ANALIZA SITOWA

Analiza sitowa polega na określeniu składu granulometrycznego gruntu, poprzez rozdzielenie poszczególnych frakcji gruntu w wyniku przesiewania próbki na zestawie znormalizowanych sit. Analizę sitową należy stosować jako badanie podstawowe, dla gruntów niespoistych oraz jako badanie uzupełniające, dla gruntów spoistych.

Przebieg badania:

1. Wykonanie oznaczenia: 1.Grunt przeznaczony do badania wysuszyć do stałej masy w temp. 105 - 110 °C. Z próbki przeznaczonej do badania usunąć ziarna o średnicy powyżej 40 [mm]. 2.Zważyć około 1000 [g] gruntu. 3.Komplet czystych i suchych sit należy zestawić w ten sposób, aby najwyżej znalazło się sito o największym wymiarze oczek, tj. 25 [mm], a następnie kolejne sita o coraz mniejszych oczkach. Spód stanowi płaskie naczynie do zebrania pozostałości przesiewanego gruntu. 4.Wsypać próbkę gruntu na sito górne, a następnie przykryć je szczelnym wieczkiem i przymocować uchwytami. 5.Uruchomić wstrząsarkę na 5 minut. 6.Po zakończeniu przesiewania pozostałości na poszczególnych sitach zważyć. 7.Wyniki zapisać w tabeli.

2. Przyrządy: 1.komplet sit o wym. oczek kwadratowych:25;10; 2;1;0,5;0,25;0,1i0,07(0,063);2.wstrząsarka; 3.waga techniczna;

Zawartość procentową poszczególnych frakcji (Z_i) należy obliczyć według wzoru: Z_i = (m_i/m_i) · 100%; gdzie: m_i - masa skorygowana frakcji gruntu pozostałej na sicie [g], m_s - masa szkieletu gruntowego (całej próbki) [g]. Otrzymane wyniki należy nanieść na wykres uziarnienia gruntu. Na podstawie procentowej zawartości poszczególnych frakcji ustalić nazwę gruntu. Obliczyć wskaźnik niejednorodności uziarnienia (różnoziarnistości) U, oraz scharakteryzować grunt wg tego wskaźnika (tabela nr 3). U = d₆₀/d₁₀ gdzie: d₆₀ - średnica ziarn (cząstek), których wraz z mniejszymi jest w gruncie 60%, d₁₀ - średnica ziarn, których wraz z mniejszymi jest w gruncie 10%.

WYKONANIE OZNACZENIA GĘSTOŚCI OBJĘTOŚCIOWEJ GRUNTU SPOISTEGO ρ METODĄ PIERŚCIENIA TNĄCEGO

Gęstością objętościową gruntu nazywamy stosunek masy gruntu do jego objętości. ρ = m_m/V [g/cm³] gdzie: m_m- 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.

Przebieg badania:

1. Przyrządy: a. pierścień tnący, b. suwmiarka, c. waga techniczna, d. nóż.

2. Wykonanie oznaczenia: 1.Zmierzyć suwmiarką: wysokość pierścienia h [cm] i wewnętrzną średnicę pierścienia d [cm]. 2.Zważyć pusty pierścień - m_t [g]. 3.W próbkę gruntu wciskać pierścień tak, aby nie powstały szczeliny między ścianką pierścienia a wycinaną próbką. 4.Napełniony pierścień oczyścić z zewnątrz oraz wyrównać grunt równo z krawędziami pierścienia ścinając go nożem od środka pierścienia na zewnątrz. 5.Zważyć pierścień wraz ze znajdującą się w nim próbką gruntu - m_st [g].

3. Schemat obliczeniowy: Obliczenie objętości pierścienia V_P

1. 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].

OZNACZENIE SPÓJNOŚCI I KĄTA TARCIA WEWNĘTRZNEGO W APARACIE TRÓJOSIOWEGO ŚCISKANIA AT.

