I

Laboratorium Mechanika gruntów

1. Podać pełne nazwy gruntów: saCl, saSi, FSa, siSa

2. Opisać wyznaczanie granicy płynności na podstawie wyników badań w metodzie

Casagrande’a

3. Podać metodę wyznaczania minimalnego wskaźnika porowatości e_min

4. Omówić II kategorię geotechniczną

5. Definicja wilgotności optymalnej

6. Opisać parametry charakteryzujące wytrzymałość gruntu na ścinanie

Ad. 1. Podać pełne nazwy gruntów: saCl, saSi, FSa, siSa

saCl - Ił piaszczysty

saSi - Pył piaszczysty

FSa - Piasek drobny

siSa – Piasek pylasty(zailony)

Ad. 2. Opisać wyznaczanie granicy płynności na podstawie wyników badań w metodzie Casagrande’a

Granicę płynności badanego gruntu wyznacza się w aparacie Casagrande’a. Badany grunt umieszcza się w miseczce cienkimi warstwami tak, aby nie powstawały pęcherzyki powietrza, a powierzchnia sięgała do około 2/3 średnicy miski. Rylcem wykonuję się bruzdę prostopadle do powierzchni miski. Następnie obracając korbą aparatu powoduje się uderzenia miski o podstawę, liczymy liczbę uderzeń do chwili gdy bruzda połączy się na odcinku 10 mm oraz wysokości 1 mm. Po zlaniu się bruzdy z miski pobiera się grunt do oznaczenia wilgotności. Badanie przeprowadza się pięciokrotnie, dodając wody destylowanej do gruntu lub go podsuszając. Pod uwagę bierze się oznaczenia z liczbą uderzeń mniejszą niż 35 i większą niż 12, dwa lub trzy oznaczenia powinny wskazywać liczbę uderzeń mniejszą niż 25. Po przeprowadzeniu badania wyniki przedstawia się na wykresie, punkt przecięcia się uzyskanej linii z linią odpowiadającą 25 uderzeniom określa wilgotność równą granicy płynności w_L badanego gruntu.

Ad. 3. Podać metodę wyznaczania minimalnego wskaźnika porowatości e_min

Wskaźnik porowatości jest to stosunek objętości porów V_p do objętości szkieletu V_s

Minimalny wskaźnik porowatości to:

e_min =

e_min - wskaźnik porowatości gruntu maksymalnie zagęszczonego.

ρ_s - gęstość właściwa szkieletu gruntowego jest to stosunek masy szkieletu gruntowego m_d do jego objętości V_d (uwzględniamy fazę stałą gruntu czyli szkielet gruntowy).

ρ_d - Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego jest to stosunek masy szkieletu gruntowego m_d do całkowitej objętości gruntu V (masa fazy stałej do sumy objętości wszystkich faz).

ρ_dmax * - najwyższa wartość z 3 oznaczeń ρ_dmax

Ad. 4. Omówić II kategorię geotechniczną

Kategoria II geotechniczna – obejmuje konstrukcje nośne i fundamenty obiektów budowlanych nie podlegające szczególnemu zagrożeniu w prostych lub złożonych warunkach gruntowych przy mało skomplikowanych przypadkach obciążenia. Konstrukcje te są przeważnie projektowane i wykonywane z zachowaniem powszechnie stosowanych metod.

Ad. 5. Definicja wilgotności optymalnej

Wilgotność optymalna w_opt jest to wilgotność, przy której zagęszczany grunt uzyskuje maksymalna wartość gęstości objętościowej ρ_ds . W zależności ilości warstw zastosowanych do zagęszczania próbki, typu ubijaka i cylindra wyróżniamy cztery metody oznaczania.

Ad. 6. Opisać parametry charakteryzujące wytrzymałość gruntu na ścinanie

Wytrzymałością gruntów na ścinanie nazywamy opór jaki stawia grunt naprężeniom ścinającym, po pokonaniu którego następuje poślizg pewnej części ośrodka w stosunku do pozostałej. Dla skał spoistych oraz sypkich zawilgoconych zależność między wytrzymałością na ścinanie, tarciem wewnętrznym i spójnością określa równanie Coulomba:

τ=σ_n tgφ + c

τ – naprężenie ścinające w płaszczyźnie ścinania, Pa

σ_n - naprężenie normalne, Pa

tg φ - współczynnik tarcia wewnętrznego;

φ - kat tarcia wewnętrznego.

c – spójność, Pa dla skał sypkich wysuszonych c = 0

W gruntach sypkich siłom ścinającym przeciwdziała opór tarcia wewnętrznego, który powstaje w czasie przesuwu ziarn gruntu względem siebie w płaszczyźnie poślizgu oraz na skutek obrotu ziarn gruntu względem ziarn sąsiednich. W gruntach spoistych naprężeniom ścinającym przeciwdziała opór tarcia wewnętrznego, spójność rzeczywista zwana kohezją.

