Katedra Geotechniki

i Budowli Inżynierskich

rok akad. 2009/2010

Mechanika Gruntów i Fundamentowanie

SPRAWOZDANIE

Ćwiczenie nr 2: Badanie uziarnienia gruntów.

Oznaczenie gęstości objętościowej gruntu

oraz gęstości właściwej szkieletu gruntowego.

Skład grupy:

Martyna Ignar

Karolina Kamińska

Joanna Kmin

Marek Kołodziejczyk

Data ćwiczenia	15.03.2010r.
		Data oddania
		Ocena
		Podpis

1. Wstęp teoretyczny, definicje oznaczanych parametrów

1. Gęstość objętościowa gruntu

Gęstość objętościowa gruntu jest to stosunek masy próbki gruntu do jej objętości. Gęstość objętościową gruntu liczymy ze wzoru:

gdzie:

ρ- gęstość objętościowa (g/cm³; t/m³ )

m_m- masa próbki w stanie naturalnym

V- objętość badanej próbki (cm³; t³ )

Wartość gęstości objętościowej zależy od jego składu mineralnego, wilgotności i porowatości. Jest więc wartością zmienną.

W zależności od rodzaju gruntu oraz stanu i wielkości próbki przeznaczonej do badań stosuje się do oznaczania gęstości objętościowej gruntu jedną z trzech metod:

• metodę pierścienia tnącego

• metodę rtęciową

• metodę wyporu hydrostatycznego wody lub cieczy organicznych (metoda parafinowania)

• metodę oznaczania gęstości objętościowej w cylindrze.

Pierwsze trzy metody stosuje się przy badaniu gruntów spoistych, drugą i trzecią również dla gruntów skalistych, natomiast metodę czwartą - przy badaniu gruntów sypkich.

1. Metoda pierścienia tnącego

Metodę pierścienia tnącego stosuje się przy badaniu próbek gruntów spoistych o nienaruszonej strukturze, o dostatecznie dużej objętości oraz z stanie pozwalającym na zastosowanie pierścienia bez naruszania struktury próbki.

2. Gęstość właściwa szkieletu gruntowego

Gęstość właściwa szkieletu gruntowego jest to stosunek masy szkieletu gruntowego do objętości tego szkieletu i obliczmy ją ze wzoru:

gdzie:

ρ_s- gęstość właściwa szkieletu gruntowego (g/cm³; t/m³ )

m_s- masa szkieletu gruntowego

V- objętość szkieletu gruntowego (cm³; t³ ), czyli objętość zapełniona w próbce gruntu przez cząstki stałe

Gęstość właściwa szkieletu gruntowego jest parametrem określającym szkielet gruntu, jej wartość zależy więc od składu mineralnego gruntu i innych domieszek w nim zawartych

Gęstość właściwą można oznaczyć dwiema metodami, przy czym wybór metody zależy od rodzaju gruntu:

• metoda piknometru (dla gruntów nie zawierających soli mineralnych rozpuszczalnych w wodzie),

• metoda kolby Le Chateliera (dla gruntów zawierających sole mineralne rozpuszczalne w wodzie i gruntów organicznych).

1. Uziarnienie gruntów

Badanie uziarnienia (składu granulometrycznego) gruntu polega na określeniu zawartości w nim poszczególnych frakcji. Badanie uziarnienia gruntów niespoistych wykonuje się metodą sitową, a w gruntach spoistych najczęściej stosuje się metodą areometryczną. Pozwala to na wykreślenie krzywej uziarnienia, ustalenie rodzaju i nazwy badanego gruntu. Znajomość rodzaju badanego gruntu pozwala na prognozowanie jego właściwości oraz ustalenie zakresu dalszych badań.

2. Analiza sitowa

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 i określa ich nazwę.

