ĆWICZENIE I

• ANALIZA MAKROSKOPOWA

• OZNACZENIA STANU GRUNTU SPOISTEGO

• OZNACZENIE GĘSTOŚCI OBJĘTOŚCIOWEJ GRUNTU

SPOISTEGO METODĄ PIERŚCIENIA TNĄCEGO

Wykonali (gr 1):

Paulina Bacewicz

Izabela Sarlińska

Alicja Borkowska

Krzysztof Bobak

ANALIZA MAKROSKOPOWA

Wstęp

Metoda makroskopowa polega na przybliżonym określeniu rodzaju, nazwy, niektórych cech fizycznych oraz stanu badanego gruntu bez użycia przyrządów. Stosuje się ją w terenie oraz jako badania wstępne w laboratorium.

Przy pomocy analizy makroskopowej oznacza się następujące cechy gruntów:

1. Rodzaj i nazwa gruntu.

2. Stan fizyczny gruntów spoistych (przybliżona wartość stopnia plastyczności I_D).

3. Barwa, przewarstwienia, zanieczyszczenia, domieszki.

4. Wilgotność (stan zawilgocenia).

5. Zawartość węglanu wapnia (CaCO₃),

Przebieg doświadczenia

Badanie zaczynamy od określenia Rodzaju i nazwy gruntu.

Najpierw należy wstępnie ustalić spoistość gruntu. Grunt należy określić jako spoisty, jeżeli po wyschnięciu do stanu powietrzno suchego tworzy on zwarte grudki. Grunt należy określić jako niespoisty, jeżeli po wyschnięciu do stanu powietrzno suchego stanowi on niezwiązane ze sobą cząstki lub grudki, rozpadające się pod wpływem lekkiego nacisku palcem

(siła ok. 1 N).

W wypadku gdy oznaczymy grunt jako spoisty, oznaczenie polega na wykonaniu prób wałeczkowania oraz rozcierania gruntu w wodzie. Próba wałeczkowania służy do oceny spoistości gruntu, zaś próba rozcierania w wodzie do oceny zawartości frakcji piaskowej. W przypadku wątpliwości dodatkowo należy wykonać próbę rozmakania w wodzie.

Próba wałeczkowania przebiega następująco: z przeznaczonej do badań próbki gruntu uformować należy kulkę o średnicy ok. 7 mm i wałeczkować ją między dłońmi, aż wałeczek uzyska średnicę ok. 3 mm. Jeśli wałeczek w tym czasie nie wykazuje uszkodzeń należy ponownie uformować kulkę i powtórzyć wałeczkowanie tyle razy, aż na wałeczku będą zauważalne spękania, rozwarstwienia lub rozsypie się. Wałeczkowanie należy również zakończyć, gdy wałeczek o długości 4 ÷ 5 cm podnoszony za jeden koniec zacznie pękać pod własnym ciężarem. Próbę wałeczkowania należy przeprowadzić, co najmniej na dwóch kulkach, a w przypadku wyraźnej niezgodności wyników - dodatkowo na trzeciej kulce. Na podstawie wyglądu kulki, wałeczka i charakteru spękań wg tabeli należy określić spoistość gruntu.

Próba rozcierania w wodzie polega na rozcieraniu niewielkiej ilości gruntu między palcami zanurzonymi w wodzie. W zależności od ilości ziaren piasku pozostałego miedzy palcami grunt należy zakwalifikować do odpowiedniej grupy.

Na podstawie wykonanych oznaczeń ustalić się nazwę gruntu wg tabeli.

W wypadku gruntów niespoistych należy określić na podstawie wielkości i zawartości ziaren poszczególnych frakcji ustalonych oceną makroskopową zgodnie z tabelą 1.

Następnym zadaniem jest makroskopowe oznaczenie stanu gruntów spoistych.

