Gruntoznawstwo - dział geologii inżynierskiej zajmujący się badaniem i klasyfikacją gruntów ze względu na ich właściwości budowlane, oceną mechanicznej wytrzymałości gruntu jako podłoża budowli, metodami polepszenia właściwości gruntów oraz badaniem zmian tych właściwości pod wpływem wznoszonych budowli.
Analiza makroskopowa
Badania makroskopowe mają na celu określenia przybliżonego rodzaju, nazwy, niektórych cech fizycznych oraz stanu badanego gruntu bez użycia przyrządów. Stosuje się ją w terenie oraz jako badania wstępne w laboratorium. Grunty spoiste dzielimy na 4 grupy w zależności od stopnia spoistości:
- mało spoisty,
- średnio spoisty,
- zwięzło spoisty,
- bardzo spoisty.
1. Oznaczanie rodzaju gruntu
1.1. Oznaczanie rodzaju gruntów spoistych.
Grunt należy określić jako spoisty, jeżeli po wyschnięciu do stanu powietrzno-suchego tworzy on zwarte grudki. Grunt należy określić jako niespoisty, jeżeli po wyschnięciu do stanu powietrzno-suchego stanowi on niezwiązane ze sobą cząstki lub grudki, rozpadające się pod wpływem lekkiego nacisku palcem. Jeżeli grunt jest w stanie wilgotnym, to rodzaj gruntu określa się na podstawie zdolności do formowania kulki. Rodzaj gruntów spoistych zależy przede wszystkim od zawartości w nich frakcji iłowej, a ponadto od zawartości frakcji pyłowej i piaskowej. Wyróżnia się 4 rodzaje gruntów spoistych (stopnie spoistości), przy czym spoistość nadaje gruntom frakcja iłowa. Rodzaje gruntów makroskopowo określa się na podstawie próby wałeczkowania, a w przypadkach wątpliwych - uzupełnionej próbą rozmakania i rozcierania.
1.2 Przybliżone oznaczania rodzaju gruntów niespoistych.
Do gruntów niespoistych (sypkich) zalicza się grunty drobnoziarniste niespoiste oraz grunty gruboziarniste zawierające do 2% frakcji iłowej. Rodzaj gruntów niespoistych określa się zgodnie z % zawartością frakcji, na podstawie wielkości i zawartości ziarna poszczególnych frakcji lub ewentualnie za pomocą lupy z podziałką.
2. Oznaczanie stanu gruntów spoistych
Stan gruntu zależy od ilości i właściwości zawartej w nim wody, a także od składu i właściwości cząstek stałych. Makroskopowo stan gruntów spoistych należy oznaczać na podstawie liczby kolejnych wałeczkowań tej samej kulki gruntu wg 1.1, biorąc pod uwagę ile razy uzyskano wałeczek o średnicy 3 mm bez jego uszkodzeń. Wałeczkowanie przeprowadza się na gruncie o wilgotności naturalnej, nie wolno zwilżać gruntu nawet jeśli jest suchy. Jeżeli z gruntu nie można uformować kulki, grunt znajduje się w stanie zwartym. Jeżeli z gruntu można uformować kulkę, lecz wałeczek pęka podczas pierwszego wałeczkowania, grunt znajduje się w stanie półzwartym. Wyróżnienie następnych stanów określa się na podstawie liczby wałeczkowań tej samej kulki.
3. Określanie barwy gruntu
Jedną z cech makroskopowych gruntu jest jego barwa, często ułatwiająca makroskopowe wydzielenie różnych rodzajów gruntów. Barwa w niektórych przypadkach jest wynikiem określonego składu mineralnego gruntu lub zawartych w nim domieszek. Tak na przykład, związki żelaza trójwartościowego nadają gruntom zabarwienie o odcieniach czerwonych lub brunatnych, natomiast związki żelaza dwuwartościowego zabarwienie o odcieniach zielonych i czarnych. Czarne zabarwienie gruntu może być wywołane także obecnością substancji organicznej, a zielone obecnością glaukonitu. Barwę gruntu określa się na przełamie bryłki gruntu o wilgotności naturalnej. Określenie barwy może być wyrazem kilkuczłonowym, przy czym najpierw podaje się intensywność i odcień barwy, a następnie barwę podstawową, dominującą (na przykład: barwa jasnozielono-brązowa). Przy określaniu barw używa się na ogół nazw kolorów podstawowych w skali barw. Należy unikać takich określeń, jak beżowy, amarantowy itp. Jeśli barwa gruntu nie jest jednorodna, określa się charakter tej niejednorodności podając barwy poszczególnych części, na przykład: grunt o barwie jasnobrązowej z czerwonymi smugami. Należy jednocześnie pamiętać, że grunt może zmieniać barwę po wysuszeniu. Dlatego też określa się ją w gruncie o wilgotności naturalnej, a w przypadku określenia barwy gruntu wyschniętego fakt ten trzeba odnotować.
