Analiza sitowa polega na określeniu składu granulometrycznego gruntu, poprzez rozdzielenie poszczególnych frakcji gruntu. Grunt przesiewany jest przez zestaw sit. Dzięki temu otrzymujemy wykres krzywej uziarnienia, ustalamy rodzaj i nazwę badanego gruntu. Znajomość rodzaju badanego gruntu pozwala na prognozowanie jego właściwości oraz ustalenie zakresu dalszych badań. Analizę sitową należy stosować jako badanie podstawowe dla gruntów niespoistych oraz jako badanie uzupełniające dla gruntów spoistych.

Celem ćwiczenia jest określenie rodzaju gruntu niespoistego oraz określenie stopnia różnoziarnistości badanego gruntu.

 

Zawartość poszczególnych frakcji (Zi) oblicza się w procentach w stosunku do próbki wysuszonej według wzoru:

Zi= (mi/ ms) · 100%

gdzie:

Z_i – procentowa zawartość danej frakcji [%], mi – masa skorygowana frakcji gruntu pozostałej na sicie [g], ms  – masa szkieletu gruntowego (całej próbki) [g].

 Różnica między nasą szkieletu gruntowego m_s a sumą mas wszystkich frakcji (m₁+m₂+m₃+…m_n) nie powinna przekraczać 0,5% wartości m_s. Przy obliczaniu wyników różnicę tę należy rozdzielić na wszystkie frakcje, proporcjonalnie do ich mas.

Uzyskane wyniki nanosi się na wykres uziarnienia. Krzywe (wykresy) uziarnienia wykonuje się na specjalnie w tym celu przygotowanych siatkach, na których na osi odciętych w skali logarytmicznej są przedstawione wymiary średnic zastępczych ziarn i cząstek, na osi rzędnych w podziałce zwykłej jest przedstawiona procentowa zawartość ziarn. Procentową zawartość ziarn uzyskaną z analizy sitowej nanosi się według skali umieszczonej po prawej stronie wykresu. Z  krzywej uziarnienia odczytuje się zawartość poszczególnych frakcji, co pozwala określić nazwę gruntu sypkiego.

Podział gruntów gruboziarnistych ze względu na uziarnienie (na podstawie normy PN-86/B-02480 Grunty budowlane. Określenia, symbole, podział i opis gruntów oraz normy PN-88/B-0448 Grunty budowlane. Badania próbek gruntu) :

 

Nazwa gruntu	Symbol	Uziarnienie
Żwir	Ż	f’i ≤ 2 %
Żwir gliniasty	Żg	f’i > 2 %
Pospółka	Po	f’i ≤ 2 %

Analiza sitowa i przygotowanie próbek do dalszych analiz

1.Wilgotne próbki należy przesuszyć w warunkach temperatury podniesionej do 40 - 50 C, w suszarkach z wymuszonym obiegiem powietrza.

2. Wysuszoną próbkę wysypuje się do woreczków, na których wypisuje sięmarkerem dane: datę pobrania, miejscowość, numer profilu i głębokość.

3. Przed właściwym przygotowaniem próbki usuwa się z niej kamyki,nowotwory, grudki węglanu wapnia, korzonki roślin i oznacza ich masę. Obserwacje dotyczące rodzaju domieszek należy zapisać ponieważ mają znaczenie dla interpretacji wyników.

4. Wolną od domieszek glebę rozciera się w porcelanowym moździerzu przy pomocy porcelanowego tłuczka.

5. Dokładnie rozdrobnioną próbkę odsiewa się przez sito o średnicy oczek 1 mm w celu oddzielenia części szkieletowych od ziemistych, przesiane części ziemiste wsypuje się z powrotem do woreczka.

6.Analizę sitową frakcji piaszczystej wykonujemy na następującym zestawie sit: 1,4 mm; 1 mm; 0,8 mm; 0,5 mm; 0,315 mm; 0,25 mm; 0,18 mm; 0,125 mm; 0,1 mm; 0, 063 mm; natomiast w zależności od wielkości ziaren w próbce i potrzeb możemy zestaw sit zagęszczać. Stosujemy standardowy odstęp sit co 0,5 phi (zalecane są sita firmy Retsch i Fritsch). Przy braku sit dokładnie odpowiadających rozmiarom co 0,5 phi należy wykorzystać sita o średnicach zbliżonych.

