Cechy fizyczne gruntu

PODSTAWOWE CECHY FIZYCZNE GRUNTU
Cechy fizyczne gruntu można podzielić na podstawowe i od nich pochodne,
które oblicza się na podstawie cech podstawowych. Do podstawowych cech fi-
zycznych gruntów zalicza się wilgotność, gęstość właściwą i gęstość objęto-
ściową. Cechy te wyznacza się na podstawie badań laboratoryjnych.
Mając oznaczone podstawowe cechy fizyczne gruntu, można obliczyć ce-
chy od nich pochodne, a mianowicie: gęstość objętościową szkieletu grun-
towego, porowatość, wskaznik porowatości i wilgotność całkowitą. Znajo-
mość podstawowych cech fizycznych jest również niezbędna do określania:
stopnia wilgotności, stopnia zagęszczenia, stopnia plastyczności i wskaznika
zagęszczenia.
Ośrodek gruntowy jest zbiorowiskiem oddzielnych ziarn i cząstek, między
którymi znajdują się pory wypełnione najczęściej wodą zawierającą pęcherzyki
powietrza
Można więc zapisać następujące zależności:
V = Vs + Vw + Va = Vs + Vp
mm = ms + mw
gdzie:
V objętość gruntu.
Vs objętość szkieletu gruntowego,
Vw objętość wody,
Va objętość powietrza,
Vp = Vw + Va objętość porów,
mm masa gruntu wilgotnego,
ms masa szkieletu cząstek gruntowych,
mw masa wody.
Cechy fizyczne gruntu 1
WILGOTNOŚĆ GRUNTU
Wilgotnością gruntu w nazywa się iloraz masy wody mw zawartej w je-
go porach i masy szkieletu gruntowego ms:
mw
w 100%
ms
W warunkach laboratoryjnych wilgotność gruntu oznacza się metodą susze-
nia w temperaturze 378 � 383 K (105 � 110 �C). W tej temperaturze z gruntu
ustępuje woda wolna, kapilarna i błonkowata. Czas suszenia do stałej masy wy-
nosi od kilku do kilkunastu godzin, zależnie od spoistości gruntu.
W warunkach terenowych wilgotność gruntu można określać za pomocą:
aparatu karbidowego,
piknometru wodnego,
piknometru powietrznego,
aparatury elektronicznej,
aparatury radioizotopowej.
Wilgotność, jaką ma grunt w stanie naturalnym, nazywa się wilgotnością na-
turalną wn.
Orientacyjne wartości wilgotności naturalnej wn i gęstości objętościowej � gruntów
Nazwa gruntów wn , % � , g/cm3
Grunty gruboziarniste 3 � 2 3 1,70 �2,10
Grunt) drobnoziarniste (niespoiste) 3 � 2 8 1,60 � 2,05
Grunty drobnoziarniste (spoiste) 5 � 5 0 1,70 �2,25
Grunty próchnicze 5 � 4 0 1,50 � 2,00
Namuły organiczne 2 0 � 1 5 0 1,30 � 1,90
Torfy 2 5 � 1 5 0 0 1,10 �1,80
Dla gruntów gruboziarnistych i kamienistych, w przypadku niemożności
bezpośredniego określenia wilgotności metodą suszenia, ze względu na potrzebę
suszenia dużych mas gruntu, można stosować metodę laboratoryjno-
obliczeniową. Metoda ta polega na obliczaniu ogólnej wilgotności gruntu na
podstawie znanej wilgotności frakcji drobnej wd określanej z badań laboratoryj-
nych i wilgotności odrzuconej frakcji grubej wg (wg przyjmuje się za równą na-
siąkliwości ziarn) oraz procentowej zawartości frakcji drobnej Pd wg wzoru):
wd Pd wg (100 Pd )
w
, %
100
W przypadku odrzuconych ziarn o porowatości n H" 0 przyjmuje się do wzoru wg = 0.
