WYKŁAD V - 10.11.2010

1. Pojemność cieplna w gruntach - zdolność gruntu do pobierania energii przy wymianie ciepła

2. Ciepło właściwe (c) - liczbowo równe ilości ciepła, jaką trzeba dostarczyć do gruntu aby podnieść/obniżyć temperaturę o 1 ^oC (cal/stopnie (deg) x g)

Gleby i torfy: c = 0,2 do 0,5

Woda w temperaturze 20 ^oC: c = 1

Im więcej minerałów ilastych, tym większa pojemność cieplna.

3. Przewodnictwo cieplne - ilość ciepła przewodzonego przez grunt w jednostce czasu na odcinku równym jednostce długości przy różnicy temperatur = 1 (cal/cm x s x deg)

λ = a x e^bw + c

w - wilgotność gruntu

e - podstawa logarytmu naturalnego

a, b, c - współczynniki empiryczne różne dla różnych gruntów

Większość minerałów skałotwórczych ma λ = 1 do 9 x 10^-3

Powietrze ma λ = 5 x 10^-5

4. Odporność na zamarzanie (współczynnik mrozoodporności) - K_m - iloraz wytrzymałości na ściskanie gruntu zamrożonego do jego wytrzymałości na ściskanie gruntu nie zamrożonego.

K_m = R_{c zam.}/R_c

5. Wysadzinowość gruntu - dokończenie:

1. Jeżeli T_p >= 0 i T_g > 0, to woda w gruncie nie zamarza

2. Jeżeli T_p < 0 i T_g < 0, to woda zamarza w porach gruntu, nie ma dopływu wody kapilarnej

3. Może występować także sytuacja, w której woda zamarza w porach gruntu i jest dopływ wody kapilarnej

6. Kapilarność gruntu - zdolność gruntu do podnoszenia się w kapilarach. Kapilarność bierna - zdolność gruntu do utrzymywania się w kapilarach, gdy nie ma już kontaktu ze zwierciadłem wód podziemnych

7. Kryteria wysadzinowości gruntów:

1. Casagrande (1934) - według którego zalicza się do wysadzinowych grunty bardzo różnoziarniste (U>15), które zawierają więcej niż 3% cząstek mineralnych mniejszych od 0,02 mm oraz grunty równoziarniste (U<5) zawierające ponad 10% ww. cząstek.

2. Beskowa (1935) - według którego uwzględnia się wpływ geologicznego pochodzenia gruntu, wielkość średnicy d₅₀, procentową zawartość o średnicy mniejszej od 0,062 mm i 0,125 mm oraz kapilarność bierną przy wilgotności równiej granicy płynności.

3. Wilna (1958) - według którego uwzględnia się uziarnienie gruntów i kapilarność bierną gruntu H_kb. Wilun pod względem wysadzinowości dzieli grunty na 3 grupy:

1. Grupa A - grunty niewysadzinowe o H_kb < 1,0 m, bezpieczne w każdych warunkach wodnogruntowych i klimatycznych; są to grunty zawierające poniżej 20% cząstek mniejszych od 0,05 mm i poniżej 3% cząstek mniejszych od 0,02 mm (należą tu czyste żwiry, pospółki i piaski)

2. Grupa B - grunty wątpliwe (mało wysadzinowe) o H_kb < 1,3 m, zawierające 20-30% cząstek mniejszych od 0,05 mm i 3-10% cząstek mniejszych od 0,02 mm (należą tu piaski bardzo drobne, pylaste i próchnicze).

3. Grupa C - grunty wysadzinowe H_kb > 1,3 m; są to grunty zawierające powyżej 30% cząstek mniejszych od 0,05 mm i powyżej 10% cząstek mniejszych od 0,02 mm (należą tu wszystkie grunty spoiste i namuły organiczne).

h_z = 23pierwiastek kwadratowy z w_m+2 [cm]

h_z - głębokość przemarzania

w_m - suma średnich ujemnych temperatur miesięcznych z wielolecia

8. Wskaźnik wysadzinowości:

W_w = S_g x S_h x S_k

S_g - czynnik zależny od uziarnienia gruntu

S_h - czynnik zależny od położenia zwierciadła wody

S_k - czynnik zależny od klimatu

9. Jeżeli W_w = 1 do 5, to warunki pewne - brak wysadzin

Jeżeli W_w = 5 do 15, to warunki niepewne

Jeżeli W_w = 15,1 - 24, to warunki niebezpieczne

10. Wysadzinowość gruntów - problemy budowlane. Największe problemy wysadzinowość sprawia dla drogowców - powierzchnia pierwotnie równa po zimie faluje się.

Przełomy drogowe mają formę pofalowanej powierzchni - tworzą się wczesną wiosną.

Powstawanie przełomów - rys.2

11. Wilgotność gruntu w - procentowy stosunek masy wody m_w zawartej w jego porach do masy szkieletu gruntowego m_s

W = m_w/m_s x 100%, gdzie:

m_w - masa wody

m_s - masa cząstek gruntu (szkieletu gruntowego)

Wilgotność naturalna w_n - nazywamy wilgotność, jaką ma grunt w stanie naturalnym

12. Porowatość gruntu [n] - stosunek objętości porów V_p w danej próbce gruntu do objętości całego gruntu V (szkielet gruntu + pory)

Współczynnik porowatości: n = V_p/V

Wobec trudności bezpośredniego pomiaru objętości porów V_p i objętości szkieletu V_s wykorzystuje się metodę pośrednią, opartą na zależnościach wynikających z rysunku.