3. Wskaźnik uziarnienia

Wartość wskaźnika uziarnienia liczymy ze wzoru:
gdzie:

d₆₀- średnica takiego ziarna (cząstki), od którego jest mniejszych (wagowo) 60% ziaren (cząstek) w badanym gruncie

d₁₀- średnica takiego ziarna (cząstki), od którego jest mniejszych (wagowo) 10% ziaren (cząstek) w badanym gruncie

Jeśli: U≤5- grunt równoziarnisty; 5<U≤15- grunt różnoziarnisty; U>15- grunt bardzo różnoziarnisty

4. Wskaźnik krzywizny

Wskaźnik krzywizny liczymy ze wzoru:


2. Opis wykonywanych czynności:

1. Badanie makroskopowe gruntu

Badania makroskopowe mają na celu określenie nazwy gruntu i niektórych jego cech fizycznych bez pomocy przyrządów. Najczęściej badania makroskopowe obejmują określenie rodzaju i nazwy gruntu, jego barwy i wilgotności oraz zawartości węglanu wapnia.

1. Badanie gruntu spoistego ( do oznaczenia gęstości objętościowej )

- Spoistość gruntu:

Podczas próby wałeczkowania mogliśmy zauważyć, iż dany grunt nie posiada połysku. Dodatkowo zauważalne były również spękania poprzeczne. Na podstawie powyższych obserwacji stwierdziliśmy, iż badany przez nas grunt jest średnio spoisty.

- Zawartość ziaren frakcji piaskowej:

Aby zbadać zawartość frakcji piaskowej w gruncie, należało przeprowadzić próbę rozcierania gruntu w wodzie. Po jej przeprowadzeniu oceniliśmy, iż w badanym gruncie były pojedyncze ziarna piasku.

Na podstawie dwóch powyższych badań stwierdziliśmy, iż badanym przez nas gruntem jest Glina (G)

- Stan gruntu:

Przeprowadzona wcześniej próba wałeczkowania daje nam również możliwość określenia stanu badanego gruntu. Określa się go wykazując, przy której próbie wałeczkowania dany grunt zacznie się rozsypywać. W trakcie badań otrzymaliśmy następujące wyniki udanych prób wałeczkowań. X₁ = 2 ; X₂ = 3 ; X₃ = 3

Na podstawie powyższych wyników stwierdziliśmy, że badany przez nas grunt jest plastyczny.

- Barwa gruntu:

Barwę badanego gruntu określiliśmy na przełamie jako pstrą.

- Wilgotność:

Grudka badanego gruntu pozostawia wilgotny ślad na kartce papieru. Grunt określiliśmy jako wilgotny.

- Zawartość CaCO₃:

Nasz grunt po skropieniu go 20-procentowym roztworem kwasu solnego nie reagował. Także zawartość CaCO₃ w badanym gruncie wynosiła <1%, z czego wynika, że jest to I klasa zawartości węglanów (zgodnie z PN-88/B-04481 Tablica 4).

2. Badanie gruntu sypkiego I ( do wykonania analizy sitowej )

- Zawartość frakcji:

Rozsypaliśmy próbkę badanego gruntu na kartce papieru i za pomocą lupy z podziałką mikrometryczną określiliśmy następujące zawartości frakcji w gruncie:

Ø > 2 mm: < 10% ; Ø > 0,5 mm: < 50% ; Ø > 0,25 mm: < 50%

Oddzielne ziarna piasku są widoczne z odległości 20-30 cm.

- Uziarnienie (nazwa i symbol):

Na podstawie powyższego badania, korzystając z PN-88/B-04481 Tablica 3, stwierdziliśmy, że badanym gruntem jest Piasek drobny P_d.

- Barwa gruntu:

Barwę badanego gruntu określiliśmy jako żółtą.

- Wilgotność:

Grudka badanego przez nas gruntu była sucha, nie wykazała śladu wilgoci, a przy przesypywaniu kurzyła się. Grunt określiliśmy jako suchy.

- Zawartość CaCO₃:

Nasz grunt po skropieniu go 20-procentowym roztworem kwasu solnego nie wykazywał śladu reakcji. To pozwoliło nam na stwierdzenie, że badany grunt zawiera <1% CaCO₃, I klasa (zgodnie z PN-88/B-04481 Tablica 4).

3. Badanie gruntu sypkiego II (do oznaczenia gęstości właściwej)

- Zawartość frakcji:

Rozsypaliśmy próbkę badanego gruntu na kartce papieru i za pomocą lupy z podziałką mikrometryczną określiliśmy następujące zawartości frakcji w gruncie:

Ø > 2 mm: < 10% ; Ø > 0,5 mm: < 50% ; Ø > 0,25 mm: < 50%

Oddzielne ziarna piasku są widoczne z odległości 20-30 cm.

