POLOWE BADANIA GRUNTÓW

1. Definicja kategorii geotechnicznej

Kategoria geotechniczna to kategoria zagrożenia bezpieczeństwa obiektu budowlanego, wynika ona ze stopnia skomplikowania jego konstrukcji nośnej, jej fundamentów i oddziaływań oraz warunków geotechnicznych. Ma ona wpływ na ustalenie rodzaju i zakresu badan geotechnicznych, obliczeń projektowych i kontroli konstrukcji obiektu budowlanego.

1. Opisać I kategorię geotechniczną

• proste konstrukcje nośne w niewielkich obiektach budowlanych i prostych warunkach gruntowych, dla których wystarcza jakościowe określenie właściwości gruntów

• 1 lub 2-kondygnacyjne budynki mieszkalne i gospodarcze

• ściany oporowe i rozparcia wykopów, jeżeli różnica poziomów nie przekracza 2,0 m

• wykopy do głębokości 1,2 m i nasypy budowlane do wysokości 3,0 m wykonywane w szczególności przy budowie dróg, pracach drenażowych oraz układaniu rurociągów

1. Opisać II kategorię geotechniczną

• Obejmuje konstrukcje nośne i fundamenty obiektów budowlanych nie podlegające szczególnemu zagrożeniu w prostych lub złożonych warunkach gruntowych przy mało skomplikowanych przypadkach obciążenia

• Konstrukcje te są przeważnie projektowane i wykonywane z zachowaniem powszechnie stosowanych metod

• fundamenty bezpośrednie lub głębokie,

• ściany oporowe lub inne konstrukcje oporowe, przy różnicy poziomów powyżej 2,0 m, utrzymujące grunt lub wodę,

• wykopy powyżej 1,2 m, nasypy budowlane powyżej 3,0 m oraz inne budowle ziemne,

• przyczółki i filary mostowe oraz nabrzeża

• kotwy gruntowe i inne systemy kotwiące

1. Opisać proste warunki gruntowe

• jednorodne i równoległe warstwy gruntów o dobrej nośności

• poziom wody gruntowej poniżej projektowanego poziomu posadowienia

• brak niekorzystnych zjawisk geologicznych

1. Opisać złożone warunki gruntowe

• niejednorodne, nieciągłe warstwy zmienne wykształcone genetyczne i litologiczne,

• występowanie warstw gruntów słabych w tym organicznych i nasypów niekontrolowanych,

• poziom wody gruntowej na poziomie posadowienia lub powyżej,

• brak niekorzystnych zjawisk geologicznych

1. Opisać skomplikowane warunki gruntowe

• występowanie niekorzystnych procesów geologicznych (zjawiska i formy krasowe, osuwiskowe, sufozyjne)

• grunty ekspansywne bądź zapadowe

• szkody górnicze

• obszary delt i obszary morskie

1. Jakie są rodzaje próbek gruntu

• próbki o naturalnym uziarnieniu (NU), zapewniające zachowanie rzeczywistego składu granulometrycznego szkieletu gruntowego;

• próbki o naturalnej wilgotności (NW), zapewniające nie tylko zachowanie składu granulometrycznego, ale również zabezpieczone przed zawilgoceniem bądź wysychaniem;

• próbki o nienaruszonej strukturze (NNS), zabezpieczone przed zmiana wilgotności i struktury - są to próbki wycinane z gruntu

• próbki wody gruntowej (WG) pobierane w celu wykonywania analizy jej składu chemicznego oraz stopnia agresywności na budowlane materiały konstrukcyjne. Próbki takie pobierane są do naczyń szklanych, szczelnie zamkniętych.

Pobrane próbki powinny być oznaczone w sposób umożliwiający ich identyfikacje (miejsce pobrania, data, numer otworu badawczego). Ilość pobieranych próbek zależy od stopnia

skomplikowania budowy geologicznej w badanym miejscu oraz z przyjętego programu badań.

1. Podać i opisać rodzaje punktów badawczych

Rodzaje badań terenowych:

• Makroskopowe

• Wykopy badawcze

• Otwory badawcze

• Sondy

• Obciążenie płytą sztywną (VSS)

Sondowanie – daje przybliżoną ocenę podłoża gruntowego, mierzy się wielkość oporu, jaki powstaje przy zagłębianiu odpowiednio wyprofilowanej końcówki

Sondowanie może być:

• statyczne, polegające na wciskaniu lub też wkręcaniu odpowiedniej sondy

• dynamiczne, polegające na wbijaniu sondy w podłoże gruntowe

Otwory badawcze:

• Doły próbne - stanowią najdokładniejszy sposób badania podłoża jednak na ogół stosowane są do niedużych głębokości (woda gruntowa uniemożliwia kopanie)

- odkrywka – naturalne lub sztuczne odsłonięcie wierzchniej warstwy podłoża gruntowego

- szybik – obudowane wyrobisko w podłożu gruntowym

- wykop badawczy – wyrobisko nie obudowane, o wymiarach warunkowanych statecznością jego ścian i poziomem wody gruntowej

Wiercenia badawcze są najczęściej stosowaną obecnie metodą prowadzenia badań geotechnicznych warstw gruntu pod projektowane obiekty budowlane. Metoda ta polega na wykonaniu w podłożu gruntowym otworu, z którego wydobywa się próbki gruntów do dalszych badań. Rozmieszczenie otworów badawczych zależy od potrzebnego zakresu rozpoznania podłoża gruntowego oraz kategorii geotechnicznej.

