ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z MECHANIKI GRUNTÓW NR 2

Wykonał:

Dominik Stefaniak

Sem 5 rok akad. 2008/09

Nr alb. 154373

Ćw. II ANALIZA MAKROSKOPOWA

1. Wymień zasadnicze kryteria obowiązującej klasyfikacji gruntów budowlanych.

Grunty dzielimy ze względu na:

• POCHODZENIE/ warunki powstawania/

• ZAWARTOŚĆ SUBSTANCJI ORGANICZNEJ

• WYTRZYMAŁOŚĆ NA ŚCISKANIE

• UZIARNIENIE

2. Przedstaw podstawowe zasady wykonywania analizy sitowej gruntów niespoistych.

ANALIZA SITOWA- polega na przesianiu wysuszonej w temperaturze 105-110ºC próbki gruntu niespoistego przez odpowiedni komplet sit o określonych wymiarach oczek i obliczaniu w procentach zawartości/ masy ziaren pozostających na kolejnych sitach, w stosunku do całkowitej masy badanej próbki gruntu.

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. Czas przesiewania próbki na wstrząsarce wynosi 5 minut. Przesiewanie uznaje się za zakończone, jeżeli próbka kontrolna nie wykazuje przechodzenia przez sita.

Zawartość ziaren oblicza się według wzoru: s_i= (M_si/ M_s)*100,

gdzie: -s_i- zawartość frakcji o rozmiarach ziaren większych od d_i w %,

-M_si- masa pozostałości na sicie o oczkach di i większych od d_i w gramach,

-M_s- masa całości próbki w gramach

Mając wyznaczone wartości Si wykonuje się wykres uziarnienia gruntu (krzywa uziarnienia). W przypadku piasków lub zaglinionych należy próbkę po wysuszeniu i oznaczeniu jej masy przemyć przez sito o wymiarze oczek 0,074 mm lub mniejszych, następnie wysuszyć i przesiać jak poprzednio przez kolejne sita.

3. Co to jest analiza sedymentacyjna (areometryczna i pipetowa) gruntów spoistych?

ANALIZA AREOMETRYCZNA- polega na przygotowaniu jednorodnej zawiesiny badanego gruntu i wyznaczeniu jej gęstości objętościowej ƍ_z , zmniejszającej się w miarę opadania cząstek zawiesiny.

Gęstość objętościowa zawiesiny ƍ_z zależy od masy zawartych w niej cząstek gruntu i może być wyznaczana według wzoru:

ƍ_z= M_i+ (1- M_i/ ƍ_s)* ƍ_z= M_i+ ƍ_w - [(Mi* ƍ_w)/ ƍ_s].

gdzie: -M_i- masa cząstek gruntu znajdujących się w danym czasie Ti na określonej głębokości w jednostce objętości zawiesiny, w g/cm³

- ƍ_w- gęstość wody w danej temperaturze w g/cm³

-ƍ_s- gęstość cząstek gruntu w g/cm³.

ANALIZA PIPETOWA- jest jedną z metod analizy granulometrycznej i jest stosowana do określania zawartości frakcji pyłowej i iłowej w gruncie.

Analiza pipetowa, podobnie jak analiza areometryczna, jest metodą sedymentacyjną. Zakłada się więc przy niej, że w warunkach dostatecznego rozcieńczenia, po dokładnym wymieszaniu w cylindrze próbki z wodą, zawiesina jest w każdy punkcie jednorodna, a poszczególne frakcje opadają (niezależnie jedne od drugich) z szybkością określoną wzorem Stokesa.

4. Co to jest średnica zastępcza „d” ziarna i cząstki gruntu?

Średnica zastępcza jest to średnica cząstki kulistej o tej samej gęstości właściwej co cząstka gruntowa, opadająca w wodzie z taką samą prędkością jak rzeczywista cząstka gruntowa.

