Akademia Górniczo-Hutnicza
im. Stanisława Staszica w Krakowie

Analiza granulometryczna

Michał Burtan

Przemysław Bochenek
Bartłomiej Więcek

Wydział Wiertnictwa Nafty i Gazu

Kierunek Górnictwo i Geologia

Rok studiów II

Rok akademicki 2011/2012

1.Wstęp teoretyczny.

Analizę granulometryczna wykonuje się w celi określenia składu granulometrycznego gruntów nieskalistych, a więc wyznaczenia procentowej zawartości występujących w nich poszczególnych frakcji. Pozwala to w końcowym efekcie na wykreślenie krzywej uziarnienia oraz ustalenie rodzaju i nazwy badanego gruntu. Jest to podstawowe oznaczenie przy laboratoryjnych badaniach inżynierosko-geologicznych właściwości gruntów. Znajomość rodzaju badanego gruntu pozwala na prognozowanie jego właściwości oraz ustalenie zakresu dalszych badan.
Analizy granulometryczne wykonuje się metodami mechanicznymi(analiza sitowa) oraz metodami sedymentacyjnymi(analiza areometryczna , pipetowa i in.) Jeśli prawie wszystkie ziarna w gruncie maja wymiary ponad 0.06 mm. Do oznaczenia jego składu granulometrycznego stosuje się analizę sitową. Jeśli wszystkie cząstki gruntu maja wymiary mniejsze niż 0.06 mm stosuje się jedna z metod sedymentacyjnych. Natomiast w przypadku badania gruntu, który składa się zarówno z ziaren o wymiarach większych od 0.06 mm jak i z cząstek o wymiarach mniejszych (np. rożne gliny, piaski gliniaste itp.) stosuje się kombinacje obydwu metod tzn. sitowej i sedymentacyjnej. Ustalenie przedziału granicznego miedzy zastosowaniem powyższych metod zostało podyktowane głownie względami technicznymi. Cząstek o wymiarach bardzo drobnych (o średnicy mniejszej niż 0.06 mm) nie można rozdzielić mechanicznie frakcji na sitach z uwagi na ich zbyt Male wymiary w stosunku do możliwości konstrukcji sit. Ziarna większe od 0.06 mm nie dadzą się rozdzielić metodą sedymentacyjną , gdyż szybkość ich opadania jest zbyt duża, a ponadto wykonują w trakcie opadania ruch wirowy. Podczas gdy jednym z założeń analizy sedymentacyjnej jest swobodne opadanie cząstek.

Analiza sitowa polega na określeniu składu granulometrycznego gruntu przez rozdzielenie poszczególnych frakcji w wyniku rozsiewania próbki na znormalizowanych sitach. Za pomocą tej analizy określa się skład granulometryczny gruntów sypkich(kamienistych, gruboziarnistych, drobnoziarnistych niespoistych z wyjątkiem piasku pylastego) i określenia i nazwę. Analiza sitowa jest stosowana również jako badanie uzupełniające przy określaniu składu granulometrycznego gruntów spoistych i piasku pylastego jedna z metod sedymentacyjnych.

2.Analiza sitowa.

Sprzęt pomocniczy

1.Komplet 10 sit o wymiarach boków kwadratowych 40. 20. 10. 4. 2. 1. 0,5. 0,25. 0,2. 0,12. 0,08 [mm].
2.Wstrzasarka.

3.Parowniczka o średnicy 5-7 cm

4.Moździerz z tłuczkiem i nakładka gumowa.

5.Szczotla do czyszczenia sit.

2.2 Przebieg ćwiczenia.

1.Próbka gruntu nie powinna zwierać ziaren większych niż 40 mm. Przed przystąpieniem do oznaczenia trzeba je usunąć.

2.Odwazamy próbkę (większa niż 500 g.)

3.Ustawiamy komplet sit w kolejności od największego do najmniejszego. Pod ostatnim sitem umieszczamy pojemnik na najdrobniejsze frakcje.

