W O J S K O W A A K A D E M I A T E C H N I C Z N A

WYDZIAŁ INŻYNIERII, CHEMII I FIZYKI TECHNICZNEJ

MECHANIKA GRUNTÓW

SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

DATA SPRAWDZIŁ OCENA

............................. ...................... ...................

NAZWISKO I IMIĘ	GRUPA	ZESPÓŁ

W A R S Z A W A 2 0 0 7

T:1 CECHY FIZYCZNE GRUNTÓW

1. Badania makroskopowe - określenie rodzaju gruntu, jego barwy, stanu zawilgocenia, stanu zwartości, zawartości CaCO₃ oraz kwasowości (pH).

2. Określenie rodzaju gruntu sypkiego metodą analizy sitowej.

3. Badanie wilgotności gruntu metodą suszarkową.

4. Określenie gęstości objętościowej gruntu ρ.

5. Obliczenia:

1. wilgotności całkowitej w_r,

2. gęstości objętościowej szkieletu gruntowego ρ_d,

3. porowatości n i wskaźnika porowatości e,

4. stopnia wilgotności S_r.

ANALIZA OTRZYMANYCH WYNIKÓW:

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Badania makroskopowe	Grunt	spoisty		niespoisty
		Barwa gruntu
		Domieszki
		Zawartość CaCO3
		Odczyn gruntu (pH)
		Wilgotność
		Ilość wałeczkowań Stan gruntu
		NAZWA GRUNTU
	Obliczenie wilgotności gruntu w [%]	Numer parowniczki
		mt
		mmt
		mm= mmt - mt
		mst
		ms = mst - mt
		wi =
		w =
	Oznaczenie gęstości objętościowej gruntu ρ [g/cm^3]	mmt
		mt
		mm = mmt - m t
		Vp
		ρi =
		ρ =

Gęstość właściwa szkieletu gruntowego ρ_s [g/cm³]

Grunty spoiste			Grunty niespoiste
Żwiry, pospółki gliniaste, piaski gliniaste		2,65	Żwiry i pospółki			2,65
Pyły piaszczyste		2,66	Piaski grube i średnie			2,65
Pyły, gliny piaszczyste, gliny		2,67	Piaski drobne i pylaste			2,65
Gliny pylaste, gliny piaszczyste zwięzłe		2,68	Piaski próchnicze			2,64
Gliny zwięzłe		2,69
Gliny pylaste zwięzłe		2,71
Iły piaszczyste		2,70
Iły		2,72
Iły pylaste		2,75
OBLICZENIA
Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego ρd [g/cm^3]		ρd =			spoisty	niespoisty
Wskaźnik porowatości e
Porowatość n
Wilgotność całkowita wr [%]
Stopień wilgotności Sr
STAN ZAWILGOCENIA
Sr		Stan gruntu
0 - 0,4 0,4 - 0,8 0,8 - 1,0 > 1,0		suchy, małowilgotny wilgotny mokry nawodniony
OCENA DOKŁADNOŚCI WYNIKÓW
Wartości dopuszczalne					Wartości obliczone
5 % dla wilgotności -

ANALIZA SITOWA

Nazwa gruntu	Symbol	Uziarnienie (wg PN - 86 / B - 02480)
Piasek gruby	P r	zawartość ziarn o śr. > 0,5 mm wynosi więcej niż 50%
Piasek średni	P s	zawartość ziarn o śr. > 0,5 mm wynosi nie więcej niż 50% lecz zawartość ziarn o śr. > 0,25 mm wynosi ponad 50%
Piasek drobny	P d	zawartość ziarn o śr. < 0,25 mm wynosi więcej niż 50%
Piasek pylasty	P π	zawartość fr. piaskowej fp = 68 - 90 % zawartość fr. pyłowej fπ = 10 - 30 % zawartość fr. iłowej fi = 0 - 2 %

Wymiar oczek di [mm]

Masa pozostałości na sicie [g]

Zawartość pozostałości [%] Zdi = mm/ms

Suma zawartości [%] Z=

Oznaczenie strat masy

Masa gruntu wziętego do analizy ms = g Masa gruntu po przesianiu Σ mi = g Straty masowe Sm = ms - Σ mi = g Straty względne Sw = Sm / ms = %

mi

Δmi

mi

mi = mi + Δmi

Dopuszczalne straty względne SwDOP = 0,5%

Skład uziarnienia

d [mm]

>2,0

>0,5

>0,25

Z (%)

Rodzaj gruntu na podstawie badań makroskopowych

SUMA

Rodzaj gruntu na podstawie analizy sitowej.

T:2 CECHY FIZYCZNE GRUNTÓW

1. Określenie rodzaju gruntu spoistego na podstawie analizy areometrycznej.

2. Granica plastyczności w_P - metoda wałeczkowania.

3. Granica płynności w_L - metoda Casagrande'a.

4. Stopień zagęszczenia gruntu sypkiego I_D.

5. Obliczenia:

1. wskaźnik plastyczności I_P,

2. stopnia plastyczności I_L.

6. Określić:

1. stan zagęszczenia gruntu sypkiego,

2. konsystencję i stan zwartości gruntu spoistego.

