Wilgotnością optymalną gruntu w_opt nazywamy taką wilgotność, przy której grunt daje się najbardziej zagęścić. Parametrem decydującym o jakości zagęszczenia gruntu jest gęstość objętościowa szkieletu gruntowego ρ_d. Zatem wilgotność optymalna to taka wilgotność, przy której grunt ubijany w sposób znormalizowany uzyskuje max gęstość objętościowa szkieletu gruntowego.

Wyznaczanie wilgotności optymalnej gruntu

Wilgotność optymalna gruntu wopt jest to wilgotność, przy której grunt ubijany

w sposób znormalizowany uzyskuje maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego rds. Metoda badania polega na zagęszczeniu gruntu w cylindrze o objętości 1,0 dm³ w trzech warstwach. Każdą warstwę zagęszcza się 25 uderzeniami ubijaka o masie 2,5 kg opuszczonego z wysokości 320 mm.

Przyrządy:

- aparat Procrora z cylindrem o objętości 1,0 dm³,

- waga laboratoryjna,

- pojemnik na grunt,

- naczynia z wodą destylowaną,

- nóż,

- parowniczki,

- suszarka.

Przebieg badania:

Na wadze określamy masę cylindra wraz z podstawką mt. Następnie cylinder z

podstawką umieszczamy w aparacie Proctora, przymocowując ją dwiema śrubami. Z

przygotowanego gruntu o masie 4,0 - 5,0 kg układamy pierwszą warstwę w cylindrze. Liczbę uderzeń ustawiamy na 25 i uruchamiamy aparat Proctora.

W podobny sposób przygotowujemy i zagęszczamy drugą warstwę. Następnie na

cylinder zakładamy nadstawkę i wsypujemy tyle gruntu, aby po ubiciu ostatniej warstwy

grunt wypełnił nadstawkę warstwą o grubości 2 - 10 mm. Przed ułożeniem kolejnej warstwy

gruntu do cylindra, powierzchnię uprzednio ubitej warstwy należy zdrapać ostrzem noża. Po

ułożeniu każdej warstwy gruntu należy jej powierzchnię wyrównać i lekko ugnieść.

Po ubiciu ostatniej warstwy wyjmujemy cylinder z aparatu i zdejmujemy nadstawkę.

Nadmiar gruntu ścinamy nożem od środka do krawędzi. Cylinder z gruntem mwt ważymy na

wadze, a następnie oznaczamy gęstość objętościową gruntu r.

Po wyjęciu gruntu z cylindra, pobieramy z kilku miejsc próbkę gruntu o masie około

50 g w celu oznaczenia jego wilgotności. Następnie do całej masy gruntu dodajemy tyle wody destylowanej, aby wilgotność gruntu zwiększyła się o 1,0 - 2,0 %.

Przygotowany w ten sposób grunt zagęszczamy ponownie w aparacie Proctora,

określając po badaniu gęstość objętościową r i wilgotność w.

Opisane czynności należy powtarzać do chwili, gdy masa cylindra z gruntem zacznie

się wyraźnie zmniejszać.

Obliczanie wyników:

Po oznaczeniu wilgotności w i gęstości objętościowej szkieletu gruntowego rd dla

poszczególnych oznaczeń, sporządzamy wykres zależności rd od w, jak to pokazano na

rysunku.

Za wilgotność optymalną wopt należy przyjąć tę wartość wilgotności, która na

wykresie odpowiada maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego rds.

DLA CHCĄCYCH POSZERZYĆ TEMAT!!!!

Wilgotność optymalną w_opt i maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego ρ_ds oznacza się w aparacie Proctora, według metod opracowanych przez Proctora, polegających na ubijaniu kilku warstw gruntu w cylindrze określoną energią. Ważne jest, aby warunki zagęszczenia w aparacie Proctora odpowiadały warunkom zagęszczenia nasypu w skali naturalnej. W tym celu należy wybrać najbardziej odpowiednią metodę zagęszczania gruntu w laboratorium. Polska norma PN-88/B-04481 przewiduje cztery metody określania wilgotności optymalnej w_opt i maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego ρ_ds w aparacie Proctora. Warianty oznaczania tych parametrów przedstawia poniższa tabela.

