P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Zakład mechaniki gruntów

Sprawozdanie nr 1

* Analiza makroskopowa

* Analiza granulometryczna

Sprawdziła: Wykonał:

mgr inż. H. Konderla Remigiusz Gąsiorowski

rok III, grupa, 1

ANALIZA MAKROSKOPOWA

1. Określenie nazwy gruntów

1. niespoistych

Nazwa gruntów sypkich zależy od procentowej zawartości frakcji o danych wymiarach i jest określana makroskopowo na podstawie wzrokowej oceny wielkości i ilości ziaren poszczególnych frakcji.

2. spoistych

Rozróżnia się grunty:

• mało spoiste (o zawartości frakcji iłowej do 10%)

• średnio spoiste (o zawartości frakcji iłowej od 10% do 20%)

• zwięzło spoiste (o zawartości frakcji iłowej od 20% do 30%)

Rodzaj gruntów spoistych określa się na podstawie:

• próba wałeczkowania - dostarcza nam informacji głównie o frakcji iłowej

• próba rozmakania - dostarcza nam informacji głównie o frakcji iłowej)

• próba rozcierania - wykonuje się ją na gruncie suchym, dostarcza nam głównie informacji o frakcji piaskowej

2. Określenie stanu gruntów spoistych

Wyróżnia się sześć stanów gruntu:

• zwarty ( zw )

• półzwarty ( pzw )

• twardoplastyczny ( tpl )

• miękkoplastyczny ( mpl )

• płynny ( pł )

Określa się go za pomocą metody wałeczkowania (na gruncie o wilgotności naturalnej). Jeśli z gruntu nie można uformować kulki, grunt znajduje się w stanie zwartym. Jeśli z gruntu można uformować kulkę, lecz wałeczek pęka podczas pierwszego wałeczkowania, grunt znajduje się w stanie półzwartym. Wyróżnienie następnych stanów wyznacza się na podstawie liczby wałeczkowań.

3. Oznaczenie wilgotności gruntu

Oznaczenie przeprowadza się na gruncie o wilgotności naturalnej. Wyróżnia się pięć stopni wilgotności gruntów spoistych:

• suchy - jeśli grudka gruntu przy zgniataniu pęka, a po rozdrobnieniu daje suchy proszek

• mało wilgotny - jeśli grudka przy zgniataniu odkształca się plastycznie, lecz papier lub ręka przyłożone do gruntu nie stają się wilgotne

• wilgotny - jeśli grudka przyłożona do papieru lub ręki zostawia na nich wilgotny ślad

• mokry - jeśli przy ściskaniu grudki w dłoni, z gruntu odsącza się woda

• nawodniony - jeśli z gruntu płynnego lub nasyconego wodą woda odsącza się grawitacyjnie

Grunt sypki określa się jako:

• suchy - gdy nie wykazuje wilgoci, a przy przesypywaniu kurzy się

• wilgotny - gdy zostawia ślad na papierze lub dłoni

• nawodniony - gdy woda odsącza się z niego samoczynnie

4. Określenie barwy gruntu

Jedną z cech makroskopowych gruntu jest jego barwa. Barwa w niektórych przypadkach jest wynikiem określonego składu mineralnego gruntu lub zawartych w nim domieszek. Barwę gruntu określa się na przełamie gruntu o wilgotności naturalnej. Określenie barwy gruntu może być wyrazem kilkuczłonowym, przy czym najpierw podaje się intensywność i odcień barwy, a następnie barwę podstawową, dominującą. Należy 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.

Barwa w niektórych przypadkach jest wynikiem określonego składu mineralnego lub zawartych w nim domieszek.

5. Określenie zawartości węglanu wapnia

Obecność węglanów w gruntach powoduje ich silną agregację, co w zasadniczy sposób może wpływać na inżyniersko-geologiczne właściwości tych gruntów. Makroskopowo zawartość węglanu wapnia określa się na podstawie obserwacji reakcji gruntu po skropieniu go 20-procentowym roztworem kwasu solnego.