1. Opisać badanie podłoża gruntowego sondą SL-10

Metoda polega na określeniu oporu jaki stawia grunt przy dynamicznym zagłębianiu końcówki sondy lekkiej. Do pogrążania końcówki w grunt służy młot o masie ± , swobodnie spadający z wysokości ± . Częstotliwość uderzeń powinna być utrzymana w granicach od 15 do 30 uderzeń/min. Wyjątek stanowi sondowanie w piaskach i żwirach, gdzie częstotliwość uderzeń może wzrastać do 60 uderzeń/min. Należy odnotować przerwy w sondowaniu dłuższe niż 5 min. Liczba uderzeń młota, potrzebna do zagłębienia sondy o jest parametrem geotechnicznym. Sondowanie i rejestracja jego wyników są wykonywane w sposób ciągły, tak by rejestrowana wartość odpowiadała głębokości pomiaru. W metodzie tej nie pobiera się próbek gruntu w czasie sondowania. W celu uzyskania wiarygodnych wyników maksymalna zalecana głębokość sondowania wynosi: 8 m

1. Parametry podłoża gruntowego ustalane za pomocą sondowania sondą SL-10.

CECHY FIZYCZNE GRUNTÓW

1. Definicja gęstości objętościowej szkieletu gruntowego.

Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego jest to stosunek masy szkieletu gruntowego m_d do całkowitej objętości gruntu V (masa fazy stałej do sumy objętości wszystkich faz).

1. Definicja gęstości właściwej szkieletu gruntowego.

Gęstość właściwa szkieletu gruntowego jest to stosunek masy szkieletu gruntowego m_d do jego objętości V_d(uwzględniamy fazę stałą gruntu czyli szkielet gruntowy). ρ_s=m_d/V_d

1. Definicja wilgotności całkowitej

Wilgotność całkowita jest to wilgotność przy całkowitym nasyceniu porów wodą wyraża się wzorem:

w_sat=

gdzie - Gestosc wody w porach gruntu

- Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego

- Gęstość właściwa szkieletu gruntowego

1. Podać stany gruntów spoistych

PN-86/B-02480 ISO 14688-2

- zwarty: I_L<0 - bardzo zwarty: I_C>>1

- półzwarty: I_L<0 - zwarty I_C>1

- twardoplastyczny: 0<I_L<0,25 - twardoplastyczny: 0,75<I_C<1

- plastyczny: 0,25<I_L<0,5 - plastyczny: 0,5<I_C<0,75

- miękko plastyczny: 0,5<I_L<1 - miękko plastyczny: 0,25<I_C<0,5

- płynny: I_L>1 - płynny: 0<I_C<0,25

gdzie: I_L- stopień plastyczności gruntu

1. Definicja wskaźnika zagęszczenia gruntu

Wskaźnik zagęszczenia gruntu jest to stosunek gęstości objętościowej szkieletu gruntowego badanego gruntu w warunkach laboratoryjnych do maksymalnej wartości gęstości objętościowej gruntu.

Gdzie:

- Gęstość objętościową szkieletu gruntowego

-maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego uzyskana w warunkach laboratoryjnych.

1. Definicja wskaźnika porowatości gruntu.

Wskaźnik porowatości jest to stosunek objętości porów V_p do objętości szkieletu V_s.

Dla skrajnych przypadków:

- wskaźnik porowatości przy maksymalnym zagęszczeniu:

$$e_{\min} = \frac{\rho_{s} - \rho_{\text{dmax}}}{\rho_{\text{dmax}}}$$

- wskaźnik porowatości przy najluźniejszym ułożeniu ziaren:

$$e_{\max} = \frac{\rho_{s} - \rho_{\text{dmin}}}{\rho_{\text{dmin}}}$$

1. Podać wskaźnik porowatości dla stopnia zagęszczenia gruntu I_D = 1

W przypadku gdy stopień zagęszczenia gruntu I_D =1 mamy do czynienia z gruntem zagęszczonym w pełni, dla takiego przypadku wskaźnik porowatości wynosi

$$e_{\min} = \frac{\rho_{s} - \rho_{\text{dmax}}}{\rho_{\text{dmax}}}$$

1. Podać wskaźnik porowatości dla stopnia zagęszczenia gruntu I_D = 0

W przypadku gdy stopień zagęszczenia gruntu I_D =0 mamy do czynienia z gruntem luźnym

(I_d=(e_max-e)/(e_max-e_min), to e_max=e), dla takiego przypadku wskaźnik porowatości wynosi

$$e_{\max} = \frac{\rho_{s} - \rho_{\text{dmin}}}{\rho_{\text{dmin}}}$$

1. Opisać oznaczanie rodzaju gruntów spoistych metoda makroskopową.

Próba wałeczkowania.

