Politechnika Wrocławska

Zakład Mechaniki Gruntów

Sprawozdanie

Analiza makroskopowa gruntów

(Opracowanie i analiza wyników badań)

Autor: Lidia Piotrowiak
środa P: 13.15-15.15

Wrocław, marzec 2009

1. Wstęp

1. Podstawy formalne

Badanie zostało przeprowadzone w oparciu o normy:

• Norma PN- 88/B - 04481 „Badanie próbek gruntu”

• Norma PN - 86/B - 02480 „Symbole, podział i opis gruntów”

• Norma PN-EN ISO 14688: 2002

1. Przedmiot opracowania

Poniższe stadium jest opracowaniem wyników analizy makroskopowej gruntu. Przedmiotem badań są dwie próby gruntu typu NW (próby o naturalnej wilgotności), próbki otrzymały 3cią klasę jakości. Pobrane zostały na terenie zalewowym rzeki Odry w miejscowości Wrocław.

2. Program badań

Badanie polega na oznaczeniu nazwy gruntu i ocenie jego właściwości bez posługiwania się skomplikowanymi przyrządami laboratoryjnymi, jedynie na podstawie rozpoznania wzrokowego i za pomocą najprostszych sposobów i środków dostępnych w terenie. W badaniu zostały sklasyfikowane rodzaj gruntów, stan gruntu, nazwa gruntu oraz właściwości fizyczne oraz chemiczne gruntu.

3. Literatura

• „Laboratorium z mechaniki gruntów”, Wyd. Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1989 - Józef Waluk

• „Gruntoznawstwo inżynierskie” Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 2001 -

Stanisław Pisarczyk

• Norma PN- 88/B - 04481 „Badanie próbek gruntu”

• Norma PN - 86/B - 02480 „Symbole, podział i opis gruntów”

• Norma PN-EN ISO 14688: 2002

2. Opis teoretyczny

Metoda makroskopowa jest uproszczonym badaniem rodzaju i stanu gruntów, a uzyskane wyniki mają charakter przybliżony. Najczęściej badania makroskopowe obejmują określenie: rodzaju i nazwy gruntu, stanu gruntu, barwy, wilgotności, zawartości węglanu wapnia.

Próbki do badań makroskopowych pobiera się z każdej warstwy gruntu różniącej się rodzajem lub stanem, lecz nie rzadziej, niż co 1m. Analiza makroskopowa jest badaniem przybliżonym, szczególnie, jeśli chodzi o nadanie właściwej nazwy gruntu. Wobec tego nie jest ona badaniem ostatecznym, dopiero szczegółowe badania laboratoryjne określają dokładne cechy badanego gruntu. Makroskopowe określenia rodzaju gruntów oraz niektórych jego cech fizycznych wykonuje się za po pomocą wzroku, dotyku i doświadczenia.

Oznaczenie rodzaju gruntu

W celu określenia rodzaju gruntu musimy wstępnie zaklasyfikować grunt, to znaczy ustalić: czy grunt jest mineralny, czy organiczny, a w ramach tych grup: skalisty czy nieskalisty (podział gruntów budowlanych wg PN-86/B-02480). Następnie w grupie gruntów mineralnych, należy ustalić spoistość gruntu tzn. określić czy grunt jest niespoisty czy spoisty. Dalsze czynności badawcze w celu dokładnego określenia nazwy gruntu zależą od wyniku wstępnej klasyfikacji. Czynności te są odmienne dla poszczególnych grup gruntów.

Podział naturalnych gruntów budowlanych (wg PN-86/B-02480)

• grunty rodzime

- skaliste: twarde i miękkie

- nieskaliste: mineralne i organiczne

• grunty nasypowe

- nasypy budowlane

- nasypy niekontrolowane

Grunt organiczny makroskopowo odróżniamy od mineralnego między innymi po "gnilnym" zapachu, bardzo ciemnej barwie, widocznych w nim częściach organicznych. Grunt organiczny jest wyraźnie lżejszy od mineralnego.

Gdy grunt mineralny w stanie powietrzno-suchym tworzy zwarte grudki, to mamy do czynienia z gruntem spoistym. W przypadku, gdy w tym stanie grunt stanowi niezwiązane ze sobą cząstki lub grudki rozpadające się pod wpływem lekkiego nacisku palcami, to jest on niespoisty.

