SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH
ĆWICZENIE 7. BADANIE GĘSTOŚCI OPTYMALNEJ I MAKSYMALNEJ GĘSTOŚCI OBJĘTOŚCIOWEJ SZKIELETU GRUNTOWEGO

1. Cel ćwiczenia.

Ćwiczenie 7 polega na wyznaczeniu wilgotności optymalnej gruntu. Wilgotności, dla której otrzymujemy maksymalne zagęszczenie gruntu oraz odpowiadająca tej wilgotności maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntowego. Gęstość ta w budownictwie jest wykorzystywana przy projektowaniu nasypów, wałów, podbudów, itd.

2. Wstęp teoretyczny

Wskaźnik zagęszczenia gruntu jest to stosunek naturalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego gruntu do maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego. Zwiększenie wilgotności gruntu do pewnego momentu powoduje wzrost możliwości jego zagęszczenia. Zwiększając stopniowo wilgotność gruntu, zwiększamy również możliwość jego zagęszczenia, aż do momentu uzyskania wilgotności optymalnej. Po tym gęstość gruntu zaczyna ponownie maleć, a razem z nią zagęszczenie. Do zbadania wilgotności optymalnej i gęstości maksymalnej będziemy używać aparatu Proctora.

3. Wykonanie badania.

W pierwszej kolejności zbadaliśmy wymiary i wagę cylindra wraz z nasadką, wyniki zapisując nad tabelą. Następnie cylinder wypełniliśmy do połowy pierwszą warstwą wcześniej przygotowanego gruntu (3 kg) i włączyliśmy aparat ubijający na 25 uderzeń. Po tym dodaliśmy do cylindra następną warstwę gruntu do połowy wysokości nasadki. Grunt poddaliśmy ponownemu 25-krotnemu ubijaniu. Następnie nałożyliśmy do cylindra ostatnią warstwę gruntu. Ilość gruntu była taka, aby sięgał on do 2/3 wysokości nasadki. Próbkę ponownie poddaliśmy 25-krotnemu ubijaniu. Następnie nasadkę zdjęliśmy i nożem dokładnie wyrównaliśmy wysokość próbki z brzegiem cylindra. Całość zważyliśmy i pobraliśmy dwie próbki gruntu do oznaczenia wilgotności gruntu. Resztę gruntu wysypaliśmy do wiadra z nieużytym gruntem, dolaliśmy do niego 60ml wody, całość dokładnie wymieszaliśmy i powtórzyliśmy czynności związane z ubijaniem gruntu. Powyższe czynności powtarzaliśmy do momentu, aż masa ubitego gruntu zaczęła maleć w stosunku do cyklu poprzedniego. Podczas cykli 1-5 masa gruntu rosła. Natomiast po badaniu 6 masa gruntu była niższa niż po badaniu 5, więc badanie zakończyliśmy. Wszystkie pobrane próbki umieściliśmy w parowniczkach, a następnie w suszarce na czas ponad 24h. Wszystkie otrzymane wyniki umieszczaliśmy w tabeli.

4. Wyniki.

Korzystając z masy próbki przed i po wysuszeniu wynaczyliśmy wilgotność dla dwóch niezależnych próbek tego samego gruntu. Wilgotność danej próbki jest średnią arytmetyczną tych dwóch próbek. Ze wzoru $\rho = \ \frac{m}{V}$ wyznaczono gęstość objętościową gruntu, a następnie gęstość objętościową szkieletu gruntowego. W piątej próbie gęstość objętościowa rosła, natomiast przy próbie szóstej już malała – dla tych wartości wykres zmieni kierunek. Wyznaczone w i pd nanieśliśmy na wykres. Na osi poziomej zaznaczyliśmy wartości wilgotności, a na osi poziomej gęstość objętościową szkieletu gruntowego. Wyniki aproksymowaliśmy do dwóch prostych (rosnącej i malejącej). Wartość w_opt przyjeliśmy się dla maksimum otrzymanego wykresu funkcji. W przypadku tego badania określono na podstawie wykresu oraz uwzględniając, że zawartość ziaren powyżej średnicy d=6mm wynosiła 0%: w_opt=10,9% i p_d=1,737. Z otrzymanych wartości oraz przyjmując pdn=1,9 wyliczono wskaźnik zagęszczenia Is=1,09.

5. Wnioski.

Wpływ na otrzymane wyniki miało dużo czynników. Kąt nachylenia oraz wierzchołek są wartościami przybliżonymi i zależą w dużej mierze od osoby prowadzącej badanie. Dla bardziej dokładnych wyników i kształtu wykresu należałoby wykonać więcej prób, żeby móc dokładniej wyznaczyć nachylenie prostej rosnącej do malejącej, a przede wszystkim punkt przecięcia. Na otrzymany wynik wpływ mógł mieć fakt, że wykonywaliśmy badanie 6-krotnie na jednej próbce gruntu – czyli o jeden raz za dużo. Dodatkowo przy ostatniej próbie przy podstawie cylindra zaczęła pojawiać się woda, przez którą wynik mógł być niedokładny. Końcowy wynik mona uznać na zadawalający biorąc pod uwagę komplikacje występujące przy ćwiczeniu oraz czas jaki mieliśmy na wykonanie badania.