PODSTAWOWE CECHY FIZYCZNE GRUNTU

Wilgotność, gęstość właściwą i gęstość objętościową. Cechy te wyznacza się na podstawie badań laboratoryjnych.

Cechy pochodne: gęstość objętościową szkieletu gruntowego, porowa­tość, wskaźnik porowatości i wilgotność całkowitą. Znajomość podstawowych cech fizycznych jest niezbędna do określania: stopnia wilgotności, stopnia za­gęszczenia, stopnia plastyczności i wskaźnika zagęszczenia.

Ośrodek gruntowy jest zbiorowiskiem oddzielnych ziarn i cząstek, między którymi znajdują się pory wypełnione najczęściej wodą zawierającą pęcherzy­ki powietrza. Zależności:

gdzie:

V — objętość gruntu; V_s — objętość szkieletu gruntowego; V_w — objętość wody; V_a — objętość powietrza; V_p⁼V_w+V_a — objętość porów; m_m — masa gruntu wilgotnego; m^s — masa szkieletu cząstek gruntowych; m_w — masa wody.

WILGOTNOŚĆ GRUNTU

Wilgotnością gruntu nazywa się stosunek masy wody m_w zawartej w jego po­rach do masy szkieletu gruntowego m_s.

W warunkach laboratoryjnych wilgotność oznacza się metodą suszenia w temperaturze 105 - 110°C. Z gruntu ustępuje woda wolna, kapilarna i błonkowata (od kilku do kilkunastu godzin, zależnie od spoistości gruntu).

Wilgotność można określać metodami przyspieszonymi, przydatnymi w warunkach terenowych za pomocą:

— aparatu karbidowego; — piknometru wodnego; — piknometru powietrznego' — aparatury elektronicznej; — aparatury radioizotopowej.

Wilgotność, jaką ma grunt w stanie naturalnym, nazywa się natu­ralną m_w. W przypadku niemożności bezpo­średniego określenia wilgotności metodą suszenia można stosować metodę laboratoryjno - obliczeniową. Polega na obliczeniu ogólnej wilgotności gruntu na podstawie znanej wilgotności frakcji drobnej w_d określanej z badań laboratoryjnych i wilgotności odrzuconej frakcji grubej w_g (w przyjmuje się za równą nasiąkliwości ziam) oraz procento­wej zawartości frakcji drobnej P_d wg wzoru:

GĘSTOŚĆ WŁAŚCIWA

Gęstością właściwą gruntu ρ_s jest stosunek masy suchego szkieletu gruntowego m_s do jej objętości V_s.

Gęstość właściwą gruntu oznacza się za pomocą piknometru. Do badań przygotowuje się jednorodną próbkę wysuszonego i sproszkowanego gruntu o masie 25 - 50 g, zależnie od rodzaju gruntu.

Po wykonaniu niezbędnych oznaczeń gęstość właściwą gruntu oblicza się wg wzoru:

gdzie:

m_g — masa piknometru i gruntu wysuszonego przy temperaturze 105 - 110°C; m_wt — masa piknometru napełnionego do kreski wodą destylowaną przy tem­peraturze, w której oznaczono m_wg; m_wg — masa piknometru z gruntem i wodą wypełniającą piknometr do kreski; m_t — masa piknometru wysuszonego przy tempereturze 105 - 110°C; ρ_w — gęstość właściwa wody.

Gęstość właściwa gruntu zależy od składu mineralnego gruntu lub skały i wyno­si od 1,4 do 3,2 g/cm³. Dla gruntów mineralnych ρ_s= 2,65÷2,78 g/cm³.

GĘSTOŚĆ OBJĘTOŚCIOWA

Gęstość objętościowa gruntu ρ jest to stosunek masy próbki gruntu do objętości tej próbki łącznie z porami.

gdzie:

m_m — masa próbki gruntu; V — objętość próbki.

Gęstość objętościowa gruntów jest wartością zmienną, zależną od porowatości, wilgotności i gęstości właściwej.

W laboratorium, zależnie od cech gruntu i wielkości dostarczonej prób­ki, gęstość objętościową można oznaczyć wg normy jedną z następujących metod:

— ważenie w cieczach organicznych; — ważenie w wodzie próbki oparafinowanej (objętość próbki 20 - 30 cm³); — oznaczanie w pierścieniu i cylindrze; — oznaczanie w rtęci.