ANALIZA OTRZYMANYCH WYNIKÓW:

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

RODZAJ GRUNTU SPOISTEGO - ANALIZA AREOMETRYCZNA

Współczynnik lepkości η =

Temp. badania t = ºC

Masa gruntu użytego do analizy ms = g

Gęstość właściwa szkieletu gruntowego ρs = g/cm^3

Poprawka na menisk c =

Poprawka na temp. a =

Czas sedymentacji

Godzina odczytu

Odczyt skrócony RT

R1 = RT + c

Poprawka skali aerometru ΔR

R2 = R1 + ΔR +a

Średnice zastępcze cząstek dT

Proc. Zaw. cząsteczek ZT =

2,65 ≤ Ps ≤ 2,80

k = 0,25

dWZ

dT = k* dWZ

0

30''

1'

2'

5'

15'

30'

1 h

2 h

4 h

24 h

OZNACZENIA a - poprawka na temperaturę wg tabl. 7 PN-88/B-04481 ΔR - poprawka skali aerometru, wzór (5) PN-88/B-04481 dWZ - wzorcowa średnica cząstek tabl.6 PN-88/B-04481 HR - głębokość zanurzenia środka nurnika, wzór (5) PN-88/B-04481

Uzupełniająca analiza sitowa

di

mi

Δmi

mi

Zdi = mi / ms

Z = Σ Zdi

Suma

ms= g

Σmi = g

Sm= g

Sw= %

Rodzaj gruntu na podstawie badania

GRANICE KONSYSTENCJI GRUNTÓW SPOISTYCH

GRANICA PŁYNNOŚCI

Granica plastyczności

Liczba uderzeń

Nr parowniczki

mt

mmt

mm = mmt-mt

mst

ms = mst-mt

wni=

(por. w T:1) w =

wskaźnik plastyczności Ip = wL - wP =

stopień plastyczności IL = ( w - wP) / IP =

spoistość gruntu

stan gruntu

Ocena wyników

Granica płynności: Δw1 = Δw2 = Δw3 = Δw4 = Δw5 = Δw dop dla 3 pkt. 0,2 % dla 2 pkt 0,6 %

Gr. plastyczności: [%] w = % błąd dopuszczalny 5 %

Stany gruntów spoistych.

Wilgotność gruntów

W = 0 W=WS W=WP W=WL

Stopień plastyczności

IL < 0,0 0,0 0,25 0,50 1,0

Stan gruntu

zwarty

półzwarty

twardo plastyczny

plastyczny

miękko plastyczny

płynny

Konsystencja

zwarta

plastyczna

płynna

Ip (%)

frakcja iłowa

spoistość gruntu

IL

w [%]

stan gruntu

< 1 1 - 10 10 - 20 20 - 30 > 30

0 - 2 2 - 10 10 - 20 20 - 30 30 - 100

sypki małospoisty średniospoisty zwięzłospoisty bardzo spoisty

< 0,0 <0,0 0 - 0,25 0,25 - 0,50 0,50 - 1,0 > 1,0

< wS wS - wP wP - wL > wL

zwarty półzwarty twardoplastyczny plastyczny miękkoplastyczny płynny

STOPIEŃ ZAGĘSZCZENIA
GRUNTÓW SYPKICH I_D

Oznaczenie emax

mst

mt

m = mst - mt

Vp

ρ dmin = m/Vp

ρdmin* =

emax =

Oznaczenie emin

mst

mt

M = Mst - Mt

Vp

ρdmax = M/Vp

ρdmax* =

emin =

emin =

ρs =

ID = =

Stany zagęszczenia gruntów sypkich wg PN-86/B-02480

e =

Stan badanego gruntu

ID

Ozn.

Stan gruntu

< 0,33 0,33<ID<0,67 0,67<ID <0,80 ID>0,80

ln szg zg bzg

luźny średnio zag. zagęszczony bardzo zag.

ρd =

WZ =

ρdmin* - najniższa wartość z 5 oznaczeń ρdmin ρdmax * - najwyższa wartość z 3 oznaczeń ρdmax

T:3 CECHY MECHANICZNE GRUNTÓW

1. Kąt tarcia wewnętrznego i kohezja w aparacie bezpośredniego ścinania.

2. Kąt tarcia wewnętrznego i kohezja w aparacie trójosiowego ściskania.

3. Moduł ściśliwości edometrycznej.

4. Współczynnik filtracji gruntu ( k ) w aparacie o zmiennym spadku hydraulicznym.

ANALIZA OTRZYMANYCH WYNIKÓW:

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ...............................................................................................................................................................

.............................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

KĄT TARCIA WEWNĘTRZNEGO Φ_U, KOHEZJA c_U

W APARACIE BEZPOŚREDNIEGO ŚCINANIA.

N =		Δi = τfi -σi * tg ΦU - cU
ε - odkształcenie względne próbki				długość boku próbki [mm] a =
Data badania	σi [kPa]	Wskazania czujnika siły Si	Qi=Si•W [N]		Przesunięcie ramki r [mm]	τfi [kPa]	σi • τfi	σi^2	σi • tgΦU	Δi

dla ε > 10 % τfi =	dla ε ≤ 10 % τfi =
a =	a =
b =	b =
	u =
cu = b	cu 
Obliczenie średnich odchyleń kwadratowych (sc, sΦ)
Dla poszczególnych par wartości σi i τfi należy obliczyć różnicę Δi oznaczonych i obliczonych wartości wytrzymałości na ścinanie w kPa
sa = =	sb = sa =
sc = sb =	=

KĄT TARCIA WEWNĘTRZNEGO Φ_U, KOHEZJA c_U

W APARACIE TRÓJOSIOWEGO ŚCISKANIA.

N =		Δi =
Φ próbki - mm					pole przekroju próbki A =
Data badania	σ3i [kPa]		Wskazania czujnika siły Si	Qi=Si•W [N]		σ1i = [kPa]	σ3i• τ1i	σ3i^2	σ3i• tgΦU	Δi

a =	a =
b =	b =
	u =
	cu 
Obliczenie średnich odchyleń kwadratowych (sc, sΦ)
Dla poszczególnych par wartości σi i τfi należy obliczyć różnicę Δi oznaczonych i obliczonych wartości wytrzymałości na ścinanie w kPa
sa = =	sb = sa =
=	=

MODUŁ ŚCIŚLIWOŚCI ENDOMETRYCZNEJ.

