• Podstawowe cechy fizyczne gruntów

1.Wilgotność gruntu

Wilgotnością gruntu nazywa się stosunek masy wody m_w zawartej w jego porach do masy szkieletu gruntowego m_s :

w=m_w/m_s 100%

W warunkach laboratoryjnych wilgotność gruntu oznacza się metodą suszenia w temperaturze 105-110^oC .W tej temperaturze z gruntu ustępuje woda wolna , kapilarna i błonkowa.

Badanie to wykonuje się w celu oznaczenia stopnia plastyczności i wilgotności gruntu. Do oznaczenia przygotowuje się dwie próbki gruntu reprezentujące możliwie dokładnie wilgotności badanego gruntu , o masach :

• co najmniej 500 g dla gruntów gruboziarnistych

• co najmniej 50 g dla piasków i pyłów

• co najmniej 30 g dla pozostałych gruntów drobnoziarnistych .

Do oznaczenie przygotowuje się dwie próbki o wilgotności naturalnej .Obydwie próbki należy umieścić na uprzednio zważonych parowniczkach , zważyć wraz z nimi m_mt i poddać suszeniu. . Następnie próbki ochłodzić w eksykatorze , zważyć m_st i ponownie wsadzić do suszarki na co najmniej 1 godz. .Zgodność dwóch oznaczeń w odstępie godzinnym jest równoznaczna z wysuszeniem próbki do stałej masy. Wilgotność próbki odlicza się w procentach według wzoru :

w=m_m -m_s / m_s 100% =m_mt - m_st /m_st - m_t 100%

gdzie:

m_m-masa badanej próbki wilgotniej [g]

m_s- masa próbki wysuszonej(masa szkieletu gruntowego) [g]

m_mt- masa próbki gruntu wilgotnego wraz z parowniczka [g]

m_st- masa próbki gruntu wysuszonego wraz z parowniczka [g]

m_t -masa parowniczki [g]

Za wynik ostateczny przyjmuje się średnią arytmetyczną wartości obu oznaczeń , jeżeli ich różnica nie przekracza 5% wartości średniej.

Wilgotność gruntu oprócz metody suszenia można określić metodami przyspieszonymi ,szczególnie przydatnymi w warunkach terenowych ,a mianowicie za pomocą :

• aparatu karbidowego

• piknometru wodnego

• piknometru powietrznego

• aparatury elektronicznej

• aparatury radioizotopowej

2.Gęstosć objętościowa

Gęstość objętościowa gruntu jest to stosunek masy próbki gruntu do objętości tej próbki łącznie z porami. Gęstość objętościową określa się ze wzoru :

ρ=m_m / V , [kg/m³] , [g/cm³]

gdzie :

m_m--masa próbki gruntu

V- objętość próbki

Gęstość objętościowa gruntu jest wartością zmienna , zależną od porowatości wilgotności

gęstości właściwej

Gęstość objętościową gruntu oznacza się na próbkach o nie naruszonej strukturze (NNS).W laboratorium zależnie od rodzaju gruntu i wielkości dostarczonej próbki, gęstość objętościową można oznaczyć wg normy PN-88/B-04481: Grunty budowlane. Badania próbek gruntu jedną z następujących metod :

• wyporu hydrostatycznego w wodzie - metodę tę należy stosować do badania próbek gruntów spoistych o małej objętości, kiedy nie można z nich wyciąć próbki za pomocą pierścienia lub cylindra

• wyporu hydrostatycznego w cieczach organicznych - jak w punkcie powyżej

• oznaczenie w pierścieniu - metodę tę można stosować do badania próbek gruntów spoistych o nienaruszonej strukturze dostarczanych w cylindrach

• oznaczenie w cylindrze - metodę tą należy stosować w przypadkach gruntów niespoistych oraz zaleca się stosować w gruntach spoistych

• oznaczenie w rtęci - metodę tę należy stosować do badania gruntów o znacznej spoistości, nie rozkruszających się w czasie badania

Za wynik oznaczenie należy przyjąć średnią arytmetyczną wartości uzyskanych z badania dwóch próbek jeżeli różnica wyników nie przekracza 0,02 g/cm³

