Gęstość objętościowa - stosunek masy samego gruntu do jego objętości.
Gęstość objętościowa to jeden z trzech parametrów dzięki któremu możemy określić stosunek ilościowy trzech faz w gruncie (stałej, ciekłej i gazowej).Gęstość objętościowa charakteryzuje strukturalno-teksturalne właściwości gruntów. jej wartość zależy od składu mineralnego, porowatości i wilgotności badanego gruntu.Gęstość objętościowa możemy wyznaczyć za pomocą jednej z czterech metod:
1) metoda pierścienia tnącego,
2) metoda rtęciowa,
3) metoda parafinowania,
4) metoda oznaczania gęstości objętościowej w cylindrze.
Oznaczanie edometrycznych modułów ściśliwości gruntów.
Ściśliwość gruntów oznacza jego zdolność do zmniejszania objętości pod wpływem obciążenia. Zachodzi pod wpływem: zmniejszenia objętości porów na skutek wzajemnego przesuwania się gruntów, zmniejszania się grubości warstwy podwójnej (częściowo w skutek częściowego zagęszczania i usuwania części wody).
Czynniki wpływające na ściśliwość gruntów:
- skład granulometryczny,
- porowatość,
- skład mineralny.
Badanie wykonuje się w edometrach, w których próbka znajduje się w metalowym pierścieniu. Poprzez to próbka nie ma możliwości rozszerzenia się na boki w związku z tym obciążenie wywierane na próbkę powoduje tylko odkształcenie pionowe (zmiana wysokości)
Ściśliwość gruntu można z charakteryzować przez:
- krzywa ściśliwości - charakteryzuje zależność zmian wysokości próbki od przyłożonego obciążenia.
- moduł ściśliwości - jest uzyskiwany na podstawie badań w edometrze. Jest nazywany edometrzycznym modułem ściśliwości
- krzywe konsolidacji
M0 – moduł ściśliwości pierwotnej [kPa]. Jego badanie polega na wykorzystaniu zdolności gruntu do
zmniejszenia objętości na skutek przyłożonego obciążenia.
M – moduł ściśliwości wtórnej [kPa]. Jego badanie polega na wykorzystaniu przyrostu objętości po
zmniejszeniu obciążenia.
Wzór do obliczenia modułu ściśliwości pierwotnej (M0) lub wtórnej (M):
M0, M = ∆σi / hi-1 = hi-1 – hi / hi-1
∆σ - przyrost obciążenia jednostkowego próbki [kPa]
hi-1 – wysokość próbki przed zmianą obciążenia [mm]
Hi – wysokość próbki po zmianie obciążenia [mm]
Oznaczenie spójności i kąta tarcia wewnętrznego w aparacie trójosiowego ścinania.
Kąt tarcia wewnętrznego jest miarą oporu skały przeciw poślizgowi dwu części względem siebie. (np. gdy powierzchnie potencjalnych osuwisk uzyskają wartość kąta tarcia następuje poślizg).
Spójność gruntu (kohezja) jest to opór gruntu stawiany siłom zewnętrznym wywołany wzajemnym przyciąganiem się cząstek składowych gruntu. Występuje w gruntach spoistych. Zależy od średnicy ziaren, wilgotności, genezy i składu mineralnego.
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie spójności oraz kąta tarcia wewnętrznego za pomocą aparatu trójosiowego ściskania.
Aparat skrzynkowy – urządzenie do określania wytrzymałości próbek na ściskanie. Powinien umożliwić badanie próbek o przekroju kwadratowym i boku 60 mm lub 100 mm. Kierunek działania siły ściskającej powinien być prostopadły do przekroju próbki. Zmiany wysokości próbki powinno się mierzyć z dokładnością do 0,01 mm.
Dynamometr (siłomierz) to przyrząd do pomiaru wartości działającej siły. Działanie: sprężyna wydłuża się pod wpływem działania siły, a jej wartość można odczytać z podziałki, w Niutonach.
Φ – kat tarcia wewnętrznego oznaczony metodą bezpośredniego ścinania
C – spójność gruntów oznaczona metodą bezpośredniego ścinania
Każda próbka może być tylko raz poddana ścinaniu.