- Uziarnienie (nazwa i symbol):

Na podstawie powyższego badania, korzystając z PN-88/B-04481 Tablica 3, stwierdziliśmy, że badanym gruntem jest Piasek drobny P_d.

- Barwa gruntu:

Barwę badanego gruntu określiliśmy jako żółtą.

- Wilgotność:

Grudka badanego przez nas gruntu była sucha, nie wykazała śladu wilgoci, a przy przesypywaniu kurzyła się. Grunt określiliśmy jako suchy.

- Zawartość CaCO₃:

Nasz grunt po skropieniu go 20-procentowym roztworem kwasu solnego nie reagował. To pozwoliło nam na stwierdzenie, że badany grunt zawiera <1% CaCO₃, I klasa (zgodnie z PN-88/B-04481 Tablica 4).

2. Badanie uziarnienia gruntów. Oznaczenie gęstości objętościowej gruntu oraz gęstości właściwej szkieletu gruntowego.

1. Określenie naturalnej gęstości objętościowej gruntu metodą pierścienia tnącego.

• Wyznaczamy masę pierścienia tnącego:

Pierścień po zważeniu ma masę m_p=31,55g

• Wyznaczamy średnicę wewnętrzną pierścienia:

Za pomocą suwmiarki mierzymy średnicę wewnętrzną pierścienia w trzech różnych miejscach, otrzymując wyniki: d₁ = 25,0 mm; d₂ = 25,0 mm ; d₃ = 24,9 mm.

Następnie liczymy d średnie:


• Wyznaczamy wysokość pierścienia:

Za pomocą suwmiarki mierzymy wysokość pierścienia w trzech różnych miejscach, otrzymując wyniki: h₁ = 20,2 mm; h₂ = 20,2 mm ; h₃ = 20,2 mm

Następnie liczymy h średnie:


• Obliczamy objętość pierścienia ze wzoru:
  




• Wciskamy pierścień równomiernie w grunt, a następnie oczyszczamy jego zewnętrzne ściany z gruntu

• Wyrównujemy górną i dolną powierzchnię gruntu równo z krawędziami pierścienia

• Ważymy pierścień wraz z gruntem, badanie wykonujemy dwukrotnie

Masa pierścienia z gruntem wynosi: m_pρ1=48,96 g; m_pρ2=49,07 g;

1. Określenie gęstości właściwej szkieletu gruntu metodą piknometryczną.

• Ważymy pustą i suchą kolbę (piknometr): m_t=26,66g

• Wsypujemy przygotowaną próbkę gruntu do kolby (oznaczoną wyżej jako grunt sypki II)

• Ważymy piknometr wraz z gruntem: m_g=39,84g

• Wypełniamy piknometr wraz z gruntem wodą destylowaną do około 2/3 objętości piknometru

• Dopowietrzamy próbkę, dokładnie mieszając piknometr

• Uzupełniamy wodą destylowaną do kreski na szyjce piknometru, tak aby menisk dolny pokrył się z kreską

• Ważymy piknometr wraz z gruntem i wodą: m_wg=84,43g

• Wylewamy zawartość piknometru, dokładnie płuczemy piknometr, wlewamy do niej wodę destylowaną do kreski, a następnie ważymy: m_wt=76,22g

1. Badanie uziarnienia gruntu sypkiego - metoda sitowa

• Komplet suchych, czystych sit ustawiamy w kolumnę na wstrząsarce, w ten sposób, że na górze znajdują się sito o największym wymiarze oczek, a pod nim kolejno sita o coraz mniejszym wymiarze oczek. Pod sitem dolnym umieszczamy płaskie naczynie, dopasowane do sita.

• Na górne sito wsypujemy wysuszoną i zważoną próbkę, przykrywamy górne sito szczelnym wieczkiem, mocujemy uchwytami całość i włączamy wstrząsarkę. Wstrząsanie powinno trwać 5 minut.

