MG laboratorium 2.docx

Sprawozdanie nr 2

Oznaczenie podstawowych cech fizycznych gruntu

1.       Wstęp

Cechy fizyczne gruntu można podzielić na podstawowe i od nich pochodne, które oblicza się na podstawie cech podstawowych. Do podstawowych cech fizycznych gruntów zalicza się wilgotność, gęstość właściwą i gęstość objętościową. Cechy te wyznacza się na podstawie badań laboratoryjnych.

Mając oznaczone podstawowe cechy fizyczne gruntu, można obliczyć cechy od nich pochodne, do cech pochodnych należą : gęstość objętościowa szkieletu gruntowego ( rd ) , ciężar objętościowy szkieletu gruntowego ( gd ), porowatość ( n ), wskaźnik porowatości ( e ), szczelność ( m. ), wilgotność całkowita ( wr ), stopień wilgotności ( sr ), gęstość objętościowa ( r' ) i ciężar objętościowy ( g' ) gruntu przy całkowitym wypełnieniu porów wodą, gęstość objętościowa ( rsr ) i ciężar objętościowy ( gsr ) gruntu poniżej zwierciadła wody po uwzględnieniu wyporu. Znajomość podstawowych cech fizycznych jest również niezbędna do określenia: stopnia wilgotności, stopnia zagęszczenia, stopnia plastyczności i wskaźnika zagęszczenia.

1.1     . Oznaczenie gęstości objętościowej

Gęstością objętościową gruntu nazywa się stosunek masy próbki gruntu (w stanie naturalnym) do jej objętości. Wyznacza się ją ze wzoru:

ρ=mmV

Gdzie:

r  - gęstość objętościowa

m.m.  – masa próbki w stanie naturalnym

V  -  objętość badanej próbki

Gęstość objętościowa jest jednym z parametrów charakteryzujących strukturalno – teksturalne właściwości gruntów. Jej wartość zależy od składu mineralnego, porowatości i wilgotności gruntu. Jest więc wartością zmienną. Gęstość objętościowa jest bezpośrednim wskaźnikiem obliczeniowym służącym między innymi do:

ü      obliczenia parcia gruntu na ścianki oporowe,

ü      obliczenia stateczności zboczy naturalnych i sztucznych,

ü      wyznaczenia dopuszczalnych obciążeń gruntu,

ü      obliczenia wielkości osiadań,

ü      obliczenia naprężeń pierwotnych

ü       

Ponadto wskaźnik ten wykorzystuje się do obliczenia innych parametrów, takich jak:

ü      gęstości objętościowa szkieletu gruntowego,

ü      gęstości objętościowej gruntu pod wodą,

ü      porowatości, wskaźnika porowatości i stopnia zagęszczenia.

ü       

Gęstość objętościową gruntu wyznacza się z zasady na próbkach o strukturze nienaruszonej (NNS).

W zależności od rodzaju gruntu oraz stanu i wielkości próbki przeznaczonej do badań przy oznaczaniu gęstości objętościowej stosuje się jedną z czterech metod:

ü      metoda pierścienia tnącego,

ü      metodę rtęciową,

ü      metodę w wodzie (parafinowania),

metodę oznaczenia gęstości objętościowej w cylindrze.

1.2. Oznaczenie wilgotności

Wilgotność jest stosunkiem masy wody zawartej w danej próbce gruntu do masy tej próbki wysuszonej w temp. 105-110°C, wyrażany w procentach

w=mwms∙100%

mw- masa wody

ms- masa gruntu suchego

Wilgotność jest czynnikiem kształtującym wiele fizyczno-mechanicznych właściwości gruntów, zwłaszcza gruntów spoistych i zmienność jej będzie powodowała znaczną zmienność tych właściwości.

Wilgotność naturalna charakteryzuje zawartość wody w gruncie w warunkach naturalnych czyli bezpośrednio w terenie.

