bezwzględna], nazywamy stosunek masy wody

zawartej w danej próbce gruntu w warunkach naturalnych do masy szkieletu gruntowego tej

próbki.

2. Jaki rodzaj próbki należy pobrać aby określić wilgotność naturalną gruntu?

3. Podaj definicję stopnia wilgotności.

Stopniem wilgotności gruntu nazywa się stosunek objętości wody zwartej w porach gruntu do objętości porów

4. Podaj podział gruntów ze względu na S_r.

Grunt suchy (su) S_r = 0

Grunt mało wilgotny (mw) S_r = 0 - 0,4

Grunt wilgotny (w) S_r = 0,4 - 0,8

Grunt mokry (m) S_r = 0,8 - 1,0

VI OZNACZENIE GĘSTOŚCI WŁAŚCIWEJ

1. Podaj definicję gęstości właściwej gruntu.

Gęstość właściwa gruntu -jest to stosunek masy szkieletu gruntowego próbki do objętości tego szkieletu

ρ_s=m_s/V_s [g/cm³]

m_s - masa szkieletu gruntowego ;

V_s- objętość szkieletu;

można zapisać

ρ_s=(m_gt-m_t /m_wt+m_s-m_wg)* ρ_w

_gdzie

m_gt-

m_t- masa piknometru;

m_g-masa piknometru z gruntem suchym;

m_s - masa gruntu suchego ;

m_wg - masa piknometru z wodą i gruntem;

m_wt - masa piknometru z wodą;

2. Jaki rodzaj próbki należy pobrać aby określić gęstość właściwą gruntu?

Należy pobrać wysuszoną próbkę gruntu

3. Co to jest porowatość i wskaźnik porowatości gruntu?

Porowatość gruntu [n] -jest to stosunek objętości porów do objętości całkowitej

n = V_p/V

wskaźnik porowatości gruntu [e]-jest to stosunek objętości porów gruntu do objętości szkieletu

Aby określić wskaźnik porowatości należy znać parametry:

-gęstość szkieletu gruntowego [ρ_s ]

-gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [ ρ_d ]

4. Co to jest ρ_sr i ρ' ?

ρ_sr -jest to gęstość gruntu gdzie pory są całkowicie wypełnione woda.

, [g/cm³ ] lub ρ_sr =ρ_d +n* ρ_w

gdzie

ρ_s -gęstość właściwa szkieletu gruntowego;

ρ_w -gęstość wody;

n- porowatość;

ρ^' -gęstość gruntu poniżej zwierciadła wody gruntowej z uwzględnieniem wyporów,

, [g/cm³ ]

Jeżeli grunt znajduje się poniżej zwierciadła wody gruntowej to jego pory są całkowicie wypełnione wodą , lecz gęstość ρ^' jest mniejsza niż ρ_sr , gdyż woda zgodnie z prawem Archimedesa powoduje wypór.

VII OZNACZENIE STOPNIA ZAGĘSZCZENIA GRUNTÓW NIESPOISTYCH

1. Co to jest stopień zagęszczenia?

Stopień zagęszczenia gruntów niespoistych - jest to stosunek zagęszczenia występującego w stanie naturalnym do największego możliwego zagęszczenia danego gruntu uzyskanego w laboratorium.

wskaźnik porowatości przy najluźniejszym ułożeniu ziaren;

-wskaźnik porowatości gruntu w stanie naturalnym;

wskaźnik porowatości przy najściślejszym ułożeniu ziaren;

Stopień zagęszczenia wyznacza się tylko dla gruntów sypkich .Wartość tą wyznacza się w celu określenia nośności gruntu.

-stopień zagęszczenia gruntu luźnego jest równy 0,

- stopień zagęszczenia gruntu max zagęszczonego jest równy 1,

2. Jakie rodzaje próbek należy pobrać aby określić stopień zagęszczenia?

wykorzystamy próbkę wysuszonego w temperaturze 105 - 110 o C gruntu o objętości co najmniej 600 cm3,

jeżeli w próbce gruntu przeznaczonej do badań znajdują się ziarna o wielkości 5 mm i większej to należy je usunąć

3. Zdefiniuj wskaźnik porowatości minimalnej i maksymalnej gruntu.

wskaźnik porowatości przy najluźniejszym ułożeniu ziaren oblicza się ze wzoru

-gęstość właściwa szkieletu gruntowego, g/cm³

-gęstość objętościowa szkieletu gruntowego przy najluźniejszym ułożeniu ziaren, obliczana w g/cm³ ze wzoru

gdzie:

m_st -masa cylindra gruntem, g,

m_t - masa cylindra, g,

V - objętość cylindra, cm³

Wskaźnik porowatości przy najściślejszym ułożeniu ziaren oblicza się ze wzoru:

gęstość objętościowa szkieletu gruntowego przy najgęściejszym ułożeniu ziaren, obliczana w g/cm³ ze wzoru

gdzie:

m_st -masa cylindra gruntem, g,

m_t - masa cylindra, g,

V - objętość cylindra, cm³

4. Podaj stany zagęszczenia gruntów niespoistych.

W zależności od wartości stopnia zagęszczenia
grunty niespoiste dzieli się na:

• lużne(ln)
  

• średnio zagęszczone (szg)
  

• zagęszczone(zg)
  

• bardzo zagęszczone (bzg)
  

VIII OZNACZENIE STOPNIA PLASTYCZNOŚCI GRUNTÓW SPOISTYCH

(oznaczenie granicy płynności metodą Casagrande'a)

1. Co nazywamy granicą plastyczności (w_p), granicą skurczalności (w_s) i granicą płynności (w_L)?

Granica plastyczności jest to wilgotność w procentach, jaką ma grunt, gdy przy kolejnym wałeczkowaniu wałek pęka po osiągnięciu średnicy 3mm.

gdzie:

masa naczynka z gruntem wilgotnym, g,

masa naczynka z gruntem suchym, g,

masa naczynka pustego.

Granica skurczalności jest to wilgotność w procentach, przy której grunt pomimo dalszego suszenia nie zmienia swojej objętości i jednocześnie zaczyna mieniac barwę na powierzchni na odcień jaśniejszy.

gdzie:

gęstość wody w porach gruntu, g/cm^{3 ,}

gęstość właściwa szkieletu gruntowego, g/cm^{3 ,}

gęstość objętościowa szkieletu gruntowego , g/cm³

granica płynności -jest to wilgotność w procentach, jaką ma masa gruntowa umieszczona w aparacie Casagrande'a, w momencie, gdy wykonana w niej bruzda zlewa się przy 25 uderzeniu miseczki o podstawie, na długości 10mmi wysokości 1mm,

2. Jaki rodzaj próbki pobiera się do określenia granic konsystencji gruntu?

Do badania granicy płynności bierze się próbkę gruntu o masie około 100 g, rozdrabnia ją, umieszcza w misce i zalewa niewielką ilością wody destylowanej, pozostawiając grunt do rozmoknięcia przez okres co najmniej 20 godzin.

3. Namoknięty grunt wykłada się na płytkę i dokładnie miesza nożem w celu uzyskania jednorodnej pasty.

4. Usuwa się ziarna o średnicy większej niż 2 mm.

3. Podaj sposób oznaczania granicy plastyczności.

1. Wykonanie badania:

• zważyć dwie parowniczki,

• z jednorodnego gruntu formować kuleczkę o średnicy 7,0 mm i wykonać z niej wałeczek o średnicy 3 mm. Jeżeli wałeczek nie wykazuje spękań po osiągnięciu średnicy 3mm, ponownie formujemy kuleczkę i wykonujemy z niej wałeczek. Wałeczkowanie to powtarza się tyle razy, aż przy kolejnym wałeczkowaniu wałeczek popęka po osiągnięciu średnicy ok. 3 mm, albo podwieszony za jeden koniec przełamie się lub też rozpadnie na kilka oddzielnych kawałków,

• spękany wałeczek umieścić w parowniczce pod przykryciem (przykrycie stosujemy do momentu zważenia),

• badanie powtarzamy aż w obydwu parowniczkach znajdzie się co najmniej po około 5÷7 g gruntu,

• oznaczyć wilgotność wałeczków znajdujących się w parowniczkach.

Obliczenie wyników
Wartość granicy plastyczności stanowi średnia arytmetyczna obu oznaczeń wilgotności.

4. Podaj podział gruntów spoistych ze względu na ich stan.

• stan zwarty,

• stat półzwarty;

• stan twardoplastyczny;

• stan plastyczny

• miękkoplastyczny

• płynny

Otrzymane z badań wielkości wilgotności naturalnej, granicy plastyczności, granicy płynności podstawić do wzoru określającego stopień plastyczności i wskaźnik plastyczności . Określić spoistość i stan gruntu.

