1. Do podstawowych cech fizycznych gruntu zaliczamy:
- wilgotność
- gęstość objętościowa
- gęstość właściwa .
Znajomość podstawowych cech fizycznych gruntów jest niezbędna do obliczenia następujących innych cech fizycznych:
- ciężaru objętościowego szkieletu gruntowego,
- porowatości,
- wskaźnika porowatości,
- stopnia wilgotności.
Znajomość tych cech jest niezbędna do oznaczenia stanu gruntów sypkich przez wyznaczenie ich stopnia zagęszczenia oraz stanu gruntów spoistych na podstawie obliczenia ich stopnia plastyczności.
2. Różnica między gruntami spoistymi a niespoistymi.
Grunty spoiste tworzą jakby jednorodną masę, która w pewnym zakresie wilgotności ma cechy plastyczne. Różna właściwości gruntu zależą od różnej frakcji piaskowej, iłowejco jest podstawą do podziału tych gruntów na rodzaje.Te grunty dzieli się też ze względu na wskaźnik plastyczności wskazujący ile wody wchłonie grunt przy przejściu ze stanu półzwartego w płynny.
Grunty niespoiste (sypkie) tworzą pojedyncze ziarna piaskowe lub żwirowe i są widoczne gołym okiem, Podział tych gruntów jest ze względu na wielkość ziaren(im grubsza frakcja tym lepsza nośność gruntu, wytrzymałość), oraz stopień zagęszczenia (zapełnienie pustych przestrzeni między ziarnami) czym wyższy stopień zagęszczenia tym lepiej się nadaje do celów budowlanych. Jest jeszcze jeden parametr – wilgotność, określa stosunek objętości wody do objętości porów.
Różnią się swoimi właściwościami.
3.Omów stany gruntów spoistych i niespoistych.
Stany spoistych. Grunty w stanie naturalnym występuj a w trzech konsystencjach : zwartej, plastycznej i płynnej. W obrębie konsystencji wyróżnia się stany : zwarty, półzwarty, twardoplastyczny, plastyczny, miękkoplastyczny i plynny. Wilgotności graniczne między poszczególnymi stanami są określone jako granice konsystencji zwane granicami Atterberga. Między stanem zwarty i półzwartym znajduje się granica skurczalności (wilgotność w %) przy której pomimo dalszego suszenia próbki gruntu nie zmniejsza swojej objętości, zmienia barwe na powietrzu na jaśniejszą. Pomiędzy półzwartym i twardoplastycznym znajduje się granica plastyczności WP i określa ją wilgotność %, jaką ma grunt, gdy przy kolejnym wałeczkowaniu wałeczek pęka, rozwarstwia się lub rozsypuje po osiągnięciu średnicy 3 mm. Granica płynności WL występuje między stanem miękkoplastycznym i płynnym. Wyznacza ją wilgotność % pasty gruntowej umieszczonej w miseczce aparatu Casagrandea, w której bruzda wykonana rylcem zejdzie się na dł. 10 mm i wysokości 1 mm przy 25 uderzeniu miseczki o podstawę aparatu.
Wskaźnik plastyczności to lp = WL-WP
Stopien plastyczności Il , który pozwala ustalic stan gruntu spoistego
Stany niespoistych. W zależności od wartości liczbowej stopnia zagęszczenia grunty sypkie dzieli się wg stanów zagęszczenia ( lużny, srednio zagęszczony, zagęszczony,bardzo zagęszczony)
Stopień zagęszczenia ID – jest to stosunek zagęszczenia istniejącego w naturze do zagęszczenia maksymalnego możliwego do uzyskania w warunkach laboratoryjnych.
4. Podaj różnicę pomiędzy stopniem zagęszczenia a wskaźnikiem zagęszczenia metody ich oznaczania
Dot. Gruntów naturalnych, niespoistych
Stopień zagęszczenia wyznacza się tylko dla gruntów niespoistych. Jego wielkość zależy przede wszystkim od składu granulometrycznego gruntu, porowatości, kształtu ziarn. Wartość tę wyznacza się w celu określenia nośności gruntu.
Stopniem zagęszczenia nazywa się stosunek zagęszczenia istniejącego w warunkach naturalnych do największego możliwego zagęszczenia danego gruntu:
gdzie:
emax - wskaźnik porowatości gruntu przy najluźniejszym ułożeniu ziaren,
en - wskaźnik porowatości gruntu w stanie naturalnym,
emin - wskaźnik porowatości przy najściślejszym ułożeniu ziaren.