Spójność, czyli kohezja, jest to opór gruntu stawiany sitom zewnętrznym, a wywołany wzajemnym przyciąganiem cząstek składowych gruntu. Spowodowana jest ona ścisłym wzajemnym przyleganiem ziarn i cząstek gruntu, częściowym ich zlepieniem przez cząstki koloidalne oraz napięciem błonek wody otaczającej ziarna mineralne.

Oznaczanie wartości φ i c w warunkach laboratoryjnych należy przeprowadzić zgodnie z przewidywanym sposobem obciążania podłoża gruntowego pod projektowaną budowle

Dla budowli, dla których obciążenie użytkowe wynosić będzie:

- ponad 70 % obciążenia całkowitego

- 30 - 70 % obciążenia całkowitego — ścinanie próbek należy wykonać po y konsolidacji ale bez odpływu wody z porów ; mniej niż 30% obciążenia całkowitego

LUB

Nośność podłoża gruntowego pod fundamentem obiektu budowlanego zależna jest od wytrzymałości na ścinanie τ_f warstw gruntów w nim występujących. W przypadku, gdy naprężenia ścinające w którymkolwiek punkcie pod podstawą fundamentu przekroczą wytrzymałość gruntu na ścinanie, nastąpi załamanie jego struktury i płynięcie plastyczne gruntu. Stopniowo zwiększający się zasięg odkształceń plastycznych powoduje przesunięcie się bryły gruntu wypieranej spod fundamentu po powierzchni poślizgu. Powierzchnia ta wyznaczona jest przez miejsca geometryczne punktów, w których nastąpiło przekroczenie wytrzymałości gruntu na ścinanie.

W gruntach niespoistych wytrzymałość na ścinanie wynika tylko z występowania siły tarcia na powierzchni ścinania. Naprężenie to jest wprost proporcjonalne do działającego naprężenia normalnego σ. Współczynnik proporcjonalności tg φ_u jest współczynnikiem kąta tarcia wewnętrznego φ_u.

W gruntach spoistych wytrzymałość na ścinanie wynika również z występowania dodatkowych sił spójności (oporu) pomiędzy cząsteczkami c_u.

Dokonując kilkakrotnego badania próbek gruntu dla różnych wartości siły Q i uzyskanej siły ścięcia próbki T, przy znanym polu powierzchni próbki, uzyskujemy wykres wytrzymałości gruntu na ścinanie τ_f(Q, T) z którego odczytujemy kąt tarcia wewnętrznego φ_u oraz jednostkowy opór spójności gruntu c_u (dla gruntów spoistych).

II

1. Gęstość właściwa szkieletu gruntowego

2. Parametry podłoża gruntowego ustalane za pomocą sondowania sondą SL-10

3. Cel i zakres analizy aerometrycznej

4. Złożone warunki gruntowe

5. Jakie wielkości mierzy się podczas procesu pomiaru CBR?

6. Podać różnicę pomiędzy modułem M i M₀

Ad.1. Gęstość właściwa szkieletu gruntowego

Gęstość właściwa szkieletu gruntowego jest to stosunek masy szkieletu gruntowego m_s do jego objętości V_s (uwzględniamy fazę stałą gruntu czyli szkielet gruntowy).Obliczany ze wzoru:

Wartość gęstości właściwej 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.

Ad.2. Parametry podłoża gruntowego ustalane za pomocą sondowania sondą SL-10

Sondowanie daje przybliżoną ocenę podłoża gruntowego. Parametrem geotechnicznym sondowania jest liczba uderzeń młota sondy poruszającym się po specjalnej prowadnicy i o określonej, zawsze jednakowej wysokości opadania na kowadło, na każde 10 cm zagłębienia.

Ilość uderzeń na 10 cm zagłębienia	Stopień zagęszczenia
0 – 5	Luźny
6 – 20	Średnio zagęszczony
21 -60	Zagęszczony
61 – i więcej	Bardzo zagęszczony

Za pomocą tej sondy ustala się stopień zagęszczenia podłoża gruntowego.

