1.Czynniki i procesy decydujące o powstawaniu i rozdrobnieni gruntów.

Głównym procesem decydującym o powstawaniu i rozdrabnianiu gruntów jest wietrzenie. Proces wietrzenia trwa ok. 5 mld lat. W ciągu tak długiego czasu utworzyły się i w dalszym ciągu tworzą się ze skał grunty, ulegające jednocześnie dalszym przemianom.

Grunty powstały ze skał na skutek wietrzenia fizycznego, chemicznego i organicznego oraz przez rozdrobnienie mechaniczne.

Skały składają się z różnych minerałów (kalcyt, dolomit, kwarc). Składniki te mają różne zabarwienie, różne współczynniki rozszerzalności cieplnej i różną odpornośc na działanie wody i kwasów. Wskutek zmian temp. Skały podlegają nierównomiernemu rozszerzeniu, co powoduje powstawanie na ich powierzchni najpierw drobnych, a w miarę upływau czasu coraz większych szczelin.

Woda oraz powietrze powodują wietrzenie chemiczne składników skał i powstawanie nowych związków chemicznych. Kwarc i muskowit prawie nie ulegają wietrzeniu i pozostają w wietrzejącej skale w postaci ziarn, które po wypłukaniu przez wodę tworzą piasek.

Wietrzenie organiczne jest wywołane przez procesy życiowe zwierząt i roślin. Bardzo dużą rolę odgrywają bakterie, wywołujące przemiany chemiczne w swym otoczeniu. Niektóre bakterie wytwarzają kwas węglowy, azotowy, amoniak, przyczyniając się w ten sposób do dalszego wietrzenia gruntów. Powstałe w skutek wietrzenia fizycznego i chemicznego odłamki skał, staczając się po stokach w dół SA porywane przez potoki i przebywają długą drogę. Podczas tej wędrówki następuje rozdrobnienie okruchów i odłamków skalnych oraz ich zaokrąglenie.

Fale morskie uderzając o skaliste brzegi wypłukują i nadkruszają je. Odpadłe okruchy uderzając i trąc się stale o siebie ulegają dalszemu rozdrobnieniu, przemieszczając się stopniowo w żwiry i paski.

Spływające z gór lodowce również przyczyniają się w dużym stopniu do rozdrobnienia skał i ich odruchów podczas ruchu masy lodowca.

2. Podział gruntów spoistych. Kryteria podziału.

Grunt spoisty- nieskalisty grunt mineralny lub organiczny wykazujący wartość wskaźnika plastycznosci Ip>1% lub wykazujący w stanie wysuszonym stałość kształtu brylek przy naprężeniach większych niż 0.01 MPa, minimalny wymiar brylek nie może być przy tym mniejszy niż 10-krotna wartość maksymalnej średnicy ziaren. W stanie wilgotnym grunty spoiste wykazuja ceche plastyczności. Grunty spoiste tworzą pozornie jednorodną masę, która w pewnym zakresie wilgotności ma cechy plastyczne. Różne właściwości gruntów wynikają między innymi z różnej zawartości frakcji piaskowej, pyłowej i iłowej, co jest podstawą podziału tych gruntów na rodzaje.

Kryteria podzialu:

- ze względu na spoistość: mało spoiste 1%<Ip<10% ; srednio spoiste 10%<Ip<20% ; zwięzło spoisty 20%<Ip<30%; bardzo spoisty Ip>30%

- ze względu na stan gruntu zwarty( Il<0, w ≤ ws); półzwarty (Il≤0 ws <w≤wp) twardoplastyczny(0<Il≤0,25 wp<w≤wl) plastyczny(0,25<Il≤0,5 wp<w≤wl) miękkoplastyczny(0,5<Il≤1 wp<w≤wl) plynny(Il>1 wl<w)

- ze wzgledu na uziarnienie: piasek gliniasty, pył piaszczysty, pyl, glina piaszczysta, glina, glina pylasta, glina piaszczysta zwiezla, glina zwiezla, glina pylasta zwiezla, ił piaszczysty, il, ił pylasty.

