Materiały do ćwiczeń  nr  3 

 
Cechy  fizyczne  gruntu  można  podzielić  na podstawowe  i  pochodne. 
Cechy  podstawowe  – oznaczane  na podstawie  badań laboratoryjnych: 

    wilgotność  w, 
    gęstość  objętościowa  ρ, 
    gęstość  właściwa  ρ

s

. 

Cechy  pochodne  – obliczane  na  podstawie  cech  podstawowych: 

    gęstość  objętościowa  szkieletu  gruntowego  ρ

d

, 

    porowatość  n i wskaźnik  porowatości  e, 
    wilgotność  całkowitą  w

r

  i stopień  wilgotności  S

r

. 

 

 

Wilgotność 
Oznaczenie  wilgotności  przeprowadza  się  poprzez  suszenie  próbki  gruntu  w temperaturze  105

o

C±5

o

C.  

Wilgotność  próbki  oblicza  się  ze wzoru: 
 
Gdzie: 
m

mt

 - masa  parowniczki  z gruntem  wilgotnym  [g] 

m

st

- masa  parowniczki  z gruntem  suchym  [g] 

m

t

 - masa  parowniczki  [g] 

 
Gęstość właściwa 
Oznaczenie  gęstości  właściwej  wykonuje  się  metodą  piknometru.  Norma  PKN - CEN ISO/TS 17892-
3:2009. Większość  gruntów  mineralnych  cechuje  się  gęstością  właściwą  w granicach  2,65÷2,80 g·cm

-3

. 

 

Oznaczamy: 

- 

masę  piknometru  m

0,

 

- 

masę  piknometru  z płynem  kontrolnym  m

1,

 

- 

masę  piknometru  z suchą  próbką m

2,

 

- 

masę  piknometru  z próbką i  płynem  kontrolnym  m

3,

 

-temperaturę  płynu  kontrolnego  (wody destylowanej). 
Gęstość  właściwą  obliczamy  ze wzoru: 
 
 
 
 
Gęstość objętościowa 
Metody  oznaczania: 

1.  Metoda pierścienia  tnącego. 
2.  Metoda rtęciowa. 
3.  Metoda wyporu  hydrostatycznego  w wodzie. 
4.  Metoda piasku  kalibrowanego. 

 

%

100

m

m

m

m

w

t

st

st

m t

w

o

s

m

m

m

m

m

m

2

3

0

1

2

Gęstość  objętościowa  jest wielkością  zmienną  – zależy  od porowatości  i  wilgotności  gruntu: 
- Gr, Sa – ρ =1,50÷2,10 g·cm

-3

; 

- Si,  Cl - ρ =1,70÷2,25 g·cm

-3

;   

- grunty  organiczne-  ρ =0,80÷1,60 g·cm

-3

. 

 
Metoda pierścienia  tnącego 
Istota  metody  polega  na wciśnięciu  w grunt  cienkościennego,  zaostrzonego  pierścienia,  dzięki  czemu 
uzyskujemy  objętość  próbki  gruntu. 
Przebieg  badania: 

•   dokonujemy  pomiaru  masy  m

t

 i objętości  pierścienia  V

p

, 

•   powierzchnię  badanego  gruntu  wyrównujemy  nożem, 
•   w tak przygotowanym  gruncie  zagłębiamy  pierścień, 
•   wypełniony  pierścień  czyścimy  z zewnątrz  i wyrównujemy  grunt  do krawędzi  pierścienia 
•   ważymy  pierścień  z gruntem  m

gt.

 

Gęstość  objętościową  obliczamy  ze wzoru: 
 
 
Gdzie:   m

gt

 - masa  pierścienia  z gruntem  wilgotnym  [g] 

            m

t

 - masa  pierścienia  [g] 

            V

p

 – objętość pierścienia  [cm

3

] 

Metoda piasku  kalibrowanego 

  Wykonuje  się bezpośrednio  w terenie.   
   Metoda „dołka”  - na wyrównanej  powierzchni  terenu  wykonywany  jest dołek. Pobrany  z dołka 

grunt  jest ważony,  określając  tym  samym  masę  gruntu  m. Średnica  dołka  w kształcie  czaszy  powinna 
być 5 razy  większa  od średnicy  max  ziaren  w gruncie. 

   Objętość wykonanego  otworu  określamy  przy  pomocy  piasku  kalibrowanego  (lub  żwirku)  o znanej 

gęstości  nasypowej.  Do wykonanego  dołka  sypiemy  piasek,  w ten sposób, aby luźno  ułożone  ziarna 
wypełniły  szczelnie  cały  otwór.  Znając  masę  użytego  do badań piasku  kalibrowanego  i jego  gęstość 
nasypową  określamy  objętość gruntu  wypełniającego  otwór  badawczy. 