Oznaczenie nazwy gruntów niespoistych

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

Oznaczenie nazwy gruntów spoistych

Rodzaj gruntów spoistych zależy przede wszystkim od zawartości w nim frakcji iłowej, a nazwa zależy ponadto od zawartości frakcji pyłowej i piaskowej.

Do ustalenia spoistości gruntu służą dwie próby: wałeczkowania i rozmakania.

W celu określenia zawartości frakcji piaskowej należy wykonać próbę rozcierania gruntu w wodzie. W zależności od wyników poszczególnych prób dokładnie określamy nazwę gruntu spoistego

Wyróżnia się sześć stanów gruntu:

stan zwarty - gdy z gruntu nie można uformować kulki,

stan półzwarty - gdy można uformować kulkę, lecz wałeczek pęka podczas pierwszego wałeczkowania (liczba wałeczkowań równa 0),

stany twardoplastyczny, plastyczny i miękkoplastyczny - na podstawie liczby kolejnych wałeczkowań tej samej kulki, biorąc pod uwagę ile razy uzyskano niespękany wałeczek średnicy 3 mm. Próbę wałeczkowania powtarza się co najmniej trzykrotnie. Za miarodajną przyjmuje się najwyższą z uzyskanych liczb wałeczkowań.

stan płynny - gdy grunt w trakcie tworzenia się z niego kuleczki rozmazuje się na dłoni.

Określenie rodzaju i stanu gruntu spoistego:

• wałeczkujemy kulkę o średnicy 7mm do grubości wałeczka 3mm;

• liczba wałeczkowań oznacza ile razy uzyskujemy wałeczek o średnicy 3mm do jego charakterystycznych spękań, jeśli wałeczek pęka w czasie czwartego wałeczkowania to oznacza ilość wałeczkowań równą 3;

• po zachowaniu się wałeczka i jego wyglądzie określimy rodzaj gruntu spoistego;

• grunty bardzo spoiste pozwalają się wałeczkować do grubości 1mm;

• grunt zwarty nie poddaje się naciskowi palców;

• grunt półzwarty pozwala formować się w kulkę, nie wałeczkuje się;

• pył mało wilgotny pozostawia na palcach jasną mączkę, a glina i iły nie.

Oznaczenie wilgotności

Makroskopowo wilgotność określamy, obserwując zachowanie się zgniatanych na dłoni grudek gruntu oraz zawilgacanie nimi pewnych przedmiotów. Przyjmujemy następujący podział:

- suchy -jeżeli grudka gruntu przy zgniataniu pęka, a w stanie rozdrobnionym nie wykazuje zawilgocenia

- mało wilgotny - jeżeli grudka gruntu przy zgniataniu odkształca się plastycznie lecz papier filtracyjny lub ręka przyłożone do gruntu nie stają się wilgotne;

- wilgotny - jeżeli papier filtracyjny lub ręka przyłożone do gruntu stają się wilgotne

- mokry - jeżeli przy ściskaniu gruntu w dłoni odsącza się z niego woda;

- nawodniony - jeżeli woda odsącza się z gruntu grawitacyjnie.

Oznaczenie barwy gruntu

• barwę określamy na przełomie bryły gruntu o naturalnej wilgotności;

• kolor dominujący określa się na końcu

• natężenie barwy określamy jako jasny, ciemny; podajemy na początku

• podajemy odcień

• otrzymamy pełną nazwę barwy gruntu

Oznaczenie zawartości węglanu wapnia

Zawartość węglanu wapnia określamy na podstawie obserwacji, po skropieniu 20% roztworem kwasu solnego.

3. Opis wykonywanych badań

Przy wstępnym badaniu został określony rodzaj gruntu. Próbka nr 1 została sklasyfikowana jako grunt niespoisty, podczas gdy Próbka nr 2 jako grunt spoisty. Dalsze oznaczenia zostały przeprowadzone dwutorowo (osobno dla gruntu spoistego i osobno dla gruntu niespoistego).

1. Grunt niespoisty

1. Na podstawie wzrokowej oceny wymiarów ziaren próbki została wyszczególniona frakcja główna determinująca właściwości budowlane gruntu - piasek gruby (0,63mm-2mm) oraz domieszka pyłu (CSa z Si). W badaniu nie ujawniły się frakcje drugorzędowe. Według polskiej normy grunt zostałby sklasyfikowany jako piasek (zawiera poniżej 50% frakcji żwirowej)

2. Kolejnym określanym parametrem jest kształt ziaren. W badanym gruncie zaobserwowano ziarna o mało ostrokrawędzistym stopniu obtoczenia, formie sześciennej i gładkiej charakterystyce powierzchni.