Ad.3. Cel i zakres analizy aerometrycznej

Analiza areometryczne jest metodą sedymentacyjną określenia składu granulo metrycznego

gruntów spoistych. Polega ona na określeniu prędkości opadania cząstek gruntowych (o średnicach

zastępczych od 0,001 do 0,08 mm) w wodzie drogą pomiaru zmian gęstości zawiesiny przy pomocy

areometru. W obliczeniach korzysta się ze wzoru Stokesa. Przy pomocy analizy areometrycznej nie

określa się rzeczywistych wymiarów cząstek gruntowych, lecz tzw. „średnice zastępcze” – średnice

kul o tym samym ciężarze właściwym, co badany grunt i opadających w wodzie z tą samą

prędkością, co cząstki rzeczywiste.

Analizę areometryczna wykonuje się gdy poniżej najdrobniejszego sita jest ponad 5 % próbki. Służy ona do oznaczania zawartości cząstek o średnicach zastępczych mniejszych niż 0,063 lub 0,071 mm gruntów spoistych (I_om<2%)

 Procentową zawartość cząstek oblicza się biorąc za podstawę pomiary gęstości zawiesiny po określonym czasie T za pomocą areometru. Procentowa zawartość cząstek dana jest wzorem:

Z_T =[$\frac{\mathbf{100}\mathbf{*}\mathbf{\text{ρs}}}{\mathbf{\text{ms}}\mathbf{*}\left( \mathbf{\text{ρs}}\mathbf{-}\mathbf{\text{ρw}} \right)}\mathbf{\rbrack}\mathbf{*}\mathbf{(}\mathbf{R}T\mathbf{+}\mathbf{c}\mathbf{+}\mathbf{\text{ΔR}}\mathbf{+}\mathbf{a}\mathbf{)}$

gdzie:

Z_T – procentowa zawartość cząstek:

ρ_s – gęstość właściwa szkieletu gruntowego [g/cm3]

ρ_w – gęstość wody [g/cm3]

m_s – masa gruntu użytego do danej analizy [g]

R_T – skrócony wskaźnik odczytu dla czasu opadania T (po uwzględnieniu poprawek)

∆R - poprawka na podziałkę areometru

a - poprawka na temperaturę

c - poprawka na menisk

Ad.4. Złożone warunki gruntowe

Złożone warunki gruntowe to:

• niejednorodne, nieciągłe warstwy zmienne wykształcone genetyczne i litologiczne,

• występowanie warstw gruntów słabych w tym organicznych i nasypów niekontrolowanych,

• poziom wody gruntowej na poziomie posadowienia lub powyżej,

• brak niekorzystnych zjawisk geologicznych,

Ad.5. Jakie wielkości mierzy się podczas procesu pomiaru CBR?

Ad.6. Podać różnicę pomiędzy modułem M i M₀

M₀ – edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej (ogólny) [kPa]. Jego badanie polega na wykorzystaniu zdolności gruntu do zmniejszenia objętości na skutek przyłożonego obciążenia.

M – edometryczny moduł ściśliwości wtórnej(sprężysty) [kPa]. Jego badanie polega na wykorzystaniu przyrostu objętości do zmniejszeniu obciążenia. Wyznaczamy go z wtórnej krzywej ściśliwości.

Wzór do obliczenia modułu ściśliwości pierwotnej (M₀) lub wtórnej (M):

III

1. Omówić porowatość gruntu

2. Podać wskaźnik porowatości dla stopnia zagęszczenia gruntu I_D = 0

3. Opisać oznaczenie granicy płynności metodą Casagrande’a

4. Rodzaje próbek gruntu

5. Jak dobiera się ilość obciążników nakładanych na próbkę w czasie próby CBR?

6. Omówić wyznaczanie wytrzymałości gruntu na ścinanie w aparacie trójosiowego ściskania

Ad.1. Omówić porowatość gruntu

Porowatość n - wyraża stosunek objętości porów w próbce gruntu do jej całkowitej objętości. Wyznaczamy jako wartość bezwymiarową lub procentową mnożąc wynik przez 100%.

gdzie:

n - porowatość [liczba niemianowana lub %]

ρ_s - gęstość właściwa szkieletu gruntowego [g/cm³]

ρ_d - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g/cm³]

e - wskaźnik porowatości [liczba niemianowana lub %]

Porowatość to sumaryczna objętość porów w gruncie, niezależnie od ich wielkości.

Zazwyczaj 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.

