1.TEMAT : Laboratoryjne sposoby oznaczania podstawowych właściwości
fizycznych gruntu.
2.WPROWADZENIE TEORETYCZNE
Podstawowe właściwości fizyczne gruntu to:
1° gęstość objętościowa i ciężar objętościowy
ρ=m /V [g / cm3]
γ= ρ∗g [kN/m2 ]
2° gęstość właściwa i ciężar właściwy szkieletu gruntowego
ρs=ms / Vs [g/cm3]
γs= ρs∗g [kN/m2]
3°wilgotność w=mw/ms∗100%
2.1.Oznaczenie gęstości i ciężaru objętościowego w zależności od ilości i rodzaju posiadanego gruntu
2.1.1.w pierścieniu metalowym
Metodę tą stosuje się do badania gruntów spoistych o nienaruszonej strukturze i zachowanej wilgotności naturalnej .
Pierścień powinien być wykonany z nierdzewnego metalu o średnicy wewnętrznej i wysokości około 4cm. Za pomocą suwmiarki wyznacza się wymiary cylindra i oblicza jego objętość ze wzoru :
πD2h
Vp=
4
gdzie : D—średnica wewnętrzna pierścienia
h—wysokość pierścienia
Pierścień należy zważyć i wcisnąć go w przygotowaną próbkę gruntu i zważyć razem z gruntem.
Gęstość objętościową liczymy ze wzoru :
mmt- mt
ρ=
Vp
Ciężar objętościowy liczymy ze wzoru :
γ=ρ∗g
gdzie : mmt—masa pierścienia wraz z gruntem [g] ,
mt—masa pierścienia [g] ,
Vp—wewnętrzna objętość pierścienia .
Gęstość objętościową wyznacza się na dwóch próbkach tego samego gruntu w celu sprawdzenia dok ladności wykonania badania. Za wynik przyjmuje się średnią arytmetyczną wyników , gdy ich różnica nie przekracza 5% średniej wartości. W przypadku większej różnicy należy wykonać oznaczenie na dwóch dodatkowych próbkach i za wynik przyjmujemy średnią arytmetyczną z czterech oznaczeń.
2.1.2. w cylindrze stalowym
Metodę tę można stosować do różnych gruntów , ale szczególnie dobre wyniki uzyskuje się dla gruntów niespoistych.
Oznaczenie wykonuje się w cylindrze , do którego pobrano grunt z miejsca budowy. Najpierw mierzymy wewnętrzną średnicę i wysokość cylindra oraz wysokość od powierzchni gruntu do krawędzi cylindra.
Cylinder ważymy razem z gruntem, a następnie pusty.
Gęstość objętościową liczymy ze wzoru :
4(mmt-mt)
ρ=
πDh
Pomiary wykonujemy dwukrotnie i za wynik przyjmujemy średnią arytmetyczną z obu pomiarów jeżeli różnią się o mniej niż 5% wartości średniej.
2.1.3.za pomocą rtęci
Metodę tą stosuje się do badania gruntów o znacznej spoistości.
Z próbki NNS wycinamy dwie kostki o objętości około 10cm3 każda, wygładzamy powierzchnię i ważymy. Naczynie pomiarowe wkładamy do kuwety i napełniamy rtęcią do pełni. Górny menisk rtęci usuwamy przez przyłożenie płytki z kołeczkami. Naczynie z rtęcią wkładamy do drugiej kuwety . Na rtęć kładziemy badaną kostkę gruntu i wciskamy ją do rtęci za pomocą płytki. Wypchniętą rtęć ważymy w parowniczce.
Gęstość objętościową liczymy ze wzoru:
mm∗ρn
ρ=
mr
gdzie : mm—masa próbki,
mr—masa rtęci wypchniętej przez grunt,
ρn—gęstość właściwa rtęci przyjmowana w zależności od temp.
Pomiary wykonujemy dwukrotnie i za wynik przyjmujemy średnią arytmetyczną obu wyników, jeżeli różnią się o mniej niż 5% wartości średniej.
2.2.Gęstość właściwa szkieletu gruntowego
Wykonanie oznaczenia : kolbę cechujemy (wg zaleceń normy PN-88/ B-04481 punkt5.3.), a następnie przygotowujemy próbkę : do parowniczki wkładamy próbkę gruntu i suszymy w temp.105-110°. Po wysuszeniu do stałej masy grunt rozcieramy w moździerzu i przesiewamy przez sito o wymiarach oczek 2mm. Odsiany grunt ponownie suszymy i schładzamy. Wycechowaną kolbę ważymy i wsypujemy do niej grunt, a następnie ponownie ważymy razem z gruntem. Do kolby wlewamy wodę destylowaną do 2/3 objętości kolby i gotujemy na niedużym płomieniu 0.5h od chwili zagotowania się wody. Następnie kolbę chłodzimy dolewamy wody destylowanej do kreski na szyjce kolby, wstawiamy do kąpieli wodnej (temp. pokojowa) i po dwóch godzinach mierzymy temp. wody w kolbie i w kąpieli. Ponownie dolewamy wody do kreski kolby i ważymy wraz z wodą i gruntem.