W gruntach kamienistych i żwirach pobranie próbki cylindrem jest prawie niemoż­liwe, w tym przypadku gęstość objętościową można wyznaczyć metodą dołka, ważąc wydobyty grunt i mierżąc jego objętość jedną z następujących metod:

— piasku kalibrowanego; — aparatu membranowego; — folii i wody.

W celu uzyskania miarodajnych wyników objętość dołka powinna być odpo­wiednio duża. Przyjmuje się, że średnica dołka w kształcie czaszy powinna być 5 razy większa od średnicy maksymalnych ziarn w gruncie.

Oprócz wyżej przedstawionych metod, do pomiaru gęstości objętościowej stosuje się nieniszczące metody radioizotopowe. Badania można wykonywać w otworze badawczym i powierzchniowo (sondy otworowe i sondy powierzchniowe).

GĘSTOŚĆ OBJĘTOŚCIOWA SZKIELETU GRUNTOWEGO

Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego ρ_d jest to stosunek masy szkieletu gruntu w danej próbce do jej objętości pierwotnej (razem z porami).

gdzie:

m_s — masa próbki wysuszonej do stałej wagi w temperaturze 105 - 110°C; V — objętość próbki gruntu przed wysuszeniem; ρ - gęstość objętościowa gruntu; w_n — wilgotność gruntu, %. Znajomość p^ jest konieczna do obliczania porowatości i wskaźnika porowato­ści oraz wskaźnika zagęszczenia nasypów.

POROWATOŚĆ GRUNTU

Porowatość gruntu n jest to stosunek objętości porów V_p w danej próbce gruntu do jej całkowitej objętości V. Porowatość oblicza się ze wzoru:

Wobec trudności występujących podczas bezpośredniego pomiaru objętości porów V_p i objętości szkieletu V_s wykorzystuje się metodę pośrednią, wyprowa­dzając wzór na n na podstawie zależności,

Porowatość zależy od struktury. Grunty o strukturze ziarnistej (piaski, żwiry) mają mniejszą porowatość niż grunty spoiste, których cząstki tworzą przeważnie strukturę komórkową lub kłaczkową. Piaski różnoziamiste mogą mieć porowatość mniejszą.

WSKAŹNIK POROWATOŚCI GRUNTU

Wskaźnikiem porowatości e nazywa się stosunek objętości porów Vp do objętości cząstek gruntu (szkieletu gruntowego) V_s.

Wskaźnik porowatości gruntów niespoistych waha się w granicach 0,3 -1,0, a w gruntach spoistych może być znacznie większy.

WILGOTNOŚĆ CAŁKOWITA GRUNTU

Grunt ma wilgotność całkowitą, gdy jego pory są całkowicie wypełnione wodą.

STOPIEŃ WILGOTNOŚCI I STANY ZAWILGOCENIA GRUNTÓW

Stopień wilgotności gruntu S_r. określa stopień wypełnienia porów gruntu przez wodę.

Zależnie od stopnia wilgotności S_r rozróżniono następujące stany zawilgocenia gruntów niespoistych: suchy, jeżeli S_r = O; mało wilgotny, jeżeli 0 < S_r <. 0,4, wilgotny, jeżeli 0,4 < S_r ≤ 0,8, nawodniony, jeżeli 0,8 < S_r ≤ 1,0.

STOPIEŃ ZAGĘSZCZENIA I STANY GRUNTÓW NIESPOISTYCH

DEFINICJA STOPNIA ZAGĘSZCZENIA

Stopień zagęszczenia gruntów niespoistych I_D jest to stosunek zagęszczenia występującego w stanie naturalnym do największego możliwego zagęszczenia dane­go gruntu.

Zagęszczenie gruntu w stanie naturalnym określa się jako różnicę objętości próbki gruntu w stanie najbardziej luźnym V_max i naturalnym V. Największym możliwym zagę­szczeniem gruntu określa się różnicę objętości próbki gruntu w stanie najbardziej luź­nym V_max i najbardziej zagęszczonym V_min.

gdzie:

e_max — wskaźnik porowatości maksymalnej obliczany dla gęstości objętościo­wej ρ_{d min} przy najbardziej luźno usypanym gruncie suchym, e_min — wskaźnik porowatości minimalnej obliczany dla gęstości objętościowej ρ_{d max} przy możliwie największym zagęszczeniu gruntu suchego przez wibrację (bez niszczenia ziam), e — wskaźnik porowatości naturalnej odpowiadający ρ_d.

