Ćwiczenie nr 1

Badania makroskopowe gruntów budowlanych

Gruntem budowlanym nazywamy część skorupy ziemskiej mogącą współdziałać z obiektem budowlanym, stanowiącą jego element lub służącą jako tworzywo do wykonywania z niego budowli ziemnych. Badaniami makroskopowymi nazywa się przybliżone określenie rodzaju gruntów i ich cech fizycznych bez pomocy przyrządów.

Badania makroskopowe należy stosować:

a) jako badania polowe w terenie,

b) jako wstępne badania w laboratorium w celu właściwego wyznaczania próbek do szczegółowych badań laboratoryjnych,

c) w badaniach laboratoryjnych w celu porównania rodzaju i stanu badanych próbek użytych do innych badań laboratoryjnych.

Badania makroskopowe mają na celu określenie następujących cech gruntów:

a) rodzaju i nazwy,

b) stanu,

c) barwy,

d) wilgotności,

e) zawartości węglanu wapnia (CaCO₃).

1.a. OKREŚLENIE RODZAJU i NAZWY GRUNTÓW

Wstępne ustalenie spoistości gruntu

Grunt należy określać jako spoisty jeżeli po wyschnięciu do stanu powietrzno suchego tworzy on zwarte grudki.

Grunt należy określać jako niespoisty, jeżeli po wyschnięciu do stanu powietrzno suchego stanowi on niezwiązane ze sobą cząstki lub grudki, rozpadające się pod wpływem lekkiego nacisku palcem (około 1N).

Charakterystyka porównawcza niektórych cech gruntów spoistych i niespoistych:

a) Iły silnie nawodnione przy stopniowym wysychaniu zmieniają swój stan przechodząc w ciało stałe. Grunty piaszczyste nie wykazują żadnej spoistości przy dowolnym nasyceniu wodą.

b) Grunty ilaste przy wysychaniu zmniejszają swoją objętość, kurczą się, natomiast grunty piaszczyste nie wykazują skurczu przy wysychaniu.

c) Grunty piaszczyste mają zdolność filtracyjną w zależności od wielkości ziaren mniejszą lub większą, natomiast przepuszczalność iłów jest znikoma.

d) Grunty ilaste jeżeli nie znajdują się w stanie płynnym wykazują w miarę wysychania coraz większą przyczepność wzajemną między cząstkami, czyli spójność.

Oznaczenie rodzaju i nazwy gruntów spoistych

Rozróżnia się cztery rodzaje gruntów spoistych: mało spoiste, średnio spoiste, spoiste zwięzłe i bardzo spoiste. Każdy rodzaj obejmuje trzy grunty o różnej zawartości frakcji piaskowej: grunty piaszczyste (grupa I), pośrednie (grupa II) i pylaste (grupa III). Istnieją dwie metody oznaczania rodzaju gruntu: próba wałeczkowania i próba rozmakania, oraz jedna metoda oznaczania zawartości frakcji piaskowej: próba rozcierania w wodzie. Nazwę gruntu otrzymujemy na podstawie zestawienia wyników próby wałeczkowania (i ewentualnie rozmakania) z wynikiem próby rozcierania w wodzie. Należy w tym celu użyć tablicy 1. Każdy rodzaj gruntu jest w niej reprezentowany przez jeden poziom (wiersz), natomiast kolumny 3, 4 i 5 odpowiadają trzem wspomnianym grupom zawartości frakcji piaskowej. Nazwę danego gruntu odczytujemy na skrzyżowaniu odpowiedniego wiersza i kolumny.

1) próba wałeczkowania:

Z przeznaczonej do badań grudki gruntu bez frakcji kamienistej i żwirowej, należy uformować kulkę o średnicy 7 mm. Kulkę należy położyć na wyprostowanej dłoni i nasadą drugiej dłoni wałeczkować grunt nieznacznie uciskając.

Wałeczkować należy z szybkością około 2 obrotów na sekundę aż do otrzymania wałeczka o średnicy około 3 mm. Jeżeli wałeczek nie wykazuje uszkodzeń należy ugnieść go i ponownie uformować kulkę oraz powtórzyć wałeczkowanie. Czynność tę należy powtarzać tak długo, aż wałeczek po uzyskaniu średnicy 3 mm wykazuje spękania, rozwarstwienia lub rozsypuje się. Rodzaj uszkodzeń oraz wygląd wałeczka według kolumny 6 w tablicy 1 określa rodzaj gruntu.

Próbę wałeczkowania należy przeprowadzić przynajmniej na dwóch próbkach (kulkach), a w przypadku wyraźnej niezgodności wyników - dodatkowo na trzeciej próbce.

2)próba rozcierania gruntu w wodzie:

Grudkę gruntu przeznaczonego do badań należy rozcierać między dwoma palcami zanurzonymi w wodzie. Jeżeli podczas wykonywania próby pozostaje pomiędzy palcami dużo ziaren piasku - grunt należy zaliczyć do grupy I, jeżeli wyczuwa się tylko pojedyncze ziarna - do grupy II, gdy nie pozostają ziarna piasku - do grupy III (kolumny 3-5 w tablicy 1).

