Badania makroskopowe gruntów budowlanych
1. WST
P
Gruntem budowlanym nazywamy część skorupy ziemskiej mogącą współdziałać z obiektem
budowlanym, stanowiącą jego element lub służącą jako tworzywo do wykonywania z niego
budowli ziemnych. Badaniami makroskopowymi nazywa się przybliżone określenie rodzaju gruntów
i ich cech fizycznych bez pomocy przyrządów.
Badania makroskopowe należy stosować:
a) jako badania polowe w terenie,
b) jako wstępne badania w laboratorium w celu właściwego wyznaczania próbek do
szczegółowych badań laboratoryjnych,
c) w badaniach laboratoryjnych w celu porównania rodzaju i stanu badanych próbek użytych
do innych badań laboratoryjnych.
Badania makroskopowe mają na celu określenie następujących cech gruntów:
1) rodzaju i nazwy,
2) stanu,
3) barwy,
4) wilgotności,
5) zawartości węglanu wapnia
2. OKREŚLENIE RODZAJU I NAZWY GRUNTÓW
2.1. Wstępne ustalenie spoistości gruntu
Grunt należy określać jako spoisty, jeżeli po wyschnięciu do stanu powietrzno suchego tworzy
zwarte grudki.
Grunt należy określać jako niespoisty, jeżeli po wyschnięciu do stanu po wietrzno suchego
stanowi niezwiązane ze sobą cząstki lub grudki, rozpadające się pod wpływem lekkiego nacisku
palcem (około 1 N).
Charakterystyka porównawcza niektórych cech gruntów spoistych i niespoistych:
a. Iły silnie nawodnione przy stopniowym wysychaniu zmieniają swój stan przechodząc w ciało
stałe. Grunty piaszczyste nie wykazują żadnej spoistości przy dowolnym nasyceniu wodą.
b. Grunty ilaste przy wysychaniu zmniejszają swoją objętość, kurczą się, natomiast grunty
piaszczyste nie wykazują skurczu przy wysychaniu.
c. Grunty piaszczyste mają zdolność filtracyjną w zależności od wielkości ziaren mniejszą lub
większą , natomiast przepuszczalność iłów jest znikoma.
d. Grunty ilaste, jeżeli nie znajdują się w stanie płynnym wykazują w miarę wysychania coraz
większą przyczepność wzajemną między cząstkami, czyli spójność.
2.2. Oznaczanie rodzaju i nazwy gruntów spoistych
Rozróżnia się cztery rodzaje gruntów spoistych: mało spoiste, średnio spoiste, spoiste zwięzłe i
bardzo spoiste. Każdy rodzaj obejmuje trzy grunty o różnej zawartości frakcji piaskowej: grunty
piaszczyste (grupa I), pośrednie (grupa II) i pylaste (grupa III). Istnieją dwie metody oznaczania
rodzaju gruntu: próba wałeczkowania i próba rozmakania, oraz jedna metoda oznaczania
zawartości frakcji piaskowej: próba rozcierania w wodzie. Rodzaj i nazwę gruntu określamy na
podstawie zestawienia wyników próby wałeczkowania (i ewentualnie rozmakania) z wynikiem
próby rozcierania w wodzie. Należy w tym celu użyć tabeli 1.1. Każdy rodzaj gruntu jest w niej
reprezentowany przez jeden poziom (wiersz), natomiast kolumny 3, 4 i 5 odpowiadają trzem
wspomnianym grupom zawartości frakcji piaskowej. Nazwę danego gruntu odczytujemy na
skrzyżowaniu odpowiedniego wiersza i kolumny.
2.2.1. Próba wałeczkowania
Z przeznaczonej do badań grudki gruntu bez frakcji kamienistej i żwirowej, należy uformować
kulkę o średnicy 7 mm. Kulkę należy położyć na wyprostowanej dłoni i nasadą drugiej dłoni
wałeczkować grunt nieznacznie uciskając.
