aaaaCzęsto usiłujemy ukryć nasze uczucia przed tymi, którzy powinni je poznać.aaaa [ Pobierz całość w formacie PDF ]

Laboratorium z geomechaniki - sprawozdanie

Ćwiczenie 4:

„Stopień zagęszczenia gruntów niespoistych”

Wykonał:

Mateusz Naklicki,

INiG, rok II, grupa: IVa,

studia stacjonarne.

I.      Cel ćwiczenia.

              Przeprowadzone doświadczenia miało na celu oznaczenie wskaźnika porowatości gruntu w stanie naturalnym, luźno usypanego oraz maksymalnie zagęszczonego, dzięki czemu można obliczyć stopień zagęszczenia gruntu.

II.  Wstęp teoretyczny.

              Stopień zagęszczenia gruntu jest parametrem, który w mechanice gruntów określa zagęszczenie gruntów niespoistych. Jest definiowany jako stosunek zagęszczenia gruntu w stanie naturalnym i maksymalnego możliwego zagęszczenia, które bada się laboratoryjnie i które jest takim stanem gruntu, w którym porowatość jest możliwe najmniejsza a ziarna są ułożone w taki sposób, że są najbardziej upakowane. Wielkość stopnia zagęszczenia zależy przede wszystkim od składu granulometrycznego gruntu, jego porowatości oraz kształtu ziaren. Wpływ na stopień zagęszczenia ma także jego przeszłość geologiczna, co można poprzeć przykładem gruntów, na które wywierał dawniej nacisk lodowiec. Stopień zagęszczenia podaje się  między innymi w dokumentach geotechnicznych, które mają zobrazować naturalny stan gruntu, będącego podłożem dla planowanej konstrukcji. Wykorzystuje się go do określenia nośności danego ośrodka gruntowego, która charakteryzuje jego zdolność do przenoszenia obciążeń, jakim jest poddany. Jeśli dany grunt okaże się gruntem nośnym, oznacza to, że jest w stanie przenieść obciążenia od fundamentów. Nie uwzględnienie stopnia zagęszczenia gruntu podczas planowania obiektu inżynierskiego, może skutkować jego niszczeniem na skutek osiadania. Coraz to nowsze metody geoinżynieryjne pozwalają na odpowiednie przygotowanie podłoża poprzez sztuczne zagęszczenie gruntu. Wśród stosowanych metod, w zależności także od frakcji zagęszczanego gruntu, wyróżniamy między innymi ciężkie ubijanie, stosowane najczęściej w podłożu, na którym buduje się drogi lub pasy startowe, wibroflotację oraz wibrowymianę polegającą na zagęszczeniu gruntu przy pomocy specjalnego wibratora i utworzeniu kolumny z kruszywa lub betonu. Parametrem, który informuje o tym jak został zagęszczony grunt wbudowany w podłoże jest wskaźnik zagęszczenia. Oznacza się go tylko dla gruntów nasypowych - tworzonych przez człowieka. Laboratoryjny sposób oznaczenia stopnia zagęszczenia gruntu opiera się na wykorzystaniu wypełnionego próbką cylindra, tłoka i widełek. Często dochodzi jednak do badania zagęszczenia w warunkach polowych przy zastosowaniu metody sondowania, tudzież przy użyciu obciążonej płyty (metoda ta może być jednak czasochłonna).

III.           Przebieg doświadczenia.

1. Pobiera się z gruntu przeznaczonego do badań próbkę o objętości co najmniej 600 cm3 i suszy do stałej masy w temperaturze 105-110˚C.

2. Wysuszony piasek przesiewa się przez sito o wymiarach oczek 5 mm.

3. Wyznacza się wewnętrzną objętość cylindra V przez pomiar jego wysokości h i wewnętrznej średnicy d za pomocą suwmiarki.

4. Waży się pusty cylinder.

5. Przesiany piasek wsypuje się do cylindra przez lejek, który początkowo opiera się o dno cylindra i stopniowo podnosi, w miarę napełniania cylindra, trzymając lejek stale na powierzchni nasypywanego gruntu.

6. Po napełnieniu całego cylindra gruntem powierzchnię gruntu wyrównuje się nożem, równo z krawędzią cylindra.

7. Waży się cylinder z gruntem (mst).

8. Na powierzchni gruntu w cylindrze ustawia się tłok i przeprowadza zagęszczenie gruntu przez 1 min, uderzając widełkami wibracyjnymi o ścianki naczynia, początkowo lekko i wolno, a następnie silnie i szybko.

9. Po 30 s zagęszczania mierzy się za pomocą suwmiarki zagłębienie tłoka i zagęszcza znowu, powtarzając tę czynność kilka razy.

