P O L I T E C H N I K A G D A Ń S K A

W y d zi a ł I n ży n i e r i i Lą d ow e j i Ś r od ow i s ka

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

80-233 Gdań sk, u l. G. Nar utowi cza 11/12

7.

Oznaczenie wilgotności optymalnej (w

opt

).

Wilgotność optymalna (w

opt

) jest to wilgotność gruntu, przy której jest możliwe uzyskanie

maksymalnego zagęszczenia tego gruntu, czyli uzyskanie maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu
gruntowego (

ρ

ds

).

Parametry w

opt

i

ρ

ds

są w praktyce bardzo przydatne przy wykonawstwie różnego rodzaju budowli

ziemnych: nasypów, wałów, wymian gruntów, podsypek, zasypek, podbudów itp. Zagęszczenie gruntu
w tego typu konstrukcjach określa się przez wskaźnik zagęszczenia:

ds

dn

s

I

ρ

ρ

=

gdzie:

ρ

dn

– gęstość objętościowa szkieletu gruntowego gruntu wbudowanego (tzw. naturalna),

ρ

ds

– maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntowego otrzymana przy w

opt

w badaniu

laboratoryjnym.

7.1

Metody oznaczania wilgotności optymalnej.

W zależności od wielkości ziaren badanego gruntu i programu badań należy wybrać jedną z czterech
metod, które przedstawia tablica 1.

Tab. 1. Metody oznaczania wilgotno

ś

ci optymalnej.

Metoda

Cylinder

liczba

warstw

liczba

uderzeń

ubijaka na
1 warstwę

Ubijak

Wysokość

opuszczania

[mm]

Jednostkowa

praca

zagęszczania

[J/cm

3

]

I

Mały

3

25

lekki

320±1

0,59

II

Duży

3

55

lekki

320±1

0,59

III

Mały

5

25

ciężki

480±1

2,65

IV

Duży

5

55

ciężki

480±1

2,65

7.2

Sprzęt do badania.

a)

Dwa cylindry stalowe, mały i duży (rys.1.) o wymiarach jak w tablicy 2.

1

– cylinder

2

– nasadka

3

– zamek łączący nasadkę z cylindrem

4

– podstawa

5

– śruba łącząca cylinder z podstawą

Rys. 1. Schemat budowy cylindra.

Dw

Dz

h

h

n

3

5

2

1

4

2

Tab. 2. Wymiary dla cylindrów.

Typ cylindra

Objętość

Ś

rednica

Wysokość

h = h

n

D

z

D

w

[dm

3

]

[mm]

[mm]

Mały

1 ± 0,003

112,8 ± 0,2

120 ± 0,5

100 ± 0,2

Duży

2,2 ± 0,006

152,4 ± 0,2

162 ± 0,5

120,6 ± 0,2

b)

Dwa ubijaki stalowe, lekki i ciężki (rys. 2.) o wymiarach jak w tablicy 3.

1

– ubijak (młot)

3

– pręt prowadzący

5

– ogranicznik wysokości spadu

2

– tzw. szklanka

4

– śruba ogranicznika wysokości spadu

Rys. 2. Schemat budowy ubijaka typu r

ę

cznego.

Tab. 3. Wymiary dla ubijaków

Typ ubijaka

Masa ubijaka

Wysokość

opuszczania

Hu

Ś

rednica

du

Typ cylindra
stosowanego

przy oznaczeniu

[kg]

[mm]

[mm]

Lekki

2,5 ± 0,005

320 ± 1

50,8 ± 0,2

Mały

76,8 ± 0,2

Duży

Ciężki

4,5 ± 0,005

480 ± 1

50,8 ± 0,2

Mały

76,8 ± 0,2

Duży

c)

Sita o boku oczka kwadratowego 6 i 10 mm.

d)

Waga o dokładności nie mniejszej niż 1 g.

e)

Przyrządy do oznaczania wilgotności.

f)

Linia stalowa z ostrą krawędzią lub duży nóż.

Ogólnie, sprzęt do badania wilgotności optymalnej nazywa się aparatem Proctora.
Obecnie powszechnie stosowane są automatyczne aparaty Proctora o napędzie elektrycznym.

7.3

Przygotowanie gruntu do badań.