Wartości wskaźników porowatości wyznaczamy z następujących wzorów:
w których:
r s - gęstość właściwa gruntu [t/m3, g/cm3],
r dmin - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego przy najluźniejszym ułożeniu ziaren [t/m3, g/cm3],
r dmax - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego przy najściślejszym ułożeniu ziaren [t/m3, g/cm3],
r d - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego w stanie naturalnym [t/m3, g/cm3],
ms - masa gruntu znajdującego się w cylindrze [t, g],
Vmax - objętość gruntu przy najluźniejszym ułożeniu ziaren [m3, cm3],
Vmin - objętość gruntu przy najściślejszym ułożeniu ziaren [m3, cm3],
r - gęstość objętościowa gruntu w stanie naturalnym [t/m3, g/cm3],
w - wilgotność naturalna gruntu [% lub liczba niemianowana].
Teoretycznie stopień zagęszczenia gruntu najluźniej usypanego jest równy 0, gruntu maksymalnie zagęszczonego jest równy 1.
W zależności od wartości stopnia zagęszczenia wyróżniamy następujące stany gruntów niespoistych:
- luźny, w skrócie ln, przy ID <= 0,33
- średnio zagęszczony, szg, przy 0.33 < ID<= 0,67;
- zagęszczony, zg, przy 0,67 < ID <= 0,80;
bardzo zagęszczony, bzg, przy ID> 0,80.
Dot. Gruntu wbudowywanego
Wskaźnik zagęszczenia IS to stosunek gęstości objętościowej szkieletu gruntowego w nasypie rd do maksymalnej wartości gęstości objętościowej szkieletu gruntowego rds, uzyskanej w warunkach laboratoryjnych. Porównujemy tutaj zagęszczenie gruntu w nasypie do maksymalnego zagęszczenia tego samego gruntu, uzyskanego w warunkach laboratoryjnych. Wartość IS zbliżona do jedności świadczy o dobrej jakości zagęszczenia nasypu.
Wilgotnością optymalną gruntu wopt nazywamy taką wilgotność, przy której grunt daje się najbardziej zagęścić. Parametrem decydującym o jakości zagęszczenia gruntu jest gęstość objętościowa szkieletu gruntowego rd. Zatem wilgotność optymalna to taka wilgotność, przy której gęstość objętościowa szkieletu gruntowego rd jest największa. Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego posłużyć może do wyznaczenia innego bardzo ważnego parametru – wskaźnika zagęszczenia IS, charakteryzującego jakość zagęszczenia gruntu w nasypie.
Wilgotność optymalną wopt i maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego rds oznacza się w aparacie Proctora, według metod opracowanych przez Proctora, polegających na ubijaniu kilku warstw gruntu w cylindrze określoną energią. Ważne jest, aby warunki zagęszczenia w aparacie Proctora odpowiadały warunkom zagęszczenia nasypu w skali naturalnej.
Wskaźnik zagęszczenia gruntu oblicza się ze wzoru:
Metody oznaczania ID
laboratoryjne
polowe
-sondowanie dynamiczne,
-sondowanie statyczne
-sondy izotropowe,
-sondy geoelektryczne
Niektóre metody oznaczania wskaźnika zagęszczenia:
cylindrem metalowym,
piaskiem kalibrowanym
sondom dynamiczną,
pośrednio aparatem VSS
5. Co to wytrzymałość gruntu, narysuj .
6. Wymień parametry wytrzymałościowe gruntu i podaj metody ich wyznaczania.
Ściśliwość gruntu- pod działaniem obciążenia grunt ulega odkształceniom. Odkształcenie polega na zmniejszeniu objętości w wyniku ściskania i wyciskania gazów i wody wypełniających pory gruntowe, przemieszczania się ziaren i zgniataniu niektórych z nich. Omawiana zdolność gruntu do zmniejszania objętości pod wpływem obciążenia nazywa się ściśliwością.
Krzywa ściśliwości- wzrost obciążenia próbki powoduje osiadanie, przy jej odciążeniu następuje odprężenie, lecz w znacznie mniejszym stopniu niż wartość odkształceń przy obciążeniu. Dowodzi to powstania w gruncie częściowo sprężystych a częściowo trwałych odkształceń. Ponowne obciążenie daje nową krzywa wykazującą pewne opóźnienie.