10. Uznaje się, że grunt został maksymalnie zagęszczony, jeśli trzy kolejne pomiary zagłębienia tłoka, po każdorazowym dodatkowym 30-sekundowym zagęszczaniu, nie wykazują zmian.

11. Po ustaleniu poziomu tłoka oblicza się objętość gruntu zagęszczonego przez odjęcie od objętości cylindra V objętości, o jaką zagęścił się grunt podczas wibrowania (ΔV):

∆V=π∙d24∙∆h

d – wewnętrzna średnica cylindra [cm],
h – wysokość cylindra [cm],
Δh – zmniejszenie wysokości próbki po zagęszczeniu obliczane z sumy pomierzonej głębokości zanurzenia tłoka w cylindrze oraz grubości tłoka [cm].

12. Uzyskane wyniki zapisuje się w dzienniku laboratoryjnym lub na formularzu.

IV.           Obliczenia:

1.     Objętość cylindra oraz zmiana objętości gruntu:

V=π∙d24∙h=π∙6,724∙13=458,33[cm3]

∆V=π∙d24∙∆h=π∙6,724∙1,43=50,42 [cm3]

gdzie:

d – wewnętrzna średnica cylindra [cm],
h – wysokość cylindra [cm],
Δh – zmniejszenie wysokości próbki po zagęszczeniu obliczane z sumy pomierzonej głębokości zanurzenia tłoka w cylindrze oraz grubości tłoka [cm].

2.     Gęstość nasypowa szkieletu gruntowego przy najluźniejszym ułożeniu ziaren i  cząstek:

ρdmin =mst-mtV=2037-1275458,33=1,66 [gcm3]

gdzie:

mst– masa cylindra z gruntem [g]

mt– masa cylindra [g]

V – objętość cylindra [cm3]

3.     Wskaźnik porowatości gruntu luźno usypanego emax:

emax=ρs- ρdminρdmin=2,6-1,661,66=0,57 [-]

gdzie:

ρs – gęstość właściwa szkieletu gruntowego, przyjęto 2,6 [g/cm3]

ρdmin – obliczona gęstość nasypowa szkieletu przy najluźniejszym ułożeniu ziaren [cm3]

4.     Gęstość nasypowa szkieletu gruntowego przy najgęstszym ułożeniu ziaren:

ρdmax=mst-mtV-ΔV=2037-1275458,33-50,42=1,87 [gcm3]

gdzie:

mst– masa cylindra z gruntem [g],

mt – masa cylindra [g],

V – objętość cylindra [cm3],

ΔV – zmniejszenie się objętości gruntu po wibrowaniu [cm3].

5.     Wskaźnik porowatości gruntu maksymalnie usypanego emin:

emin=ρs- ρdmaxρdmax=2,6-1,871,87=0,39 [-]

gdzie:

ρdmax– obl. gęstość nasypowa szkieletu gruntowego przy najgęstszym ułożeniu ziaren [g/cm3],

ρs – gęstość właściwa szkieletu gruntowego, przyjęto 2,6 [g/cm3].

6.     Stopień zagęszczenia gruntu

ID=emax-eemax-emin=0,57-0,450,57-0,39=0,67

gdzie:

emax – wskaźnik porowatości maksymalnej przy najbardziej luźno usypanym gruncie [-],

emin – wskaźnik porowatości minimalnej przy największym zagęszczeniu gruntu [-],

e – wskaźnik porowatości naturalnej, przyjęto 0,45 [-].

V.   Wnioski.

              Celem naszego doświadczenia było obliczenie stopnia spoistości gruntu, wyrażonego jako iloczyn zagęszczenia gruntu w stanie naturalnym, czyli różnicy objętości próbki w stanie najbardziej luźnym i naturalnym, oraz największym możliwym zagęszczeniem gruntu, czyli różnicy objętości próbki w stanie najbardziej luźnym i najbardziej zagęszczonym. Przekształcając odpowiednio powyższe równanie, obliczyliśmy wskaźnik na podstawie trzech wskaźników porowatości próbki. Porowatość maksymalną obliczyliśmy w oparciu o skalkulowaną wcześniej  gęstość objętościową przy najbardziej luźno usypanym gruncie (emax=0,57), porowatość minimalną przy pomocy obliczonej gęstości objętościowej przy możliwie największym zagęszczeniu gruntu (emin=0,39), porowatość naturalna natomiast została przyjęta (e = 0,45). Przeprowadzone przez nas badanie oraz szereg związanych z nim obliczeń wykazało, iż próbka badanego przez nas gruntu według normy PN-86/B-02480 zalicza się do grupy gruntów średnio zagęszczonych ( ID≤0,67).

VI.           Literatura.

„Laboratoryjne badania gruntów” Myślińska Elżbieta, PWN, 1998, Warszawa