Czas

Naprężenie σi [kPa]

Wskazanie czujnika Wj

Wysokość próbki hi [mm]

Osiadanie Δhi3=hi -hi-1 [mm]

Odkszt. edometru Δhi2 [mm]

Osiadanie próbki Δi1 Δhi3 -Δhi2 [mm]

Przyrost naprężeń Δσi [kPa]

= [kPa]

h0 = 20 mm

1'

12,5

2'

5'

10'

1'

25

2'

5'

10'

1'

50

2'

5'

10'

1'

12,5

2'

5'

10'

1'

100

2'

5'

10'

1'

200

2'

5'

10'

1'

12,5

2'

5'

10'

WSPÓŁCZYNNIK FILTRACJI GRUNTU k

Temperatura badania - ^0C

A = 33,27 cm^2

l = 2,00 cm

σ [MPa]

t [s]

H1 [cm]

V1 [cm^3]

H2 [cm]

V2 [cm^3]

a = [cm^2]

kTi = [cm/s]

kTśr = [cm/s]

k10 = [cm/s]

T:4 CECHY MECHANICZNE GRUNTÓW

1. Wilgotność optymalna (W_OPT) - metoda Proctora.

2. Wskaźnik nośności podłoża CBR.

ANALIZA OTRZYMANYCH WYNIKÓW:

...............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

WILGOTNOŚĆ OPTYMALNA „Wopt”.

Oznaczenie gęstości objętościowej gruntu ρ [g/cm^3]	mst
		mt
		mm= mst - mt
		Vp
		ρ =
	Oznaczenie wilgotności gruntu w [%]	Nr parow.
		mmt
		mt
		mm = mmt - mt
		mst
		ms = mst - mt
wi =
Oznaczenie ρd [g/cm^3]	A = 100 •ρ
		B = Wi +100
		ρd =
ρd nat =	ρd max =	Is =		wopt =		wmiar =

WSKAŹNIK NOŚNOŚCI PODŁOŻA - „CBR”.

Wilgo tność	Zagłębienie		Wsk. dynam. [mm]	Siła wciskania P [N]	C B R [%]	Data badania	Wilgotność
		[mm]					[min]					optymalna		miarodajna
													wopt = %		wmiar = %
		0,635	0,5					Siła standardowa Ps [N]
		1,270	1,0
		1,905	1,5					P s2,5= 13610		Ps5,0 = 20410
		2,540	2,0
		3,810	3,0
		5,080	4,0
		6,350	5,0
		7,620	6,0
		8,890	7,0
		10,160	8,0

T:5 BADANIA POLOWE

1. Stopień zagęszczenia - sonda udarowa..

2. Wykonanie otworu badawczego oraz określenie przekroju geologicznego na podstawie badań makroskopowych oraz sondowania sondą udarową.

3. Stopień plastyczności I_L - penetrometr wciskany.

4. Kohezja c_u - ścinarka obrotowa.

ANALIZA OTRZYMANYCH WYNIKÓW:

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

WYNIKI BADAŃ SONDĄ WBIJANĄ LEKKĄ - LS.

Przekrój geotechniczny podłoża
Wyniki pomiarów i badań makroskopowych
Warstwa fizyczna		poziom wody	rodzaj gruntu	stan wilgotności	barwa gruntu
rzędna	grubość

OPÓR WCISKANIA I ŚCINANIA

BADANIE KOHEZJI cU ŚCINARKĄ OBROTOWĄ
Współczynnik kształtki k		Odczyt z przyrządu Mmax		τmax = k•Mmax	cU = τśr * 100 [kPa]
BADANIE STOPNIA PLASTYCZNOŚCI IL PENETROMETREM WCISKANYM
Numer pomiaru	Odczyt z przyrządu W		Wartość średnia Wśr	q = Wśr • 100	IL

ZALEŻNOŚĆ MIĘDZY OPOREM WCISKANIA q

A STOPNIEM PLASTYCZNOŚCI I_L

MATERIAŁY POMOCNICZE DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

MECHANIKA GRUNTÓW

Opracował:

Bryda Paweł

T:1 CECHY FIZYCZNE GRUNTÓW

1. Badania makroskopowe - określenie rodzaju gruntu, jego barwy, stanu zawilgocenia, stanu zwartości, zawartości CaCO₃ oraz kwasowości (pH);

2. Określenie rodzaju gruntu sypkiego metodą analizy sitowej;

3. Badanie wilgotności gruntu metodą suszarkową;

4. Określenie gęstości właściwej szkieletu gruntowego;

5. Określenie gęstości objętościowej gruntu;

6. Obliczenia: wilgotności całkowitej, gęstości objętościowej szkieletu gruntowego, porowatości, wskaźnika porowatości, stopnia wilgotności.

1. BADANIA MAKROSKOPOWE

Sprzęt i przyrządy pomocnicze: lupa, papier milimetrowy, zlewka, siatka o oczku 5 mm, szkiełka zegarkowe, 20% kwas solny, pehametr glebowy, tabela barw,

Przebieg badań: metoda makroskopowa jest uproszczonym badaniem rodzaju i stanu gruntów. Ma na celu określenie nazwy, stanu gruntu i niektórych jego cech fizycznych bez pomocy przyrządów.

Grunt uznaje się za spoisty, jeżeli po wyschnięciu do stanu powietrznosuchego tworzy on zwarte, twarde grudki.

Grunt uznaje się za niespoisty, jeżeli po wyschnięciu do stanu powietrznosuchego stanowi on nie związane ze sobą cząstki lub grudki, rozpadające się pod wpływem lekkiego nacisku palcem.

1.1. OZNACZENIE RODZAJU GRUNTÓW NIESPOISTYCH

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	> 0,5mm	> 0,25mm
Żwir	> 50	-	-
Pospółka	50 - 10	> 50	-
Piasek gruboziarnisty	< 10	> 50	-
Piasek średnioziarnisty	< 10	< 50	> 50
Piasek drobnoziarnisty	< 10	< 50	< 50
Piasek pylasty

1.2. OZNACZENIE RODZAJU GRUNTÓW SPOISTYCH

Rodzaj gruntu spoistego określa się na podstawie:

1. próby wałeczkowania;

2. próby rozcierania w wodzie;

3. oraz dodatkowej próby rozmakania.