5. Wyjaśnij pojęcie frakcji gruntu według obowiązującej aktualnie klasyfikacji.

Pod pojęciem frakcji uziarnienia rozumie się zbiór wszystkich ziaren (cząstek) gruntu nieskalistego o średnicach zastępczych (d) znajdujących się w określonym zakresie wielkości.

• podstawowe frakcje gruntu,

1. 0- 0,002 mm = frakcja iłowa f_i

2. 0,002- 0,05 mm = frakcja pyłowa f_Π

3. 0,05- 2,0 mm = frakcja piaskowa f_p

4. 2,0 - 45,0 mm = frakcja żwirowa f_ż

5. >45,0 mm = frakcja kamienista f_k

6. Omów sposób sporządzania wykresu krzywej uziarnienia badanego gruntu na podstawie wyników analiz granulometrycznych.

Po wykonaniu analizy uziarnienia metodą sitową lub sitowo- areometryczną obliczamy procentowe zawartości masy ziaren i cząstek o wymiarach mniejszych od kolejnych średnic d_i. Mając te dane nanosimy krzywe uziarnienia na siatkę, na której na osi odciętych podane są w skali logarytmicznej średnice cząstek, a na osi rzędnych procentowe zawartości cząstek.

Z wykresów krzywych uziarnienia można wyznaczyć:

• Procentowe zawartości poszczególnych frakcji

• Średnice cząstek d₁₀ i d₆₀.

Średnice d₆₀ do d₁₀ nazywamy średnicami miarodajnymi; wykorzystuje się je np. do określania współczynnika wodoprzepuszczalności gruntu.

7. Narysuj dowolną krzywą uziarnienia, określ zawartość procentową występujących tam frakcji oraz zaznacz na wykresie wielkości średnic zastępczych d₁₀, d₃₀, d₅₀, d₆₀.

Załącznik nr 1

8. Wyjaśnij, co to jest trójkąt Fereta oraz sposób korzystania z niego. Co to są frakcje zredukowane?

TRÓJKĄT FERETA- (wykres trójkątny) - graficzna metoda odwzorowywania składu osadu/gruntu. Jednym punktem w układzie współrzędnych trójkątnych przedstawia się trzy elementy składowe - najczęściej % udział frakcji podstawowych. Stosowana jest powszechnie w wielu dziedzinach: sedymentologii, hydrogeologii. gleboznawstwie itd.

Trójkąt Fereta stanowi pomocniczą konstrukcję graficzną do rozpoznania rodzajów gruntów drobnoziarnistych według PN. Poza trójkątem Fereta są cztery grunty gruboziarniste. Budowa trójkąta jest przejrzysta, a wyróżnione obszary gruntów łatwe do zapamiętania. Podział poziomy według zawartości frakcji iłowej, wyróżnia cztery grupy spoistości (do celów klasyfikacyjnych przyjęto założenie, że zawartość frakcji iłowej odpowiada wskaźnikowi plastyczności gruntu) i odpowiadające im główne nazwy gruntów: pyły, gliny, gliny zwięzłe i iły. Dalsze zróżnicowanie gruntów następuje według frakcji drugorzędnej: piaszczystej bądź pylastej i wówczas do nazwy głównej dochodzi dodatkowe określenie pylasty bądź piaszczysty. Systematyka nazw jest bardzo czytelna. Nazwę gruntu można określać w oparciu o zawartość frakcji podaną w tabeli lub korzystając z trójkąta Fereta.

9. Na podstawie wyników analizy sitowo-areometrycznej przeprowadzonej dla próby gruntu spoistego ustalić zawartość występujących frakcji oraz rodzaj gruntu. Sporządzić wykres krzywej uziarnienia.

Załącznik.

Wyniki analizy granulometrycznej podano w tabeli 1.

10. W tab. 2 podano wyniki analizy sitowej próby gruntu niespoistego o m_S=200 g (po wysuszeniu). Po sprawdzeniu poprawności oznaczenia należy zweryfikować jego wyniki oraz określić: nazwę gruntu, współczynnik jednorodności uziarnienia U, wskaźnik krzywizny uziarnienia C oraz jego zdolność do zagęszczania się.

