background image

 

KATEDRA GEOTECHNIKI, GEOLOGII 
I BUDOWNICTWA MORSKIEGO 

2.

 

Podstawowe cechy fizyczne gruntu 

Do  podstawowych  cech  fizycznych  gruntów  należą:  wilgotność  naturalna,  gęstość  objętościowa  i 
gęstość  właściwa  szkieletu  gruntowego.  Znajomość  tych  wartości  umożliwia  analityczne  obliczenie 
pozostałych  cech  fizycznych  oraz  jakościowy  opis  niektórych  właściwości  mechanicznych  gruntu 
poprzez zastosowanie zależności empirycznych. 

 

2.1.

 

Wilgotność naturalna gruntu 

Wilgotność  naturalna  gruntu  określa  stosunek  masy  wody  zawartej  w  badanej  próbce  gruntu  w  stanie 
naturalnym do masy jej szkieletu. Wilgotność naturalną oblicza się ze wzoru: 

s

w

n

m

m

w

=

 

gdzie: 

w

n

 

 −

 wilgotność naturalna gruntu  [-] 

m

w

 

− 

 masa wody w próbce gruntu [g] 

m

s

 

− 

 masa szkieletu gruntowego próbki [g] 

 

Najczęściej wartość wilgotności wyrażamy w [%]. Badanie wilgotności naturalnej gruntu przeprowadza 
się  na  próbkach  o  naturalnej  wilgotności  (NW),  mogą  być  również  użyte  próbki  o  nienaruszonej 
strukturze (NNS), które zostały pobrane i przechowywane w sposób zachowujący naturalną wilgotność 
gruntu. 

2.1.1. Sprzęt do badania 

a)

 

parowniczki, 

b)

 

waga techniczna,  

c)

 

suszarka, 

d)

 

eksykator. 

 

2.1.2. Wykonanie badania 

Należy zważyć dwie puste parowniczki (m

t

). 

Próbkę  gruntu  do  badania  wilgotności  umieścić  w  zważonych  wcześniej  parowniczkach  i  zważyć  całość 
(m

mt

). Badanie należy przeprowadzić dla dwóch próbek analizowanego gruntu. 

Zważone próbki wstawić do suszarki i w temperaturze 105-110°C wysuszyć do stałej masy. 

Całkowicie wysuszone próbki wyjąc z suszarki, ostudzić w eksykatorze i zważyć(m

st

). 

2.1.3. Wynik badania 

Wilgotność naturalna gruntu obliczyć z następującego wzoru 

t

st

st

mt

n

m

m

m

m

w

=

 

gdzie: 

w

n

 

 −

 wilgotność naturalna gruntu [-] 

m

t

 

− 

 masa pustych parowniczek [g] 

m

mt

 

− 

 masa parowniczek z gruntem w stanie naturalnym [g] 

m

st

 

− 

 masa parowniczek z wysuszonym gruntem [g] 

 

background image

 

2

Jako wynik końcowy podaje się średnią wartość arytmetyczną dwóch oznaczeń dla próbek tego samego 
gruntu, jeżeli różnica wyników uzyskanych z poszczególnych oznaczeń nie przekroczy 5% wartości 
ś

redniej. W przeciwnym razie badanie należy powtórzyć. 

2.2.

 

Gęstość objętościowa gruntu 

Gęstość  objętościowa  gruntu  określa  stosunek  masy  próbki  gruntu  w  stanie  naturalnym  do  jej  objętości. 
Gęstość objętościową ρ wylicza się ze wzoru: 

V

m

=

ρ

 

gdzie: 

ρ

  −

 gęstość objętościowa gruntu [g/cm

-3

m 

− 

 masa próbki gruntu w stanie naturalnym [g] 

V -objętość badanej próbki [cm

3

 

Gęstość  objętościową  gruntu  wyznacza  się  na  próbkach  o  strukturze  nienaruszonej  (NNS)  stosując  się 
jedną z czterech metod: 
1) metodę pierścienia tnącego, 

2) metodę rtęciową, 
3

)

 metodę wyporu hydrostatycznego wody lub cieczy organicznych, 

4) metodę oznaczania gęstości objętościowej w cylindrze. 
 
