Gęstość objętościowa gruntu i ciężar jednostkowy

Parę poradników wcześniej zostało wyjaśnione pojęcie gęstości właściwej gruntu, następnie poznając czym jest porowatość gruntu oraz jego wilgotność możemy zająć się pojęciem gęstość objętościowa gruntu, ponieważ właśnie tą objętość będziecie używali Państwo na budowie.

Gęstość objętościowa gleby, w skrócie opisywana również jako gęstość gleby, jest to stosunek masy próbki gleby do jej objętości w stanie naturalnym. Różnicę pomiędzy gęstością właściwą, a objętościowa nic nie opisze lepiej jak poniższa grafika.

 

Gęstość objętościowa gruntu

Parametr ten jako ośrodek trójfazowy może być zdefiniowany jako średnia ważona gęstości właściwych poszczególnych faz. Współczynniki wagowe odpowiadają zawartości objętościowej składników. Pomijając gęstość powietrza (z uwagi na jej znikomy wpływ) otrzymujemy.

Powyższa właściwość fizyczna gruntu może się zmienić w granicach, które wyznaczają następujące wielkości. A zaczniemy od gęstość gruntu suchego ρ_d określanej jako gęstość objętościowa szkieletu gruntowego, która odpowiada stopniowi nasycenia S_r = 0,00. Proszę jednak nie mylić tego parametru z gęstością właściwą gruntu ρ_s.

{\rho _d} = \frac{{{m_s}}}{V} = (1 - n)*{\rho _s}\\

We wcześniejszym akapicie powiedzieliśmy sobie o gruncie suchym, a więc drugim ogranicznikiem wielkości będzie naturalnie gęstość objętościowa przy pełnym nasyceniu S_r = 1,00.

{\rho _{sr}} = \frac{{{m_s} + {V_p}*{\rho _w}}}{V} = (1 - n)*{\rho _s} + n*\rho \\

Ciężar jednostkowy gruntu

W obliczeniach bardzo często operujemy nie gęstością, ale ciężarem jednostkowym. Jednostkowy ciężar objętościowy gruntu definiowany jest jako.

\gamma  = p*g[\frac{{{kN}}}{m^3}]

g – przyspieszenie ziemskie. Dla uproszczenia przyjmuje się, jak podano poniżej.

{g} = 10\frac{{{m}}}{s^2}

Wyrażając ρ jako [g/cm³] otrzymujemy ciężar jednostkowy w [kN/m³].
Natomiast w przypadku gruntu, który znajduje się całkowicie poniżej zwierciadła wody gruntowej, następuje pozorne zmniejszenie ciężaru na skutek sił wyporu i należy uwzględniać tą siłę w ciężarze objętościowym.

Zależności występujące między poszczególnymi gęstościami przedstawiają się następująco.

\rho ' < {\rho _d} < \rho  < {\rho _{sr}} < {\rho _s}