4.7.2. LABORATORYJNE METODY OZNACZANIA STOPNIA ZAGĘSZCZENIA

Oznaczanie granicznych gęstości objętościowych szkieletu gruntowego ρ_{d min} i ρ_{d max} niezbędnych do obliczenia granicznych wskaźników porowatości e_min i e_max niespoistych gruntów drobnoziarnistych przeprowadza się w metalowym cylindrze zaopatrzonym w tłok.

Gęstość ρ_{d min} określa się przez nasypanie do cylindra, przy użyciu lejka, wysu­szonego gruntu. Po zważeniu cylindra z gruntem ustawia się na powierzchni gruntu tłok i przeprowadza zagęszczanie przez 1 min, uderzając widełkami o ściana cylin­dra. Grunt uznaje się za zagęszczony do ρ_{d max}, jeżeli trzy kolejne pomiary zagłę­bienia tłoka po każdorazowym dodatkowym 30-sekundowym zagęszczaniu nie wykazują zmian (zastosowanie do niespoistych gruntów drobnoziarnistych o zawartości największych ziarn d =2-5 mm poniżej 5%).

Badania ρ_{d min} i ρ_{d max} gruntów gruboziarnistych i kamienistych przeprowadza się w cylindrze wielkowymiarowym o średnicy.

Oznaczenie ρ_{d min} polega na luźnym usypaniu zważonego suchego gruntu do cy­lindra na wysokość h=D. Grunt do cylindra sypie się ze stałej wysokości (20 cm) nad powierzchnią wcześniej nasypanej warstwy. Oznaczanie ρ_{d max} wykonuje się metodą wibracji gruntu w cylindrze na stole. Po oznaczeniu ρ_{d min} i umieszczeniu cylindra z gruntem na stole wibracyjnym ustawia się na górnej powierzchni płytę, zadaje przez sprężynę nacisk o = 15 kPa i wibruje przez 2 min. Następnie przery­wa się wibrację, dociska sprężynę do o = 15 kPa i ponownie wibruje przez 3 min. Po zakończeniu wibracji określa się wysokość i objętość próbki oraz ρ_{d max}. Na podstawie badań można stwierdzić, że dla niespoistych gruntów drobno­ziarnistych występuje proporcjonalna zależność pomiędzy n_max i n_min.

STANY GRUNTÓW NIESPOISTYCH

Zależnie od stopnia zagęszczenia rozróżniono cztery stany za­gęszczenia gruntów niespoistych: luźny 0 < I_D ≤ 0,33; średnio zagęszczony 0,33 < I_D ≤ 0,67; zagęszczony 0,67 < I_D ≤ 0,8; bardzo zagęszczony I_D > 0,8. Maksymalna wartość I_D = 1,0.

OZNACZANIE STOPNIA ZAGĘSZCZENIA METODĄ SONDOWANIA

Sondowanie ma na celu określenie stanu gruntów na różnych głębokościach (max 10-30 m). Wykonuje się pomiar oporu końcówek sond przy ich zagłębianiu w grunt. Ze względu na sposób wpro­wadzania sond w grunt rozróżnia się sondy wciskane, wkręcane i wbijane - tzw. udarowe. Sondy wbijane dzieli się na stożkowe, które mogą być lekkie i ciężkie, krzyżakowe i cy­lindryczne.

Sondowanie polega na wbijaniu sondy z odpowiednią końcówką uderze­niami młota o odpowiedniej masie dla każdej sondy. W czasie sondowania notuje się liczbę uderzeń N_x potrzebną do zagłębienia na głębokość x = 10, 20 i 30 cm odpowiednio dla sondy. Na podstawie określonej z badań liczby uderzeń młota danej sondy, dla odpowiedniego zagłębienia określa się stan gruntu z tabl.

GRANICE KONSYSTENCJI, WSKAŹNIK I STOPIEŃ PLASTYCZNOŚCI, STANY GRUNTÓW SPOISTYCH

GRANICE KONSYSTENCJI

Rozróżnia się trzy konsystencje gruntów spoistych: płynną, plastyczną i zwartą.