13. Porowatości niektórych wybranych gruntów:

GRUNT	POROWATOŚĆ [%]
Żwiry	26-48
Piaski eoliczne	37-41
Gliny zwałowe	24-37
Lessy	34-45
Iły poznańskie	31-52
Iły warwowe	34-52
Granit	0,02-1,8
Torf	72-90

14. Porowatość jest czynnikiem zmiennym w czasie geologicznym.

15. Wskaźnik porowatości gruntu [e] - stosunek objętości porów V_p do objętości cząstek gruntu (szkieletu gruntoweg) V_s

e = V_p/V_s = V_p/V-V_p = V_p/V /1-V_p/V = n/1-n = ρ_s-ρ_d/ρ_d

Pomiędzy wskaźnikiem porowatości e a porowatością n istnieją zależności:

n = e/1+e

16. Wskaźniki porowatości dla poszczególnych gruntów.

GRUNT	WSKAŻNIK POROWATOŚCI [%]
Żwiry	35-92
Piaski eoliczne	59-69
Gliny zwałowe	31-59
Lessy	51-84

17. Wilgotność całkowita [W_R] gruntu - istnieje wtedy, gdy jego pory są całkowicie wypełnione wodą (oblicza się ją w procentach).

W_R = nρ_w/(1-n) ρ_s x 100 = eρ_w/ρ_s x 100%

Stopień wilgotności gruntu S_r określa stopień wypełnienia porów gruntu wodą.

S_r = V_w/V_p = w_n/w_r

18. Stopnie wilgotności gruntu niespoistego - zależnie od wartości stopnia wilgotności gruntu S_r rozróżniono następujące stany zawilgocenia gruntów niespoistych:

• Suchy S_r = 0

• Mało wilgotny 0 < S_r <= 0,4

• Wilgotny 0,4 < S_r <= 0,8

• Nawodniony 0,8 < S_r <= 1,0

Maksymalna wartość stopnia wilgotności S_r = 1,0 - pory całkowicie wypełnione wodą.

19. Wilgotność optymalna w_opt - to taka, przy której uzyskuje się największe zagęszczenie w przypadku gruntów niespoistych i niektórych gruntów spoistych.

20. Konsystencja i stan gruntu spoistego.

Wskaźnik charakteryzujący właściwości gruntów spoistych w zależności od intensywności ich współdziałania z wodą.

Stopień spójności układu cząstek zależny od ilości wody i stanu fizycznego tych cząstek.

Zmienny stopień spójności powoduje różną odporność gruntu na działanie sił zewnętrznych.

21. Konsystencje gruntów spoistych (makroskopowo):

1. Płynna - grunt zachowuje się jak ciecz i nie ma prawie żadnej wytrzymałości

2. Plastyczna - grunt odkształca się przy pewnym nacisku, nie ulega przy tym spękaniom i zachowuje nadany mu kształt

3. Zwarta - grunt odkształca się dopiero przy dużych naciskach, przy czym odkształceniom towarzyszą spękania

22. Wzór na ustalanie stopnia plastyczności:

I_L = 1,25 * x/A * fi

1,25 - wilgotność, o którą obniżamy wilgotność gruntu przy jednym wałeczkowaniu

x - liczba udanych wałeczkowa

A - aktywność koloidalna gruntu (oscyluje wokół 1)

fi - zawartość procentowa frakcji iłowej

23. Sprzęt laboratoryjny do oznaczeń granicy płynności gruntów spoistych:

1. Aparat Casagrande

2. Stożek Wasiliewa

24. Granice konsystencji - są to pewne wilgotności graniczne między odpowiednimi stanami gruntu.

Granice konsystencji wg Atterberga:

1. granica skurczalności (w_s) - występuje pomiędzy stanami zwartym i półzwartym

2. granica plastyczności (w_p) - występuje pomiędzy stanami półzwartym i twardoplastycznym

3. granica płynności (w_L) - występuje pomiędzy stanami miękkoplastycznym i płynnym

Granice konsystencji wg A. Casagrande:

1. Granica skurczalności - jest to wilgotność w procentach, przy której grunt pomimo dalszego suszenie nie zmniejsza swojej objętości i jednocześnie zaczyna zmieniać barwę na powierzchni na odcień jaśniejszy;

2. Granica plastyczności - jest to wilgotność w procentach, jaką ma grunt, gdy przy kolejnym wałeczkowaniu wałeczek pęka po osiągnięciu średnicy 3 mm (wg Radaszewskiego: wilgotność gruntów kruszących się wałeczków).

3. Granica płynności - jest to wilgotności w procentach, jaką ma masa gruntowa umieszczona w aparacie Casagrande'a, w momencie, gdy wykonana w niej bruzda zlewa się przy 25 uderzeniu miseczki o podstawkę, na długości 10 mm i wysokości 1 mm.