Zad.1 Podać definicje podstawowych cech fizycznych gruntów.

Gęstość objętościowa gruntu

Gęstością objętościową ρ nazywamy stosunek masy gruntu do jego objętości . Wyznaczamy ją ze wzoru

gdzie m - masa gruntu

V - objętość gruntu.

Sposoby wyznaczania gęstości objętościowej:

• w wodzie za pomocą parafiny

• w pierścieniu metalowym

• w cylindrze stalowym

• za pomocą rtęci

Gęstość właściwa szkieletu

Gęstością właściwą gruntu ρ_s nazywamy stosunek masy jego cząstek do ich objętości. Obliczamy ją według wzoru. Wyznaczamy metodą kolby Le Chateliera, metodą piktometru.

gdzie m - masa cząstek gruntu

V_s - objętość szkieletu gruntowego

Wilgotność naturalna

Wilgotnością naturalną gruntu nazywamy procentowy stosunek masy wody m_w zawartej w jego porach do masy szkieletu gruntowego m_s. Próbki gruntu powinny być naturalnej wilgotności (NW), naturalnej strukturze (NNS) lub wilgotności w stanie powietrzno-suchym.

Zad.2 Podać definicje i wzory przeliczeniowe następujących pochodnych cech fizycznych: ၲ_d, n, e, w_r, S_r.

Gęstość objętościowa szkieletu gruntu

Gęstością objętościową szkieletu gruntu nazywamy masę ziarn i cząstek stałych w jednostce objętości gruntu. Wyznaczamy ją ze wzoru:

gdzie m_s - masa szkieletu w próbce gruntu, oznaczona przez wysuszenie,

V - objętość próbki (przed wysuszeniem).

Porowatość

Porowatością n nazywamy stosunek objętości porów V_p do objętości całego gruntu V:

Szczelność

Szczelnością m nazywamy stosunek objętości szkieletu gruntu V_p do objętości całego gruntu V:

Wskaźnik porowatości

Wskaźnikiem porowatości nazywamy stosunek objętości porów do objętości cząstek gruntu (szkieletu); wskaźnik ten obliczamy ze wzoru:

Wilgotność całkowita

Grunt ma wilgotność całkowitą, gdy jego pory są całkowicie wypełnione wodą. Wilgotność całkowitą w_r w procentach oblicza się ze wzoru:

gdzie m_w` - masa wody całkowicie wypełniająca pory gruntu,

m_s - masa szkieletu gruntowego.

Stopień wilgotności

Stopień wilgotności S_r określa stopień wypełnienia porów gruntu wodą. Obliczamy go ze wzoru:

Zad.3 Wymienić metody wyznaczania gęstości objętościowej oraz podać, dla jakich gruntów są one stosowane.

Gęstość objętościowa jest jednym z parametrów charakteryzujących strukturalno-teksturalne właściwości gruntów. Jej wartość zależy od składu mineralnego, porowatości i wilgotności gruntów. W zależności od rodzaju gruntu oraz stanu i wielkości próbki, przeznaczonej do badań, przy oznaczaniu gęstości objętościowej gruntu stosuje się jedną z czterech metod:

1) metodę pierścienia tnącego,

2) metodę rtęciową,

3) metodę wyporu hydrostatycznego ( parafinowania ),

4) metodę oznaczania gęstości objętościowej w cylindrze.

Pierwsze trzy metody stosuje się przy badaniu gruntów spoistych, drugą i trzecią również dla gruntów skalistych, metodę czwartą - przy badaniu gruntów niespoistych. Spośród wymienionych powyżej metod oznaczania gęstości objętościowej metoda pierścienia tnącego jest metodą najprostszą, najszybszą i przy dokładnym wykonaniu oznaczenia pozwala również na uzyskanie bardzo dokładnych wyników. Należy więc ją stosować zawsze tam, gdzie rodzaj, stan gruntu oraz jego ilość na to pozwalają.

Zad.4 W badaniach laboratoryjnych określano ciężar objętościowy gruntu za pomocą pierścienia metalowego o ciężarze 109.17 [G], średnicy wewnętrznej 4.34 [cm] i wysokości 3.44 [cm]. Dla dwóch badanych próbek NNS stwierdzono odpowiednio: ciężar pierścienia z gruntem G₁ =211.73 [G] i G₂ = 212.67 [G]. Określić wartość ciężaru objętościowego gruntu w [kN/m³] oraz wilgotność w [%] jeżeli po wysuszeniu próbki bez pierścienia ważyły odpowiednio 83.50 [G] i 85.00 [G]. Ocenić poprawność wykonanych oznaczeń.