7.Przygotowanie próbki: do analizy sitowej bierzemy wysuszone uprzednio próbki, z której odważamy odpowiednią ilość (patrz punkt 3). Sita z próbką umieszcza się na wytrząsarce, która włącza się na przeciąg 20 minut. (Sita w komplecie ustawione są kolejno od sit od najdrobniejszych oczkach na dole do sit o największych oczkach na górze). Po wykonaniu analizy i podsumowaniu wartości wag należy je zsumować w celu: sprawdzenia czy różnica między wagą wyjściową, a końcową nie jest zbyt duża (może być 1-2 %) oraz wyliczenia udziału procentowego, traktując jako 100 % wagę końcową.

8.Masa próbki: przy największym ziarnie w próbce 1-2 mm średnicy zaleca się próbkę o masie 200 g i odpowiednio, przy największym ziarnie 2-8 mm średnicy - 400 g, a przy ziarnie 0,5-1 mm średnicy wystarczy 100 g.

4.Wybór przedziałów frakcji do innych analiz: należy zachować następujące przedziały frakcji:

• *0,8-1,0 mm; 0,5-0,8 mm do analizy obtoczenia i zmatowienia powierzchni ziarn kwarcowych (graniformametr i metoda Cailleuxa), analiza powierzchni ziarna kwarcowego w mikroskopie elektronowym oraz analiza zawartości kwarcu.

• 0,1-0,2 mm do analizy minerałów ciężkich (rozdzielenie minerałów ciężkich od lekkich zostanie przeprowadzone w Warszawie. Należy dostarczć próbki o pojemności jednego pudełka po filmach fotograficznych).

• <0,03 mm (jeżeli brak takiego sita w zestawie to <0,05 lub <0,06) do analizy powierzchni ziarn kwarcowych w mikroskopie elektronowym.

9. Analiza procentowej zawartości kwarcu w próbce: Próbkę wybranej frakcji objętości łyżeczki do herbaty trawić przez 10 sekund kwasem HF (koniecznie pod wyciągiem). Po 10 sekundach trawienie przerwać, dodając wody destylowanej. Następnie próbki wielokrotnie przepłukać wodą destylowaną, wysuszyć, a potem zalać wodnym roztworem błękitu metylenowego. Po 0,5 godzinie znów wielokrotnie wypłukać w wodzie destylowanej, wysuszyć. Kwarc będzie miał kolor lekko błękitny wszystkie zaś domieszki - ciemno granatowy.

10. Przygotowanie próbek do innych analiz: przed wykonaniem analiz trawimy próbki wyłącznie w 10 % kwasie solnym (HCl) w celu usunięcia węglanów i następnie wielokrotnie je płuczemy w wodzie destylowanej i suszymy w temperaturze do 105 C.

Analiza areometryczna

Celem analizy areometrycznej jest ustalenie składu granulometrycznego gruntu na podstawie prędkości opadania cząstek mineralnych w zawiesinie wodnej. Badanie to przeprowadza się metodami sedymentacyjnymi. Oznacza się pomiar zmian gęstości odnośnej zawiesiny za pomocą aerometru. Oznaczone zawartości dotyczą cząstek kulistych sedymentujących z tą samą prędkością co rzeczywiste cząstki gruntowe. Ich średnice nazywamy średnicami zastępczymi.

Analizę areometryczna wykonuje się gdy poniżej najdrobniejszego sita jest ponad 5 % próbki. Służy ona do oznaczania zawartości cząstek o średnicach zastępczych mniejszych niż 0,063 lub 0,071 mm gruntów spoistych (Iom<2%).

Przyrządy:

· Sito tkane o wymiarach boków oczek kwadratowych 0,071 lub 0,063 mm, Aerometr, Waga laboratoryjna, Kolby stożkowe, Cylindry pomiarowe, Termometr, Mieszadełko

 Przed rozpoczęciem analizy należy wycechować aerometr.