Ad.2. Podać wskaźnik porowatości dla stopnia zagęszczenia gruntu I_D = 0

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 e_max - wskaźnik porowatości gruntu luźno usypanego e_min - wskaźnik porowatości gruntu maksymalnie zagęszczonego

Żeby I_D= 0 to e musi być równe e_max

Ad.3. Opisać oznaczenie granicy płynności metodą Casagrande’a

Granicę płynności badanego gruntu wyznacza się w aparacie Casagrande’a. Badany grunt umieszcza się w miseczce cienkimi warstwami tak, aby nie powstawały pęcherzyki powietrza, a powierzchnia sięgała do około 2/3 średnicy miski. Rylcem wykonuję się bruzdę prostopadle do powierzchni miski. Następnie obracając korbą aparatu powoduje się uderzenia miski o podstawę, liczymy liczbę uderzeń do chwili gdy bruzda połączy się na odcinku 10 mm oraz wysokości 1 mm. Po zlaniu się bruzdy z miski pobiera się grunt do oznaczenia wilgotności. Badanie przeprowadza się pięciokrotnie, dodając wody destylowanej do gruntu lub go podsuszając. Pod uwagę bierze się oznaczenia z liczbą uderzeń mniejszą niż 35 i większą niż 12, dwa lub trzy oznaczenia powinny wskazywać liczbę uderzeń mniejszą niż 25. Po przeprowadzeniu badania wyniki przedstawia się na wykresie, punkt przecięcia się uzyskanej linii z linią odpowiadającą 25 uderzeniom określa wilgotność równą granicy płynności w_L badanego gruntu.

Ad.4. Rodzaje próbek gruntu

Wyróżnia sie następujące podstawowe rodzaje pobieranych próbek gruntu :

• próbki o naturalnym uziarnieniu (NU), zapewniające zachowanie rzeczywistego składu granulometrycznego szkieletu gruntowego;

• próbki o naturalnej wilgotności (NW), zapewniające nie tylko zachowanie składu granulometrycznego, ale również zabezpieczone przed zawilgoceniem bądż wysychaniem;

• próbki o nienaruszonej strukturze (NNS), zabezpieczone przed zmiana wilgotności i struktury - są to próbki wycinane z gruntu.

Ponadto pobierane są próbki wody gruntowej (WG) w celu wykonywania analizy jej składu chemicznego oraz stopnia agresywności na budowlane materiały konstrukcyjne.

Ad.5. Jak dobiera się ilość obciążników nakładanych na próbkę w czasie próby CBR?

Ad.6. Omówić wyznaczanie wytrzymałości gruntu na ścinanie w aparacie trójosiowego ściskania

Badania w aparacie trójosiowego ściskania przeprowadzane są na próbkach gruntu kształtu cylindrycznego. Ich wysokość powinna być co najmniej dwukrotnie większa od ich średnicy. Do badań pobierane są próbki NNS, które umieszcza się w cienkiej, szczelnej osłonie gumowej. Następnie wstawia się je do aparatu trójosiowego gdzie zanurzone zostają w wodzie, którą spręża się do ciśnienia σ₃. Badanie polega na mierzeniu przykładanej siły Q, która powoduje ścięcie próbki.

Wartość ciśnienia pionowego działającego na próbkę gruntu, które pochodzi od ciśnienia wody oraz ciśnienia od przyłożonej siły pionowej wyznaczamy ze wzoru:

gdzie: A – pole przekroju próbki

Naprężenia σ₁ oraz σ₃ są naprężeniami głównymi dla badanej próbki gruntu, co pozwala na wyznaczenie wielkość naprężenia normalnego σ_n i stycznego τ, przy wykorzystaniu koła Mohra. Przeprowadzając oznaczenia dla kilku wartości σ₃ otrzymujemy linię styczną do kół Mohra wyznaczającą wartość wytrzymałości gruntu na ścinanie τ_f.

IV

1. Opisać metodę makroskopową określania rodzaju gruntu spoistego

2. Opisać badanie podłoża sondą SL-10

3. Opisać cechowanie aerometru

4. Zdefiniować pojęcie kategorii geotechnicznej

5. Ile należy wykonać prób w metodzie Proctora dla określenia w_opt?

6. Podać różnicę pomiędzy modułem E i M

Ad.1. Opisać metodę makroskopową określania rodzaju gruntu spoistego

Metoda makroskopowa polega na przybliżonym określeniu rodzaju, nazwy, niektórych cech fizycznych oraz stanu badanego gruntu bez użycia przyrządów. Stosuje się ją w terenie oraz jako badania wstępne w laboratorium.

Przy pomocy analizy makroskopowej oznacza się następujące cechy gruntów:

• Rodzaj i nazwa gruntu.

• Stan fizyczny gruntów spoistych (przybliżona wartość stopnia plastyczności I_D).

• Barwa, przewarstwienia, zanieczyszczenia, domieszki.

• Wilgotność (stan zawilgocenia).

• Zawartość węglanu wapnia (CaCO₃)

• kwasowości (pH).