Masa próbki gruntu w stanie powietrzno suchym potrzebna do badania powinna wynosić 2,5 ÷ 3 kg na
1 dm

3

objętości cylindra użytego do oznaczenia. Do badania należy pobrać trzy próbki gruntu

i wysuszyć je do stanu powietrzno suchego. Następnie grunt trzeba rozdrobnić i przesiać przez sito
6 mm gdy do badania stosujemy cylinder mały, lub 10 mm gdy do badania stosujemy cylinder duży.
Pozostałość na sicie ważymy i oznaczamy jej procentową zawartość w próbce x. Do przesianej części
materiału należy dodać wodę destylowaną w ilości 60 cm

3

dla gruntów sypkich, lub 100 ÷ 150 cm

3

dla

gruntów spoistych na 1 dm

3

objętości użytego cylindra. Następnie należy próbkę dokładnie wymieszać

i w szczelnie zamkniętym naczyniu pozostawić na 15 h.

7.4

Wykonanie badania.

W zależności od przyjętej metody badania należy ubijać próbkę stosując liczbę uderzeń i liczbę
układanych warstw jak w tablicy 1. Po ułożeniu drugiej warstwy w przypadku metody I i II lub czwartej
warstwy dla metod III i IV należy nałożyć nasadkę. Na wykonanie każdej warstwy należy wykorzystać
taką ilość gruntu, aby po ubiciu ostatniej warstwy grunt wystawał nie więcej niż 10 mm ponad górną
krawędź cylindra. Każdą kolejną warstwę po zagęszczeniu należy wyrównać, ugnieść i zdrapać jej
powierzchnię ostrzem noża. Po zagęszczeniu ostatniej warstwy, nadmiar gruntu należy ściąć nożem lub
stalową linią, prowadząc cięcie od środka ku krawędziom cylindra. Następnie należy zważyć grunt
z cylindrem (m

mt

) i oznaczyć gęstość objętościową gruntu (

ρ

). Po wyjęciu gruntu z cylindra należy

oznaczyć jego średnią wilgotność pobierając grunt z 10 miejsc w cylindrze. Masa gruntu do badania
wilgotności powinna być zgodna z pkt. 2.1. Na podstawie wartości

ρ

, w i

ρ

s

oblicza się gęstość

objętościową szkieletu gruntowego

ρ

d

. Pozostały grunt należy wydobyć z cylindra, rozdrobnić i dodać

d

u

Hu

2

3

5

4

1

3

do niego tyle wody, aby wilgotność wzrosła o 1-2 %. Następnie należy powtórzyć czynności
zagęszczania. Kolejne cykle zwiększania wilgotności i ubijania należy powtarzać do momentu, aż masa
gruntu z cylindrem (m

mt

) zacznie spadać. Tę samą próbkę gruntu można zagęszczać nie więcej niż

pięciokrotnie. Gdy z gruntu wycieka grawitacyjnie woda lub woda pokrywa powierzchnię gruntu
w cylindrze nie należy przeprowadzać badania.

7.5

Wyniki badań.

Sposób analizy wyników badania wilgotności optymalnej metodą Proctora przedstawiono w schemacie
blokowym poniżej.:

Rys. 3. Wykres zale

ż

no

ś

ci

ρρρρ

d

od w.

Dane:
w – wilgotność gruntu w kolejnym
badaniu [%]

ρ

s

– gęstość właściwa szkieletu

gruntowego [g/cm

3

]

ρ

d

– gęstość objętościowa szkieletu

gruntowego w kolejnym badaniu [g/cm

3

]

x– stosunek masy usuniętych grubszych
ziaren do masy całej próbki [%]

Sporządzamy wykres

ρ

d

w zależności od w (patrz Rys. 3)

Jako w’

opt

przyjmujemy wilgotność odpowiadającą

maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu

gruntowego

ρ

'

ds.

(patrz Rys. 3)

jeśli

5% < x < 25%

jeśli

x ≤ 5%

opt

opt

w

x

w

'

)

1

(

⋅

−

=

)

'

(

'

ds

s

s

ds

s

ds

x

ρ

ρ

ρ

ρ

ρ

ρ

−

⋅

−

⋅

=

opt

opt

w

w

'

=

ds

ds

'

ρ

ρ

=

0

2

4

6

8

10

12

14

1,65

1,70

1,75

1,80

1,85

1,90

1,95

2,00

2,05

wilgotno

ść

w, %

g

ę

s

to

ś

ć

o

b

j

ę

to

ś

c

io

w

a

s

z

k

ie

le

tu

g

ru

n

to

w

e

g

o

ρ

d

,

g

/c

m

3

w'

opt

ρ

'

ds