4. Zestaw sit ustawiamy na wstrząsarce.
5.Wsypujemy próbkę gruntu na górne sito i zamykamy wieko.

6. Uruchamiamy wstrząsarkę. Cykl pracy urządzenia trwa około 5 minuty. Przeprowadzamy 2 cykle.
7. Po zakończeniu przesiewania całość pozostałość na każdym sicie przenosi się do parowniczki i waży.

2.3 Wyniki i obliczenia.

Masa próbki : 567,27 [g]

Zawartość poszczególnych frakcji Z_i oblicza się w procentach w stosunku do próbki wysuszonej według wzoru:

gdzie:

Z_i - procentowa zawartość danej frakcji (%)
m_l - masa danej frakcji pozostałej na sicie (g)

m_{s -} masa szkieletu gruntowego (całej próbki wysuszonej do stałej masy) (g)

Różnica między masą szkieletu gruntowego m_s a sumą mas wszystkich frakcji (m₁+m₂+m₃+….+m_n) nie powinna przekraczać 0,5 % wartości m_s. przy obliczaniu wyników różnice te należy rozdzielić na wszystkie frakcje, proporcjonalnie do ich mas. Uzyskane wyniki nanosie się na wykres uziarnienia.

Otrzymane wyniki posłużyły do wykonania krzywej uziarnienia.

Wymiary oczek sita[mm]	Masa pozostała na sicie [g]	Zawartość frakcji [%]	Suma zawartości frakcji [%]
pozostałość	2,94	0,52%	0,52%
0,08	15,01	2,66%	3,19%
0,12	1,03	0,18%	3,37%
0,2	0,2	0,04%	3,40%
0,25	32,9	5,84%	9,24%
0,5	64,58	11,46%	20,70%
1	316,07	56,09%	76,79%
2	34,91	6,20%	82,99%
4	95,87	17,01%	100,00%
10	0	0	100,00%
20	0	0	100,00%
40	0	0	100,00%
RAZEM	563,51	100%	-

Z wykresów uziarnienia można wyznaczyć:

-procentową zawartość poszczególnych frakcji(niezbędną do określenia rodzaju gruntu)
-średnice d₁₀, d₃₀, d₆₀, (niezbędne do określenia wskaźników uziarnienia)

Kształt krzywej uziarnienia gruntu charakteryzują dwa wskaźniki:

- wskaźnik różnoziarnistości

3,08

-wskaźnik krzywizny

1,73

gdzie:

d₁₀, d₃₀, d₆₀ - średnice ziaren lub cząstek, których wraz z mniejszymi w gruncie jest odpowiednio 60, 30, 10 %

d₁₀ = 0,26

d₃₀ = 0,6

d₆₀ = 0,8

4.Wnioski

Różnica między masą szkieletu gruntowego m_s a sumą mas wszystkich frakcji (m₁+m₂+m₃+….+m_n) w naszym przypadku nie przekracza 0,5 % wartości m_s więc warunek został spełniony.

Na podstawie obliczonych przez nas wskaźnik różnoziarnistości
oraz wskaźnik krzywizny
i wartości podanych w tabeli „Charakterystyka krzywej uziarnienia [PN-EN ISO 14688-2:2006]” nie można wskazać jednoznacznie z jakim uziarnieniem gruntu się spotkaliśmy. Po przyporządkowaniu zawartości procentowej poszczególnych frakcji uziarnienia :

- ił (Cl) ≤ 0,002 mm - ≈ 0%
- pył (Si) 0,002 - 0,063 mm ≈ 0,52%

- piasek (Sa) 0,063 - 2,0 mm = 56,09 %

- żwir (Gr) 2,0 - 63 mm = 23,21 %

oraz danych zawartych w tabeli „Zawartość frakcji, symbole i proponowane polskie nazwy gruntów [PN-EN ISO 14688-2:2006]” stwierdziliśmy ze badana próbka zalicza się do rodzaju gruntu: Piasek ze żwirem(pospółka).

---