Granicznymi wilgotnościami rozdzielającymi poszczególne konsystencje są gra­nice konsystencji: granica płynności w_L i granica plastyczności w_p. Dodatkowo wyróżnia się jeszcze granicę skurczalności w_s (wilgotność na granicy stanu pół­zwartego i zwartego). Na granicy między konsystencją płynną i plastyczną znajduje się granica płynności w_L, a na granicy między konsystencją plastyczną i zwartą granica plastyczności w_p. Wyznacza się je umownie.

Granica płynności w_L jest to najmniejsza procentowa zawartość wody w grun­cie, przy której bruzda wykonana w miseczce aparatu Casagrande'a zaczyna się łączyć pod wpływem 25 uderzeń o podstawę aparatu ponownie w całość, na długo­ści 1 cm i wysokości 1 mm.

Granica plastyczności w_p jest to największa procentowa zawartość wody w gruncie, mierzona w stosunku do jej suchej masy, przy której grunt rozwałko­wany z kulki o średnicy 7-8 mm w wałeczek o średnicy 3 mm zaczyna się kru­szyć (pękać).

Granica skurczriuości w_s jest to największa procentowa zawartość wody, przy której grunt przy dalszym suszeniu przestaje się kurczyć i zmienia swą barwę na powierzchni na jaśniejszą.

OZNACZANIE GRANIC KONSYSTENCJI

Granicę płynności w_L oznacza się w aparacie Casagrande'a. Aparat składa się z miseczki podnoszonej przez mimośród pokręcany korbką na wysokość 10 mm ponad podstawę aparatu, którą stanowi gumowa podkładka o odpowiedniej twardości i sprężystości.

Do badań przygotowuje się odpowiednio pastę gruntową, którą układa się w mi­seczce aparatu warstwami. Łączna masa gruntu i miseczki powinna wynosić 210 g. Na­stępnie, w paście wykonuje się odpowiednim rylcem bruzdę rozdzielającą warstwę pasty na dwie części. Po umocowaniu miseczki w aparacie obraca się korbką z szybkością 2 razy na sekundę, powodując uderzenia miseczki o podkładkę gumową. Uderzenia liczy się do momentu, w którym bruzda złączy się na długości 1 cm i wysokości 1 mm. Z bruzdy pobiera się próbkę do badań wilgotności (w). Następnie, pozostałą pastę miesza się z niewielkim dodatkiem wody i ponownie powtarza się czynności. Do wyznaczenia granicy płynności wykonuje się minimum 5 oznaczeń, w granicach 10 - 40 uderzeń. Wyniki badań nanosi się na wykres w = f (N), na którym oś liczby uderzeń N opisano w skali logarytmicznej. W skali tej wykres łączący poszczególne punkty jest linią prostą. Z wykresu odczytuje się wilgotność odpowiadającą 25 uderzeniom. Tak oznaczona wilgotność jest granicą płynności w_L.

Oprócz metody Casagrande'a do oznaczania granicy płynności stosuje się metodę Wasiliewa. Według tej metody wilgotność gruntu równa się granicy płynności w_L, gdy odpowiedni stożek zagłębi się w paście gruntowej na głębkość 1 cm.

Pomiędzy granicą płynności w_L oznaczoną metodą Casagrande'a i w_L oznaczo­ną metodą Wasiliewa istnieje zależność:

Granicę plastyczności w określa się metodą wałeczkowania. Badanie polega na uformowaniu z badanej próbki gruntu kulki o średnicy 7-8 mm i rozwałko­waniu jej na dłoni w wałeczek o średnicy 3 mm, po czym z wałeczka ponownie formuje się kulkę. Czynność tę powtarza się tak długo, aż przy kolejnym wałeczkowaniu wałeczek ulegnie uszkodzeniu (spęka, rozwarstwi się lub rozsypie). Wszyst­kie kawałki wałeczka wkłada się do naczyńka wagowego i zamyka przykrywką. Czynność wałeczkowania powtarza się tyle razy, aż w dwu naczyńkach zbierze się po ok. 5-7 g gruntu. Następnie określa się wilgotność wałeczków, równą granicy plastyczności w_p.

Granicę skurczalności w_s oblicza się wg wzoru:

gdzie: ρ_w — gęstość właściwa wody; ρ_s — gęstość właściwa gruntu; ρ_w — gęstość objętościowa szkieletu gruntowego przy objętości próbki grun­tu po wysuszeniu w temperaturze 105 - 110°C (objętość próbki o nie naruszonej strukturze ok. 20 - 30 cm³).