3) próba rozmakania:

Z przeznaczonego do badań gruntu należy pobrać grudkę o średnicy 10 - 15 mm i wysuszyć do stałej masy w temperaturze 105 - 110⁰C. Tak przygotowaną grudkę należy umieścić na siatce o wymiarach boków oczek kwadratowych 5 mm i zanurzyć całkowicie w wodzie. Czas rozmakania grudki mierzy się od chwili zanurzenia w wodzie do chwili jej przeniknięcia przez siatkę w wyniku rozmoknięcia.

Rodzaj gruntu należy określić wg tablicy nr 1 kolumna 2 na podstawie danych wg kol. 7.

Próba ma na celu sprawdzenie wyników próby wałeczkowania.

Tablica 1

Rodzaj gruntu wskaźnik plastyczności		Rodzaje i nazwy gruntów w zależności od zawartości frakcji piaskowej			Wyniki badania
( IP), zawartość frakcji iłowej fi		grupa I grunty piaszczyste	grupa II grunty pośrednie	grupa III grunty pylaste	próba wałeczkowania	próba rozmakania
1	2	3	4	5	6	7
Rodzaje i nazwy gruntów w zależności od wyniku próby	Mało spoiste a) Ip <0,05 fi < 5 %	piasek gliniasty	pył piaszczysty	pył	kulka rozpłaszcza się lub rozsypuje: grunt nie daje się wałeczkować	grudka rozmaka natychmiast
wałeczkowania lub rozmakania	b) Ip = 0,05 do 0,10 fi =5-10%	piasek gliniasty	pył piaszczysty	pył	wałeczek rozwarstwia się podłużnie	grudka rozmaka w czasie od 0,5 do 5 min.
	Średnio spoisty IP = 0,10 do 0,20 fi = 10 do 20%	glina piaszczysta	glina	glina pylasta	od początku do końca wałeczkowania wałeczek bez połysku: wałeczek pęka poprzecznie	grudka rozmaka w czasie od 5 do 60 min.
	Zwięzło spoisty Ip = 0,20 do 0,30 fi = 20 do 30%	glina piaszczysta zwięzła	glina zwięzła	glina pylasta zwięzła	wałeczek początkowo bez połysku, przy końcu wałeczkowania z połyskiem, pęka poprzecznie	grudka rozmaka w czasie od 1 do 24 godz.
	Bardzo spoisty Ip >0,30 fi >30%	ił piaszczysty	ił	ił pylasty	kulka i wałeczek od początku z połyskiem	grudka rozmaka w czasie dłuższym niż 1 doba

Oznaczanie rodzaju gruntów niespoistych

Rodzaj gruntów niespoistych należy określać zgodnie z tablicą nr 2, na podstawie wielkości i zawartości ziaren poszczególnych frakcji ustalonych makroskopowo lub ewentualnie za pomocą lupy z podziałką.

Tablica 2.

Nazwa gruntu	Zawartość frakcji w %
	> 2mm	> 0,5mm	> 0,25mm
Żwir	>50	-	-
Pospółka	50-10	>50	-
Piasek gruboziarnisty	<10	>50	-
Piasek średnioziarnisty	<10	<50	>50
Piasek drobnoziarnisty	<10	<50	<50
Piasek pylasty

Piasek pylasty po wyschnięciu tworzy lekko spojone grudki, które rozsypują się między palcami przy ich podnoszeniu.

Uwagi:

Pył mało wilgotny przy rozcieraniu między palcami zachowuje się jak mąka kartoflana, a palce pokrywają się jasną mączką. W stanie wysuszonym pył roztarty ma wygląd zbliżony do cementu.

Gliny i iły w stanie mało wilgotnym nie zostawiają na palcach mączki pylastej. Gliny morenowe zawierają najczęściej pojedyncze okruchy skalne i ziarna żwirowe.

Grunty osadzone w wodzie:

a) mają widoczne warstewki o różnym uziarnieniu i odmiennym zabarwieniu, np. iły warstwowe - ciemne warstewki iłowe i jaśniejsze pyłowe,

b) po przełamaniu grudki jest widoczna w przekroju łupliwość wzdłuż równoległych powierzchni osadzenia się cząstek w wodzie. W celu dobrego rozpoznania uwarstwień, należy grunt wysuszyć do stanu powietrzno-suchego i przez lekkie uderzenie młotkiem rozkruszyć daną próbkę, spękania przebiegają przeważnie wzdłuż uwarstwień, które na skutek tego są dobrze widoczne.

1.b.Oznaczenie stanu gruntów spoistych

Stan gruntów spoistych należy oznaczać na podstawie liczby kolejnych wałeczkowań tej samej kulki gruntu biorąc pod uwagę, ile razy uzyskano wałeczek o średnicy 3 mm bez jego uszkodzenia.