4. Oznaczanie wilgotności gruntu
Makroskopowo wilgotność gruntu określa się wyróżniając pięć stopni wilgotności gruntów spoistych. Grunt określamy jako: a) suchy, jeśli grudka gruntu przy zgniataniu pęka, a po rozdrobnieniu daje suchy proszek, b) mało wilgotny, jeśli grudka gruntu przy zgniataniu odkształca się plastycznie, lecz papier przyłożony do gruntu nie staje się wilgotny, c) wilgotny, jeżeli grudka gruntu przyłożona do papieru zostawia na nim wilgotny ślad, d) mokry, jeżeli przy ściskaniu gruntu w dłoni odsącza się woda, e) nawodniony, jeżeli woda odsącza się z gruntu grawitacyjnie.
5. Określanie zawartości węglanu wapnia
Węglany wapnia mogą występować w gruntach bądź w stanie rozproszonym, bądź też w postaci większych lub mniejszych skupień, kryształków, kukiełek itp. Ilość węglanów w niektórych gruntach spoistych może dochodzić nawet do 30%. Obecność węglanów w gruntach powoduje ich silną agregację (łączenie się mniejszych cząstek w większe), co w zasadniczy sposób może mieć wpływ na inżyniersko-geologiczne właściwości tych gruntów. Makroskopowo zawartość węglanu wapnia określa się na podstawie obserwacji gruntu po skropieniu 20% roztworem kwasu solnego.
Oznaczanie wilgotności naturalnej.
Wilgotność naturalna gruntu Wn: to stosunek masy wody zawartej w próbce gruntu do masy jej szkieletu gruntowego wyrażony w procentach:
gdzie:
w - wilgotność naturalna gruntu [%]
mw - masa wody [g]
ms - masa gruntu suchego [g]
mmt - masa gruntu o wilgotności naturalnej [g]
mst - masa gruntu wysuszonego w temperaturze 105-110C [g]
Wilgotność naturalną gruntu wyznaczamy susząc próbkę w suszarce (w temp 105-110 st C) oraz obliczając ją z powyższego wzoru.
Oznaczanie parametrów fizycznych i mechanicznych przy pomocy penetrometru tłoczkowego i ścinarki obrotowej.
Penetrometr tłoczkowy.
Celem badania penetrometrem tłoczkowym jest oznaczenie stopnia plastyczności (a także spójności gruntu). Spójność gruntu określa się z oznaczonej w umownych warunkach pomiaru granicznej siły Q, która jest uznawana za wytrzymałość gruntu na ściskanie jednoosiowe. Penetrometr składa się z uchwytu, w którym przesuwać można trzpień, z naniesioną skalą. Wewnątrz osadzona jest sprężyna dynamometryczna. Wynik to średnia arytmetyczna złożona z minimum 5 pomiarów. Spójność gruntu cuwykorzystywana jest do obliczenia stopnia plastyczności.
Ścinarka obrotowa.
Celem badania ścinarką obrotową jest szybki pomiar wytrzymałości na ścinanie gruntu. Wytrzymałość na ścinanie gruntu τf wyznacza się na podstawie oznaczonej wartości momentu granicznego Mf przy ścinaniu gruntu, tzn momentu w chwili osiągnięcia wytrzymałości gruntu na scianie. Ścinarka obrotowa musi być wyposażona w końcówkę skrzydełkową i urządzenie do pomiaru momentu. Badanie polega na przyłożeniu ścinarki obrotowej i wciśniecie w niego końcówki skrzydełkowej. Końcówkę należy obracać powoli i równomiernie aż do uzyskania największego oporu gruntu i odczytać wartość τf.