Granice konsystencji w_L i w_p należy określać na próbkach gruntu o wilgotności naturalnej, bez uprzedniego ich podsuszania. Decydujący wpływ na wartość granic konsys­tencji ma skład mineralny i uziamienie gruntu.

WSKAŹNIK PLASTYCZNOŚCI

Wskaźnik plastyczności jest to różnica pomiędzy granicą płynności i granicą plastyczności:

Wskaźnik plastyczności wskazuje, ile wody wchłania grunt przy przejściu ze stanu półzwartego w stan płynny (w procentach w stosunku do masy szkieletu). Wskaźniki plastyczności dla bardzo aktywnych minerałów iłowych (montmorylonitu) wynoszą powyżej 200% (215-656%), a mało aktywnych lessów (pyłów kwar­cowych) ok. 5 -10%. Grunty o małym wskaźniku plastyczności ulegają łatwo upłynnieniu przy nieznacznym zawilgoceniu.

STOPIEŃ PLASTYCZNOŚCI I KONSYSTENCJI ORAZ STANY GRUNTÓW SPOISTYCH

Stopień plastyczności I_L oraz stopień konsystencji I_k oblicza się wg wzorów:

gdzie:

w_n — wilgotność naturalna; w_p — granica plastyczności; w_L — granica płynności; I_p — wskaźnik plastyczności.

Zależnie od granic konsystencji, wilgotności naturalnej i stopnia plastyczności rozróżnia się stany i konsystencje gruntów: zwarta (zwarty; półzwarty; twardoplastyczny);plastyczna (plastyczny; miękkoplastyczny), płynna (płynny).

Stopień plastyczności i stany gruntów można określać także na podstawie badań polowych, np. za pomocą sondowania sondą cylindryczną lub metodą wałeczkowania (Wiłuna).

Metodą wałeczkowania oznacza się liczbę wałeczkowań X, jaka jest potrzebna do zmiany wilgotności gruntu od wilgotności naturalnej do granicy plastyczości (w_n— w_p) oraz zawartość frakcji iłowej f_i na podstawie obserwacji zachowania się wałeczka pod koniec wałeczkowania. Wzór na stopień plastyczności wg metody wałeczkowania:

gdzie:

X — liczba wałeczkowa; 1,25 — strata wilgotności przy jednym wałeczkowaniu, %; A — wskaźnik aktywności koloidalnej (do wzoru przyjmuje się A=1), f_i — zawartość frakcji iłowej w danym gruncie (w uziamieniu poniżej 2 mm), %. Stan gruntów spoistych w terenie (np. w wykopach) oraz w laboratorium na próbkach NNS można też określać za pomocą penetrometru tłoczkowego i ścinarki obrotowej.

ZAGĘSZCZALNOŚĆ GRUNTÓW NASYPOWYCH I WSKAŹNIK ZAGĘSZCZENIA

Nowoczesne metody projektowania korpusów nasypów ziemnych opierają się na:

— ustaleniu wytrzymałościowych cech gruntów w różnych warunkach ich zagęsz­czenia,

— wymiarowaniu konstrukcji z uwzględnieniem wielkości i układów przyszłych obciążeń oraz cech gruntów (zmieniających się zależnie od różnych czynników). Nowoczesna technologia robót ziemnych wymaga doboru takiego zespołu ma­szyn do urabiania, transportu i zagęszczania gruntów, aby wykonawstwo robót było ekonomiczne i zapewniało uzyskanie przewidzianego w projekcie stanu gruntów, a więc i ich wymaganych cech.

Ośrodek gruntowy, a więc i grunt nasypowy składa się z oddziel­nych ziam i cząstek, pomiędzy którymi istnieją pory wypełnione wodą i powie­trzem. Proces zagęszczania powoduje szczelniejsze ułożenie tych składników (przy częściowym usunięciu powietrza) w jednostce objętości. Skuteczność zagęszczenia gruntu podczas wbudowywania go w nasyp zależy od rodzaju i wilgotności gruntu, grubości zagęszczanych warstw, energii i sposobu zagęszczania (typu, ciężaru, liczby przejść maszyny zagęszczającej).

Zagęszczalnością gruntów wg Wiłuna nazywa się ich zdolność do uzyski­wania określonej gęstości (ρ_d) zależnie od ilości energii zagęszczania i sposobu jej przekazania oraz od rodzaju gruntu i jego wilgotności.

