BADANIA MAKROSKOPOWE
W jaki sposób można makroskopowo odróżnić grunt spoisty od niespoistego?
Określamy wzrokowo znając cechy różniące grunty między sobą.
Grunty spoiste - po wyschnięciu do stanu powietrznosuchego tworzą zwarte grudki, natomiast wilgotne przy ugniataniu w palcach odkształcają się platycznie.
Grunty niespoiste - po wyschnięciu do stanu powietrznosuchego rozsypują się pod własnym ciężarem i nie tworzą grudek lub powstałe grudki są tak słabe, że nie dają się podnieść w palcach.
Makroskopowe określanie rodzaju gruntów niespoistych.
Określa się wzrokowo lub za pomocą lupy z podziałką na podstawie wielkości ziaren oraz procentowej zawartości poszczególnych frakcji:
Nazwa gruntu |
Zawartość frakcji [%] |
||
|
> 2 mm |
> 0,5 mm |
> 0,25 mm |
żwir |
> 50 |
- |
- |
pospółka |
50 - 100 |
> 50 |
- |
piasek gruby |
< 10 |
> 50 |
- |
piasek średni |
< 10 |
< 50 |
> 50 |
piasek drobny |
< 10 |
< 50 |
< 50 |
piasek pylasty |
< 10 |
< 50 |
< 50 |
Makroskopowe określanie rodzaju gruntów spoistych.
Określa się na podstawie próby wałeczkowania i rozcierania gruntu w wodzie, a w przypadkach wątpliwych przeprowadza się próbę rozmakania.
Próba wałeczkowania. Z przeznaczonego do badań gruntu o naturalnej wilgotności należy pobrać grudkę, bez ziarn żwirowych, i uformować kulkę o średnicy około 7 mm. Kulkę należy ułożyć na wyprostowanej lewej dłoni i nasadą kciuka prawej dłoni wałeczkować grunt z szybkością około 2 ruchów na sekundę, nieznacznie naciskając, aż do osiągnięcia przez wałeczek średnicy 3 mm. Jeżeli wałeczek nie wykaże uszkodzeń, należy z niego ponownie uformować kulkę oraz powtórzyć wałeczkowanie. Czynności te należy powtarzać tak długo, aż wałeczek przy kolejnym wałeczkowaniu do średnicy 3 mm ulegnie wyraźnemu spękaniu lub rozsypie się.
Na podstawie rodzaju spękań i wyglądu wałeczka określa się spoistość gruntu.
Próba rozcierana w wodzie. Próbkę gruntu rozciera się między dwoma palcami zanurzonymi w wodzie. W ten sposób określa się zawartość frakcji piaskowej.
Próba rozmakania w wodzie. Próbkę gruntu o średnicy 10 - 15 mm, po wysuszeniu do stałej masy, umieszcza się na siatce o oczkach kwadratowych 5-cio mm i zanurza w wodzie. Czas rozmakania grudki, mierzony od chwili jej zanurzenia w wodzie do momentu przeniknięcia przez siatkę w wyniku rozmoknięcia, zależy od spoistości gruntu.
Jakie cechy gruntu można określić w badaniach makroskopowych?
Cechy gruntów:
rodzaj,
stan,
barwa,
wilgotność,
zawartość węglanu wapnia
Makroskopowe określanie stanu gruntów spoistych.
Stan gruntów spoistych określa się na podstawie ilości kolejnych wałeczkowań tej samej kulki gruntu, biorąc pod uwagę ile razy uzyskano wałeczek o średnicy 3 mm bez jego uszkodzenia. Wałeczkowanie należy zakończyć, gdy na powierzchni wałeczka wystąpią wyraźne poprzeczne spękania, a wałeczek o długości 4 - 5 cm podnoszony za jeden koniec pęka pod swoim ciężarem, lub gdy wałeczek popękał na kilka oddzielnych kawałków. Wałeczkowanie gruntów mało spoistych należy zakończyć, gdy wałeczek rozwarstwia się lub rozsypuje. Na tej podstawie określamy stan gruntu i stopień plastyczności.
Makroskopowe określanie wilgotności gruntów.