Określenie rodzaju gruntu należy rozpocząć od określenia czy jest to grunt spoisty czy niespoisty. Grunt należy określić jako spoisty, jeżeli po wyschnięciu do stanu powietrzno suchego tworzy on zwarte grudki.

Oznaczenie rodzaju gruntów spoistych polega na wykonaniu prób wałeczkowania oraz rozcierania gruntu w wodzie. Próba wałeczkowania służy do oceny spoistości gruntu, zaś próba rozcierania w wodzie do oceny zawartości frakcji piaskowej. W przypadku wątpliwości dodatkowo należy wykonać próbę rozmakania w wodzie.

Próba rozcierania w wodzie – niewielką ilość gruntu przeznaczonego do badań należy rozcierać między dwoma palcami zanurzonymi w wodzie. W zależności od ilości ziaren piasku pozostałego miedzy palcami grunt należy zakwalifikować do odpowiedniej grupy

Próba wałeczkowania – z przeznaczonej do badań próbki gruntu uformować kulkę o średnicy ok. 7 mm i wałeczkować ją między dłońmi, aż wałeczek uzyska średnicę ok. 3 mm. Jeśli wałeczek w tym czasie nie wykazuje uszkodzeń należy ponownie uformować kulkę i powtórzyć wałeczkowanie. Czynność tę należy powtarzać tak długo, aż na wałeczku będą zauważalne spękania, rozwarstwienia lub rozsypie się. Wałeczkowanie należy również zakończyć, gdy wałeczek o długości 4 ÷ 5 cm podnoszony za jeden koniec zacznie pękać pod własnym ciężarem. Próbę wałeczkowania należy przeprowadzić, co najmniej na dwóch kulkach, a w przypadku wyraźnej niezgodności wyników – dodatkowo na trzeciej kulce. Na podstawie wyglądu kulki, wałeczka i charakteru spękań wg tabeli należy określić spoistość gruntu.

Ad.2. Opisać badanie podłoża sondą SL-10

Ad.3. Opisać cechowanie aerometru

Cechowanie jest rodzajem skalowania. Aerometr cechuje się w jednostkach gęstości cieczy (densymetr) poprzez sprawdzenie podziałki oraz sprawdzenie głębokości zanurzenia średnika wyporu

Ad.4. Zdefiniować pojęcie kategorii geotechnicznej

Kategoria geotechniczna to kategoria zagrożenia bezpieczeństwa obiektu budowlanego, wynika ona ze stopnia skomplikowania jego konstrukcji nośnej, jej fundamentów i oddziaływań oraz warunków geotechnicznych. Ma ona wpływ na ustalenie rodzaju i zakresu badan geotechnicznych, obliczeń

projektowych i kontroli konstrukcji obiektu budowlanego.

Ad.5. Ile należy wykonać prób w metodzie Proctora dla określenia w_opt?

Próba Proctora służy do określenia wilgotności optymalna w_opt czyli wilgotności, przy której zagęszczany grunt uzyskuje maksymalną wartość gęstości objętościowej ρ_ds .

Po wykonaniu zagęszczenia gruntu w cylindrze oznacza się wilgotność dla badanej próbki gruntowej. Następnie zwiększamy wilgotność gruntu o około 1 - 2 % poprzez dodanie do niego wody destylowanej i badanie powtarzamy aż do uzyskania zmniejszania się gęstości objętościowej zagęszczanego gruntu. Uzyskujemy wykres zależności gęstości objętościowej szkieletu gruntowego ρ_d od jego wilgotności w.

Na podstawie tego wykresu, dla maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego ρ_ds, odczytujemy wartość wilgotności optymalnej w_opt. W próbie Proctora należy wykonać tyle prób aż uzyskamy maksymalną gęstość szkieletu gruntowego a krzywa na wykresie się załamie i wartość tej gęstości zacznie spadać. W praktyce oznacza to minimum 3 próby.

Ad.6. Podać różnicę pomiędzy modułem E i M

M – edometryczny moduł ściśliwości wtórnej(sprężysty) [kPa]. Jego badanie polega na wykorzystaniu przyrostu objętości do zmniejszeniu obciążenia. Wyznaczamy go z wtórnej krzywej ściśliwości.