Oba badania są badaniami uzupełniającymi makroskopowe badanie gruntu. Wyniki pozwalają na pełniejszą charakterystykę niektórych właściwości gruntu oraz porównanie różnych próbek. Badania przeprowadza się na próbkach gruntu z nienaruszoną strukturą. Wyniki badań nie mogą zastąpić zaawansowanych badań laboratoryjnych ponieważ petrometr ma ograniczoną czułość. Niedokładne mogą być wyniki badania przy użyciu ścinarki obrotowej dla gruntu o dużej zawartości fakcji piaszczystej i żwirowej ze względu na powstanie szczelin w gruncie w trakcie wciskania i obrotu końcówki skrzydełkowej.
Analiza sitowa
Analiza sitowa polega na określeniu składu granulometrycznego gruntu, poprzez rozdzielenie poszczególnych frakcji gruntu. Grunt przesiewany jest przez zestaw sit. Dzięki temu otrzymujemy wykres krzywej uziarnienia, ustalamy rodzaj i nazwę badanego gruntu. Znajomość rodzaju badanego gruntu pozwala na prognozowanie jego właściwości oraz ustalenie zakresu dalszych badań. Analizę sitową należy stosować jako badanie podstawowe dla gruntów niespoistych oraz jako badanie uzupełniające dla gruntów spoistych.
Celem ćwiczenia jest określenie rodzaju gruntu niespoistego oraz określenie stopnia różnoziarnistości badanego gruntu.
Zawartość poszczególnych frakcji (Zi) oblicza się w procentach w stosunku do próbki wysuszonej według wzoru:
Zi= (mi/ ms) · 100%
gdzie:
Zi - procentowa zawartość danej frakcji [%]
mi - masa skorygowana frakcji gruntu pozostałej na sicie [g]
ms - masa szkieletu gruntowego (całej próbki) [g].
Różnica między nasą szkieletu gruntowego ms a sumą mas wszystkich frakcji (m1+m2+m3+…mn) nie powinna przekraczać 0,5% wartości ms. Przy obliczaniu wyników różnicę tę należy rozdzielić na wszystkie frakcje, proporcjonalnie do ich mas.
Uzyskane wyniki nanosi się na wykres uziarnienia. Krzywe (wykresy) uziarnienia wykonuje się na specjalnie w tym celu przygotowanych siatkach, na których na osi odciętych w skali logarytmicznej są przedstawione wymiary średnic zastępczych ziarn i cząstek, na osi rzędnych w podziałce zwykłej jest przedstawiona procentowa zawartość ziarn. Procentową zawartość ziarn uzyskaną z analizy sitowej nanosi się według skali umieszczonej po prawej stronie wykresu.
Z krzywej uziarnienia odczytuje się zawartość poszczególnych frakcji, co pozwala określić nazwę gruntu sypkiego.
Podział gruntów gruboziarnistych ze względu na uziarnienie (na podstawie normy PN-86/B-02480 Grunty budowlane. Określenia, symbole, podział i opis gruntów oraz normy PN-88/B-0448 Grunty budowlane. Badania próbek gruntu) :
Nazwa gruntu |
Symbol |
Uziarnienie |
|
Żwir |
Ż |
f'i ≤ 2 % |
fk + fż > 50 % |
Żwir gliniasty |
Żg |
f'i > 2 % |
|
Pospółka |
Po |
f'i ≤ 2 % |
50 % > fk + fż > 10 % |
Pospółka gliniasta |
Pog |
f'i > 2 % |
|
Zestaw sit
Oznaczanie gęstości objętościowej gruntu.
Gęstość objętościowa ρ - stosunek masy samej próbki gruntu do jej objętości. Wyznaczamy ją ze wzoru:
gdzie:
ρ - gęstość objętościowa próbki gruntu [g/cm3]
mm - masa próbki gruntu w stanie naturalnym [g]
V - objętość badanej próbki gruntu [cm3]
Gęstość objętościowa to jeden z trzech parametrów dzięki któremu możemy określić stosunek ilościowy trzech faz w gruncie (stałej, ciekłej i gazowej).
Jej wartość zależy od składu mineralnego, porowatości i wilgotności badanego gruntu.
Gęstość objętościowa możemy wyznaczyć za pomocą jednej z czterech metod:
1) metoda pierścienia tnącego - metoda zalecana dla gruntów twardoplastycznych,
2) metoda rtęciowa - obecnie nie stosowana ze względu na szkodliwe właściwości rtęci,
3) metoda parafinowania,
4) metoda oznaczania gęstości objętościowej w cylindrze.