Cechy fizyczne gruntu 2
GSTOŚĆ WAAŚCIWA
Gęstością właściwą gruntu �s nazywa się iloraz masy suchego szkieletu grun-
towego ms i jej objętości Vs.
ms
, kg/m3 (g/cm3)
s
Vs
Gęstość właściwą gruntu oznacza się za pomocą kolby (piknometru) zgodnie z
wymaganiami PN-B-04481:1988. Do badań przygotowuje się jednorodną próbkę
wysuszonego i sproszkowanego gruntu o masie 25 � 50 g, zależnie od rodzaju gruntu
Cechy fizyczne gruntu 3
Po wykonaniu niezbędnych oznaczeń gęstość właściwą gruntu oblicza się wzo-
rem:
(mg mt )
w
, kg/m3 (g/cm3)
s
mwt (mg mt ) mwg
gdzie:
mg - masa piknometru i gruntu wysuszonego w temperaturze 105 � 110 �C,
mwt - masa piknometru napełnionego do kreski wodą destylowaną przy tem-
peraturze, w której oznaczono mwg,
mwg - masa piknometru z gruntem i wodą wypełniającą piknometr do kreski,
mt - masa piknometru wysuszonego przy temperaturze 105 � 110 �C,
�w - gęstość właściwa wody.
Gęstość właściwa gruntu zależy od składu mineralnego gruntu lub skały i
wynosi od 1,4 do 3,2 g/cm3. Dla gruntów mineralnych �s = 2,65 � 2,78 g/cm3.
Cechy fizyczne gruntu 4
GSTOŚĆ OBJTOŚCIOWA
Gęstość objętościowa gruntu � jest to iloraz masy próbki gruntu do objętości
tej próbki łącznie z porami. Gęstość objętościową określa się ze wzoru:
mm
, kg/m3 (g/cm3)
V
gdzie:
mm masa próbki gruntu,
V objętość próbki.
Gęstość objętościowa gruntów jest wartością zmienną, zależną od porowato-
ści. wilgotności i gęstości właściwej.
Gęstość objętościową gruntów oznacza się na próbkach o nienaruszonej struktu-
rze (NNS). W laboratorium, zależnie od cech gruntu i wielkości dostarczonej
próbki, gęstość objętościową można oznaczyć, wg normy PN-B-04481:1988,
jedną z następujących metod:
ważenie w cieczach organicznych,
ważenie w wodzie próbki oparafinowanej (objętość próbki 20 � 30 cm3),
oznaczanie w pierścieniu i cylindrze,
oznaczanie w rtęci.
W gruntach kamienistych i żwirach pobranie próbki cylindrem jest prawie
niemożliwe, w tym przypadku gęstość objętościową można wyznaczyć metodą
dołka, ważąc wydobyty grunt i mierząc jego objętość jedną z następujących me-
tod:
piasku kalibrowanego,
aparatu membranowego,
folii i wody.
W celu uzyskania miarodajnych wyników objętość dołka powinna być od-
powiednio duża. Przyjmuje się, że średnica dołka w kształcie czaszy powinna
być 5 razy większa od średnicy maksymalnych ziarn w gruncie.
Oprócz wyżej przedstawionych metod, do pomiaru gęstości objętościowej
stosuje się nie niszczące metody radioizotopowe. Badania można wykonywać
w otworze badawczym i powierzchniowo (sondy otworowe i sondy powierzch-
niowe.
Cechy fizyczne gruntu 5
CECHY FIZYCZNE POCHODNE OD CECH PODSTWOWYCH
GSTOŚĆ OBJTOŚCIOWA SZKIELETU GRUNTOWEGO
Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego �d jest to iloraz masy szkieletu
gruntu w danej próbce do jej objętości pierwotnej (razem z porami). Wyznacza
się ją ze wzoru:
ms 100
, kg/m3 (g/cm3)
d
V 100 wn
gdzie:
ms masa próbki wysuszonej do stałej wagi w temperaturze 105 � 110�C,
V objętość próbki gruntu przed wysuszeniem,
� gęstość objętościowa gruntu,
wn wilgotność (naturalna) gruntu, %.