Pozostałość na sicie wyrażona procentowo:

1. 10mm- 86,03g = 43,015%

2. 8mm- 8,62g = 04,31%

3. 2,5mm- 44,69g= 22,35%

4. 2mm- 03,70g= 1,85%

5. 1mm- 10,81g= 5,41%

6. 0,5mm- 08,70g= 4,35%

7. 0,25mm- 7,67g= 3,84%

8. 0,10mm- 07,0g= 3,5%

9. 0,056mm- 7,27g= 3,65%

10. <0,056mm- 15,35g= 7,68%

• Badanym gruntem jest żwir pylasty różno uziarniony.

• U- współczynnik jednorodności uziarnienia gruntu

U= d60/d10

Gdzie: d60- średnica cząstek, których wraz z mniejszymi w gruncie jest 60% (masy)

d10- średnica cząstek, których wraz z mniejszymi w gruncie jest 10% (masy)

U- współczynnik jednorodności uziarnienia gruntu

Gdy: U≤5- grunt jest równoziarnisty

5<U ≤15- grunt jest różnoziarnisty

U> 15- grunt bardzo różnoziarnisty

W naszym przypadku: d10= 0,045mm; d60= 8,3mm

U= (8,3/ 0,045)184, 44 > 15. Na tej podstawie stwierdzamy, że jest to grunt bardzo różnoziarnisty.

• C- wskaźnik krzywizny uziarnienia

C= (d30)²/(d60×d10)

Gdzie: C- wskaźnik krzywizny uziarnienia

d60- średnica cząstek, których wraz z mniejszymi w gruncie jest 60% (masy)

d10- średnica cząstek, których wraz z mniejszymi w gruncie jest 10% (masy)

d30- średnica cząstek, których wraz z mniejszymi w gruncie jest 30% (masy)

W naszym przypadku: d10= 0,045mm;d30= 1,8mm; d60= 8,3mm

C= (1,8)²/(0,045×8,3)= 8,67

***Grunt jest dobrze uziarniony, jeżeli:

C = 1 ÷ 3, a U > 4 dla żwirów lub U > 6 dla piasków

• Nasze wyniki wskazują na to, że grunt nie należy do dobrze uziarnionych, a tym samy do dobrze zagęszczanych.

11.  Określić nazwę gruntu o poniższych zawartościach frakcji gruntowych: f_k = 3%, f_ż = 5%, f_p = 20 %, f_ = 30%, f_i = 42%

Grunt o powyższych zawartościach frakcji gruntowych to ił.

12. Wymienić podstawowe testy analizy makroskopowej gruntu spoistego i niespoistego.

Badania makroskopowe mają na celu wstępne określenie rodzaju gruntu i niektórych jego cech fizycznych bez pomocy przyrządów. Badania te wykonuje się w terenie i w laboratorium. Wykonuje się je zawsze bez względu na ostateczny zakres dokumentacji badawczej. Próbka do badania powinna mieć naturalne uziarnienie i wilgotność. Najczęściej badania makroskopowe obejmują określenie rodzaju i nazwy gruntu, stanu gruntu, jego barwy i wilgotności oraz zawartości węglanu wapnia. Dodatkowo rozpoznajemy rodzaj i ilość domieszek. Ustalenia dokonywane na podstawie analizy makroskopowej, jeśli nie budzą wątpliwości, mogą być w prostych przypadkach przyjmowane jako wiążące wyniki badań geotechnicznych.

Wskazania dotyczące gruntów niespoistych:
Grunty niespoiste (sypkie) tworzą pojedyncze ziarna piaskowe lub żwirowe i są one widoczne gołym okiem. Różnice w odległości rozpoznawania ziaren stanowią orientacyjne kryterium porównawcze przy określaniu rodzaju gruntu.