Metoda parafinowania
Stosujemy ją przy badaniach próbek gruntów spoistych, których objętość lub stan nie pozwalają na wycięcie próbki za pomocą pierścienia tnącego.
Wycinamy nożem z gruntu o nienaruszonej strukturze próbkę o objętości 20-30 cm3 . Wygładzamy powierzchnię nożem. Następnie próbkę ważymy (nasze mm ) a potem przymocowujemy do niej nitkę. Rozpuszczamy parafinę w parowniczce. Umieszczamy próbkę w parafinie tak, aby została powleczona jednolitą warstwą. Banieczki powietrza na parafinie przekłuwamy gorącą igłą. Próbkę wygładzamy a następnie ważymy (mp ). Podwieszamy ją na nitce do szalki wagi i zanurzamy w zlewce z wodą. Ważymy próbkę (mpw ), aby określić masę próbki zmniejszoną o wypór wody w celu wyznaczenia jej objętości.
W tym przypadku gęstość objętościową gruntu wyznaczmy ze wzoru:
Za wynik ostateczny przyjmuje się średnią arytmetyczną wartości uzyskanych z badań dwóch próbek, gdy różnica wyników nie przekracza 0,02 [g/cm3]
Oznaczanie gęstości objętościowej szkieletu gruntowego.
Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego - stosunek masy szkieletu gruntowego gruntu do jego objętości.
Gęstość objętościową szkieletu gruntowego obliczamy ze wzoru:
gdzie:
ρd - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g/cm3]
ms- masa szkieletu gruntowego [g]
V - objętość badanej próbki [cm3]
w - wilgotność [%]
Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego zależy od porowatości i składu mineralnego gruntu. Im mniejsza jest porowatość i większa zawartość minerałów, których gęstość właściwa jest wysoka, tym wyższa jest gęstość objętościowa szkieletu gruntowego.
Wartość tą wykorzystuje się do obliczania porowatości i wskaźnika porowatości gruntu.
Oznaczanie gęstości właściwej szkieletu gruntowego.
Gęstość właściwa ρs [g/m3] - stosunek masy szkieletu gruntowego do jego objętości. Obliczany ze wzoru:
Wartość gęstości właściwej szkieletu gruntowego zależy od składu mineralnego gruntu oraz innych domieszek w nim zawartych.
Obliczana jest do określenia porowatości gruntów, składu granulometrycznego, ściśliwości itp.
Wyznaczamy ją dwoma metodami:
- metodą piknometru (kolby),
- metodą kolby Le Chateliera.
Oznaczanie porowatości i wskaźnika porowatości
Porowatość n - wyraża stosunek objętości porów w próbce gruntu do jej całkowitej objętości. Wyznaczamy jako wartość bezwymiarową lub procentową mnożąc wynik przez 100%.
gdzie:
n - porowatość [liczba niemianowana lub %]
ρs - gęstość właściwa szkieletu gruntowego [g/cm3]
ρd - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g/cm3]
e - wskaźnik porowatości [liczba niemianowana lub %]
Porowatość to sumaryczna objętość porów w gruncie, niezależnie od ich wielkości.
Zazwyczaj wraz ze wzrostem porowatości maleje wymiar samych porów. Zależy ona od:
- stopnia jednorodności uziarnienia - grunty równoziarniste mają najwyższą porowatość,
- kształt ziaren - grunty o ziarnach zbliżonych do kuli mają wysoką porowatość,
- wilgotność - grunty o wyższej wilgotności przeważnie mają wyższą porowatość,
- sposób ułożenia ziaren i cząstek zależy od stopnia diagenezy gruntów.
Wskaźnik porowatości e - stosunek objętości porów do objętości szkieletu gruntowego. Wyznaczamy jako wartość bezwymiarową lub procentową mnożąc wynik przez 100%.
gdzie:
e - wskaźnik porowatości [liczba niemianowana]
ρs - gęstość właściwa szkieletu gruntowego [g/cm3]
ρd - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g/cm3]
n - porowatość [liczba niemianowana lub %]
Obydwa parametry pomocne są przy określaniu zagęszczenia i ściśliwości gruntów.
Oznaczanie stopnia wilgotności gruntu.