1.2.1. 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 2 str.7 norma, kolumna 6 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.

1.2.2. 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.

1.2.3. 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.

1.3. OZNACZENIE BARWY GRUNTU

Barwę gruntu należy określać na przełomie bryły gruntu o naturalnej wilgotności. W opisie barwy należy podać najpierw odcień i intensywność barwy, a następnie barwę podstawową.

1.4. OZNACZENIE WILGOTNOŚCI

Wilgotność gruntu określamy na podstawie pkt.3.4. normy. Grunt uznamy za:

• suchy - jeżeli grudka gruntu przy zgniataniu pęka, a w stanie rozdrobnionym nie wykazuje zawilgocenia;

• mało wilgotny - jeżeli grudka przy zgniataniu odkształca się plastycznie lecz papier przyłożony do gruntu lub ręka nie stają się wilgotne;

• wilgotny - jeżeli papier lub ręka przyłożone do gruntu stają się wilgotne;

• mokry - jeżeli przy ściskaniu próbki gruntu w dłoni odsącza się z niego woda;

• nawodniony - jeżeli woda odsącza się grawitacyjnie z gruntu.

Oznaczenie wilgotności wpisać do tabeli w formularzu.

1.5. OZNACZENIE KLASY ZAWARTOŚCI WĘGLANÓW

Próbkę gruntu przeznaczonego do badania należy zwilżyć kilkoma kroplami 20% kwasu solnego. Obserwować należy reakcję kwasu z gruntem, czas oraz intensywność reakcji. Na podstawie danych tab.4 norma str.8. ustala się klasę zawartości węglanów wapnia.

klasa zawartości węglanów	przybliżona zawartość (%) CaCO3	reakcja roztworu HCl
IV	> 5	burzy się intensywnie i długo (> 20 sek.)
III	3 - 5	burzy się intensywnie lecz krótko (< 20 sek.)
II	1 - 3	burzy się słabo i krótko
I	< 1	ślady lub brak wydzielania gazu

1.6. OKREŚLENIE STANU GRUNTU SPOISTEGO

Wykonuje się na podstawie przeprowadzonych wcześniej prób wałeczkowania. W zależności od ilości wałeczkowań oraz określonej spoistości gruntu na podstawie pkt.3.3. normy str.8 lub poniższej tabeli określamy stan gruntu spoistego.

Rodzaj gruntu	Stan gruntu w zależności od liczby wałeczkowań
		twardoplastyczny	plastyczny	miękkoplastyczny
mało spoisty	1	2	> 2
średnio spoisty	< 2	2 - 4	> 4
zwięzło spoisty	< 3	3 - 7	> 7
bardzo spoisty	< 5	5 - 10	> 10

1.7. OKREŚLENIE KWASOWOŚCI GRUNTU

Wykonuje się przy wykorzystaniu pehametru glebowego. Zasada pomiaru polega na zmianie koloru roztworu, będącego odpowiednio dobraną kompozycją wskaźników, zależnie od stężenia jonów wodorowych w glebie.

1. Plastikową łyżeczką wsypać niewielką ilość gruntu w zagłębienie porcelanowej płytki i lekko ugnieść.

2. Dodać kroplami płyn wskaźnikowy aż do całkowitego zwilżenia gruntu.

3. Po 2-3 minutach przechylić płytkę tak, aby płyn wskaźnikowy przepłynął do kanalika.

Porównać barwę płynu z barwą na skali i odczytać pH gruntu. Badanie wykonać dla obu rodzajów gruntu.

Oznaczenia i wyniki:

Uzyskane z poszczególnych oznaczeń wyniki wpisać do formularza.

2. OKREŚLENIE RODZAJU GRUNTU SYPKIEGO
- ANALIZA SITOWA

Analizę sitową wykonuje się w celu określenia składu granulo metrycznego gruntu nieskalistego tzn. wyznaczenia procentowej zawartości występujących w nich poszczególnych frakcji.

Sprzęt i przyrządy pomocnicze: komplet sit gruntowych: 2,0mm; 1,0mm; 0,50mm; 0,25mm; 0,10mm; 0,063mm; wstrząsarka, waga laboratoryjna (o dokładności ważenia 0,01g), suszarka, pędzelek lub szczotka do czyszczenia sit;

Przebieg badań: do badania bierze się grunt wysuszony do stałej masy.

1. Należy odważyć 250,00 g gruntu.

2. Ułożyć sita wg kolejnych wymiarów oczek od największego do najmniejszego.

3. Zestaw sit umieszcza na wstrząsarce, wsypuje odważony grunt.

4. Sita należy umocować i uruchomić wstrząsarkę na 5 minut.

Po zakończeniu przesiewania pozostałości na poszczególnych sitach należy zważyć z dokładnością 0,01g. Dokładność oznaczenia masy powinna być nie mniejsza niż 0,1% w stosunku do masy próbki.

Oznaczenia i wyniki:

Zawartość poszczególnych frakcji należy obliczyć w procentach wg wzoru:

gdzie: m_i - masa frakcji gruntu pozostałej na sicie, [g];

m_s - masa szkieletu gruntowego, [g];

Różnica między masą szkieletu gruntowego (m_s) a sumą mas wszystkich frakcji nie powinna przekraczać 0,5% wartości m_s; do obliczenia wyników różnicę tę należy rozdzielić na wszystkie frakcje, proporcjonalnie do mas.

Wyniki analizy sitowej należy nanieść na wykres uziarnienia i aproksymować linią o monolitycznej krzywiźnie. Wypełnić pozostałe dane zawarte w formularzu oraz przeprowadzić analizę rodzaju gruntu sypkiego na podstawie tabeli na dole strony formularza.

