Stopień zagęszczenia gruntów sypkich ID

Stopień zagęszczenia gruntów sypkich ID
1. WSTP
Struktura gruntu, składającego się z ziaren i cząstek, pomiędzy którymi znajdują się
pory, sprawia iż może on mieć różne zagęszczenie, w zależności od upakowania cząstek
(Rys.1).
Rys.1. Zmiana objętości porów w piasku w miarę jego zagęszczania:
a) objętość piasku najbardziej luznego, b) objętość w naturze (pośrednia),
c) objętość piasku najbardziej zagęszczonego
Stopień zagęszczenia gruntów sypkich jest to iloraz różnicy pomiędzy objętością
maksymalną i naturalną danej masy gruntu i różnicy pomiędzy objętością maksymalną i
minimalną. Oznacza się go symbolem ID (liczba niemianowana) i wyznacza z zależności:
Vmax -�V
ID =� (1)
Vmax -�Vmin
gdzie:
V - objętość gruntu w stanie naturalnym [cm3],
Vmax - objętość gruntu przy najluzniejszym ułożeniu ziaren [cm3],
Vmin - objętość gruntu przy najbardziej gęstym ułożeniu ziaren [cm3].
Stopień zagęszczenia gruntów sypkich bada się w celu określenia stanu gruntu
zalegającego w podłożu fundamentów projektowanej budowli oraz sprawdzenia
zagęszczenia wykonywanych nasypów ziemnych.
Można go wyznaczyć także na podstawie znajomości wskaznika porowatości naturalnej,
wskaznika porowatości maksymalnej oraz wskaznika porowatości minimalnej (pkt. 5).
2. POROWATOŚĆ I WSKAyNIK POROWATOŚCI GRUNTU
2.1. Porowatość gruntu
Porowatością gruntu n (liczba niemianowana) nazywa się stosunek objętości porów VP
zawartych w danym gruncie do objętości całkowitej próbki V (szkielet gruntu + pory)
(Rys.2).
Vp
n =� (2)
V
gdzie:
Vp - objętość porów w próbce [cm3],
V - całkowita objętość próbki [cm3].
Rys.2. Fazy w gruncie
Wobec trudności bezpośredniego pomiaru objętości szkieletu i objętości porów
posługujemy się metodą pośrednią, opartą na znajomości gęstości właściwej i gęstości
objętościowej szkieletu gruntowego (wyznaczonych laboratoryjnie).
Ponieważ objętość całkowita próbki gruntu jest sumą objętości szkieletu gruntowego
i porów zawartych w danej próbce gruntu, to ze wzoru na porowatość otrzymujemy:
Vp
n =� (3)
V
Vp =� n ��V (4)
Vs =� V -� Vp =� (1 -� n) ��V (5)
Ponieważ gęstość właściwa szkieletu gruntowego wyraża się jako
ms
r�s =� (6)
Vs
to
ms =� Vs �� r�s =� (1-� n) ��V �� r�s (7)
a gęstość objętościową szkieletu gruntowego
ms
r�d =� (8)
V
określa zależność
(1 -� n) ��V �� r�s
r�d =� (9)
V
stąd
r�d
n =� 1-� (10)
r�s
lub
g�
d
n =� 1-� (11)
g�
s
gdzie:
n - porowatość gruntu (ułamek dziesiętny),
ms. - masa szkieletu gruntowego [g],
�s - gęstość właściwa gruntu [g/cm3]
�d - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g/cm3],
łs - ciężar właściwy gruntu [fcN/m3],
łd - ciężar objętościowy szkieletu gruntowego [kN/m3].
2.2 Wskaznik porowatości gruntu
Wskaznikiem porowatości gruntu e nazywa się stosunek objętości porów zawartych
w danym gruncie do objętości szkieletu gruntowego.