WSKAŹNIK ZAGĘSZCZENIA

Miernikiem charakteryzującym jakość zagęszczenia nasypu jest wskaźnik za­gęszczenia I_s, który wyznacza się wg wzoru:

gdzie:

ρ_dnas ^— gęstość objętościowa szkieletu gruntu w nasypie; ρ_ds — maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntu uzyskana w wa­runkach określonych normą.

Przyjmuje się, że nasyp jest dobrze zagęszczony, jeżeli I_s ≥ I_{S dop}. Wartość I_{S dop} ustala się w nawiązaniu do projektowanych cech mechanicznych gruntu nasypo­wego. W większości przypadków ustala się dla nasypów I_{S dop} ≥ 0,95.

Maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntu (ρ_ds) oznacza się wg metod opracowanych przez Proctora, które zostały przyjęte z niewielkimi zmianami w Pol­sce.

BADANIA PROCTORA

Na podstawie badań gruntów używanych do budowy zapór ziemnych, Proctor ustalił zależność pomiędzy ρ_d a wilgotnością przy stałej energii zagęszczania oraz opracował metodę określania wilgotności optymalnej w_opt, przy której uzyskuje się największe zagęszczenie gruntu ρ_ds dla określonej energii. Udowodnił też, że maksymalne zagęszczenie jest tym większe, im większa jest energia zagęszczania oraz że wartości w_opt i ρ_ds zależą od rodzaju gruntu.

Do oznaczania ρ_ds i w_opt stosuje się dwie metody laboratoryjne polegające na ubijaniu drobnoziarnistego gruntu w cylindrze: metodę normalną (Proctora) i zmody­fikowaną. Metody te różnią się ilością energii stoso­wanej do zagęszczania gruntu w przeliczeniu na jednostkę jego objętości. Przyjmuje się, że stosowana w laboratorium energia zagęszczania E₁ odpowiada warunkom zagęszczania lekkim sprzętem budowlanym (lekkimi walcami drogowy­mi, walcami na pneumatykach o masie do 10 t, lekkimi ubijakami (itp.), natomiast energia zagęszczania E₂ odpowiada pracy ciężkiego sprzętu (walców drogowych o masie 20 - 30 t, ciężkich walców wibracyjnych o masie powyżej 4 t, ciężkich ubijaków o masie powyżej 2 t itp.).

Badanie w_opt i ρ_ds polega na zagęszczaniu ok. pięciu próbek gruntu ubijakiem w odpowiednim cylindrze, w trzech lub pięciu warstwach (zależnie od metody), kolejno przy różnych wilgotnościach. W oparciu o wykonane pomiary gęstości objętościowej przy odpowiadającej im wilgotności zagęszczonych próbek gruntu sporządza się wykres zależności gęstości objętościowej szkieletu ρ_d od wilgotności w_opt. Z wykresu określa się wilgotność opty­malną w_opt odpowiadającą maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu ρ_ds. Nale­ży zauważyć, że maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu ρ_ds nie odpowiada maksymalna gęstość objętościowa ρ_max. Wilgotności optymalne gruntów dla metody zmodyfikowanej są o ok. 1-5% mniejsze niż dla metody normalnej. Dla gruntów spoistych istnieje zależność w_opt od granicy płynności w_L, natomiast brak jest zależności od granicy plastyczności. Wilgotność optymalna jest mniejsza od granicy plastyczności o ok. 1 - 9%. Największa różnica występuje dla pyłów i glin pylastych. W przypadku metody zmodyfikowanej ρ_ds gruntów jest ok. 0,1-0,2 g/cm³ większa niż w przypadku metody normalnej.

BADANIA ZAGĘSZCZALNOŚCI GRUNTÓW GRUBOZIARNISTYCH I KAMIENISTYCH

Badania zagęszczalności tj. w_opt i ρ_ds gruntów gruboziarnistych i kamienistych o uziamieniu d₉₅ > 10 mm należy wykonywać w aparatach wielkowymiarowych. Oznaczenie w_opt i ρ_ds można wykonywać metodą ubijania (Proctora) i metodą wibracji. Metodę ubijania (Proctora) można stosować dla wszystkich gruntów, jednak ze względu na dużą pracochłonność zaleca się stosować dla gruntów zaglinionych. Metodę wi­bracji zaleca się stosować do gruntów niespoistych. W przypadku konie­czności oznaczenia w_opt i ρ_ds gruntów zawierających bardzo grube ziarna oraz braku odpowiednio dużych aparatów wielkowymiarowych parametry te można określać metodą laboratoryjno-obliczeniową.