Wilgotność określamy:
grunt suchy - gdy bryłka grunty przy zgniataniu pęka i po rozdrobnieniu daje suchy proszek,
grunt mało wilgotny - gdy bryłka gruntu przy zgniataniu odkształca się plastycznie papier lub ręka przyłożone do gruntu nie stają się wilgotne,
grunt wilgotny - gdy papier lub ręka przyłożone do gruntu stają się wilgotne,
grunt mokry - gdy przy ściskaniu bryłki gruntu w dłoni odsącza się woda,
grunt nawodniony - gdy grunt jest płynny lub nasycony wodą, która odsącza się grawitacyjnie.
Jakie próbki gruntu pobiera się do badań laboratoryjnych?
Do badań laboratoryjnych pobiera się następujące rodzaje próbek gruntu:
o naturalnym uziarnieniu NU
o naturalnej wilgotności NW
o naturalnej strukturze NNS
Jak zmienia się barwa gruntu ze zmianą wilgotności gruntu?
Wraz ze wzrostem wilgotności próbka zmienia barwę na ciemniejszą, dlatego barwę gruntu należy określić na przełomie bryły gruntu o naturalnej wilgotności.
BADANIE GĘSTOŚCI OBJĘTOŚCIOWEJ, GĘSTOŚCI WŁAŚCIWEJ I WILGOTNOŚCI NATURALNEJ GRUNTU
Co to jest wilgotność naturalna gruntu?
Wilgotność naturalna gruntu wm jest to wilgotność jaką ma grunt w stanie naturalnym w złożu
w którym:
w - wilgotność gruntu [%]
mm - masa gruntu w stanie wilgotnym [g]
ms - masa gruntu wysuszonego (szkieletu gruntowego)
Jaką próbkę gruntu pobiera się do badania wilgotności naturalnej, gęstości objętościowej i gęstości właściwej szkieletu gruntowego?
Wilgotność naturalna - próbka o naturalnej wilgotności lub naturalnej strukturze o masie:
co najmniej 500g dla gruntów gruboziarnistych po oddzieleniu ziaren większych niż 25 mm,
co najmniej 50g dla piasków i pyłów,
co najmniej 30g dla pozostałych gruntów drobnoziarnistych.
Gęstość objętościowa gruntu - próbka o naturalnej strukturze, ilość jest zależna od metody oznaczenia.
Gęstość właściwa szkieletu gruntowego - próbka gruntu możliwie jednorodna, której masa po wysuszeniu w temp. 105°C powinna wynosić:
40 - 50 g dla piasków gliniastych, pyłów i pyłów piaszczystych,
35 - 40 g dla glin, glin piaszczystych i glin pylastych,
25 - 30 g dla glin zwięzłych, glin piaszczystych zwięzłych, iłów i iłów pylastych.
Podać definicję gęstości objętościowej gruntu.
Gęstość objętościowa gruntu jest to stosunek masy próbki gruntu w stanie naturalnym do jej objętości wg wzoru:
gdzie:
ρ - gęstość objętościowa gruntu,
mm - masa próbki gruntu w stanie naturalnym,
V - objętość próbki gruntu w stanie naturalnym.
Co to jest gęstość właściwa szkieletu gruntowego?
Gęstość właściwa szkieletu gruntowego jest to stosunek masy szkieletu gruntowego do objętości tego szkieletu wg wzoru:
gdzie:
ρs - gęstość właściwa szkieletu gruntowego,
ms - masa szkieletu gruntowego,
Vs - objętość szkieletu gruntowego.
Podać zależność między gęstością objętościową a ciężarem objętościowym gruntu?
Zależność określona jest wzorem:
gdzie:
γ - ciężar objętościowy gruntu,
ρ - gęstość objętościowa gruntu,
g - przyspieszenie ziemskie.
Sposoby określania gęstości objętościowej gruntu.
Sposoby określania:
oznaczenie w wodzie - badanie próbek gruntów spoistych o tak małej objętości, że nie można z nich wyciąć próbek NNS za pomocą pierścienia,
oznaczenie w rtęci - badanie próbek gruntów spoistych o małej objętości, które nie rozkruszają się w czasie badania,
oznaczenie w pierścieniu - badanie próbek gruntów spoistych o naturalnej strukturze i dostatecznie dużej objętości umożliwiającej pobranie próbki NNS do pierścienia,
oznaczenie w cylindrze - badanie różnych gruntów a w szczególności gruntów sypkich.