Znajomość �d jest konieczna do obliczania porowatości i wskaznika poro-
watości oraz wskaznika zagęszczenia nasypów.
POROWATOŚĆ GRUNTU
Porowatość gruntu n jest to iloraz objętości porów Vp w danej próbce gruntu i jej
całkowitej objętości V. Porowatość oblicza się ze wzoru:
Vp
n
V
Wobec trudności występujących podczas bezpośredniego pomiaru objętości
porów Vp i objętości szkieletu Vs , porowatość gruntu oblicza z przekształ-
conego wzoru:
ms
Vp V Vs
s d s d
n 1 1
V V V
s s
Porowatość gruntów zależy od struktury gruntu.
Cechy fizyczne gruntu 6
Typowe struktury gruntów : a) ziarnista, b) komórkowa, c) kłaczkowa
Przy założeniu, że grunt składa się z ziarn kulistych o jednakowych
średnicach, maksymalną porowatość (nmax = 0,476) uzyskuje się w przypad-
ku kul ułożonych w siatkę sześcianów, a minimalną (nmin = 0,258), gdy
środki kul są ułożone w wierzchołkach romboedrów. Z powyższego wyni-
ka, że porowatość gruntu równoziarnistego nie zależy od wielkości średnic
ziarn, lecz tylko od sposobu ich ułożenia.
Układy ziarn kulistych: a) ułożenie ziarn najluzniejsze, b) ułożenie ziarn najbardziej zagęszczone
Porowatość równoziarnistych piasków i żwirów mieści się w zakresie poda-
nym powyżej, piaski różnoziarniste mogą mieć porowatość mniejszą.
Cechy fizyczne gruntu 7
WSKAyNIK POROWATOŚCI GRUNTU
Wskaznikiem porowatości gruntu e nazywa się iloraz objętości porów Vp do
objętości cząstek gruntu (szkieletu gruntowego) Vs. Wskaznik porowatości oblicza
się ze wzoru:
Vp
Vp Vp
n
V s d
e
Vp 1 n
Vs V Vp
d
1
V
Wskaznik porowatości gruntów niespoistych waha się w granicach 0,3 � 1,0,
a w gruntach spoistych może być znacznie większy. Zależność pomiędzy n i e
przedstawiono na rysunku.
WILGOTNOŚĆ CAAKOWITA GRUNTU
Grunt ma wilgotność całkowitą, gdy jego pory są całkowicie wypełnione
wodą. Wilgotność całkowitą wr oblicza się ze wzoru:
n e
w w
wr 100 100,%
(1 n)
s s
Cechy fizyczne gruntu 8
STOPIEC WILGOTNOŚCI
I STANY ZAWILGOCENIA GRUNTÓW
Stopień wilgotności gruntu Sr określa stopień wypełnienia porów gruntu
przez wodę. Oblicza się go ze wzoru:
Vw w
100
Vw ms wn
Sr
Vp Vp w wr
100
ms
Zależnie od stopnia wilgotności Sr rozróżniono następujące stany zawilgoce-
nia gruntów niespoistych:
- suchy, Sr = 0;
- mało wilgotny, 0 < Sr d" 0,4;
- wilgotny, 0,4 < Sr d" 0,8;
- nawodniony, 0,8 < Sr d" 1,0.
STOPIEC ZAGSZCZENIA I STANY GRUNTÓW NIESPOISTYCH
DEFINICJA STOPNIA ZAGSZCZENIA
Stopień zagęszczenia gruntów niespoistych ID jest to stosunek zagęszczenia
występującego w stanie naturalnym do największego możliwego zagęszczenia
danego gruntu.
Zagęszczenie gruntu w stanie naturalnym określa się jako różnicę objętości
próbki gruntu w stanie najbardziej luznym Vmax i naturalnym V . Największym moż-
liwym zagęszczeniem gruntu określa się różnicę objętości próbki gruntu w stanie
najbardziej luznym Vmax i najbardziej zagęszczonym Vmin. Zależności te przed-
stawiono na rysunku.