Dane wstępne: - badanie wykonywane jest metodą szybkiego ścinania, bez drenażu i bez konsolidacji; - w wyniku ścinania uzyskiwane są wartości całkowite spójności i kąta tarcia wewnętrznego; - naprężenia boczne w komorze aparatu (ciśnienie wody) określane jest jako σ₃ = σ₂; - naprężenie pionowe panujące w próbce określane jest jako σ₁; - średnica próbki d₁ = 38 mm; - średnica tłoka d₂ = 11 mm; - stała dynamometru k = 0,003759 [kN/dz];

Obliczenie wyników i wzory: - obliczyć σ₁ σ_1i = [F_i + (A₁ - A₂) ⋅ σ_3i]/ A₁ gdzie: F_i - siła [kN], A₁ - pole powierzchni podstawy próbki [m²], A₂ - pole powierzchni podstawy tłoka [m²], - obliczyć p p_i = (σ_1i - σ_3i)/2 - obliczyć q q_i = (σ_1i - σ_3i)/2 - obliczyć kat tarcia wewnętrznego φ i kohezję c: φ = arcsin [N ⋅ Σ(p ⋅ q) - (Σp ⋅ Σq)]/[N ⋅ Σp² - (Σp)²] c = (1/cosφ) ⋅ {[(Σq ⋅ Σp²) - (Σp ⋅Σ(p ⋅ q))]/[N ⋅ Σp² - (Σp)²]} - dla każdej pary wartości σ₁ i σ₃ wykreślamy koło naprężeń Mohra (przykład poniżej); linia prosta styczna do kół Mohra stanowi obwiednię wytrzymałości na ścinanie. Sprawdzić zgodność wyliczonych wartości φ i c z wielkościami wyznaczonymi na podstawie interpretacji graficznej.

ANALIZA MAKROSKOPOWA

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 badania:

1. Rodzaj i nazwa gruntu: a) Wstępne ustalenia spoistości 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). b) Oznaczenie rodzaju gruntów spoistych. 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 - z przeznaczonej do badań próbki gruntu uformować 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. Czynność tę należy powtarzać tak długo, 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 4 należy określić spoistość gruntu. PRÓBA ROZCIERANIA W WODZIE - niewielką ilość gruntu przeznaczonego do badań należy rozcierać między dwoma palcami zanurzonymi w wodzie. W zależności od ilości ziaren piasku pozostałego miedzy palcami grunt należy zakwalifikować do odpowiedniej grupy. PRÓBA ROZMAKANIA W WODZIE - grudkę gruntu o średnicy 15 ÷ 20 mm wysuszyć do stałej masy w temperaturze 105 ÷ 110 °C. Następnie umieścić ją na siatce i zanurzyć całkowicie w wodzie. Czas rozmakania grudki mierzy się od chwili zanurzenia w wodzie do momentu jej przeniknięcia przez siatkę w wyniku rozmoknięcia. Określić rodzaj gruntu oraz na podstawie wykonanych oznaczeń ustalić się nazwę gruntu. c) Oznaczenie rodzaju gruntów niespoistych. Rodzaj gruntów niespoistych należy określić na podstawie wielkości i zawartości ziaren poszczególnych frakcji ustalonych oceną makroskopową zgodnie z tabelą 1.

2. 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, - wyróżnienie pozostałych stanów: twardoplastycznego, plastycznego i miękkoplastycznego określa się na podstawie liczby kolejnych wałeczkowań tej samej kulki wg tabeli 2

3. 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.

4. 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.

5. Oznaczanie klasy zawartości węglanów: Próbkę gruntu przeznaczonego do badań należy zwilżyć kilkoma kroplami 20% roztworu kwasu solnego (HCl), a następnie obserwując reakcję należy na podstawie tabeli 3 ustalić klasę zawartości węglanów.

WYKONANIE OZNACZENIA STANU GRUNTU SPOISTEGO (WILGOTNOŚĆ NATURALNA GRUNTU, GRANICA PLASTYCZNOŚCI, GRANICA PŁYNNOŚCI)

Grunty spoiste w stanie naturalnym występują w trzech konsystencjach: zwartej, plastycznej i płynnej. W obrębie konsystencji wyróżnia się stany gruntów: zwarty, półzwarty, twardo plastyczny, plastyczny, miękko plastyczny i płynny.

