POLITECHNIKA LUBELSKA

WYDZIAŁ BUDOWNICTWA I ARCHITEKTURY

KATEDRA GEOTECHNIKI

ĆWICZENIE 6: Cechy fizyczne gruntów

Wykonali:

Mateusz Matras

Damian Krzak

Grupa: IBS 4 /C5
Data wykonania ćwiczenia: 24.04.2013

Sprawdził: mgr inż. Krzysztof Nepelski

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było określenie właściwości gruntu na podstawie badania makroskopowego, oznaczenie gęstości objętościowej przy zastosowaniu pierścienia o określonej objętości, wilgotności naturalnej oraz innych cech fizycznych gruntu.

1. Opis ćwiczenia

   1. Badania makroskopowe

      1. Rodzaj gruntu

Przeprowadzono badanie dla gruntów spoistych. Rodzaj gruntu określono na podstawie próby wałeczkowania i rozmakania.

• Próba wałeczkowania. Z grudki gruntu uformowano kulkę o średnicy ok. 7 mm. Kulkę umieszczono na wyprostowanej dłoni i kciukiem drugiej dłoni wałeczkowano z szybkością ok. 2obr./s do uzyskania walca o średnicy ok. 3 mm. Jeżeli wałeczek nie wykazywał uszkodzeń, ponownie uformowano kulkę i powtórzono wałeczkowanie. Czynności wykonywano do momentu, aż wałeczek wykazał uszkodzenie. Na podstawie wyglądu próbki i rodzaju uszkodzenia oceniono rodzaj gruntu zgodnie z tab. 2 normy PN-88/B-04481.

• Próba rozmakania. Grudkę gruntu rozcierano między dwoma palcami zanurzonymi w wodzie. Na podstawie ilości ziaren piasku, jaka pozostałą między palcami, zakwalifikowano grunt do odpowiedniej grupy: I – gdy między palcami pozostało dużo ziaren piasku, II – gdy pozostały pojedyncze ziarna piasku oraz III – gdy między palcami nie pozostały ziarna piasku.

Rodzaj grunt określono jako spoisty.

1. Barwa gruntu

Barwę gruntu oceniano na przełomie bryły gruntu o naturalnej wilgotności. Podano odcień i intensywność barwy, a następnie barwę podstawową – barwa brązowa.

1. Wilgotność

Sprawdzono stan zawilgocenia grudki gruntu. Próbka gruntu odkształcała się plastycznie, na ręce pojawiła się woda. Grunt został określony jako - wilgotny.

1. Stan gruntu

Stan gruntu oznaczono na podstawie liczby kolejnych wałeczkowań tej samej kulki gruntu, biorąc pod uwagę ile razy uzyskano wałeczek o średnicy 3 mm bez uszkodzeń. Zgodnie z 3.3. normy PN-88/B-04481 określono stan gruntów jako plastyczny.

1. Zawartość CaCO₃

Próbkę gruntu zwilżono kilkoma kroplami 20% kwasu solnego. Nie zaobserwowano reakcji. Brak zawartości CaCO_3.

1. Domieszki

brak

1. Oznaczanie gęstości objętościowej gruntu ρ [g/cm³]

Oznaczanie gęstości objętościowej gruntu wykonano przy zastosowaniu pierścienia o określonej objętości. Pierścień przed badaniem zważono i zmierzono, aby obliczyć objętość wewnętrzną. Powierzchnię bryły gruntu o nienaruszonej strukturze i o wymiarach większych od stosowanego pierścienia wyrównano nożem, a następnie równomiernie naciskając zagłębiano pierścień tak, aby nie powstały szczeliny między ścianką pierścienia a wycinaną próbką. Następnie napełniony pierścień oczyszczono z zewnątrz z gruntu, wyrównano grunt równo z krawędziami i zważono wraz ze znajdującą się w nim próbką gruntu.