  Gęstość  objętościową  w metodzie  piasku  kalibrowanego  wyliczamy  ze wzoru: 
 
Gdzie:   
ρ – gęstość  objętościowa  gruntu  [g·cm

-3

] 

m - masa  próbki gruntu  [g] 
m

pk 

- masa  piasku  lub  żwirku  kalibrowanego  [g] 

r

n

 - gęstość  nasypowa  piasku  lub  żwirku  kalibrowanego  [g·cm

-3

] 

 
 
Wpływ  wody  na gęstość objętościową  gruntu: 

 

 

 

 
 
 

3

/

)

1

(

cm

g

n

n

w

s

sr

1

'

/

)

)(

1

(

'

3

sr

w

s

cm

g

n

]

/

[

3

cm

g

V

m

m

ρ

p

t

gt

pk

n

m

m

Stopień  zagęszczenia  I

D 

 
 
 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
Metoda badania: 

 

 
W zależności  od wartości  stopnia  zagęszczenia  I

D

 grunty  dzieli  się  na: 

Nazwa 

Stopień  zagęszczenia   I

D 

[%] 

Bardzo  luźne 

0 - 15 

Luźne 

15 - 35 

Średnio  zagęszczone 

35 - 65 

Zagęszczone 

65 - 85 

Bardzo  zagęszczone 

85 - 100 

 
 

h

V

d

4

2

Zagęszczalność  gruntów  – zdolność  do uzyskiwania   max  możliwych  gęstości  objętościowych  szkieletu 
gruntowego  w zależności  od użytej  energii  zagęszczania,  sposobu jej używania  oraz rodzaju  gruntu  i jego 
wilgotności. 
W trakcie  formowania  budowli  ziemnych  prowadzona  jest kontrola  zagęszczenia  gruntu  przy  pomocy: 

- 

  sondowania  (sondy  statyczne,  dynamiczne), 

- 

  próbnego  obciążania  płytą  sztywną, 

- 

  badania  płytą  dynamiczną, 

- 

  metody  Proctora. 

 
Przy  zagęszczaniu  tego samego  gruntu  tym  samym  sposobem  i  z tą samą  energią  uzyskuje  się  różne 
zagęszczenie  gruntu  – w zależności  od jego wilgotności. 
Wilgotność  optymalna  w

opt

 – jest to wilgotność,  przy  której  w danych  warunkach  ubijania  można  osiągnąć 

największe  zagęszczenie  gruntu,  a więc  uzyskuje  on maksymalną  gęstość objętościową  szkieletu 
gruntowego  ρ

ds

. Oznaczenie  obu  tych parametrów  wykonuje  się w aparacie  Proctora. 

Zależność  Proctora:   

  Gęstość  objętościowa  szkieletu  gruntowego  ρ

d

 przy  stałej  energii  zagęszczania  zależy  od wilgotności. 

  Maksymalne  zagęszczenie  jest tym  większe,  im  większa  jest  energia  zagęszczania.   
  Wartości  w

opt

 i ρ

ds

 zależą  od rodzaju  gruntu. 

 
 
Badanie w  aparacie Proctora   - 4 metody  badania: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Schemat  aparatu  Proctora: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
     
 
 
 
 
 

Metoda  

Cylinder   

Rodzaj 
ubijaka   

Liczba 
warstw   

Liczba 
uderzeń   

Wysokość 
opuszczania 
ubijaka   
 [cm]   

Jednostkowa 
energia 
zagęszczania   
[J/cm

3

]   

I 
II 
III 
IV  

mały 
duży 
mały   
duży   

lekki 
lekki 
ciężki 
ciężki   

3 
3 
5 
5  

25 
55 
25 
55  

32 
32 
48 
48  

0,59  
0,59  
2,65  
2,65  

 
Badanie  polega  na zagęszczeniu  w aparacie  Proctora kilku  próbek gruntu  o różnej  wilgotności,  dzięki  czemu 
dla  każdego  cyklu  zagęszczania  uzyskujemy  wartość  ρ

d

 oraz  w. Z zależności  ρ

d

 od w wyznaczamy  wartości 

w

opt

 i ρ

ds

. 

     
Przebieg  badania: 

   do cylindra  wkłada  się odpowiednią  ilość  gruntu,  ubija,  po zagęszczeniu  pierwszej  warstwy  wkłada 

się  do cylindra  kolejną  porcję gruntu,  przy  czym  przed  włożeniem  każdej  kolejnej  porcji, 
powierzchnię  wcześniej  ubitą  zdrapuje  się  ostrzem  noża 

   ilość  wkładanego  gruntu  należy  tak dobrać, aby po ubiciu  ostatniej  warstwy  ubity  grunt  wystawał 

ok. 1 cm  powyżej  górnej  krawędzi  cylindra 

   po ścięciu  nadmiaru  gruntu  i oczyszczeniu  ścianek,  waży  się  cylinder  z  gruntem,  a następnie  pobiera 

się  próbkę na wilgotność 

   proces ubijania  powtarza  się  dla próbki  gruntu  o wilgotności  większej  o 1-2%   
  cykl  ubijania  powtarza  się  (za każdym  razem  zwiększając  wilgotność)  aż do momentu  gdy  masa 

cylindra  z  gruntem  zacznie  się  zmniejszać. 

 
Dla  każdego  punktu  obliczamy  wilgotność  oraz gęstość  objętościową  gruntu  ze wzoru: 
Gdzie:   
 
 
 
m

wt

 – masa  cylindra  z  gruntem 

m

t 

– masa  pustego  cylindra 

V – objętość cylindra 
Następnie  obliczamy   gęstość  objętościową  szkieletu  gruntowego  ze wzoru: 
 
 
 
 
  Sporządzamy  wykres  zależności  ρ

d

 od w. Na podstawie  wykresu  wyznaczamy  wilgotność  optymalną  w

opt

 i 

maksymalną  gęstość  objętościową  ρ

ds

. 

 

 

V

m

m

t

wt

w

d

100

100