Podać definicję gęstości objętościowej szkieletu gruntowego.
Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego jest to stosunek masy szkieletu gruntowego próbki do jej całkowitej objętości, wg wzoru:
gdzie:
ρd - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego,
ms - masa szkieletu gruntowego (wysuszonej próbki do stałej masy),
V - całkowita objętość próbki gruntu (przed suszeniem).
Co to jest porowatość i wskaźnik porowatości gruntu? Podać zależność między nimi.
Porowatość gruntu - jest to stosunek objętości porów w próbce gruntu do jej całkowitej objętości wg wzoru:
gdzie:
n - porowatość, liczba niemianowana,
Vp - objętość porów w próbce gruntu,
V - całkowita objętość próbki gruntu.
Porowatość zależy od struktury gruntu, od wielkości i równomierności uziarnienia oraz od zagęszczenia gruntu.
Wskaźnik porowatości gruntu jest to stosunek objętości porów w próbce gruntu do objętości jej szkieletu gruntowego wg wzoru:
gdzie:
e - wskaźnik porowatości, liczba niemianowana,
Vp - objętość porów w próbce gruntu,
Vs - objętość szkieletu gruntowego.
Zależność między w/w wielkościami określają wzory:
Podać definicję stopnia wilgotności gruntu.
Stopień wilgotności określa stopień wypełnienia wodą porów gruntu. Stopień wilgotności jest to stosunek objętości wody, znajdującej się w porach próbki gruntu, do całkowitej objętości porów w tej próbce gruntu, albo jest to stosunek wilgotności naturalnej gruntu do jego wilgotności całkowitej:
gdzie:
Sr - stopień wilgotności,
Vw - objętość wody znajdującej się w porach gruntu,
Vp - całkowita objętość porów w gruncie,
wn - wilgotność naturalna gruntu,
wr - wilgotność całkowita gruntu.
Gęstość objętościowa przy całkowitym nasyceniu porów gruntu wodą.
Gęstość objętościowa z uwzględnieniem wyporu wody.
Podać podział gruntów niespoistych ze względu na stopień wilgotności Sr.
W zależności od stopnia wilgotności grunty niespoiste mogą mieć następujące stany wilgotności:
a) mało wilgotny gdy 0 ≤ Sr ≤ 0,4
b) wilgotny gdy 0,4 < Sr ≤ 0,8
c) mokry gdy 0,8 < Sr ≤ 1,0
3. BADANIE GRANIC KONSYSTENCJI GRUNTU
Podać definicję: granicy skurczalności (ws), granicy plastyczności (wp) i granicy płynności (wL).
Granica skurczalności (ws) jest to wilgotność, jaką posiada grunt na granicy stanu zwartego i półzwartego, po osiągnięciu której, pomimo dalszego wysychania, grunt nie zmienia swojej objętości, zmieniając jednocześnie barwę na jaśniejszą.
Granica plastyczności (wp) jest to wilgotność, jaką posiada grunt na granicy stanu półzwartego i twardoplastycznego, czyli na granicy konsystencji zwartej i plastycznej.
Po uzyskaniu przez grunt, podczas wałeczkowania, granicy plastyczności, wałeczek pęka po osiągnięciu średnicy około 3 mm.
Granica płynności (wL) jest to wilgotność, jaką ma grunt na granicy stanu miękkoplastycznego i płynnego, czyli na granicy konsystencji plastycznej i płynnej.
Przy tej wilgotności bruzda rozdzielająca próbkę gruntu w miseczce aparatu Casagrande'a złączy się po 25 uderzeniach miseczki na długości 10 mm i wysokości 1 mm.
Granica płynności (wL) jest to wilgotność, jaką ma grunt na granicy stanu miękkoplastycznego i płynnego, przy której stożek Wasiliewa zagłębia się w próbkę gruntu na głębokość 10 mm.
Sposób określenia granicy plastyczności.