Stopień wilgotności Sr określa stosunek objętości wody Vw [cm3] do całkowitej objętości wolnych przestrzeni w glebie Vp [cm3]. Bezwymiarowy.
Stopień wilgotności przyjmuje wartość od 0 (układ dwufazowy-faza stała i gazowa) do 1 (faza stała i ciekła).
Podział gruntów niespoistych ze względu na ich stopień wilgotności wg normy PN-86/B-02480 :
Stan gruntu |
Symbol |
Przedziały zmienności |
Suchy |
s |
Sr = 0 |
Mało wilgotny |
mw |
0 < Sr |
Wilgotny |
w |
0,4 < Sr |
Mokry |
m |
0,8 < Sr |
Nawodniony |
nw |
Sr > |
Oznaczanie stopnia plastyczności.
Stan gruntu spoistego określa parametr zwany stopniem plastyczności IL, obliczany według następującego wzoru:
w którym:
IL - stopień plastyczności [liczba niemianowana]
wn - wilgotność naturalna [% lub liczba niemianowana],
wp - granica plastyczności [% lub liczba niemianowana],
wL - granica płynności [% lub liczba niemianowana].
Granica plastyczności (wp) jest to wilgotność jaką ma grunt na granicy stanu półzwartego i twardoplastycznego. Przy tej wilgotności wałeczek gruntu, podczas jego wałeczkowania na dłoni, pęka po osiągnięciu średnicy 3mm lub podniesiony za jeden koniec rozpada się na części.
Granicą płynności (wL) nazywa się wilgotność gruntu na granicy stanu miękkoplastycznego i płynnego. Przyjmuje się, że granicy płynności odpowiada wilgotność gruntu, przy której bruzda wykonana w paście gruntowej umieszczonej w miseczce aparatu Casagrande'a, łączy się na długości 10 mm i wysokości 1 mm przy 25-tym uderzeniu miseczki o podstawę aparatu, w warunkach oznaczania określonych normą PN-88/B-04481.
Aparat Casagrande'a
Granicą skurczalności (ws) nazywa się wilgotność gruntu na granicy stanu zwartego i półzwartego, przy której grunt pomimo dalszego suszenia nie zmniejsza swojej objętości i jednocześnie zaczyna zmieniać barwę na powierzchni na odcień jaśniejszy.
Obliczenie parametru IL wykonuje się w celu dokładnego oznaczenia stanu gruntu.
Podział na stany i konsystencje gruntów spoistych przedstawia się następująco:
Konsystencja gruntu |
Stan gruntu |
Symbol |
Wartości IL i wn |
zwarta |
zwarty |
zw |
IL ≤ 0 |
|
półzwarty |
pzw |
IL ≤ 0 |
plastyczna |
twardoplastyczny |
tpl |
0 < IL ≤ 0,25 |
|
plastyczny |
pl |
0,25 < IL ≤ 0,5 |
|
miękkoplastyczny |
mpl |
0,5 < IL ≤ 1,0 |
płynna |
płynny |
pł |
IL > 1,0 |
Spoistość gruntu określa parametr zwany wskaźnikiem plastyczności Ipobliczany według wzoru:
Wskaźnik plastyczności określa plastyczne właściwości gruntu, wskazując ile wody wchłania grunt przy przejściu ze stanu półzwartego w stan płynny, a więc podając zakres wilgotności, w których grunt ma właściwości plastyczne.
Zależność między wartościami wskaźnika plastyczności a spoistością gruntu
Wskaźnik plastyczności [%] |
Spoistość (rodzaj gruntu) |
Ip ≤ 1 |
niespoisty |
1 < Ip |
spoisty |
1 < Ip ≤ 10 |
mało spoisty |
10 < Ip ≤ 20 |
średnio spoisty |
20 < Ip ≤ 30 |
zwięzło spoisty |
30 < Ip |
bardzo spoisty |
Oznaczanie wilgotności optymalnej.
Wilgotnością optymalną wopt nazywamy taką wilgotność, przy której w danych warunkach ubijania można osiągnąć największe zagęszczenie gruntu, a więc maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego ρdmax.
Badania tego typu wykonuje się przede wszystkim przy projektowaniu gruntów pod nawierzchnie drogowe, lotniska, boiska itp.
Wilgotność optymalną wyznaczamy zagęszczając kilka razy (5-8) badane próbki. Każda kolejna próbka powinna być zagęszczona do wilgotności 2-4% wyższej niż poprzednia. Cykl powtarzany jest tak długo aż masa cylindra z gruntem zacznie się zmniejszać.
