POLITECHNIKA WROCŁAWSKA Wrocław, dnia 27.10.99

Laboratorium Mechaniki Gruntów

ANALIZA MAKROSKOPOWA GRUNTU

Rok akademicki 1999/2000 Wykonał: Zdzisław Poprawa

Prowadzący: dr Maciej Hawrysz gr.9 rok III

1. Analiza granulometryczna.

Analizę granulometryczną wykonuje się w celu określenia składu granulometrycznego gruntów nieskalistych, a więc wyznaczenia procentowej zawartości występujących w nich poszczególnych frakcji. Pozwala to w końcowym efekcie na wykreślenie krzywej uziarnienia oraz ustalenie rodzaju i nazwy badanego gruntu.

Analizę granulometryczną, w zależności od rodzaju badanego gruntu i celu badania, przeprowadza się zwykle metodą mechaniczną (sitową) bądź sedymentacyjną (areometryczną) , bądź mechaniczno-sedymentacyjną (sitowo-areometryczną).

1.1.Analiza sitowa.

Analizę sitową stosuje się do określania składu granulometrycznego gruntu, którego wymiary ziaren są większe niż 0,06 mm. Metoda ta polega na rozsegregowaniu gruntu pod względem wielkości ziaren wchodzących w skład badanego gruntu według wymiarów oczek zastosowanych do badania sit normowych. Uzyskane z przesiewu procentowe zawartości poszczególnych frakcji badanej próbki gruntu są niezbędne do sporządzenia wykresu krzywej uziarnienia , służącej do określenia rodzaju (nazwy) i wskaźnika różnoziarnistości badanego gruntu.

Uzyskane wartości nanosi się (w formie punktów ) na siatkę, na której na osi odciętych są podane w skali logarytmicznej średnice cząstek, a na osi rzędnych procentowe zawartości poszczególnych frakcji. Naniesione punkty łączy się płynną linią, uzyskując w ten sposób krzywą uziarnienia badanego gruntu. Z krzywej uziarnienia odczytujemy procentowe zawartości poszczególnych frakcji , a następnie za pomocą tablic (zawartych w normach) oraz zawartych w nich uwag określa się nazwę gruntu, odpowiadającą danemu uziarnieniu.

1.1.1.Analiza areometryczna.

Analizę areometryczną stosuje się do określenia składu granulometrycznego gruntu przez oznaczenie zawartości w gruncie cząstek o średnicach zastępczych mniejszych niż 0,06 mm,

za pomocą przyrządu zwanego areometrem.

Metoda ta polega na rozsegregowaniu gruntu według wymiarów cząstek na podstawie szybkości ich opadania w wodzie na podstawie prawa Stokesa, które określa, że prędkość swobodnego opadania cząstek kulistych jest wprost proporcjonalna do ich średnicy i gęstości

właściwej i zależy ponadto od gęstości właściwej i lepkości cieczy (wody), w której opadają cząstki oraz od przyspieszenia ziemskiego.

Nazwę gruntu , na podstawie ich uziarnienia daje trójkąt Fereta. Jest to trójkąt równoboczny, w którym jeden bok przydzielono frakcji piaskowej (
∅2-0,05 mm) w zakresie od 0 do 100%, drugi frakcji pyłowej (∅ 0,05-0,002 mm ),a trzeci frakcji iłowej (∅ < 0,002 mm ). Z punktów podziału każdego z boków trójkąta są poprowadzone równoległe do pozostałych dwóch boków, dzielących w ten sposób powierzchnię trójkąta na szereg pól . Każdemu z tych pól powstałych z podziału trójkąta odpowiadają poszczególne nazwy gruntów.

2. Analiza makroskopowa.

Badania makroskopowe mają na celu określenie nazwy, rodzaju gruntu i niektórych jego cech fizycznych bez pomocy przyrządów. Najczęściej obejmują określenie rodzaju i nazwy gruntu, stanu gruntu, jego barwy i wilgotności oraz zawartości węglanu wapnia.