Cechy fizyczne gruntu 9
Stopień zagęszczenia oblicza się wzorem:
Vp max Vp
Vmax V
ID
Vmax Vmin Vp max Vp min
Vp max Vp
Vs Vs emax e
d max d d min
Vp max Vp min emax emin
d d max d min
Vs Vs
gdzie:
emax - wskaznik porowatości maksymalnej obliczany dla gęstości objętościowej
�dmin przy najbardziej luzno usypanym gruncie suchym,
emin wskaznik porowatości minimalnej obliczany dla gęstości objętościowej
�dmax przy możliwie największym zagęszczeniu gruntu suchego przez wi-
bracje (bez niszczenia ziarn),
e wskaznik porowatości naturalnej odpowiadający �d.
STANY GRUNTÓW NIESPOISTYCH
W zależności od wartości stopnia zagęszczenia ID grunty niespoiste, wg PN-
B-02480:1986, dzieli się na:
luzne (ln) ID d" 0,33
średnio zagęszczone (szg) 0,33 < ID d" 0,67
zagęszczone (zg) 0,67 < ID d" 0,80
bardzo zagęszczone (bzg) ID > 0,80
Cechy fizyczne gruntu 10
LABORATORYJNE METODY OZNACZANIA
STOPNIA ZAGSZCZENIA
Oznaczanie granicznych gęstości objętościowych szkieletu gruntowego �dmin
i �dmax niezbędnych do obliczenia granicznych wskazników porowatości emax i emin
niespoistych gruntów drobnoziarnistych przeprowadza się w metalowym cylin-
drze o znanych wymiarach, zaopatrzonym w tłok.
Urządzenie do oznaczania stopnia zagęszczenia:
1 piasek, 2 cylinder, 3 - tłoczek, 4 widełki do zagęszczania
Gęstość �dmin określa się przez nasypanie do cylindra, przy użyciu lejka, wy-
suszonego gruntu. Po zważeniu cylindra z gruntem ustawia się na powierzchni
gruntu tłok i przeprowadza zagęszczanie przez l min, uderzając widełkami o ścianę
cylindra. Grunt uznaje się za zagęszczony do �dmax jeżeli trzy kolejne pomiary
zagłębienia tłoka po każdorazowym dodatkowym 30-sekundowym zagęszczaniu
nie wykazują zmian.
Przedstawiona metoda oznaczania �dmin i �dmax ma zastosowanie do niespoistych grun-
tów drobnoziarnistych o zawartości największych ziarn d = 2 � 5 mm poniżej 5 %.
Badania �dmin i �dmax gruntów gruboziarnistych i kamienistych przeprowadza się
w cylindrze wielkowymiarowym.
Cechy fizyczne gruntu 11
OZNACZANIE STOPNIA ZAGSZCZENIA METOD SONDOWANIA
Pobieranie próbek gruntu niespoistego o strukturze NNS nastręcza wiele
trudności lub wręcz jest niemożliwe (np. grunt luzny występujący poniżej po-
ziomu wody gruntowej). W związku z powyższym, do określania stopnia za-
gęszczania stosuje się metody sondowania. Sondowanie ma na celu określenie
stanu gruntów na różnych głębokościach (max 10 � 30 m). Wykonuje się po-
miar oporu końcówek sond przy ich zagłębianiu w grunt. Ze względu na sposób
wprowadzania sond w grunt rozróżnia się sondy wciskane, wkręcane i wbijane -
tzw. udarowe. W Polsce najbardziej popularne są sondy wbijane.
Sondy wbijane, zależnie od stosowanych końcówek dzieli się na stożkowe,
które mogą być lekkie (SL) i ciężkie (SC), krzyżakowe (ITB-ZW) i cylindryczne
(SPT).
