Wilgotność

optymalna

Wykonanie oznaczenia

wilgotności optymalnej w

aparacie PROCTORA

wg PN-88/B-04481

Wprowadzenie

• Wilgotnością optymalną w

opt

nazywamy taką wilgotność, przy

której w danych warunkach można

osiągnąć największe zagęszczenie

gruntu, a więc maksymalną gęstość

objętościową szkieletu gruntowego

ρ

dmax

. Badanie wilgotności optymalnej

wykonuje się głównie przy

zagęszczaniu gruntów pod

nawierzchnie drogowe, lotniska, przy

formowaniu nasypów ziemnych.

Stopień zagęszczenia

Stopniem zagęszczenia I

D

gruntów sypkich nazywamy

stosunek zagęszczenia istniejącego w naturze do

największego możliwego zagęszczenia. Obliczamy go

według wzoru:

I

D

= (V

MAX

-V)/(V

MAX

-V

MIN

) ,

V

MAX

- objętość maksymalnie luźno usypanego gruntu

V - naturalna objętość gruntu
V

MIN

- objętość możliwie najbardziej zagęszczonego gruntu

I

S

= ρ

d

/ ρ

dmax

- wskaźnik zagęszczenia

ρ

d

- gęstość objętościowa szkieletu badanego gruntu

zagęszczonego

ρ

dmax

- maksymalna gęstość objętościowa gruntu - gęstość

I

D

=

(I

S

- 0,845) / 0,188 -

stopień zagęszczenia (wzór

empiryczny)

odpowiadająca wilgotności optymalnej

Podział gruntów sypkich ze względu na stan

zagęszczenia zgodnie z EN 1997-1:2004

Eurokod 7

0,0 < I

D

≤ 0,33 luźne

0,34 < I

D

≤ 0,67 średnio

zagęszczone

0,68 < I

D

≤ 0,80 zagęszczone

0,81 < I

D

≤ 1,0 bardzo

zagęszczone

Sprzęt laboratoryjny

• Aparat Proctora o wybranej wielkości cylindra i ubijaka

• Suszarka

• Parowniczki /naczynka wagowe/ do oznaczenia wilgotności

• Waga techniczna

• Nóż do usuwania nadmiaru gruntu zalegającego powyżej

górnej krawędzi cylindra

• Łopatka służąca do mieszania i wsypywania próbki gruntu

do cylindra

• Suwmiarka, linijka

• Sito o boku oczka kwadratowego 6 i 10 mm

Schemat aparatu Proctora

1 – cylinder
2 – nasadka
3 – zamek łączący

nasadkę z
cylindrem

4 – podstawa
5 – śruby łączące

cylinder z
podstawą

Ubijak stalowy:
1 – ubijak (młot)
2 – szklanka
3 – pręt prowadzący
4 – ogranicznik

wysokości spadu

Przygotowanie próbek do

oznaczenia

• Masa próbki gruntu przeznaczonego do oznaczania powinna

wynosić w stanie powietrznosuchym 2,5-3 kg na 1dm

3

objętości cylindra użytego do oznaczania.

• Do oznaczania należy przygotować 3 próbki.

• Pobrane próbki należy rozdrobnić i przesiać przez sito o boku

oczka kwadratowego 6 mm (oznaczanie przy pomocy małego

cylindra ), lub przez sito o boku oczka 10 mm (w przypadku

dużego cylindra).

• Pozostałość na sicie należy zważyć i oznaczyć jej procentową

zawartość w próbce.

• Przesiewaną część próbki należy zmieszać z wodą

destylowaną lub pitną w ilości 60cm

3

dla gruntów niespoistych

(sypkich) lub 100-150cm

3

dla gruntów spoistych, licząc na 1

dm

3

objętości użytego cylindra.

• Po dokładnym wymieszaniu próbki gruntu z wodą należy

umieścić ją w szczelnie zamkniętym naczyniu na co najmniej

15h

Metody zagęszczania próbek gruntu – w

zależności od wielkości cylindra, ilości

warstw, ilości i wysokości spadania ubijaka.