• Dane wynikające z badania:

masa pierścienia bez gruntu: m_p= 109,17g

masa pierścienia z gruntem: m_pm1= 211,73g

m_pm2= 212,67g

średnica pierścienia: d= 4,34cm

wysokość pierścienia: h= 3,44cm

• Obliczenie wyników:

masa gruntu: m_m= m_pm-m_{p →} m_m1= 211,73g - 109,17g = 102,56g

m_m2= 212,67g - 109,17g = 103,5g

objętość próbki:

gęstość objętościowa:

ciężar objętościowy gruntu:

masa wody w próbce: m_w= m_mt-m_{st →} m_w1= 211,73g -83,5g = 128,23

m_w2= 212,67g -85,5g = 127,17

wilgotność naturalna:
_→

Zad.5 Na podstawie poniższych wartości liczbowych podstawowych cech fizycznych określić porowatość i wskaźnik porowatości gliny morenowej: w_n=14 %, ၧ=20,5 kN/m³, ၧ_s=2,67 kN/m³.

Porowatość

Porowatością n nazywamy stosunek objętości porów V_p do objętości całego gruntu V:

Wskaźnik porowatości

Wskaźnikiem porowatości nazywamy stosunek objętości porów do objętości cząstek gruntu (szkieletu); wskaźnik ten obliczamy ze wzoru:

Zad.6 Próba gruntu pobrana metodą A (NNS) o masie 2290 g ma objętość V=1,15თ10^-3 m³. Po wysuszeniu zmniejszyła swoją masę do m_s=2035 g/cm³. Obliczyć wartości pochodnych cech fizycznych: ၲ_d, n, e, w_r, S_r.

Gęstość objętościowa szkieletu gruntu

Porowatość

Szczelność

Wskaźnik porowatości

Wilgotność całkowita

.

Stopień wilgotności

Zad.7 Cylinder o ciężarze 200.94 [G] z próbką NNS gruntu niespoistego o objętości 136.09 [cm³] waży 466.32 [G]. Po wysuszeniu próbka ważyła 219.14[G]. Określić ciężar objętościowy i wilgotność badanego gruntu w jednostkach odpowiednio [kN/m³] i [%].

gęstość objętościowa:

ciężar objętościowy gruntu:

wilgotność naturalna:

Zad.8 W jaki sposób można określić gęstość objętościową gruntu niespoistego?

Przy badaniu gruntów niespoistych stosujemy metodę oznaczania gęstości objętościowej w cylindrze.

Zad.9 Co to jest powierzchnia graniczna i właściwa gruntu i od czego zależy?

Wiele właściwości fizyczno-mechanicznych gruntów jest wynikiem współdziałania fazy stałej i ciekłej. Intensywność tych zjawisk zależy między innymi od wielkości powierzchni, na której te zjawiska zachodzą. Powierzchnię taką nazywa się powierzchnią właściwą gruntu i wyraża najczęściej w m²/kg. Wielkość powierzchni właściwej zależy od wielkości cząstek i ziarn, z których składa się grunt, a w przypadku gruntów spoistych - od składu mineralnego frakcji iłowej.

Powierzchnię graniczną ziaren i cząstek gruntu w przeliczeniu na jednostkę masy nazywamy powierzchnią właściwą. -im większa powierzchnia właściwa, tym większa aktywność fizyczna i chemiczna

Zad.10 Jak można określić gęstość objętościową gruntu w badaniach polowych (in situ)?

Badania gruntów w warunkach ich naturalnego występowania pozwalają na:

Charakterystykę przestrzeni gruntowej w postaci ciągłego określania badanych parametrów sondowań w pionowym profilu.

Określenie głębokości podłoża nośnego.

Badanie cech gruntów w rodzimym stanie naprężeń, w miejscu gdzie grunt będzie pracował.

Szybkie i jednocześnie ekonomiczne otrzymywanie danych o podłożu budowlanym.

Posługując się opisywaną tu aparaturą należy mieć świadomość, iż są to tylko narzędzia, które nam pomagają w charakteryzowaniu właściwości gruntów - tworów przyrody. Wynik zawsze obciążony jest charakterystyką urządzenia, zastosowaną korelacją empiryczną (i jej adekwatnością do badanych utworów geologicznych). Oprócz dokładności i staranności, która jest nieodłącznym elementem przeprowadzanych przez nas badań, do otrzymanych wyników musimy dodać zdobytą wiedzę i doświadczenie aby uzyskać właściwą interpretację cech masywu gruntowego.

---