Metoda	Cylinder	Rodzaj ubijaka	Liczba warstw	Liczba uderzeń	Wysokość opuszczania ubijaka [cm]	Jednostkowa energia zagęszczania [J/cm^3]	Wymiar oczek sita do przesiewu [mm]
I	mały	lekki	3	25	32,0	0,59	6
II	duży	lekki	3	55	32,0	0,59	10
III	mały	ciężki	5	25	48,0	2,65	6
IV	duży	ciężki	5	55	48,0	2,65	10

SPRZĘT DO BADANIA

Do badania wilgotności optymalnej i maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego służy aparat Proctora w wersji ręcznej lub mechanicznej (sposób zagęszczania gruntu).

Rys. 1. Aparat Proctora - wersja mechaniczna

Aparat Proctora wyposażony jest w dwa cylindry (mały i duży) oraz cztery ubijaki. Poniżej podaje się (za PN - 88/B - 04481) parametry cylindrów i ubijaków.

Rys. 2. Cylindry i ubijaki

Prócz tego do badania potrzebne będą:

• sita o wymiarze oczek 6 lub 10mm (w zależności od metody badani),

• parownice,

• mała menzurka,

• waga,

• misa, łopatka.

WYKONANIE BADANIA

• należy określić rodzaj badanego gruntu w wyniku przeprowadzonej analizy makroskopowej,

• próbkę gruntu przeznaczoną do badań wysuszyć na powietrzu. Masa próbki w stanie „powietrznosuchym” powinna wynosić ok. 3 kg na 1 dm³ użytego cylindra (w zależności od przyjętej metody),

• wybrać wariant metody badania według tabeli (w zależności od warunków zagęszczania gruntu na budowie),

• suchy grunt należy rozdrobnić tłuczkiem w celu pozbycia się agregatów i grudek, a następnie przesiać przez sito o odpowiednim wymiarze oczek (w zależności od metody),

• pozostałość na sicie zważyć i oznaczyć stosunek jej masy do masy całej próbki (X),

• do przesianej próbki dolać wodę w ilości 60 cm³ dla gruntów niespoistych oraz 100 ÷ 150 cm³ dla gruntów spoistych, licząc na każdy 1 dm³ objętości cylindra użytego do badania. Bardzo ważne jest dokładne wymieszanie gruntu z wodą,

• zważyć pusty cylinder z podstawą, bez górnej części (m_t),

• w zależności od wybranej metody badania ubijanie wykonuje się w trzech lub pięciu warstwach,

Rys. 3. Schemat aparatu Proctora

• ilość gruntu na każdą z warstw należy tak dobierać, by po ubiciu ostatniej warstwy grunt w cylindrze „wystawał” 5 ÷ 10 mm ponad krawędź dolnej części cylindra,

• należy zdjąć górną część cylindra i ściąć nadmiar gruntu do krawędzi dolnej części cylindra i oczyścić zewnętrzną część cylindra oraz podstawę z gruntu. Czynności te należy prowadzić starannie,

• zważyć cylinder z gruntem (m_mt),

• pobrać próbki gruntu z cylindra do dwóch parowniczek w celu zbadania wilgotności gruntu. Każda z próbek powinna być pobrana z kilku miejsc objętości cylindra,

• pozostały w cylindrze grunt wysypać do miski, w której grunt do badania jest mieszany. Dodać taką ilość wody, aby wilgotność gruntu do następnego badania wzrosła o 1 ÷ 2 %,

• po starannym wymieszaniu (ujednoliceniu wilgotności) powtórzyć cykl ubijania gruntu w cylindrze dla następnej wilgotności,

• powtarzać powyższe czynności dodając do gruntu coraz mniejsze ilości wody (powodujące wzrost wilgotności o około 0,5 ÷ 1 %) do chwili, aż masa ubitego gruntu w cylindrze zacznie się zmniejszać,

• po wysuszeniu próbek gruntu należy obliczyć ich wilgotności. Obliczyć wilgotności średnie dla każdego napełniania cylindra (w),

• obliczyć gęstości objętościowe (ρ) i gęstości objętościowe szkieletu gruntowego (ρ_d) dla każdej średniej wartości wilgotności,

• jako wilgotność optymalną (w'_opt) przyjmuje się wilgotność odpowiadającą maksymalnej wartości gęstości objętościowej szkieletu gruntowego (ρ'_ds).

---