3. Struktura badanego gruntu okazała się bezładna i amorficzna.

4. Barwa gruntu określona została jako jasnożółta

5. Brak próby z HCl

6. Skład mineralny został określony według zasad geologicznych i dotyczył występowania minerałów w ziarnach i ich pokrycia. W skład ziaren wchodzą krzem, krzemionka, kwarc.

7. W następnym kroku zostały określone inne cechy wskazujące na występowanie elementów mających znaczenie dla danego badanego gruntu takich jak: stan wilgotności wg PN określony został jako suchy (grunt przesypywał się) i zawartość części organicznych (brak zapachu wskazywał na nieobecność materii organicznej w gruncie).

8. Typ genetyczny gruntu został określony jako fluwioglacjalny - grunt wykazuje dużą zmienność właściwości.

1. Grunt spoisty

Przed badaniem z próby gruntu zostały odrzucone frakcje większe niż frakcja piaskowa.

1. Wyodrębniono frakcję główną jako Ił (Cl), ponieważ to ona determinuje właściwości inżynierskie gruntu. Za frakcję drugorzędową uznano piasek (Sa) przy równoczesnym braku domieszek. Symbol i nazwa gruntu wg ISO to saCl - ił piaszczysty, a wg PN to glina zwięzła.

2. Makroskopowe rozpoznawanie procentowej zawartości poszczególnych frakcji (piaskowej, pyłowej i iłowej) w danym gruncie spoistym przeprowadza się przez rozcieranie gruntu w wodzie. Grudka rozcierana zmniejsza się bardzo szybko, pokrywając palce jasną mączką, co wskazuje na zawartość frakcji iłowej. Wyczuwalne są ziarenka piasku. Wg PN jest to glina zwięzła.

3. Dla makroskopowego określenia rodzaju próby gruntu została przeprowadzona próba wałeczkowania oraz próba rozcierania w wodzie. Na początku wałeczkowania powierzchnia wałeczka jest bez połysku, a przy końcu uzyskuje połysk dodatkowo wałeczek pęka poprzecznie. Wskazuje to na przynależność gruntu do gruntów spoistych zwięzłych. Grunty te zawierają od 20-30% cząstek iłowych.

4. Badanie na wytrzymałość gruntu w stanie suchym nie zostało przeprowadzone

5. Próbka nie wykazywała efektu „pocenia się”, woda wolno pojawiała się na jej powierzchni, co wskazywało na zawartość iłu.

6. Grunt okazał się łatwy do formowania palcami, przy udziale niewielkiego nacisku, co wskazuje na to, iż grunt badany jest wg normy ISO sklasyfikowany jako plastyczny. Wg PN grunt został sklasyfikowany jako zwięzły spoisty (Ip=20-30%, fi= 20-30%)

7. Próba z HCl była negatywna, co świadczyło o braku występowania w składzie gruntu węglanu wapnia (czyli grunt jest bez wapnisty)

8. Zaobserwowano brak przewarstwień oraz nieciągłości, co wskazuje na jednorodną strukturę.

9. Barwa gruntu została określona jako ciemnoszarobrunatna

10. Brak zapachu wskazywał na niewystępowanie w składzie gruntu części organicznych. Został również określony stan wilgotności gruntu, wg PN grunt uznano jako mało wilgotny (grudka zgniatana w palcach odkształca się plastycznie, lecz przyłożony papier filtracyjny lub ręka nie stają się wilgotne).

