Katedra Użytkowania Lasu

Zakład Inżynieryjnego Zagospodarowania lasu

OCENA GRUNTÓW

JAKO PODŁOŻA

I MATERIAŁU BUDOWLANEGO

1.Ocena gruntu jako podłoża budowlanego (na podstawie 4-ch krzywych uziarnienia gruntów).

1. Określenie rodzaju gruntu (trójkąt Fereta).

Trójkąt FERETA- układ (wykres) trzech współrzędnych w kształcie równobocznego trójkąta, pomocny w klasyfikowaniu trójskładnikowych mieszanin; stosowany w gleboznawstwie do graficznego przedstawienia i porównania uziarnienia różnych utworów na podstawie procentowego udziału w nich trzech frakcji: piasku, pyłu oraz iłu.

Numer gruntu	Frakcja iłowa	Frakcja pyłowa	Frakcja piaskowa	Frakcja żwirowa	Frakcja kamienista	Rodzaj gruntu
1	-	-	40%	60%	-	żwir
2	-	13%	85%	2%	-	glina piaszczysta
3	8%	72%	20%	-	-	pył
4	36%	57%	7%	-	-	ił pylasty

2. Określenie cech fizycznych gruntu:

Cechy fizyczne gruntów decydują o ich przydatności do celów inżynieryjnych.

• wskaźnik różnoziarnistości- określa się dla gruntów sypkich i mało spoistych, gdyż tylko dla takich można odczytać z wykresu uziarnienie wartości d₁₀.

U=d₆₀/d₁₀

U ≤ 5 - równoziarniste

5 ≥ U ≤ 15 - różnoziarniste

U > 15 - bardzo różnoziarniste

NAZWA GRUNTU:	d60	d10	U=d60/d10	Zależnie od wartości U grunt:
ŻWIR	4	0,15	26,6	Bardzo różnoziarnisty
GLINA PIASZCZYSTA	0,25	0,04	6,25	Różnoziarnisty
PYŁ	0,025	0,003	8,3	Różnoziarnisty
IŁ PYLASTY	-	-	-	-

• granice konsystencji - określane są dzięki wartości stopnia plastyczności.

Stopniem plastyczności - ( I_L) - nazywamy stosunek różnicy wilgotności naturalnej gruntu W_n i wilgotności na granicy plastyczności do wskaźnika plastyczności.

Wskaźnikiem plastyczności (I_P) - nazywamy różnicę między granicą płynności i granicą plastyczności.

Granica płynności gruntu (W_L) - jest to procentowa wilgotność odpowiadająca przejściu danego gruntu ze stanu miękkoplastycznego w stan płynny. Oznacza się ją laboratoryjnie w aparacie Casagrande'a.

Granica plastyczności gruntu (W_P) - nazywa się procentową wilgotność, jaką ma dany grunt na granicy stanu plastycznego i półzwartego. Oznacza się ją metodą wałeczkowania.

I_P = W_L - W_P

Ip < 1 grunty sypkie

1 < Ip < 10 grunty mało spoiste

10 < Ip < 20 grunty średnio spoiste

20 < Ip < 30 grunty spoiste ciężkie

Ip > 30 grunty bardzo spoiste

Nr gruntu	WL	WP	IP = WL - WP	Rodzaj gruntu
ŻWIR	-	-	-	-
GLINA PIASZCZYSTA	24,0	11,0	13,0	grunt średnio spoisty
PYŁ	28,0	18,0	10,0	grunt mało spoisty
IŁ PYLASTY	60,0	25,0	35,0	grunt bardzo spoisty

• wilgotność - gruntu jest to procentowy stosunek masy wody zawartej w próbce gruntu do masy jej szkieletu gruntowego.

1. ŻWIR W_OPT = 8,0 % 2.GLINA PIASZCZYSTA W_OPT = 11,0 %

3. PYŁ W_OPT = 15,0 % 4.IŁ PYLASTY W_OPT = 18,0 %

Wilgotność optymalna - stan wilgotności przy którym grunt, ubijany w sposób znormalizowany, osiąga maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego, czyli najlepsze zagęszczenie.

