Materiały do ćwiczeń nr 3

Cechy fizyczne gruntu można podzielić na podstawowe i pochodne.
Cechy podstawowe – oznaczane na podstawie badań laboratoryjnych:

 wilgotność w,
 gęstość objętościowa ρ,
 gęstość właściwa ρ

s

.

Cechy pochodne – obliczane na podstawie cech podstawowych:

 gęstość objętościowa szkieletu gruntowego ρ

d

,

 porowatość n i wskaźnik porowatości e,
 wilgotność całkowitą w

r

i stopień wilgotności S

r

.

Wilgotność
Oznaczenie wilgotności przeprowadza się poprzez suszenie próbki gruntu w temperaturze 105

o

C±5

o

C.

Wilgotność próbki oblicza się ze wzoru:

Gdzie:
m

mt

- masa parowniczki z gruntem wilgotnym [g]

m

st

- masa parowniczki z gruntem suchym [g]

m

t

- masa parowniczki [g]

Gęstość właściwa
Oznaczenie gęstości właściwej wykonuje się metodą piknometru. Norma PKN - CEN ISO/TS 17892-
3:2009. Większość gruntów mineralnych cechuje się gęstością właściwą w granicach 2,65÷2,80 g·cm

-3

.

Oznaczamy:

-

masę piknometru m

0,

-

masę piknometru z płynem kontrolnym m

1,

-

masę piknometru z suchą próbką m

2,

-

masę piknometru z próbką i płynem kontrolnym m

3,

-temperaturę płynu kontrolnego (wody destylowanej).
Gęstość właściwą obliczamy ze wzoru:




Gęstość objętościowa
Metody oznaczania:

1. Metoda pierścienia tnącego.
2. Metoda rtęciowa.
3. Metoda wyporu hydrostatycznego w wodzie.
4. Metoda piasku kalibrowanego.

%

100

m

m

m

m

w

t

st

st

m t

w

o

s

m

m

m

m

m

m

2

3

0

1

2

Gęstość objętościowa jest wielkością zmienną – zależy od porowatości i wilgotności gruntu:
- Gr, Sa – ρ =1,50÷2,10 g·cm

-3

;

- Si, Cl - ρ =1,70÷2,25 g·cm

-3

;

- grunty organiczne- ρ =0,80÷1,60 g·cm

-3

.

Metoda pierścienia tnącego
Istota metody polega na wciśnięciu w grunt cienkościennego, zaostrzonego pierścienia, dzięki czemu
uzyskujemy objętość próbki gruntu.
Przebieg badania:

• dokonujemy pomiaru masy m

t

i objętości pierścienia V

p

,

• powierzchnię badanego gruntu wyrównujemy nożem,
• w tak przygotowanym gruncie zagłębiamy pierścień,
• wypełniony pierścień czyścimy z zewnątrz i wyrównujemy grunt do krawędzi pierścienia
• ważymy pierścień z gruntem m

gt.

Gęstość objętościową obliczamy ze wzoru:


Gdzie: m

gt

- masa pierścienia z gruntem wilgotnym [g]

m

t

- masa pierścienia [g]

V

p

– objętość pierścienia [cm

3

]

Metoda piasku kalibrowanego

 Wykonuje się bezpośrednio w terenie.
 Metoda „dołka” - na wyrównanej powierzchni terenu wykonywany jest dołek. Pobrany z dołka

grunt jest ważony, określając tym samym masę gruntu m. Średnica dołka w kształcie czaszy powinna
być 5 razy większa od średnicy max ziaren w gruncie.

 Objętość wykonanego otworu określamy przy pomocy piasku kalibrowanego (lub żwirku) o znanej

gęstości nasypowej. Do wykonanego dołka sypiemy piasek, w ten sposób, aby luźno ułożone ziarna
wypełniły szczelnie cały otwór. Znając masę użytego do badań piasku kalibrowanego i jego gęstość
nasypową określamy objętość gruntu wypełniającego otwór badawczy.

