Wrocław, 11.05.2013

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

WYDZIAŁ BUDOWNICTWA

LĄDOWEGO I WODNEGO

OZNACZANIE PODSTAWOWYCH CECH FIZYCZNYCH GRUNTU

BADANIE GRANIC KONSYSTENCJI

Do podstawowych cech fizycznych gruntu zaliczamy:

WILGOTNOŚĆ GRUNTU

Jest to procentowy stosunek masy wody M_w zawartej w jego porach do masy szkieletu gruntowego M_d

m_mt - masa naczynia z wilgotnym gruntem

m_st - masa naczynia z suchym gruntem

m_t - masa naczynia

Makroskopowo wilgotność gruntu określa się wyróżniając 5 stopni wilgotności gruntu spoistego i 3 stopnie wilgotności gruntu sypkiego.

Grunt spoisty określamy jako:

-suchy, jeśli grudka przy zgniataniu pęka, a po rozdrobnieniu daje suchy proszek;

-mało wilgotny, jeśli grudka przy zgniataniu odkształca się plastycznie, lecz papier lub skóra przyłożone go gruntu nie stają się wilgotne;

-wilgotny, jeśli grudka przyłożona do ręki lub papieru zostawia na nich mokry ślad;

-mokry, jeśli przy ściskaniu grudki odsącza się z niej płyn;

-nawodniony, gdy woda odsącza się z gruntu grawitacyjnie.

Grunt sypki określamy jako:

-suchy, gdy nie wykazuje śladu wilgotności, a przy przesypywaniu kurzy się;

-wilgotny, gdy zostawia ślad na papierze lub dłoni;

-nawodniony, gdy woda odsącza się samoczynnie.

Woda w porach gruntu występuje w postaci wolnej, kapilarnej i błonkowej.

Po ogrzaniu do 150°C z gruntu ustępuje woda wolna, kapilarna i luźno związana na powierzchni nieuszkodzonych kryształów; w temperaturze 150-400°C odparowuje woda mocno związana wolnymi jonami. W temperaturze wyższej zaczynają ustępować jony wodorotlenkowe.

W związku z tym, że ten sam grunt traci różne ilości wody w zależności od temperatury ogrzewania, należy przy określaniu wilgotności suszyć grunty stale w jednakowej temperaturze 105-110°C.

Przebieg badania:

-zważenie pustych naczynek,

-zważenie naczynek z próbką gruntu

-wstawienie próbek do suszarki i suszenie w umownej temperaturze do uzyskania stałej masy; wyjęcie i wystudzenie próbek,

-ponowne zważenie naczynek z wysuszonym gruntem,

-zapisanie wyników i przeprowadzenie określonych obliczeń (za wynik przyjmuje się średnią arytmetyczną wartości z 2 oznaczeń).

Oznaczenie wilgotności przeprowadza się nie tylko w celu określenia zawartości Woy w gruncie w stanie naturalnym, lecz również jako oznaczenie pomocnicze przy wyznaczaniu innych właściwości gruntu, np.: granica konsystencji, wilgotność optymalna.

Stopień wilgotności to stosunek objętości wody zawartej w porach do objętości porów.

S_r - stopień wilgotności

V_w - objętość wody w porach gruntu

V_p - objętość porów

e - wskaźnik porowatości

ρ_s - gęstość właściwa szkieletu gruntowego

ρ_w - gęstość właściwa wody w porach gruntu

GĘSTOŚĆ OBJĘTOŚCIOWĄ

Jest to stosunek masy próbki gruntu w stanie naturalnym m_m do jego objętości V

Jest jednym z parametrów charakteryzujących strukturalno - teksturalne właściwości gruntów. Jej wartość zależy od składu mineralnego, porowatości i wilgotności, jest więc zmienna.

Gęstość objętościowa służy m.in. do obliczania: parcia gruntu na ścianki oporowe, stateczności zboczy, wielkości osiadań, naprężeń pierwotnych, gęstości objętościowej szkieletu, gruntu pod wodą, porowatości, wskaźnika porowatości, stopnia zagęszczenia.

Wyznacza się ją na próbkach o strukturze nienaruszonej jedną z czterech metod:

1. metodą pierścienia tnącego

•zmierzyć suwmiarką wysokości i średnicy wewnętrznej zważonego pierścienia, obliczyć jego objętości

•ułożyć pierścienia zaostrzoną krawędzią do wyrównanej powierzchni gruntu, zagłębić go w gruncie, wyjąć, oczyścić z zewnątrz,

•zważyć zapełniony pierścień, wyznaczyć gęstość objętościową gruntu

m_mt - masa pierścienia z gruntem [g]

m_t - masa pierścienia [g]

m_m - masa próbki gruntu w stanie naturalnym

V_p - objętość pierścienia [cm³]

V - objętość próbki [cm³; V_p = V]

2. metodą rtęciową

3. metodą wyporu hydrostatycznego wody

4. metodą oznaczania g. o. w cylindrze.

GĘSTOŚĆ WŁAŚCIWĄ

Jest to stosunek masy szkieletu gruntowego do objętości tego szkieletu

Jest parametrem określającym szkielet gruntu, jej wartość zależy więc od składu mineralnego gruntu i innych domieszek w nim zawartych.

Można ją wyznaczyć dwoma metodami (w zależności od rodzaju gruntu):

1. metoda piknometru

2. metoda kolby Le Chateliera

POROWATOŚĆ, WSKAŹNIK POROWATOŚCI

Jest to stosunek objętości porów w próbce gruntu V_p do jej całkowitej objętości V

ρ_s - gęstość właściwa szkieletu gruntowego [g∙cm^-3]

ρ_d - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g∙cm^-3]

Charakteryzuje sumaryczną objętość porów w gruncie, niezależnie od ich wielkości. Porowatość jest jednym z ważniejszych parametrów charakteryzujących strukturę i teksturę gruntów. Zależą od niej wodochłonność i przepuszczalność

Wskaźnik porowatości e - stosunek objętości porów V_p do objętości szkieletu gruntowego V_s

WSKAŹNIK PLASTYCZNOŚĆI (I_p) - różnica między wartością granicy płynności i granicą plastyczności

I_p = w_L - w_P

w_L - granica płynności (%)

w_P - granica plastyczności (%)

Określa plastyczne właściwości gruntów, wskazując, ile wody wchłania grunt przy przejściu ze stanu półzwartego w stan płynny. Im wyższa wartość wskaźnika plastyczności, tym bardziej plastyczny grunt; grunty o małej wartości łatwo się upłynniają.

Przebieg oznaczenia:

•dokładnie wymieszać próbkę gruntu o wilgotności naturalnej

•usunąć ziarna o średnicy przekraczającej 2mm

•uformować kulkę o średnicy 7mm, wałeczkować do momentu uzyskania wałeczka o średnicy 3mm, ponownie uformować kulkę i powtarzać czynność do momentu rozpadania się wałeczka

•zważyć naczynie z wałeczkami, suszyć w temperaturze 105-110°C do stałej masy

•oznaczyć wilgotność próbki, która jest jednocześnie wartością granicy plastyczności.

Znajomość podstawowych cech fizycznych jest niezbędna do oznaczenia stanu gruntów sypkich przez wyznaczanie ich stopnia zagęszczenia oraz stanu gruntów spoistych na podstawie obliczenia ich stopnia plastyczności.

---