Wilgotności graniczne między poszczególnymi stanami są określane jako granice konsystencji zwane również granicami Atterberga. Między stanem zwartym i półzwartym znajduje się granica skurczalności w_S i jest to wilgotność w procentach, przy której pomimo dalszego suszenia próbka gruntu nie zmniejsza swojej objętości i zmienia barwę na powierzchni na jaśniejszą. Pomiędzy stanem półzwartym i stanem twardo plastycznym znajduje się granica plastyczności w_P i określa się ją wilgotność [%], jaką ma grunt, gdy przy kolejnym wałeczkowaniu wałeczek pęka, rozwarstwia się lub rozsypuje po osiągnięciu średnicy 3 mm. Granica płynności w_L występuje między stanem miękkoplastycznym i płynnym. 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 [%].

Oznaczenie wilgotności naturalnej w_n

Przebieg badania:

1. Przyrządy: a. tygielek, b. waga, c. suszarka.

2. Wykonanie oznaczenia: 1.Zważyć pusty i wysuszony tygielek (z dokładnością do 0,01 g) - m_t. 2.W zważonym tygielku umieścić próbkę gruntu i ponownie zważyć - m_mt: grunty spoiste - ok. 30 g; grunty sypkie: piaski - ok. 50 g; grunty gruboziarniste - ok. 500 g. 3.Tygielek z gruntem wstawić do suszarki i suszyć w temp.105 ÷ 110 °C do stałej masy. 4.Po wysuszeniu wyjąć tygielek z suszarki i ostudzić do temperatury otoczenia. 5.Zważyć tygielek z wysuszonym gruntem - m_st.

3. Schemat obliczeniowy:

Obliczyć wilgotność naturalną gruntu w_n: w_n = [(m_mt - m_st)/( m_st - m_t)] · 100% gdzie: m_mt - masa wilgotnej próbki z masą tygielka [g], m_st - masa próbki wysuszonej z masą tygielka [g], m_t - masa tygielka [g].

Oznaczenie granicy plastyczności w_P

Przebieg badania:

1. Przyrządy: a. naczyńko wagowe, b. waga, c. suszarka

2. Wykonanie oznaczenia: 1.Zważyć puste naczyńko wagowe - m_t. 2.Z próbki gruntu należy pobrać taką ilość, aby uformować kulkę o średnicy 7 mm i wałeczkować ją na dłoni, aż wałeczek uzyska średnicę ok. 3 mm; jeśli wałeczek w tym czasie nie popękał, należy ponownie uformować kulkę i wałeczkować ją; czynność tę powtarzać tak długo, aż przy kolejnym wałeczkowaniu wałeczek ulegnie uszkodzeniu (popęka, rozwarstwi się lub rozsypie); za popękany należy uznać taki wałeczek, który po podniesieniu go za jeden koniec rozdzieli się na dwa kawałki. 3.Wszystkie kawałki wałeczka włożyć do naczyńka wagowego. 4.Czynności z pkt. 2 -3 należy powtórzyć tyle razy, aby w naczyńku zebrało się około 5 ÷ 7 g gruntu. 5.Zważyć naczyńko z wałeczkami - m_mt. 6.Naczyńko wagowe z gruntem wstawić do suszarki i suszyć w temp. 105 ÷ 110 °C do stałej masy. 7.Po wysuszeniu i ostudzeniu naczyńko z próbką należy zważyć - m_st.

3. Schemat obliczeniowy: Obliczyć wilgotność spękanych wałeczków w_P: w_P = [(m_mt - m_st)/( m_st - m_t)] · 100% gdzie: m_mt - masa wilgotnej próbki z masą naczyńka wagowego [g], m_st - masa próbki wysuszonej z masą naczyńka wagowego [g], m_t - masa naczyńka wagowego [g].

Oznaczenie granicy płynności w_L

Przebieg badania:

1. Przyrządy: a.aparat Casagrande'a, b.5 parowniczek, c.waga,

d.suszarka, e.parownica, f.nóż.