- dodatkowy podzial: grunty aktywne, grunty przecietnie aktywne, grunty malo aktywne

3. Podział gruntów niespoistych. Kryteria podziału. Czynniki rozniace je od spoistych.

Grunty niespoiste (sypkie) tworzą pojedyncze ziarna piaskowe lub żwirowe i są one widoczne gołym okiem. Różnice w odległości rozpoznawania ziaren stanowią orientacyjne kryterium porównawcze przy określaniu rodzaju gruntu. Nie spełniają warunków gruntow spoistych.

Kryteria podzialu:

- ze względu na wilgotność; suchy(Sr=0), malo wilgotny(0≤Sr≤0,4), wilgotny(0,4<Sr≤0,8), nawodniony(0,8<Sr≤1).

- ze względu na uziarnienie: piasek gruby(zawartość ziaren o średnicy większej niż 0,5mm wynosi wiecej niż 50%), piasek sredni(zawartość ziaren o średnicy większej niż 0,5mm wynosi nie wiecej niż 50% lecz zawartość ziaren większych niż 0,25mm wynosi wiecej niż 50%), piasek drobny(zawartość ziaren o średnicy większej niż 0,25mmwynosi wiecej niż 50%), piasek pylasty.

- ze względu na zageszczenie: luzny(Id≤0,33), srednio zageszczony(0,33<Id≤0,67), zageszczony(0,67<Id≤0,8), bardzo zageszczony(Id>0,8).

4. Grunty organiczne, powstawanie, właściwości.

Grunt organiczny- grunt rodzimy, w którym zawartość czesci organicznych jest wieksza niż 2%.

Podział:

- grunty próchnicze; grunty nieskaliste, w których zawartość części organicznych jest wynikiem wegetacji roślinnej oraz obecności mikroflory i mikrofauny 2% < I_om  5%

- namuły(grunty powstałe na skutek osadzania się substancji mineralnych i organicznych w środowisku wodnym); namuły piaszczyste(mają własności gruntu niespoistego); namuły gliniaste(mają własności gruntu spoistego) 5% < I_om  30%

- gytie; namuły z zawartością węglanu wapnia > 5%, który może wiązać szkielet gruntu

5% <I_om  30%

- torf; gruntu powstałe z obumarłych i podlegających stopniowej karbonizacji części roślin

I_om > 30%

5.Woda gruntowa

Woda gruntowa występuje w gruncie pod postaciami

- wody błonkowej, przywartej do powierzchni cząstek gruntowych

- wody kapilarnej, utrzymywanej siłami napięcia powierzchniowego w porach gruntu ponad zwierciadłem wody wolnej

- wody wolnej,

Woda błonkowa jest tak silnie związana z cząstka gruntu ze nie mają na nią wpływu siły przyciągania ziemskiego.

Woda kapilarna opada w dół gdy ciężar jej przewyższy kapilarne siły napięcia powierzchniowego.

Woda wolna całkowicie ulega sile ciężkości i zajmuje możliwie najniższe położenie w porach gruntów przepuszczalnych. Wodę wolną w gruntach przyjęto nazywać wodą gruntową.

Woda błonkowa jest to woda która może występować w 7 warstwach (wokół cząstki) w zależności od zawilgocenia gruntu. W gruntach suchych bądź specjalnie suszonych występują tylko 3 warstwy, które w warunkach normalnych praktycznie SA nie od oddzielenia od cząstki gruntu(powyżej ok. 700 stopni). Pomiedzy cząstkami gruntu występują siły przyciągania- siły kapilarności,

W praktyce zetknięcie się cząstki gruntu z druga cząstką nie istnieje ponieważ dzieli je warstwa błony wodnej

Im bardziej wilgotny grunt tym większe warstwy bony i tym mniejsze siły spójności, gdyż miedzy cząstkami wytwarzają się powierzchnie poślizgu powodujące mniejsze tarcie. Im mniejsze cząstki

6.RODZAJE WODY W GRUNCIE:

1) Woda kapilarna

Strefa kapilarna - utworzona przez ziarna piasku strefy wody, która jest podciągana i wypełnia w sposób częściowy

minerał + powietrze + woda

Strefa saturacji: woda + minerał

Występowanie wody kapilarnej związane jest z występowaniem sił napięcia powierzchniowego i sił podciągania wody

Wpływ niskich temperatur

Zdolność kapilarna gruntu

Soczewki lodowe (zmiana objętości V=9.1 %)

Migracja wody kapilarnej

Wzrost wysadzin w fazie zamarzania

Przy rozmarzaniu wzrost wilgotności

Procesy termodyfuzyjne

Woda kapilarna może utworzyć się w gruntach o średnicy ziarn < 6 mm. Wypełnia ona kanaliki istniejące w gruncie podnosząc się powyżej zwierciadła wody gruntowej wskutek działania sił molekularnych wody związanej i otaczającej cząstki gruntu na molekuły wody wolnej wskutek czego wytwarzają się meniski.

Zjawisko kapilarności występuje wskutek:

-zjawiska adhezji- przyczepność wody do ścianek rurki

-napięcia powierzchniowego wody.

Strefa na jaką podniesie się samoistnie woda w kapilarach nazywa się kapilarnością czynną (max zasięg podniesienia się wody)

H_kc > H_kb

H_kc- strefa kapilarności czynnej,

H_kb- strefa kapilarności biernej

H_kc- podstawowe kryterium o zamarzalności gruntów.

h_k=, gdzie r- promień kapilary

Wilgotność optymalna (W_opt)- wilgotność gruntu, przy której następuje bardzo dobre spajanie ziaren, powstaje bardzo twarde podłoże

Wysokość podnoszenia się wody zależy od uziarnienia

-w żwirach 1-3 cm

-w piaskach grubych 3-7 cm

-w piaskach średnich 7-20 cm

-w piaskach drobnych (P_d) 20-100 cm

-w pyłach () 1.0-30 m

Obserwuje się kapilarność w granicach 3-4 m. Przepuszczalność gruntu ma wpływ na kapilarność. Kapilarność jest pomijana w literaturze, w praktyce ma małe znaczenie, istotne w warunkach przemarzania.

Woda związana z powierzchnią graniczną

Woda wolna- temperatura krzepnięcia 0⁰C , podlegają prawom grawitacji

Woda silnie związana: temperatura krzepnięcia -78⁰C do -150⁰C, gęstość objętościowa =1.8 g/cm³, zaczyna odparowanie w temperaturze +200⁰C do 400⁰C

Woda absorbcyjna i błonkowa- woda błonkowa przesuwa się z jednej cząstki na drugą niezależnie od sił ciężkości do chwili wyrównania gr powłoki wodnej w obu cząstkach, nie przekazuje ciśnienia hydrostatycznego.

Wpływ wody związanej na właściwości fizyczne i mechaniczne jest tym większa im drobniejsze jest jego uziarnienie, przejawia się w takich właściwościach jak:

-przepuszczalność,

-podnoszenie kapilarne

-ściśliwość, itp.

Woda wchodząca w skład minerałów

-woda krystalizacyjna (np. gips), CaSO₄*2H₂O

-woda chemicznie mieszana (wchodzi w skład Ca)

Usunięcie tej wody w obu przypadkach powoduje wyraźną zmianę właściwości chemicznych i fizycznych i rozkład mineralny.

Woda w postaci pary wodnej- występuje w strefie aeracji (napowietrzania) ogólnie nie przekracza 1% ciężaru gruntu.

Jest źródłem tworzenia się innych rodzajów wody, przede wszystkim związanej z powierzchnią cząstek

Dużą rolę odgrywa w procesie przemarzania gruntów

Woda w postaci lodu

Występuje w temperaturze <0⁰C i strefie przemarzającej, w Polsce 1-2 m. poniżej poziomu terenu.

Półzwarte iły zamarzają w temperaturze -10⁰C. Zamarzanie gruntu, to zamarzanie wody. Można wykonać wykopy w gruntach pzw lub zw (gdy są zamarznięte).