Rys. 3. Zależność stopnia plastyczności od wilgotności gruntu i jego granic konsystencji

5. Podaj sposób oznaczania granicy płynności metodą Casagrande'a

1. Wykonanie badania:

• zważyć 5÷6 parowniczek,

• pobrać próbkę gruntu o objętości około 0,3 litra gruntu,

• rozetrzeć na jednolitą pastę usuwając z niej jednocześnie ziarna gruntu o średnicy większej od 2,0mm,

• przygotowaną pastą wypełnić miseczkę aparatu Casagrande'a w takiej ilości aby łączna masa miseczki oraz gruntu wynosiła 210ą1g. Pasta powinna wypełniać tylko przednią część miseczki tworząc powierzchnię wklęsłą o maksymalnej grubości 9mm,

• wykonać w paście bruzdę za pomocą rylca skierowanego prostopadle do dna miseczki. (Bruzdę wykonuje się prostopadle do osi obrotu miseczki),

• założyć miseczkę do aparatu, wyzerować licznik, włączyć aparat,

• liczbę uderzeń określamy w momencie połączenia się dolnych brzegów bruzdy na długości 10mm i wysokości 1mm ( zapisać liczbę uderzeń),

• z miejsca połączenia bruzdy pobrać próbkę gruntu i umieścić na parowniczce w celu określenia wilgotności,

• badanie powtarzamy przynajmniej pięciokrotnie dodając każdorazowo do pasty gruntowej wodę destylowaną.

Po każdorazowym dodaniu wody określić wilgotność gruntu oraz liczbę uderzeń, przy której zeszła się w wymaganym stopniu bruzda wykonana w gruncie. Liczba uderzeń powinna mieścić się w granicach 12÷35.

Rys. 1. Aparat Casagrande'a, rylce do zrobienia bruzdy, wykonana bruzda w miseczce aparatu Casagrande'a

2. Obliczenie wyników
   Otrzymane wartości wilgotności nanieść na wykres przedstawiający zależność ilości uderzeń miseczki o aparat od wilgotności gruntu. Odczytać z wykresu wartość granicy płynności.

Rys. 2. Wykres zależności liczby uderzeń w aparacie Casagrande'a od wilgotności gruntu

IX OZNACZENIE STOPNIA PLASTYCZNOŚCI GRUNTÓW (oznaczenie granicy płynności metodą Wasiliewa)

1-4 j.w.

5. Podaj sposób oznaczania granicy płynności metodą Wasiliewa

1. Jako wartość granic płynności gruntów
należy przyjąć wilgotnośc pasty gruntowej w którą stożek Wasiliewa zagłębi się pod własnym ciężarem na głębokość 10 mm

2. Do badania bierze się próbkę rozdrobnionego i rozmokniętego gruntu o masie ok. 50g.

3. Z próbki usuwa się ziarna o śrenicy większej niż 2 mm.

4. Po uzyskaniu jednolitej masy gruntowej napełnia się naczyńko uważając aby nie twożyły się pęcherzyki powietrza. Powierzchnie wyrównuje się nożem (równo z brzegiem naczynia).

5. Naczyńko z gruntem stawia się na podwyższeniu przykłada się na powierzchnie gruntu osty brzeg stożka i pozwala aby stożek swobodnie zanurzał się w gruncie przez 5 sekund pod wpływem własnego ciężaru.

6. Jeśli po upływie 5 sekund stożek zanurzył się na głębokość 10mm a więc do osnaczonej na nim kresce, można uważać, że grunt znajduje się na granicy płynności

7. Zagłębienie się stożka w gruncie na wysokość mniejszą niż 10mm wskazuje że wilgotność gruntu jest mniejsza od wilgotności odpowiadającej granicy płynności. W takim wypadku należy wyłożyc grunt z naczynia na szkło dodać wody oraz dokładnie wymieszać i badanie powtórzyć.

8. Jeżeli stożek zagłębi w gruncie na głębokość wiekszą niż 10 mm wzakzuje to że wilgotnośc jest większa od wilgotności odpowiadającej granicy plastyczności. W takim przypadku należy wyłożyć grunt na szkło i troche fo podsuszyć stale mieszając a następnie badanie powtórzyć.

9. Po zagłębieniu się stożka w gruncie dokładnie do kreski, a wiec gdy grunt będzie w stanie płynności pobiera się z niego dwie próbki do wyważonych naczynek wagowych, suszy do stałej masy w temp. 105-110 stopni Celsjusza i oznacza wilgotność.