M - Edometryczny (kiedy próbka nie może rozejść się na boki) moduł ściśliwości

E - moduł odkształcalności gruntu w warunkach swobodnej bocznej rozszerzalności,

V

1. Podać pełne nazwy gruntów: clSa, clSi, CSa, saGr

2. Wskaźnik zagęszczenia gruntu

3. Opisać wyznaczanie granicy plastyczności gruntów spoistych

4. Skomplikowane warunki gruntowe

5. Jakie wielkości mierzy się w metodzie Proctora przy wykonaniu jednej próbki?

6. Omów różnicę pomiędzy wytrzymałością na ścinanie gruntów spoistych i niespoistych

Ad.1. Podać pełne nazwy gruntów: clSa, clSi, CSa, saGr

clSa – piasek ilasty

clSi – pył ilasty

CSa – piasek gruby

saGr – żwir piaszczysty

Ad.2. Wskaźnik zagęszczenia gruntu

Stopień zagęszczenia gruntu I_D – w przypadku gruntów niespoistych

Stopień zagęszczenia I_D jest to stosunek zagęszczenia danego gruntu do największego możliwego jego zagęszczenia.

Stopnie zagęszczenia gruntu przyjmuje się:

I_D ≤ 0,33 - grunt luźny,

0,33 < I_D ≤ 0,67 - grunt średnio zagęszczony,

0,67 < I_D ≤ 1,0 - grunt zagęszczony

Ad.3. Opisać wyznaczanie granicy plastyczności gruntów spoistych

Granicę plastyczności bada się metodą wałeczkowania na dłoni próbki gruntu [25]. Pobrana próbka po uformowaniu powinna tworzyć kulkę o średnicy 7 - 8 mm, kulkę tę wałeczkujemy aż do uzyskania wałeczka o średnicy około 3 mm, po czym z wałeczkowanego gruntu ponownie tworzymy kulkę. Czynność tą powtarzamy aż do chwili gdy przy kolejnym wałeczkowaniu wałeczek gruntu ulegnie uszkodzeniu (popęka, rozwarstwi się lub rozsypie), wilgotność gruntu, przy której to plastyczności w_P. następuje jest jego granicą

Ad.4. Skomplikowane warunki gruntowe

Skomplikowane warunki gruntowe:

• występowanie niekorzystnych procesów geologicznych (zjawiska i formy krasowe, osuwiskowe, sufozyjne),

• szkody górnicze,

• obszary delt,

Ad.5. Jakie wielkości mierzy się w metodzie Proctora przy wykonaniu jednej próbki?

Przy wykonaniu jednej próbki mierzymy :

• dodawaną ilość wody destylowanej

• masę gruntu zagęszczonego w cylindrze

Ad.6. Omów różnicę pomiędzy wytrzymałością na ścinanie gruntów spoistych i niespoistych

W gruntach niespoistych wytrzymałość na ścinanie wynika tylko z występowania siły tarcia na powierzchni ścinania. Naprężenie to jest wprost proporcjonalne do działającego naprężenia normalnego σ. Współczynnik proporcjonalności tg Φ_u jest współczynnikiem kąta tarcia wewnętrznego Φ_u.

W gruntach spoistych wytrzymałość na ścinanie wynika również z występowania dodatkowych sił spójności (oporu) pomiędzy cząsteczkami c_u.

VI

1. Omówić wskaźnik porowatości gruntu

2. Podaj i omów rodzaje punktów badawczych

3. Opisać cechowanie aerometru

4. Określenie wilgotności gruntu metodą suszarkową

5. Definicja wskaźnika nośności CBR

6. Omówić wyznaczanie wytrzymałości gruntu na ścinanie w aparacie bezpośredniego ścinania

Ad.1. Omówić wskaźnik porowatości gruntu

Wskaźnikiem porowatości gruntu e nazywa się stosunek objętości porów Vp do objętości cząstek gruntu (szkieletu gruntowego) V. Wskaźnik porowatości oblicza się ze wzoru:

gdzie:

ρ_s - gęstość właściwa szkieletu gruntowego [g/cm³]

ρ_d - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g/cm³]

e - wskaźnik porowatości [liczba niemianowana lub %

Wskaźnik porowatości gruntów niespoistych waha się w granicach 0,3 -1,0, a w gruntach spoistych może być znacznie większy.

Ad.2. Podaj i omów rodzaje punktów badawczych

Punkty badawcze

- sondy - Przybliżoną ocenę podłoża gruntowego daje sondowanie. Badanie takie opiera się na mierzeniu wielkości oporu, jaki powstaje przy zagłębianiu odpowiednio wyprofilowanej końcówki. Sondowanie może być statyczne, polegające na wciskaniu lub też wkręcaniu danego typu sondy, lub też dynamiczne, polegające na wbijaniu sondy w podłoże gruntowe.