Każde ciało fizyczne zmieniające fazę zmienia swoją objętość.

7. Ciśnienie wody w porach ciśnienie spływowe

Ciśnienie wody w porach gruntu

Rozkłady ciśnień wody w porach gruntu i naprężeń w szkielecie gruntowym oraz naprężenia całkowite wywołane siłami zew., działającymi na grunt, są ściśle ze sobą związane. Współzależność między tymi naprężeniami najprościej jest prześledzic, rozpatrując stan naprężeń przed obciążeniem i po obciążeniu powierzchni gruntu.

Ciśnienia wody w porach po zakończonej konsolidacji (ew.dekonsolidacji) są równe ciśnieniu hydrostatycznemu; natomiast w przypadku nieskończonej konsolidacji można przyjąc, że:

u- ciśnienie w wodzie porowej w dowolnym okresie konsolidacji

u_o- ciśnienie hydrostatyczne

u_qt- nadciśnienie (lub podciśnienie) wywołane zmianą obciążenia zew., zależne od czasu konsolidacji

Zmiana ciśnienia wody w porach gruntu może wystąpić również w przypadku zmiany poziomu zwierciadła wody gruntowej w ośrodku gruntowym. Zmiana poziomu zwierciadła wody gruntowej zmienia wartośc u_o i powoduje zmianę naprężeń w szkielecie gruntowym, jeżeli zwierciadło wody znajduje się poniżej powierzchni terenu. Zmiany poziomów wody w gruncie i zmiany obciążeń gruntu mogą powodowac zmiany ciśnień porowych i naprężeń efektywnych w szkielecie gruntowym.

Ciśnienie spływowe

Przy ruchu wody w gruncie powstaje opór tarcia wody o cząstki gruntowe. Na pokonanie tego oporu musi być zużyta hydrauliczna różnica ciśnień wody, działających na przednią i tylnia ścianę rozpatrywanego elementu gruntu.

Hydrauliczna różnica ciśnień wody wynosi:

Siła ciśnienia wody, wywierana na cząstki gruntowe zawarte w jednostce objętości, wynosi więc:

Siłę tę nazywamy ciśnieniem spływowym (hydrodynamicznym), liczbowo równa się ona iloczynowi spadku hydraulicznego i ciężaru objętościowego wody. Kierunek działania tej siły jest styczny do linii przepływu, jest to siła objętościowa i ma miano kN/m³

8. Ruch wody w ośrodku gruntowym. Ciśnienie spływowe i warunki filtracyjne

Czynniki powodujące ruch wody w gruncie:

grawitacja, wymuszenia zewnętrzne, pole temperatur, pole elektryczne.

Grawitacja: spadek hydrauliczny: i=H/l, H=H_A-H_B;

prędkość krytyczna: v_k = R_E⋅_c⋅g/(D⋅γ_w), D-średnica kanalików. Liczba Reynoldsa: R_E = v⋅d/,  - współczynnik lepkości.

Przepływy: laminarne (cząstki cieczy poruszają się po torach równoległych), burzliwe (tory przecinają się). Przejście z laminarnego do burzliwego - po przekroczeniu prędkości krytycznej. Zwykle w gruntach - laminarny; przepływ burzliwy jest b. niekorzystny, należy mu zapobiegać.

Ciśnienie spływowe (hydrodynamiczne): p_kd = P_kd/(F⋅L)=γ_w⋅i o cisnieniu spływowym bliżej w pkt 12

Napór: H=h_w + h_y + v²/2g, h_w - wysokość ciśnienia, h_y - wysokość położenia.