10. Uzyskane wyniki wpisuje się do dziennika laboratoryjnego bądź na formularz do oznaczania graicy konsystencji.

11. Oznaczoną wilgotność będącą wartością granicy płynności
oblicza się ze wzoru:

gdzie:

- wilgotność granicy plastyczności, %

m_mt - masa naczynka z gruntem wilgotnym, g

m_st - masa naczynka z gruntem suchym, g

m_t - masa naczynka pustego, g

X OZNACZENIE WSKAŻNIKA ZAGĘSZCZENIA GRUNTU

1. Co to jest wilgotność optymalna gruntu?

Wilgotnością optymalną gruntu (w_opt) nazywamy taką wilgotność, przy której grunt daje się najbardziej zagęścić

2. Narysuj przykładowy wykres krzywej Proctora.

3. Co to jest wskaźnik zagęszczenia gruntu?

Wskaźnik zagęszczenia (I_S) to stosunek gęstości objętościowej szkieletu gruntowego w nasypie rd do maksymalnej wartości gęstości objętościowej szkieletu gruntowego rds, uzyskanej w warunkach laboratoryjnych

4. Jakie rodzaje próbek pobiera się do określenia wskaźnika zagęszczenia gruntu?

Próbka powinna być w stanie „powietrznosuchym” której masa powinna wynosić ok. 3 kg na 1dm³ użytego cylindra (w zależności od przyjętej metody).

XI OZNACZENIE EDOMETRYCZNYCH MODUŁÓW ŚCIŚLIWOŚCI GRUNTU

1. Co to jest ściśliwość gruntu i jaka jest jej miara?

Ściśliwość gruntu- zdolność gruntu do zmniejszania objętości pod wpływem przyłożonego obciążenia.

Miarą ściśliwości są moduły ściśliwości zwane również modułami odkształcenia

E0- moduł odkształcenia pierwotnego,

E- moduł odkształcenia wtórnego, ściśliwości wtórnej,

ES= E0/1-ν² - moduł odkształcenia ν- współczynnik Poissona

M0- enometryczny moduł ściśliwości pierwotnej

M - enometryczny moduł ściśliwości wtórnej

M0= Δσ/Δεo Δσ- efektywne naprężenie normalne,

Δεo - przyrost całkowitego odkształcenia względnego Δε

M= Δσ/Δε Δσ- efektywne naprężenie normalne

Δε- przyrost względny, sprężysty, odwracalne odkształcenie Δε

Δεo (ε)= Δh / hi -1

2. Jakie czynniki wywołują trwałe, a jakie sprężyste odkształcenia w obciążonej próbce gruntu?

a) odkształcenia trwałe nieodwracalne:

- zajmowanie przez cząstki gruntu bardziej statecznego położenia

- usuwania z gruntu wody wolnej i kapilarnej

- usuwania z gruntu pęcherzyków powietrza

- zgniatania ziaren gruntu

b) odkształcenia sprężyste:

- sprężystego odkształcenia cząstek gruntu

- sprężystego odkształcenia powietrza zamkniętego w porach gruntu

- sprężystego odkształcenia wody błonkowej

3. Narysuj przykładowe wykresy ściśliwości i konsolidacji

XII BADANIE KĄTA TARCIA WEWNĘTRZNEGO I SPÓJNOŚCI W APARACIE DEZPOŚREDNIEGO ŚCINANIA

1. Podaj podstawowe prawo wytrzymałości gruntów oraz jego interpretację graficzną dla gruntów sypkich i spoistych

Wytrzymałością gruntu na ścinanie nazywamy opór, jaki stawia grunt naprężeniom stycznym w rozpatrywanym punkcie ośrodka. Po pokonaniu oporu ścinania następuje poślizg pewnej części gruntu w stosunku do pozostałej. Formułą określającą zjawisko ścięcia gruntu jest warunek podany przez Coulomba w 1773 roku:

w którym:

t_f - wytrzymałość na ścinanie [kPa],

δn - naprężenia normalne do płaszczyzny ścinania [kPa],

φ - kąt tarcia wewnętrznego [^o] ,

c - spójność [kPa].

2. Narysuj siły działające na próbkę w aparacie skrzynkowym oraz wynikające z nich naprężenia.

Zakładamy, że siła P przyłożona do próbki poprzez sztywną pokrywę rozkłada się na powierzchni próbki na tyle równomiernie, że w wymuszonej płaszczyźnie ścinania panuje naprężenie normalne .

siła T podzielona przez powierzchnię skrzynki A określa, stałą w całym przekroju ścinania, wartość naprężenia ścinającego.

3. Omów wady i zalety badania wytrzymałości na ścinanie gruntu w aparacie skrz.

wada: wymuszona powierzchnia ścięcia z góry narzucona przez konstrukcję aparatu

zalety:

XIII BADANIE KĄTA TARCIA WEWNĘTRZNEGO I SPÓJNOŚCI W APARACIE TRÓOSIOWEGO ŚCISKANIA

1. Omów budowę aparatu trójosiowego.

2. Narysuj rozkład naprężeń działających na próbkę w aparacie trójosiowym.

3. Podaj interpretację graficzną warunku Coulomba-Mohra w aparacie trójosiowego ściskania dla gruntów spoistych i sypkich.

4. Wymień wady i zalety aparatu trójosiowego.

10

---