11. Pochodzenie gruntu zostało określone jako rzeczne - duża zmienność właściwości gruntu.

4. Zestawienie wyników badań

	Próba I	Próba II
Nazwa wg ISO	Piasek gruby z domieszką pyłu	Ił piaszczysty
Symbol	CSa z Si	saCl
Nazwa wg PN	Piasek	Glina zwięzła
Symbol	Pg	Gz
Klasyfikacja	Grunt: Naturalny Rodzimy nieskalisty mineralny drobnoziarnisty Niespoisty	Grunt: Naturalny Rodzimy nieskalisty mineralny drobnoziarnisty spoisty
Frakcja główna	Piasek	Ił
Podfrakcje	Piasek gruby	-
Frakcje drugorzędowe	brak	Piasek
Domieszki	Pył	-
Plastyczność	Nie określa się	znaczna
Spoistość gruntu	Grunt niespoisty	Duża; Wg PN grunt spoisty zwięzły
Wytrzymałość w stanie suchym	nie badano	nie badano
Dylatacja gruntu	nie badano	Brak efektu "pocenia się"
Konsystencja gruntu	Grunt sypki	Grunt plastyczny zwarty
Zawartość węglanów	nie badano	brak
Kształt ziaren	Stopień obtoczenia - słabo ostrokrawędzisty, obtoczony; Forma ziaren - sześcienna; Powierzchnia - gładka	-
Skład mineralny	krzem, krzemionka, kwarc	-
Struktura gruntu	Bezładna amorficzna	Jednorodna
Barwa gruntu	jasnożółta	ciemnoszarobrunatna
Inne cechy	Stan wilgotności - suchy; Brak zawartości części organicznych	Stan wilgotności gruntu - mało wilgotny; Brak zawartości części organicznych
Geneza gruntu	Grunt fluwioglacjalny	Grunt rzeczny

5. Wnioski

1. Ocena poprawności wykonywanych badań

Badania zostały wykonane zgodnie z obowiązującymi normami, jednak analiza makroskopowa pozwala tylko w przybliżeniu określić typ gruntu, dlatego też wyniki są mało dokładne.

2. Ocena przydatności badanych gruntów

1. Jako podłoże budowlane

Próbka I:

Piasek gruby jest gruntem niespoistym sypkim, powstałym w procesie wietrzenia skał, składa się z oddzielnych ziaren i cząstek. Piaski nie wykazują większych odkształceń po obciążeniu budowlami. Grunty niespoiste pod wpływem zawilgocenia zasadniczo nie zmieniają swojej wytrzymałości na ścinanie i ściśliwości. Dodatkowo grunty te odpowiednio zagęszczone są dobrym podłożem do posadowienia fundamentów obiektów budowlanych. Dodatkowo odpowiednie zagęszczenie gruntów jest konieczne dla zapewnienie równomiernego osiadania.

Próbka II:

Badana próbka ma znaczny stopień plastyczności, co mówi nam o tym, iż dany grunt jest słabym podłożem budowlanym. Znaczna zawartość wody również dyskredytuje go do użytkowania w budownictwie. Dodatkowo ze względu na zawartość frakcji iłowej grunt może wykazywać tendencję do pęcznienia lub skurczu w zależności od zmieniających się warunków wodno gruntowych, co jest bardzo niekorzystne przy posadawianiu fundamentów w danym gruncie. Grunty spoiste dodatkowo trudno poddają się zagęszczaniu, a w kontakcie z wodą opadową łatwo się uplastyczniają. Grunty gliniaste są bardzo wrażliwe na dodatkowe zawilgocenie, np. od opadów atmosferycznych, przemarzanie i drgania. Na określenie gruntu jako słabego podłoża budowlanego wpływa również jego słaba przepuszczalność dla wód opadowych.

2. Jako materiał do robót ziemnych

Próbka I:

Grunt może być stosowany tylko do części robót ziemnych Np. do wykonywania nasypów, ze względu na łatwość zagęszczenia, dużą wytrzymałość na ścinanie i małą ściśliwość. Jednak jako grunt sypki wymaga odpowiedniego zabezpieczenia ścian wykopów budowlanych. Piasek gruby charakteryzuje się wysoką przepuszczalnością, opory dla ruchu wody są niewielkie, dzięki czemu woda opadowa jest szybko i łatwo odprowadzana w głąb gruntu. Można stosować go jako wypełniacz dla kanałów drenarskich oraz jako ośrodek, z którego można usuwać wodę jak Np. odwadnianie wykopu, jak również nawadnianie.

Próbka II:

Grunt spoisty może mieć tendencje do pęcznienia i skurczy pod wpływem zmiany jego wilgotności co uniemożliwia jego stosowanie jako materiału do budowy nasypów wałów. Znaczna zawartość wody również dyskredytuje go do użytkowania w budownictwie. Przy wykonywaniu wykopów w danym gruncie konieczne jest zabezpieczenie wykopu, ze względu na zmianę konsystencji i stanu plastyczności pod wpływem zmian wilgotności gruntu. Bezpośrednio po wykonaniu wykopów, na ich gliniastym dnie należy ułożyć warstwę wyrównawczą z „chudego” betonu.

6. Załączniki

- Formularz badań.

9

---