1. Z grudki gruntu należy uformować kulkę o średnicy 7-8 mm. Kulkę położyć na wyprostowanej dłoni i nasadą kciuka drugiej dłoni wałeczkować grunt z szybkością 2 obrotów na sekundę aż do uzyskania wałeczka o średnicy ok. 3 mm.

2. Jeżeli wałeczek nie wykazuje spękań, należy ugnieść go i ponownie uformować kulkę oraz powtórzyć wałeczkowanie. Czynności powtarzać dopóki wałeczek nie wykaże spękań, rozwarstwienia lub nie rozsypie się. Obserwować należy powierzchnię wałeczka ( czy ma połysk, czy nie) oraz rodzaj spękań ( podłużne czy poprzeczne).

3. Na podstawie obserwacji wałeczka, zgodnie z tabelą z normy określimy spoistość gruntu. Ilość wałeczkowań wpisujemy do formularza.

Próbę wałeczkowania przeprowadza się, na co najmniej dwóch grudkach (kulkach) gruntu. W przypadku wyraźnej niezgodności wyników należy wykonać trzecią próbę.

Próba rozcierania w wodzie.

Grudkę gruntu przeznaczonego do badań należy rozcierać między palcami zanurzonymi w wodzie. Należy wyczuć ziarna piasku, ich ilość określi grupę gruntu spoistego na podstawie tabl.2. str.7 norma, kolumna 3-5.

Próba rozmakania.

Grudkę wysuszonego gruntu o średnicy 15-20 mm należy umieścić na siatce o boku 5 mm i zanurzyć całkowicie w wodzie. Czas rozmakania grudki mierzy się od chwili zanurzenia w wodzie do chwili jej przeniknięcia przez siatkę. Rodzaj gruntu określamy na podstawie tabl.2. str.7 norma, kolumna 7.

1. Opisać oznaczanie rodzaju gruntów niespoistych metoda makroskopową

Rodzaj gruntu niespoistego określa się na podstawie wielkości i zawartości ziaren poszczególnych frakcji ustalonych za pomocą lupy. Grunt rozsypuje się na papierze milimetrowym i określa się procentową zawartość frakcji ponad 2 mm, 0,5 mm oraz 0,25 mm w przedziale więcej-mniej niż 50%, więcej-mniej niż 10%, Na podstawie tablicy 3 norma str.8 kwalifikuje się badany grunt do określonego rodzaju.

Nazwa gruntu	zawartość frakcji, %
	> 2mm
Żwir	> 50
Pospółka	50 – 10
Piasek gruboziarnisty	< 10
Piasek średnioziarnisty	< 10
Piasek drobnoziarnisty	< 10
Piasek pylasty

1. Opisać określenie wilgotności gruntu metodą suszarkowo – wagową

Sprzęt i przyrządy pomocnicze: waga laboratoryjna (o dokładności ważenia 0,01g), parowniczki, suszarka,

Przebieg badań: do badania bierze się grunt o naturalnej wilgotności.

1. Należy zważyć i oznaczyć po dwie parowniczki dla gruntu spoistego i dla gruntu sypkiego.

2. Na każdą parowniczkę nakładamy porcję gruntu i ważymy.

3. Umieścić parowniczki z gruntem w suszarce. Grunt należy wysuszyć w temp. 105-110 ⁰C do stałej masy.

4. Po wysuszeniu zważyć ponownie parowniczki z gruntem.

Różnica mas daje wielkość wilgotności gruntu.

Oznaczenia i wyniki:

Numery parowniczek i ich masy wpisać do formularza. Poszczególne ważenia zapisywać dla konkretnych parowniczek. Wilgotność gruntu należy obliczyć w procentach wg wzoru:

gdzie: - masa wilgotnej próbki z masą parowniczki, [g];

- masa próbki wysuszonej z masą parowniczki, [g];

- masa parowniczki,[g];

Wartość oznaczyć należy dwukrotnie, przyjmując do obliczeń wilgotności wartość nie różniącą się więcej od poprzedniego oznaczenia niż wynosi dokładność ważenia.

Za wynik ostateczny należy przyjąć średnią arytmetyczną wartości obu oznaczeń, jeżeli ich różnica nie przekroczy 5% wartości średniej.

1. Opisać wyznaczanie granicy płynności gruntów spoistych metodą Casagrande’a

Granica płynności wg Casagrande’a jest to wilgotność gruntu odpowiadająca 25 uderzeniom miseczki aparatu.

Sprzęt i przyrządy pomocnicze: aparat Casagrande’a z rylcem i łopatką, nóż, parowniczka porcelanowa 15cm, szkło zegarkowe, parowniczki.

Przebieg badań: grunt przeznaczony do badań rozdrabnia się, umieszcza w parowniczce i zalewa wodą destylowaną do rozmoknięcia (na okres min. 20 godzin). Parowniczka powinna być w tym czasie przykryta szkłem.