Wałeczkować należy z szybkością około 2 obrotów na sekundę aż do otrzymania wałeczka o
średnicy około 3 mm. Jeżeli wałeczek nie wykazuje uszkodzeń, należy ugnieść go i ponownie
uformować kulkę oraz powtórzyć wałeczkowanie. Czynność tę należy powtarzać tak długo, aż
wałeczek po uzyskaniu średnicy 3 mm wykazuje spękania, rozwarstwienia lub rozsypuje się.
Rodzaj uszkodzeń oraz wygląd wałeczka według kolumny 6 w tabeli 1.1 określa rodzaj gruntu.
Próbę wałeczkowania należy przeprowadzić przynajmniej na dwóch próbkach (kulkach), a w
przypadku wyraz
nej niezgodności wyników - dodatkowo na trzeciej próbce.
2.2.2. Próba rozcierania gruntu w wodzie
Grudkę gruntu przeznaczonego do badań należy rozcierać między dwoma palcami zanurzonymi w
wodzie. Jeżeli podczas wykonywania próby pozostaje pomiędzy palcami dużo ziaren piasku - grunt
należy zaliczyć do grupy I, jeżeli wyczuwa się tylko pojedyncze ziarna - do grupy II, gdy nie
pozostają ziarna piasku -do grupy III (kolumny 3 - 5 w tabeli 1).
2.2.3. Próba rozmakania
Z przeznaczonego do badań gruntu należy pobrać grudkę o średnicy 10�15 mm i wysuszyć do
stałej masy w temperaturze 105 + 110�C. Tak przygotowaną grudkę należy umieścić na siatce o
wymiarach boków oczek kwadratowych 5 mm i zanurzyć całkowicie w wodzie. Czas rozmakania
grudki mierzy się od chwili zanurzenia w wodzie do chwili jej przeniknięcia przez siatkę w wyniku
rozmoknięcia.
Tabela 1
Cechy rozpoznawcze gruntów spoistych
Rodzaj gruntu, wskaz
nik Rodzaje i nazwy gruntów
Wyniki badania
plastyczności (Ip) w zależności od zawartości frakcji piaskowej
Grupa I Grupa II Grupa III
Zawartości frakcji iłowej
grunty grunty grunty Próba wałeczkowania Próba rozmakania
(fi)
piaszczyste pośrednie pylaste
Pył
Mało spoisty Piasek Pył piaszczysty Kulka rozpłaszcza się lub Grudka rozmaka
a) Ip <5% gliniasty rozsypuje i grunt nie natychmiast
fi < 5% daje się wałeczkować
Pył
b) Ip = 5- 10% Piasek Pył piaszczysty Wałeczek rozwarstwia Grudka rozmaka w
fi = 5- 10% gliniasty się podłużnie ciągu 0,5 - 5 minut
Średnio spoisty Glina Glina glina pylasta Od początku do końca Grudka rozmaka w
Ip =10- 20% piaszczysta wałeczkowania ciągu 5 - 60 h
fi = 10 - 20% powierzchnia wałeczka
bez połysku, wałek pęka
poprzecznie
Zwięzło spoisty Glina Glina zwięzła Glina pylasta Wałeczek początkowo Grudka rozmaka w
Ip = 20 - 30% piaszczysta zwięzła bez połysku, przy końcu ciągu 1 - 24 h
fi = 20 - 30% zwięzła wałeczkowania z
połyskiem, pęka
poprzecznie
Ił
Bardzo spoisty Ił piaszczysty Ił pylasty Kulka i wałeczek od Grudka rozmaka w czasie
Ip > 30% początku z połyskiem dłuższym niż doba
fi > 30%
wałeczkowania lub rozmakania
Rodzaje i nazwy gruntów w zależności od wyników próby
2.3. Oznaczanie rodzaju gruntów niespoistych
Do gruntów niespoistych (sypkich) zalicza się grunty drobnoziarniste niespoiste oraz grunty
gruboziarniste zawierające do 2% frakcji iłowej.