Makroskopowo stan gruntów spoistych określa się podczas próby wałeczkowania, w zależności od ilości wałeczkowań:

- jeśli z gruntu nie można uformować kulki, grunt jest zbyt twardy, grunt jest w stanie zwartym,

- jeśli z gruntu można uformować kulkę, lecz wałeczek pęka podczas pierwszego wałeczkowania, grunt znajduje się w stanie półzwartym,

- pozostałe stany to twardoplastyczny, plastyczny i miękkoplastyczny określa się je na podstawie liczby kolejnych wałeczkowań tej samej kulki wg tabeli.

Określenie barwy gruntu.

Barwę gruntu należy określić na świeżym przełamie próbki o naturalnej wilgotności. W opisie barwy należy podać najpierw odcień i intensywność barwy, a następnie barwę podstawową, np. jasnożółto - szara. Przy występowaniu kilku barw należy podać charakter ich występowania, np. brązowa z rdzawymi przewarstwieniami.

Określenie wilgotności gruntu.

Grunt spoisty należy określić jako:

a) suchy - jeżeli grudka gruntu przy zgniataniu pęka, a w stanie rozdrobnionym nie wykazuje zawilgocenia,

b) mało wilgotny - jeżeli grudka przy zgniataniu odkształca się plastycznie lecz papier lub ręka przyłożone do gruntu nie stają się wilgotne (nie brudzą),

c) wilgotny - jeżeli papier lub ręka przyłożona do próbki stała się wilgotna (brudzi),

d) mokry - jeżeli przy ściskaniu gruntu w dłoni odsącza się z niego woda,

e) nawodniony - jeżeli woda odsącza się z gruntu grawitacyjnie.

Grunt niespoisty określa się jako:

a) suchy - gdy nie wykazuje śladu wilgoci, a przy przesypywaniu kurzy się,

b) wilgotny - gdy zostawia ślad na papierze lub dłoni,

c) nawodniony - gdy woda odsącza się z niego samoczynnie.

Opracowanie wyników

W naszym doświadczeniu najpierw określiliśmy nasz grunt jako spoisty.

Następnie zaczęliśmy próbę wałeczkowania na dwóch kulkach, przy obu wałeczki pękały poprzecznie przy pierwszej po 4, przy drugiej po 5 próbach, dla pewności wykonaliśmy trzecią kulkę wynik był zgodny wałeczki pękały po 5 wałeczkowaniu w całym doświadczeniu wałeczki były bez połysku.

Później wykonaliśmy próbę rozcierania znowu wykonaliśmy doświadczenie kilka razy i za każdym razem wyczuwalne były pod palcami pojedyncze ziarenka piasku.

Na podstawie ilości wałeczkowa określono grunt jak miękkoplastyczny i średniospoisty.

Barwę gruntu określono na przełamie jako szarą.

Grunt określono jako wilgotny gdyż zostawia ślad na papierze.

W naszym doświadczeniu nie określaliśmy zawartości węglanów.

Na podstawie zestawienia wyników z wałeczkowania i rozcierania określiliśmy nazwę gruntu. Grunt ten to GLINA.

OZNACZENIE STANU GRUNTU SPOISTEGO:

Wstęp

Grunty spoiste w stanie naturalnym występują w trzech konsystencjach:

• zwartej

• plastycznej

• płynnej

W obrębie konsystencji wyróżnia się stany gruntów:

• zawarty

• półzwarty

• twardoplastyczny

• plastyczny

• miękkoplastyczny

• płynny

Wilgotności graniczne między poszczególnymi stanami są określane jako granice konsystencji zwane również granicami Atterberga. Między stanem zwartym a półzwartym znajduje się granica skurczalności w_s jest to wilgotność [%], gdzie pomimo dalszego suszenia próbka gruntu nie zmniejsza swojej objętości, zmienia barwę na powierzchni na jaśniejszą.

Pomiędzy stanem półzwartym a twardoplastycznym jest granica plastyczności w_p, określa wilgotność [%] jaką posiada grunt, gdzie przy kolejnym wałeczkowaniu wałeczek pęka (rozwarstwia się lub rozsypuje po osiągnięciu 3 mm średnicy).