W gruntach kamienistych i żwirach pobranie próbki cylindrem jest prawie niemożliwe, w tym przypadku gęstość objętościową można wyznaczyć metodą dołka, ważąc wydobyty grunt i mierząc jego objętość jedną z następujących metod :

• piasku karbidowego

• aparatu membranowego

• folii i wody

2.1. Oznaczenie gęstości objętościowej próbki gruntu w pierścieniu lub w cylindrze.

a) w pierścieniu - na próbce o nienaruszonej strukturze przed przystąpieniem do bada należy określić gęstość i objętość pierścienia (tarowanie). Po usunięciu gruntu o nienaruszonej strukturze i wyrównaniu powierzchni próbki w cylindrze należy wcisnąć w grunt pierścień równomiernym naciskiem tak, aby nie było szczelin między ścianką pierścienia i pobraną próbką. Następnie napełniony pierścień wyjąć, wyrównać w nim grunt równo z krawędziami i zważyć.

Gęstość objętościową próbki obliczamy wg wzoru:

ρ = m_m/V = (m_mt-m_t)/V_p [g/cm³]

b) w pierścieniu - na próbce o naruszonej strukturze w przypadku braku próbki o nienaruszonej strukturze można w celu uzyskania orientacyjnych wartości ugnieść w pierścieniu grudki gruntu o strukturze naruszonej, lecz o naturalnej wilgotności.

ρ = m_m/V = (m_mt-m_t)/V_c [g/cm³]

m_m - masa próbki gruntu w stanie wilgotnym [g],

V - objętość próbki [cm³],

m_t - masa pierścienia lub cylindra [g],

V_p - wewnętrzna objętość geometryczną pierścienia [cm³],

V_c - wewnętrzna objętość cylindra zajmowana przez próbkę gruntu [cm³].

c) w cylindrze - na próbce o nienaruszonej strukturze z obydwu stron cylindra z próbką o nienaruszonej strukturze należy usunąć naruszony grunt, wyrównać powierzchnie i dwukrotnie zmierzyć długość próbki w cylindrze oraz jej średnice. Następnie cylinder z próbką gruntu dwukrotnie zważyć, usunąć grunt, zważyć go i zważyć cylinder (oczyszczony z gruntu).

W przypadku, gdy grunt nie wypełnia całego cylindra należy przy obliczaniu uwzględnić masę substancji wypełniającej, zaś objętość próbki V oblicza się wzorem:

V = V_c - V_o

gdzie:

V - objętość próbki [cm³],

V_c - objętość wewnętrzna cylindra [cm³],

V_o - objętość wewnętrzna cylindra nie wypełnionego gruntem [cm³].

3.Gęstosć właściwa szkieletu gruntowego

Gęstość właściwa szkieletu gruntowego jest to stosunek masy suchego szkieletu gruntowego m_s do jej objętości V_s .Oblicza się ją wg wzoru :

ρ_s = m_m / V_s , [kg/m³] , [g/cm³]

Do oznaczania tej cechy stosuje się metodę piknometryczno - wodą zgodnie z wymaganiami normy PN-88/B-04481

Do badań przygotowuje się jednorodną próbkę wysuszonego i sproszkowanego gruntu o masie 25-50 g , zależnie od rodzaju gruntu. Następnie suszy się ją w temperaturze 105-110 ^oC do stałej masy i wsypuje się do wycechowanej kolby. Całość ochładza się w eksykatorze ,a następnie waży z dokładnością do 0,01 g. Po zważeniu kolbę dopełnia się wodą destylowaną do około 2/3 objętości i gotuje na małym płomieniu przez ½ godz. .Następnie kolbę z jej zawartością ochładza się do temperatury otoczenia , dopełnia wodą destylowaną do kreski na szyjce kolby i wstawia do kąpieli wodnej o temperaturze otoczenia .Po upływie ok. 2 godz. mierzy się tem. wody w kolbie i w kąpieli. Po wykonaniu tych czynności należy ponownie zważyć kolbę z zawartością z dokładnością do 0,01 g.. Oba wyniki nie powinny różnić się od siebie o więcej ni 0,02 g.

