1. Wstęp teoretyczny

1.1 Cechy fizyczne gruntu

Cechy fizyczne gruntu można podzielić na podstawowe i od nich pochodne, które oblicza się na podstawie cech podstawowych. Do podstawowych cech fizycznych gruntów zalicza się wilgotność, gęstość właściwą i gęstość objętościową. Cechy te wyznacza się na podstawie badań laboratoryjnych.

Mając oznaczone podstawowe cechy fizyczne gruntu, można obliczyć cechy od nich pochodne, do cech pochodnych należą : gęstość objętościowa szkieletu gruntowego ( ρ_d ) , ciężar objętościowy szkieletu gruntowego ( γ_d ), porowatość ( n ), wskaźnik porowatości ( e ), szczelność ( m. ), wilgotność całkowita ( w_r ), stopień wilgotności ( s_r ), gęstość objętościowa ( ρ' ) i ciężar objętościowy ( γ' ) gruntu przy całkowitym wypełnieniu porów wodą, gęstość objętościowa ( ρ_sr ) i ciężar objętościowy ( γ_sr ) gruntu poniżej zwierciadła wody po uwzględnieniu wyporu. Znajomość podstawowych cech fizycznych jest również niezbędna do określenia: stopnia wilgotności, stopnia zagęszczenia, stopnia plastyczności i wskaźnika zagęszczenia.

Gęstość objętościowa gruntu ρ jest to stosunek masy próbki gruntu do jej objętości (łącznie z porami)

[g/cm³]

gdzie:

m_m - masa próbki gruntu [g],

V - objętość próbki [cm³],

m_mt - masa pierścienia z gruntem [g],

m_t - masa pierścienia [g],

V_p - objętość pierścienia [cm³].

Gęstość właściwa gruntu ρ_s jest to stosunek masy suchego szkieletu gruntowego do jego objętości (bez porów)

[g/cm­³]

gdzie:

m­_s - masa szkieletu gruntowego [g],

V_s - objętość szkieletu gruntowego [cm³].

Wilgotnością naturalną gruntu w nazywamy stosunek masy wody zawartej w porach gruntu do masy szkieletu gruntowego, wyrażony w procentach

gdzie:

m_w - masa wody w porach gruntu [g],

m_s - masa próbki gruntu wysuszonej w temperaturze 105-110º C [g],

m_m - masa próbki gruntu wilgotnego [g].

Porowatość gruntu n jest to stosunek objętości porów w danej próbce gruntu do jej całkowitej objętości (szkieletu i porów)

[-]

gdzie:

V_p - objętość porów w próbce [cm³],

V - objętość całkowita próbki (szkieletu gruntowego i porów) [cm³],

ρ_s - gęstość właściwa gruntu [g/cm³],

ρ_d - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g/cm³].

Wskaźnik porowatości gruntu e jest to stosunek objętości porów w gruncie do objętości szkieletu gruntowego

[-]

gdzie:

V_p - objętość porów w próbce [cm³],

V_s - objętość szkieletu gruntowego [cm³],

ρ_s - gęstość właściwa gruntu [g/cm³],

ρ_d - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g/cm³].

Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego ρ_d jest to stosunek masy szkieletu gruntowego w danej próbce do jej objętości (razem z porami)

[g/cm³]

gdzie:

m_s - masa próbki gruntu wysuszonej w temperaturze 105-110º C [g],

V - objętość próbki gruntu przed wysuszeniem [cm³],

ρ - gęstość objętościowa gruntu [g/cm³],

w - wilgotność gruntu [%].

Stopień wilgotności gruntu (stopień zawilgocenia) S_r jest to stosunek objętości wody w porach gruntu do objętości porów

[-]

gdzie:

V_w - objętość wody wypełniającej pory gruntu [cm³],

V_p - objętość porów [cm³],

w - wilgotność gruntu [%],

ρ_s - gęstość właściwa gruntu [g/cm³],

e - wskaźnik porowatości gruntu [-],

ρ_w - gęstość wody ( 1 [g/cm³] ),

w_sr - wilgotność całkowita [%].

Wilgotność całkowita występuje, gdy stopień wilgotności gruntu S_r=1,0, czyli gdy wszystkie pory w gruncie są całkowicie wypełnione wodą

[%]

gdzie:

e - wskaźnik porowatości gruntu [-],

ρ_w - gęstość wody ( 1 [g/cm³] ),

ρ_s - gęstość właściwa gruntu [g/cm³].

1.2 Stopień zagęszczenia

Stopniem zagęszczenia nazywa się stosunek zagęszczenia istniejącego w warunkach naturalnych do największego możliwego zagęszczenia danego gruntu. Wyznaczamy go ze wzoru:

gdzie:

I_D - stopień zagęszczenia gruntu
e - wskaźnik porowatości gruntu w stanie naturalnym
emax - wskaźnik porowatości gruntu luźno usypanego
emin - wskaźnik porowatości gruntu maksymalnie zagęszczonego

1.3 Wskaźnik zageszczenia

Wskaźnik zagęszczenia I_s - miara zagęszczenia gruntu nasypowego.

gdzie:

• ρ_d - gęstość objętościowa szkieletu badanego gruntu zagęszczonego

• ρ_ds - maksymalna gęstość objętościowa gruntu, oznaczona metodą badania wilgotności optymalnej

1.4 Wilgotność optymalna

Wilgotnością optymalną w_opt nazywamy taką wilgotność, przy której w danych warunkach ubijania można osiągnąć największe zagęszczenie gruntu, a więc maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego ρ_dmax.