Filtracją nazywamy ruch wody w skałach porowatych. Zdolność gruntu do przepuszczania wody systemem połączonych porów nazywa się wodoprzepuszczalnościa. Zdolność tę wyraża współczynnik wodoprzepuszczalności k. Współczynnik ten zależy przede wszystkim od porowatości gruntu, jego uziarnienia, składu mineralnego i temperatury wody. Współczynnik filtracji określa zdolność gruntu do przepuszczania wody przy istnieniu różnicy ciśnień wody. Zgodnie z linowym prawem Darcy'ego wyraża zależność pomiędzy spadkiem hydraulicznym a prędkością filtracji wody. Współczynnik filtracji jest wyrażany w jednostkach prędkości. Darcy na podstawie doświadczeń ustalił, że objętościowe natężenie przepływu filtracyjnego, czyli ilości wody przechodzącej przez środowisko porowate w jednostce czasu, jest proporcjonalne do spadku hydraulicznego, poprzecznego przekroju środowiska filtracyjnego i współczynnika filtracji: Q = k*J*F; Q - ilość wody przepływająca w jednostce czasu [m³/s]; k - współczynnik filtracji [m/s]; J - spadek hydrauliczny wyrażony różnica wysokości słupów wody lub różnicą ciśnień.

9. Pęcznienie gruntow, występowanie i cechujące go parametry.

Ekspansywność - pęcznienie gruntów. Pęcznienie gruntów polega na powiększeniu ich objętości przy pochłanianiu wody. Zdolność pęcznienia związana jest z hydrofilnym charakterem minerałów ilastych, wchodzących w skład gruntów spoistych oraz z ich dużą powierzchnią właściwą. Pęcznienie gruntu może prowadzić do ich rozpadu pod działaniem wody powodując rozmakanie gruntu.

Zdolność pęcznienia gruntu można scharakteryzować za pomocą:

- wskaźnika pęcznienia Vp określanego jako iloraz przyrostu objętości próbki gruntu ∆V po maksymalnym pęcznieniu do objętości pierwotnej V: Vp=∆V/V

- ciśnienia pęcznienia Pc jakie powstaje wówczas, gdy nie ma możliwości zmian objętościowych w procesie pęcznienia gruntu (ciśnienie pęcznienia jest równe jednostkowemu obciążeniu normalnemu, jakie należy przyłożyć na powierzchnię próbki gruntu w edometrze, gdy znajdzie się ona w kontakcie z woda, aby jej zmiany wysokości (pęcznienia) były równe zeru).

- wskaźnik ekspansji EI to stosunek różnicy wysokości próbki przed i po nasyceniu wodą (przy stopniu nasycenia 9 - 51 %) do wysokości początkowej próbki (naruszonej i zagęszczonej pod obciążeniem 7 kPa). Obliczany jest ze wzoru: EI=(∆h/H₁)*100% - gdzie: ∆h-różnica wysokości próbki przed badaniem i po badaniu (H1 - H2); H1 - wysokość pierwotna próbki (wysokość przed badaniem) H2 - wysokość próbki po badaniu.

Głównymi czynnikami wpływającymi na charakter pęcznienia gruntów są:

 skład i struktura gruntu (skład mineralny i granulometryczny),  skład kationów wymiennych, cechy strukturalno-teksturalne, wilgotność),  skład chemiczny i stężenie roztworu wodnego współdziałającego z gruntem.  wartość obciążenia zewnętrznego.

Ekspansywność - pęcznienie gruntów Na wartość pęcznienia wpływ ma wilgotność początkowa, (w miarę wzrostu wilgotności początkowej pęcznienie maleje).

10. Mechanizm tarcia cząstek gruntów spoistych i niespoistych

- W przypadku ścinania gruntów mamy do czynienia z oporem tarcia suwnego i obrotowego, gdyż przy poślizgu strefowym jednej warstwy gruntu po drugiej występuje opór nie tylko w powierzchniach poślizgu, lecz i opór wynikający z obrotu ziaren w stosunku do ziaren sąsiednich.

- Opór gruntu powstały na skutek tarcia suwnego i obrotowego nazywamy oporem tarcia wewnętrznego.

- Opór tarcia wewnętrznego gruntu nie jest wartością stałą, zależy od kształtu i wymiaru ziaren, ich wzajemnej odległości, naprężeń efektywnych w szkielecie gruntu (a więc od pochodzenia i uziarnienia gruntu), wskaźnika porowatości i ciśnienia wody w porach wpływającego na wartość naprężeń efektywnych.