3. BADANIE WILGOTNOŚCI GRUNTU METODĄ SUSZARKOWĄ;

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.

4. OKREŚLENIE GĘSTOŚCI WŁAŚCIWEJ SZKIELETU GRUNTOWEGO;

Sprzęt i przyrządy pomocnicze: waga laboratoryjna (o dokładności ważenia 0,01g), kolba cechowana - piknometr, moździerz z ucierakiem, suszarka, woda destylowana, pipeta, naczynie z piaskiem do gotowania kolby,

Przebieg badań: do badania bierze się grunt spoisty w stanie wysuszonym do stałej masy.

1. Oznaczyć masę kolby (piknometru) w stanie wysuszonym, z dokładnością do 0,01g.

2. W moździerzu utrzeć ok. 50g gruntu. Wsypać do piknometru i całość zważyć. Zapisać wynik w formularzu.

3. Napełnić kolbę wodą destylowaną do ok. 2/3 objętości i gotować w piasku ok. 30 min. Podczas gotowania zawartość kolby kilkakrotnie wymieszać. Po gotowaniu kolbę ochłodzić do temperatury otoczenia.

4. Napełnić kolbę wodą destylowaną do kraski na szyjce i zważyć z dokładnością do 0,01g kolbę z wodą i gruntem.

5. Za pomocą pipety odciągnąć trochę wody z szyjki. Uzupełnić ponownie wodą destylowaną do kreski i zważyć.

6. Oba wyniki nie powinny różnić się od siebie więcej niż 0,02g.

7. Oznaczyć masę kolby (piknometru) napełnionej wodą destylowaną do kreski na szyjce.

Oznaczenia i wyniki:

Gęstość właściwą szkieletu gruntowego (ρ_s) należy obliczać wg wzoru:

gdzie:
- masa kolby i gruntu wysuszonego;

- masa kolby napełnionej do kreski wodą destylowaną;

- masa kolby z gruntem i wodą destylowaną napełnioną do kreski;

- masa kolby;
- gęstość wody.

rodzaj gruntu	średnie wartości gęstości właściwej szkieletu gruntowego (g/cm^3)
piaski gliniaste	2,66 - 2,68
pyły	2,66 - 2,67
gliny	2,67 - 2,70
gliny zwięzłe	2,69 - 2,72
iły	2,71 - 2,78
dla piasków kwarcowych można przyjmować wartość (ρs) równą 2,65 g/cm^3

Jeżeli wynik oznaczenia różni się od wartości podanych w tabeli więcej niż o :

• 0,02 g/cm³ - dla piasków gliniastych, glin i glin zwięzłych;

• 0,03 g/cm³ - dla iłów;

należy wykonać ca najmniej dwa dodatkowe oznaczenia, a jako wartość ostateczną przyjąć średnią arytmetyczną dwu wartości różniących się od siebie nie więcej niż 0,02 g/cm³

5. OKREŚLENIE GĘSTOŚCI OBJĘTOŚCIOWEJ GRUNTU

Sprzęt i przyrządy pomocnicze: waga laboratoryjna (o dokładności ważenia 0,01g), pierścień z tłoczkiem, nóż,

Przebieg badań: do badania bierze się grunt o naturalnej wilgotności. Zważyć na wadze pierścień oraz zanotować jego objętość w formularzu. Napełnić pierścień gruntem ugniatając grunt tłoczkiem. Dokładnie oczyścić z zewnątrz pierścień z gruntem, wyrównać grunt równo z krawędziami pierścienia i zważyć. Czynności powtórzyć dwukrotnie dla obu rodzajów gruntu. Wyniki zanotować w formularzu.

Oznaczenia i wyniki:

Gęstość objętościową gruntu (ρ) należy obliczać wg wzoru:

gdzie:
- masa próbki gruntu [g];

- objętość próbki, objętość wewnętrzna pierścienia [cm³];

- masa pierścienia z gruntem [g];

- masa pierścienia [g];

Za wynik należy przyjąć średnią arytmetyczną wartości uzyskanych z badania obu próbek, jeżeli różnica wyników nie przekracza 0,02 g/cm³. W przypadku większej różnicy należy wykonać dwa dodatkowe oznaczenia i jako wynik ostateczny przyjąć średnią arytmetyczną 3 najmniej różniących się wartości.

6. OBLICZENIA: WILGOTNOŚCI CAŁKOWITEJ, GĘSTOŚCI OBJĘTOŚCIOWEJ SZKIELETU GRUNTOWEGO, POROWATOŚCI, WSKAŹNIKA POROWATOŚCI, STOPNIA WILGOTNOŚCI.

Obliczenia powyższe należy wykonać w formularzu, w przygotowanych tabelach, osobno dla gruntu spoistego i dla gruntu sypkiego. Przeprowadzić analizę otrzymanych wyników - porównania do wartości literaturowych i normowych. Na podstawie analizy wpisać wnioski z przeprowadzonych badań, wnioski dotyczące zarówno dokładności wykonania poszczególnych ćwiczeń (zgodność z normą) oraz uzyskanych wyników w porównaniu z normą i literaturą dotyczącą cech fizycznych gruntów.

T:2 CECHY FIZYCZNE GRUNTÓW

1. Określenie rodzaju gruntu spoistego na podstawie analizy areometrycznej;

2. Granica plastyczności - metoda wałeczkowania;

3. Granica płynności - metoda Casagrande'a;

4. Stopień zagęszczenia gruntu sypkiego;

5. Obliczenia:

wskaźnika plastyczności, stopnia plastyczności;

6. Określenie: stanu zagęszczenia gruntu sypkiego, konsystencji oraz stanu zwartości gruntu spoistego.

1. OKREŚLENIE RODZAJU GRUNTU SPOISTEGO
NA PODSTAWIE ANALIZY AREOMETRYCZNEJ;

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.

