Oznaczenie gęstości objętościowej.doc

Oznaczenie gęstości objętościowej, właściwej i wilgotności gruntu

OPIS TEORETYCZNY

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

gdzie:

r - gęstość objętościowa [t/m3, g/cm3],
mm - masa próbki gruntu w stanie naturalnym [t, g],
V - objętość badanej próbki gruntu [m3, cm3].

Gęstość objętościowa jest jednym z parametrów charakteryzujących strukturalno-teksturalne właściwości gruntów. Jej wartość zależy od składu mineralnego, porowatości i wilgotności gruntów. W zależności od rodzaju gruntu oraz stanu i wielkości próbki, przeznaczonej do badań, przy oznaczaniu gęstości objętościowej gruntu stosuje się jedną z czterech metod:

Pierwsze trzy metody stosuje się przy badaniu gruntów spoistych, drugą i trzecią również dla gruntów skalistych, metodę czwartą - przy badaniu gruntów niespoistych. Spośród wymienionych powyżej metod oznaczania gęstości objętościowej metoda pierścienia tnącego jest metodą najprostszą, najszybszą i przy dokładnym wykonaniu oznaczenia pozwala również na uzyskanie bardzo dokładnych wyników. Należy więc ją stosować zawsze tam, gdzie rodzaj, stan gruntu oraz jego ilość na to pozwalają.

Gęstością właściwą (rs) szkieletu gruntowego nazywamy stosunek masy szkieletu gruntowego do jego objętości. Wyznacza się ją ze wzoru:

gdzie:

rs - gęstość właściwa szkieletu gruntowego [g/cm3, t/m3],
ms - masa szkieletu gruntowego [g, t],
Vs - objętość szkieletu gruntowego [cm3, m3].

Gęstość właściwa szkieletu gruntowego zależy od składu mineralnego gruntu i domieszek, które zawiera. Parametr ten oznaczamy dwiema metodami, przy czym wybór metody zależy od rodzaju gruntu:

- metoda piknometru (dla gruntów nie zawierających soli mineralnych rozpuszczalnych w wodzie),
- metoda kolby Le Chateliera (dla gruntów zawierających sole mineralne rozpuszczalne w wodzie i gruntów organicznych).

W większości przypadków stosuje się metodę piknometru opisaną w normie PN-88/B-04481. Metoda ta pozwala uzyskać miarodajne wyniki pod warunkiem bardzo dokładnego ważenia i odpowietrzenia próbki (zwłaszcza dla gruntów spoistych).
Polska norma PN-88/B-04481 zaleca gotowanie próbki w celu odpowietrzenia.

Wilgotnością naturalną (wn) nazywamy stosunek masy wody zawartej w danej próbce gruntu w warunkach naturalnych do masy szkieletu gruntowego tej próbki. Wyznaczamy ją wzorami:

lub

gdzie:

wn - wilgotność naturalna [% lub liczba bezwzględna],
mw - masa wody zawarta w próbce [g],
ms - masa szkieletu gruntowego [g].

Masę szkieletu gruntowego uzyskuje się poprzez suszenie próbki w temperaturze 105 - 110oC. Zakładamy, że w tej temperaturze grunt traci całą wodę wolną.

Gęstością objętościową szkieletu gruntowego (rd) nazywamy stosunek masy szkieletu gruntowego do objętości całej próbki. Definicję tę ilustruje wzór:

Praktycznie obliczenia gęstości objętościowej szkieletu gruntowego dokonujemy wzorami:

lub

We wzorze pierwszym wilgotność podajemy w wartości bezwzględnej, w drugim w procentach.

SPOSÓB WYKONANIA ĆWICZENIA

I Oznaczenie gęstości objętościowej metodą pierścienia tnącego

1.       Przygotowanie próbki do badania
Badanie gęstości objętościowej przeprowadza się na próbkach o nienaruszonej strukturze i naturalnej wilgotności. Dla potrzeb ćwiczeń dydaktycznych ograniczymy się do próbki o strukturze naruszonej.

2.       Wykonanie badania

o        zważyć i zmierzyć pierścień w celu określenia jego masy i objętości,

o        wcisnąć pierścień równomiernie w grunt,

o        pierścień oczyścić z gruntu z zewnątrz,

o        wyrównać górną i dolną powierzchnię gruntu równo z krawędziami pierścienia,

o        ważyć pierścień wraz z gruntem, określić masę gruntu mm,

o        badanie wykonać dwukrotnie.

3.       Obliczenie wyników
Otrzymane wartości podstawić do wzoru . Obliczyć średnią z dwóch oznaczeń. Porównać z wartościami normowymi. Ustosunkować się do otrzymanych wyników.

II Oznaczenie gęstości właściwej szkieletu gruntowego

1.       Przygotowanie próbki do badania
- pobrać wysuszoną próbkę gruntu o masie:

o        dla gruntów niespoistych oraz piasków gliniastych, pyłów piaszczystych i pyłów 40-50g,

o        dla glin piaszczystych, glin, glin pylastych 35-40g,

o        dla glin zwięzłych, glin pylastych zwięzłych, iłów piaszczystych, iłów i iłów pylastych 25-30g,

2.       Wykonanie badania

o        zważyć pustą i suchą kolbę (piknometr), mt ,

o        wsypać przygotowaną próbkę do kolby,

o        zważyć kolbę wraz z próbką, mgt ,

o        wypełnić kolbę wraz z gruntem wodą destylowaną do około 2/3 objętości,

o        dpowietrzyć próbkę (w przypadku gruntu niespoistego pomijamy gotowanie, wystarczy dokładne wymieszanie),

o        uzupełnić wodą destylowaną do kreski na szyjce kolby (menisk dolny pokrywa się z kreską),

o        zważyć kolbę wraz z gruntem i wodą, mwgt ,

o        wylać zawartość kolby , dokładnie opłukać, napełnić kolbę ponownie wodą destylowaną do kreski i zważyć, mwt ,

o        badanie wykonać dwukrotnie.

Rys. 1. Schemat wyjaśniający wyznaczanie objętości szkieletu gruntowego metodą piknometru

3.       Obliczenie wyników
Obliczyć masę szkieletu gruntowego z wzoru:

Obliczyć objętość szkieletu gruntowego z wzoru:

Otrzymane wartości podstawić do wzoru wynikającego z definicji. Jako wynik miarodajny przyjąć średnią arytmetyczną dwóch wartości nie różniących się między sobą więcej niż o 0,02g/cm3
Porównać z wartościami normowymi. Ustosunkować się do otrzymanych wyników.

III Oznaczenie wilgotności naturalnej

1.       Wykonanie badania:

o        zważyć dwie parowniczki, mt ,

o        umieścić próbki gruntu w parowniczkach,

o        zważyć parowniczki wraz z gruntem, mmt ,

o        umieścić parowniczki wraz z gruntem w suszarce w temperaturze 105-110o C,

o        na następny dzień wyjąć parowniczki z suszarki, ostudzić, zważyć, mst.

2.       Obliczenie wyników
Obliczyć masę wody w próbce gruntu ze wzoru:

Obliczyć masę szkieletu gruntowego ze wzoru:

Otrzymane wartości wstawić do wzoru definicyjnego.
Wynik uznajemy za dostatecznie dokładny, jeżeli różnica wyników z obydwu parowniczek nie przekracza 5 % mniejszej z otrzymanych wartości. Za wynik przyjmujemy średnią arytmetyczną otrzymanych wartości.

IV Obliczenie gęstości objętościowej szkieletu gruntowego

Na podstawie otrzymanych wyników obliczyć gęstość objętościową szkieletu gruntowego.

4