1. Oznaczanie wilgotności naturalnej w_n [%]

Z gruntu pobrano próbkę o masie 30,11g (min. 30g dla gruntów drobnoziarnistych). Próbkę gruntu umieszczono w parowniczce o znanej masie (m_t), zważono razem (m_mt), a następnie suszono w temperaturze 105÷110°C do stałej masy. Po ostudzeniu w eksykatorze ponownie zważono (m_st).

1. Wyniki badania

   1. Obliczanie gęstości objętościowej gruntu ρ [g/cm³]

Gęstość objętościową gruntu obliczono wg wzoru:

$$\ \rho = \frac{m_{m}}{V} = \frac{m_{\text{st}} - m_{t}}{V_{p}} = 2,08$$

gdzie: m_m – masa próbki grunt, g

V – objętość próbki, cm³

m_st – masa pierścienia wraz z gruntem, g

m_t – masa pierścienia, g

V_p – wewnętrzna objętość pierścienia, cm³.

1. Obliczanie wilgotności naturalnej [%]

Wilgotność naturalną gruntu obliczono wg wzoru:

$$w = \frac{m_{\text{mt}} - m_{\text{st}}}{m_{\text{st}} - m_{t}} \bullet 100\% = 20,68$$

gdzie: m_mt – masa wilgotnej próbki z masą parowniczki, g

m_st – masa próbki wysuszonej z masą parowniczki, g

m_t – masa parowniczki, g.

1. Obliczanie gęstości objętościowej szkieletu gruntowego ρ_d [g/cm³]

Gęstość objętościową szkieletu gruntowego obliczono wg wzoru:

$$\rho_{d} = \frac{100\rho}{100 + w} = 1,724$$

gdzie: ρ – gęstość objętościowa gruntu, g/cm³

w – wilgotność naturalna gruntu, %.

1. Obliczenie pochodnych cech fizycznych gruntów

   1. Porowatość n

Porowatość próbki gruntu obliczono wg wzoru:

$$n = \frac{e}{e + 1} = 0,35$$

gdzie: e – wskaźnik porowatości

1. Wskaźnik porowatości e

Wskaźnik porowatości gruntu obliczono wg wzoru:

$$e = \frac{\rho_{s} - \rho_{d}}{\rho_{d}} = 0,55$$

gdzie: ρ_s – gęstość właściwa szkieletu gruntowego, g/cm³

ρ_d – gęstość objętościowa szkieletu gruntowego, g/cm³.

1. Stopień wilgotności S_r

Stopień wilgotności gruntu obliczono wg wzoru:

$$S_{r} = \frac{w_{}}{w_{r}} = 0,99$$

gdzie: w – wilgotność naturalna

w_r – wilgotność całkowita

1. Wilgotność całkowita w_r

Wilgotność całkowitą obliczono wg wzoru:

$$w_{r} = \left( \ \frac{\rho_{w}}{\rho_{d}} - \ \frac{\rho_{w}}{\rho_{s}}\ \right)\ 100\% = 20,69\%$$

gdzie: ρ_s – gęstość właściwa szkieletu gruntowego, g/cm³

ρ_w – gęstość właściwa wody, g/cm³.

Wyniki wszystkich pomiarów i obliczeń wpisano również do formularza.

Wnioski

Badany grunt był spoisty, miał barwę brązową, wilgotny, był plastyczny, nie zawierał CaCO₃

Inne cechy fizyczne gruntu:

• gęstość objętościowa: ρ = 2,08 g/cm³

• wilgotność naturalna: w =20,68 %

• gęstość objętościowa szkieletu gruntowego: ρ_d = 1,724 g/cm³

• porowatość: n =0,35

• wskaźnik porowatości: e = 0,35

• stopień wilgotności: S_r = 0,99

• wilgotność całkowita: w_r = 20, 69%

Dla wartości stopnia wilgotności gruntu S_r = 0,99 stan zawilgocenia jest bardzo wilgotny.