Wskazania dotyczące gruntów spoistych:
Grunty spoiste tworzą pozornie jednorodną masę, która w pewnym zakresie wilgotności ma cechy plastyczne. Różne właściwości gruntów wynikają między innymi z różnej zawartości frakcji piaskowej, pyłowej i iłowej, co jest podstawą podziału tych gruntów na rodzaje.

Rodzaje badań:

• Oznaczenie rodzaju gruntu polega

• Oznaczenie stanu gruntu

• Oznaczenie wilgotności

• Oznaczenie barwy gruntu

• Oznaczenie klasy zawartości węglanów
  

13. Omów sposób określania nazwy gruntu spoistego w analizie makroskopowej.

Rodzaj gruntów spoistych zależy przede wszystkim od zawartości w nich frakcji iłowej, a nazwa zależy ponadto od zawartości frakcji pyłowej i piaskowej. Wyróżnia się 4 rodzaje gruntów spoistych (stopni spoistości), przy czym spoistość nadaje gruntom frakcja iłowa. Są to grunty mało spoiste (o zawartości frakcji iłowej do 10%), średnio spoiste (o zawartości frakcji iłowej 10-20%), zwięzło spoiste (o zawartości frakcji iłowej 20-30%) oraz bardzo spoiste ( o zawartości frakcji iłowej ponad 30%). Rodzaj gruntów spoistych makroskopowo określa się na podstawie próby wałeczkowania, a w przypadkach wątpliwych uzupełnionej próbą rozmakania.

14. Podaj praktyczne zasady rozróżniania rodzaju gruntów niespoistych w analizie makroskopowej.

Rodzaj gruntów niespoistych należy określać na podstawie wielkości i zawartości ziarna poszczególnych frakcji, ustalonych oceną makroskopową lub ewentualnie z podziałką (lupy Brinella).

• Pospółka Po Mieszanina piasku i żwiru - oddzielne ziarna dostrzega się z odległości kilku metrów

• Pospółka gliniasta (Pog) tworzy zespolone grudki

• Piasek gruby Pr- Oddzielne ziarna są dostrzegalne z odległości ok. 2-3 m

• Piasek średni PS- Oddzielne ziarna są rozróżniane z odległości ok. 1 m

• Piasek drobny Pd- Oddzielne ziarna mogą być rozróżniane z odległości ok. 20-30 cm

• Piasek pylasty Pπ- bardzo drobny piasek, który po wyschnięciu tworzy lekko spojone grudki, rozsypujące się przy próbie ich podnoszenia, na palcach pozostaje mączka pyłowa.

15. W trakcie badań makroskopowych ustalono, że próba gruntu sypkiego zawiera ok. 20% ziaren o średnicy większej niż 2 mm, a pozostałe ziarna są rozróżnialne z odległości ok. 1 m. Podaj nazwę badanego gruntu?

PIASEK ŚREDNI

16. Przedstaw podział (klasyfikację) gruntów spoistych według stanu.

Wyróżnia się 6 stanów gruntu (w zależności od stopnia plastyczności i wilgotności naturalnej):
- zwarty
- półzwarty
- twardoplastyczny
- plastyczny
- miękkoplastyczny
- płynny

17. Podaj zasady określania stanu gruntu spoistego w analizie makroskopowej.

Pojęcie „stan gruntu spoistego” określa pewną zawartość układu cząstek tego gruntu, zależną od zawartości w nim wody oraz stanu fizycznego tych cząstek. Od stanu gruntu w dużej mierze zależy jego zachowanie jako podłoża budowlanego.

Makroskopowo stan gruntów spoistych określa się za pomocą tzw. próby wałeczkowania. Wałeczkowanie przeprowadza się na gruncie o wilgotności naturalnej w taki sam sposób, jak się to robi przy określaniu rodzaju gruntu, przy czym w tym wypadku nie wolno zwilżać gruntu, nawet jeśli jest on suchy. Tak więc w celu określenia stanu gruntu robi się z niego kuleczkę średnicy 7mm i zaczyna się ją wałeczkować. W zależności od zachowania się gruntu podczas tej czynności określa się jego stan.

