Politechnika Wrocławska Wrocław, 17.11.2008

Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego

Instytut Geotechniki i Hydrotechniki

Zakład Geomechaniki i Budownictwa Podziemnego

2 ĆWICZENIE LABORATORYJNE Z MECHANIKI GRUNTÓW

(CECHY FIZYCZNE GRUNTU)

1. Wstęp teoretyczny.

Celem tego ćwiczenia było określenie podstawowych i pochodnych cech fizycznych badanego gruntu. Do cech podstawowych zaliczamy: gęstość właściwą, gęstość objętościową oraz wilgotność zaś do cech pochodnych: gęstość objętościową szkieletu gruntowego, porowatość, wskaźnik porowatości, stopień wilgotności i wilgotność całkowitą.

Gęstość objętościowa gruntu ρ jest to stosunek masy próbki gruntu do jej objętości (łącznie z porami)

[g/cm³]

gdzie:

m_m - masa próbki gruntu [g],

V - objętość próbki [cm³],

m_mt - masa pierścienia z gruntem [g],

m_t - masa pierścienia [g],

V_p - objętość pierścienia [cm³].

Ciężar objętościowy γ jest to wartość stosowana w praktyce zamiast gęstości objętościowej i wyraża się go ilorazem gęstości objętościowej oraz przyśpieszenia ziemskiego

[kN/m³]

gdzie:

ρ - gęstość objętościowa [g/cm³],

g - przyśpieszenie ziemskie ( 9,81 [m/s²] ).

Gęstość właściwa gruntu ρ_s jest to stosunek masy suchego szkieletu gruntowego do jego objętości (bez porów)

[g/cm­³]

gdzie:

m­_s - masa szkieletu gruntowego [g],

V_s - objętość szkieletu gruntowego [cm³].

Ciężar właściwy γ_s jest wartością stosowaną w praktyce w obliczeniach technicznych wyraża się go ilorazem gęstości właściwej oraz przyśpieszenia ziemskiego

[kN/m³]

gdzie:

ρ_s - gęstość właściwa gruntu [g/cm³],

g - przyśpieszenie ziemskie ( 9,81 [m/s²] ).

Wilgotnością naturalną gruntu w nazywamy stosunek masy wody zawartej w porach gruntu do masy szkieletu gruntowego, wyrażony w procentach

gdzie:

m_w - masa wody w porach gruntu [g],

m_s - masa próbki gruntu wysuszonej w temperaturze 105-110º C [g],

m_m - masa próbki gruntu wilgotnego [g].

Porowatość gruntu n jest to stosunek objętości porów w danej próbce gruntu do jej całkowitej objętości (szkieletu i porów)

[-]

gdzie:

V_p - objętość porów w próbce [cm³],

V - objętość całkowita próbki (szkieletu gruntowego i porów) [cm³],

ρ_s - gęstość właściwa gruntu [g/cm³],

ρ_d - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g/cm³].

Wskaźnik porowatości gruntu e jest to stosunek objętości porów w gruncie do objętości szkieletu gruntowego

[-]

gdzie:

V_p - objętość porów w próbce [cm³],

V_s - objętość szkieletu gruntowego [cm³],

ρ_s - gęstość właściwa gruntu [g/cm³],

ρ_d - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g/cm³].

Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego ρ_d jest to stosunek masy szkieletu gruntowego w danej próbce do jej objętości (razem z porami)

[g/cm³]

gdzie:

m_s - masa próbki gruntu wysuszonej w temperaturze 105-110º C [g],

V - objętość próbki gruntu przed wysuszeniem [cm³],

ρ - gęstość objętościowa gruntu [g/cm³],

w - wilgotność gruntu [%].

Ciężar objętościowy szkieletu gruntowego γ_d jest wartością stosowaną w praktyce w obliczeniach technicznych wyraża się go ilorazem gęstości objętościowej oraz przyśpieszenia ziemskiego

[kN/m³]

gdzie:

ρ - gęstość objętościowa gruntu [g/cm³],

g - przyśpieszenie ziemskie ( 9,81 [m/s²] ),

γ - ciężar objętościowy gruntu [kN/m³],

w - wilgotność gruntu [%].

Stopień wilgotności gruntu (stopień zawilgocenia) S_r jest to stosunek objętości wody w porach gruntu do objętości porów

[-]

gdzie:

V_w - objętość wody wypełniającej pory gruntu [cm³],

V_p - objętość porów [cm³],

w - wilgotność gruntu [%],

ρ_s - gęstość właściwa gruntu [g/cm³],

e - wskaźnik porowatości gruntu [-],

ρ_w - gęstość wody ( 1 [g/cm³] ),

w_sr - wilgotność całkowita [%].

Wilgotność całkowita występuje, gdy stopień wilgotności gruntu S_r=1,0, czyli gdy wszystkie pory w gruncie są całkowicie wypełnione wodą

[%]

gdzie:

e - wskaźnik porowatości gruntu [-],

ρ_w - gęstość wody ( 1 [g/cm³] ),

ρ_s - gęstość właściwa gruntu [g/cm³].

2. Wyniki z opracowaniem.

Na podstawie próby rozcierania w wodzie oraz wałeczkowania określiłam nazwę, rodzaj i stan badanej próbki gruntu. Była to glina w stanie półzwartym. Z normy PN-81/B-03020 odczytałam gęstość właściwą gliny ρ_s =2,67g/cm³ .

Badanie wilgotności naturalnej polegało na wysuszeniu próbek gruntu w suszarce w temperaturze 105-110°C do stałej masy i określeniu masy próbki przed suszeniem oraz po suszeniu. Otrzymane wartości posłużyły do bezpośredniego określenia wilgotności gruntu w_n=18,44%.

Określenie gęstości objętościowej ρ wykonałam metodą pierścienia tnącego. Należało zmierzyć średnicę i wysokość pierścienia aby określić jego objętość, następnie zważyć pierścień przed i po nałożeniu do niego badanego gruntu. Po zastosowaniu odpowiedniego wzoru otrzymałam szukaną gęstość objętościową gruntu ρ=2,02 g/cm³.

Na podstawie wyprowadzonych podstawowych cech fizycznych gruntu byłam w stanie wyliczyć pochodne cechy fizyczne czyli gęstość objętościowa szkieletu gruntowego ρ_d =1,71g/cm³, porowatość n=0,36, wskaźnik porowatości e=0,56, wilgotność całkowitą 32,74% oraz stopień wilgotności S_r=0,56 stan wilgotny.

3. Wnioski.

Badania te pozwoliły na określenie podstawowych i pochodnych cech fizycznych dla gliny. Jednak uzyskane wyniki znacząco różniły się od wartości podanych w normie PN-81/B-03020 dla gliny aby uzyskać poprawne lub bardziej zbliżone wyniki należałoby powtórzyć badania.

---