BADANIE w_opt i ρ_ds METODĄ UBIJANIA

Badanie w_opt i ρ_ds gruntów o uziamieniu d_max ≤ 200 mm można wykonywać w aparacie wielkowymiarowym opracowanym pod kierunkiem Wiłuna. Aparat składa się z cylindra o średnicy 1,0 m i wysokości 1,3 m, ubijaka i obro­towej prowadnicy rurowej, w której opada ubijak. W aparacie można ubijać grunt wg metody normalnej i zmodyfikowanej; przy metodzie normalnej stosuje się ubija­nie w trzech warstwach, przy metodzie zmodyfikowanej - w pięciu warstwach. Do wyznaczenia krzywej zagęszczalności i określenia w_opt i ρ_ds, należy, podobnie jak przy badaniu gruntów drobnoziarni­stych, wykonać ok. 5 zagęszczeń próbek gruntu o różnej wilgotności.

BADANIE w_opt i ρ_ds METODĄ WIBRACJI

Badania w_opt i ρ_ds gruntów gruboziarnistych i kamienistych metodą wibracji, można wykonywać przez wibrowanie gruntu w cylindrze na stole wibracyjnym. W celu wyznaczenia krzywej zagęszczalności i określenia w_opt i ρ_ds należy wykonać ok. 5 zagęszczeń próbek gruntu o różnej wilgotności. Metodyka badań jest taka sama jak przy badaniu _max, a tylko czas wibracji jest dwa razy dłuższy.

METODA LABORATORYJNO-OBLICZENIOWA OKREŚLANIA w_opt i ρ_ds.

Jeżeli w badanym gruncie występują ziarna o średnicy większej od dopuszczal­nej dla danego aparatu, parametry w_opt i ρ_ds gruntu o naturalnym uziarnieniu moż­na określić na podstawie badań w'_op i ρ_ds gruntu po odsianiu grubszych ziam. Objętość zagęszczonego gruntu o pełnym uziarnieniu wynosi:

gdzie: V_g — objętość odstanych grubych ziarn z gruntu o naturalnym uziarnieniu; V_d — objętość gruntu (po odsianiu grubych ziarn) wziętego do badań. Zależność można przedstawić w postaci:

gdzie: m_s — masa szkieletu gruntu o pełnym uziarnieniu, m_sg — masa szkieletu odsianych grubych ziam; m_sd — masa szkieletu gruntu po odrzuceniu grubych ziarn (wziętego do badań); ρ_ds — maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntu o pełnym uziarnieniu; ρ_dg — gęstość objętościowa szkieletu odrzuconych grubych ziarn, ρ_dg — maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntu po odrzuceniu grubych ziam, A_p — współczynnik zmniejszający zagęszczenie frakcji drobnej ze względu na utworzenie szkieletu z frakcji grubej (A_p ≤ l), zależny od zawartości ziarn grubych.

Po podzieleniu zależności przez m_s i odpowiednich przekształceniach otrzymuje się:

Po podstawieniu do wzoru za ρ_dg = ρ_ds (l - n_g) oraz za A_p = l/α_p otrzy­muje się:

gdzie: P — zawartość ziarn grubych (odrzuconych); n_g — porowatość ziarn grubych; ρ_s — gęstość właściwa ziarn grubych; α_p — współczynnik zależny od zawartości ziarn grubych (α_p ≥ 1,0).

Przy przyjęciu n_g = 0 otrzymuje się natomiast:

Obliczeniową wilgotność optymalną w_opt gruntu naturalnego można wyznaczyć ze wzoru:

ZALEŻNOŚĆ MIĘDZY WSKAŹNIKIEM ZAGĘSZCZENIA I STOPNIEM ZAGĘSZCZENIA GRUNTÓW NIESPOISTYCH

Wartość ρ_ds określona metodą normalną wg Proctora nie jest równa wartości ρ_{d max} określonej metodą wibracyjną. Dla określenia zależności Ą=F(/„) przyjmuje się wstępne zależności:

gdzie:  — współczynnik korelacyjny;

8

---