1. WSTĘP:

Grunt składa się z oddzielnych ziarn i cząstek, tworzących porowaty układ. Zależnie od okoliczności powstawania gruntu, jego obciążenia i wilgotności pory w gruncie wypełnia woda lub powietrze, a najczęściej obie te substancje razem.

Zmiany w objętości faz badanego gruntu zachodzą podczas jego ubijania, suszenia lub konsolidacji.

2. ANALIZA MAKROSKOPOWA GRUNTU

Rozpoczynając badanie gruntu możemy wstępnie zaklasyfikować grunt, tzn. ustalić: czy grunt jest mineralny, czy organiczny.

W grupie gruntów mineralnych możemy makroskopowo ustalić rodzaj gruntu i niektóre jego cechy fizyczne. Na tej podstawie określimy nazwę gruntu.

Mamy do czynienia z gruntem spoistym. Na podstawie zawartości frakcji iłowej w próbce określamy rodzaj gruntu, a na podstawie zawartości frakcji pyłowej i piaskowej - nazwę.

Wykonując próbę wałeczkowania i rozmakania w wodzie, ustaliliśmy spoistość badanej próbki. Grunt podczas wałeczkowania rozwarstwiał się podłużnie , a jego powierzchnia od początku do końca wałeczkowania była bez połysku.

W wodzie grudka rozmakała po czasie 3 minut.

Rozcierając próbkę w wodzie dało się wyczuć mało piasku.

Na podstawie liczby wałeczkowań możemy stwierdzić, że dany grunt jest w stanie twardoplastycznym.

Grunt jest mało spoisty i jest to: PYŁ PIASZCZYSTY.

3. WYZNACZENIE PODSTAWOWYCH CECH FIZYCZNYCH

• GĘSTOŚĆ OBJĘTOŚCIOWA

Gęstością objętościową (ρ) gruntu nazywa się stosunek masy próbki gruntu (w stanie naturalnym) do jej objętości.

Wyznacza się ją ze wzoru:

Gęstość objętościowa jest jednym z parametrów charakteryzujących strukturalno -teksturalne właściwości gruntów. Jej wartość zależy od:

- składu mineralnego

- porowatości

- wilgotności

W zależności od rodzaju gruntu, oraz stanu i wielkości próbki przeznaczonej do badań, przy oznaczeniu gęstości objętościowej stosuje się jedną z czterech metod:

a) metodę pierścienia tnącego

b) metodę rtęciową

c) metodę wyporu hydrostatycznego (parafinowania)

d) metodę oznaczania gęstości obj. w cylindrze

Przy badaniu gruntów spoistych stosuje się pierwsze trzy metody. Metoda pierścienia tnącego jest metodą najprostszą, najszybszą i przy dokładnym wykonaniu oznaczenia pozwala na uzyskanie bardzo dokładnych wyników. Stosuje się ją zawsze tam, gdzie rodzaj, stan gruntu oraz jego ilość na to pozwalają.

1. Oznaczenie gęstości objętościowej metodą pierścienia tnącego

• Sposób wykonania ćwiczenia:

- zważyć i zmierzyć pierścień w celu określenia jego masy (m_p) i objętości (V)

- wcisnąć pierścień równomiernie w grunt

- pierścień oczyścić z gruntu z zewnątrz

- wyrównać górną i dolną powierzchnię gruntu równo z krawędziami pierścienia

- ważyć pierścień wraz z gruntem (m_pm), określić masę gruntu (m_m)

- badanie wykonać dwukrotnie

Rys. 1. Wycinarka i pierścień z gruntem.

• Dane wynikające z badania:

masa pierścienia bez gruntu: m_p= 40,94g

masa pierścienia z gruntem: m_pm= 93,61g

średnica pierścienia: d= 3,97cm

wysokość pierścienia: h= 1,99cm

• Obliczenie wyników:

masa gruntu: m_m= m_pm-m_{p →} m_m= 93,61g -40,94g = 52,67g

objętość próbki:

gęstość objętościowa:

1. WILGOTNOŚĆ NATURALNA

Wilgotnością naturalną (w_n) nazywamy stosunek masy wody zawartej w danej próbce gruntu w warunkach naturalnych (m_w) do masy szkieletu gruntowego tej próbki (m_s).

Wyznaczamy ją ze wzoru:

Masę szkieletu gruntowego uzyskuje się poprzez suszenie próbki w temperaturze 105-110^oC. Zakładamy, że w tej temperaturze grunt traci całą wodę wolną.