 Gęstość objętościową w metodzie piasku kalibrowanego wyliczamy ze wzoru:

Gdzie:
ρ – gęstość objętościowa gruntu [g·cm

-3

]

m - masa próbki gruntu [g]
m

pk

- masa piasku lub żwirku kalibrowanego [g]

r

n

- gęstość nasypowa piasku lub żwirku kalibrowanego [g·cm

-3

]

Wpływ wody na gęstość objętościową gruntu:

3

/

)

1

(

cm

g

n

n

w

s

sr

1

'

/

)

)(

1

(

'

3

sr

w

s

cm

g

n

]

/

[

3

cm

g

V

m

m

ρ

p

t

gt

pk

n

m

m

Stopień zagęszczenia I

D

Metoda badania:

W zależności od wartości stopnia zagęszczenia I

D

grunty dzieli się na:

Nazwa

Stopień zagęszczenia I

D

[%]

Bardzo luźne

0 - 15

Luźne

15 - 35

Średnio zagęszczone

35 - 65

Zagęszczone

65 - 85

Bardzo zagęszczone

85 - 100

h

V

d

4

2

Zagęszczalność gruntów – zdolność do uzyskiwania max możliwych gęstości objętościowych szkieletu
gruntowego w zależności od użytej energii zagęszczania, sposobu jej używania oraz rodzaju gruntu i jego
wilgotności.
W trakcie formowania budowli ziemnych prowadzona jest kontrola zagęszczenia gruntu przy pomocy:

-

sondowania (sondy statyczne, dynamiczne),

-

próbnego obciążania płytą sztywną,

-

badania płytą dynamiczną,

-

metody Proctora.

Przy zagęszczaniu tego samego gruntu tym samym sposobem i z tą samą energią uzyskuje się różne
zagęszczenie gruntu – w zależności od jego wilgotności.
Wilgotność optymalna w

opt

– jest to wilgotność, przy której w danych warunkach ubijania można osiągnąć

największe zagęszczenie gruntu, a więc uzyskuje on maksymalną gęstość objętościową szkieletu
gruntowego ρ

ds

. Oznaczenie obu tych parametrów wykonuje się w aparacie Proctora.

Zależność Proctora:

 Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego ρ

d

przy stałej energii zagęszczania zależy od wilgotności.

 Maksymalne zagęszczenie jest tym większe, im większa jest energia zagęszczania.
 Wartości w

opt

i ρ

ds

zależą od rodzaju gruntu.

Badanie w aparacie Proctora - 4 metody badania:











Schemat aparatu Proctora:

Metoda

Cylinder

Rodzaj
ubijaka

Liczba
warstw

Liczba
uderzeń

Wysokość
opuszczania
ubijaka
[cm]

Jednostkowa
energia
zagęszczania
[J/cm

3

]

I
II
III
IV

mały
duży
mały
duży

lekki
lekki
ciężki
ciężki

3
3
5
5

25
55
25
55

32
32
48
48

0,59
0,59
2,65
2,65

Badanie polega na zagęszczeniu w aparacie Proctora kilku próbek gruntu o różnej wilgotności, dzięki czemu
dla każdego cyklu zagęszczania uzyskujemy wartość ρ

d

oraz w. Z zależności ρ

d

od w wyznaczamy wartości

w

opt

i ρ

ds

.

Przebieg badania:

 do cylindra wkłada się odpowiednią ilość gruntu, ubija, po zagęszczeniu pierwszej warstwy wkłada

się do cylindra kolejną porcję gruntu, przy czym przed włożeniem każdej kolejnej porcji,
powierzchnię wcześniej ubitą zdrapuje się ostrzem noża

 ilość wkładanego gruntu należy tak dobrać, aby po ubiciu ostatniej warstwy ubity grunt wystawał

ok. 1 cm powyżej górnej krawędzi cylindra

 po ścięciu nadmiaru gruntu i oczyszczeniu ścianek, waży się cylinder z gruntem, a następnie pobiera

się próbkę na wilgotność

 proces ubijania powtarza się dla próbki gruntu o wilgotności większej o 1-2%
 cykl ubijania powtarza się (za każdym razem zwiększając wilgotność) aż do momentu gdy masa

cylindra z gruntem zacznie się zmniejszać.

Dla każdego punktu obliczamy wilgotność oraz gęstość objętościową gruntu ze wzoru:
Gdzie:



m

wt

– masa cylindra z gruntem

m

t

– masa pustego cylindra

V – objętość cylindra
Następnie obliczamy gęstość objętościową szkieletu gruntowego ze wzoru:




Sporządzamy wykres zależności ρ

d

od w. Na podstawie wykresu wyznaczamy wilgotność optymalną w

opt

i

maksymalną gęstość objętościową ρ

ds

.

V

m

m

t

wt

w

d

100

100