• Po wyłączeniu wstrząsarki zawartość pozostałą na każdym sicie przesiewamy ręcznie przez co najmniej 1 minutę nad czystym arkuszem białego papieru. Jeżeli na arkuszu po tej czynności znajdą się ziarna lub cząstki gruntu , przesypujemy je z kartki na sito następne o drobniejszym wymiarze oczek natomiast pozostałość na sicie, którym wstrząsaliśmy , przesypujemy do plastykowego, wytarowanego naczynia i oznaczamy masę ziarn

• Obliczamy procentową zawartość poszczególnych frakcji,

• Aby uzyskane dane z analizy sitowej przygotować do wykonania krzywej uziarnienia sumujemy kolejno procentowe zawartości danych frakcji wraz z frakcjami większymi,

• Na podstawie wykresu uziarnienia określamy inne parametry gruntu takie jak d10 , d30 d60, U, C.

3. Obliczanie wyników

1. Gęstość objętościowa gruntu:

• Gęstość objętościowa gruntu obliczamy ze wzoru:
  

V_p=9,72 cm³; m_pρ1=48,96g; m_pρ2=49,07g; m_p=31,55g

• Dla I badania:




• Dla II badania:




• Spełnione jest kryterium poprawności wyników, gdyż różnica wyników ρ₁ oraz ρ₂ nie przekracza 0,02g/cm³.

• Za wynik przyjmujmy średnią arytmetyczną wartości uzyskanych z badania obu próbek, z czego wynika, że wartość gęstości objętościowej gruntu, oznaczonej metodą pierścienia, wynosi ρ=1,8 g/cm³

1. Gęstość właściwa szkieletu gruntu:

• Masę szkieletu gruntowego m_s otrzymujemy ze wzoru: m_s=m_g-m_t=39,84g-26,66g=13,18g

• Gęstość właściwą szkieletu gruntowego obliczamy ze wzoru:




gdzie: m_t=26,66g; m_g=39,84g; m_wg=84,43g; m_wt=76,22g;

ρ_w=0,99706 g/cm³ (gęstość wody, przyjęta z tabeli dla temperatury t=24,9°)




1. Uziarnienie gruntu sypkiego

• Kryterium poprawności spełnione, ponieważ różnica między masą szkieletu gruntowego (Ms=288,71g) a sumą mas wszystkich frakcji (Σmi=287,79g) nie przekracza 0,5%.







• Z wykresu uziarnienia (Rys. 1) odczytujemy wartości d₁₀, d₃₀, d₆₀

• Obliczamy wskaźnik różnoziarnistości U


→ Grunt równoziarnisty

• Obliczam wskaźnik krzywizny:




4. Wnioski:

Za pomocą pierścienia tnącego, obliczyliśmy wartość gęstości objętościowej badanej próbki (ρ=1,8 g/cm³), którą w naszym przypadku była glina. Porównując otrzymany przez nas wynik gęstości objętościowej gliny ρ=1,8 g/cm³ z charakterystyczną wartością gęstości objętościowej dla gliny w stanie plastycznym ρ=2,05 g/cm³ (powołując się na normę PN-88/B-04481 ), wnioskujemy, że nasz wynik jest zaniżony w stosunku do normowego. Źródłem niedokładności w naszych wynikach może być naruszenie struktury próbki wzdłuż ścianek pierścienia przy jego wciskaniu w grunt lub też nieumiejętne wyrównywanie próbki nożem.

Gęstość właściwa szkieletu gruntowego wyszła nam ρ_s=2,64 g/cm³. Porównując z wartościami normowymi, zauważamy że nasza wartość spełnia kryterium poprawności wyników gdyż różni się mniej niż 0,02 g/cm³ od wartość normowej przyjętej dla piasku, która wynosi ρ_s=2,65-2,67g/cm³

Kryterium poprawności badania uziarnienia metodą sitową spełnione, ponieważ różnica między masą szkieletu gruntowego (Ms=288,71g) a sumą mas wszystkich frakcji (Σmi=287,79g) nie przekracza 0,5%. Dla otrzymanych wartości wskaźnika różnoziarnistości U=2,5 oraz wskaźnika krzywizny C=0,9, wnioskujemy, iż dany grunt nie stanowi dobrego materiału do formowania nasypów.

- 6 -

---