2. Wykonanie oznaczenia: 1.Z próbki gruntu przeznaczonej do badania usunąć ziarna większe niż 2 mm, a następnie wymieszać grunt z niewielką ilością wody w celu uzyskania jednorodnej pasty gruntowej. 2.Zważyć 5 pustych parowniczek - m_t1, m_t2, m_t3, m_t4, m_t5. 3.Pastę gruntową nakładać rozprowadzić w miseczce aparatu Casagrande'a; miseczka wraz z pastą gruntową powinna ważyć 210 ± 1g. 4.W paście gruntowej wykonać bruzdę. 5.Miseczkę umieścić w aparacie i obracać korbą z prędkością ok. 2 obrotów/sekundę do momentu złączenia się brzegów bruzdy na długości 10 mm i wysokości 1 mm licząc ilość uderzeń miseczki o podstawę aparatu. 6.Po zejściu się brzegów bruzdy notujemy ilość uderzeń, a do zważonej parowniczki pobieramy próbkę pasty m_mti, w celu określenia jej wilgotności - w_i. 7.Punkty 3 ÷ 6 należy powtórzyć co najmniej trzykrotnie dla pasty o różnej wilgotności. Pasta gruntowa powinna być tak przygotowana, aby ilość uderzeń mieściła się w przedziale 12 - 35.

3. Schemat obliczeniowy: Obliczyć wilgotność kolejnych próbek pasty gruntowej w_i: w_i = [(m_mti - m_sti)/( m_sti - m_ti)] · 100% gdzie: m_mti - masa pasty gruntowej z parowniczką [g], m_sti - masa wysuszonej pasty gruntowej z masą parowniczki [g], m_ti - masa parowniczki [g]. 1.Wyniki umieścić w tabeli. 2.Narysować wykres zależności liczby uderzeń od wilgotności pasty gruntowej wg danych z tabeli. 3.Z wykresu odczytać wartość granicy płynności w_L. 4.Obliczyć I_P, I_L i określić stan gruntu.

WYKONANIE OZNACZENIA STOPNIA ZAGĘSZCZENIA GRUNTÓW NIESPOISTYCH

Stopniem zagęszczenia I_D nazywa się stosunek zagęszczenia istniejącego w warunkach naturalnych do największego możliwego zagęszczenia danego gruntu niespoistego. I_D = (V_max - V)/(V_max - V_min) gdzie: V_max - objętość próbki gruntu w stanie luźnym [cm³], V_min - objętość próbki gruntu w stanie maksymalnie zagęszczonym [cm³], V - objętość próbki gruntu w stanie naturalnym [cm³]. Stopień zagęszczenia wyznacza się dla gruntów niespoistych (sypkich). Jego wielkość zależy od składu granulometrycznego gruntu, porowatości, kształtu ziaren. Stopień zagęszczenia gruntu luźno usypanego jest równy 0, natomiast gruntu maksymalnie zagęszczonego wynosi 1. W zależności od wartości stopnia zagęszczenia I_D grunty niespoiste dzieli się na stany.

Przebieg badania:

1. Przyrządy: a. cylinder metalowy z tłoczkiem, b. metalowe widełki wibracyjne, c. suwmiarka, d. waga techniczna, e. nóż,

f. lejek.

2. Wykonanie oznaczenia: 1.Zmierzyć suwmiarką: wewnętrzną wysokość cylindra h [cm], wewnętrzną średnicę cylindra d [cm], wysokość tłoczka h₁ [cm]. 2.Zważyć pusty cylinder m_t [g]. 3. Próbkę gruntu wsypywać do cylindra przez lejek, aż do całkowitego napełnienia naczynia. 4.Po wypełnieniu cylindra gruntem wyrównać powierzchnię do krawędzi za pomocą noża. 5.Zważyć cylinder z gruntem m_st [g]. 6.Na powierzchni gruntu ułożyć tłoczek i uderzać widełkami wibracyjnymi o ścianki naczynia, aż do momentu, gdy położenie tłoczka się nie zmienia (minimum 1 min). 7. Zmierzyć odległość od górnej krawędzi cylindra do powierzchni tłoczka (h₂).

3. Schemat obliczeniowy: Do obliczeń w wykonywanym ćwiczeniu przyjąć następujące parametry:- dla piasku grubego ρ=1,85[T/m³], w=14 %;- dla piasku średniego ρ=1,70[T/m³], w=5 %;- dla piasku drobnego ρ=1,75[T/m³], w=16 %;

1. Obliczenie objętości cylindra V: ρ_d = (100 · ρ)/(100 + w) [g/cm³] ρ_d = m_s/V → V = m_s/ρ_d [cm³] 2. Obliczenie V_max i V_min. 3. Wyznaczenie I_D i określenie stanu gruntu niespoistego wg tabeli 1.