- Kąt tarcia zależy od wymiaru ziaren i ich kształtu oraz stopnia zagęszczenia gruntu. Im grubsze są ziarna tym szersza jest strefa ogarnięta tarciem wewnętrznym ziaren. Im bardziej ostre są krawędzie ziaren, tym większy jest opór ich tarcia przy wzajemnym obrocie, gdyż większy jest opór ich wzajemnego zaklinowania się.

- W gruncie ilastym im więcej jest cząstek iłowych tym mniejsze jest tarcie wewnętrzne gdyż cząstki iłowe tworząc dookoła grubych ziaren otoczkę ułatwiają ich poślizg przy ścinaniu.

- Dla gruntu o o danym składzie granulometrycznym i mineralnym kohezja zależy od liczby kontaktujących się cząstek na jednostce powierzchni ścinania i odległości pomiędzy tymi cząstkami (czyli od wskaźnika porowatości).

- W przypadku gruntów spoistych w pełni nasyconych liczba cząstek w jednostce objętości jest związana z wilgotnością. Im więcej cząstek danego gruntu znajduje się w jednostce objętości, tym mniejsza jest wilgotność i większa kohezja.

- Grunty sypkie, ziarniste bez cząstek iłowych mają spójność bliską zeru. W miarę wzrostu zawartości cząstek iłowych w gruncie spójność wzrasta, gdyż w jednostce objętości wzrasta liczba cząstek, a więc wzrasta także liczba punktów kontaktowych na jednostce powierzchni ścinania.

- Oprócz powyższych czynników na spójność mają także wpływ siły kapilarne lub krystalizacja soli w porach gruntu. Opór gruntu wywołany tymi siłami w wielu przypadkach zwiększa spójność, ale łatwo znika w przypadku nawodnienia gruntu.

11. Parametry wytrzymałości na ścinanie metody ustalania,

Opór tarcia w odniesieniu do jednostki powierzchni ścinania gruntów sypkich (piasków suchych) w stanie równowagi granicznej wyraża się wzorem Coulomba: t =  = σ_n⋅tg 

Dla gruntów spoistych, mających opór tarcia i spójności, wzór przybiera postać:

t =  = σ_n⋅tg  + c,

t - opór tarcia wewnętrznego i spójności [Pa],  - naprężenie ścinające [Pa],

tg  - współczynnik tarcia wewnętrznego,  - kąt tarcia wewnętrzego [°],

σ_n - naprężenie normalne do powierzchni ścięcia [Pa], c - spójność [Pa].

Aby nastąpiło ścięcie gruntu, naprężenia ścinające muszą być większe od oporu tarcia wewnętrznego i spójności, czyli musi być spełniony warunek  > t.

Na podstawie powyższych wzorów można stwierdzić, że wytrzymałość gruntu na ścinanie jest funkcją kąta tarcia wewnętrznego, spójności i naprężenia normalnego do płaszczyzny ścinania.

Znajomość wytrzymałości gruntu na ścinanie jest niezbędna podczas wyznaczania wartości normowych obciążeń jednostkowych podłoża na podstawie naprężeń granicznych, przy projektowaniu skarp wykopów lub nasypów, do obliczania parcia gruntu na mury oporowe itp.

Opor tarcia wewnętrznego. Wielkość ta zależy od rodzaju gruntu (wymiaru i kształtu ziaren, pochodzenia gruntu). Dla danego gruntu wartość tarcia wewnętrznego zależy od: porowatości, wilgotności, ciśnienia wody w porach.

Spójność gruntu (kohezja) jest to opór gruntu stawiany siłom zewnętrznym wywołany wzajemnym przyciąganiem się cząstek składowych gruntu. Występuje w gruntach spoistych. Zależy od średnicy ziaren, wilgotności, genezy i składu mineralnego.

Kąt tarcia zależy od wymiaru ziaren i ich kształtu oraz stopnia zagęszczenia gruntu. Im grubsze są ziarna tym szersza jest strefa ogarnięta tarciem wewnętrznym ziaren. Im bardziej ostre są krawędzie ziaren, tym większy jest opór ich tarcia przy wzajemnym obrocie, gdyż większy jest opór ich wzajemnego zaklinowania się.