• ciężary objętościowe -

Maksymalny ciężar objętościowy szkieletu Y_d G/cm³

1. ŻWIR Y_d = 1,85 G/cm³

2. GLINA PIASZCZYSTA Y_d = 1,95 G/cm³

3. PYŁ Y_d = 1,85 G/cm³

4. IŁ PYLASTY Y_d = 1,75 G/cm³

• kapilarność gruntu - nazywa się zdolność utrzymania słupa wody nad poziomem wody gruntowej wolnej, w porach gruntu łączących się między sobą i tworzących rurki włoskowate, zwane kapilarami. Kapilarność gruntu oznacza się w celu określenia niebezpieczeństwa tworzenia się wysadzin zimowych w gruncie podłoża drogowego.

Kapilarność niebezpieczna (bierna)

Zależnie od współczynnika H_Knb grunty dzielimy na :

• H_Knb<1m grunt niewysadzinowy

• 1<H_Knb<1,3 grunt wątpliwy (w domyśle wysadzinowy)

• H_knb>1,3 grunt wysadzinowy

1. ŻWIR H_knb = nie określa się

2. GLINA PIASZCZYSTA H_knb = 1,0 m

3. PYŁ H_knb = 1,5 m

4. IŁ PYLASTY H_knb = 1,5 m

Grunt 3 i 4 - grunt wysadzinowy, grunt nr 2 - grunt niewysadzinowy

c) Określenie warunków wodno - gruntowych

W zależności od poziomu wody gruntowej i wartości współczynnika H_knb mogą wystąpić 3 przypadki : H_p -głębokość przemarzania (1,0m) H_w -poziom wody gruntowej(2,0m)

1. H_w>H_Knb+0,2+H_p spełniony warunek -grunt niewysadzinowy

2. H_wႣH_Knb+H_p grunt wysadzinowy, drogę trzeba wybudować na nasypie. Nasyp musi być tak wysoki aby był spełniony warunek

H_w>H_Knb+0,2+H_p

3. H_p sięga do lustra wody lub podsiąkanie kapilarne sięga do poziomu gleby

1.ŻWIR -

2.GLINA PIASZCZYSTA 2,0 < 2,2 - złe warunki wodno gruntowe - droga na nasypie 0,2 m

3.PYŁ 2,0 < 2,7 - złe warunki wodno - gruntowe, droga na nasypie 0,7 m

4.IŁ PYLASTY 2,0 < 2,7 - złe warunki wodno - gruntowe, droga na nasypie

0,7 m

d) Przydatność gruntu na warstwę odsączającą

Aby gleba była przydatna na warstwę odsączającą musi spełniać pewne warunki tj.

1. najlepiej aby była to substancja różnoziarnista

2. musi w miarę szybko przenosić wodę. Dlatego posługujemy się wskaźnikiem wodoprzepuszczalności (filtracji) K₁₀

Gdy K₁₀>3(5)m/dobę czyli 3(5) *10^-3cm/sek grunt nadaje się na warstwę odsączająco-odcinającą.

1.ŻWIR K₁₀ = 10 - nadaje się na warstwę, ale można dodać trochę piasku

2.GLINA PIASZCZYSTA K₁₀ = 10^-7 - nie nadaje się na warstwę odsączająco - odcinającą

3.PYŁ K₁₀= 10^-6 - nie nadaje się na warstwę odsączająco- odcinającą

4.IŁ PYLASTY K₁₀ = 10^-9- nadaje się na warstwę, ale można dodać trochę piasku.

e) Przydatną cechą jest współczynnik CBR (%) - ocena nośności i możliwość powstawania przełomów.:

1. ŻWIR CBR = 25 Ⴘ40 % bardzo dobra nośność

2. GLINA PIASZCZYSTA CBR = 6 Ⴘ10 % możliwa nośność

3. PYŁ CBR = 6 Ⴘ15 % zła nośność

4. IŁ PYLASTY CBR = <6 % zła nośność

f) Przydatność gruntu na nasypy

1.ŻWIR - doskonała

2.GLINA PIASZCZYSTA - dobra

3.PYŁ - dostateczna

4.IŁ PYLASTY - dostateczna do złej

g) Ocena gruntu do budowy dróg

Na terenie na którym mam budować drogi wystąpiły następujące rodzaje gruntu:

1. Żwir

2. Glina piaszczysta

3. Pył

4. Ił pylasty

1.ŻWIR

Charakteryzuje się małą podatnością na wysadzinowość, dużą przepuszczalnością wody oraz małą plastycznością i płynnością, bardzo dobry materiał na tworzenie nasypów, bardzo dobra nośność, nadaje się na warstwę odsączającą. Bardzo dobry materiał do budowy dróg.

2.GLINA PIASZCZYSTA

Przydatność do nasypów dobra, nośność średnia, nie nadaje się na warstwę odsączającą, grunt niewysadzinowy, zagęszczalność dość dobra. Jakość gruntu jako podłoża - dostateczna.

3.PYŁ

Charakteryzuje się skłonnością wysadzin, jak też średnią przepuszczalnością wody oraz plastycznością i płynnością. Średnio dobry materiał na nasypy, nie nadaje się na warstwę odsączającą, zła nośność.

4.IŁ PYLASTY

Bardzo niewdzięczny materiał pod nawierzchnię. Jest bardzo podatny na wysadzi-

nowość, bardzo słabo przepuszcza wodę, charakteryzuje się dużą plastycznością, wysoką płynnością, niezbyt dobry materiał na nasypy. Zła nośność, nie nadaje się na warstwę odsączającą.

STABILIZACJA GRUNTÓW

Stabilizacja mechaniczna (granulometryczna).

Dobór uziarnienia mieszanki gliniasto - piaskowej na trójkącie Fereta.

Nie można otrzymać mieszanki optymalnej.

Dobór uziarnienia mieszanki optymalnej gliniasto żwirowej na trójkącie Fereta.

Na miejscu budowy drogi leśnej znajduje się grunt nr 3 - Pył, który po zmieszaniu z gruntem nr 1 - Żwirem, będzie miał właściwości zbliżone do mieszanki optymalnej.

Powyższe gleby należy zmieszać w następujących proporcjach:

Mieszanka optymalna tych gruntów to 90,9% gruntu nr 3 - czyli pyłu i 9,1% gruntu nr 1 - żwiru.

Dowiezienie tak małej ilości bo tylko 9,1% żwiru jest opłacalne, nawet na dalsze odległości, a gdy mamy blisko to jest to najtańszy chyba sposób ustabilizowania gruntu i zbudowania drogi o dobrych właściwościach fizykochemicznych.

Stabilizacja wapnem:

Do stabilizacji wapnem nadają się grunty, które zawierają przynajmniej 10% frakcji ilastej. W przypadku stabilizacji wapnem gleba nie powinna zawierać więcej niż 10% związków organicznych . Kwasowość nie ma większego znaczenia. Po wykonaniu stabilizacji grunt staje się nienasiąkliwy oraz mało plastyczny. Stabilizację prowadzimy do głębokości 15cm. Prace prowadzimy w następujący sposób:

1. obliczamy ilość wapna na jednostkę powierzchni (m²) oraz ilość wody potrzebną do stabilizacji (na m²)

2. rozsypujemy wapno na powierzchni drogi, a następnie mieszamy je z glebą na drodze za pomocą glebogryzarki na głębokość 15cm.

3. po wymieszaniu polewamy wodą.

Nie należy przesadzać z ilością wapna gdyż jeśli dodamy o 3Ⴘ5% za dużo, grunt po namoczeniu nie daje się zastabilizować.

