Mechanika gruntów – Sprawozdanie nr 3

1. Terminy i definicje (PN)

1.2. Gęstość objętościowa

Cztery metody:

1. metoda wyporu hydrostatycznego w wodzie lub cieczy organicznej

2. metoda wyporu rtęci

3. przy zastosowaniu pierścienia o określonej objętości

4. przy zastosowaniu cylindra o określonej objętości

1.4. Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego

Gęstością objętościową szkieletu gruntowego ρ_d nazywamy masę ziarn i cząstek stałych w jednostce objętości gruntu. Wyznaczamy ją wg wzoru ρ_d = M_d/V, gdzie:

M_d -  masa szkieletu w próbce gruntu, oznaczona przez wysuszenie, w g;

V – objętość próbki (przed wysuszeniem) w cm³

1.5. Porowatość gruntów

Porowatość gruntów n – to stosunek objętości porów V_p do objętości całego gruntu V (szkielet gruntu + pory). Porowatość obliczamy ze wzoru n=V_p/V.

1.6. Wskaźnik porowatości gruntu

To stosunek objętości porów do objętości cząstek gruntu (szkieletu). Obliczamy go ze wzoru: e=V_p/V_s

1.7. Zależność między porowatością a wskaźnikiem porowatości

e = n/(1-n)

a = e/(1+e)

1.8. Stopień wilgotności gruntu

To stosunek objętości wody zawartej w próbce gruntu ( w porach) do objętości porów: S_r=(w*ρ_s)/(100*e)

Stopień wilgotności Sr	Stan wilgotności	Symbol
0<Sr⩽0,4	Mało wilgotny	mw
0<Sr⩽0,8	Wilgotny	w
0,8<Sr⩽1,0	Mokry	nw

1.9 Wilgotność całkowita

(...) wyznaczamy: w_r=e* ρ_w *100/ ρ_s    

1.10

ρ_sr = ρ_d + n* ρ_w

1.11

ρ’  = (1-n)*( ρ_s – ρ_w)      

ρ_s’  = ρ – 1

2. Wykonanie ćwiczenia w laboratorium: wg PN-88/B-04481

2.1 Oznaczenie wilgotności naturalnej

Wykonanie badania polega na:

1. zważeniu parowniczki (m_t)

2. umieszczeniu w parowniczce o znanej masie (m_t) obu części gruntu bezpośrednio po pobraniu z próbki

3. zważeniu parowniczki wraz z próbką (m_mt)

4. suszeniu próbki w temp. 105÷110°C do stałej masy

5. ostudzeniu w eksykatorze

6. ponownym co najmniej dwukrotnym zważeniu (m_st)

2.2 Oznaczenie gęstości objętościowej

2.2.1 Metoda pierścienia tnącego i cylindra

Wykonanie badania polega na:

1. zestawieniu sprzętu

2. wyrównaniu powierzchni gruntu

3. równomiernym zagłębianiu cylindra, oczyszczeniu go z zewnątrz

4. wyrównaniu gruntu równo z krawędziami

5. zważeniu wraz z próbką

2.2.2 Metoda wyporu hydrostatycznego wody

Wykonanie badania polega na:

1. przygotowaniu przyrządów i materiałów

2. ustaleniu masy obu próbek

3. umocowaniu do próbek drucików i zanurzeniu w gorącej parafinie

4. zważeniu oparafinowanej próbki

5. podwieszeniu do szalki wagi, zanurzeniu w zlewce z wodą

6. określeniu zmniejszonej o wypór wody masy próbek

2.2.3 Metoda wyporu hydrostatycznego w cieczach organicznych

Wykonanie badania polega na:

1. przygotowaniu potrzebnych przyrządów i materiałów

2. podwieszeniu próbki na szalce wagi na druciku o masie m_d i oznaczeniu masy próbki z drucikiem

3. zanurzeniu próbki w cieczy i oznaczeniu masy z drucikiem (m_mc)

4. powtórzeniu powyższych czynności przy badaniu drugiej próbki

5. oznaczeniu temperatury cieczy

2.3 Oznaczenie gęstości właściwej szkieletu gruntowego

Wykonanie badania polega na:

1. przygotowaniu próbki

2. wsypaniu próbki do kolby i ostudzeniu w eksykatorze

3. zważeniu z dokładnością do najmniej 0,01g

4. dopełnieniu kolby wodą destylowaną do 2/3 objętości , gotowaniu przez 30 min, ostudzeniu

5. dopełnieniu kolby do kreski na szyjce i wstawieniu do kąpieli wodnej o temp. Otoczenia

6. zmierzeniu temp. wody w kolbie i kąpieli po 2h

7. wyjęciu z kąpieli, osuszeniu, wyrównaniu poziomu wody do kreski na szyjce

8. zważeniu z dokładnością do 0.01 [g]

9. odciągnięciu wody za pomocą pipetki, doprowadzeniu poziomu do kreski i ponownym zważeniu

3. Oznaczanie zawartości substancji organicznej (PN)

Metody wyznaczania I_om :

1. Metoda utleniania:

- 30% roztworem nadtlenku wodoru

- roztworem dwuchromianu potasu w obecności kwasu siarkowego

Określenie straty masy gruntu wysuszonego w temp. 105÷110°C.

1. Metoda prażenia (metoda dla gruntów o I_om >ok. 10%):

Określenie straty suchej masy gruntu (I_z) w wyniku prażenia w temp. 600÷800°C.

3.1 Oznaczenie zawartości substancji organicznej metodą utleniania

Wykonanie badania polega na:

1. Przygotowaniu odpowiednich przyrządów i próbek gruntów:

- próbkę o masie min. 300 g dokładnie rozetrzeć i wymieszać

- pomniejszyć metodą kwartowania tak, aby po wysuszeniu w temp. 105÷110°C jej masa wynosiła 30÷50 g

1. Odważeniu w zlewce (o masie m_t) ok. 10 g gruntu i zważeniu całości z dokł. do 0,01 g (m_st)

2. Wlaniu ok. 30 cm³ 30% roztw. nadtlenku wodoru i podgrzewaniu przykrytej szkiełkiem próbki do temp. ok. 60°C (przez ok. 3 h do czasu, gdy po dodaniu 10 cm³ roztworu nie będą się już wydzielały pęcherzyki gazu)

3. Gotowaniu zawartości zlewki do uzyskania gęstej zawiesiny (nie dopuszczać do rozpryskiwania się zawartości)

4. Wstawieniu zlewki do suszarki i suszeniu do stałej masy w temp. 105÷110°C

5. Zważeniu wystudzonej w eksykatorze zlewki (do temp. pok.) z jej zawartością (m_u) z dokł. nie mniejszą niż 0,01 g.

3.2 Oznaczenie zawartości substancji organicznej metodą prażenia

Wykonanie badania polega na:

1. Przygotowaniu przyrządów i próbek jak w metodzie utleniania

2. W przypadku, gdy grunt do prażenia został zaliczony do II, III lub IV klasy zawartości węglanów:

- poddaniu odważonej próbki wysuszonego gruntu działaniu 5% roztw. HCl, aż do zaniku wywiązywania się CO₂

- przemyciu co najmniej 5x wodą, aż do zaniku reakcji kwaśnej (kontrola za pomocą papierków wskaźnikowych)

1. Wsypaniu do suchego tygielka (o masie m_t ustalonej po wyprażeniu) ok. 10 g gruntu i zważeniu całości z dokł. nie mniejszą niż 0,01 g (m_st)

2. Prażeniu tygielka w temp. 600÷800°C wraz zawartością przez co najmniej 4 h (ciemnoczerwona powierzchnia)

3. Ostudzeniu w eksykatorze, zważeniu z dokł. nie mniejszą niż 0,01 g i ponownym prażeniu przez 3÷4 h

4. Powtarzaniu tych czynności aż do uzyskania stałej masy (m_u)

5. Przesypaniu ilościowo próbki na szkiełko zegarkowe

6. W razie stwierdzenia obecności zwęglonych lecz niespalonych części organicznych (czarne zabarwienie): rozkruszeniu próbki, wsypaniu do tygielka i prażeniu do uzyskania stałej masy