Sondowanie polega na wbijaniu sondy, z odpowiednią końcówką, uderzeniami
młota o masie dla sondy SL = 10 kg, ITB-ZW = 22 kg oraz SC i SPT = 65 kg,
przy wysokości opadania odpowiednio 50, 25 i 75 cm. W czasie sondowania
notuje się liczbę uderzeń Nx potrzebną do zagłębienia na głębokość x = 10, 20 i
30 cm odpowiednio dla sondy SL i ITB-ZW (N10), SC (N20) i SPT (N30 ). Sondowa-
nie sondą SPT wykonuje się w otworze wiertniczym ze względu na konieczność
pogłębiania otworu. Na podstawie określonej z badań liczby uderzeń młota da-
nej sondy, dla odpowiedniego zagłębienia określa się stan gruntu z tabeli.
Cechy fizyczne gruntu 12
GRANICE KONSYSTENCJI,
WSKAyNIK I STOPIEC PLASTYCZNOŚCI,
STANY GRUNTÓW SPOISTYCH
GRANICE KONSYSTENCJI
`
Rozróżnia się trzy konsystencje gruntów spoistych: płynną, plastyczną i
zwartą.
Granicznymi wilgotnościami rozdzielającymi poszczególne konsystencje są
granice konsystencji: granica płynności wL i granica plastyczności wp. Dodat-
kowo wyróżnia się jeszcze granicę skurczalności ws (wilgotność na granicy sta-
nu półzwartego i zwartego). Na granicy między konsystencją płynną i plastycz-
ną znajduje się granica płynności wL, a na granicy między konsystencją pla-
styczną i zwartą granica plastyczności wp. Granice konsystencji zostały wpro-
wadzone w 1911 r. przez Atterberga. Wyznacza się je umownie.
Granica płynności w jest to najmniejsza procentowa zawartość wody w
L
gruncie, przy której bruzda wykonana w miseczce aparatu Casagrande'a zaczyna
się łączyć pod wpływem 25 uderzeń o podstawę aparatu ponownie w całość, na
długości l cm i wysokości l mm.
Granica plastyczności wp jest to największa procentowa zawartość wody w
gruncie, mierzona w stosunku do jej suchej masy, przy której grunt rozwałko-
wany z kulki o średnicy 7 � 8 mm w wałeczek o średnicy 3 mm zaczyna się kru-
szyć (pękać).
Granica skurczalności ws jest to największa procentowa zawartość wody,
przy której grunt przy dalszym suszeniu przestaje się kurczyć i zmienia swą
barwę na powierzchni na jaśniejszą.
Cechy fizyczne gruntu 13
Oznaczanie konsystencji
Konsystencję gruntu spoistego powinno się określać w badaniu makroskopo-
wym, przyjmując następujący sposób oznaczania i opisu [PN-EN ISO 14688-1]:
a) grunt należy określać jako miękkoplastyczny jeśli wydostaje się pomiędzy
palcami przy ściskaniu;
b) grunt należy określać jako plastyczny jeśli można go formować przy lek-
kim nacisku palców;
c) grunt należy określać jako twardoplastyczny jeśli nie może być formowany
palcami, lecz może być wałeczkowany w ręku do wałeczka o średnicy 3
mm bez spękań i rozdrabniania się;
d) grunt należy określać jako zwarty jeżeli rozpada się i pęka podczas wałecz-
kowania do wałeczka o średnicy 3 mm, lecz jest ciągle dostatecznie wilgot-
ny, aby ponownie uformować z niego bryłkę;
e) grunt należy określać jako bardzo zwarty jeśli jest wysuszony, najczę-
ściej ma jasną barwę. Nie można z niego uformować kulki, rozdrabnia się
pod naciskiem. Można go zarysować paznokciem.
Powyższe podziały mogą być niedokładne, szczególnie dla gruntów o małej
spoistości.