Rodzaj gruntów niespoistych należy określać zgodnie z Tabelą 2, na podstawie wielkości i
zawartości ziaren poszczególnych frakcji ustalonych makroskopowo lub ewentualnie za pomocą
lupy z podziałką.
Tabela 2
Rodzaj gruntu niespoistych w zależności od zawartości poszczególnych frakcji
(dla oceny makroskopowej)
Nazwa gruntu Zawartość frakcji, %
> 2 mm > 0,5 mm > 0,25 mm
Żwir > 50 - -
Pospółka 50 � 10 > 50 -
Piasek gruboziarnisty < 10 > 50 -
< 10 < 50 > 50
Piasek średnioziarnisty
Piasek drobnoziarnisty
< 10 < 50 < 50
Piasek pylasty
Uwagi:
-Piasek pylasty po wyschnięciu tworzy lekko spojone grudki, które rozsypują się między palcami przy ich
podnoszeniu.
-Pył mało wilgotny przy rozcieraniu między palcami zachowuje się jak mąka kartoflana, a palce pokrywają
się jasną mączką. W stanie wysuszonym pył roztarty ma wygląd zbliżony do cementu.
-Gliny i iły w stanie mało wilgotnym nie zostawiają na palcach mączki pylastej. Gliny morenowe zawierają
najczęściej pojedyncze okruchy skalne i ziarna żwirowe.
-Grunty osadzone w wodzie charakteryzują się widocznymi warstewkami o różnym uziarnieniu i
odmiennym zabarwieniu, np. iły warstwowe maj ą ciemne warstewki iłowe i jaśniejsze pyłowe; po
przełamaniu grudki jest widoczna w przekroju łupliwość wzdłuż równoległych powierzchni osadzenia się
cząstek w wodzie. W celu dobrego rozpoznania uwarstwień należy grunt wysuszyć do stanu powietrzno
suchego i przez lekkie uderzenie młotkiem rozkruszyć daną próbkę, spękania przebiegają przeważnie
wzdłuż uwarstwień, które na skutek tego są dobrze widoczne.
3. OZNACZANIE STANU GRUNTÓW SPOISTYCH
Stan gruntów spoistych należy oznaczać na podstawie liczby kolejnych wałeczkowań tej samej
kulki gruntu biorąc pod uwagę, ile razy uzyskano wałeczek o średnicy 3 mm bez jego uszkodzenia.
Wałeczkowanie należy przerwać, gdy na powierzchni wałeczka występują wyraz
ne poprzeczne
spękania, a wałeczek długości 4�5 cm podnoszony za je, den koniec pęka pod swoim ciężarem lub
gdy wałeczek popękał na kilka oddzielnych kawałków. Wałeczkowanie należy również przerwać,
gdy wałeczek rozwarstwia się lub rozsypuje.
Stan gruntu i stopień plastyczności wyznacza się z nomogramu na Rys.1, w zależności od rodzaju
badanego gruntu.
Rys.1. Nomogram do oznaczania stanu gruntów spoistych
Stany nie objęte nomogramem określa się następująco:
a) stan półzwarty - gdy z gruntu można uformować kulkę, lecz wałeczek pęka podczas pierwszego
wałeczkowania,
b) stan zwarty - gdy z gruntu nie można uformować kulki,
c) stan płynny - gdy liczba wałeczkowań przekracza wartość maksymalną przewidzianą
w nomogramie dla danego rodzaju.
Należy pamiętać, że niemożność uformowania kulki lub jej rozpad podczas pierwszego
wałeczkowania mogą być związane z bardzo małą spoistością gruntu lub jej całkowitym brakiem
(por. punkt 2.1. Wstępne ustalenie spoistości gruntu). W takiej sytuacji grunt należy określić jako
niespoisty.
4. OKREŚLANIE BARWY GRUNTU
Barwę gruntu należy określać na przełomie gruntu o naturalnej wilgotności. W opisie barwy
gruntu należy podać najpierw odcień i intensywność barwy, a następnie barwę podstawową np.
jasnożółta - szara. Przy występowaniu kilku barw należy podać charakter ich występowania, np.
zielona z czerwonymi smugami.