WYKONANIE OZNACZENIA WILGOTNOŚCI OPTYMALNEJ W APARACIE PROCTORA

Wilgotnością optymalną w_opt nazywamy taką wilgotność, przy której w danych warunkach ubijania można osiągnąć największe zagęszczenie gruntu, a więc maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego ρ_dmax. Badania tego typu wykonuje się przede wszystkim przy zagęszczaniu gruntów pod nawierzchnie drogowe, lotniska, boiska oraz przy formowaniu nasypów ziemnych.

Przebieg badania:

1. Przyrządy: a. aparat Proctora, b. suwmiarka, c. parowniczki, d. nóż, e. waga, f. suszarka.

2. Wykonanie oznaczenia: 1.Zmierzyć suwmiarką: wewnętrzną wysokość h [cm] i średnicę d [cm] cylindra. 2.Zważyć pusty cylinder m_t [g]. 3.Zważyć parowniczki do oznaczenia wilgotności. 4.Do cylindra z kołnierzem nałożyć pierwszą warstwę gruntu do połowy wysokości cylindra i ubijać ubijakiem 25 razy na całej powierzchni próbki. 5.Nałożyć drugą warstwę gruntu do wysokości połączenia cylindra z kołnierzem, powtórzyć ubijanie podobnie jak dla pierwszej warstwy. 6.Punkt 5 powtórzyć dla trzeciej warstwy gruntu nakładając do ¾ wysokości kołnierza. 7.Delikatnie zdjąć kołnierz, ściąć nadmiar gruntu nad krawędzią cylindra tak, aby grunt wypełniał dokładnie wnętrze cylindra. 8.Dokładnie oczyścić cylinder z zewnątrz z gruntu i zważyć (m_wt1). 9.Do zważonej parowniczki pobrać próbkę gruntu dla określenia wilgotności (w₁). 10.Wysypać grunt z cylindra do pojemnika. 11.Do używanego w poprzednim ubijaniu gruntu dodać niewielką ilość wody i dokładnie wymieszać. 12.Powtórzyć czynności wg pkt. 4 - 10. 13.Powtarzać cykl ubijania wg pkt. 11 - 12 określając odpowiednio m_wti i w_i do momentu, gdy masa cylindra z gruntem zmaleje; dopuszcza się najwyżej 5 - krotne wykonanie zagęszczania tej samej próbki gruntu. 14.Po zakończeniu ostatniego ubijania wysypać grunt z cylindra do pojemnika i wyczyścić aparat. 15.Wyniki umieścić w tabeli.

3. Schemat obliczeniowy: - objętość wewnętrzną cylindra V [cm³]: V = (d²/4) ⋅ Π ⋅ h - dla każdego ubijania: masa gruntu m_mi [g] m_mi = m_wti - m_t gdzie: m_wti - masa cylindra z gruntem [g], m_t - masa pustego cylindra [g]. - gęstość objętościową gruntu ρ_i [g/cm³] ρ_i = m_mi/V gdzie: m_mi - masa gruntu w cylindrze [g], V - objętość cylindra [cm³]. - wilgotność gruntu w_i [%] w_i = (m_mt - m_st)/(m_st - m_t) ⋅ 100% gdzie: m_mt - masa parowniczki z gruntem wilgotnym [g], m_st - masa parowniczki z gruntem suchym [g], m_t - masa pustej parowniczki [g]. - gęstość objętościową szkieletu gruntowego ρ_di [g/cm³] ρ_di = (ρ_i ⋅ 100)/(100 + w_i) gdzie: ρ_i - gęstość objętościową gruntu [g/cm³], w_i - wilgotność gruntu w [%]. Dla uzyskanych parametrów sporządzić wykres zależności gęstości objętościowej szkieletu gruntowego ρ_d od wilgotności gruntu w. Jako wilgotność optymalną w_opt należy przyjąć wartość wilgotność, która odpowiada maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego ρ_dmax.