1. Grunt miesza się z wodą do uzyskania jednolitej pasty, usuwając ziarna większe niż 2 mm.

2. Pastę gruntową nakłada się warstwami do miseczki wyjętej z aparatu Casagrande’a. Pasta powinna być rozprowadzona równomierną grubością, nie przekraczającą 9 mm i tworzyć w miseczce wklęsłą powierzchnię. Grunt powinien zajmować 2/3 przedniej części miseczki. Łączna masa miseczki z gruntem powinna wynosić 210 ± 1 g.

3. Za pomocą rylca wykonuje się bruzdę w nałożonej paście, prostopadle do powierzchni miseczki. Bruzda przechodzi prostopadle do osi obrotu miseczki.

4. Po zrobieniu bruzdy umieszcza się miseczkę w aparacie, a następnie obraca się korbką aparatu z prędkością 2 obrotów na minutę powodując uderzenia miseczki o podkładkę.

5. Należy zliczać ilość uderzeń do czasu, aż bruzda zejdzie się na długości 10 mm na wysokość
   1 mm.

6. Pobiera się z tego miejsca próbkę gruntu na parowniczkę do określenia wilgotności.

Pozostały grunt przekłada się do porcelanowej parowniczki, dodaje wody destylowanej lub podsusza i dokładnie miesza. Myje się i suszy miseczkę aparatu, łopatkę i rylec.

Czynności nakładania pasty, wykonywania bruzdy, zliczania uderzeń i pobierania próbki gruntu do oznaczenia wilgotności powtarza się minimum pięciokrotnie, tak aby w czasie badań uzyskać zlewanie się bruzdy przy liczbie uderzeń w przedziale 12 do 35, przy czym w 3 badaniach liczba uderzeń powinna być mniejsza od 25 a w dwóch większa. Różnica między tymi liczbami nie może być mniejsza niż 3. Każdorazowo zapisuje się w formularzu liczbę uderzeń i pobiera próbkę do oznaczenia wilgotności pasty gruntowej.

Oznaczenia i wyniki:

Uzyskane z badania wyniki nanosi się na wykres w formularzu, gdzie przez punktu prowadzi się prostą. Linia powinna przechodzić w taki sposób, aby co najmniej 3 punkty miały odchyłki nie większe niż 0,2% na skali wilgotności, zaś z pozostałych dwóch jeden leżał nad a drugi pod linią. W obu przypadkach odchyłka nie może przekraczać 0,6% wilgotności.

W przypadku nie spełnienia tego warunku badanie należy powtórzyć.

Punkt przecięcia wykreślonej linii z osią 25 uderzeń określa wilgotność gruntu, która jest granicą płynności badanego gruntu.

1. Opisać wyznaczanie granicy plastyczności gruntów spoistych – metoda wałeczkowania

Granica plastyczności jest to wilgotność gruntu, przy której wałeczek pęka lub rozpada się pod własnym ciężarem.

Sprzęt i przyrządy pomocnicze: 2 naczynia wagowe z przykrywkami; waga laboratoryjna z dokładnością ważenia 0,01 g, suszarka,

Przebieg badań: do badań bierze się grunt o naturalnej wilgotności.

1. Z gruntu usuwa się ziarna średnicy większej niż 2 mm.

2. Z próbki formuje się kulkę średnicy 7mm i wałeczkuje na dłoni, aż uzyska się wałeczek o średnicy ok. 3mm. Czynności te powtarza się tak długo ( formowanie kulki i wykonanie wałeczka), aż wałeczek popęka lub rozsypie się.

3. Kawałki wałeczka wkłada się do naczyńka wagowego i szczelnie zamyka pokrywką.

4. Badanie powtarza się na następnej kulce.

Wykonuje się tyle badań aby w dwóch naczyńkach wagowych zebrać ok. 5-7 g gruntu. Za każdym razem, gdy wkłada się kawałki wałeczków należy szczelnie zamykać naczyńka wagowe. Naczyńka z wałeczkami waży się i suszy w suszarce, w temp. 105-110 ⁰C do stałej masy.

Oznaczenia i wyniki:

Granicą plastyczności () gruntu spoistego jest wilgotność oznaczona wg wzoru:

[%]

gdzie: - masa naczynka z gruntem wilgotnym;

- masa naczynka z gruntem suchym;

- masa naczynka pustego.

Za wynik ostateczny przyjmuje się średnią arytmetyczną z obu oznaczeń wilgotności, jeżeli ich różnica nie przekracza 10 % wartości średniej. Gdy różnica jest większa przeprowadza się dodatkowe dwa oznaczenia i jako ostateczną wartość przyjmuje się średnią arytmetyczną z trzech najmniej różniących się oznaczeń.

1. Podać metodę wyznaczania minimalnego (lub maksymalnego) wskaźnika porowatości e_min (e_max).

1) Oznaczenie wskaźnika porowatości gruntu luźno usypanego.

Do oznaczenia bierze się grunt wysuszony do stałej masy w temp. 105-110 ⁰C. Należy zważyć oraz zapisać objętość cylindra. Piasek wsypuje się do cylindra przez lejek, który początkowo opiera się o dno cylindra a następnie stopniowo podnosi, w miarę napełniania cylindra. Należy trzymać lejek stale na powierzchni nasypywanego gruntu. Po napełnieniu całego cylindra powierzchnię gruntu wyrównuje się nożem równo z krawędzią cylindra. Cylinder z gruntem należy zważyć.