Otrzymane wyniki nanosimy na wykres i odczytujemy wilgotność optymalną oraz odpowiadająca jej gęstość maksymalna szkieletu gruntowego.
Aparat Proctora (widok z góry)
Oznaczenie stopnia zagęszczenia gruntów sypkich.
Stopniem zagęszczenia nazywa się stosunek zagęszczenia istniejącego w warunkach naturalnych do największego możliwego zagęszczenia danego gruntu. Wyznaczamy go ze wzoru:
gdzie:
ID - stopień zagęszczenia gruntu
e - wskaźnik porowatości gruntu w stanie naturalnym
emax - wskaźnik porowatości gruntu luźno usypanego
emin - wskaźnik porowatości gruntu maksymalnie zagęszczonego
Stopień zagęszczenia wyznacza się tylko dla gruntów niespoistych. Jego wielkość zależy przede wszystkim od składu granulometrycznego gruntu, porowatości, kształtu ziaren oraz przeszłości geologicznej gruntu (nacisk lodowca). Wartość tę wyznacza się w celu określenia nośności gruntu.
Wyznacza się go metodą wibracyjną tłoczkiem lub w warunkach terenowych w oparciu o sondowania.
Stopień zagęszczenia gruntu luźno usypanego wynosi 0. Natomiast maksymalnie zagęszczonego wynosi 1.
Podział gruntów niespoistych ze względu na ich stopień zagęszczenia wg normy PN-86/B-02480 :
Oznaczenie spójności i kąta tarcia wewnętrznego w aparacie trójosiowego ścinania.
Wytrzymałością gruntu na ścinanie τf nazywa się największy (graniczny) opór odniesiony do jednostki powierzchni, jaki stawia ośrodek gruntowy naprężeniom ścinającym występującym w rozpatrywanym punkcie badanego gruntu.
Wytrzymałość gruntu na ścinanie określa uzgodniony wzór Coulomba:
Wytrzymałość na ścinanie zależnie od wartości naprężeń normalnych Φ i c
Podczas ścinania gruntu w strefie poślizgu (ścięcia) występuje tarcie posuwiste i potoczyste, opór zazębienia i opór struktury gruntu oraz opór wywołany wzajemnym przyciąganiem cząstek gruntowych (spójność).
Kąt tarcia wewnętrznego jest miarą oporu gruntu przeciw poślizgowi dwu części względem siebie (np. gdy powierzchnie potencjalnych osuwisk uzyskają wartość kąta tarcia następuje poślizg). Wartość kąta tarcie wewnętrznego zależy od:
- składu mineralnego gruntu,
- wielkości ziarn i ich kształtu,
- stopnia zagęszczenia gruntu,
- stopnia nasycenia wodą,
- rodzaju powierzchni ziarn (zaokrąglone czy ostrokrawędziste)
Spójność gruntu (kohezja) jest to opór gruntu stawiany siłom zewnętrznym wywołany wzajemnym przyciąganiem się cząstek składowych gruntu (siłami molekularnymi przyciągania). Spójność ta jest spowodowana ścisłym, wzajemnym przyleganiem ziarn i cząstek gruntu, częściowym ich zlepieniem przez cząstki koloidalne oraz napięciem błonek wody, które je otaczają. Występuje w gruntach spoistych. Zależy od średnicy ziaren, wilgotności, genezy i składu mineralnego.
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie spójności oraz kąta tarcia wewnętrznego za pomocą aparatu trójosiowego ściskania.
Aparat bezpośredniego ścinania - urządzenie do określania wytrzymałości próbek na ściskanie. Powinien umożliwić badanie próbek o przekroju kwadratowym i boku 60 mm lub 120 mm. Kierunek działania siły ściskającej powinien być prostopadły do przekroju próbki. Zmiany odkształcenia próbki mierzymy z dokładnością do 0,01 mm.
Dynamometr (siłomierz) to przyrząd do pomiaru wartości działającej siły. Działanie: sprężyna wydłuża się pod wpływem działania siły, a jej wartość można odczytać z podziałki, w Niutonach.
Φ - kat tarcia wewnętrznego oznaczony metodą bezpośredniego ścinania
C - spójność gruntów oznaczona metodą bezpośredniego ścinania
Próbka może być raz poddana ścinaniu (parametry pierwotne) lub ścinaniu wielokrotnemu (parametry rezydualne).