Cechy fizyczne gruntu 14
WSKAyNIK PLASTYCZNOŚCI
Wskaznik plastyczności Ip jest to różnica pomiędzy granicą płynności wL i
granicą plastyczności wp :
Ip = wL-wp
Wskaznik plastyczności wskazuje, ile wody wchłania grunt przy przejściu ze
stanu półzwartego w stan płynny (w procentach w stosunku do masy szkieletu).
Wskazniki plastyczności dla bardzo aktywnych minerałów iłowych (montmoryloni-
tu) wynoszą powyżej 200 % , (215 � 656 ) %, a mało aktywnych lessów (pyłów kwar-
cowych) ok. 5 � 10 %. Grunty o małym wskazniku plastyczności ulegają łatwo
upłynnieniu przy nieznacznym zawilgoceniu.
Skempton wprowadził pojęcie aktywności koloidalnej określanej wg wzoru:
I
p
A
fi'
gdzie:
A aktywność koloidalna,
Ip wskaznik plastyczności,
fi' zawartość frakcji iłowej w gruncie (o uziarnieniu poniżej 2 mm).
Zależnie od aktywności koloidalnej grunty dzieli się na 4 grupy:
- nieaktywne A < 0,75,
- przeciętnie aktywne 0,75 d" A < 1,25,
- aktywne 1,25 d" A < 2,
- bardzo aktywne A e" 2.
Aktywność koloidalna gruntów występujących w Polsce przeciętnie wynosi
A H" 1, z wyjątkiem glin pokrywowych i lessów, dla których A = 0,5 � 0,7 oraz
iłów montmorylonitowych, dla których A >1,5.
Wskaznik plastyczności przyjęto za podstawę klasyfikacji gruntów pod
względem spoistości.
Podział gruntów wg spoistości
Rodzaj gruntu Wskaznik plastyczności
Niespoisty I d" 1 %
p
Spoisty: 1% < Ip
mało spoisty 1% < Ip d" 1 0 %
średnio spoisty 10% < Ip d" 20 %
zwięzło spoisty 20% < Ip d" 30 %
bardzo spoisty 30% < Ip
Cechy fizyczne gruntu 15
STOPIEC PLASTYCZNOŚCI , WSKAyNIK KONSYSTENCJI
ORAZ STANY GRUNTÓW SPOISTYCH
Stopień plastyczności IL oraz wskaznik konsystencji Ic oblicza się wg wzorów:
wn wp wn wp
IL ,
wL wp I
p
wL wn
Ic 1 IL ,
I
p
gdzie:
wn - wilgotność naturalna,
wp - granica plastyczności,
wL - granica płynności,
Ip - wskaznik plastyczności.
Stany i konsystencje gruntów spoistych rozróżnia się zależnie od wartości granic
konsystencji, wilgotności naturalnej i stopnia plastyczności .
Stany i konsystencje gruntów spoistych
Wartości IL i wn Stan gruntu Wartości Ic Konsystencja
IL < 0 oraz wn d" ws Zwarty
Zwarta i bardzo
> 1,00
zwarta
IL d" 0 oraz ws < wn d" wp Półzwarty
0 < IL d" 0,25 Twardoplastyczny 0,75 � 1,00 Twardoplastyczna
0,25 < IL d" 0,50 Plastyczny 0,50 � 0,75 Plastyczna
0,50 < IL d" 1,0 Miękkoplastyczny 0,25 � 0,50 Miękkoplastyczna
IL > 1,0 lub wn > wL Płynny < 0,25 Płynna
Stopień plastyczności i stany gruntów można określać także na podstawie badań
polowych, np. za pomocą sondowania sondą cylindryczną (SPT) lub metodą wa-
łeczkowania zaproponowaną przez Wiłuna w 1951 r.
Sondą cylindryczną w otworze badawczym oznacza się N30 i na tej podstawie
określa się stan gruntu.
Metodą wałeczkowania oznacza się liczbę wałeczkowań X, jaka jest potrzebna
do zmiany wilgotności gruntu od wilgotności naturalnej do granicy plastyczości
(wn - wp) oraz zawartość frakcji iłowej fi' na podstawie obserwacji zachowania się
wałeczka pod koniec wałeczkowania.
