Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

ДВНЗ «Криворізький національний університет»

Кафедра технології будівельних виробів, матеріалів і конструкцій

Лабораторні роботи

з визначення фізичних властивостей ґрунтів

з дисципліни “Основи та фундаменти”

Кривий Ріг 2012 р.

І. Щільність ґрунту.

Щільністю ґрунту називають, відношення маси ґрунту до всього об’єму який він займає, (г/см³, кг/м³, т/м³).

Оскільки ґрунт складається із твердих мінеральних зерен, а між ними є порожнини (пори), які можуть бути заповнені водою або газами, то розрізняють: щільність ґрунту (природну), щільність сухого ґрунту (щільність скелету ґрунту) та щільність часток ґрунту.

Щільність ґрунту (природна) – маса одиниці об'єму ґрунту (з урахуванням маси води в порах ґрунту):

де m – маса ґрунту з водою в порах, г. V – об’єм ґрунту, см³.

Щільність сухого ґрунту – відношення маси ґрунту, з відрахуванням маси води і льоду в його порах, до його початкового об'єму:

де – маса сухого ґрунту без води, г; V – об’єм ґрунту, см³.

Також, щільність ґрунту у сухому стані можна визначити за формулою

де – щільність ґрунту в природному стані, г/м³; – вологість ґрунту, ч.о.

Щільність мінеральних часток ґрунту – маса одиниці об'єму твердих (скелетних) частинок ґрунту:

де – маса сухого ґрунту без води, г; – об’єм твердої частини цього ґрунту, см³.

Щільність мінеральних часток ґрунту для піщаних ґрунтів знаходиться в межах 2,64…2,68 г/см³, суглинків та супісків – 2,6…2,7 г/см³, глинистих ґрунтів – 2,6…2,75 г/см³.

Питомою вагою ґрунту (в природному стані) , називається відношення ваги ґрунту до всього об’єму який він займає, кН/м³.

,

де g = 9.81 м/с², – прискорення вільного падіння.

Відповідно до цього, питома вага сухого ґрунту дорівнюватиме:

;

питома вага мінеральних часток

.

Лабораторна робота № 1 Визначення природної щільності ґрунту методом ріжучого кільця

Мета роботи – навчитися визначати щільність ґрунту за методом ріжучого кільця.

Тривалість виконання – 2 год.

Цей метод використовують для ґрунтів, що легко піддаються вирізанню або не зберігають своєї форми без кільця та зберігають під час транспортування в лабораторію свою форму.

Проби ґрунту у вигляді монолітів відбирають в шурфах, свердловинах, тощо. Моноліти у свердловинах відбирають за допомогою ґрунтоносів, які забурують, задавлюють, або забивають в ґрунт на дні свердловини.

Після відбирання монолітів їх обмотують марлею і опускають на 1-2 хв. у розплавлену бітумну мастику або парафін (або їх суміш), а потім дістають та дають висохнути.

Проби упаковують в ящики і транспортують в лабораторію, де вони можуть зберігатися не більше 15-30 днів.

Необхідне обладнання.

Ніж із прямим лезом; ваги лабораторні з гирями; кільця-пробовідбірники; лопатка пласка; штангенциркуль; насадка для вдавлювання кілець; пластинки гладкі скляні; вазелін технічний.

Методика випробування.

1. Кільця нумерують, вимірюють внутрішній діаметр і висоту та зважують. За результатами вимірювань вираховують об'єм кільця з точністю до 0,1 см³.

Примітка. Похибка вимірювань маси (зважування) при виконанні всіх лабораторних робіт передбачених навчальним планом для дисципліни «основи та фундаменти» не має перевищувати 0,02 г.

2. Пластинки із гладкою поверхнею (зі скла, металу тощо) нумерують та зважують.

3. Кільце-пробовідбірник змазують із внутрішньої сторони тонким шаром технічного вазеліну.

4. Верхню зачищену площину зразка ґрунту вирівнюють, зрізуючи надлишки ґрунту ножем, установлюють на ній ріжучий край кільця та гвинтовим пресом або вручну через насадку злегка вдавлюють кільце в ґрунт, фіксуючи межу зразка для випробувань. Потім ґрунт зовні кільця обрізають на глибину від 5 мм до 10 мм нижче ріжучого краю кільця, формуючи стовпчик діаметром на 1 мм або 2 мм більше ніж зовнішній діаметр кільця. Періодично, у міру зрізання ґрунту, легким натиском преса або насадки насаджують кільце на стовпчик ґрунту, не допускаючи перекосів. Після заповнення кільця ґрунт підрізають від 8 мм до 10 мм нижче ріжучого краю кільця й відокремлюють його.

Ґрунт, що виступає за краї кільця, підрізають ножем, зачищають поверхню ґрунту на рівні з краями кільця й закривають торці пластинками.

5. При пластичному або сипкому ґрунті кільце плавно, без перекосів, вдавлюють у нього та видаляють ґрунт навколо кільця. Потім зачищають поверхню ґрунту, накривають кільце пластинкою і підхоплюють його знизу пласкою лопаткою.

6. Кільце із ґрунтом і пластинками зважують.

7. Дані досліджень заносять до таблиці 1.

Таблиця 1

Номер зразка	Номер кільця	Номер пластинок		Маса кільця т0, г	Маса пластинок, г		Маса кільця з ґрунтом та пластинками m2, г	Маса ґрунту, г	Об’єм ґрунту V, см3	Щільність ґрунту ρ, г/см3
		верхньої	нижньої		верхньої	нижньої				зразка	середня
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1
2

Обробка результатів вимірювання

Щільність ґрунту в грамах на кубічний сантиметр обчислюють за формулою:

де m₂ – маса ґрунту з кільцем і пластинками, г;

т₀ – маса кільця, г;

т₁ – маса пластинок, г;

V – внутрішній об’єм кільця, см³.

Для кожної проби ґрунту роблять шість визначень, а з навчальною метою – два.

Значення щільності вираховують як середнє арифметичне за результатами двох паралельних визначень. Різниця між паралельними визначеннями не повинна перевищувати 0,04 г/см³ для піщаних ґрунтів і 0,03 г/см³ для пилувато-глинистих ґрунтів.

Після визначення середнього значення щільності ґрунту необхідно визначити питому вагу ґрунту за формулою:

.

Після проведення випробувань і розрахунків роблять висновки.

Розрахунки і висновки:

Контрольні питання:

1. Дайте визначення щільності ґрунту.

2. В яких одиницях вимірюють питому вагу ґрунту?

3. Як впливає розмір ріжучого кільця на результати випробувань?

4. Для яких ґрунтів застосовують метод ріжучого кільця?

5. У чому полягає метод визначення щільності ґрунту методом ріжучого кільця.