• 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 (liczba wałeczkowań równa 0), grunt znajduje się w stanie półzwartym.

Wyróżnienie następnych stanów (twardoplastycznego, plastycznego i miękkoplastycznego) przeprowadza się na podstawie liczby wałeczkowań tej samej kuleczki, biorąc pod uwagę, ile razy uzyskano niespękany wałeczek średnicy 3mm (jeśli bowiem wałeczek takiej średnicy nie pęka, robi się z niego kulkę i ponownie wałeczkuje). Wałeczkowanie gruntów mało spoistych przerywa się, jeśli wałeczek zaczyna rozwarstwiać się lub rozsypywać. Wałeczkowanie gruntów średnio spoistych, zwięzło spoistych i bardzo spoistych przerywa się, gdy na powierzchni wałeczka występują wyraźne, poprzeczne spękania, a wałeczek długości 4-5 cm podnoszony za jeden koniec pęka pod swoim ciężarem lub gdy wałeczek popękał na kilka oddzielnych kawałków. Liczba zarejestrowanych wałeczków powinna oznaczać liczbę wałeczków z tej samej kulki, które nie popękały, a więc bez ostatniego- popękanego. Próbę wałeczkowania wykonuje się co najmniej na 3 oddzielnych grudkach gruntu. Zapis 3×3×2 oznacza, że wykonano trzy próby wałeczkowania. Przy pierwszych dwóch wałeczek popękał przy czwartym wałeczkowaniu, a przy trzeciej próbie wałeczek popękał przy trzecim wałeczkowaniu.

Za miarodajną przyjmuje się najwyższą z uzyskanych liczb wałeczkowań. Stan gruntu wyznacza się na podstawie liczby wałeczkowań i po uprzednim oznaczeniu rodzaju gruntu zgodnie z zaleceniami normy.

18. Na podstawie jakich badań testowych (prób) szacuje się zawartość frakcji iłowej i piaskowej w gruncie w analizie makroskopowej?

Na podstawie próby rozcierania oraz próby wałeczkowania możemy określić zawartość frakcji iłowej i piaskowej w gruncie.

19. Przedstaw zasady oceny zawilgocenia badanej próby gruntu w analizie makroskopowej.

Makroskopowo wilgotność gruntu określa się wyróżniając pięć stopni wilgotności gruntów spoistych.

Grunt spoisty określamy jako:

• 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 nim 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

Gruntu 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

20. Jak i w jakim celu przeprowadza się oznaczenie w gruncie zawartości węglanu wapnia (CaCO₃) w analizie makroskopowej?

Węglany mogą występować w gruntach bądź w stanie rozproszonym, bądź też w postaci większych lub mniejszych skupień, kryształków, kukiełek itp. Ilość węglanów wapnia w niektórych gruntach spoistych może dochodzić nawet do 30%.

Obecność węglanów w gruntach powoduje ich silną agresję, co w zasadniczy sposób może wpływać na inżyniersko- geologiczne właściwości tych gruntów. Ponadto obecność węglanów komplikuje wykonywanie niektórych oznaczeń gruntów (np. identyfikację minerałów ilastych) i w takich przypadkach należy je z gruntu usuwać.

Reakcja gruntu na roztwór HCl Klasa.

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

Inst. Geotechniki i hydrotechniki

Zakład Mechaniki Gruntów

Inst. Geotechniki i Hydrotechniki

Zakład Mechaniki Gruntów LITECHNIKA WROCŁAWSKA POLITECHNIKA WROCŁAWSKA Inst. Geotechniki i Hydrotechniki

Zakład Mechaniki Gruntów

Inst. Geotechniki i Hydrotechniki

Zakład Mechaniki Gruntów

---