Parametry geotechniczne-liczbowe charakterystyki cech fizycznych gruntów.

Wyznaczenie podstawowych wzkazników identyfikacyjnych ρ, ρ_s, w

obliczenie wzkaźników pochodnych ρ, γ, γ_s, γ_d, n, e, m,S_v

1 Część teoretyczna.

Do podstawowych właściwości fizycznych gruntów zaliczane są : wilgotność, gęstość obiętościowa i gęstość właściwa.

1. Wilgotność naturalna.

Wilgotnością naturalną gruntu (w_n) nazywamy stosunek masy wody zawartej w porach gruntu do masy jego szkieletu.

w_n=m_w/m_s*100

gdzie: m_w - masa wody znajdującej się w porach badanej próbki

m_s - masa szkieletu próbki

Wilgotność naturalną określa się w następujący sposób: z gruntu onaturalnej wilgotności NW lub NNS należy pobrać dwie próbki, następnie zważyć je i wstawić do suszarki. Próbki należy suszyć w temperatuże 105oC-110oC do chwili, gdy masa próbki nie ulega zmianie.Po wysuszeniu wyjmuje się grunt z suszarki i wstawia do ekscylatora w celu ochłodzenia.Po ochłodzeniu próbki, należy ją zważyć.Wilgotność naturalną badanego gruntu oblicza się za wzoru

w_n=(m_mt-m_st)/(m_st-m_t) *100

gdzie: m_mt - masa próbki wilgotnej, łącznie z masą parowniczki

m_st - masa próbki wysuszonej, łącznie z masą parowniczki

m_t - masa parowniczki

2. Gęstość objętościowa.

Gęstością obiętościową gruntu (ρ nazywamy stosunek masy próbki gruntu w stanie wilgotnym do jej objętości:

ρm_m/V lub ρ(m_s+m_w)/(V_s+V_p)

gdzie: mm - masa próbki gruntu w stanie naturalnym (łącznie z wodą znajdującą się w porach)

V - objętość próbki w stanie naturalnym (łącznie z wodą i porami)

ms - masa szkieletu gruntowego

mw - masa wody znajdującej się w porach

Vs - obiętość szkieletu gruntowego

Vp - objętość porów znajdujących się w gruncie

Ciężar obiętościowy (γ oblicza się ze wzoru:

γρ*g

gdzie: ρ - gęstość obiętościowa

g - przyśpieszenie ziemskie

Sposoby wyznaczania gęstości objętościowej:

1. w wodzie za pomocą parafiny

2. w pierścieniu metalowym

3. w cylindrze stalowym

4. za pomocą rtęci

Oznaczenie gęstości objętościowej gruntów stosuje się do próbek NNS wszystkich rodzajów gruntów.

Wyznaczenie ρ gruntu w pierścieniu metalowym: sprawdzamy jego obiętość i wagę. Następnie przygotowuje się próbkę gruntu. Wtym celu wyciska się grunt z cylindra około 6 cm ponad krawędź cylindra i wyrównuje górną powierzchnię gruntu.Na wyruwnanej powierzchni próbki ustawia się pierścień i lekko wciska się w grunt. Po częściowym zagłębieniu się ostrza pierścienia w gruncie, należy nożem wokół pierścienia obciąć próbkę, tworząc słupek o średnicy większej niż średnica pierścienia.Po wciśnięciu pierścienia w grunt tak, aby górna krawędź pierścienia znalazła się ok. 0.5 cm poniżej wyruwnanej poprzednio powierzchni gruntu, a następnie odcina się próbkę poniżej pierścienia. Po ścięciu nadmiaru gruntu należy zważyć pierścień wraz z gruntem.