 Procentową zawartość cząstek oblicza się biorąc za podstawę pomiary gęstości zawiesiny po określonym czasie T za pomocą areometru. Procentowa zawartość cząstek dana jest wzorem:

gdzie:

Z_T – procentowa zawartość cząstek:, ρs – gęstość właściwa szkieletu gruntowego [g/cm3], ρw – gęstość wody [g/cm3], ms – masa gruntu użytego do danej analizy [g], RT – skrócony wskaźnik odczytu dla czasu opadania T (po uwzględnieniu poprawek)

gdzie:

∆R - poprawka na podziałkę areometru, a - poprawka na temperaturę, c - poprawka na menisk

Oznaczanie składu uziarnienia
Metoda sedymentacyjna - areometryczna 
wg Prószyńskiego

Poza analizą sitową, metoda ta służy do wyliczenia wskaźników uziarnienia. Wykonujemy ją w przypadku, gdy poniżej sita o najdrobniejszych oczkach jest powyżej 5 % próbki.

1. Sprzęt

• – waga, łódeczka do ważenia substancji, areometr glebowy, cylindry miarowe o objętości 1 l. Śr. 6 cm, stoper, termometr, duży korek gumowy do zatykania cylindra, bagietka, tryskawka, kroplomierz

2.Odczynniki

• - alkohol amylowy, bezwodny węglan sodu, Kalgon

3.Obliczenia

Areometr pozwala odczytać bezpośrednio w procentach ilość cząstek zawieszonych mniejszych od danej średnicy, jeżeli od wartości odczytu zrobionego w badanej próbce odejmie się wartość odczytu dokonanego w roztworze poprawkowym.

4.Przygotowanie próbek glebowych.

• - odważyć 40 g. badanej gleby i wsypać do przygotowanej zlewki. (wykorzystujemy próbkę, która przeleciała przez najdrobniejsze sito, o ile jest jej wystarczająca ilość, albo z całej próbki osadu. Po przesianiu przez sita przy użyciu wytrząsarki, pozostałość na sitach trzeba dodać.

• - zalać wodą destylowaną (około 0,5 l)

• - dodać 25 ml. Roztworu kalgonu, podwójna ilość (50 ml) peptyzatora stosuje się przy próbkach zawierających węglany.

• - zawiesinę glebową mieszać używając mieszadła magnetycznego: gleby piaszczyste 10 min., gliny i utwory pyłowe 20 min., iły 30 min.

• - po zakończeniu mieszania przenieść ilościowo zawiesinę do szklanego cylindra 1 l i dopełnić do kreski wodą destylowaną.

5.Przygotowanie roztworu poprawkowego:

 - do cylindra 1 l. Dodaje się kalgon w takiej ilości jak do roztworu podstawowego

 - dopełnić do 1 l. Wodą destylowaną

6.Uwagi:

• - temperatura w obu cylindrach powinna być jednakowa, dopuszczalna różnica wynosi około 0,5 oC

• - jeżeli próbka glebowa zawiera próchnicę, dla zniszczenia piany tworzącej się przy wytrząsaniu zawiesiny należy dodać do obu cylindrów kilka kropel alkoholu amylowego.

7.Przebieg analizy

- Wyznaczanie właściwego czasu odczytów

• * cylinder z zawiesiną zamknąć korkiem i wytrząsać przez pół minuty

• * ustawić cylinder na statycznej konsoli i od tej chwili liczyć czas.

• * po upływie 10-12 minut od chwili postanowienia robi się pomiar areometrem w cylindrze z zawiesiną i z roztworem poprawkowym.

• * różnica tych odczytów da przybliżoną procentową zawartość cząstek < 0,02 mm w badanej glebie co pozwoli wyszukać właściwą tablicę do określania czasów.

• * po znalezieniu tablicy zmierzyć temperaturę cieczy w obu cylindrach i odczytać czasy pomiarów, wpisać je do tabeli.

- Wykonanie pomiaru:

• * wstrząsnąć cylinder z zawiesiną glebową (30 przewróceń dnem do góry), uważając przy tym żeby osad z dna spłukać przy pierwszych poruszeniach.

• * postawić cylinder zwalniając stoper

• * odkorkować

• * jeżeli utworzy się piana dodać kilka kropli alkoholu amylowego,

• * włożyć powoli areometr żeby nie kołysał się zbyt silnie

• * w przewidzianych odstępach czasu dokonać odczytów na areometrze zapisując je w tabelce, następnie robi się pomiary w cylindrze z roztworem poprawkowym