Dla każdej próbki gruntu należy wykonać 5 niezależnych oznaczeń.

2) Oznaczenie wskaźnika porowatości gruntu maksymalnie zagęszczonego.

Piasek wsypuje się do cylindra w 3 porcjach. Na każdą porcję gruntu ustawia się tłoczek i zagęszcza przez 1 minutę. Trzecią warstwę wsypuje się i zagęszcza po nałożeniu nakładki.

Dla każdej próbki gruntu należy wykonać 3 niezależne oznaczenia.

1. W jakim celu wykonuje się analizę areometryczną (PN i ISO)

Celem analizy areometrycznej jest ustalenie składu granulometrycznego gruntu na podstawie prędkości opadania cząstek mineralnych w zawiesinie wodnej. Badanie to przeprowadza się metodami sedymentacyjnymi.

1. Opisać przygotowanie próbki gruntu do analizy areometrycznej (bez obliczania jej masy) i Opisać w punktach tok postępowania podczas wykonywaniu analizy areometrycznej (bez obliczeń końcowych).

Analiza areometryczne jest metodą sedymentacyjną określenia składu granulo metrycznego gruntów spoistych. Polega ona na określeniu prędkości opadania cząstek gruntowych (o średnicach zastępczych od 0,001 do 0,08 mm) w wodzie drogą pomiaru zmian gęstości zawiesiny przy pomocy areometru. W obliczeniach korzysta się ze wzoru Stokesa. Przy pomocy analizy areometrycznej nie określa się rzeczywistych wymiarów cząstek gruntowych, lecz tzw. „średnice zastępcze” – średnice kul o tym samym ciężarze właściwym, co badany grunt i opadających w wodzie z tą samą prędkością, co cząstki rzeczywiste.

Sprzęt i przyrządy pomocnicze: areometr, waga laboratoryjna, termometr z podziałką 0,5⁰C, naczyńka wagowe, parownice porcelanowe, sito 0,071mm, dwie parownice duże, tłuczek, tryskawka, kolby stożkowe 0,75-2 dm³, cylindry pomiarowe 1 dm³, mieszadełko, stoper, stabilizator – 25% roztwór amoniaku

Przebieg badań: do badania bierze się grunt o naturalnej wilgotności. Poszczególne etapy ćwiczenia to:

1. cechowanie areometru;

2. przygotowanie zawiesiny gruntu;

3. kontrola stabilności zawiesiny;

4. wykonanie pomiarów.

1) Cechowanie areometru polega na sprawdzeniu podziałki areometru oraz na ustaleniu wielkości H_R – głębokości zanurzenia środnika wyporu nurnika.

2) Przygotowanie zawiesiny gruntu: próbkę gruntu należy rozetrzeć w parowniczce, dodając wodę destylowaną zmieszaną z 25% roztworem amoniaku w ilości 3,0 cm³ amoniaku na 1000 cm³ wody. Zawiesinę należy przemyć przez sito do dużej parownicy wodą destylowaną. Objętość zużytej wody nie powinna być większa niż 800 cm³. Zawiesinę należy zlać do kolby stożkowej i gotować przez 30 minut. Wystudzić do temp. pokojowej, zlać do cylindra pomiarowego i dopełnić do 1000 cm³ roztworem amoniaku.

3) Przy wykonywaniu analizy należy zwrócić uwagę na możliwość wystąpienia koagulacji cząstek gruntu jako wyraźnego skłaczkowania zawiesiny lub powstania w górnej części wyraźnego oddzielenia wolnej wody. W takim przypadku należy zlać wodę znad osadu i ponownie dopełnić cylinder do 1000 cm³ wodą destylowaną dodając porcję amoniaku.

4) Przed rozpoczęciem pomiarów zawiesinę należy dokładnie wymieszać mieszadełkiem. Mieszanie należy przeprowadzać przez początkowo wolne, później szybsze poruszanie mieszadełkiem wzdłuż osi cylindra, nie dotykając osadu.

Następnie ująć cylinder z obu końców, zatykając jedną ręką otwór, przewracać cylinder 30 razy do góry dnem w ciągu jednej minuty.

Chwila postawienia cylindra na stole jest początkiem pomiarów i w tym momencie należy włączyć stoper i odnotować czas.

Pomiary gęstości zawiesiny wykonuje się po: 30 sek.;1, 2, 5, 15, 30 minutach, 1, 2, 4 i 24 godzinach wykonując odczyty z dokładnością do 0,1 jednostki wskaźnika skróconego R.

Zanurzenie i wyjmowanie areometru powinno odbywać się powolnym ruchem jednostajnym i trwać nie krócej niż 10 sek. i rozpoczynać się minimum 20 sek. przed rozpoczęciem pomiaru.