Oznaczenia i wyniki:

1. Obliczanie średnic zastępczych.

Obliczanie średnic zastępczych (
) cząstek znajdujących się po czasie T na poziomie H_R poniżej zwierciadła zawiesiny w cylindrze wykonuje się według wzoru:

gdzie:
- wzorcowa średnica cząstek dla H_R =16,0 cm wg tabl.6 str.12 normy [mm];

2. Obliczanie procentowej zawartości cząstek

Obliczanie procentowej zawartości cząstek (
) o średnicach zastępczych mniejszych niż
należy wykonywać wg wzoru:

gdzie:
- gęstość właściwa szkieletu gruntowego;

- gęstość wody;

- masa gruntu użytego do analizy, wg wzoru:

- masa próbki w stanie wilgotnym;

- wilgotność gruntu;

- skrócony wskaźnik odczytu;

- poprawka na menisk c=0,7;

- poprawka skali areometru, wg wzoru:

- gęstość cieczy kontrolnych w danej temperaturze wg tab. 5 str.10 normy;

r - odczyt na skali areometru (0,990 - 1,030);

- poprawka na temperaturę wg tabl. 7. str.13 normy;

Wyniki wszystkich pomiarów i obliczeń należy wpisać do formularza. Na podstawie obliczonych wartości
oraz
należy wykonać wykres uziarnienia badanego gruntu.

2. GRANICA PLASTYCZNOŚCI - 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.

3. GRANICA PŁYNNOŚCI - METODA 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.

4. STOPIEŃ ZAGĘSZCZENIA GRUNTU SYPKIEGO;

Stopniem zagęszczenia gruntów niespoistych nazywa się stosunek zagęszczenia istniejącego w warunkach normalnych do największego możliwego zagęszczenia danego gruntu. Stopień zagęszczenia oblicza się ze wzoru:

gdzie:
- wskaźnik porowatości gruntu luźno usypanego;

- wskaźnik porowatości gruntu w stanie naturalnym;

- wskaźnik porowatości gruntu maksymalnie zagęszczonego.

Sprzęt i przyrządy pomocnicze: cylinder metalowy z tłoczkiem, widełki wibracyjne, nóż, lejek, waga laboratoryjna,

Przebieg badań: W celu oznaczenia stopnia zagęszczenia gruntu sypkiego należy oznaczyć wskaźnik porowatości gruntu luźno usypanego oraz wskaźnik porowatości gruntu maksymalnie zagęszczonego.

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.

Oznaczenia i wyniki:

Wyniki z poszczególnych oznaczeń wpisać do formularza. Obliczyć wartości podane w tabelach ćwiczenia.

5. OBLICZENIA:WSKAŹNIKA PLASTYCZNOŚCI, STOPNIA PLASTYCZNOŚCI;

6. OKREŚLENIE: STANU ZAGĘSZCZENIA GRUNTU SYPKIEGO, KONSYSTENCJI ORAZ STANU ZWARTOŚCI GRUNTU SPOISTEGO.

Obliczenia powyższe należy wykonać w formularzu, w przygotowanych tabelach, osobno dla gruntu spoistego i dla gruntu sypkiego. Przeprowadzić analizę otrzymanych wyników - porównania do wartości literaturowych i normowych. Na podstawie analizy wpisać wnioski z przeprowadzonych badań, wnioski dotyczące zarówno dokładności wykonania poszczególnych ćwiczeń (zgodność z normą) oraz uzyskanych wyników w porównaniu z normą i literaturą dotyczącą cech fizycznych gruntów.

T:3 CECHY MECHANICZNE GRUNTÓW

1. Kąt tarcia wewnętrznego i kohezja w aparacie bezpośredniego ścinania (ABS);

2. Kąt tarcia wewnętrznego i kohezja w aparacie trójosiowego ściskania (ATS);

3. Moduł ściśliwości edometrycznej;

4. Współczynnik filtracji gruntu w aparacie o zmiennym spadku hydraulicznym.

1. KĄT TARCIA WEWNĘTRZNEGO I KOHEZJA
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.

2. KĄT TARCIA WEWNĘTRZNEGO I KOHEZJA
W APARACIE TRÓJOSIOWEGO ŚCISKANIA (ATS);

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.

3. MODUŁ ŚCIŚLIWOŚCI EDOMETRYCZNEJ

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
.

4. WSPÓŁCZYNNIK FILTRACJI GRUNTU W APARACIE
O ZMIENNYM SPADKU HYDRAULICZNYM.

Sprzęt i przyrządy pomocnicze: odpowiednio dostosowany edometr;

Przebieg badań: przy zastosowaniu edometru można przeprowadzić badania współczynnika filtracji przy różnych obciążeniach próbki odpowiadających obciążeniom rzeczywistym.

Badanie przeprowadza się przy zmiennym spadku hydraulicznym
. Zastosowanie wąskiej rurki szklanej umożliwia obserwowanie opadania wody od poziomu h₁ do h₂ w czasie
. Ilość wody przepływającej w czasie dt przez próbkę gruntu o wysokości l oraz polu przekroju A i przy ciśnieniu wody ΔH=h wynosi:

Po scałkowaniu otrzymamy wzór na obliczenie współczynnika filtracji w edometrze:

Dla różnych obciążeń przyłożonych poprzez pokrywę na grunt w czasie t=5 sek. obserwować należy spadek H i V wody w rurce. Dane zapisać w formularzu.

Oznaczenia i wyniki:

Współczynnik filtracji k jest wielkością charakterystyczną dla danego ośrodka i zależy od porowatości gruntu, jego uziarnienia oraz od temperatury wody. Wyznaczany jest dla temperatury wody T=10 ⁰C wg wzoru:

gdzie: T - temperatura przepływającej wody;

Po przeprowadzeniu obliczeń w tabeli formularza ćwiczenia przeprowadzić analizę otrzymanych wyników oraz wpisać uzyskane z badania wnioski do formularza.