• Jeśli grunt burzy się intensywnie i długo, określa się go jako silnie wapnisty

• (>5% CaCO₃, IV klasa)

• Jeśli grunt burzy się intensywnie lecz krótko, określa się go jako wapnisty

• (3-5% CaCO₃, III klasa)

• Jeśli grunt burzy się słabo i krótko, określa się go jako słabo wapnisty

• (1-3% CaCO₃, II klasa)

• Jeśli grunt nie burzy się lub wykazuje tylko ślady reakcji, określa się go jako bezwapnisty (<1% CaCO₃ I klasa)

WYNIKI BADAŃ PRZEPROWADZONYCH

W LABORATORIUM

GRUNT SPOISTY

1. Określenie nazwy grunty

a) próba wałeczkowania

• ze środka większej bryły gruntu bierze się grudkę gruntu o wilgotności naturalnej

• z grudki usuwa się ziarna żwirowa i formuje palcami kuleczkę średnicy 7mm

• z kuleczki formuje się wałeczek aż osiągnie on jednakową na całej długości średnicę 3mm

• jeśli wałeczek nie wykazuje spękań i nie łamie się przy podniesienu go w palcach do góry, zgniata się go, ponownie formuje kuleczkę i wałeczkuje od nowa

• kolejne czynności wałeczkowania do średnicy 3mm i formowania kuleczki wykonuje się tak długo aż wałeczek po uzyskaniu średnicy 3mm rozsypuje się lub zaczyna pękać

• w czasie wałeczkowania gruntu obserwuje się:

• rodzaj spękań (podłużne i poprzeczne)

• zmiany wyglądu powierzchni wałeczka

• charakter spękań oraz wygląd wałeczka pozwalają na określenie rodzaju gruntu spoistego

Po przeprowadzeniu wyżej wymienionych czynności stwierdziłam, że wałeczek pęka poprzecznie i od początku do końca wałeczkowania powierzchnia wałeczka jest bez połysku.

Próbkę tę możemy więc zaliczyć do gruntów średnio spoistych o wskażniku plastyczności I_p=10-20% i zawartości frakcji iłowej f_i=10-20%.

2. próba rozcierania

• grudkę gruntu przeznaczonego do badań rozciera się między dwoma palcami zanurzonymi w wodzie

• jeśli podczas tego rozcierania powstaje między palcami dużo ziarn piasku, grunt zalicza się do grupy pierwszej - gruntów o największej zawartości piasku

• jeśli w palcach wyczuwa się tylko pojedyncze ziarna piasku, grunt zalicza się do grupy drugiej - gruntów o pośredniej zawartości zarówno piasku jak i pyłu

• natomiast jeśli między palcami nie pozostają ziarna piasku, grunt zaliczamy do grupy trzeciej - gruntów o minimalnej zawartości piasku, na korzyść obecności pyłu

Określanie rodzaju i nazwy gruntu spoistego.

Rodzaje i nazwy gruntów w zależności od zawartości frakcji piaskowej			Rozpoznanie stopnia spoistości gruntu
Próba rozcierania w wodzie			Próba wałeczkowania
Między palcami pozostaje dużo piasku	Wyczuwa się pojedyncze drobne ziarenka	Ziaren się nie wyczuwa
Piasek gliniasty	Pył piaszczysty	Pył	Kulka rozsypuje się lub rozpłaszcza; grunt nie daje się wałeczkować
Piasek gliniasty	Pyl piaszczysty	Pył	Wałeczek rozwarstwia się podłużnie
Glina piaszczysta	glina	Glina pylasta	Od początku do końca wałeczkowania powierzchnia wałeczka bez połysku; wałeczek pęka poprzecznie
Glina piaszczysta zwięzła	Glina zwięzła	Glina pylasta zwięzła	Wałeczek początkowo bez połysku, przy końcu wałeczkowania z połyskiem; pęka poprzecznie
Ił piaszczysty	Ił	Ił pylasty	Kulka i wałeczek od początku z połyskiem

Podczas rozcierania w wodzie mojej próbki gruntu dało wyczuć się drobne, pojedyncze ziarenka piasku, a więc grunt ten zaliczamy do grupy II - gruntów pośrednich

o f_p>30% i f_Π>30%.

