Politechnika Warszawska

Wydział Inżynierii Lądowej

Instytut Dróg i Mostów

Zakład Geotechniki i Budowli Podziemnych

Sprawozdanie nr 1 z ćwiczeń laboratoryjnych:

1.Rozpoznawanie gruntów metodami makroskopowymi

2.Badanie e_max i e_min oraz stopnia zagęszczenia I_D

3. Badanie gęstości objętościowej gruntu metodą cylinderka
i metodą hydrostatyczną

Prowadzący: mgr Maciej Maślakowski

Grupa 3, Semestr 6, studia niestacjonarne

Skład zespołu:

1…………………………………………………………

2…………………………………………………………

3…………………………………………………………

4…………………………………………………………

5…………………………………………………………

6…………………………………………………………

7…………………………………………………………

8…………………………………………………………

9…………………………………………………………

10……………………………………………………….

11……………………………………………………….

12……………………………………………………….

13……………………………………………………….

14……………………………………………………….

Rozpoznawanie gruntów metodami makroskopowymi

Metody makroskopowe umożliwiają wstępną ocenę rodzaju gruntu oraz takie cechy jak:

• stopień plastyczności i stanu gruntów spoistych

• stopień zwilgocenia gruntów niespoistych

• zawartość węglanu wapnia i części organicznych

Wiadomości te pozwalają na ogólną ocenę warunków geotechnicznych i ułatwiają dobór odpowiednich badań, które mają być później przeprowadzone w laboratorium. Wyniki oceny makroskopowej, jeśli nie budzą wątpliwości mogą zostać wykorzystane do określenia cech parametrów technicznych gruntu metodą porównawczą.

Dużą zaletą badań makroskopowych jest praktycznie natychmiastowy wynik i orientacyjna znajomość cech gruntu, ale zasadniczą wadą - bardzo mała dokładność.

Metody makroskopowe bazują na organoleptycznej ocenie cech fizycznych.

Podział oraz symbole gruntów budowlanych opisane są w normie:

• PN-86/B-02480 „Grunty budowlane. Określenia, symbole, podział i opis”

• PN-EN ISO 14688-1: 2006 „Badania geotechniczne. Oznaczenie i klasyfikowanie gruntów. Część 1: Oznaczenia i opis.

Opis badań polowych do których zaliczamy badania makroskopowe, opisany jest w:

• PN-74/B-04452 „Grunty budowlane. Badania polowe.”

• PN-B-04452:2001 „Geotechnika. Badania polowe.”.

Ocena uziarnienia

• wizualna ocena wielkości ziaren i odległość z jakiej można rozpoznać ziarna - dzięki niej uzyskuje się informacje o rodzaju gruntu sypkiego (żwir, pospółka, piasek)

• badanie piasków na dłoniach - pozwala określić ilość drobniejszych frakcji

• próba wałeczkowania na podstawie rodzaju spękań i połyskliwości pozwala ocenić spoistość gruntu i orientacyjnie ilość frakcji iłowej

• próba rozmiękania - pozwala odróżnić niektóre skały od gruntów spoistych, a czas rozmiękania daje pojęcie o spoistości gruntu

• próba rozcierania w palcach pod wodą - pozwala na wyczucie frakcji pyłowej i piaskowej, orientacyjną zawartość i wzajemny stosunek zawartości tych frakcji

Ocena wilgotności

• ułatwia rozpoznanie np. torfów (których wilgotność może wynosić kilkaset procent)

• dzięki niej możemy poznać stopień wypełnienia porów

Ocena barwy

• pomaga odróżnić grunty o podobnym uziarnieniu (np. odróżnienie piasku gliniastego i pyłu piaszczystego)

• określenie genezy

• ciemne barwy wskazują na zanieczyszczenie substancjami organicznymi

Ocena zawartości CaCO₃ - przez polewanie gruntu kwasem solnym

• daje informacje o genezie, cechach mechanicznych wrażliwości na zmianę warunków wodnych

Ocena zapachu

• dzięki niej można kreślić ilość części organicznych wydzielających specyficzny zapach

Ocena gęstości gruntu

• pozwala ocenić czy grunt jest zwykły, mineralny czy np. z domieszkami rud lub związków organicznych

Grunty badane w laboratorium

Wyniki badań makroskopowych przeprowadzonych podczas zajęć

	Próba wałeczkowania	Sprawdzenie połysku	Ocena zawartości CaCO3	Próba rozmiękania	Sprawdzenie spoistości
Próbka 1	Nie można utworzyć wałeczka	brak	Nie zachodzi reakcja	Wyczuwalne drobne ziarna	Grunt półzwarty
Próbka 2	Utworzony wałeczek pęka wzdłuż	brak	Zachodzi intensywne burzenie	Wyczuwalne drobne ziarna	Grunt średnio spoisty twardoplastyczny
Próbka 3	Nie można utworzyć wałeczka	Połysk widoczny	Nie zachodzi reakcja	Nie wyczuwalne ziarna	Grunt półzwarty bardzo spoisty