WYKONANIE OZNACZENIA EDOMETRYCZNYCH MODUŁÓW ŚCIŚLIWOŚCI PIERWOTNEJ I WTÓRNEJ

Ściśliwość gruntu jest to zdolność gruntu do zmniejszania objętości na skutek przyłożonego obciążenia. Zjawisko to bada się w aparacie zwanym edometrem, którego zasadniczym elementem jest metalowy pierścień. Badanie ściśliwości w edometrze polega na stopniowym obciążaniu próbki gruntu w warunkach uniemożliwiających jej boczną rozszerzalność. Obciążony grunt odkształca się tylko w kierunku działania siły. Założenie jest zgodne w przybliżeniu z rzeczywistymi warunkami, w jakich znajduje się grunt w podłożu pod dużym fundamentem, gdzie jego boczna rozszerzalność jest również znacznie ograniczona sąsiednimi elementami gruntu.

Miarą ściśliwości jest edometryczny moduł ściśliwości, rozumiany jako współczynnik proporcjonalności pomiędzy naprężeniem i odkształceniem: σ = M ⋅ ε [kPa], gdzie: σ - naprężenie [kPa], M - moduł ściśliwości [kPa], ε - odkształcenie jednostkowe próbki, ε = Δh/h_i-1 = (h_i-1 - h_i)/h_i-1

h_i-1 - wysokość próbki przed zwiększeniem obciążenia [mm],

h_i - wysokość próbki po zwiększeniu obciążenia [mm].

Znajomość modułów ściśliwości gruntu jest niezbędna przy obliczaniu osiadań pod fundamentem.

Przebieg badania:

1. Przyrządy: a. metalowy pierścień, b. dwudzielny pierścień tnący, c. nóż, d. próbka wzorcowa.

2. Cechowanie edometru - sprawdzanie odkształceń własnych: 1.Do pierścienia edometru włożyć próbkę wzorcową i umieścić ją na podstawie edometru. 2.Na górnej powierzchni stalowej próbki ułożyć filtr górny, a następnie opuścić trzpień dociskowy. 3.Na brzegach filtra górnego ustawić czujniki edometru, notując wskazania pierwotne. 4.Na trzpień nałożyć ramkę przenoszącą obciążenie 12,5 kPa. 5.Przeprowadzić badanie na próbce stalowej wg. przyjętego programu obciążania próbki gruntu. 6.Wyznaczyć odkształcenia własne edometru (Δh_e).

3. Wykonanie oznaczenia: 1.Próbkę gruntu o nienaruszonej strukturze umieścić w pierścieniu edometru. 2.Napełniony pierścień oczyścić z zewnątrz, wyrównać grunt równo z krawędziami pierścienia. 3.Obie powierzchnie ściskanej próbki należy pokryć bibułą filtracyjną. 4.Pierścień z próbką umieścić na podstawie edometru, nałożyć filtr górny. 5.Na brzegach filtra górnego ustawić czujniki edometrui odczytać ich wskazania (wysokość początkowa próbki). 6.Przyłożyć obciążenie przenoszone poprzez ramkę (pierwszy stopień obciążenia 12,5 kPa). 7.Notować wskazania czujników po upływie 30″, 1', 2', 3', 5'. 8.Po wykonaniu odczytów pkt 7 powtórzyć dla kolejnych obciążeń (25, 50, 100, 200, 400 kPa). 9.Po wykonaniu ostatniego stopnia obciążenia próbkę stopniowo odciążać w odstępach czasowych 2 min do wartości 12,5 kPa. 10.W celu określenia ściśliwości wtórnej gruntu po odciążeniu próbkę obciąża się ponownie kolejnymi stopniami wg pkt 8.

4. Schemat obliczeniowy: 1.Odczyty z czujników umieścić w tabeli. 2.Sporządzić wykres krzywych ściśliwości gruntu tzn. wykres zależności zmian wysokości próbki gruntu (h) od obciążenia (σ). 3.Dla określonego przedziału naprężenia obliczyć moduły ściśliwości wg wzoru: M₀, M = Δσ/ε [kPa] gdzie: Δσ - przyrost obciążenia działającego na próbkę [kPa], Δσ = σ_i - σ_i-1; ε - odkształcenie jednostkowe próbki, ε = Δh/h_i-1 = (h_i-1 - h_i)/h_i-1; h_i-1 - wysokość próbki przed zwiększeniem obciążenia [mm], h_i - wysokość próbki po zwiększeniu obciążenia [mm]. 4.Dla każdego stopnia obciążenia pierwotnego sporządzić krzywe konsolidacji, które opisują zmiany wysokości próbki w czasie.

