Mechanika gruntów

Adam Łodygowski, Grzegorz Majewski, Michał Płotkowiak

1

Politechnika Poznańska

Poznań, dnia 25 X 2002

Instytut Inżynierii Lądowej
Zakład Geotechniki
i Geologii Inżynierskiej
ul. Piotrowo 5, 61-138 Poznań

Sprawozdanie nr 5

Oznaczenie wskaźnika zagęszczenia i wilgotności optymalnej.

Cel ćwiczenia:

- celem

ćwiczenia jest obliczenie wskaźnika zagęszczenia, czyli jak prezentuje się

aktualne zagęszczenie gruntu w badanym miejscu do jego możliwości osiąganych
w Aparacie Proctora:

ds

d

S

I

ρ

ρ

=

gdzie:

ρ

d

- gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g/ cm

3

],

ρ

ds

- maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g/cm

3

],

- gęstość objętościowa szkieletu: aby ją wyliczyć należy znać wilgotność gruntu i

jego gęstość objętościową

100

100

+

⋅

=

w

d

ρ

ρ

- wilgotność

: to stosunek masy wody zawartej w próbce gruntu do masy jej

szkieletu gruntowego wyrażony w procentach:

100

⋅

−

=

st

st

mt

m

m

m

w

gdzie:

m

mt

- masa gruntu o wilgotności naturalnej [g],

m

st

- masa gruntu wysuszonego w temperaturze 105-110

0

C [g],

- gęstość objętościowa

: stosunek masy samego gruntu do objętości pierścienia

(objętość gruntu z porami i odległościami międzycząsteczkowymi)

p

t

mt

V

m

m

−

=

ρ

gdzie:

m

mt

- masa próbki gruntu w stanie wilgotnym i pierścienia [g],

V

p

-

objętość pierścienia lub cylindra [cm

3

],

m

t

- masa pierścienia lub cylindra [g],

Mechanika gruntów

Adam Łodygowski, Grzegorz Majewski, Michał Płotkowiak

2

Maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntowego:

ρ

d

[g/ cm

3

]

ρ

ds

ρ

d1

w

1

w

opt

w [%]

Maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego wyznacza się doświadczalnie mając
do dyspozycji Aparat Proctora (o nim w dalszej części). Punkt zaznaczony na czerwono
określa moment maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego i wilgotności
optymalnej.

Jak wyznaczyć max gęstość szkieletu gruntowego:

Po przygotowaniu 3kg grunty w stanie suchym i przesypaniu go do miski:

Ten proces powtarzamy tak d

ługo (ok. 4-5

razy) a

ż osi

ągniemy maksymaln

ą g

ęst

ość

szkieletu gruntowego

- dodać ok. 60ml wody a następnie ubijać grunt, zgodnie z instrukcją,

Aparatu Proctora,

- zważenie gruntu (znając objętość cylindra) w celu określenia jego gęstości

objętościowej:

V

m

m

i

t

i

mt

i

−

=

ρ

- określenie wilgotności przez pobranie próbki, zważenie jej a następnie

wysuszenie w temperaturze 105-110

0

C:

100

⋅

−

=

st

st

mt

i

m

m

m

w

- mając dane konkretne wartości gęstości objętościowej i wilgotności

możemy wyznaczyć gęstość objętościową szkieletu gruntowego:

100

100

+

⋅

=

i

i

di

w

ρ

ρ

Dodając wody w kolejnych próbach gęstość rośnie, jednak za kolejnym razem gęstość zacznie
spadać. Pierwszy pomiar, którego gęstość jest mniejsza od poprzedniego oznacza
przekroczenie punktu maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego (wykres),
której poszukujemy.

Mechanika gruntów

Adam Łodygowski, Grzegorz Majewski, Michał Płotkowiak

3

Aparat Proctora

:

składa się z:

- podstawki,

- cylindra,

- nadstawki,

- prowadnicy i ubijaka,

W celu właściwego ubicia gruntu:

- zapełniamy ok. 1/3 objętości cylindra i ubijamy,
- następnie wypełniamy kolejną trzecią część i ubijamy,
- zapełniamy cały cylinder razem z 10mm częścią nadstawki i ubijamy,
- ściągamy nadstawkę i usuwamy nadmiar gruntu tak, aby wypełniał on cylinder do

jego wysokości,

- ważenie, obliczenie gęstości, wilgotności i gęstości właściwej.

Dodatkowo warto określić:

- Stopień zagęszczenia: (wzór empiryczny)

188

,

0

845

,

0

−

=

D

D

I

I

bardzo

zagęszczony

średnio

zagęszczony

zagęsz-

czony

0,80

0,67

0,33

luźny

OBLICZENIA:

Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego (stan naturalny):

Masa

m

mt

[g]

Masa

m

st

[g]

Masa

m

t

[g]

Wilgotność [%]

100

⋅

−

−

=

t

st

st

mt

m

m

m

m

w

Masa

m

mt

[g]

Masa

m

t

[g]

Objętość

V

[cm

3

]

Gęstość

objętościowa

[g/ cm

3

]

V

m

m

t

mt

−

=

ρ

Gęstość

szkieletu

[g/ cm

3

]

100

100

+

⋅

=

w

d

ρ

ρ

152,28 141,44 66,86

14,53

342,99 134,31

113,52

1,83

1,605

Maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntowego:

Nr

Masa

m

mt

[g]

Masa

m

st

[g]

Masa

m

t

[g]

Wilgotność [%]

100

⋅

−

−

=

t

st

st

mt

m

m

m

m

w

Masa

m

wti

[g]

Masa

m

i

[g]

Objętość

V

[cm

3

]

Gęstość

objętościowa

[g/ cm

3

]

p

t

wti

V

m

m

−

=

ρ

Gęstość

szkieletu

[g/ cm

3

]

100

100

+

⋅

=

w

d

ρ

ρ

1 108,8 107,95

64,34

1,94

5004 3286

1000,11 1,711

1,68

2 93,57 91,35 21,21

4,51

5042 3286

1000,11

1,75

1,67

3 124,18 119,96 60,23

7,06

5123 3286

1000,11

1,83

1,71

4 95,34 90,93 38,19

8,36

5210 3286

1000,11 1,92

1,77

5 138,17 128,57 70,06

16,40

5240 3286

1000,11

1,95

1,67

Mechanika gruntów

Adam Łodygowski, Grzegorz Majewski, Michał Płotkowiak

4

Zmiana gęstości objętościowej szkieletu gruntowego

podczas ubijania [g/cm^3]

1,62

1,64

1,66

1,68

1,7

1,72

1,74

1,76

1,78

1,8

1

2

3

4

5

Numer próbki

Warto

ść

g

ęsto

ści

obj

ęto

ściowej szkiletu

Zmiana wilgotności gruntu podczas dodawania wody [%]

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

1

2

3

4

5

Numer próbki

Warto

ść

wilgotno

ści

WSKAŹNIK ZAGĘSZCZENIA:

906

,

0

77

,

1

605

,

1

=

=

=

ds

d

S

I

ρ

ρ

STOPIEŃ ZAGĘSZCZENIA:

328

,

0

188

,

0

845

,

0

906

,

0

188

,

0

845

,

0

=

−

=

−

=

D

D

I

I

Jest to grunt luźny