Wałeczkowanie należy przerwać, gdy na powierzchni wałeczka występują wyraźne poprzeczne spękania, a wałeczek długości 4 - 5 cm podnoszony za jeden koniec pęka pod swoim ciężarem lub gdy wałeczek popękał na kilka oddzielnych kawałków. Wałeczkowanie należy również przerwać, gdy wałeczek rozwarstwia się lub rozsypuje.

Stan gruntu i stopień plastyczności wyznacza się z nomogramu (rys.1.1), w zależności od rodzaju badanego gruntu.

Stany nie objęte nomogramem określa się następująco:

a) stan półzwarty - gdy z gruntu można uformować kulkę lecz wałeczek pęka podczas pierwszego wałeczkowania,

b) stan zwarty - gdy z gruntu nie można uformować kulki,

c) stan płynny - gdy liczba wałeczkowań przekracza wartość maksymalną przewidzianą w nomogramie dla danego rodzaju.

Należy pamiętać, że niemożność uformowania kulki lub jej rozpad podczas pierwszego wałeczkowania mogą być związane z bardzo małą spoistością gruntu lub jej całkowitym brakiem (por. punkt Wstępne ustalenie spoistości gruntu). W takiej sytuacji grunt należy określić jako niespoisty.

1.c.Określenie barwy gruntu

Barwę gruntu należy określać na przełomie gruntu o naturalnej wilgotności. W opisie barwy gruntu należy podać najpierw odcień i intensywność barwy a następnie barwę podstawową np. jasnożółta - szara.

Przy występowaniu kilku barw należy podać charakter ich występowania np. zielona z czerwonymi smugami.

1.d.Określenie wilgotności

Grunt należy określić jako:

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

b) mało wilgotny, jeżeli grudka gruntu przy zgniataniu odkształca się plastycznie, lecz papier filtracyjny lub ręka nie stają się wilgotne,

c) wilgotny, jeżeli papier filtracyjny lub ręka przyłożona do gruntPu stają się wilgotne,

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

e) nawodniony, jeżeli woda odsącza sięz gruntu grawitacyjnie.

1.e.Oznaczenie węglanu wapnia CaCO₃

Próbkę gruntu przeznaczonego do badań należy zwilżyć kilkoma kroplami 20% roztworu kwasu solnego, a następnie obserwując reakcję gruntu należy na podstawie tablicy 3 ustalić zawartość CaCO₃.

Tablica 3

Zawartość CaCO3 w %	Reakcja gruntu
> 5	burzy się intensywnie i długo (>20s)
3 do 5	burzy się intensywnie lecz krótko (<20s)
1 do 3	burzy się słabo i krótko (<20s)
< 1	ślady lub brak wydzielania gazu

Dodatkowe badania makroskopowe

Oprócz opisanych wcześniej cech makroskopowych gruntu czasami określa się dodatkowo :

a) stopień obtoczenia ziaren dla gruntów kamienistych, żwirowych i pospółek. Z uwagi na obtoczenie określa się ziarna jako: ostrokrawędziaste, kanciaste, słabo obtoczone, dobrze obtoczone.

b) makrostrukturę i makroteksturę gruntu. Przez makrostrukturę gruntu rozumie się wszystkie makroskopowe cechy gruntów rozpoznawalne gołym okiem: wymiary i kształt elementów makrostrukturalnych (bloków, ziaren itp.), makroszczelinowatość, makroporowatość. Najczęściej spotykane typy makrostruktur: ziarnista, słupkowa, łuskowa, pryzmatyczna i płytkowa (dwie ostatnie są najczęściej spotykane w gruntach spoistych). Makrotekstura gruntu to wszystkie cechy przestrzennego ułożenia elementów makrotekstury. Najczęściej spotykane makrotekstury: brukowa - ziarna i okruchy skalne przylegają do siebie, pseudoporfirowa - w gruncie drobnoziarnistym znajdują się większe ziarna, jednorodna - ziarna są o jednakowych wymiarach lub zbliżonych, warstwowa - w gruncie występują przewarstwienia o różnym układzie granulometrycznym, bezładna - brak jakiegokolwiek widocznego warstwowania.

c) skład mineralny. W niektórych przypadkach możliwe jest makroskopowe oszacowanie składu mineralnego gruntów niespoistych (piasków, żwirów), kamienistych i skalistych.

Opisowa charakterystyka próbek gruntów

Przy makroskopowym rozpoznaniu gruntów spoistych należy określenie ich rodzaju uzupełnić opisem przewarstwień, domieszek, zanieczyszczeń oraz typowych cech wtórnych np. glina piaszczysta z laminatami iłu itp.

Zabezpieczenie próbek po badaniu

Próbki gruntu powinny być natychmiast po zbadaniu zaparafinowane celem zabezpieczenia ich przed wysychaniem (utratą naturalnej wilgotności). Wyniki przeprowadzonych badań należy wpisać do specjalnych formularzy.

Rys. 1.1. Nomogram do oznaczania stanu gruntów spoistych

1

Laboratorium mechaniki gruntów i fundamentowania Str. 15

Ćwiczenie nr 2 Wyznaczanie gęstości właściwej i objętościowej szkieletu gruntowego

oraz gęstości objętościowej i wilgotności naturalnej gruntu

---