Próbki do badań makroskopowych pobiera się z każdej warstwy gruntu różniącej się rodzajem lub stanem, lecz nie rzadziej niż co 1 m głębokości. Wyróżnia się trzy rodzaje próbek :

• próbki o naturalnej strukturze (typu A)

• próbki o naturalnej wilgotności (typu B )

• próbki o naturalnym uziarnieniu ( typu C)

2.1. Oznaczenie nazwy gruntu.

Podczas analizy makroskopowej pierwszą czynnością jest zakwalifikowanie badanego gruntu do gruntów sypkich lub spoistych . Określenia tego dokonujemy wzrokowo, korzystając ze znajomości pewnych cech różniących te grunty między sobą.

Grunty spoiste poznaje się po tym, że na skutek spójności rzeczywistej po wyschnięciu utrzymują się w grudkach, tworząc mniej lub bardziej zwarte bryłki, które przy podnoszeniu w palcach do góry nie rozsypują się na poszczególne ziarna; wilgotne natomiast przy ugniataniu w palcach odkształcają się plastycznie i dają się wałeczkować.

Do gruntów sypkich zaliczamy te grunty, które w stanie suchym rozsypują się pod własnym ciężarem i nie tworzą grudek lub powstałe grudki są tak słabe, że nie dają się podnieść w palcach; wstanie wilgotnym, natomiast utrzymują się w grudkach, lecz nie dają się wałeczkować.

2.2. Oznaczenie nazwy gruntów 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, zgodnie z tabelą normową.

Pewną pomocą przy określaniu wielkości i ilości poszczególnych frakcji jest lupa z podziałką mikrometryczną czy też podłożonym papierem milimetrowym.

2.3. Oznaczanie nazwy gruntów spoistych.

Rodzaj gruntów spoistych zależy przede wszystkim od zawarości w nich frakcji iłowej, a nazwa zależy ponadto od zawartości frakcji pyłowej i piaskowej. Wyróżnia się 4 rodzaje gruntów spoistych w zależności od zawartości frakcji iłowej :

• mało spoiste (do 10%)

• średnio spoiste (10-20%)

• zwięzło spoiste (20-30 % )

• bardzo spoiste (ponad 30% )

Rodzaj gruntów spoistych makroskopowo określa się na podstawie próby wałeczkowania, a w przypadkach wątpliwych uzupełnionej próbą rozmakania oraz rozcierania gruntu w palcach zanurzonych w wodzie.

2.3.1. Próba wałeczkowania.

• Ze środka większej bryły gruntu bierze się grudkę gruntu o wilgotności naturalnej.

• Z grudki usuwa się ziarna żwirowe i formuje palcami kuleczkę śr. 7 mm.

• Z kuleczki formuje się wałeczek na wyprostowanej lewej dłoni, prawą nieznacznie naciskając grunt i przesuwając wzdłuż lewej z szybkością około 2 razy na sekundę.

• Czynność tę prowadzi się do momentu, aż wałeczek osiągnie jednakową na całej

dł. śr. 3 mm .

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

• Kolejne czynności wałeczkowania do śr. 3 mm i formowania kuleczki wykonuje się tak długo, aż wałeczek po uzyskaniu śr. 3 mm rozsypuje się lub zaczyna pękać.

• W czasie wałeczkowania gruntu obserwuje się rodzaj spękań oraz zmiany wyglądu powierzchni wałeczka.

• Charakter spękań oraz wygląd wałeczka pozwalają na określenie rodzaju gruntu spoistego za pomocą norm.

• Próbę wałeczkowania przeprowadza się na co najmniej dwóch grudkach ,a w przypadku wyraźnej niezgodności wyników - dodatkowo na trzeciej kulce.

2.3.2Próba rozmakania.

• Próbkę umieszcza się na siatce o wymiarach boków oczek kwadratowych 5 mm i zanurza w całości w zlewce z wodą destylowaną.

• Mierzy się czas rozmakania grudki od chwili zanurzenia w wodzie aż do momentu przeniknięcia jej przez oczka siatki w wyniku rozpadnięcia.

• Czas rozmakania, zależny od zawartości frakcji iłowej w próbce, pozwala na zaliczenie jej do odpowiedniego rodzaju gruntu, zgodnie z normą.

2.3.3. Próba rozcierania.

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

Grunty zalicza się odpowiednio do poszczególnych grup :

• I -jeśli podczas tego rozcierania pozostaje między palcami dużo ziaren piasku

• II -jeśli w palcach wyczuwa się tylko pojedyncze ziarna piasku

• III - jeśli między palcami nie pozostają ziarna piasku

Ponadto w opisie zamieszczamy : opis przewarstwień, domieszek, zanieczyszczeń, a przede wszystkim, jeśli jest znana, genezę gruntu.