-wiercenia - Najczęściej stosowaną obecnie metodą prowadzenia badań geotechnicznych warstw gruntu pod projektowane obiekty budowlane są wiercenia badawcze. Polega ona na wykonaniu w podłożu gruntowym otworu, z którego wydobywa się próbki napotykanych przy wierceniu gruntów do dalszych badań

Doły próbne stanowią najdokładniejszy sposób badania podłoża jednak na ogół stosowane są do niedużych głębokoś­ci ze względu na wodę gruntową, która uniemożliwia kopanie, oraz na stosunkowo duży koszt ze względu na konieczność szerokiego rozkopu lub zabezpieczenia ścian od zawalenia przy większych głębokościach dla wykopów badawczych

Wyróżniamy następujące typy dołów próbnych:

odkrywka – naturalne lub sztuczne odsłonięcie wierzchniej warstwy podłoża gruntowego.

szybik – obudowane wyrobisko w podłożu gruntowym (rys. 2.1).

wykop badawczy – wyrobisko nieobudowane, o wymiarach warunkowanych statecznością jego ścian i poziomem wody gruntowej

Ad.3. Opisać cechowanie aerometru

Cechowanie jest rodzajem skalowania. Aerometr cechuje się w jednostkach gęstości cieczy (densymetr) poprzez sprawdzenie podziałki oraz sprawdzenie głębokości zanurzenia średnika wyporu

Ad.4. Określenie wilgotności gruntu metodą suszarkową

Dla określenia wilgotności gruntu metodą suszarkową należy zważyć grunt wilgotny i ten sam grunt po wysuszeniu w temp. 105 – 110^o. W obliczeniach należy wziąć pod uwagę masę parowniczki a wynik wyrazić w procentach

w =

gdzie :

m_mt - masa parowniczki z gruntem wilgotnym

m_st – masa parowniczki z gruntem suchym

m_t – masa parowniczki

Ad.5. Definicja wskaźnika nośności CBR

Kalifornijski wskaźnik nośności (CBR) czyt. si-bi-ar ang. California bearing ratio - wskaźnik służący do określania nośności podłoża gruntowego pod budowę dróg oraz podbudów drogowych. Został opracowany przez Kalifornijski Departament Transportu

Ad.6. Omówić wyznaczanie wytrzymałości gruntu na ścinanie w aparacie bezpośredniego ścinania

Badania laboratoryjne kąta tarcia wewnętrznego i oporu spójności gruntu dokonuje się w aparatach bezpośredniego ścinania lub w aparatach trójosiowego ścinania.

W aparacie bezpośredniego ścinania próbka gruntu umieszczana jest w dwóch leżących nad sobą skrzynkach. Próbkę tą poddaje się konsolidacji poprzez obciążenie jej siłą pionową Q, a następnie ulega ona ścięciu siłą poziomą T.

Dokonując kilkakrotnego badania próbek gruntu dla różnych wartości siły Q i uzyskanej siły ścięcia próbki T, przy znanym polu powierzchni próbki, uzyskujemy wykres wytrzymałości gruntu na ścinanie τ_f(Q, T) z którego odczytujemy kąt tarcia wewnętrznego Φ_u oraz jednostkowy opór spójności gruntu c_u (dla gruntów spoistych).

VII

1. Opisać oznaczanie rodzaju gruntów niespoistych metoda makroskopową

2. Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego

3. Opisać przygotowanie próbki gruntu do analizy areometrycznej

4. II kategoria geotechniczna

5. Opisać sposób zagęszczenie próbki przy określeniu wilgotności optymalnej?

6. Opisać zapadowość gruntu (osiadanie zapadowe)

Ad.1. Opisać oznaczanie rodzaju gruntów niespoistych metoda makroskopową

Rodzaj gruntów niespoistych należy określić na podstawie wielkości i zawartości ziaren poszczególnych frakcji ustalonych za pomocą lupy. Grunt rozsypuje się na papierze milimetrowym i określa procentowo zawartość frakcji ponad 2mm, 0,5mm oraz 0,25 mm w przedziale więcej mniej niż 50%, więcej mniej 10%. Na podstawie tablicy kwalifikuje się grunt do odpowiedniej kategorii.

Ad.2. Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego

Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego jest to stosunek masy szkieletu gruntowego m_d do całkowitej objętości gruntu V (masa fazy stałej do sumy objętości wszystkich faz).

Ad.3. Opisać przygotowanie próbki gruntu do analizy areometrycznej

Przygotowanie gruntu: próbkę gruntu należy rozetrzeć w parowniczce dodając wodę destylowaną zmieszaną z 25% roztworu amoniaku w ilości 3 cm³ amoniaku na 100 cm³ wody. Zawiesiną należy przelać do kolby stożkowej i gotować przez 30 minut. Wystudzić do temperatury pokojowej, zalać do cylindra pomiarowego i dopełnić do 1000 cm³ roztworem amoniaku.

