KATEDRA GEOTECHNIKI, GEOLOGII
I BUDOWNICTWA MORSKIEGO

2.

Podstawowe cechy fizyczne gruntu

Do podstawowych cech fizycznych gruntów należą: wilgotność naturalna, gęstość objętościowa i
gęstość właściwa szkieletu gruntowego. Znajomość tych wartości umożliwia analityczne obliczenie
pozostałych cech fizycznych oraz jakościowy opis niektórych właściwości mechanicznych gruntu
poprzez zastosowanie zależności empirycznych.

2.1.

Wilgotność naturalna gruntu

Wilgotność naturalna gruntu określa stosunek masy wody zawartej w badanej próbce gruntu w stanie
naturalnym do masy jej szkieletu. Wilgotność naturalną oblicza się ze wzoru:

s

w

n

m

m

w

=

gdzie:

w

n

−

wilgotność naturalna gruntu [-]

m

w

−

masa wody w próbce gruntu [g]

m

s

−

masa szkieletu gruntowego próbki [g]

Najczęściej wartość wilgotności wyrażamy w [%]. Badanie wilgotności naturalnej gruntu przeprowadza
się na próbkach o naturalnej wilgotności (NW), mogą być również użyte próbki o nienaruszonej
strukturze (NNS), które zostały pobrane i przechowywane w sposób zachowujący naturalną wilgotność
gruntu.

2.1.1. Sprzęt do badania

a)

parowniczki,

b)

waga techniczna,

c)

suszarka,

d)

eksykator.

2.1.2. Wykonanie badania

Należy zważyć dwie puste parowniczki (m

t

).

Próbkę gruntu do badania wilgotności umieścić w zważonych wcześniej parowniczkach i zważyć całość
(m

mt

). Badanie należy przeprowadzić dla dwóch próbek analizowanego gruntu.

Zważone próbki wstawić do suszarki i w temperaturze 105-110°C wysuszyć do stałej masy.

Całkowicie wysuszone próbki wyjąc z suszarki, ostudzić w eksykatorze i zważyć(m

st

).

2.1.3. Wynik badania

Wilgotność naturalna gruntu obliczyć z następującego wzoru

t

st

st

mt

n

m

m

m

m

w

−

−

=

gdzie:

w

n

−

wilgotność naturalna gruntu [-]

m

t

−

masa pustych parowniczek [g]

m

mt

−

masa parowniczek z gruntem w stanie naturalnym [g]

m

st

−

masa parowniczek z wysuszonym gruntem [g]

2

Jako wynik końcowy podaje się średnią wartość arytmetyczną dwóch oznaczeń dla próbek tego samego
gruntu, jeżeli różnica wyników uzyskanych z poszczególnych oznaczeń nie przekroczy 5% wartości
ś

redniej. W przeciwnym razie badanie należy powtórzyć.

2.2.

Gęstość objętościowa gruntu

Gęstość objętościowa gruntu określa stosunek masy próbki gruntu w stanie naturalnym do jej objętości.
Gęstość objętościową ρ wylicza się ze wzoru:

V

m

=

ρ

gdzie:

ρ

−

gęstość objętościowa gruntu [g/cm

-3

]

m

−

masa próbki gruntu w stanie naturalnym [g]

V -objętość badanej próbki [cm

3

]

Gęstość objętościową gruntu wyznacza się na próbkach o strukturze nienaruszonej (NNS) stosując się
jedną z czterech metod:
1) metodę pierścienia tnącego,

2) metodę rtęciową,
3

)

metodę wyporu hydrostatycznego wody lub cieczy organicznych,

4) metodę oznaczania gęstości objętościowej w cylindrze.

Metodę pierścienia tnącego stosuje się przy badaniu próbek gruntów spoistych.

Metodę rtęciową stosuje się przy badaniu gruntów o dużej spoistości oraz gruntów skalistych, których
próbki nie rozkruszają się w czasie badania.

Oznaczenie w wodzie (i parafinie) stosuje się przy badaniach próbek gruntów spoistych, których objętość
lub stan nie pozwalają na wycięcie próbki za pomocą pierścienia, a także do gruntów skalistych.

Metodę oznaczania gęstości objętościowej w cylindrze stosuje się przy badaniu gruntów sypkich.

Do celów porównawczych i badań zagęszczalności gruntów mogą być formowane sztucznie bryły gruntu z
których pobiera się próbki typu NNS do badania ciężaru objętościowego odpowiadającego danemu stanowi
zagęszczenia.

2.2.1. Sprzęt do badania metodą pierścienia tnącego

a)

pierścień metalowy,

b)

waga techniczna,

c)

nóż,

d)

suwmiarka.

2.2.2. Wykonanie badania metodą pierścienia tnącego

Należy zważyć pusty pierścień (m

t

).

Za pomocą suwmiarki zmierzyć wysokość (H) oraz średnicę wewnętrzną (d) pierścienia i obliczyć jego
objętość (V) ze wzoru:

4

2

H

d

V

⋅

⋅

=

π

Pierścień z nasadką ustawić na wyrównanej powierzchni próbki gruntu i równomiernie naciskając nasadkę
wcisnąć pierścień w grunt, tak, aby pomiędzy krawędzią pierścienia a wycinaną próbką gruntu nie powstała
szczelina.