Z gruntu przeznaczonego do badań, o naturalnej wilgotności, należy wydzielić próbkę możliwie jednorodną o masie około 50g. W przypadku, gdy grunt jest w stanie zwartym lub półzwartym, należy go nasycić wodą destylowaną do stanu plastycznego. Grunty o konsystencji płynnej, które nie dają się wałeczkować na skutek rozmywania się w dłoni, należy podsuszyć w temperaturze pokojowej do stanu plastycznego. W obu przypadkach grunt musi być wyrobiony na jednolitą masę. Z badanego gruntu należy usunąć ziarna o średnicy większej niż 2 mm.
Z przygotowanej próbki gruntu należy pobrać grudkę, uformować z niej kulkę o średnicy około 7 mm i wałeczkować ją na dłoni, aż wałeczek uzyska średnicę 3 mm, po czym z wałeczkowanego gruntu uformować ponownie kulkę. Czynność wałeczkowania należy powtarzać tak długo, aż wałeczek ulegnie wyraźnemu uszkodzeniu (spęka, rozwarstwi się lub rozsypie). Za moment spękania należy przyjąć chwilę, gdy wałeczek rozdzieli się na oddzielne kawałki po podniesieniu go za jeden koniec. Wszystkie kawałki wałeczka należy włożyć do naczyńka wagowego i zamknąć doszlifowaną pokrywą.
Czynności wałeczkowania należy wykonać na kilku kulkach, aż w dwu naczyńkach zbierze się co najmniej po 5 - 7 g grutnu.
Po zakończeniu wałeczkowania, w czasie którego naczyńka muszą być szczelnie przykryte, należy wyznaczyć wilgotność gruntu w obu naczyńkach według wzoru:
w którym:
w - wilgotność gruntu [%]
mm - masa gruntu w stanie wilgotnym [g]
ms - masa gruntu wysuszonego (szkieletu gruntowego)
Sposoby określania granicy płynności.
(przy pomocy aparatu Casagrande'a)
Próbkę gruntu w postaci jednorodnej pasty należy nakładać do miseczki aparatu cienkimi warstwami za pomocą łopatki w taki sposób, aby nie pozostały w niej pęcherzyki powietrza, a rozsmarowany grunt w miseczce utworzył wklęsłą powierzchnię walcową. Grunt powinien wypełniać przednią część miseczki oddaloną od zawieszenia miseczki o 1/3 jej średnicy. Największa grubość warstwy gruntu nie powinna być mniejsza niż 9 mm. Po nałożeniu gruntu do miseczki i sprawdzeniu ich łącznej masy, która powinna wynosić 210 ± 1g , w gruncie należy wykonać bruzdę, przeciągając rylec skierowany prostopadle do powierzchni dna miseczki i w kierunku prostopadłym do osi obrotu miseczki. Następnie, miseczkę z gruntem należy umieścić w aparacie i obracać korbką aparatu z szybkością dwóch obrotów na sekundę, powodując uderzenia miseczki o podkładkę. Ilość uderzeń należy liczyć aż do chwili zlania się brzegów bruzdy na długości 10 mm i wysokości 1 mm. Następnie ze środka bruzdy należy pobrać do tygielka porcelanowego lub parowniczki około 10g gruntu i oznaczyć jego wilgotność, zaś pozostałą część gruntu przełożyć do parowniczki i wymieszać z niewielką ilością wody destylowanej (od kilku do kilkunastu kropli). Po dokładnym wymieszaniu nakłada się ponownie pastę gruntową do miseczki i powtarza czynności jak poprzednio. Badanie to należy wykonywać co najmniej pięciokrotnie, regulując dodawanie wody do masy gruntowej w taki sposób, by dwa lub trzy badania wykazały liczbę uderzeń mniejszą od 25. Do obliczenia wyników należy przyjmować tylko badania, które wykazały liczbę uderzeń w granicach 35 do 12.