	Nazwa gruntu	Symbol gruntu wg PN-EN ISO 14688 - 1: 2006
Próbka 1	Pył piaszczysty	saSi
Próbka 2	Glina piaszczysta	saSiCl
Próbka 3	Ił pylasty	siCl

Celowość wykonywania badania i wnioski

Badania makroskopowe wykonuje się, w celu uzyskania wstępnych informacji o gruntach budowlanych. Dzięki tym badaniom w szybki sposób można określić podstawowe parametry, oraz typ gruntu. Jednak aby mieć pewność co do badanego gruntu należy przeprowadzić dokładne badania laboratoryjne, które powinny potwierdzić wyniki otrzymane podczas badań makroskopowych.

Badanie e_max i e_min oraz obliczenie stopnia zagęszczenia

Definicja i krótki opis

Stopień zagęszczenia jest cechą gruntów niespoistych. Ze względu na fakt, iż układ ich szkieletu jest stosunkowo sztywny i nie zmienia się pod wpływem zmian zawilgocenia, stopień zagęszczenia charakteryzuje nośność i graniczną wytrzymałość gruntów niespoistych.Jego wielkość zależy przede wszystkim od składu granulometrycznego gruntu, porowatości, kształtu ziaren oraz przeszłości geologicznej gruntu (nacisk lodowca).

Ogólnie stopień zagęszczenia definiuje się:

gdzie:

I_D - stopień zagęszczenia

V - objętość w stanie naturalnym (tzn. e)

V_max - objętość przy najluźniejszym ułożeniu ziaren (tzn. e_max)

V_min - objętość przy najbardziej zwartym ułożeniu ziaren bez zgniatania ich (tzn. e_min)

Stopień zagęszczenia wg PN-86/B-02480:

0,00< I_D ≤0,33 stan luźny

0,33≤ I_D ≤0,67 stan średnio zagęszczony

0,67≤ I_D ≤0,80 stan zagęszczony

0,67≤ I_D ≤1,00 stan bardzo zagęszczony

Stopień zagęszczenia wg normy europejskiej PN-EN ISO 14688-2:

0,00< I_D ≤0,15 stan bardzo luźny

0,15< I_D ≤0,35 stan luźny

0,35< I_D ≤0,65 stan średnio zagęszczony

0,65< I_D ≤0,85 stan zagęszczony

0,85< I_D ≤1,00 stan bardzo zagęszczony

Przebieg oznaczenia– użyte normy

Oznaczenie wykonuje się wg określonych zasad i schematów w normie PN-86/B-02480 oraz odpowiedniku europejskim PN-EN ISO 14688-2.

Oznaczenie wykonuje się warunkach umownych dla gruntu wysuszonego. Stąd badanie rozpoczyna się od wysuszenia próbki w suszarce do stałej masy (pozbywamy się wody błonkowatej).

Przebieg oznaczenia wykonano w oparciu o powyższe normy korzystając z cylindra, ciężarka i widełek. Zagęszczanie gruntu następowało po uderzaniu wiedełkami w pobocznicę cylindra.

Do badania użyto piasku średniego (Ps).

Wyniki oraz obliczenia

Obliczenia oraz wyniki oznaczenia wg ZAŁĄCZNIK 1.

Po przeprowadzeniu badania uzyskano wynik stopnia zagęszczenia I_d=0,58, wg przytoczonych norm stopniowi zagęszczenia badanego gruntu odpowiada

stan średniozagęszczony (I_d=0,58) – piasek średni (Ps)– grunt ten nie wymaga podejmowania dodatkowych środków w celu zwiększania jego nośności (pozwala na pewne posadowienie budowli), chyba że nie spełnia wymagań stawianych w projekcie.

Celowość wykonywania badania i wnioski

Wyniki tego oznaczenia wykorzystuje się do określenia nośności danego ośrodka gruntowego.

Badanie stopnia zagęszczenia gruntów niespoistych pozwala nam określić jak mocno zagęszczony jest grunt. Oznaczenie to ma bardzo szerokie zastosowanie m.in. w budownictwie drogowym – jesteśmy w stanie określić stan gruntu rodzimego oraz przewidzieć jakie środki należy przedsięwziąć, aby dobrze przygotować podbudowę pod nawierzchnię w celu uniknięcia późniejszego zapadania, zarywania się bądź wybijania dołów w nawierzchni spowodowanych słabym zagęszczeniem.

Przydatne jest to nie tylko dla określania stanu gruntu rodzimego, lecz również pozwala stwierdzić jak mocno należy ubijać kolejne warstwy podbudowy – oraz jakim sprzętem należy dysponować, aby uzyskać założoną w projekcie nośność.

Dla budownictwa kubaturowego niezwykle ważne jest solidne postanowienie budowli. Należy wtedy wykonać szereg badań geotechnicznych, jednym z nich jest obliczenie stopnia zagęszczenia w przypadku gruntów niespoistych.