T:4 CECHY MECHANICZNE GRUNTÓW

1. Wilgotność optymalna - metoda Proctora;

2. Wskaźnik nośności podłoża CBR.

1. WILGOTNOŚĆ OPTYMALNA - METODA PROCTORA

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.

Sprzęt i przyrządy pomocnicze: cylinder stalowy z nakładką, ubijak- aparat Proctora, wkładka dystansowa, mieszarka do gruntu, nóż, waga laboratoryjna z dokładnością ważenia 1g, kolba miarowa 500ml, miski plastikowe do gruntu, łopatka do gruntu, woda destylowana, bibuła filtracyjna;

Przebieg badań: z gruntu do badań odważyć 6 kg i wysuszyć do stałej masy. Odrzucić ziarna powyżej 6mm. Odmierzyć taką ilość wody, aby uzyskać pierwszą założoną wilgotność gruntu. Grunt przesypać do mieszarki. Mieszając dodawać małymi porcjami wodę tak, aby uzyskać jednolitą masę. Wymieszany grunt przesypać do miski. Przygotować cylinder z dwoma podstawkami.

Założyć jedną podstawkę i zważyć cylinder z tą podstawką. Zapisać wynik w formularzu. Założyć drugą podstawkę, włożyć do cylindra wkładkę dystansową (otworem na trzpień wyjmujący do środka), położyć bibułę filtracyjną. Cylinder jest gotowy do napełniania gruntem. Ustawić cylinder w aparacie Proctora i zamocować do części obrotowej.

Cylinder należy napełnić i zagęszczać trzema warstwami tak, aby grunt po zagęszczeniu ostatniej warstwy wystawał 5÷10 mm ponad górną krawędź cylindra. Wsypać pierwszą porcję gruntu do cylindra, ustawić liczbę uderzeń w aparacie na 23. Wyjąć korbę podnośnika!!!. Ilość uderzeń ubijaka jest tak dobrana, aby uzyskać dla dużego cylindra pracę zagęszczenia równą 2,65 dżula na 1 cm³ gruntu. Po zagęszczeniu warstwy podnieść ubijak do góry. Wyjąć korbę podnośnika!!!. Zdrapać ostrzem noża powierzchnię gruntu w cylindrze. Wsypać drugą warstwę gruntu, ustawić liczbę uderzeń ubijaka i zagęścić drugą warstwę gruntu. Podnieść ubijak do góry. Wyjąć korbę podnośnika!!!. Zdrapać ostrzem noża powierzchnię gruntu w cylindrze. Nałożyć nakładkę i wsypać pozostałą część gruntu do cylindra z nakładką. Ponownie ustawić liczbę uderzeń ubijaka i zagęścić trzecią warstwę gruntu.

Zdjąć nakładkę a następnie cylinder z zagęszczonym gruntem z aparatu na stół. Wyrównać nożem, ścinając od środka na zewnątrz, nadmiar gruntu w cylindrze. Założyć podstawkę, z którą był ważony cylinder i odwrócić go na stole. Zdjąć drugą podstawkę, za pomocą wkręcanego uchwytu wyjąć z cylindra wkładkę dystansową oraz bibułę. Zważyć cylinder z gruntem i zapisać wynik w formularzu.

Odmierzyć taką ilość wody, aby uzyskać wzrost wilgotności gruntu o 1,5 %. Wyjąć zagęszczony grunt z cylindra do miski. Lekko go rozdrobnić. Ponownie grunt przesypać do mieszarki. Mieszając dodawać małymi porcjami wodę tak, aby uzyskać jednolitą masę. Wymieszany grunt przesypać do miski.

Czynności napełniania cylindra, zagęszczania gruntu i ważenia wykonać dla dwóch kolejnych wilgotności gruntu. Za każdym razem należy pamiętać, aby ważyć cylinder z tą samą podstawką. Ciężary gruntu zapisywać do formularza.

Oznaczenia i wyniki:

Gęstość objętościową gruntu przy danej wilgotności obliczyć należy ze wzoru:

gdzie:

- masa cylindra z gruntem;

- masa pustego cylindra;

V - objętość cylindra.

Gęstość objętościową szkieletu gruntowego (
) oblicza się ze wzoru:

gdzie:
- gęstość objętościowa gruntu, obliczona wyżej;

w - wilgotność gruntu przy danym oznaczeniu;

Należy sporządzić wykres zależności
od w . Z wykresu odczytujemy wilgotność optymalną w_opt i odpowiadającą jej maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego
.

Wskaźnik zagęszczenia gruntu obliczyć należy ze wzoru:

Uzyskane wartości wpisać w odpowiednie miejsca w formularzu ćwiczenia.

2. WSKAŹNIK NOŚNOŚCI PODŁOŻA 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.

Sprzęt i przyrządy pomocnicze: prasa CBR, nóż, stoper,

Przebieg badań: cylinder z gruntem z oznaczenia wilgotności optymalnej ustawia się środkowo na płycie prasy. 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. Ustawić trzpień prasy równo z powierzchnią badanej próbki gruntu. Zamontować na nim czujnik z dokładnością pomiaru 0,01 mm. Wyzerować czujnik. Uruchomić prasę. Prasa powoduje zagłębienie się trzpienia ze stałą znormalizowaną prędkością 1,27 mm/min (1/20 cala/min).

W czasie badania zapisuje się odkształcenie pierścienia dynamometru pomiarowego dla następujących zagłębień trzpienia:

0.635 mm - 30 sek.; 1.27 mm - po 1 min.; 1.905 mm - 1min30 sek.; 2.54 mm - po 2 min.;

5.08 mm - po 4 min.; 7.72 mm - po 6 min. i 10.16 mm - po 8 min. Po osiągnięciu ostatniego zagłębienia zatrzymuje się prasę.