(przy pomocy stożku Wasiliewa)
Próbkę gruntu w postaci jednorodnej masy należy nałożyć do naczynia cylindrycznego za pomocą łopatki, tak aby nie powstały w niej pęcherzyki powietrza, a następnie wygładzić powierzchnię próbki równo z brzegami naczynia. Przed przystąpieniem do wykonania oznaczenia stożek należy przetrzeć watą lekko zwilżoną olejem wrzecionowym, a następnie, trzymając go w palcach ostrzem skierowanym w dół, dotknąć ostrzem powierzchni próbki w naczyniu i zwolnić uchwyt palców, tak aby stożek zagłębił się w próbkę pod własnym ciężarem. Po upływie około 5 sekund od momentu zwolnienia stożka należy ustalić jego zagłębienie, oceniając je wg poziomu położenia obu rowków. Następnie należy wyjąć stożek z naczynia i z bezpośredniego sąsiedztwa miejsca zagłębienia stożka pobrać do tygielka lub parowniczki 10 - 15 g gruntu i oznaczyć jego wilgotność. Oznaczenie zagłebienia stożka należy przeprowadzić przy 3 różnych zagłębieniach gruntu, z tym, że nie powinno ono być mniejsze od 8 mm i większe od 12 mm.
Wskaźnik plastyczności i wynikający z niego podział gruntów spoistych.
Wskaźnik plastyczności jest to różnica wilgotności pomiędzy granicą płynności i granicą plastyczności, według wzoru:
Ip = wL - wP
w którym:
Ip - wskaźnik plastyczności [%],
wL - granica płynności [%],
wP - granica plastyczności [%]
lub
Ip = wL - wP
gdy granica płynności wL przyjęta została według Wasiliewa.
Wskaźnik plastyczności wskazuje ile wody (w procentach, w stosunku do masy szkieletu) wchłania grunt przy przejściu przez konsystencję plastyczną, to jest od granicy plastyczności do granicy płynności.
Grunty o niskim wskaźniku plastyczności mogą łatwo się upłynniać już przy nieznacznym zawilgoceniu.
Wskaźnik plastyczności wzrasta wraz ze wzrostem spoistości gruntu, to jest wraz z zawartością frakcji iłowej w gruncie.
Spoistość gruntu |
Wskaźnik plastyczności Ip |
|
<= 1 1 -10 10 - 20 20 - 30 > 30 |
Stopień plastyczności i wynikający z niego podział gruntów spoistych.
Stopniem plastyczności nazywamy stosunek różnicy wilgotności danego gruntu i granicy plastyczności do wskaźnika plastyczności, czyli różnicy granicy płynności i granicy plastyczności, według wzoru:
w którym:
IL - stopień plastyczności, liczba niemianowana,
Ip - wskaźnik plastyczności, liczba niemianowana.
Stan gruntu |
Stopień plastyczności |
|
IL < 0 IL <= 0 0 < IL <= 0,25 0,25 < IL <= 0,5 0,5 < IL <= 1,0 1,0 < IL |
Wymienić konsystencje i stany gruntów spoistych.
Rodzaje konsystencji gruntów spoistych:
płynna
plastyczna
zwarta
Stany gruntów spoistych:
zwarty
półzwarty
twardoplastyczny
plastyczny
miękkoplastyczny
płynny
Jakie próbki gruntu pobiera się do badania granic konsystencji.
Granica skurczalności - próbka o naturalnej strukturze
Granica plastyczności - próbka o naturalnej wilgotności
Granica płynności - próbka o naturalnej wilgotności
Wymienić znane nazwy gruntów spoistych z podaniem symboli
Piasek gliniasty Pg
Pył piaszczysty - Πp
Pył - Π
Glina piaszczysta - Gp
Glina - G
Glina pylasta - GΠ
Glina piaszczysta zwięzła - Gpz
Glina zwięzła - Gz
Glina pylasta zwięzła - GΠZ
Ił piaszczysty - Ip
Ił - I
Ił pylasty - IΠ
4. BADANIE UZIARNIENIA GRUNTU
Podać definicję wskaźnika różnoziarnistości.
Wzór:
gdzie:
U - wskaźnik niejednorodności uziarnienia, liczba niemianowana
d60 - średnica zastępcza ziaren lub cząstek, poniżej której zawarte jest w gruncie 60% ziaren i cząstek
d10 - średnica zastępcza ziaren lub cząstek, poniżej której zawarte jest w gruncie 10% ziaren i cząstek
Podział gruntów w zależności od wskaźnika różnoziarnistości.
równoziarniste U <= 5
nierównoziarniste 5 < U <= 15
bardzo nierównoziarniste 15 < U
Podać frakcje gruntu z podaniem wymiaru ziarn i cząstek.
kamienista d > 40 mm
żwirowa 40 => d > 2 mm
piaskowa 2 => d > 0,05 mm
pyłowa 0,05 => d > 0,002 mm
iłowa 0,002 => d mm
Jakie badania przeprowadza się w celu dokładnego określenia rodzaju gruntu.