Vp V -� Vs (V -�Vs ) �� r�s V �� r�s -�Vs �� r�s V �� r�s -�V �� r�d
e =� =� =� =� =� (12)
Vs Vs Vs �� r�s Vs �� r�s V �� r�d
r�s -� r�d r�s
e =� =� -�1 (13)
r�d r�d
Wskaznik porowatości można również wyrazić za pomocą porowatości
Vp
Vp Vp
n
V
e =� =� =� =� (14)
Vp 1-� n
Vs V -� Vp V
-�
V V
Wobec powyższego, zależności pomiędzy porowatością e, a wskaznikiem porowatości n
wyrażają się równaniami:
n
e =� (15)
1-� n
e
n =� (16)
1 +� e
Wskazniki porowatości piasków i żwirów wahają się w granicach 0,3�1,0; w gruntach
spoistych są znacznie większe.
Jeżeli przyjmiemy, że grunt składa się z ziaren kulistych (Rys.3) o jednakowych
średnicach, zyskamy maksymalną porowatość przy układzie kula nad kulą" nmax = 0,476,
minimalną porowatość przy układzie kula oparta na trzech kulach" nmin= 0,258.
Rys.3. Układ ziaren kulistych:
a) ułożenie ziaren najluzniejsze, b) ułożenie ziaren najbardziej zagęszczonych
Porowatości równoziamistych piasków i żwirów mieszczą się w tych granicach; piaski
różnoziarniste mogą mieć porowatość mniejszą od poprzednio podanych.
Grunty spoiste mają znacznie większe porowatości, gdyż cząstki iłowe (tworzące
strukturę komórkową lub kłaczkową) dają bardziej porowate układy.
3. WSKAyNIK POROWATOŚCI NATURALNEJ
Wskaznik porowatości naturalnej gruntu wynosi
r�s -� r�d
en =� (17)
r�d
gdzie:
�s - gęstość właściwa gruntu [g/cm3],
�d - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g/cm3].
Do określenia wskaznika porowatości naturalnej niezbędne jest wyznaczenie gęstości
objętościowej (najlepiej w cylindrze stalowym) oraz wilgotności naturalnej danego gruntu.
Następnie oblicza się gęstość objętościową szkieletu gruntowego
100 �� r�
r�d =� (18)
100 +� w
gdzie:
�d - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g/cm3],
� - gęstość objętościowa gruntu [g/cm3],
w wilgotność naturalna próbki gruntu [%].
Znając �s oblicza się wskaznik porowatości naturalnej wg wzoru (17). W przypadku
piasków wartość �s zazwyczaj nie jest wyznaczana laboratoryjnie, lecz przyjmowana jako
�s= 2.64 g/cm3.
4. WSKAyNIK POROWATOŚCI MAKSYMALNEJ I MINIMALNEJ
Wskaznik porowatości maksymalnej i minimalnej określa się badając próbki gruntu
o maksymalnym (możliwym) i minimalnym zagęszczeniu.
Służą do tego następujące przyrządy:
a) naczynie metalowe z tłoczkiem,
b) metalowe widełki wibracyjne,
c) waga techniczna o dokładności ważenia 0,1 g,
d) nóż o prostym ostrzu,
e) suwmiarka o dokładności mierzenia 0,1 mm,
f) lejek.
4.1. Przygotowanie próbki do oznaczenia
Z gruntu przeznaczonego do badań należy pobrać próbkę o objętości co najmniej 600cm3
i wysuszyć do stałej masy w temperaturze 105�110�C.
4.2. Wykonanie oznaczenia
Wskaznik porowatości maksymalnej emax określa się dla próbki o możliwe najluzniej
ułożonej strukturze, wsypując grunt przez lejek do cylindra. Wskaznik porowatości
minimalnej emin oznaczany jest dla próbek o możliwie maksymalnie gęsto ułożonej
strukturze, jaką można uzyskać dla danego gruntu drogą wibracji.
4.2.1. Wskaznik porowatości maksymalnej
Na dnie cylindra ustawia się lejek i wsypuje się do niego wysuszony grunt. W miarę
napełniania cylindra lejek unosi się stopniowo do góry, utrzymując go tuż nad powierzchnią
gruntu, prowadzi się nim równocześnie po całym przekroju cylindra, napełniając w ten
sposób cały cylinder. Nadmiar gruntu zdejmuje się delikatnie za pomocą noża równo
z krawędziami cylindra, a następnie waży się cylinder wraz z gruntem.