Gęstość objętościową liczymy ze wzoru :
mg-mt
ρs = ∗ρw
[ mwt + ( mg-mt) -mwg]
gdzie : mg—masa kolby z gruntem wysuszonym w temp.105-110°C,
mt—masa kolby,
m.wt—masa kolby z wodą (do kreski),
m.wg—masa kolby z gruntem i wodą,
ρw—gęstość wody.
Jeżeli wynik oznaczenia ρs różni się od podanych w normie (PN -88/ B-04481) wartości dla poszczególnych rodzajów gruntu należy wykonać co najmniej dwa dodatkowe oznaczenia, a za wynik przyjąć średnią wartość dwu oznaczeń różniących się od siebie nie więcej niż 5% wartości średniej.
2.3.Oznaczenie wilgotności naturalnej
Z gruntu NNS lub NW pobieramy dwie próbki (o masach około 500g dla gruntów gruboziarnistych ; 50g dla piasków i pyłów ; 30g dla pozostałych ) , które umieszczamy w uprzednio zważonych parowniczkach. Parowniczki razem z gruntem ważymy i suszymy w suszarce w temp.105-110°C do stałej masy. Następnie grunt chłodzimy w eksykatorze i ważymy.
Wilgotność naturalną liczymy wg wzoru :
mmt-mst
w = ∗100
mst-mt
gdzie : mmt—masa próbki wilgotnej razem z masą parowniczki,
mst—masa próbki wysuszonej razem z masą parowniczki,
m.t—masa parowniczki.
Za wynik ostateczny przyjmuje się średnią arytmetyczną dwóch oznaczeń jeżeli ich wartość nie przekracza 5% wartości średniej.
3.WYNIKI BADAŃ
Przed przystąpieniem do oznaczenia podstawowych właściwości fizycznych gruntu musimy określić jego nazwę i rodzaj. Do tego celu wykorzystałam metodę makroskopową :
próba wałeczkowania : wałeczek z połyskiem pod koniec wałeczkowania ; zawartość frakcji iłowej 20-30% ; pęka poprzecznie w dziewiątym wałeczkowaniu ( liczba wałeczkowań X=8).
próba rozcierania gruntu w wodzie : pod palcem wyczułam dużo ziaren piasku → należy do pierwszej grupy
próba rozmakania w wodzie nie przeprowadzona , bo trwałaby bardzo długo
Na podstawie powyższych badań stwierdzam ,że jest to glina piaszczysta zwięzła .
Stan gruntu : miękkoplastyczny.
3.1.Oznaczenie wilgotności
--masa parowniczek : mt19=21.8g
mt79=21.5g
--masa parowniczek z gruntem : mmt19=59,1g
mmt79=54.3g
--masa parowniczek z gruntem wysuszonym : mst19=51.8g
mst79=47.7g
WILGOTNOŚĆ NATURALNA :
59.1-51.8
wn19= ∗100 =24.33%
51.8-21.8
54.3-47.7
wn79= ∗100 = 25.19%
47.7-21.5
24.33+25.19
wn = = 24.76%
2
Wnioski : Dla warunków jak wyżej norma PN -81 / B - 03020 podaje wartość wilgotności naturalnej dla gliny piaszczystej zwięzłej Wn=30% , wynik naszych badań to Wn= 24.76%. Różnice te pozwalają stwierdzić ,że badania nie odbywały się na próbkach o naturalnej wilgotności.
3.2 Oznaczenie gęstości objętościowej (wykonujemy na dwóch próbkach)
--masa pierścienia : mt =50g
--masa pierścienia z gruntem : mmt1=106.85g
mmt2 =106.45g
--objętość pierścienia Vp
D=3.5cm
h=2.95cm 3.14∗(3.5)2
Vp = ∗ 2.95 = 28.36cm3
4
GĘSTOŚĆ OBJĘTOŚCIOWA
mmt1 -mt 106.85-50.00
ρ1 = = =2.00 g/cm3
Vc 28.36
mmt2 -m.t 106.45-50
ρ2 = = =1.99 g/cm3
Vc 28.36
2.00+1.99
ρ = =1.995 g/cm3
2
Wnioski :norma PN -81 / B-03020 podaje wartość ρ = 1.95 g/cm3 , nasze badania dały wartość ρ =1.995 g/cm3. Różnice wyników mogą być skutkiem niedokładnie przeprowadzonego badania lub tego, że nie była to próbka o nienaruszonej strukturze.
3.3.Oznaczenie gęstości właściwej szkieletu gruntowego
Badanie to przeprowadzamy na piasku średnioziarnistym.
--masa kolby : mt =123.5g
--masa kolby z gruntem suchym : mg =175.1g
--masa kolby wypełnionej do kreski wodą destylowaną : mwt =621.7g
--masa kolby wypełnionej do kreski wodą destylowaną i gruntem : mwg=653.5g
GĘSTOŚĆ WŁAŚCIWA SZKIELETU GRUNTOWEGO :
175.1-123.5
ρS = *1 = 2.6 g/cm3
621.7+(175.1 - 123.5) - 653.5
Wnioski : wg normy PN-81 / B-03020 ρs=2.65g/cm3 ; wynik naszych badań to ρs=2.6g/cm3 . Różnice w wyniku badań są prawdopodobnie spowodowane niedokładnością przeprowadzonych badań.