Wybór metody zależy od wielkości ziaren i

programu badań

• Metoda I – grunt układamy w małym

cylindrze, w trzech warstwach, zagęszczając

każdą warstwę 25 uderzeniami ubijaka

lekkiego opuszczanego z wysokości 320 mm

• Metoda II – grunt układamy w cylindrze

dużym, w trzech warstwach, zagęszczając

każdą warstwę 55 uderzeniami ubijaka

lekkiego opuszczanego z wysokości 320 mm

Metody zagęszczania próbek

gruntu c.d

• Metoda III – grunt układamy w cylindrze

małym, w pięciu warstwach, zagęszczając
każdą warstwę 25 uderzeniami ubijaka
ciężkiego, opuszczanego z wysokości 480
mm

• Metoda IV – grunt układamy w cylindrze

dużym, w pięciu warstwach, zagęszczając
każdą warstwę 55 uderzeniami ubijaka
ciężkiego, opuszczanego z wysokości 480
mm

Metody zagęszczania -

porównanie

Wykonanie badania:

• Ważenie pustego cylindra m

t

oraz oznaczonych

wcześniej parowniczek

• Pomiar średnicy wewnętrznej d i wysokości h cylindra

• Próbkę gruntu przygotowaną zgodnie z wcześniej

omówionymi wskazaniami, należy ubijać w cylindrze w

zależności od wybranej metody zagęszczania

• Po zagęszczeniu drugiej warstwy – metoda I i II lub

czwartej warstwy – dla metody III i IV należy w

cylindrze umieścić nasadkę

• Ilości gruntu przypadające na poszczególne warstwy

należy tak dobierać, aby po ułożeniu ostatniej warstwy

ubity grunt wystawał 5-10 mm ponad górną krawędź

cylindra

• Przed ułożeniem kolejnej warstwy gruntu do cylindra

należy powierzchnię poprzednio ubitej porysować

nożem. Każda ułożona warstwa gruntu powinna zostać

wyrównana i lekko ugnieciona przed przystąpieniem do

ubijania.

Wykonanie badania c.d.:

• Po ubiciu ostatniej warstwy nadmiar gruntu należy

ściąć nożem lub linijką o ostrych krawędziach.

Nadmiar gruntu należy usuwać od środka ku krawędzi

• Ważenie oczyszczonego z zewnątrz cylindra z gruntem

m

wt

• Oznaczenie gęstości objętościowej szkieletu

gruntowego p

d

• Pobranie próbek (min. 10) do oznaczenia wilgotności

• Rozdrobnienie gruntu i dodanie takiej ilości wody, aby

jego wilgotność zwiększyła się o 1-2%

• Po każdorazowym dodaniu wody należy grunt

umieścić ponownie w cylindrze i analogicznie wykonać

wyżej opisane zagęszczanie gruntu oraz pobrać

próbkę na wilgotność. Czynności te należy powtarzać

do chwili gdy masa cylindra z gruntem zacznie się

zmniejszać. Dopuszcza się najwyżej 5-krotne

wykonanie zagęszczenia tej samej próbki gruntu.

Następne zagęszczenia powinny odbywać się na

innych, przygotowanych równolegle próbkach

Obliczenia:

Objętość wewnętrzna cylindra

V=d

2

π h/4

d - średnica cylindra

h - wysokość cylindra

Gęstość objętościowa gruntu:
ρ=(m

wt

- m

t

)/V [g/cm

3

]

m

wt

– masa cylindra z gruntem

m

t

– masa pustego cylindra

V – objętość wewnętrzna cylindra

Wilgotność próbki:

w=[(m

wp

- m

sp

)/(m

sp

- m

p

)] x 100%

m

wp

– masa parowniczki z gruntem wilgotnym [g]

m

sp

– masa parowniczki z gruntem suchym [g]

m

p

– masa pustej parowniczki [g]

Gęstość objętościowa szkieletu

gruntowego:

ρ

d

= ρ / (1+w) [g/cm

3

]

ρ – gęstość objętościowa gruntu
w – wilgotność gruntu

Karta badania:

Po oznaczeniu wilgotności (w) i gęstości

objętościowej szkieletu gruntowego (ρ

d

) należy dla

poszczególnych oznaczeń sporządzić wykresy
zależności ρ

d

od w:

Jako wilgotność optymalną (w

opt

) należy przyjąć

należy przyjąć wartość wilgotności, która
odpowiada maksymalnej gęstości objętościowej
szkieletu gruntowego

Poprawki ze względu na zawartość

grubych ziarn (pozostałość na sicie)

Masa odsianych z próbki grubszych ziarn jest >5%

<25% to stosujemy następujące wzory:

Jeżeli masa ziarn < 5% całkowitej masy szkieletu gruntowego

próbki, stosujemy stosujemy następujące wzory

Przykład.1.

Badanie przeprowadzone na 5 pomiarach przy
użyciu małego cylindra

Pomiar średnicy i wysokości cylindra (objętość cylindra):
d = 11,3 cm h = 10 cm
V = d

2

π h/4 = 1002,3 cm

3

Wyniki pomiarów i obliczenia zestawione w tabeli

ρ=(m

wt

- m

t

)/V [g/cm

3

]

w=[(m

wp

- m

sp

)/(m

sp

- m

p

)]

x 100%

ρ

d

= ρ / (1+w) [g/cm

3

]

w

opt

= 10 %