Wypełniony pierścień wyjąć z gruntu, oczyścić z zewnątrz. Za pomocą noża wyrównać górną i dolną
powierzchnię gruntu równo z krawędziami pierścienia i zważyć pierścień z gruntem (m

mt

).

2.2.3. Wynik badania

Gęstość objętościowa gruntu obliczyć z następującego wzoru

V

m

m

t

mt

−

=

ρ

3

gdzie:

ρ

−

gęstość objętościowa gruntu [g/cm

-3

]

m

t

−

masa pustego pierścienia [g]

m

mt

−

masa pierścienia z gruntem w stanie naturalnym [g]

Jako wynik końcowy podaje się średnią arytmetyczną wartość dwóch oznaczeń dla próbek tego samego
gruntu, jeżeli różnica wyników uzyskanych z poszczególnych oznaczeń nie przekroczy 0,02 g/cm

-3

.

2.3.

Gęstość właściwa szkieletu gruntowego

Gęstość właściwa szkieletu gruntowego określa stosunek masy szkieletu gruntowego do objętości
wszystkich ziaren i cząstek szkieletu gruntowego. Gęstość właściwa szkieletu gruntowego ρ

s

wylicza się ze

wzoru:

s

s

s

V

m

=

ρ

gdzie:

ρ

s

−

gęstość objętościowa właściwa szkieletu gruntowego [g/cm

-3

]

m

s

−

masa szkieletu gruntowego [g]

V

s

−

objętość szkieletu gruntowego, tj. wszystkich ziaren i cząstek stałych [cm

3

]

Gęstość właściwą można oznaczać dwiema metodami:

1) metodę piknometru

,

2

)

w aparacie Le Chatelier’a

.

Metodę piknometru przy użyciu wody stosuje się tylko do gruntów, które nie zawierają soli
rozpuszczalnych w wodzie.

Aparat Le Chateliera stosuje się przypadku badania gruntów zawierających sole rozpuszczalne w wodzie
lub gruntów organicznych.

2.3.1. Sprzęt do badania metodą piknometru

a)

piknometr lub kolba,

b)

waga techniczna,

c)

pipeta,

d)

suszarka.

2.3.2. Wykonanie badania metodą piknometru

Próbkę gruntu wysuszyć do stałej masy w suszarce w temperaturze 105-110°C, a następnie ochłodzić
w eksykatorze.

Zważyć pusty, suchy piknometr lub kolbę (m

t

).

Do zważonego piknometru/kolby wsypać próbkę wysuszonego gruntu i zważyć całość (m

g

).

Piknometr z gruntem napełnić do około 2/3 objętości wodą destylowaną. Przez pół godziny gotować go na
małym płomieniu w celu usunięcia powietrza z gruntu i z wody. W czasie gotowania zawartość
kilkakrotnie wymieszać.

Piknometr ochłodzić do temperatury otoczenia, uzupełnić wodę destylowaną do poziomu kreski na szyjce
i zważyć (m

wg

).

Opróżnić piknometr, dokładnie wypłukać i jeśli piknometr nie był wcześniej wycechowany przeprowadzić
jego cechowanie (wlać do niego wodę destylowaną do kreski, doprowadzić do temperatury 20°C i po
starannym wytarciu z zewnątrz zważyć (m

wt

)).

2.3.3. Wynik badania

Objętość szkieletu gruntowego (V

s

) wyznacza się ze wzoru:

4

(

)

w

wg

t

g

wt

s

m

m

m

m

V

ρ

−

−

+

=

Gęstość właściwą szkieletu gruntowego (

ρ

s

) wyznacza się ze wzoru:

s

t

g

s

V

m

m

−

=

ρ

gdzie:

ρ

s

−

gęstość właściwa szkieletu gruntowego [g/cm

-3

]

m

t

−

masa pustego piknometru [g]

m

g

−

masa piknometru z gruntem [g]

V

s

−

objętość szkieletu gruntowego [cm

3

]

W tabeli poniżej podano wartości gęstości właściwej szkieletu gruntowego niektórych gruntów (wg PN-88B-04481

oraz PN-81/B-03020). Uzyskane wyniki oznaczenia

ρ

s nie powinny różnić się od wartości podanych wartości więcej

niż o 0,02 g · cm

-3

dla gruntów mało spoistych, średnio spoistych i zwięzło spoistych oraz o 0,03 g · cm

-3

dla gruntów

bardzo spoistych. W przypadku uzyskania większych różnic należy wykonać dodatkowo co najmniej dwa oznaczenia.

Nazwa gruntu

Gęstość właściwa

szkieletu gruntowego

ρ

s

g/cm

-3

Piaski

2,65-2,67

Piaski pylaste

2,65-2,66

Pyły i pyły piaszczyste

2,66-2,67

Piaski gliniaste

2,66-2,68

Gliny, gliny piaszczyste i gliny pylaste

2,67-2,70

Gliny zwięzłe, gliny piaszczyste zwięzłe,

gliny pylaste zwięzłe

2,69-2,72

Iły, iły pylaste, iły piaszczyste

2,71-2,78

Piaski i pyły próchniczne

2,30-2,64

Namuły organiczne

2,15-2,60

Torfy

1,40-1,70