W celu dokładnego określenia rodzaju gruntu wykorzystywana jest analiza sitowa (do piasku drobnego, średniego, grubego, pospółki, żwiru) i analiza aerometryczna (dla cząstek mniejszych od najmniejszych oczek sita).
Jakie próbki gruntu pobiera się do analizy sitowej.
Próbka po odsianiu ziaren o wymiarach większych niż 40 mm i po wysuszeniu do stałej masy 105°C powinna mieć:
200 - 250 g dla piasku drobnego
250 - 500 g dla piasku średniego
500 - 5000 g dla piasku grubego, pospółki i żwiru
Narysować przykładowy wykres uziarnienia gruntu z dokładnym opisem osi.
Na czym polega analiza aerometryczna?
Polega na oznaczeniu uziarnienia gruntu na podstawie określania prędkości opadania w wodzie cząstek gruntowych o średnicach zastępczych mniejszy od 0,06 lub 0,074 mm.
Jako średnicę zastępczą przyjmuje się średnicę cząstek kulistych opadających w wodzie z taką samą prędkością jak rzeczywiste cząstki gruntowe
Podział gruntów nieskalistych mineralnych ze względu na uziarnienie.
Kamieniste: d50 > 40 mm
Gruboziarniste: d50 <= 40 mm i d90 > 2 mm
Drobnoziarniste: d90 <= 2 mm
Wymienić znane nazwy gruntów niespoistych (sypkich) z podaniem symboli.
Piasek gruby Pr
Piasek średni Ps
Piasek droby Pd
Piasek pylasty Pπ
BADANIE KĄTA TARCIA WEWNĘTRZNEGO I SPÓJNOŚCI W APARACIE TRÓJOSIOWEGO ŚCISKANIA
1. Omówić budowę aparatu trójosiowego ściskania.
Główną częścią aparatu trójosiowego jest klosz ciśnieniowy, w którym umieszcza się próbkę gruntu. Klosz przymocowany jest do podstawy, w której znajduje się trzon podpierający próbkę oraz dopływ i odprowadzenie wody. W górnej części klosza jest tłok roboczy, przekazujący obciążenie pionowe na próbkę gruntu.
Rys.
2. Omówić istotę badań w aparacie trójosiowego ściskania z konsolidacją i bez konsolidacji próbki.
Na próbkę o kształcie cylindrycznym naciąga się szczelną gumową powłokę, łączącą próbkę z dolnym i górnym filtrem. Po ustaleniu klosza wpuszcza się wodę, którą następnie spręża się do ciśnienia roboczego σ3. Ścinanie przeprowadza się dodając dodatkowo pionowy nacisk q od góry, który zwiększa się od chwili przezwyciężenia przez próbkę sił oporu. Łączymy maksymalny nacisk od wody i dodatkowego obciążenia, oznaczony σ1. Naprężenia σ1 i σ3 są naprężeniami głównymi. Próbka ściana się pod kątem α do poziomu. Wielkość naprężenia normalnego σ i stycznego τ wyznacza się za pomocą koła Mohra.
5. Wymienić wady i zalety aparatu trójosiowego ściskania.
Wady:
- skomplikowana budowa, obsługa i przebieg oznaczania
Zalety:
- symulowanie rzeczywistych warunków,
- powierzchnia ścinania jest wolna (rzeczywista),
- możliwość zmiany prędkości ścinania.
6. Czy oprócz aparatu skrzynkowego i trójosiowego stosuje się inne aparaty do badania wytrzymałości gruntów na ściananie.
Stosuje się metodę penetrometru tłoczkowego. Spójność gruntu określa się przy założeniu Φn = 0 z oznaczonej w umownych warunkach pomiaru granicznej siły wciskania Qf. Oznaczenie spójności przy użyciu penetrometru tłoczkowego wykonuje się jako uzupełnienie badań makroskopowych.