1. Oznaczenie wilgotności naturalnej

• Wykonanie badania:

- zważyć dwie parowniczki, (m_t)

- umieścić próbki gruntu w parowniczkach

- zważyć parowniczki wraz z gruntem, (m_mt)

- umieścić parowniczki wraz z gruntem w suszarce w temperaturze 105-110^oC

- na następny dzień wyjąć parowniczki z suszarki, ostudzić, zważyć, (m_st)

• Dane wynikające z badania:

masa parowniczek: (255) m_t1= 33,69g

(230) m_t2= 25,44g

masa parowniczek z gruntem wilgotnym: m_mt1= 81,25g

m_mt2= 79,78g

masa parowniczek z gruntem suchym: m_st1= 73,31g

m_st2= 72,62g

• Obliczenie wyników:

masa wody w próbce: m_w= m_mt-m_{st →} m_w1= 81,25g -73,31g = 7,94g

m_w2= 79,78g -72,62g = 7,16g

masa szkieletu gruntowego: m_s= m_st-m_{t →} m_s1= 73,31g -33,69g = 39,62g

m_s2= 72,62g -25,44g = 47,18g

wilgotność naturalna:
_→

w_n2-w_n1 < 0,05 w_n1

w_n2-w_n1 = 4,86% < 0,05

Wynik uznajemy za dostatecznie dokładny, ponieważ różnica obydwu parowniczek nie przekracza 5% mniejszej z otrzymanych wartości.

Za wynik przyjmujemy średnią arytmetyczną otrzymanych wartości.

1. GĘSTOŚĆ WŁAŚCIWA SZKIELETU GRUNTOWEGO

Gęstością właściwą (ρ_s) szkieletu gruntowego nazywamy stosunek masy szkieletu gruntowego (m_s) do jego objętości (V_s).

Wyznacza się ją ze wzoru:

• Zależy od:

- składu mineralnego gruntu

- domieszek które zawiera

• Parametr ten oznaczamy dwiema metodami:

- metodą piknometru

- metodą kolby Le Chatelie.

4. CECHY OKREŚLAJĄCE POROWATOŚĆ GRUNTÓW

Mając wyznaczone podstawowe cechy fizyczne, a więc wilgotność, gęstość właściwą i gęstość objętościową gruntu, można wyznaczyć jego inne cechy fizyczne, związane z układem ziarn i cząstek w gruncie.

Do cech tych zaliczamy:

- gęstość objętościową szkieletu gruntowego, ρ_d

- porowatość, n

- wskaźnik porowatości, e

Cechy te są pośrednio również wskaźnikami możliwych odkształceń gruntów pod budowlami i w nasypach, mają więc duże znaczenie w mechanice gruntów.

1. GĘSTOŚĆ OBJĘTOŚCIOWA SZKIELETU GRUNTOWEGO

Gęstością objętościową szkieletu gruntowego (ρ_d) nazywamy stosunek masy szkieletu gruntowego do objętości całej próbki.

Definicję tę ilustruje wzór:

• Praktyczne obliczenia gęstości objętościowej szkieletu gruntowego dokonujemy za pomocą wzoru:

Obliczenie:

Znajomość gęstości objętościowej szkieletu gruntowego jest konieczna do obliczenia porowatości i wskaźnika porowatości

1. POROWATOŚĆ

Porowatością (n) (liczba niemianowana) nazywamy stosunek objętości porów V_p do objętości całego gruntu V (szkielet gruntu + pory).

Porowatość obliczamy ze wzoru:

Dla celów dydaktycznych na podstawie tabeli przyjęliśmy gęstość właściwą dla pyłu piaszczystego ρ_s= 2,67g/cm³

2. WSKAŹNIK POROWATOŚCI

Wskaźnikiem porowatości gruntu (e) (liczba niemianowana) nazywamy stosunek objętości porów do objętości cząstek gruntu (szkieletu)

Wskaźnik ten obliczamy ze wzoru:

5. STAN ZAWILGOCENIA GRUNTU

W celu określenia stanu zawilgocenia gruntu i sprawdzenia, w jakim stopniu pory w gruncie są wypełnione wodą, należy wyznaczyć jego wilgotność całkowitą (w_sr) i stopień wilgotności (S_r).

Grunt ma wilgotność całkowitą, gdy jego pory są całkowicie wypełnione wodą.

Stopień wilgotności określa stopień wypełnienia porów gruntu wodą.

Obliczamy go ze wzoru:

Ponieważ:

0,8 < S_r < 1 → badany grunt jest mokry

---