3. Badanie gęstości objętościowej gruntu metodą cylinderka i hydrostatyczną

Definicja i krótki opis

Gęstość objętościowa gruntu wg normy PKN- CEN ISO/TS 17892-2:2009 jest to stosunek masy próbki gruntu m (cząstek stałych i wody w stanie naturalnym) do jej całkowitej objętości V. Wyznacza się ją ze wzoru:

Jest ona jednym z parametrów charakteryzujących strukturalno-teksturalne właściwości gruntów. Wartość gęstości objętościowej jest zmienna i zależy od składu mineralnego, porowatości i wilgotności gruntów. W zależności od rodzaju gruntu oraz stanu i wielkości próbki przeznaczonej do badań przy oznaczaniu gęstości objętościowej gruntu stosuje się jedną z metod:

• metoda pierścienia tnącego, wg PN-B-04481:1988

stosowana przy badaniu próbek spoistych o nienaruszonej strukturze(NNS),
o dostatecznej dużej objętości oraz w stanie pozwalającym na zastosowanie pierścienia bez naruszenia struktury próbki;

• metoda pomiaru bezpośredniego, wg PKN-CEN ISO/TS 17892-2:2009
  - wycięta z bloku monolitu o kształcie graniastosłupa lub walca
  - wycięta bezpośrednio z próbnika
  -próbki cylindryczne o mniejszej średnicy niż próbnik;

• metoda hydrostatyczna (parafinowania) wg PN-B-04481:1988

metoda zanurzania w wodzie wg PKN-CEN ISO/TS 17892-2:2009

stosuje się do badania próbek gruntów spoistych, których objętość lub stan nie pozwalają na wycięcie próbki za pomocą pierścienia. Metodę tą można stosować dla próbek o dowolnej wielkości i kształcie. Do tego badania bierzemy próbkę gruntu w stanie nienaruszonej struktury (NNS) o możliwie regularnym kształcie i objętości V=20-30cm³ Z uwagi na wymaganą dokładność oznaczenia, objętość jej nie może być ustalana na podstawie wymiarów geometrycznych próbki, czy też objętość wypartej cieczy (niedokładność odczytu). Metoda hydrostatyczna polega na bezpośrednim określeniu za pomocą ważenia masy powyższej próbki gruntu m_m oraz na pośrednim wyznaczeniu jej objętości V na podstawie dwukrotnego ważenia oparafinowanej próbki:

- po nałożeniu na próbkę gruntu przewiązaną nitką warstwy parafiny zabezpieczającej grunt przed rozmyciem w wodzie.

- po zanurzeniu próbki gruntu w zlewce ( ważenie hydrostatyczne; próbka gruntu podwieszona na nitce do szalki wagi).

Wartość gęstości objętościowej w tej metodzie obliczamy ze wzoru:

gdzie: m_n – masa próbki gruntu w stanie naturalnym

m_mp – masa oparafinowanej próbki

m’_mp – pozorna masa oparafinowanej próbki przy zanurzeniu jej w wodzie

ρ_w – 1.00 g/cm³ – gęstość wody

ρ_p – 0.93 g/cm³ – gęstość parafiny

• metoda w cylindrze, wg PKN-CEN ISO/TS 17892-2:2009

przy badaniu gruntów sypkich.

Opracowanie wyników wyznaczenia gęstości objętościowej za pomocą metody cylinderka oraz hydrostatycznej

Wszystkie obliczenia zawarte są w załączniku 2. Poniższa tabela przedstawia zestawienie uzyskanych wyników dla każdej próbki.

	Metoda cylinderka ρ(g/cm3)	Metoda hydrostatyczna ρ(g/cm3)	Wartość średnia ρ(g/cm3)
Próbka I	2,12	2,17	2,15
Próbka II	2,15	2,18	2,17

Przykłady niektórych wartości gęstości objętościowych:

Nazwa gruntu	Gęstość objętościowa (g/cm3)
Piaskowiec	1,90-2,73
Wapień	2,07-2,74
Granit	2,40-2,72
Żwiry, pospółki gliniaste	2,05-2,25
Piaski gliniaste	2,05-2,20
Pyły	1,95-2,10
Gliny	1,95-2,20
Iły	1,75-2,15

Celowość wykonywania badania i wnioski

Wyniki z obu zastosowanych metod są zbliżone, co świadczy o poprawności wykonanych pomiarów dla obu próbek.

Gęstość objętościową gruntu oblicza się obligatoryjnie, gdyż jest ona niezbędna
w projektowaniu przy:

- obliczaniu parcia gruntu na ściany oporowe,

- obliczania stateczności zboczy naturalnych i sztucznych,

- wyznaczania dopuszczalnych obciążeń gruntu w podłożu budowli,

- obliczania wielkości osiadań,

- obliczania naprężeń pierwotnych.