Oznaczenie stopnia zagęszczenia gruntów sypkich.
Stopniem zagęszczenia nazywa się stosunek zagęszczenia istniejącego w warunkach naturalnych do największego możliwego zagęszczenia danego gruntu.
Stopień zagęszczenia wyznacza się tylko dla gruntów niespoistych. Jego wielkość zależy przede wszystkim od składu granulometrycznego gruntu, porowatości, kształtu ziaren. Wartość tę wyznacza się w celu określenia nośności gruntu.
Stopień zagęszczenia gruntu luźno usypanego wynosi 0. Natomiast maksymalnie zagęszczonego wynosi 1.
Oznaczanie wilgotności optymalnej.
Wilgotnością optymalną wopt nazywamy taką wilgotność, przy której w danych warunkach ubijania można osiągnąć największe zagęszczenie gruntu, a więc maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego ρdmax.
Badania tego typu wykonuje się przede wszystkim przy zagęszczaniu gruntów pod nawierzchnie drogowe, lotniska, boiska oraz przy formowaniu nasypów ziemnych. Wyliczając wilgotność gruntu wi [%] oraz gęstość objętościową szkieletu gruntowego ρdi [g/cm3] otrzymujemy wykres zależności wilgotności do gęstości objętościowej.
wilgotność optymalną wopt jest wartość wilgotności, która odpowiada maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego ρdmax
Oznaczanie gęstości właściwej szkieletu gruntowego.
Gęstość właściwa ρs [Mg/m3] – stosunek masy szkieletu gruntowego do jego objętości.
Wartość gęstości własciwej szkieletu gruntowego zależy od składu mineralnego gruntu oraz innych domieszek w nim zawartych.
Obliczana jest do określenia porowatości gruntów, składu granulometrycznego, ściśliwości itp.
Wyznaczamy ją dwoma metodami:
- metodą piknometru (kolby),
- metodą kolby Le Chateliera.
Oznaczanie wilgotności naturalnej.
Wilgotność naturalna gruntu Wn: to stosunek masy wody zawartej w próbce gruntu do masy jej szkieletu gruntowego wyrażony w procentach:
gdzie:
mmt - masa gruntu o wilgotności naturalnej [g],
mst - masa gruntu wysuszonego w temperaturze 105-1100C [g].
Wilgotność naturalną mierzymy urządzeniem do pomiaru wilgotności.
Oznaczanie porowatości i wskaźnika porowatości
Porowatość n - wyraża stosunek objętości porów w próbce materiału porowatego do całkowitej objętości próbki. Bezwymiarowy.
n= ps-pd/ps= e/1+e
Porowatość to sumaryczna objętość porów w gruncie, niezależnie od ich wielkości.
Wraz ze wzrostem porowatości maleje wymiar samych porów. Zależy ona od:
- stopnia jednorodności uziarnienia - grunty równoziarniste mają najwyższą porowatość,
- kształt ziaren - grunty o ziarnach zbliżonych do kuli mają wysoką porowatość,
- wilgotność - grunty o wyższej wilgotności przeważnie mają wyższą porowatość,
- sposób ułożenia ziaren i cząstek zależy od stopnia diagenezy gruntów.
Wskaźnik porowatości e – stosunek objętości porów do objętości szkieletu gruntowego. Bezwymiarowy.
e= ps-pd/pd= n/1-n
Obydwa parametry pomocne są przy określaniu zagęszczenia i ścisłości gruntów.
Oznaczanie stopnia wilgotności gruntu.
Stopień wilgotności Sr określa stosunek objętości wody Vw do całkowitej objętości wolnych przestrzeni w glebie Vp. Bezwymiarowy
.Sr=Vw/Vp
Stopień wilgotności przyjmuje wartość od 0 (układ dwufazowy-faza stała i gazowa) do 1 (faza stała i ciekła).
Oznaczanie gęstości objętościowej szkieletu gruntowego.
Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego - stosunek masy szkieletu gruntowego gruntu do jego objętości.