Cechy fizyczne gruntu 16
Stopień plastyczności gruntu wg metody wałeczkowania oblicza się z wzoru:
wn wp 1,25X
IL
I Afi'
p
gdzie:
X - liczba wałeczkowań,
1,25 - strata wilgotności przy jednym wałeczkowaniu, %,
A - wskaznik aktywności koloidalnej (do wzoru przyjmuje się A = 1),
fi'- zawartość frakcji iłowej w danym gruncie (o uziamieniu poniżej 2 mm), %.
Norma PN-B-004481:1988 zaleca na podstawie liczby wałeczkowań X określać tyl-
ko stan gruntów spoistych.
ZAGSZCZALNOŚĆ GRUNTÓW NASYPOWYCH
I WSKAyNIK ZAGSZCZENIA
Nowoczesne metody budowy nasypów zapór i obwałowań oraz nasypów drogo-
wych i kolejowych polegają na odpowiednim zagęszczaniu gruntu, z którego są
zbudowane, w celu maksymalnego wykorzystania jego wytrzymałości, z za-
pewnieniem stateczności wykonanych budowli w najniekorzystniejszych warun-
kach ich pracy. W przypadku nasypów drogowych i kolejowych chodzi nie tylko o
stateczność korpusu, lecz i o nośność pod nawierzchnią drogową lub kolejową.
Nowoczesne metody projektowania korpusów nasypów ziemnych opierają się na:
- ustaleniu wytrzymałościowych cech gruntów w różnych warunkach ich
zagęszczenia,
- wymiarowaniu konstrukcji z uwzględnieniem wielkości i układów przy-
szłych obciążeń oraz cech gruntów (zmieniających się zależnie od różnych
czynników).
Nowoczesna technologia robót ziemnych wymaga doboru takiego zespołu ma-
szyn do urabiania, transportu i zagęszczania gruntów, aby wykonawstwo robót było
ekonomiczne i zapewniało uzyskanie przewidzianego w projekcie stanu gruntów, a
więc i ich wymaganych cech.
Jak wiadomo, ośrodek gruntowy, a więc i grunt nasypowy składa się z oddziel-
nych ziarn i cząstek, pomiędzy którymi istnieją pory wypełnione wodą i powie-
trzem. Proces zagęszczania powoduje szczelniejsze ułożenie tych składników (przy
częściowym usunięciu powietrza) w jednostce objętości.
Skuteczność zagęszczenia gruntu podczas wbudowywania go w nasyp zależy od
rodzaju i wilgotności gruntu, grubości zagęszczanych warstw, energii i sposobu
zagęszczania (typu, ciężaru, liczby przejść maszyny zagęszczającej).
Zagęszczalnością gruntów wg Wiłuna nazywa się ich zdolność do uzyskiwania
określonej gęstości (� ) zależnie od ilości energii zagęszczania i sposobu jej przeka-
d
zania oraz od rodzaju gruntu i jego wilgotności.
Cechy fizyczne gruntu 17
WSKAyNIK ZAGSZCZENIA
Miernikiem charakteryzującym jakość zagęszczenia nasypu jest wskaznik za-
gęszczenia Is, który wyznacza się wg wzoru:
Is dnas
ds
gdzie:
�dnas gęstość objętościowa szkieletu gruntu w nasypie,
�ds maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntowego uzyskana
w warunkach określonych normą PN-B-04481:1988.
Przyjmuje się, że nasyp jest dobrze zagęszczony, jeżeli Is e" Isdop. Wartość
Isdop ustala się z uwzględnieniem projektowanych cech mechanicznych gruntu
nasypowego. W większości przypadków dla nasypów ustala się Isdop e" 0,95.
Maksymalna gęstość objętościową szkieletu gruntowego �ds oznacza się wg
metody Proctora, zgodnie z normą PN-B-04481:1988.
