Wstęp teoretyczny i opis badań

1. Analiza granulometryczna

Badanie uziarnienia (składu granulometrycznego) gruntu polega na określeniu zawartości w nim poszczególnych frakcji. Badanie uziarnienia gruntów niespoistych wykonuje się metodą sitową, a w gruntach spoistych najczęściej stosuje się metodą sedymentacyjną. Pozwala to na wykreślenie krzywej uziarnienia, ustalenie rodzaju i nazwy badanego gruntu. Znajomość rodzaju badanego gruntu pozwala na prognozowanie jego właściwości oraz ustalenie zakresu dalszych badań.

1. Analiza sitowa

Próbka gruntu powinna być przed badaniem uziarnienia wysuszona do stałej masy. Jeżeli zawiera ziarna o wymiarach większych niż 40 mm przed przystąpieniem do oznaczenia usuwamy takie ziarna z próbki. Następnie w zależności od makroskopowego określenia rodzaju gruntu niespoistego odważamy potrzebną masę do analizy:

• dla piasku drobnego 200 - 250 g,

• dla piasku średniego 250 - 500 g,

• dla piasku grubego, pospółki i żwiru 500 - 5000 g,

Komplet suchych, czystych sit ustawiamy w kolumnę na wstrząsarce w ten sposób, od największych oczek do najmniejszych ( 25; 10; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1 oraz 0,071 lub 0,063 mm ). Pod sitem dolnym umieszcza naczynie do zbierania najdrobniejszych frakcji przesiewu. Na górne sito wsypuje się wysuszoną i zważoną próbkę, przykrywa górne sito szczelnym wieczkiem i uruchamia wstrząsarkę na 5 minut. Po wyłączeniu wstrząsarki zawartość pozostałą na każdym sicie przesiewamy ręcznie w celu usunięcia ziaren drobniejszych. To, co pozostało na każdym z sit kolejno ważymy.

Całe badanie musi zostać wykonane jak najdokładniej, tak, żeby nie nastąpił ubytek masy w stosunku do masy wyjściowej. Otrzymane wartości przelicza się w procentach w stosunku do wysuszonej masy i na podstawie wyników tworzy się krzywą uziarnienia. Z uzyskanej krzywej odczytuje się zawartość poszczególnych frakcji żwiru i piasku, a mając te dane można określić nazwę gruntu sypkiego.

1. Analiza areometryczna – sedymentacyjna

Badanie metodą areometryczną wykonujemy dla cząstek o rozmiarach od d_max =0,06-0,074mm do d_min =0,001mm (tzn dla takich , które nie dają się zbadać analizą sitową).

Gęstość objętościową zawiesiny ρ z zależy od masy zawartych w niej cząstek gruntu.

Próbkę gruntu należy zalać wodą destylowaną i rozetrzeć. Następnie odpowiednio sporządzoną zawiesinę należy dokładnie wymieszać w naczyniu. Bezpośrednio po wymieszaniu zawiesiny w cylindrze, otrzymujemy w każdym punkcie zawiesiny jednakową zawartość takich samych cząstek. Za początek pomiarów określa się moment postawienia cylindra na stole. Od tej chwili należy wykonać pomiar gęstości objętościowej zawiesiny za pomocą areometru kilka razy, najlepiej po 30 sekundach, 1,2,5,15 i 30 minutach a także 1,2,4 i 24 godzinach.

Następnie należy obliczyć średnicę zastępczą cząstek (d_T=D_wz*k) oraz procentową zawartość cząstek (Z_T=ρ_s*R_T*100%/ m_s* (ρ_s*ρ_w)), zmierzyć temperaturę zestawu, oraz sporządzić krzywą uziarnienia. Ostatnim etapem jest obliczenie frakcji zredukowanych i odczytanie rodzaju gruntu z trójkąta Fereta.

1. Analiza makroskopowa

Badania makroskopowe mają na celu określenie rodzaju i nazwy gruntu, stanu gruntu, jego barwy i wilgotności oraz zawartości węglanu wapnia.

Grunty organiczne dzieli się w zależności od genezy oznaczonej podczas badań terenowych oraz zawartości części organicznych oznaczonych orientacyjnie w badaniach makroskopowych.

Oznaczenie i podział gruntów skalistych makroskopowo dokonuje się przez oględziny i proste próby wytrzymałościowe. Wydzieleń w obrębie gruntów kamienistych we wstępnych badaniach laboratoryjnych i terenowych dokonuje się przez pomiar największych ziaren i orientacyjne określenie ich stosunku do reszty gruntu, stwierdzenie ich stopnia obtoczenia oraz stwierdzenie obecności spoiwa ilastego.