Między stanem miękkoplastycznym a płynnym występuje granica płynności w_l, wyznacza ją wilgotność [%] pasty gruntowej umieszczonej w miseczce aparatu Casagrande'a, w której bruzda wykonana rylcem zejdzie się na długości 10 mm i wysokości 1 mm, przy 25 uderzeniu miseczki o podstawę aparatu.

Różnicę między granicą plastyczności i granicą płynności nazywamy wskaźnikiem

plastyczności I_P.

I_p = w_L - w_p [%]

gdzie: w_L - wartość granicy plastyczności [%];

w_p - wartość granicy płynności [%].

Wskaźnik plastyczności określa ile wody w procentach (w stosunku do masy szkieletu gruntowego) wchłania grunt przy przejściu ze stanu półzwartego w stan płynny.

Znając granice konsystencji w_P, w_L oraz wilgotność naturalną w_n danej próbki gruntu można wyznaczyć stopień plastyczności I_L, który pozwala ustalić stan gruntu spoistego.

I_L = (w_n − w_P)/(w_L − w_P)

gdzie: w_n - wilgotność naturalna [%]

w_L - granica plastyczności [%];

w_p - granica płynności [%].

Cel ćwiczenia

Celem naszego ćwiczenia jest określenie wilgotności naturalnej badanego gruntu, a także jego granicy plastyczności i płynności

Wykonanie ćwiczenia:

1. Oznaczenie wilgotności naturalnej

W pierwszej kolejności ważyliśmy pusty i wysuszony tygielek. W zważonym tygielku umieściliśmy próbkę gruntu i całość ponownie zważyliśmy. Tygielek z gruntem wstawiliśmy do mikrofalówki w temp. 105-110^oC w celu wysuszenia próbki do stałej masy. Po wysuszeniu i ostudzeniu do temp. otoczenia ważyliśmy tygielek z wysuszonym gruntem.

2. Granica plastyczności

Po zważeniu pustego naczyńka wagowego, z próbki gruntu formujemy kulkę o średnicy ok.

7 mm i wałeczkujemy ją na dłoni do momentu, aż wałeczek uzyska średnice ok. 3 mm (do momentu aż wałeczek ulegnie uszkodzeniu). Wszystkie kawałki wałeczka wkładamy do naczyńka wagowego tak aby ok. 5-7 g. Po zważeniu całości wkładamy do mikrofalówki w temp. 105-110^oC do momentu wysuszenia do stałej masy. Po wysuszeniu i ostudzeniu do temp. otoczenia ważyliśmy naczyńko z wysuszonym gruntem.

3. Oznaczenie granicy płynności

Po zważeniu trzech pustych parowniczek z próbki gruntu usunęliśmy ziarna większe niż

2 mm, następnie wymieszaliśmy go z niewielką ilością wody w celu uzyskania jednolitej pasty gruntowej. Uzyskaną przez nas pastę gruntową rozprowadziliśmy w miseczce aparatu Casagrande'a do wagi ok. 210 (+/-) 1 g. W paście gruntowej wykonaliśmy rylcem bruzdę. Miseczkę umieściliśmy w aparacie i obracaliśmy korbę z prędkością ok. 2 obrotów na 1 s. Do momentu złączenia się brzegów bruzdy na długości 10 mm i wysokości 1 mm licząc ilość uderzeń miseczki o podstawę aparatu. Następnie próbkę pasty umieściliśmy do pustej parowniczki w celu określenia jej wilgotności. Czynność tą powtarzamy 3 krotnie zwiększając za każdym razem ilość wody.