Przez pierwsze cztery odczyty (do 5 min) areometr może znajdować się w zawiesinie. Po ok. 3 min. oraz po 1, 4 i 24 godz. sprawdzić temperaturę zawiesiny. Nie powinna się różnić więcej niż o 2 ⁰C od temperatury otoczenia. Odczyt poziomu zanurzenia areometru należy wykonywać względem górnej krawędzi menisku. Odczytaną wartość należy skorygować do poziomu cieczy w cylindrze przez dodanie poprawki c na menisk i w obliczeniach przyjmować . Wartość poprawki należy przyjąć równą 0,7 jednostki skróconego wskaźnika.

CECHY MECHANICZNE GRUNTÓW

1. Definicja wilgotności optymalnej

Wilgotność optymalna jest to taka wilgotność gruntu, przy której w danych warunkach ubijania (zagęszczania) można uzyskać największe zagęszczenie gruntu i tym samym maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego.

1. Definicja wskaźnika nośności CBR

Kalifornijski wskaźnik nośności CBR jest to procentowy stosunek siły P, którą trzeba zastosować aby trzpień w kształcie wydłużonego bolca walcowego o powierzchni 3 cale² wcisnąć w odpowiednio przygotowaną próbkę gruntu do głębokości 2,54 mm lub 5,08 mm z prędkością znormalizowaną 1,27 mm/min, do siły standardowej P_S . którą trzeba zastosować aby taki sam trzpień z tą samą prędkością oraz na taką samą głębokość wcisnąć w tłuczeń standardowo zagęszczony.

1. Opisać parametry charakteryzujące wytrzymałość gruntu na ścinanie

Dla gruntów niespoistych:

• Kąt tarcia wewnętrznego (C_u) – jest to opór tarcia suwnego i obrotowego. Wielkość ta zależy od rodzaju gruntu (wymiaru i kształtu ziaren, pochodzenia gruntu). Dla danego gruntu wartość tarcia wewnętrznego zależy od: porowatości, wilgotności, ciśnienia wody w porach. Wartość tan(φ) jest proporcjonalna do siły normalnej działającej na płaszczyznę.

Dla gruntów spoistych:

• Kąt tarcia wewnętrznego (C_u)

• Spójność gruntu (kohezja) (c_u)- jest to opór gruntu stawiany siłom zewnętrznym wywołany wzajemnym przyciąganiem się cząstek składowych gruntu. Zależy od średnicy ziaren, wilgotności, genezy i składu mineralnego.

1. Jakie wielkości mierzy się podczas procesu pomiaru CBR?

• odkształcenie pierścienia dynamometru pomiarowego dla kolejnych zagłębień trzpienia

• wielkość oporu jaką stawia grunt przy zagłębieniu trzpienia

1. Jak dobiera się ilość obciążników nakładanych na próbkę w czasie próby CBR?

Do cylindra, na grunt nakłada się obciążniki pierścieniowe 2 x 2,25 kG. Odpowiadać to będzie naciskowi, jaki będą wywierać na badany grunt górne warstwy konstrukcji drogowej. Nacisk nie może być mniejszy niż 4,5 kG.

1. Omówić wyznaczanie wytrzymałości gruntu na ścinanie w aparacie bezpośredniego ścinania (ABS)

Sprzęt i przyrządy pomocnicze: aparat skrzynkowy z ramką 60 x 60 mm;

Przebieg badań: przygotowaną próbkę gruntu należy umieścić w skrzynce i ramce aparatu, pamiętając o właściwym ułożeniu płytek oporowych – ząbkami w kierunku ruchu skrzynki lub ramki. Założyć górną płytkę. Wykręcić śruby łączące skrzynkę z ramką. Przyłożyć wymagane obciążenie normalne na płytkę aparatu. Uruchomić mechanizm powodujący wzajemne przemieszczanie się ramki i skrzynki aparatu. Ścięcie próbki następuje w momencie, gdy wartość siły ścinającej na manometrze pozostaje stała lub ulega zmniejszeniu. Należy wyłączyć przesuw ramki, zanotować wielkość siły ścinającej oraz wielkość przesunięcia ramki względem skrzynki. Czynności ścinania gruntu powtórzyć jeszcze czterokrotnie dla różnych nacisków pionowych. Wielkości siły ścinającej oraz wielkość przesuwu ramki zanotować za każdym razem w formularzu.

Oznaczenia i wyniki: maksymalna siła pozioma, przy której nastąpiło ścięcie, odniesiona do pola przekroju płaszczyzny ścięcia próbki, jest naprężeniem ścinającym równym wytrzymałości na ścinanie . Na podstawie wyników z 5 oznaczeń należy wykonać wykres zależności ustalić prostą Coulomba i określić i c. Porównać wartości obliczone z wartościami na rysunku. Wartość określić należy na podstawie jednego z dwóch wzorów podanych w formularzu w zależności od względnego przesunięcia ramki . Obliczyć wartości współczynników a i b wg wzorów podanych w formularzu. Następnie dla poszczególnych par wartości oraz obliczyć różnice oznaczonych i obliczonych wartości wytrzymałości na ścinania wg wzoru podanego w formularzu. Obliczyć wartości pomocnicze s_a i s_b a następnie średnie odchylenie kąta tarcia wewnętrznego oraz średnie odchylenie kwadratowe spójności . Wszystkie niezbędne wartości i wzory znajdują się w formularzu ćwiczenia.