Metodę pierścienia tnącego stosuje się przy badaniu próbek gruntów spoistych.  

Metodę  rtęciową  stosuje  się  przy  badaniu  gruntów  o  dużej  spoistości  oraz  gruntów  skalistych,  których 
próbki nie rozkruszają się w czasie badania.  

Oznaczenie w wodzie (i parafinie) stosuje się przy badaniach próbek gruntów spoistych, których objętość 
lub stan nie pozwalają na wycięcie próbki za pomocą pierścienia, a także do gruntów skalistych.  

Metodę oznaczania gęstości objętościowej w cylindrze stosuje się przy badaniu gruntów sypkich. 

Do celów porównawczych i badań zagęszczalności gruntów mogą być formowane sztucznie bryły gruntu z 
których pobiera się próbki typu NNS do badania ciężaru objętościowego odpowiadającego danemu stanowi 
zagęszczenia. 

2.2.1. Sprzęt do badania metodą pierścienia tnącego 

a)

 

pierścień metalowy, 

b)

 

waga techniczna,  

c)

 

nóż, 

d)

 

suwmiarka. 

 

2.2.2. Wykonanie badania metodą pierścienia tnącego 

Należy zważyć pusty pierścień (m

t

). 

Za  pomocą  suwmiarki  zmierzyć  wysokość  (H)  oraz  średnicę  wewnętrzną  (d)  pierścienia  i  obliczyć  jego 
objętość (V) ze wzoru: 

4

2

H

d

V

=

π

 

Pierścień z nasadką ustawić na wyrównanej powierzchni próbki gruntu i równomiernie naciskając nasadkę 
wcisnąć pierścień w grunt, tak, aby pomiędzy krawędzią pierścienia a wycinaną próbką gruntu nie powstała 
szczelina.  

Wypełniony  pierścień  wyjąć  z  gruntu,  oczyścić  z  zewnątrz.  Za  pomocą  noża  wyrównać  górną  i  dolną 
powierzchnię gruntu równo z krawędziami pierścienia i zważyć pierścień z gruntem (m

mt

). 

 

2.2.3. Wynik badania 

Gęstość objętościowa gruntu obliczyć z następującego wzoru 

V

m

m

t

mt

=

ρ

 

background image

 

3

gdzie: 

ρ

  −

 gęstość objętościowa gruntu [g/cm

-3

m

t

 

− 

 masa pustego pierścienia [g] 

m

mt

 

− 

 masa pierścienia z gruntem w stanie naturalnym [g] 

 

Jako wynik końcowy podaje się średnią arytmetyczną wartość dwóch oznaczeń dla próbek tego samego 
gruntu, jeżeli różnica wyników uzyskanych z poszczególnych oznaczeń nie przekroczy 0,02 g/cm

-3

 

2.3.

 

Gęstość właściwa szkieletu gruntowego 

Gęstość  właściwa  szkieletu  gruntowego  określa  stosunek  masy  szkieletu  gruntowego  do  objętości 
wszystkich ziaren i cząstek szkieletu gruntowego. Gęstość właściwa szkieletu gruntowego ρ

s

 wylicza się ze 

wzoru: 

s

s

s

V

m

=

ρ

 

gdzie: 

ρ

s

  −

 gęstość objętościowa właściwa szkieletu gruntowego [g/cm

-3

m

s

 

− 

 masa szkieletu gruntowego [g] 

V

s

 

− 

 objętość szkieletu gruntowego, tj. wszystkich ziaren i cząstek stałych [cm

3

 

Gęstość właściwą można oznaczać dwiema metodami: 

1) metodę piknometru

 

2

)

 w aparacie Le Chatelier’a

.