5. OKREŚLANIE WILGOTNOŚCI
Grunt należy określić jako:
a) suchy, jeżeli grudka gruntu przy zgniataniu pęka, a w stanie rozdrobnionym nie wykazuje
zawilgocenia,
b) mało wilgotny, jeżeli grudka gruntu przy zgniataniu odkształca się plastycznie, lecz papier
filtracyjny lub ręka nie stają się wilgotne,
c) wilgotny, jeżeli papier filtracyjny lub ręka przyłożona do gruntu stają się wilgotne,
d) mokry, jeżeli przy ściskaniu gruntu w dłoni odsącza się z niego woda,
e) nawodniony -jeżeli woda odsącza się z gruntu grawitacyjnie.
6. OZNACZANIE W
GLANU WAPNIA CaCO3
Próbkę gruntu przeznaczonego do badań należy zwilżyć kilkoma kroplami 20% roztworu kwasu
solnego, a następnie obserwując reakcję gruntu należy na podstawie Tabeli 3 ustalić zawartość
CaCO3.
Tabela 3
Zawartość węglanu wapnia w gruntach budowlanych
Zawartość CaCC>3 w % Reakcja gruntu w środowisku HC1
>5 burzy się intensywnie i długo (>20 s)
3 do 5 burzy się intensywnie, lecz krótko (< 20 s)
1 do 3 burzy się słabo i krótko (< 20 s)
< 1 ślady lub brak wydzielania gazu
7. DODATKOWE BADANIA MAKROSKOPOWE
Oprócz opisanych wcześniej cech makroskopowych gruntu niejednokrotnie określa się
dodatkowo:
a. Stopień obtoczenia ziaren dla gruntów kamienistych, żwirowych i pospółek. Z uwagi na
obtoczenie określa się ziarna jako: ostrokrawędziste, kanciaste, słabo obtoczone, dobrze obtoczone.
b. Makrostrukturę i makroteksturę gruntu. Przez makrostrukturę gruntu rozumie się wszystkie
makroskopowe cechy gruntów rozpoznawalne gołym okiem: wymiary i kształt elementów
makrostrukturalnych (bloków, ziaren itp.), makroszczelinowatość, makroporowatość.
Najczęściej spotykane typy makrostruktur: ziarnista, słupkowa, łuskowa, pryzmatyczna i płytkowa
(dwie ostatnie są najczęściej spotykane w gruntach spoistych). Makrotekstura gruntu to wszystkie
cechy przestrzennego ułożenia elementów makrotekstury.
Najczęściej spotykane makrotekstury: brukowa - ziarna i okruchy skalne przylegają do siebie,
pseudoporfirowa - w gruncie drobnoziarnistym znajdują się większe ziarna, jednorodna - ziarna są o
jednakowych wymiarach lub zbliżonych, warstwowa -w gruncie występują przewarstwienia o
różnym układzie granulometrycznym, bezładna - brak jakiegokolwiek widocznego warstwowania.
c. Skład mineralny. W niektórych przypadkach możliwe jest makroskopowe oszacowanie składu
mineralnego gruntów niespoistych (piasków, żwirów), kamienistych i skalistych.
8. OPISOWA CHARAKTERYSTYKA PRÓBEK GRUNTÓW
Przy makroskopowym rozpoznaniu gruntów spoistych należy określenie ich rodzaju uzupełnić
opisem przewarstwień, domieszek, zanieczyszczeń oraz typowych cech wtórnych, np. glina
piaszczysta z laminatami iłu itp.
9. ZABEZPIECZENIE PRÓBEK PO BADANIU
Próbki gruntu powinny być natychmiast po zbadaniu zaparafinowane celem zabezpieczenia ich
przed wysychaniem (utratą naturalnej wilgotności). Wyniki przeprowadzonych badań należy
wpisać do specjalnych formularzy.