1. Omówić wyznaczanie wytrzymałości gruntu na ścinanie w aparacie trójosiowego ściskania

Sprzęt i przyrządy pomocnicze: aparat trójosiowego ściskania;

Przebieg badań: badanie przeprowadza się na próbkach cylindrycznych h=2D. Próbkę gruntu w osłonie z cienkiej gumy ujmuje się w płytki porowate i ustawia w szczelnym kloszu. Klosz wypełnia się wodą, która otaczając próbkę wywiera na nią ciśnienie σ₃. Obciążenie pionowe na próbkę wywiera się tłokiem z dynamometrem. Ścięcie próbki następuje w momencie, gdy wartość siły ścinającej na dynamometrze pozostaje stała lub ulega zmniejszeniu. Należy wyłączyć przesuw tłoka i zanotować wielkość siły ścinającej. Czynności ścinania gruntu powtórzyć jeszcze czterokrotnie dla różnych wartości ciśnienia wody pod kloszem. W formularzu należy zanotować wielkość ciśnienia wody σ₃ =σ₂ oraz siłę powodującą ścięcie próbki σ₁.

Oznaczenia i wyniki:

Wykonując ścięcie próbki pięciokrotnie, przy różnych wartościach σ_3f oraz σ₁=σ_3f+q_max wykreślić należy w układzie współrzędnych i koła graniczne Mohra. Poprowadzić styczną do tych kół. W przecięciu z osią otrzymamy wielkość oporu spójności c a kąt nachylenia stycznej do osi jest kątem tarcia wewnętrznego . Obliczyć wartości współczynników a i b wg wzorów podanych w formularzu. Następnie dla poszczególnych par wartości oraz obliczyć różnice oznaczonych i obliczonych wartości wytrzymałości na ścinania wg wzoru podanego w formularzu.

Obliczyć wartości pomocnicze s_a i s_b a następnie średnie odchylenie kąta tarcia wewnętrznego oraz średnie odchylenie kwadratowe spójności . Wszystkie niezbędne wartości i wzory znajdują się w formularzu ćwiczenia.

1. Ile należy wykonać prób w metodzie Proctora dla określenia w_opt?

Do metody Proctora przygotowuje się 3 próbki. Czynności podczas wykonywania metody powtarza się na jednej próbce do momentu gdy masa zagęszczanego gruntu zacznie spadać, jednak nie więcej niż 5-krotnie. Badanie należy przerwać, gdy:

- z badanego gruntu wycieka grawitacyjnie woda

- woda pokrywa powierzchnię gruntu w cylindrze.

1. Jakie wielkości mierzy się w metodzie Proctora przy wykonaniu jednej próbki?

• Wilgotność optymalną

• Maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego

1. Omów różnicę pomiędzy wytrzymałością na ścinanie gruntów spoistych i niespoistych.

W gruntach niespoistych wytrzymałość na ścinanie wynika tylko z występowania siły tarcia na powierzchni ścinania. Naprężenie to jest wprost proporcjonalne do działającego naprężenia normalnego σ. Współczynnik proporcjonalności tg Φu jest współczynnikiem kąta tarcia wewnętrznego Φu. W gruntach spoistych wytrzymałość na ścinanie wynika dodatkowo z występowania dodatkowych sił spójności (oporu) pomiędzy cząsteczkami c_u.

1. Opisać sposób zagęszczenie próbki przy określeniu wilgotności optymalnej?

W zależności ilości warstw zastosowanych do zagęszczania próbki, typu ubijaka i cylindra wyróżniamy cztery metody.

Ilość gruntu użyta do jednokrotnego oznaczenia powinna być tak dobrana, aby po ubiciu ostatniej warstwy grunt wystawał 5-10 mm nad cylinder. Po wykonaniu zagęszczenia oznacza się wilgotność dla badanej próbki gruntowej. Następnie zwiększamy wilgotność gruntu o około 1 - 2 % poprzez dodanie do niego wody destylowanej i badanie powtarzamy aż do uzyskania zmniejszania się gęstości objętościowej zagęszczanego gruntu. Uzyskujemy wykres zależności gęstości objętościowej szkieletu gruntowego ρd od jego wilgotności w_opt.

Przygotowujemy grunt w ilości 2,5-3kg/dm³ cylindra. Przesiewamy następnie przez sito o wymiarach oczek kwadratowych:

- 6mm w przypadku cylindra małego

- 10mm – cylinder duży.

Pozostałość na sicie ważymy i obliczamy jego procentową zawartość w próbce. Następnie grunt mieszamy z wodą destylowaną lub pitną w ilości na dm³ użytego cylindra:

- 60 cm³ dla gruntów niespoistych;

- 100-150 cm³ dla gruntów spoistych.