Jeśli obecnie występujące w gruncie naprężenia efektywne są największe ze wszystkich jakie dotychczas w danym gruncie wystąpiły to grunt nazywa się normalnie skonsolidowanym (NC), grunt który przenosił już większe naprężenia, a następnie był odciążany nazywa się prekonsolidowanym (OC)
Metody wyznaczania ściśliwości (aparaty: edometr, konsolidometr):
- przy stopniowym wzroście obciążeń,
- przy stałym obciążeniu
- przy stałej prędkości odkształceń
- przy stałej prędkości przykładania obciążeń
Moduł ściśliwości (stosunek naprężeń do odkształceń)
Enometryczny moduł ściśliwości
Wskaźnik konsolidacji- to stosunek ściśliwości pierwotnej do ściśliwości wtórnej
Moduł odkształcalności- w przypadku obciążenia próbki gruntu następuje jej boczne rozszerzanie się co zwiększa odkształcenia pionowe. Miarą takiego odkształcenia pionowego próbki (przy jednoosiowym stanie naprężenia i trójosiowym stanie odkształcenia) są moduły odkształcenia pierwotnego i wtórnego E
Moduł podatności- określa jakie naprężenie należy przyłożyć, aby grunt odkształcił się np. o 1 m.
Wytrzymałość gruntu na ścinanie-nazywa się największy (graniczny) opór odniesiony do jednostki powierzchni, jaki stawia ośrodek gruntowy naprężeniom ścinającym występującym w rozpatrywanym punkcie ośrodka.
Obciążenie gruntu wywołuje w dowolnym punkcie naprężenia styczne (ścinające), które przesuwają ziarna gruntu, jednocześnie wraz z naprężeniami ścinającymi pojawia się opór gruntu na ścinanie.
Dla gruntów spoistych
Cu- wartość odcięta,
- współczynnik tarcia wewnętrznego
-naprężenia normalne
Dla gruntów piaszczystych (niespoiste)
Oznaczanie wytrzymałości na ścinanie:
-aparat bezpośredniego ścinania
-aparat trójosiowego ściskania
Metody badań w aparacie trójosiowego ściskania:
-UU- ścinanie szybkie, bez odpływu wody, (woda jest utrzymywana przez cały czas w próbce)
-CU- ścinanie szybkie po wstępnej konsolidacji bez odpływu wody w czasie badania, z możliwością pomiaru ciśnienia
-CD- ścinanie powolne z odpływem, w czasie ścinania umożliwia się odpływ wody, wzrost naprężeń powinien być na tyle powolny, aby nie nastąpiło ciśnienie wody
Aparat bezpośredniego ścinania (aparat Kreya-Casagrandea)- Wady:
-niemożność pomiaru ciśnienia
-nierównomierny rozkład naprężeń stycznych i normalnych
-jednoosiowy stan odkształcenia próbki, który nie odpowiada warunkom rzeczywistym
-miejscowe zaklinowanie ziarn, co zwiększa mierzony opór
7. Podaj na czym polegają różnice badań wytrzymałościowych wykonywanych w aparacie bezpośredniego ścinania i trójosiowego ściskania?
- metoda TŚ jest wiernym modelem przebiegu obciążenia dzięki trójosiowym odkształceniom, co daje najbardziej wiarygodne parametry, dodatkowo można zmierzyć ciśnienie parowe wody; głownie stosowana do gruntów spoistych; dla bud. wodnego
- metoda BŚ ma jednoosiowy stan odkształceń próbki, dlatego nie jest adekwatna do warunków rzeczywistych, tym samym nie można jednoznacznie opisać stanu naprężeń w próbce
8.Wymień metody badań wytrzymałościowych w aparacie trójosiowego ściskania.
- metoda Q lub UU – szybkie ścinanie bez konsolidacji i bez odpływu
- metoda R lub CU - szybkie ścinanie po wstępnej konsolidacji, bez odpływu
- metoda S lub Cd - powolne ścinanie, z odpływem
9. Od czego zależy wytrzymałość gruntach niespoistych i spoistych?
- w gruntach spoistych zależy od tarcia wewnętrznego i spójności(kohezji)
- w gruntach niespoistych kohezja nie występuję
Pytanie 10. Ściśliwość –
Zdolność gruntu do odkształceń pod wpływem przyłożonego obciążenia.
Odkształcenie gruntu (ośrodka rozdrobnionego) polega na zmniejszeniu objętości w wyniku:
- wyciskania gazów (przeważnie powietrza),
- usuwania wody wolnej i kapilarnej wypełniającej pory gruntu,
- przesuwania się ziaren i cząstek stałych względem siebie oraz zajmowania przez nie bardziej statycznego położenia,
- zgniatania niektórych ziaren gruntu,
- sprężystego odkształcenia ziaren i cząstek gruntu,
- zmniejszenia objętości powietrza zamkniętego w porach gruntu,
W gruntach rozdrobnionych osiadanie spowodowane jest głównie zagęszczeniem się masy gruntowej, skały lite na ogół odkształcają się w wyniku sprężystego odkształcenia materiału.