Ad.4. II kategoria geotechniczna

Kategoria II geotechniczna – obejmuje konstrukcje nośne i fundamenty obiektów budowlanych nie podlegające szczególnemu zagrożeniu w prostych lub złożonych warunkach gruntowych przy mało skomplikowanych przypadkach obciążenia. Konstrukcje te są przeważnie projektowane i wykonywane z zachowaniem powszechnie stosowanych metod.

Ad.5. Opisać sposób zagęszczenie próbki przy określeniu wilgotności optymalnej

Próbkę podczas określania wilgotności optymalnej zagęszcza się w cylindrze. Napełnienie cylindra wykonuje się etapami poprzez nakładanie i zagęszczanie kolejnych warstw. Zagęszczanie odbywa się przy pomocy urządzenia do zagęszczania gruntu. Umieszcza się w niej cylinder z warstwą niezagęszczoną, ustawia ilość uderzeń ubijaka na 23 i uruchamia maszynę. Uderzenia ubijaka następują pod wpływem ciężaru własnego. Cylinder obraca się i dzięki temu cała powierzchnia gruntu w cylindrze jest ubijana. Analogicznie postępujemy z kolejnymi warstwami przy czym 3 warstwę ubija się po zabezpieczeniu cylindra osłoną by grunt się nie wysypywał. Ilość gruntu użyta do jednokrotnego oznaczenia powinna być tak dobrana, aby po ubiciu ostatniej warstwy grunt wystawał 5-10 mm nad cylinder. Po zagęszczeniu trzeciej warstwy nadmiar ścina się nożem równo z otworem cylindra

Ad.6. Opisać zapadowość gruntu (osiadanie zapadowe)

Dla niektórych gruntów obserwuje się zmianę objętości pod wpływem zawilgocenia, bez zmiany przyłożonego obciążenia. Takie grunty nazywane są gruntami zapadowymi [25]. Do gruntów zapadowych należą lessy i grunty lessopodobne. Orientacyjnymi kryteriami służącymi do oceny zapadowości gruntów są dwa warunki:

- stopień wilgotności:

;

- porowatość:

gdzie: e_L – wskaźnik porowatości na granicy płynności;

e_n – wskaźnik porowatości naturalnej.

Jeżeli są spełnione oba te kryteria, należy przeprowadzić oznaczenie wskaźnika osiadania zapadowego

VIII

1. Podać wskaźnik porowatości dla stopnia zagęszczenia gruntu I_D = 1

2. Omówić naprężenia pierwotne w podłożu gruntowym

3. Podział gruntów ze względu na wartość wskaźnika plastyczności

4. Opisać skomplikowane warunki gruntowe

5. Ile należy wykonać prób dla określenia miarodajnego wskaźnika nośności CBR?

6. Opisać badanie modułu sprężystości gruntu w edometrze

Ad.1. Podać wskaźnik porowatości dla stopnia zagęszczenia gruntu I_D = 1

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 e_max - wskaźnik porowatości gruntu luźno usypanego e_min - wskaźnik porowatości gruntu maksymalnie zagęszczonego

Żeby I_D= 1 to e musi być równe e_min

Ad.2. Omówić naprężenia pierwotne w podłożu gruntowym

Natężenie pierwotne σ_zρ dla badanego gruntu (odpowiadające ciężarowi gruntu (gęstość razy objętość) na głębokości pobrania próbki pomnożonemu przez przyśpieszenie ziemskie

Ad.3. Podział gruntów ze względu na wartość wskaźnika plastyczności

• zwarty

• półzwarty

• twardoplastyczny

• plastyczny

• miękkoplastyczny

• płynny

Ad.4. Opisać skomplikowane warunki gruntowe

Skomplikowane warunki gruntowe to:

• występowanie niekorzystnych procesów geologicznych (zjawiska i formy krasowe, osuwiskowe, sufozyjne),

• szkody górnicze,

• obszary delt,

Ad.5. Ile należy wykonać prób dla określenia miarodajnego wskaźnika nośności CBR?

Ad.6. Opisać badanie modułu sprężystości gruntu w edometrze

Badania modułów ściśliwości gruntu (odpowiednik modułu sprężystości ciał sprężystych) przeprowadza się na przyrządzie pomiarowym zwanym edometrem. Badanie to polega na stopniowym obciążaniu i odciążaniu próbki gruntu oraz odczytywaniu zmiany jej wysokości. Pomiary przeprowadza się w nieodkształcalnym, stalowym pierścieniu edometrycznym, aby nie występowała boczna rozszerzalność próbki. Zależność między obciążeniem a odkształceniem jest funkcją wyższego rzędu.