Na podstawie stopnia związania wody z cząsteczkami mineralnymi można wyróżnić następujące typy:

a)         Woda w sieci krystalicznej minerałów:

- konstytucyjna

- krystalizacyjna

- zeolitowa

b)    Woda związana:

       - higroskopijna

       - błonkowa

       - kapilarna

c)    Woda wolna

d)    Woda w stanie stałym

e)    Woda w stanie gazowym

1.3. Cechy pochodne

1.3.1. Gęstość objętościowa

              Gęstością objętościową szkieletu gruntowego jest to stosunek masy szkieletu gruntu w danej próbce do jej objętości pierwotnej:

ρd=msV                                    

Gdzie:

rd – gęstość objętościowa szkieletu gruntowego

m.s – masa próbki wysuszonej do stałej masy

V – objętość gruntu przed wysuszeniem

1.3.2. Ciężar właściwy szkieletu gruntowego             

                                        gd = g × rd

              gdzie :

              g - przyspieszenie ziemskie,

              rd - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego.

1.3.3. Porowatość gruntu

Porowatość gruntu jest to stosunek objętości porów w danej próbce gruntu do jej całkowitej objętości. Porowatość oblicza się ze wzoru:

n=VpV

Gdzie:

n – porowatość gruntu

V – objętość całkowita

Vp – objętość porów

1.3.4. Wskaźnik porowatości gruntu

Wskaźnikiem porowatości gruntu nazywamy stosunek objętości porów do objętości szkieletu gruntowego. Wskaźnik porowatości obliczamy ze wzoru:

e=VpVs

Gdzie:

e – wskaźnik porowatości gruntu

Vp – objętość porów

Vs – objętość szkieletu

1.3.5. Wilgotność całkowita gruntu

Grunt ma wilgotność całkowitą, gdy jego pory są całkowicie wypełnione wodą. Wilgotność całkowitą oblicz się ze wzoru:

wr=n∙ρw(1-n)ρs

gdzie:

wr – wilgotność całkowita

n – porowatość gruntu

rw – gęstość właściwa wody

rs – gęstość właściwa szkieletu gruntowego

1.3.6. Stopień wilgotności i stany zawilgocenia

Stopień wilgotności określa stopień wypełnienia porów gruntu przez wodę. Oblicza się go ze wzoru:

Sr=wnws

              Zależnie od stopnia wilgotności rozróżnia się następujące stany zawilgocenia gruntów niespoistych:

ü      suchy, jeśli Sr = 0

ü      mało wilgotny, jeśli 0< Sr<=0,4

ü      wilgotny, jeśli   0,4<Sr<=0,8

ü      nawodniony, jeśli 0,8< Sr<=1,0

1.3.7. Gęstość objętościowa przy całkowitym napełnieniu porów wodą

rsr = (1 – n)*rs + nrw  = rd = nrw

1.3.8. Gęstość objętościowa gruntu poniżej zwierciadła wody

r¢ = ( rs - rw )(1 – n )

1.3.9. Ciężar objętościowy gruntu przy całkowitym wypełnieniu porów wodą

                                           g¢ = g *r¢

1.3.10. Gęstość objętościowa pruntu poniżej zwierciadła wody po uwzględnieniu wyporu

                                   r¢ = ( rs - rw )(1 – n )

2.       Metody badań laboratoryjnych

2.1.                  Przebieg oznaczenia wilgotności

- waży się puste, wysuszone i ochłodzone naczynka z dokładnością do 0,01g (mt)

- próbkę gruntu przeznaczoną do badania wilgotności umieszcza się w zważonym naczynku i waży z tą samą dokładnością (mmt). Badanie przeprowadza się dla dwóch próbek tego samego gruntu.

- zważoną próbkę wstawia się do suszarki i suszy w temperaturze 105-110°C do stałej masy. Po 8h przeprowadza się kontrole wysuszenia dla gruntów sypkich, po 24 dla gruntów spoistych. Po tym czasie wyjmuje się próbki z suszarki, waży i ponownie wstawia do suszarki. Po około 1 godzinie próbkę waży się ponownie. Jeżeli wyniki są jednakowe to można uznać, że próbka została wysuszona do stałej masy (mst)

w=mmt-mstmst-mt∙100%

w-wilgotność

mmt-masa naczynka z gruntem wilgotnym

mst-masa ...