Na podstawie tabeli „Określanie rodzaju i nazwy gruntów spoistych”, w której brano pod uwagę zarówno próbę wałeczkowania jak i rozcierania mogę stwierdzić, że moją próbką gruntu jest glina.

2. Określanie stanu gruntu

Przeprowadza się na podstawie ilości wałeczkowań. Ilość wałeczkowań próbki gruntu mieściła się w granicach od 2 do 4. Na podstawie tabeli „Makroskopowe oznaczanie stanu gruntu” odczytuję, że jest to grunt plastyczny.

3. Określenie wilgotności gruntu

Grudka gruntu przy zgniataniu odkształca się plastycznie lecz papier lub ręka przyłożone do gruntu nie stają się wilgotne. Mamy więc do czynienia z gruntem mało wilgotnym.

4. Określenie barwy gruntu

Barwę gruntu określa się na podstawie bryłki gruntu o wilgotności naturalnej. Barwę próbki określiłam jako barwę: ciemnoszaro-brązowa.

5. Określenie zawartości węglanu wapnia

Po skropieniu gruntu 20-procentowym roztworem kwasu solnego, grunt burzył słabo i krótko. Określa się więc go jako słabo wapnisty (1-3% CaCO₃, II klasa).

GRUNT NIESPOISTY

1. Oznaczenie nazwy

Na podstawie wzrokowej oceny wielkości i ilości ziarn poszczególnych frakcji, zgodnie z tabelą „ Klasyfikacja gruntów nieskalistych mineralnych” oraz na podstawie porównania mojej próbki z próbkami wzorcowymi stwierdziłam, że mój grunt to piasek gruby - Pr

o zawartości frakcji: > 2mm <10%

>0.5mm <50%.

2. Oznaczenie wilgotności gruntu

Grunt nie wykazuje wilgoci, a przy przesypywaniu kurzy się, jest więc to grunt suchy.

3. Oznaczenie barwy

Grunt ma barwę: jasnoszaro-brązową.

ANALIZA GRANULOMETRYCZNA

Analizę granulometryczną wykonuje się w celu określenia składu granulo metrycznego gruntów nieskalistych, a więc wyznaczenia procentowej zawartości występujących w nich poszczególnych frakcji. pozwala to na wykreślenie krzywej uziarnienia oraz ustalenie rodzaju i nazwy gruntu. Znajomość rodzaju gruntu pozwala na prognozowanie jego właściwości oraz na ustalenie zakresu dalszych badań. Analizy granulometryczne wykonuje się metodami mechanicznymi oraz metodami sedymentacyjnymi. Ustalenie granicy przedziału miedzy powyższymi metodami zostało ustalone na 0,06 mm, i zostało on podyktowane względami technologicznymi. Cząstek o bardzo małych wymiarach nie można rozdzielić mechanicznie na frakcje na sitach z uwagi na zbyt małe wymiary tych sit, natomiast ziarna zbyt duże nie dadzą się rozdzielić metoda sedymentacyjną gdyż ich szybkość opadania jest za duża, a ponad to w trakcie opadania wykonują one ruch wirowy. Krzywe uziarnienia otrzymane jako końcowy efekt analiz granulometrycznych gruntów pozwalają na określenie rodzaju gruntów i ich nazw, a ponadto śluza do obliczania współczynnika filtracji, do wyboru wielkości oczek siatki filtru, oceny zdolności gruntu do sufozji, do wyboru mieszanek optymalnych. Wykonuje się ją w celu wyznaczenia procentowej zawartości występujących w gruntach nieskalistych frakcji. Pozwala to na wykreślenie krzywej uziarnienia oraz ustalenie rodzaju i nazwy badanego gruntu.