W gruncie ilastym im więcej jest cząstek iłowych tym mniejsze jest tarcie wewnętrzne gdyż cząstki iłowe tworząc dookoła grubych ziaren otoczkę ułatwiają ich poślizg przy ścinaniu.

12. Trójosiowy stan naprężeń. Wykreślić kota Mohra i ustalić wartość kąta tarcia

Wytrzymałością gruntu na ścinanie nazywa się maksymalny opór jednostkowy, jaki stawia grunt naprężeniom ścinającym w chwili nastąpienia ścięcia (poślizgu w płaszczyźnie ścinania). Określenie wytrzymałości gruntu na ścinanie sprowadza się do określenia kąta tarcia wewnętrznego i spójności. Laboratoryjnie wielkości te wyznacza się za pomocą: aparatu bezpośredniego ścinania (ABS), aparatu trójosiowego ściskania (ATS).

ATS: Badania w aparacie trójosiowego ściskania zaleca się przeprowadzać również na kilku próbkach tego samego gruntu (NW). Stosuje się próbki gruntu kształtu cylindrycznego o wysokości co najmniej dwukrotnie większej niż średnica. Po wycięciu próbki naciąga się na nią szczelną pochewkę gumową, łączącą próbkę z dolnym i górnym filtrem. Po ustawieniu kosza wpuszcza się do niego wodę, którą następnie spręża się do roboczego ciśnienia σ₃. Robocze ciśnienie przyjmuje się odpowiednio do warunków pracy gruntu pod budowlą. Po wstępnej konsolidacji (ew. dekonsolidacji i nasyceniu wodą) przeprowadza się ścinanie, dając dodatkowy pionowy nacisk q od góry, który zwiększa się do chwili przezwyciężenia oporu ścinania gruntu; łączny maksymalny nacisk σ₃ + q_max oznaczamy jako σ₁. Naprężenia σ₁ i σ₃ są naprężeniami głównymi; próbka ścina się pod kątem  do poziomu, wartość naprężenia normalnego σ_n i stycznego  wyznacza się za pomocą koła Mohra. Otrzymane koło Mohra jest kołem granicznym, a uzyskane naprężenie styczne  jest dla danego σ_n maksymalnym _f. Przeprowadzając kilka badań na kilku próbkach tego samego gruntu przy różnym ciśnieniu σ₃ otrzymuje się kilka granicznych kół Mohra. Obwiednia do granicznych kół Mohra będzie prostą Coulomba.

13. Wyznaczenie kąta tarcia wewnętrznego w aparacie bezpośredniego ścinania.

Aparat bezpośredniego ścinania (aparat skrzynkowy) jest najprostszym przyrządem do badania wytrzymałości na ścinanie gruntu w warunkach laboratoryjnych. Składa się z metalowej skrzynki podzielonej poziomo na 2 części, które mogą przesuwać się względem siebie. Próbkę gruntu (o wymiarach 6 x 6 x 2 cm lub 10 x 10 x 3 cm) z zazębionymi płytkami oporowymi umieszcza się w skrzynce, a następnie obciąża pionową siłą Q i ścina wskutek przesuwu względem siebie części skrzynki pod wpływem poziomej siły T. Maksymalna siła T_max przy której nastąpiło ścięcie próbki jest naprężeniem ścinającym  = T_max / A równym wytrzymałości na ścinanie _f. Ścinając tak kilka próbek przy różnych naciskach pionowych σ  Q/A i otrzymując odpowiadające im _f sporządza się wykres _f = f(σ) w postaci prostej (zwanej prostą Coulomba) której kąt nachylenia odpowiada kątowi tarcia wewnętrznego  badanego gruntu.

14. Przemarzanie gruntu opisać i naszkicować mechanizm pęcznienia mrozowego

Pęcznienie mrozowe - powiększanie objętości gruntu przepojonego wodą w czasie zamarzania (o 9%); powstają różnego typu zaburzenia w strefie czynnej (inwolucje w kopalnych profilach glebowych); pękanie nawierzchni drogowych.
Podnoszenie mrozowe - wypychanie ku powierzchni gruntu większych okruchów skalnych (rośnięcie kamieni).