Dynamometr
Aparat bezpośredniego ścinania
Oznaczanie edometrycznych modułów ściśliwości gruntów.
Ściśliwość gruntów oznacza jego zdolność do zmniejszania objętości pod wpływem obciążenia. Zachodzi pod wpływem: zmniejszenia objętości porów na skutek wzajemnego przesuwania się gruntów, zmniejszania się grubości warstwy podwójnej (częściowo w skutek częściowego zagęszczania i usuwania części wody).
Czynniki wpływające na ściśliwość gruntów:
- rodzaj gruntu,
- historia obciążeń (głównie nacisk lodowca),
- stan konsystencji,
- struktura i tekstura,
- stopień mineralizacji wody porowej,
- skład granulometryczny,
- porowatość,
- skład chemiczny i mineralny.
Badanie wykonuje się w edometrach, w których próbka znajduje się w metalowym pierścieniu. Poprzez to próbka nie ma możliwości rozszerzenia się na boki w związku z tym obciążenie wywierane na próbkę powoduje tylko odkształcenie pionowe (zmiana wysokości).
Ściśliwość gruntu można z charakteryzować przez:
- krzywa ściśliwości - charakteryzuje zależność zmian wysokości próbki od przyłożonego obciążenia.
- krzywa konsolidacji - charakteryzuje zależność zmian próbki w czasie.
Miarą ściśliwości są edometryczne moduły ściśliwości pierwotnej i wtórnej.
M0 - moduł ściśliwości pierwotnej [kPa]. Jego badanie polega na wykorzystaniu zdolności gruntu do zmniejszenia objętości na skutek przyłożonego obciążenia.
M - moduł ściśliwości wtórnej [kPa]. Jego badanie polega na wykorzystaniu przyrostu objętości do zmniejszeniu obciążenia. Wyznaczamy go z wtórnej krzywej ściśliwości.
Wzór do obliczenia modułu ściśliwości pierwotnej (M0) lub wtórnej (M):
Zestaw edometryczny
Słownik pojęć:
Grunt o frakcji kamienistej - (wg polskich norm PN-86/B-02480) zawiera ziarna, których średnica jest większa niż 40mm.
Grunt o frakcji żwirowej - (wg polskich norm PN-86/B-02480) zawiera ziarna, których średnica jest mniejsza niż 40mm natomiast większa niż 2mm.
Grunt o frakcji piaskowej - (wg polskich norm PN-86/B-02480) zawiera ziarna, których średnica jest mniejsza niż 2mm natomiast większa niż 0,05mm.
Grunt o frakcji pyłowej - (wg polskich norm PN-86/B-02480) zawiera ziarna, których średnica jest mniejsza niż 0,05mm natomiast większa niż 0,002mm.
Grunt o frakcji pyłowej - (wg polskich norm PN-86/B-02480) zawiera ziarna, których średnica jest mniejsza niż 0,002mm natomiast większa niż 0,001mm.
Próba wałeczkowania - sposób na określenie rodzaju gruntów spoistych. Bierzemy grudkę gruntu. Usuwamy z niej ziarna żwirowe. Formujemy z niej kuleczkę o średnicy 7 mm. Z kuleczki formujemy wałeczek o średnicy ok. 3mm. Jeśli wałeczek nie wykazuje spękać to ponownie formujemy kulkę i wałeczkujemy od nowa. Badanie powtarzamy dopóty wałeczek się rozsypie lub zacznie pękać. Charakter spękań pozwalają na określenie stopnia spoistości badanego gruntu.
Próba rozmakania - sposób na określenie rodzaju gruntów spoistych. Próbkę umieszczamy na siatce o wymiarach oczek 5mm. Całość zanurzamy w zlewce z woda destylowaną. W tym badaniu mierzymy czas rozmakania próbki. Próba pozwala określić zawartość frakcji iłowej w gruncie.
Próba rozcierania - sposób na określenie rodzaju gruntów spoistych. Próbkę gruntu rozcieramy pomiędzy dwoma palcami w zlewce z wodą. Jeśli pozostaje dużo ziaren piasku - grunt zaliczamy do frakcji o największej zawartości piasku. Jeśli mniej to do frakcji o mniejszej zawartości piasku.