Gęstości objętościową (ρ) liczy się ze wzoru:

ρm_m/V=(m_mt-m_t)/V_p

Ciężar obiętościowy (γ):

γ=G/V

gdzie: m_mt - masa pierścienia wraz z gruntem

m_t - masa pierścienia

V_p - obiętość pierścienia

G - ciężar próbki w stanie wilgotnym

3. Gęstość obiętościowa szkieletu gruntowego.

Gęstością obiętościową szkieletu gruntowego (ρ_d) nazywamy stosunek masy cząstek mineralnych znajdujących się w danej próbce do obiętości całkowitej próbki:

ρ_d=m_s/V=100ρ/(100+w)

Ciężar objętościowy szkieletu gruntowego (γ_g) :

γ_g=ρ_d*g lub γ_d=γ/(100+w)*100

gdzie: γ_d - ciężar obiętościowy szkieletu gruntowego

ρ - gęstość obiętościowa gruntu

γ - ciężar obiętościowy gruntu

w - wilgotność

4. Gęstość właściwa szkieletu gruntowego.

Gęstością właściwą szkieletu gruntowego (ρ_s) nazywa się stosunek masy szkieletu gruntowego do obiętości tego szkieletu (bez porów)

ρ_s=m_s/V_s

Ciężar właściwy gruntu (γ_s):

γ_s=G_s/V_s

gdzie: m_s - masa gruntu suchego (szkieletu gruntowego)

G_s - ciężar gruntu suchego (szkieletu gruntowego)

V_s - obiętość szkieletu gruntowego

Ciężar właściwy szkieletu gruntowego:

γ_s=ρ_s*g

gdzie: ρ_s - gęstość właściwa szkieletu gruntowego

5. Porowatość.

Porowatością gruntu (n) nazywa się stosunek obiętościowy porów zawartych w danym gruncie do obiętości całkowitej próbki:

n=V_p/V

gdzie: V_p - obiętość porów w próbce

V - całkowita objętość porów

Porowatość można wyznaczać również z poznanych wielkości fizycznych:

n=1-ρ_d/ρ_s lub n=(ρ_s-ρ_d)/ρ_s =(γ_s-γ_d)/γ_s =1-γ_dγ_s

6. Wskaźnik porowatości.

Wskaźnikiem porowatości (e) gruntu nazywa się stosunek obiętości porów zawartych w dznym gruncie do obiętości szkieletu gruntowego:

e=V_p/V_s

Znając gęstość właściwą oraz gęstość obiętościową szkieletu gruntowego, wzkaźnik porowatości (e) można obliczyć ze wzoru:

e=ρ_s/ρ_d-1 lub e=(ρ_s-ρ_d)/ρ_d =(γ_s-γ_d)/γ_d =γ_s/γ_d-1

Wzkaźnik porowatości (e) można wyrazić również za pomocą porowatości (n):

e=V_p/V_s =n/(1-n)

Zatem zależność między porowatością a wskaźnikiem porowatości wyraża się wzorem:

n=e/(1+e)

7. Stopień wilgotności.

Stopiem wilgotności (S_v) nazywamy stosunek obiętości wody znajdującej się w porach badanej próbki gruntu do całkowitej obiętości porów w tej próbce:

S_v=V_w/V_p

gdzie: V_w - obiętość wody

V_p - obiętość porów

Uzyskana wartość liczbowa oznacza, jaką część obiętości porów znajdujących się w badanym gruncie zajmuje woda.Stopień wilgotności może mieć maksymalną wartość równą 1.00 wówczas gdy wszystkie pory znajdujące się w gruncie są wypełnione wodą.W zależności od stopnia wilgotności rozróżnia się następujące stany wilgotności gruntów sypkich:

suchy 0 < S_v <= 0,4

wilgotny 0,4 < S_v <= 0,8

mokry 0,8 < S_v <= 1,0

Do obliczenia stopnia wilgotności stosuje się wzory:

S_v =(m_mt-m_st)/(V-(m_st-m_t)/ρ_s) *1/ρ_w i S_v =(m_m-m_s)/(1-m_s/ρ_s) *1/ρ

lub

S_v =(w_n*ρ_s)/100e *1/ρ_w =(w_n*γ_s)/100e *1/γ_w

---