Oznaczenie granicy plastyczności w_p

1)

Liczba uderzeń	Nr parowniczki	mt [g]	mmt [g]	mst [g]	w [%]
12	22	29	53	44,8	51,9
20	57	20,2	48,4	41	35,6
17	7	24,6	45,4	38,4	50,7

W_i = (m_mti - m_sti)/( m_sti - m_ti)*100%

W₁ = (53 - 44,8)/( 44,8 - 29)*100% = 51,9%

W₂ = (48,4 - 41)/( 41 - 20,2)*100% = 35,6%

W₃ = (45,4 - 38,4)/( 38,4 - 24,6)*100% = 50,7%

2. WYKES

3. W_L = 30%

4. Wyznaczenie wskaźnika plastyczności I_p i stopnia plastyczności I_L

- oznaczenie granicy plastyczności w_p

W_p = (m_mt - m_st)/( m_st - m_t)*100%

W_p = (26 - 25,2)/( 25,2 - 20,8)*100% = 18,2%

W_p =18,2%

- wskaźnik plastyczności I_p

I_p = W_L - W_p

I_p = 30 - 18,2 = 11,8%

- wyznaczenie wilgotności naturalnej

W_n = (m_mt - m_st)/( m_st - m_t)*100%

W_n = (45,3 - 40,1)/( 40,1- 20,6)*100% = 26,7 %

- stopień plastyczności I_L

I_L = (W_n - W_p)/(W_L - W_p)

I_L = (26,7- 18,2)/(30 - 18,2) = 0,7

Ocena gruntu: Jest to grunt mało spoisty gdyż jego wskaźnik plastyczności I_p znajduje się pomiędzy 10% < I_p ≤ 20% , oraz miękkoplastyczny ponieważ jego stopień plastyczności I_L wynosi 0,7% a to mieści się w granicach gruntów miękkoplastycznych 0,5 < I_L ≤ 1,0.

OZNACZENIE GĘSTOŚCI OBJĘTOŚCIOWEJ GRUNTU SPOISTEGO METODĄ PIERŚCIENIA TNĄCEGO:

Wstęp:

Gęstością objętościową gruntu nazywamy stosunek masy gruntu do jego objętości.

ρ = mm/V [g/cm³]

gdzie:

mm - masa gruntu w stanie naturalnym [g],

V - objętość gruntu [cm³].

W praktyce inżynierskiej stosuje się ciężar objętościowy, obliczany wg wzoru:

γ = G/V [kN/m³] γ =ρ * g

gdzie:

G - ciężar gruntu, [kN]

V - objętość gruntu, [m³],

g - przyspieszenie ziemskie [m/s²].

Gęstość objętościową w stanie naturalnym wyznaczamy obligatoryjnie, tylko na próbkach NNS. Jest cechą zmienną, która zależy od ciężaru właściwego jego cząstek, wilgotności oraz porowatości gruntu.

Gęstość objętościowa jest 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.

Wykonanie oznaczenia:

Zmierzyliśmy suwmiarką wysokość pierścienia h [cm] oraz jego wewnętrzną średnicę d [cm]. Następnie zważyliśmy pusty pierścień m_t [g]. Próbkę gruntu wciskaliśmy pierścień tak, aby nie powstały szczeliny między ścianką pierścienia a wycinaną próbką. Napełniony pierścień oczyścić z zewnątrz oraz wyrównaliśmy grunt równo z krawędziami pierścienia ścinając go nożem od środka pierścienia na zewnątrz. Na koniec zważyliśmy pierścień wraz ze znajdującą się w nim próbką gruntu m_st [g],

Schemat obliczeniowy

1. Obliczenie objętości pierścienia V_p

2. Obliczenie gęstości objętościowej gruntu ρ

ρ = (m_st - m_t)/ V_p [g/cm³]

gdzie: m_st - masa pierścienia wraz z gruntem [g],

m_t - masa pierścienia [g],

V_p - wewnętrzna objętość pierścienia [cm³].

Pomiary:

m_st = 199,6 [g]

m_t = 122,2 [g]

d = 4,16 [cm] r =2,08 [cm]

h = 2,94 [cm]

Obliczenia:

V = 3,14*2,08*2,94 = 39,94 [cm³]

ρ = (m_st - m_t)/ V_p

ρ = (199,6-122,2) / 39,94

ρ = 1,94 [g/cm³]

Wnioski:

Na podstawie przeprowadzonego przez nas doświadczenia wyznaczyliśmy gęstość objętościową próbki gruntu stosując do tego celu pierścień tnący. Wynosi ona 1,94 [g/cm³]

---