Konsolidacja gruntu (zespolenie) -
Zależy od zdolności filtracyjnych
- grunty spoiste osiadają wolniej – wyciskanie wody z porów wymaga dłuższego czasu
- grunty niespoiste (sypkie) - osiadają praktycznie po przyłożeniu obciążenia, są to grunty o dużym współczynniku filtracji.
Odkształcenia gruntu dzielimy na:
- trwałe (nieodwracalne, plastyczne) - powstają na skutek przemieszczania się gruntu, zmniejszania się porów w gruncie i usunięcia z nich wody i gazów,
- sprężyste (odwracalne) – wynikają z właściwości sprężystych cząstek stałych gruntu i wody błonkowej oraz ze zmniejszenia objętości gazów zamkniętych w porach,
Wykres. Krzywa ściśliwości i odprężenia
1/ (a - b) - krzywa ściśliwości pierwotnej
2/ (b - c) - krzywa odprężenia
3/ (c - d) - krzywa ściśliwości wtórnej
4/ (d - e) - krzywa ściśliwości pierwotnej
Opis: Wzrost obciążenia badanej próbki gruntu powoduje osiadanie (krzywa a - b), przy jej odciążeniu następuje odprężenie (krzywa b - c) lecz w znacznie mniejszym stopniu niż wartość odkształceń przy obciążeniu – dowodzi to powstania w gruncie częściowo sprężystych, a częściowo trwałych odkształceń.
Ponowne obciążenie daje nowa krzywą c - d wykazującą pewne opóźnienie (zjawisko histerezy) i wyraźne załamanie w punkcie d, przy przejściu w krzywą pierwotnego obciążenia d – e.
10. Co to jest ściśliwość gruntu ? Przedstaw zależność na rysunku.
Ściśliwość gruntu to zdolność gruntu do zmniejszania objętości (nie tylko kształtu) pod wpływem przyłożonego obciążenia.
Zmiana objętości następuje na skutek
- bardziej ścisłego uporządkowania ziaren gruntu – zmniejszenia zawartości porów.
- usuwanie wody kapilarnej i wolnej
- zgniatanie niektórych ziaren
- zmniejszanie ilości powietrza w porach.
Pytanie 11. Badanie ściśliwości w laboratorium wykonuje się w aparacie zwanym edometrem (stąd edometryczny moduł ściśliwości). Próbkę gruntu umieszcza się w metalowym pierścieniu uniemożliwiającym jego boczną rozszerzalność. Próbka poprzez kopułkę jest ściskana obciążeniem pionowym w warunkach swobodnego odpływu wody w kierunku pionowym. Zmiany wysokości próbki mierzy się za pomocą czujników.
Jest to więc badanie w jednoosiowym stanie odkształcenia, a trójosiowym stanie naprężenia.
Założenie przyjęte w badaniu jest zgodne w przybliżeniu z rzeczywistymi warunkami , w jakich znajduje się grunt w podłożu pod dużym fundamentem, gdzie jego boczna rozszerzalność jest również znacznie ograniczona elementami gruntu.
jednoosiowy stan odkształcenia
trójosiowy stan naprężenia
Wartość edometrycznego modułu ściśliwości pierwotnej Mo wyznacza się na podstawie wykresu ściśliwości pierwotnej, a edometrycznego modułu ściśliwości wtórnej M na podstawie wykresu ściśliwości wtórnej.
Edometryczny moduł ściśliwości –
To współczynnik proporcjonalności między naprężeniem a odkształceniem.
σ = M *ε
Edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej Mo –
to stosunek przyrostu efektywnego naprężenia normalnego ∆σ do przyrostu całkowitego odkształcenia względnego ε mierzonego w kierunku działania siły obciążającej w jednoosiowym stanie odkształceń w warunkach umownej konsolidacji gruntu.
Edometryczny moduł ściśliwości wtórnej M –
to stosunek przyrostu efektywnego naprężenia normalnego ∆σ do przyrostu sprężystego (odwracalnego) względnego ε mierzonego w kierunku działania siły obciążającej w jednoosiowym stanie odkształceń w warunkach umownej konsolidacji gruntu.
Mo, M = ∆σi ∕ εi = (∆σi / ∆ hi )* hi-1 [ MPa; kPa]
∆σi = σi – σi-1 ...
wasyl69