WYKŁAD VIII - 01.12.2010

1. Odporność gruntów na działanie wody:

1. Zdolność gruntów do zachowania mechanicznej wytrzymałości i trwałości przy współdziałaniu z wodą:

1. Współdziałanie statyczne - pęcznienie, rozmakanie

2. Współdziałanie dynamiczne - rozmywanie

2. Rozmakalność - zdolność gruntu do utraty spójności i przeobrażania się w pulchną masę z częściowym lub pełnym zanikiem nośności pod wpływem wody stojącej

3. Rozmywalność - zdolność gruntu do oddawania agregatów i cząstek elementarnych do wody poruszającej się i oddziaływującej na powierzchnię masy gruntowej

4. Rozmiękalność - zdolność gruntów o sztywnych wiązaniach do obniżania swojej wytrzymałości pod wpływem działania wody. Mięknięcie polega na osłabieniu więzi między cząstkami.

Współczynnik mięknięcia Kp:

Kp = Rcw/Rcs, gdzie:

Rc - wytrzymałość na jednoosiowe ścinanie

Rcw - w stanie wilgotnym

Rcs - w stanie stałym

Wartości Kp:

0,1-0,2 - grunty silnie mięknące

>0,6 - grunty słabo mięknące

5. Siła wiązań między cząsteczkami gruntu zależy od:

1. Obecności lub braku warstwy kationów między cząsteczkami; jedna warstwa kationów osłabia wzajemne przyciąganie cząstek, a każda kolejna powoduje, że przyciąganie cząstek jeszcze bardziej maleje

2. Wartości kationów adsorbowanych (adsorpcja - przyciąganie na powierzchni; absorpcja - przyciąganie do wewnątrz) - im większa wartościowość kationów, tym mniej ich w warstwie dyfuzyjnej, tym lepsze właściwości mechaniczne ma grunt.

3. Całkowitej liczba jonów w gruncie, mogących brać udział w wymianie. Grunty o dużej powierzchni właściwej mają zdolność wiązania jonów ciał rozpuszczonych w wodzie przy jednoczesnym oddawaniu do roztworu równoważnej liczby jonów. Wymiana jonów zachodzi w warstwach wody związanej, a także w sieci krystalicznej cząstek. Mechanizm wymiany jonów zależy od charakteru sieci krystalicznej minerałów.

6. Parametry fizyczne gruntu:

1. Wilgotność [w]

2. Gęstość właściwa szkieletu ziarnowego [ρ_s]

3. Gęstość objętościowa = gęstość właściwa [ρ]

Cechy te oznaczane są na podstawie badań laboratoryjnych.

7. Pochodne parametry fizyczne gruntu:

1. Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [ρ_d]

2. Porowatość n i wskaźnik porowatości e

3. Wilgotność całkowita w_r i stopień wilgotności S_r

4. Stopień zagęszczenia I_d i wskaźnik zagęszczenia I_s

5. Wskaźnik plastyczności I_p

8. Stopień zagęszczenia gruntów niespoistych I_d - stosunek zagęszczenia występującego w stanie naturalnym do największego możliwego zagęszczenia danego gruntu. Nie zmienia się w tym przypadku objętość szkieletu gruntowego, a jedynie zmniejszamy odległości porów. Objętość szkieletu gruntowego nie zmieni się, dopóki nie przyłożymy siły tak dużej, że zaczniemy kruszyć grunt i go fizycznie zmieniać.

I_d = V_max-V/V_max-V_min = Vp_max-Vp/Vp_max-Vp_min = Vp_max/Vs-Vp/Vs / Vp_max/Vs-Vp_min/Vs = e_max-e/e_max-e_min = ρ_dmax/ρ_d x ρ_d-ρ_dmin/ρ_dmax - ρ_dmin

Gdzie:

e_max - wskaźnik porowatości maksymalnej obliczany dla gęstości objętościowej rod min przy najbardziej luźno usypanym gruncie suchym;

e_min - wskaźnik porowatości minimalnej obliczany dla gęstości objętościowej ρ_dmin przy możliwie największym zagęszczeniu gruntu suchego przez wibracje (bez zniszczenia ziarn)

e - wskaźnik porowatości naturalnej odpowiadający ρ_d

I_d = (1,662+1,299 x d₁₀) x (γ_d - 1,297-1,708 x d₁₀)/ γ_d (0,365-0,409 x d₁₀)

γ_d - ciężar szkieletu

Powyższy wzór będzie potrzebny kiedyś w przyszłości

9. Stopnie zagęszczenia gruntów sypkich:

1. Grunt luźny - 0<I_d<=0,33

2. Grunt średnio zagęszczony 0,33<I_d<=0,67

3. Grunt zagęszczony 0,67<I_d<=0,8

4. Grunt bardzo zagęszczony I_d>0,8

Maksymalna wartość stopnia zagęszczenia I_d = 1,0

Wg nowej normy ISO pojawiają się grunty bardzo luźne o _Id od 0 do 0,15

10. Aparat Proctora do badania zagęszczenia gruntów.

11. Zagęszczanie gruntów - zależność Proctora - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego r_d zależy od wilgotności (przy stałej energii zagęszczania). Maksymalne zagęszczenia jest tym większe, im większa jest energia zagęszczania. Wartości w_opt i r_ds zależą od rodzaju gruntu.