2.4. Określenie stanu gruntów spoistych.

Stan gruntów spoistych , określa się na podstawie ilości kolejnych wałeczkowań jednej i tej samej kulki gruntu. Ilość wałeczkowań jest zależna od rodzaju gruntu i jego wilgotności.

Znając rodzaj gruntu oraz liczbę kolejnych wałeczkowań, można określić makroskopowo stan jego oraz stopień plastyczności, posługując się nomogramem przedstawionym w normie.

2.5. Określenie barwy gruntu.

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(np. barwa jasnozielono-brązowa ).

Przy określaniu barw używa się na ogół nazw kolorów podstawowych w skali barw.

2.6. Określenie zawartości węglanu wapnia.

Zawartość węglanu wapnia w gruncie sprawdza się, działając na próbkę gruntu 1-2 kroplami 20-procentowego roztworu kwasu solnego z jednoczesną obserwacją intensywności reakcji. Określenie procentowej zawartości węglanu wapnia w badanym gruncie na podstawie intensywności reakcji przedstawiono w normach.

2.7.Określenie wilgotności gruntu.

Wyróżniamy pięć stopni wilgotności gruntów spoistych:

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

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

• Wilgotny, jeśli grudka gruntu przyłożona do papieru lub ręki zostawia na nich wilgotny ślad,

• Mokry, jeśli przy ściskaniu grudki gruntu 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 śladu wilgoci, a przy przesypywaniu kurzy się,

• Wilgotny, gdy zostawia ślad na papierze lub dłoni,

• Nawodniony, gdy woda odsącza się z niego samoczynnie.

W powyższych opisach odwołano się do PN-88/B-04481 ,która jest miernikiem prawidłowego przebiegu badań oraz prawidłowego odczytania wyników.

3. Wyniki analizy makroskopowej.

Wyniki badań gruntu spoistego zostały przedstawione w załączonym formularzu.

Natomiast badanie gruntu niespoistego dało następujące wyniki :

• Wilgotność - grunt przy przesypywaniu nie kurzy się, natomiast pozostawia nikłe ślady wilgoci na papierze, co zalicza go do gruntów wilgotnych.

• Zawartość CaCO₃ - brak jakichkolwiek śladów reakcji, a więc jest to grunt bezwapnisty ,który zaliczamy do I klasy (zawartość węglanów < 1% )

• Barwa - ciemny brąz .

• Ocena wzrokowa wielkości ziaren oraz oszacowanie procentowej zawartości poszczególnych frakcji w danym gruncie :

( >2 mm ~ 5% ; >0,5 mm ~ 40 %; 0,25 mm ~55 % )

pozwala na stwierdzenie , że jest to piasek średnioziarnisty.

Powyższe wyniki zostały opracowane na podstawie PN-88/B-04481.

4. Podsumowanie .

Na podstawie analizy makroskopowej mogliśmy stwierdzić, iż badane próbki gruntu to:

• Glina pylasta ; miękkoplastyczna ;wilgotna ;o zawartości węglanów poniżej 1 %;

• Piasek średnioziarnisty ;wilgotny ; o zawartości węglanów poniżej 1 % ;

Analizą makroskopową posługujemy się przed ostatecznym wytypowaniem próbek do badań laboratoryjnych w celu określenia rodzaju gruntu i jego stanu. Umożliwia ona szybkie i dostateczne dla celów praktyki dokładne określenie cech gruntów. Niemniej jednak analiza ta wymaga od przeprowadzającego badanie dużego doświadczenia.

Po sporządzeniu przekrojów geotechnicznych i naniesieniu na nie wyników makroskopowej analizy próbek gruntów typujemy do badań te próbki, które są najbardziej istotne dla określenia stateczności i bezpieczeństwa budowli.

Musimy jednak pamiętać, że dostateczną dokładność badań laboratoryjnych można uzyskać, stosując odpowiednie normy, które opisują jednocześnie najbardziej istotne czynności; odstępstwo od tych norm może spowodować dość znaczne błędy.

---