 

 
Metodę  piknometru  przy  użyciu  wody  stosuje  się  tylko  do  gruntów,  które  nie  zawierają  soli 
rozpuszczalnych w wodzie. 

Aparat  Le  Chateliera  stosuje  się  przypadku  badania  gruntów  zawierających  sole  rozpuszczalne  w  wodzie 
lub gruntów organicznych.  

 

2.3.1. Sprzęt do badania metodą piknometru 

a)

 

piknometr lub kolba, 

b)

 

waga techniczna,  

c)

 

pipeta, 

d)

 

suszarka. 

 

2.3.2. Wykonanie badania metodą piknometru 

Próbkę  gruntu  wysuszyć  do  stałej  masy  w  suszarce  w  temperaturze  105-110°C,  a  następnie  ochłodzić 
w eksykatorze. 

Zważyć pusty, suchy piknometr lub kolbę (m

t

). 

Do zważonego piknometru/kolby wsypać próbkę wysuszonego gruntu i zważyć całość (m

g

). 

Piknometr z gruntem napełnić do około 2/3 objętości wodą destylowaną. Przez pół godziny gotować go na 
małym  płomieniu  w  celu  usunięcia  powietrza  z  gruntu  i  z  wody.  W  czasie  gotowania  zawartość 
kilkakrotnie wymieszać. 

Piknometr ochłodzić do temperatury otoczenia, uzupełnić wodę destylowaną do poziomu kreski na szyjce 
i zważyć (m

wg

). 

Opróżnić piknometr, dokładnie wypłukać i jeśli piknometr nie był wcześniej wycechowany przeprowadzić 
jego  cechowanie  (wlać  do  niego  wodę  destylowaną  do  kreski,  doprowadzić  do  temperatury  20°C  i  po 
starannym wytarciu z zewnątrz zważyć (m

wt

)).  

2.3.3. Wynik badania 

Objętość szkieletu gruntowego (V

s

) wyznacza się ze wzoru: 

background image

 

4

(

)

w

wg

t

g

wt

s

m

m

m

m

V

ρ

+

=

 

Gęstość właściwą szkieletu gruntowego (

ρ

s

) wyznacza się ze wzoru: 

s

t

g

s

V

m

m

=

ρ

 

gdzie: 

ρ

s

  −

 gęstość właściwa szkieletu gruntowego [g/cm

-3

m

t

 

− 

 masa pustego piknometru [g] 

m

g

 

− 

 masa piknometru z gruntem [g] 

V

s

 

− 

 objętość szkieletu gruntowego [cm

3

 
W tabeli poniżej podano wartości gęstości właściwej szkieletu gruntowego niektórych gruntów (wg PN-88B-04481 

oraz PN-81/B-03020). Uzyskane wyniki oznaczenia 

ρ

s nie powinny różnić się od wartości podanych wartości więcej 

niż o 0,02 g · cm

-3

 dla gruntów mało spoistych, średnio spoistych i zwięzło spoistych oraz o 0,03 g · cm

-3

 dla gruntów 

bardzo spoistych. W przypadku uzyskania większych różnic należy wykonać dodatkowo co najmniej dwa oznaczenia. 

 

Nazwa gruntu 

Gęstość właściwa 

szkieletu gruntowego  

ρ

s

 

g/cm

-3

 

Piaski 

2,65-2,67 

Piaski pylaste 

2,65-2,66 

Pyły i pyły piaszczyste 

2,66-2,67 

Piaski gliniaste 

2,66-2,68 

Gliny, gliny piaszczyste i gliny pylaste 

2,67-2,70 

Gliny zwięzłe, gliny piaszczyste zwięzłe, 

gliny pylaste zwięzłe 

2,69-2,72 

Iły, iły pylaste, iły piaszczyste 

2,71-2,78 

Piaski i pyły próchniczne 

2,30-2,64 

Namuły organiczne 

2,15-2,60 

Torfy 

1,40-1,70