Ilość wapna obliczamy z wzoru:

W_wp=ၧ_d*h*x h-głębokość stabilizacji

x -procentowy dodatek wapna 8Ⴘ9%

ilość wody obliczamy z wzoru:

W_w=ၧ_d*x*h*(W_opt -W_akt) W_opt - wilgotność optymalna

W_akt - wilgotność aktualna

Przy moich założeniach do stabilizacji wapnem nadaje się tylko grunt nr 4 - Ił pylasty.

W_WP = 185 * 0,15 * 0,09 = 2,497 kg/m²

Zakładam, że wilgotność aktualna wynosi 4%, to

W_w = 185 * 0,15 * (0,08 - 0,04) = 1,11 l/m²

Stabilizację popiołami lotnymi z węgla brunatnego prowadzi się w podobny sposób jak stabilizację wapnem, z tym że w tej metodzie nie jest aż tak ważne dokładne dawkowanie stabilizatora.

STABILIZOWANIE GRUNRÓW SYPKICH

Stabilizacja cementem:

Cementem możemy stabilizować grunty sypkie i mało spoiste, które mają mniej niż 10% frakcji ilastej oraz nie mogą zawierać więcej niż 2% związków organicznych. Ponadto ważne jest aby pH gleby nie było niższe niż 4,5 . Dodatek cementu stanowi 6Ⴘ12% . Stabilizację prowadzimy do głębokości 15cm. Prace prowadzimy w następujący sposób:

4. obliczamy ilość cementu na jednostkę powierzchni (m²) oraz ilość wody potrzebną do stabilizacji (na m²)

5. rozsypujemy cement na powierzchni drogi, a następnie mieszamy je z glebą na drodze za pomocą glebogryzarki na głębokość 15cm.

6. po wymieszaniu polewamy wodą.

Ilość cementu obliczamy z wzoru:

W_wp=ၧ_d*h*x h-głębokość stabilizacji

x -procentowy dodatek cementu

ilość wody obliczamy z wzoru:

W_w=ၧ_d*x*h*(W_opt -W_akt) W_opt - wilgotność optymalna

W_akt - wilgotność aktualna

W moim przypadku najlepiej i od razu do stabilizacji cementem nadaje się grunt nr 3 - Pył. Dodatek cementu 10%.

W_WP = 185 * 0,15 * 0,1 = 2,77 kg/cm²

Zakładam, że wilgotność aktualna wynosi 4%.

W_W = 185 * 0,15 * (0,15 - 0,04) = 3,05 l/m²

Zalety:

Zaletą stabilizacji cementem jest to, że tak zastabilizowana droga może stanowić podbudowę dla drogi kat.1

Wady:

Po wykonaniu stabilizacji przez ok. miesiąc nie można użytkować drogi.

Uwagi:

Beton można impregnować bituminami (ok. 1 l/m²) lub posypać warstwą gruntu o grubości 3Ⴘ5 cm w celu wypełnienia porów i zabezpieczenia betonu przed niszczącym działaniem mrozu i uszkodzeniami mechanicznymi.

STABILIZACJA GRANULOMETRYCZNA ŻUŻLEM GRANULOWANYM

W celu zastabilizowania gruntu tym sposobem należy dodać 20Ⴘ25%

żużla granulowanego oraz 2Ⴘ3% katalizatora (np. wapno) . Jako karalizatora możemy dodać 3Ⴘ4% popiołu aktywnego.

STABILIZACJA ŻYWICAMI SYNTETYCZNYMI

Do gruntu za pomocą wtryskarki wtryskuje się żywicę, a następnie miesza się np. za pomocą glebogryzarki. Ta metoda stabilizacji jest kosztowna, dlatego rzadko się ją stosuje.

STABILIZACJA UPŁYNNIONYM ASFALTEM AUG

Do mieszanej gleby za pomocą wtryskarki wtryskuje się upłynniony asfalt AUG . Ta metoda stabilizacji jest kosztowna, dlatego rzadko się ją stosuje. Stanowi dobrą stabilizację dla dróg kat. 3 oraz jako podbudowa dla dróg kat. 2

2

---