2. Przebieg badań

2.1 Oznaczenie wilgotności optymalnej w aparacie Proctora:

Schemat aparatu Proctora.

1 - zmierzyć suwmiarką: wewnętrzną wysokość h [cm] i średnicę d [cm] cylindra,

2 - zważyć pusty cylinder mt [g],

3 - zważyć parowniczki do oznaczenia wilgotności,

4 - do cylindra z kołnierzem nałożyć pierwszą warstwę gruntu do połowy wysokości cylindra i ubijać ubijakiem 25 razy na całej powierzchni próbki,

5 - nałożyć drugą warstwę gruntu do wysokości połączenia cylindra z kołnierzem, powtórzyć ubijanie podobnie jak dla pierwszej warstwy,

6 - punkt 5 powtórzyć dla trzeciej warstwy gruntu nakładając do ¾ wysokości kołnierza,

7 - delikatnie zdjąć kołnierz, ściąć nadmiar gruntu nad krawędzią cylindra tak, aby grunt wypełniał dokładnie wnętrze cylindra,

8 - dokładnie oczyścić cylinder z zewnątrz z gruntu i zważyć,

9 - do zważonej parowniczki pobrać próbkę gruntu dla określenia wilgotności,

10 - wysypać grunt z cylindra do pojemnika,

11 - do używanego w poprzednim ubijaniu gruntu dodać niewielką ilość wody i dokładnie wymieszać,

12 - powtórzyć czynności wg pkt. 4 - 10,

13 - powtarzać cykl ubijania wg pkt. 11 - 12 określając odpowiednio mwti i wi do momentu, gdy masa cylindra z gruntem zmaleje; dopuszcza się najwyżej 5 - krotne wykonanie zagęszczania tej samej próbki gruntu,

14 - po zakończeniu ostatniego ubijania wysypać grunt z cylindra do pojemnika i wyczyścić aparat Proctora

Dla uzyskanych parametrów sporządzić wykres zależności gęstości objętościowej szkieletu gruntowego ρ_d od wilgotności gruntu w.

Jako wilgotność optymalną w_opt należy przyjąć wartość wilgotności, która odpowiada maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego ρ_dmax.

2.2 Sondowanie dynamiczne

Wykonywane jest dla potrzeb oceny stopnia zagęszczenia gruntów niespoistych . W zależności od głębokości wykonywanych sondowań używa się sond lekkich DPL, średnich DPM, ciężkich DPH i bardzo cięższych DPSH. Otrzymane wyniki interpretowane są według normy  PN-B-04452/2002 i podawane jako stopień zagęszczenia ID.

3. Opracowanie wyników i wnioski

Na podstawie próby rozcierania w wodzie oraz wałeczkowania określiłem nazwę i rodzaj badanej próbki. Był to pył piaszczysty. Z normy PN-81/B-03020 odczytałem gęstość właściwą pyłu ρ_s =2,66g/cm³ .

Badanie wilgotności naturalnej polegało na wysuszeniu próbek gruntu w suszarce w temperaturze 105-110°C do stałej masy i określeniu masy próbki przed suszeniem oraz po suszeniu. Otrzymane wartości posłużyły do bezpośredniego określenia wilgotności gruntu w_n=13,21%.

Określenie gęstości objętościowej ρ wykonałam metodą pierścienia tnącego. Należało zmierzyć średnicę i wysokość pierścienia, aby określić jego objętość, następnie zważyć pierścień przed i po nałożeniu do niego badanego gruntu. Po zastosowaniu odpowiedniego wzoru otrzymałem szukaną gęstość objętościową gruntu ρ=2,19 g/cm³.

Na podstawie wyprowadzonych podstawowych cech fizycznych gruntu byłem w stanie wyliczyć pochodne cechy fizyczne czyli gęstość objętościowa szkieletu gruntowego ρ_d =1,93g/cm³, porowatość n=0,27, wskaźnik porowatości e=0,38, wilgotność całkowitą 14,29% oraz stopień wilgotności S_r=0,93 stan mokry.

Wilgotność optymalną odczytałem z wykresu wilgotności od gęstości objętościowej szkieletu gruntowego. w_opt=10,4 % dla ρ_ds=1,92 g/cm³. Następnie obliczyłem wskaźnik zagęszczenia równy I_S=1,14.

Na formularzu umieściłem wyniki badań sondą dynamiczną. Badanym gruntem była pospółka. Grunt podzieliłem na trzy podwarstwy, obliczając dla nich
,
, I_D oraz I_S.

---