Znając masę cylindra, masę cylindra z gruntem oraz objętość cylindra, oblicza się
gęstość objętościową przy najbardziej luznym ułożeniu ziaren �dmin, według wzoru:
mst -� mt
r�d min =� (19)
V
gdzie:
mst - masa naczynia z gruntem [g],
mst - masa naczynia [g],
V - objętość próbki gruntu w naczyniu [cm3].
Za miarodajną należy przyjąć najniższą wartość z pięciu oznaczeń �dmin.
Wskaznik porowatości gruntu przy najluzniejszym ułożeniu ziaren oblicza się według
wzoru:
r�s -� r�d min
emax =� (20)
r�d min
gdzie:
emax - wskaznik porowatości gruntu przy najluzniejszym ułożeniu ziaren,
�s - gęstość właściwa gruntu [g/cm3],
�dmin - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego przy najbardziej luznym ułożeniu
ziaren [g/cm3].
4.2.2. Wskaznik porowatości minimalnej
Cylinder napełnia się gruntem, zgarniając jego nadmiar przy pomocy noża. Następnie na
powierzchni gruntu należy umieścić tłoczek i przeprowadzić zagęszczenie gruntu przez
1 minutę, uderzając widełkami wibracyjnymi o ścianki naczynia początkowo lekko i wolno,
a następnie silnie i szybko. Grunt można uznać za zagęszczony, jeśli trzy kolejne pomiary
zagłębienia tłoka dokonane za pomocą suwmiarki, po każdorazowym 0,5 minutowym
zagęszczeniu, nie wykazują zmian.
Ponieważ ułożenie się górnej krawędzi tłoka nie zawsze jest poziome, pomiary należy
dokonać w trzech miejscach i obliczyć średnią arytmetyczną. Naczynie z gruntem należy
zważyć. Dla tego stanu gruntu należy obliczyć wartość zmniejszenia się objętości gruntu
("V) w naczyniu wskutek zagęszczenia.
Gęstość objętościową gruntu przy najbardziej gęstym ułożeniu ziaren �dmax oblicza się na
podstawie wzoru
mst -� mt
r�d max =� (21)
V -� D�V
gdzie:
mst - masa naczynia z gruntem [g],
mst - masa naczynia [g],
V - początkowa objętość próbki gruntu w cylindrze [cm3],
"V - zmniejszenie objętości próbki gruntu w cylindrze w skutek wibracji [cm3].
Jako miarodajną należy przyjąć najwyższą wartość z trzech oznaczeń �dmax.
Wskaznik porowatości minimalnej oblicza się także z wzoru:
r�s -� r�d max
emin =� (22)
r�d max
gdzie:
emin - wskaznik porowatości gruntu przy najbardziej gestym ułożeniu ziaren,
�s - gęstość właściwa gruntu [g/cm3].
5. STOPIEC ZAGSZCZENIA GRUNTU ID
Znając wskaznik porowatości naturalnej gruntu, wskaznik porowatości maksymalnej i
wskaznik porowatości minimalnej, stopień zagęszczenia ID można określić na podstawie
wzoru
emax -� e
ID =� (23)
emax -� emin
Z powyższej zależności wynika, że stopień zagęszczenia gruntów może uzyskać
maksymalną wartość równą jedności, wówczas gdy e =� emin czyli grunt w naturze ma tak
duże zagęszczenie, jakie można uzyskać sztucznie. W zależności od liczbowej wartości
stopnia zagęszczenia rozróżnia się stany gruntów sypkich, podane w Tabeli 1.
Tabela 1
Stany gruntów sypkich w zależności od wartości wskaznika zagęszczenia ID

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
04 Kontrola zagęszczenia gruntow i kruszywidP51
STOPIEŃ ZAGĘSZCZENIA GRUNTU (ćw 4)
cw grunty 9 STOPIEN ZAGESZCZENIA
05 Stopien zageszczenia karta
03 Stopien zageszcz instrukcjaidD90
05 Stopien zageszczenia instrukcja
12 Technologia i kontrola zagęszczenia gruntów w nasypach drogowychid301
stopien zageszczenia wskaznik zageszczenia
CISAX01GBD id 2064757 Nieznany
listscript fcgi id=33
SGH 2200 id 2230801 Nieznany
listart cgi id=3
111003105109 stress id 2048457 Nieznany

więcej podobnych podstron