Przy oznaczeniu nazwy gruntów grubo- i drobnoziarnistych należy wstępnie oddzielić grunty spoiste od sypkich. Grunty spoiste to grunty drobnoziarniste, czyli iły i pyły, natomiast grunty do gruntów sypkich zaliczamy grunty gruboziarniste: piaski i żwiry.

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

1. Rodzaj i nazwa gruntów

Określa się je wykonując badania makroskopowe, do których należą próby wałeczkowania, rozmakania i rozcierania.

• Próba wałeczkowania

Na jej podstawie określa się rodzaj i nazwę gruntu spoistego.

Ze środka bryły gruntu wydobywamy grudkę gruntu o wilgotności naturalnej i formujemy z niej kulkę o średnicy 7 mm. Z kuleczki formuje się wałeczek na wyprostowanej lewej dłoni, prawą nieznacznie naciskając grunt, wałeczek ma mieć średnice ok. 3 mm. jeśli wałeczek nie wykazuje spękań, czynności powtarza się aż do momentu kiedy wałeczek rozwali się lub popęka. Obserwując zmiany na powierzchni próbki (ilość wałeczkowań, rodzaj spękań) można określić spoistość gruntu.

• Próba rozmakania

To badanie pozwala na określenie zawartości frakcji iłowej w próbce.

Próbkę umieszcza się na siatce o wymiarach boku oczek kwadratowych 5mm i zanurza w całości w zlewce z wodą destylowaną. Mierzy się czas rozmakania grudki od chwili zanurzenia aż do momentu przeniknięcia jej przez oczka siatki. Na tej podstawie można przypisać grunt do grupy (tab. 8)

• Próba rozcierania

Za pomocą tej metody określamy zawartość frakcji piaskowej w próbce. Grudkę gruntu przeznaczonego do badań rozciera się między dwoma palcami zanurzonymi w wodzie. W zależności od tego, ile piasku pozostaje między palcami w trakcie rozcierania, można przypisać dany grunt do odpowiedniej grupy na podstawie tabelki nr 8.

1. Stan gruntu

Stan gruntu określa się za pomocą próby wałeczkowania. Wałeczkowanie przeprowadza się na gruncie o wilgotności naturalnej i przebiega ono w taki sam sposób jak robi się to przy określaniu rodzaju gruntu. Badanie przeprowadza się trzykrotnie i otrzymane wyniki uśrednia się. Mając liczbę wałeczkowań oraz znając rodzaj gruntu można określić stan gruntu:

• stan zwarty - gdy z gruntu nie można uformować kulki, 

• stan półzwarty - gdy można uformować kulkę, lecz wałeczek pęka podczas pierwszego wałeczkowania ,

• stany twardoplastyczny, plastyczny i miękkoplastyczny, określenia się na podstawie ilości wałeczkowań dokonujemy w oparciu o poniższą tabelę (wg PN-88/B-04481):

Rodzaj gruntu	Stan gruntu w zależności od liczby wałeczkowań
	twardoplastyczny
Mało spoisty Średnio spoisty Zwięzło spoisty Bardzo spoisty	1 <2 <3 <5

1. Barwa 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. Podając barwę gruntu używamy kolorów podstawowych.

1. Zawartość węglanu wapnia

Zawartość węglanu wapnia określa się na podstawie obserwacji reakcji gruntu po skropieniu go 20-procentowym roztworem kwasu solnego. Jeśli próbka gruntu :

• burzy się intensywnie i długo to grunt jest silnie wapnisty

• burzy się intensywnie, lecz krotko określa się jako wapnisty

• burzy się słabo i krótko, określa się jako słabo wapnisty

• nie burzy się lub wykazuje tylko ślady reakcji, określa się jako bezwapnisty

1. Wilgotność gruntu

Określa się ją obserwując jak grudka gruntu reaguje na zgniatanie, czy zostawia mokre ślady na papierze i czy odsącza się z niej woda. Potem wystarczy przyporządkować ja do odpowiedniego stopnia wilgotności :

• grunty spoiste

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

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

• wilgotny - jeżeli papier 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. 

• grunty niespoiste

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

• wilgotny, gdy zostawia ślad na papierze i dłoni

• nawodniony, gdy woda odsącza się z niego samoczynnie