Gęstość właściwą szkieletu gruntowego oblicza się ze wzoru :

ρ_s=[ m_g - m_t / m_wt +( m_g - m_t) - m_wg ]  ρ_{w ,} [g/cm³]

gdzie :

m_g - masa kolby i gruntu wysuszonego przy tem 105-110C [g]

m_wt - masa kolby napełnionej do kreski wodą destylowaną przy tem. przy której oznaczono m_wg [g]

m_wg- masa kolby z gruntem i wodą wypełniającą kolbę do kreski [g]

m_t- masa kolby wysuszonej przy tem 105-110C [g]

ρ_w- gęstość wody [g/cm³

1. Przygotowanie próbki do badania
   - pobrać wysuszoną próbkę gruntu o masie:

• dla gruntów niespoistych oraz piasków gliniastych, pyłów piaszczystych i pyłów 40-50g,

• dla glin piaszczystych, glin, glin pylastych 35-40g,

• dla glin zwięzłych, glin pylastych zwięzłych, iłów piaszczystych, iłów i iłów pylastych 25-30g,

2. Wykonanie badania

• zważyć pustą i suchą kolbę (piknometr), m_t ,

• wsypać przygotowaną próbkę do kolby,

• zważyć kolbę wraz z próbką, m_gt ,

• wypełnić kolbę wraz z gruntem wodą destylowaną do około 2/3 objętości,

• odpowietrzyć próbkę (w przypadku gruntu niespoistego pomijamy gotowanie, wystarczy dokładne wymieszanie),

• uzupełnić wodą destylowaną do kreski na szyjce kolby (menisk dolny pokrywa się z kreską),

• zważyć kolbę wraz z gruntem i wodą, m_wgt ,

• wylać zawartość kolby , dokładnie opłukać, napełnić kolbę ponownie wodą destylowaną do kreski i zważyć, m_wt ,

• badanie wykonać dwukrotnie.

3. Obliczanie wyników:

3.1 Masę szkieletu gruntowego m_s otrzymuje się przez odjęcie od masy kolby z gruntem suchym masy suchej kolby:

m_s = m_gt - m_t

3.2 Objętość szkieletu gruntowego otrzymuje się z obliczenia masy wody w objętości gruntu:

m_w = m_wt + m_s -m_wgt

suma masy kolby (piknometru) z wodą m_wt oraz masy szkieletu gruntowego m_s jest większa od masy kolby z wodą i gruntem o masę wody w objętości gruntu, ponieważ przy obydwu ważeniach poziom cieczy był jednakowy (do kreski). Aby otrzymać objętość gruntu, masę wody dzieli się przez gęstość właściwą wody. W przypadku przeprowadzania badania w temp. 20ºC gęstość właściwą wody przyjmuje się za

1 g * cm^-3:

V_s =

3.3. Gęstość właściwą szkieletu gruntowego oblicza się wg wzoru:

rs=[ mg - mt / mwt +( mg - mt) - mwg ] * rw , [g/cm3]

gdzie:

ρ_s - gęstość właściwa szkieletu gruntowego (g * cm^-3), ρ_w - gęstość właściwa wody (g * cm^-3), m_s - masa szkieletu gruntowego (g), m_wt - masa kolby z wodą (g), m_wgt - masa kolby z wodą i gruntem (g).

Uzyskane wyniki oznaczenia ρ_s nie powiny różnić się od wartości podanych w tabeli więcej niż o0.02 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 wykonuje się

4. Porowatość gruntu

Cechy określające porowatość:

-gęstość objętościowa szkieletu gruntowego

,

Porowatość to stosunek objętości porów do objętości gruntu.

V=V_p+V_s, n=

Trudności są w pomiarze objętości szkieletu

M_d=V*

=(1-n)*

n=
, [1]

W gruntach spoistych jest inaczej, bo nie ma ziaren.

Wskaźnik porowatości (e), e=

-dla piasków i żwirów e=0.3 do 1

-dla gruntów spoistych e>1, dochodzi do 3

Wysokie e, to grunt pod wpływem obciążenia szybko się zagęszcza

---