Gęstość objętościową szkieletu gruntowego obliczamy ze wzoru:
pd= ms/V=100*p/w+100
gdzie:
ρd - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego
ρd - gęstość objętościowa gruntu
ms- masa szkieletu gruntowego
V - objętość badanej próbki
w - wilgotność
Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego zależy od porowatości i składu mineralnego gruntu. Im mniejsza jest porowatość i większa zawartość minerałów, których gęstość właściwa jest wysoka, tym wyższa jest gęstość objętościowa szkieletu gruntowego.
Wartość tą wykorzystuje się do obliczania porowatości i wskaźnika porowatości gruntu.
Geoinżynieria- dziedzina nauki z pogranicza mechaniki gruntów i geotechniki,hydrologii.geofizyki ,geochemii,mechaniki górotworu,gruntoznawstwa,inżynierii ladowej i wodnej,fundamentowania, górnictwa,wiertnictwa,materiałoznawstwa,maszynoznawstwa.
Zajmuje się sposobami planowania i organizacji realizacji robot ziemnych i górniczych oraz metodami technologicznymi i urzadzeniami do sztucznej poprawy właściwości fizyczno- mechanicznych utworow geologicznych (gruntow skal)
Grunt budowlany- wszystkie utowory geologiczne znajdujące się w zasiegu odzialywan budowli inżynierskich wznoszonych na powierzchnii lub w glebi skorupy ziemskiej oraz uzywane jako material do budowli ziemnych
Geotechnika-nauka interdyscyplinarna . w jej sklad wchodza gruntoznawstwoinzynieryjne, mechanika gruntow, fundamentowanie geologia.Jest nauka o sposobie pracy i badanich osrodka gruntowego dla celow projektowania i wykonawstwa budowli ziemnych i podziemnych oraz fundamentow budynkiw i nawierzchni drogowych.
Grunty naturalne- takie których szkielet powstal w wyniku procesow geologicznych
Grunty antropogeniczne-grunty nasypowe,utworzone z produktow gosp lub przemysłowej działalności człowieka
Pecznienie-zdolnosc skal do zwiekszania swej objeosci na skutek pochlaniania wody.Zdolnosc pęcznienia zwiazana z hydrofilnym charakterem materiałów ilastych
Głównymi czynnikami wpływającymi na charakter pęcznienia gruntów są:
- skład i struktura gruntu (skład mineralny i granulometryczny),
- skład kationów wymiennych, cechy strukturalno-teksturalne, wilgotność),
- skład chemiczny i stężenie roztworu wodnego współdziałającego z gruntem
- wartość obciążenia zewnętrznego.
Zdolność pęcznienia możemy określić za pomocą:
a.Wskaźnika pęcznienia określanego jako iloraz przyrostu objętości próbki gruntu po maksymalnym pęcznieniu do objętości pierwotnej:
Pv=Vk-Vo/vo *100%
gdzie:
Pv – współczynnik pęcznienia [%],
Vk – objętość końcowa próbki skalnej maksymalnie spęczniałej [mm3]
Vo – objętość początkowa próbki skalnej [mm3]
b. Ciśnienia pęcznienia jakie powstaje wówczas, gdy nie ma możliwości zmian objętościowych w procesie pęcznienia gruntu (ciśnienie pęcznienia jest równe jednostkowemu obciążeniu normalnemu, jakie należy przyłożyć na powierzchnię próbki gruntu w edometrze, gdy znajdzie się ona w kontakcie z woda, aby jej zmiany wysokości (pęcznienia) były równe zeru).
c. Wskaźnik pęcznienia jest to stosunek różnicy wysokości próbki przed i po nasyceniu wodą do wysokości początkowej próbki:
Pv=Hk-Hp/Hp*100%
gdzie:
Ph – współczynnik
hk – wysokość końcowa próbki skalnej maksymalnie spęczniałej [mm]
ho – początkowa wysokość próbki skalnej [mm]
Nosnosc gruntow- uzywamy wówczas gdy mowimy o wspolpracy podloza gruntowego z budowla lub z el obiektu znajdującego się na powierzchni