Wyniki badania zapisuje się w formularzu ćwiczenia. Z charakterystyki pierścienia pomiarowego odczytuje się siłę odpowiadającą danemu odkształceniu pierścienia. Wartości te wpisuje się do formularza.

Wielkość odpowiednich sił standardowych przedstawia poniższa tabela:

Zagłębienie trzpienia	Czas zagłębienia	Siła standardowa PS
0.635	30”	500
1.270	1'	850
1.905	1'30”	1115
2.540	2'	1361
5.080	4'	2041
7.620	6'	2585
10.160	8'	3130

Oznaczenia i wyniki:

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.

Uzyskane dane z analiz wpisać należy do formularza ćwiczenia. Przeprowadzić analizę otrzymanych wyników i wpisać wnioski z danego ćwiczenia do formularza.

T:5 BADANIA POLOWE GRUNTÓW

1. Stopień zagęszczenia - sonda udarowa lekka;

2. Określenie przekroju geologicznego na podstawie badań makroskopowych oraz sondowania sondą udarową;

3. Stopień plastyczności - penetrometr wciskany;

4. Kohezja - ścinarka obrotowa.

1. STOPIEŃ ZAGĘSZCZENIA - SONDA UDAROWA LEKKA

Sprzęt i przyrządy pomocnicze: sonda z końcówką stożkową;

Przebieg badań: sondowanie sondą stożkową wbijaną należy wykonywać w sposób ciągły, ze stałą częstotliwością uderzeń ok. co 2 sekundy.

Parametrem geotechnicznym sondowania jest liczba uderzeń młota sondy, spuszczanego pod własnym ciężarem z wysokości 50 cm na kowadło, na każde 10 cm zagłębienia sondy w gruncie. Należy zliczać ilość uderzeń i wartości te zaznaczać w formularzu ćwiczenia.

Oznaczenia i wyniki:

Ilość uderzeń na każde 10 cm wpędu sondy odkładane na wykresie formularza daje wartość stopnia zagęszczenia badanego gruntu.

Ilość uderzeń na 10 cm wpędu	stopień zagęszczenia
0 - 4	luźny
5 - 21	średnio zagęszczony
23 - 50	zagęszczony
51 - i więcej	bardzo zagęszczony

2. OKREŚLENIE PRZEKROJU GEOLOGICZNEGO
NA PODSTAWIE BADAŃ MAKROSKOPOWYCH
ORAZ SONDOWANIA SONDĄ UDAROWĄ

Sprzęt i przyrządy pomocnicze: świder ręczny, sonda udarowa;

Przebieg badań: obok miejsca sondowania wykonuje się odwiert. Na podstawie badań makroskopowych ustala się rodzaj gruntu i jego podstawowe cechy fizyczne. Odwiert wykonuje się do głębokości sondowania.

Badanie gruntu przeprowadza się po każdym wyjęciu świdra z otworu. Po każdej zmianie rodzaju lub stanu gruntu, lecz nie rzadziej niż co 1 m głębokości, należy wykonać badania makroskopowe.

Wyniki badań nanosi się w formularzu obok wyników sondowania.

Oznaczenia i wyniki:

Na podstawie uzyskanych oznaczeń z badań makroskopowych i sondowania sondą lekką stożkową można określić przekrój geotechniczny podłoża w miejscu wykonania badań.

3. STOPIEŃ PLASTYCZNOŚCI - PENETROMETR WCISKANY

Sprzęt i przyrządy pomocnicze: penetrometr wciskany.

Przebieg badań: penetrometr tłoczkowy służy do określenia spójności gruntu c_u przy założeniu
z oznaczonej w umownych warunkach pomiaru granicznej siły wciskania
. Trzpień penetrometru zakończony jest cylindryczną końcówką mającą w odległości 6,4 mm od czoła rowek.

Badane próbki gruntu powinny mieć wilgotność naturalną i nienaruszoną strukturę. Trzymając za uchwyt należy wciskać końcówkę penetrometru powoli i równomiernie w kierunku prostopadłym do powierzchni gruntu do chwili, aż zagłębi się ona do poziomu rowka. Po osiągnięciu tego zagłębienia należy odczytać na skali penetrometru wartość wskazaną przez pierścień.

Należy wykonać co najmniej 5 oznaczeń. Miejsca, w których wykonano pomiary powinny być oddalone od siebie nie mniej niż 1 cm.

Oznaczenia i wyniki:

Jako wynik ostateczny dla danej próbki gruntu należy przyjąć średnią arytmetyczną z przeprowadzonych pomiarów. Po przeprowadzeniu obliczeń podanych w tabeli formularza ćwiczenia uzyskamy wartość siły wciskania, a tym samym oporu gruntu q, który odkłada się na wykresie poniżej tabeli obliczeń. Na przecięciu z krzywą odnosząc na os I_L wartość odczytuje się wielkość stopnia plastyczności badanego gruntu. Wielkość tą wpisać należy do tabeli formularza.

4. KOHEZJA - ŚCINARKA OBROTOWA

Sprzęt i przyrządy pomocnicze: ścinarka z wymiennymi końcówkami skrzydełkowymi;

Przebieg badań: ścinarka posiada trzy wymienne końcówki o różnych wielkościach, dostosowanych do określenia wartości kohezji gruntu spoistego. Wielkość zastosowanej końcówki należy każdorazowo dobierać do badanego gruntu, tak aby uzyskać wartość ścięcia.

W wyrównany grunt zagłębia się końcówkę ścinarki do głębokości równej wysokości skrzydełek (w poszczególnych końcówkach są inne). Następnie należy, po wyzerowaniu wskaźnika, obracać końcówką powoli i równomiernie aż do osiągnięcia największego oporu gruntu.

Odczytać na skali uzyskaną wartość
równą c_u .

Oznaczenia i wyniki:

Przy podawaniu wartości wytrzymałości na ścinanie - kohezji gruntu w wynikach badania należy podać wielkość zastosowanej końcówki do ścinania.

6

---