Im bardziej drobnoziarnisty jest grunt, tym mniejsze są wymiary porów, tym więcej porów jest prawie całkowicie wypełnionych wodą adsorbowaną, a więc lepsze są warunki do tworzenia się wydzielonych soczewek lodowych i powstawania wysadzin.

15. Kryteria wysadzinowości gruntów

Proces powstawania wysadzin powstaje podczas mrozów i przejawia się podnoszeniem nawierzchni drogowych o kilka do kilkunastu centymetrów.

Grunty spoiste <sypkie> ,nie zawierające frakcji iłowej i pyłowej przy przemarzaniu nie tworzą wysadzien, nawet w stanie nasyconym wodą. Grunty spoiste natomiast są bardziej wysadzinowe, im drobniejsze jest ich uziarnienie i większa wilgotność.

O wysadzinowości gruntów decyduje nie wymiar zairn gruntu, lecz wymiar porów. Jednak geotechnice posługują się jednak kryterium wysadzinowości wg. Uziarnienia gruntów, gdyż określenie wymiarów porów jest niemożliwe.

Najbardziej znane kryteria wysadzinowości gruntów:

Kryterium Casagrandego, wg Casagrandego wysadzinowe grunty to takie, które nierównoziarniste (stopień różnoziarnistości U>15), które zawierają więcej niż 3% cząstek mniejszych od 0,02 mm. Jeśli grunt jest równoziarnisty( U<5), to wysadziny występują w nim , gdy zawiera więcej niż 10 % cząstek mniejszych od 0,02 m.

Kryterium w USA, w Stanach Zjednoczonych za niewysadzinowe uważa się grunty zawierające mniej niż 3 % cząstek mniejszych niż 0,02mm. Grunty o większej niż 3% zawartości cząstek mniejszych od 0,02 mm przyjmuje się za wysadzinowe.

Wg. Wiłuna grunty można podzielić na 3 grupy <wg. Kapilarności>:

-grupa A- niewysadzinowe o kapilarności biernej < 1 m, bezpieczne w każdych warunkach wodnogruntowych i klimatycznych, do grupy tej należą czyste żwiry, pospółki i piaski, w których cząstek pyłowych (<0,05mm) jest 20 %, a cząstek iłowych prawie nie ma, grunty te w stanie wysuszonym nie tworzą bryłek;

-grupa B- wątpliwe( mało wysadzinowe) o kapilarności <1,3m , należą piaski bardzo drobne, piaski pylaste i piaski próchniczne, tworzące po wysuszeniu lekko spojone bryłki.

-grupa C- wysadzinowe, zalicza się wszystkie grunty o kapilarności biernej >1,3 m,do tej grupy należą wszystkie grunty spoiste i namuły organiczne.

Granica plastyczności (wp) jest to wilgotność jaką ma grunt na granicy stanu półzwartego i twardoplastycznego. Przy tej wilgotności wałeczek gruntu, podczas jego wałeczkowania na dłoni, pęka po osiągnięciu średnicy 3 mm lub podniesiony za jeden koniec rozpada się na części.

Granicą płynności (wL) nazywa się wilgotność gruntu na granicy stanu miękkoplastycznego i płynnego. Przyjmuje się, że granicy płynności odpowiada wilgotność gruntu, przy której bruzda wykonana w paście gruntowej umieszczonej w miseczce aparatu Casagrande'a, łączy się na długości 10 mm i wysokości 1 mm przy

25-tym uderzeniu miseczki o podstawę aparatu, w warunkach oznaczania określonych normą PN-88/B-04481.

Granicą skurczalności (ws) nazywa się wilgotność gruntu na granicy stanu zwartego i półzwartego, przy której grunt pomimo dalszego suszenia nie zmniejsza swojej objętości i jednocześnie zaczyna zmieniać barwę na powierzchni na odcień jaśniejszy.

---