Cechy fizyczne gruntu 18
BADANIA PROCTORA
Na podstawie badań gruntów używanych do budowy zapór ziemnych w Kali-
fornii, Proctor (1933 r.), ustalił zależność pomiędzy �d a wilgotnością, przy
stałej energii zagęszczania oraz opracował metodę określania wilgotności
optymalnej wopt przy której uzyskuje się największe zagęszczenie gruntu �ds dla
określonej energii. Udowodnił też, że maksymalne zagęszczenie jest tym więk-
sze, im większa jest energia zagęszczania oraz że wartości wopt i �ds zależą od
rodzaju gruntu.
Do oznaczania �ds i wopt stosuje się dwie metody laboratoryjne polegające na
ubijaniu drobnoziarnistego gruntu w cylindrze: metodę normalną (Proctora) i zmo-
dyfikowaną (zmodyfikowaną metodę Proctora wprowadziło Amerykańskie Stowarzy-
szenie Pracowników Drogowych - ASHO). Metody te różnią się wartością energii
stosowanej do zagęszczania gruntu w przeliczeniu na jednostkę jego objętości.
Energia zagęszczania, wg normy PN-B-04481:1988, w metodzie normalnej wy-
nosi E1 = 0,59 J/cm3 (59 N�cm/cm3), a w metodzie zmodyfikowanej E2= 2,65 J/cm3
(265 N�cm/cm3). Zależnie od energii i wymiarów cylindra, rozróżnia się cztery
metody zagęszczania gruntów.
Przyjmuje się, że stosowana w laboratorium energia zagęszczania E1 odpo-
wiada warunkom zagęszczania lekkim sprzętem budowlanym (lekkimi walcami
drogowymi, o masie do 10 t, lekkimi ubijakami itp.), natomiast energia zagęsz-
czania E2 odpowiada pracy ciężkiego sprzętu (walców drogowych o masie 20 �
30 t, ciężkich walców wibracyjnych o masie powyżej 4 t, ciężkich ubijaków o
masie powyżej 2 t itp.).
Badanie wopt i �ds polega na zagęszczaniu ok. pięciu próbek gruntu ubija-
kiem w odpowiednim cylindrze, w trzech lub pięciu warstwach (zależnie od me-
tody), kolejno przy różnych wilgotnościach. W oparciu o wykonane pomiary gę-
stości objętościowej przy odpowiadającej im wilgotności zagęszczonych próbek
gruntu sporządza się wykres zależności gęstości objętościowej szkieletu �d od
wilgotności w. Z wykresu określa się wilgotność optymalną wopt odpowiadającą
maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu �ds. Należy zauważyć, że maksy-
malnej gęstości objętościowej szkieletu �ds nie odpowiada maksymalna gęstość
objętościowa �max.
Cechy fizyczne gruntu 19
Aparat Proctora: 1 podstawa, 2 cylinder, 3 nadstawka, 4 grunt, 5 - ubijak,
6 podstawa ubijaka, 7 prowadnica ubijaka
Wykres badań zagęszczalności gruntu: 1 zależność �d = f(w),
2 zależność � = f(w)
Cechy fizyczne gruntu 20

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Cechy fizyczne materia é w CZ 1
dobre materiały podstawowe cechy fizyczne
Cechy fizyczne
Cechy fizyczne gruntów i stany
cechy fizyczne minerałów 2014
cechy fizyczne i cechy mechaniczne materiałów budowlanych
wahadło fizyczne ćwiczenia z agh
002543 umowa zlecenia(prawna fizyczna)
Podatek dochodowy od osób fizycznych
TEST 2013 2014 Wojewodzki Konkurs Fizyczny etap rejonowy
Wzory fizyczne
TEST 2011 2012 Wojewodzki Konkurs Fizyczny etap rejonowy
wychowaniewprzedszkolu aktywność fizyczna
Mfa Tablice Fizyczne

więcej podobnych podstron