Analizę granulometryczną wykonuje się metodami mechanicznymi (analiza sitowa) - jeśli prawie wszystkie ziarna w gruncie mają wymiary ponad 0,06mm oraz metodami sedymentacyjnymi (analiza aerometryczna, pipetowa i in.) - jeśli wszystkie cząstki gruntu mają wymiary mniejsze niż 0,06mm. Jeżeli grunt składa się zarówno z ziarn o wymiarach większych od 0,06mm, jak i cząstek o wymiarach mniejszych (np. różne gliny, piaski gliniaste itp.) stosuje się kombinację obydwu metod, tzn. sitowej i sedymentacyjnej.

1. ANALIZA SITOWA

Polega na określaniu składu granulometrycznego gruntu przez rozdzielanie poszczególnych frakcji w wyniku rozsiewania próbki na znormalizowanych sitach. Komplet czystych sit ustawia się w kolumnie w ten sposób, że na górze znajdują się sita o największym wymiarze oczek a pod nim sita o coraz mniejszym wymiarze oczek. Zestawione sita umieszcza się na wstrząsarce,(rys.) na górne sito wsypuje się wysuszona i zważona próbkę, całość przymocowuje i uruchamia wstrząsarkę.

Komplet sit składa się z 9 sit o następujących wymiarach oczek kwadratowych siatki: 40, 25, 10, 2, 1, 0.5, 0.25, 0.10, 0.071 lub 0.063 mm. Czas przesiewania próbki na wstrząsarce wynosi 5 minut. Przesiewanie uznaje się za zakończone, jeżeli próba kontrolna nie wykazuje przechodzenia ziarn przez sita.

Zawartość wagową ziarn gruntu pozostałych na każdym sicie oblicza się ze wzoru:

gdzie:

m_si - masa suchych ziarn pozostałych na sicie

m_s - masa całej suchej próbki wziętej do analizy

Mając wyznaczone wartości Z_i, oblicza się kolejno ich sumy, przy czym rozpoczyna się od sita najgrubszego, a następnie sporządza wykres uziarnienia gruntu.

2. ANALIZA AEROMETRYCZNA

Polega na wyznaczaniu za pomocą aerometru gęstości objętościowej jednorodnej zawiesiny badanego gruntu, zmieniającej się w miarę opadania cząstek zawiesiny.

Areometr składa się z nurnika wypełnionego śrutem i szklanej rurki z podziałką,(rys.) podziałką areometru ma w zasadzie podziałkę od 0 do 30, często tez ma wartości ujemne, do - 10 oraz wartości ponad 30. W niektórych laboratoriach są używane areometry przystosowane bezpośrednio do mierzenia gęstości. W takim przypadku posługujemy się tak zwanym odczytem skróconym R, określanym ze wzoru:

gdzie r jest odczytem, pełnym areometru na skali.

Gęstość objętościową zawiesiny ρ_zi wyznacza się ze wzoru:

gdzie:

m_si - masa cząstek gruntu znajdujących się w danym czasie t_i na określonej głębokości H_i

w jednostce objętościowej zawiesiny

ρ_s - gęstość właściwa cząstek gruntu

ρ_w - gęstość właściwa wody

Po przekształceniu powyższego wzoru wyznacza się masę cząstek w jednostce objętości zawiesiny:

m_si = ρ_s = .

, gdzie:

ρ_zi - gęstość objętościowa zawiesiny w czasie t_i

R_i = (ρ_zi - ρ_w) 1000 - skrócony wskaźnik areometru (aerometry mają skalę od -30 do 30)

Bezpośrednio po dokładnym wymieszaniu zawiesiny w cylindrze otrzymuje się w każdym punkcie zawiesiny jednakową zawartość takich samych cząstek. Z chwilą postawienia cylindra z zawiesiną na stole rozpoczyna się sedymentacja cząstek. Cząstki o jednakowych wymiarach opadają na całej wysokości cylindra z jednostajną prędkością. Po upływie czasu t_i na głębokości H_i poniżej zwierciadła zawiesiny w cylindrze nie będzie cząstek o średnicy równej lub większej niż d_T.