Ilość gruntu Użyta do jednokrotnego oznaczenia powinna być tak dobrana, aby po ubiciu ostatniej warstwy grunt wystawał 5- nad cylinder. Po ułożeniu każdej warstwy należy jej powierzchnię wyrównać i przed przystąpieniem do ubijania – lekko ugnieść. Każdą warstwę gruntu zagęszczamy taką liczbą uderzeń ubijaka i powinien on opadać z takiej wysokości jaka jest prawidłowa dla danej metody. W czasie ubijania cylinder powinien stać na sztywnym podłożu. Po wykonaniu zagęszczenia nadmiar gruntu ścina się, próbkę waży i oznacza się jej wilgotność. Następnie zwiększamy wilgotność gruntu poprzez dodanie do niego wody destylowanej i badanie powtarzamy aż do uzyskania zmniejszania sie gęstości objętościowej zagęszczanego gruntu.

1. Tok postępowania przy określaniu miarodajnej wartości CBR

Siły, które odpowiadają zagłębieniom 2,54 i 5,08 mm charakteryzują badany grunt. Wartości CBR danego gruntu ustala się wg wzorów:

Za wskaźnik nośności przyjmuje się większą z tych dwóch wartości. Wykonać należy wykres zależności siły wciskającej od zagłębienia trzpienia pomiarowego.

Po określeniu wskaźników nośności gruntu CBR przy stałym zagęszczeniu próbek lecz przy różnych wilgotnościach należy wykonać wykres zależności CBR od wilgotności gruntu.

Wilgotność gruntu określona na dwóch próbkach pobranych z miejsc położonych nieco poniżej powierzchni i po obu bokach wgłębienia pozostałego po wciskaniu trzpienia służy do określenia miarodajnego wskaźnika CBR. Wilgotność miarodajna jest to średnia arytmetyczna uzyskana z 4 określonych wilgotności.

Próbki do oznaczenia wilgotności miarodajnej i miarodajnego wskaźnika CBR pobiera się z cylindra o wilgotności optymalnej gruntu.

1. Ile należy wykonać prób dla określenia miarodajnego wskaźnika nośności CBR?

• Dla gruntów niespoistych – 3 próby;

• Dla gruntów spoistych i bardzo spoistych – 4 próby.

1. Przedstawić przykładowy wykres relacji σ => τ podczas ścinania próbki gruntu niespoistego w aparacie bezpośredniego ścinania

1. Podać różnice pomiędzy M₀ (M) i E₀ (E)

M₀ – edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej. Jego badanie polega na wykorzystaniu zdolności gruntu do zmniejszenia objętości na skutek przyłożonego obciążenia.

M – edometryczny moduł ściśliwości wtórnej. Jego badanie polega na wykorzystaniu przyrostu objętości do zmniejszeniu obciążenia. Wyznaczamy go z wtórnej krzywej ściśliwości.

1. Podać tok postępowania podczas wyznaczania M₀.

Sprzęt i przyrządy pomocnicze: edometr, stoper,

Przebieg badań: przeznaczoną próbkę gruntu do badań umieścić w pierścieniu edometru. Pierścień zamocować w edometrze. Ustawić czujniki na górnej pokrywie edometru. Pierścień edometru ma 20 mm wysokości, taka też jest wysokość badanej próbki gruntu. Na czujnikach obserwować należy zmiany wysokości próbki pod wpływem przyłożonego obciążenia. Moment przyłożenia obciążenia jest początkiem badań. Pierwsze obciążenie to ciężar ramki – 12,5 kPa. Należy notować wskazania obu czujników po 1, 2, 5 i 10 minutach od momentu zmiany obciążenia.

Każde ostatnie wskazanie czujników jest jednocześnie pierwszym dla kolejnego obciążenia lub odciążenia. Kolejność stopni obciążenia przyjmować następująco:12,5; 25; 50; 12,5; 100; 200; 12,5 kPa. Pomiar zmian wysokości próbki pod wpływem obciążenia trwa więc 70 minut.

Oznaczenia i wyniki:

Dla każdego obciążenia należy określić osiadanie próbki równe różnicy wysokości przed i po przyłożeniu danego obciążenia. Dla odciążenia będzie to wartość ujemna, gdyż próbka gruntu zwiększy swoją wysokość.

Moduł ściśliwości edometrycznej M, M₀ obliczany jest ze wzoru:

gdzie: - obciążenia jednostkowe, [kPa]

- przyrost naprężeń [kPa]

- względne odkształcenie próbki

- wysokość próbki w edometrze przed zwiększeniem obciążenia;[mm]

- zmniejszenie wysokości próbki w pierścieniu edometru po zwiększeniu naprężenia o [mm]

Moduł odprężenia jako stosunek zmniejszenia obciążenia jednostkowego do jednostkowego przyrostu wysokości próbki należy obliczać z powyższego wzoru z uwzględnieniem ujemnych znaków i . Wykonać wykresy zależności zmian wysokości próbki do czasu trwania obciążenia oraz wysokości próbki do wielkości naprężeń .

1. Przedstawić przykładowy wykres ściśliwości edometrycznej gruntu i nazwać znajdujące się na nim krzywe.