12. Laboratoryjne określanie stopnia zagęszczania za pomocą cylindra metalowego z tłoczkiem i widełkami wibracyjnymi.

13. Sposoby dogęszczania gruntu w terenie - zrzucanie wielkich płyt na grunt albo kontrolowane wybuchy podziemne.

14. Wskaźnik zagęszczalności gruntu:

Kz = e_max-e_min/e_min

15. Cechy gruntu dobrze zagęszczającego się:

1. U > 7

2. fi + fpi < 10%

16. Wskaźnik zagęszczenia gruntów I_s - jest miernikiem charakteryzującym jakość zagęszczenia nasypu:

I_s = ρ_dnas/ρ_ds, gdzie:

ρ_dnas - gęstość objętościowa szkieletu gruntu w nasypie

ρ_ds - maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntu

I_s = 0,855+0,165 x I_d - wzór empiryczny, uważać na niego!

17. Gęstość właściwa szkieletu gruntowego ρ_s - stosunek masy szkieletu gruntowego m_s do jej objętości V_s.

ρ_s = m_s/V_s, gdzie:

m_s - masa cząstek gruntu

V_s - objętość samych cząstek (szkieletu gruntowego)

RODZAJ GRUNTU	GĘSTOŚĆ WŁAŚCIWA [G/CM^3]
Piaski kwarcowe	2,65
Gliny, gliny piaszczyste i gliny pylaste	2,67-2,7
Gliny zwięzle	2,69-2,72
Iły, iły pylaste	2,71-2,78
Grunty skaliste	2,5-2,8
Substancja humusowa	1,25-1,4
Namuły organiczne	2,15-2,6

18. Metody oznaczania gęstości właściwej gruntu:

1. Metoda piknometru - stosowana w gruntach, które nie zawierają soli rozpuszczalnych w wodzie oraz duzej zawartości frakcji iłowej (iłach). (rys.1)

2. Metoda kolba Le Chateliera - do badania gruntów organicznych i zawierających sole rozpuszczalne w wodzie.

19. Gęstość objętościowa gruntu ρ - jest to stosunek masy próbki gruntu do objętości tej próbki łącznie z porami:

ρ = m_m/V = m_s + m_w/V_s+Vp, gdzie:

m_m - masa próbki gruntu

V - objętość próbki gruntu

RODZAJ GRUNTU	GĘSTOŚĆ WŁAŚCIWA [G/CM^3]
Skały magmowe	2,5-3,5
Mułowce i iłowce	2,2-2,5
wapienie	2,4-2,6
Piaski	2,1-2,6
Grunty spoiste	1,3-2,4

20. Metody oznaczanie gęstości objętościowej gruntu:

1. Do badań gruntów spoistych:

1. Metoda pierścienia tnącego

2. Metoda rtęciowa

3. Metoda parafinowa

2. Do badań gruntów sypkich:

1. Metoda oznaczania gęstości w cylindrze

21. Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego ρ_d - jest to stosunek masy szkieletu gruntu (masa ziaren i cząstek) w danej próbce do jej objętości pierwotnej (razem z porami).

ρ_d = m_s/V = 100 ρ/100 + w_n, gdzie:

m_s - masa próbki wysuszonej do stałej wagi w T od 105 do 110 ^oC.

V - objętość próbki gruntu przed wysuszeniem

ρ - gęstość objętościowa gruntu

w_n - wilgotność naturalna gruntu

Znajomość gęstości objętościowej szkieletu jest konieczna do obliczenia porowatości, wskaźnika porowatości i wskaźnika zagęszczenia nasypów.

22. Zagęszczanie gruntu - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego w funkcji wilgotności. Wilgotność optymalna w_opt to taka, przy której uzyskuje się największe zagęszczenie w przypadku gruntów spoistych i niektórych gruntów niespoistych.

NOWY DZIAŁ:

23. Fizyczno-mechaniczne właściwości gruntów.

24. Podstawowe pojęcia:

1. Mechanika gruntów: to dział wiedzy inżynierskiej zajmującej się warunkami równowagi oraz odkształceniami zachodzącymi w wyniku działania sił w ośrodkach skalnych: litych i rozdrobnionych. Przedmiotem rozważań mechaniki gruntów jest ilościowa analiza zjawiska zachodzących w podłożu, sformułowania praw, którym podlegają i przedstawienie opisujących te zjawiska równań oraz rozpatrzenie ich rozwiązań w przypadkach szczególnych - (matematyczny opis).

2. Naprężenie - jest to graniczna wartość stosunku siły działającej na nieskończenie mały element pola przekroju ciała do wymiaru tego pola.

Jest to wewnętrzny, zrównoważony układ sił wewnątrzstrukturalnych, powstały jako następstwo oddziaływania zewnętrznego układu sił.

(rys.2)

Graficzna interpretacja naprężenia - w każdym punkcie ciała istnieją trzy wzajemne prostopadłe płaszczyzny (nazywane głównymi), w których wartość naprężeń stycznych równa się zeru, a naprężenia normalne nazywane są naprężeniami głównymi, wyróżniamy:

9. Największe naprężenia główne - σ₁

10. Najmniejsze naprężenia główne - σ₃

11. Pośrednie naprężenia główne - σ₂

Składowa naprężenia:

9. Prostopadła do płaszczyzny przekroju nazywaną naprężeniem nornalnym σ

10. Równoległa, w płaszczyźnie przekroju nazywaną naprężeniem stycznym τ

Zasada superpozycji przy wyznaczaniu wielu sił skupionych.

---