WYKONANIE OZNACZENIA SPÓJNOŚCI I KĄTA TARCIA WEWNĘTRZNEGO W APARACIE BEZPOŚREDNIEGO ŚCINANIA - AB

Wytrzymałość gruntu na ścinanie τ_f jest to maksymalny opór, jaki stawia ośrodek gruntowy naprężeniom ścinającym występującym w rozpatrywanym punkcie ośrodka po powierzchni zwanej powierzchnią poślizgu. Zgodnie z hipotezą Coulomba - Mohra wytrzymałość gruntów na ścinanie wyraża równanie: τ_f = σ_n ⋅ tg φ + c gdzie: τ_f - wytrzymałość gruntu na ścinanie [kPa], σ_n - naprężenie normalne do płaszczyzny ścięcia [kPa], φ - kąt tarcia wewnętrznego [º], c - spójność gruntu (kohezja) [kPa]. W przypadku gruntów niespoistych, gdzie kohezja c = 0 wzór przybiera postać: τ_f = σ_n ⋅ tg φ Znajomość parametrów charakteryzujących wytrzymałość gruntów na ścianie jest niezbędna przy projektowaniu fundamentów, obliczaniu parcia na konstrukcje oporowe, sprawdzaniu stateczności skarp i zboczy, projektowaniu zakotwień.

Przebieg badania:

1. Przyrządy: a. aparat skrzynkowy AB; Aparat skrzynkowy AB służy do wyznaczania parametrów wytrzymałościowych gruntu: kąta tarcia wewnętrznego oraz kohezji. Aparat składa się z dwudzielnej skrzynki metalowej w której umieszczona jest próbka gruntu NNS o wymiarach 6,0 x 6,0 x 2,0 cm. Badanie w aparacie AB polega na ścinaniu próbek gruntu w dwudzielnej skrzynce. Badanie należy uznać za zakończone, gdy wartość wskazania czujnika siły zmniejszy się lub nie zmieni się w trzech kolejnych odczytach (max przesuw 6 mm).

2. Wykonanie oznaczenia: 1.Połączyć dwie części skrzynki metalowej za pomocą śrub, na dnie umieścić płytkę oporową. 2.Próbkę gruntu umieścić w skrzynce aparatu, a następnie przyłożyć drugą płytkę oporową. 3.Na samej górze umieścić płytkę przenoszącą obciążenie pionowe, a następnie nałożyć ramę obciążającą z wieszakiem (25 kPa). 4.Przesunąć skrzynkę tak, aby stykała się z trzpieniem dynamometru. 5.Całkowicie wykręcić śruby łączące skrzynkę. 6.Uruchomić aparat z prędkością przemieszczania dolnej skrzynki względem górnej 1,0 mm/min; co 0,5 mm przesunięcia (co 30 s) notować wskazania czujnika dynamometru. 7.Jako kryterium ścięcia należy przyjąć sytuację, gdy wskazanie czujnika dynamometru spadnie lub nie zmieni się w trzech kolejnych odczytach. 8.Po ścięciu próbki należy wyłączyć aparat. 9.Badanie należy powtórzyć dla kolejnych obciążeń normalnych(50,100,200).

3. Schemat obliczeniowy: 1.Odczyty z czujników umieścić w tabeli gdzie: σ_n - naprężenie normalne w płaszczyźnie ścięcia [kPa], s - przesunięcie poszczególnych części skrzynki względem siebie [mm], a - wskazania dynamometru [-], A_f - powierzchnia ścinania próbki [m²], b - długość boku skrzynki = 6 cm, F - siła ścinająca [kN], τ_f - wytrzymałość gruntu na ścinanie [kPa]. Do obliczeń należy przyjąć maksymalną wartość siły ścinającej odniesionej do powierzchni ścinania w momencie, w którym ta siła wystąpiła po raz pierwszy. 2. Dla otrzymanych wyników sporządzić wykres zależności wytrzymałości gruntu na ścinanie (τ_f) od obciążenia (σ_n). 3.Obliczyć spójność badanego gruntu c w [kPa]. 4.Obliczyć kąt tarcia wewnętrznego φ w [º].

---