Średnicę cząstek zastępczych oblicza się z przekształconego wzoru Stokesa:

d_T = [ ]^1/2

gdzie:

= V_i - prędkość opadania cząstek [mm s^-1]

η - współczynnik lepkości dynamicznej wody [MN s mm^-2]

g - przyspieszenie ziemskie [mm s^-2]

W celu uproszczenia obliczeń odczyty gęstości (skróconego wskaźnika R_i) wykonuje się w określonych czasach t_i, a następnie z tablic dla tych czasów odczytuje się średnice wzorcowe d_wz. Średnicę d_T oblicza się z uproszczonego wzoru:

d_T = d_wzi k

gdzie:

k - współczynnik zależny od R_i (odczytany z tablic)

Procentową zawartość cząstek o średnicach zastępczych mniejszych lub równych d_T wyznacza się ze wzoru:

Z_i = 100 = 100%

gdzie:

m_s - masa suchej próbki pobrana do analizy (masę m_s oblicza się na podstawie masy próbki wilgotnej wziętej do analizy i określonej jej wilgotności.

Mając obliczone wartości d_T i Z_i sporządza się wykres uziarnienia.

KRZYWA UZIARNIENIA

Po wykonaniu analizy granulometrycznej i obliczeniu procentowych zawartości wagowych ziarn i cząstek sporządza się wykresy (krzywe) uziarnienia. Wykresy te nanosi się na siatkę półlogarytmiczną, gzie na osi odciętych podano w skali logarytmicznej średnice ziarn i cząstek zastępczych, a na osi rzędnych w podziałce zwykłej jest przedstawiona procentowa zawartość cząstek.

ŚREDNICA ZASTĘPCZA CZĄSTKI - jest to średnica cząstki kulistej o tej samej gęstości właściwej co cząstka gruntowa, opadającej w wodzie z taką samą prędkością jak rzeczywista cząstka gruntowa.

ŚREDNICA ZASTĘPCZA ZIARNA - przypisuje się ją średnicy oczka sita, najmniejszej przez jakie przechodzi ziarno.

Z wykresów uziarnienia można wyznaczyć :

• procentowe zawartości poszczególnych frakcji (niezbędne do określenia rodzaju gruntu)

• średnice d₁₀ , d₃₀ i d₆₀ (niezbędne do określania wskaźników uziarnienia: wskaźnika różnoziarnistości: u = d₆₀ : d₁₀ oraz wskaźnika krzywizny uziarnienia: u = d₃₀² : (d₁₀ d₆₀)

gdzie:

d₆₀ , d₃₀ , d₁₀ - średnice ziarn lub cząstek, których wraz z mniejszymi w gruncie jest

odpowiednio 60, 30, 10%.

Zależnie od wskaźnika różnoziarnistości grunty dzieli się na:

• równoziarniste, gdy 1<u<5 (np. piaski wydmowe, lessy)

• różnoziarniste, gdy 5<u<15 (np. gliny holoceńskie)

• bardzo różnoziarniste, gdy u>15 (np. gliny zwałowe, pospółki)

TRÓJKĄT FERETA

Umożliwia określenie rodzaju gruntu na podstawie procentowej zawartości trzech najdrobniejszych frakcji w gruncie: piaskowej, pyłowej i iłowej. Dla gruntów zawierających ziarna większe niż 2mm (<10%) w celu skorzystania z trójkąta Fereta należy obliczyć frakcje zredukowane (piaskową, pyłową i iłową) wg wzoru:

gdzie:

(f_k + f_ż) - zawartość frakcji ponad 2mm [%]

f_x - zawartość danej frakcji [%]

po naniesieniu tych wyników na trójkąt Fereta, otrzymujemy nazwę badanego gruntu, jest nim glina pylasta

6

---