GRUNT BUDOWLANY - część skorupy ziemskiej współdziałająca z obiektem budowlanym, stanowiąca jego element lub służąca jako materiał do wykonania z niego budowli ziemnych

Podział gruntów:

- naturalne: - antropogeniczne

- nasypowe (w wyniku działalności człowieka)

- rodzime (w miejscu powstania, w wyniku procesów geologicznych)

- organiczne - skaliste i nie skaliste

- mineralne - skaliste i nie skaliste

ŚREDNICA ZASTĘPCZA d_Z - średnica oczka sita, przez które ziarno nie przechodzi

ŚREDNICA MIARODAJNA d_X - średnica cząstek, których wraz z mniejszymi jest w gruncie x%

FRAKCJA GRUNTU - zbiór ziaren lub cząstek gruntu o średnicach zastępczych zawartych w określonym przedziale

- kamienista f_K - >40mm

- żwirowa f_Ż - 40mm - 2mm

- piaskowa f_p - 2mm - 0,05mm

- pyłowa f_Π - 0,05mm - 0,002mm

- iłowa f_i - 0,002 >

PODZIAŁ GRUNTÓW NIE SKALISTYCH MINERALNYCH ZE WZGLĘDU NA UZIARNIENIE:

- kamieniste > 40mm

- gruboziarniste 40mm - 2mm

- drobnoziarniste 2mm >

Żwir i pospółka to grunty sypkie niespoiste

Żwir gliniasty i pospółka gliniasta są gruntami spoistymi

Rodzaje pobieranych próbek:

- o naturalnym uziarnieniu (NU)

- o naturalnej wilgotności (NW)

- o naturalnej strukturze (NS)

Badania makroskopowe (wstępny opis gruntu, wydzielenie zespołów gruntu o zbliżonych właściwościach, wytypowanie próbek do szczegółowych badań)

określają:

1) rodzaj gruntu

2) stan

3) barwę

4) wilgotność

5) zawartość CaCO₃

1) Oznaczenie rodzajów gruntów spoistych drobnoziarnistych:

1. próba wałeczkowania - rodzaj gruntu

2. próba rozcierania w wodzie - nazwa gruntu, zawartość frakcji piaskowej

2) Określanie stanu gruntów spoistych: (TYLKO DLA SPOISTYCH)

- za pomocą próby wałeczkowania

STAN ZWARTY (ZW) - nie można uformować kulki

STAN POLZWARTY (PZW)

STAN TWARDOPLASTYCZNY (TPL)

STAN PLASTYCZNY (PL)

STAN MIĘKKOPLASTYCZNY (MPL)

3) Barwa jest wynikiem składu mineralnego gruntu

- intensywność (jasny, ciemny)

- odcień ( np. zielony)

- barwa (np. brązowy) np. jasny zielono-brązowy

4) Wilgotność

- grunty spoiste - grunty sypkie

suchy suchy

mało wilgotny wilgotny

wilgotny nawodniony

mokry

nawodniony

5) Określenie zawartości CaCO₃

- kilka kropli 20% HCl

I klasa - brak reakcji <1%

II klasa - słabo i krótko 1%-3%

III klasa - intensywnie i krótko 3%-5%

IV klasa - intensywnie, długo >5%

PODSTAWOWE CECHY FIZYCZNE GRUNTU

1) WILGOTNOŚĆ - zawartość procentowa masy wody m_w w jego porach do masy szkieletu gruntowego m_s

Woda w porach gruntu:

- woda wolna

- woda kapilarna

- woda błonkowa

- para wodna

- związki chemiczne

Wilgotność jest niezbędna do wyznaczenia innych właściwości:

- skład granulometryczny

- konsystencja gruntu

- porowatość gruntu

- gęstość objętościowa szkieletu gruntowego

2) GĘSTOŚĆ OBJĘTOŚCIOWA GRUNTU - stosunek masy próbki m do objętości V

Zależy od:

- składu mineralnego

- wilgotności

- porowatości

Gęstość objętościowa jest bezpośrednim wskaźnikiem obliczeniowym służącym do obliczenia:

- parcia gruntu na ścianki oporowe

- stateczności zboczy naturalnych i sztucznych

- wyznaczenia dopuszczalnych obciążeń gruntu w podłożu budowlanym

- wielkości osiadań

- naprężeń pierwotnych

- gęstości objętościowej szkieletu gruntowego

- gęstości objętościowej gruntu pod woda

- porowatości

Metody wyznaczania:

- metoda pierścienia tnącego ( pierścień o znanej objętości i masie; powierzchnie badanego gruntu w wykopie należy wyrównać nożem; w takim gruncie zagłębia się pierścień; napełniony cylinder czyścimy z zewnątrz z gruntu i wyrównujemy grunt; ważymy)

m_mt - masa próbki z pierścieniem

- metoda piasku kalibrowanego ( piasek kalibrowany o znanej gęstości objętościowej wsypujemy za pomocą lejka do menzurki w ilości 1 litra; ważymy wybrana objętość gruntu; przy pomocy lejka zasypujemy cały otwór po wybranym gruncie piaskiem; po obliczeniu wsypanej ilości piasku oblicza się objętość pobranego gruntu )

m_n - masa gruntu pobranego; ρ_n - gęstość obj. piasku; m_p - masa piasku

- metoda rtęci (wyporu rtęci)

- metoda wyporu hydrostatycznego w wodzie

3) GĘSTOŚĆ WŁASCIWA ρ_S - stosunek masy cząstek gruntu do ich objętości

JEST STAŁA DLA GRUNTU!

Określa szkielet gruntu - zależy od składu mineralnego

Metody:

- metoda piknometru (kolby)

- metoda kolby le Chateliera

Służy do obliczenia:

- porowatości gruntu

- składu granulometrycznego

- ściśliwości

4) GĘSTOŚĆ OBJĘTOŚCIOWA SZKIELETU GRUNTOWEGO (SUCHEGO) ρ_d - masa ziaren i cząstek stałych do objętości gruntu

]

Zależy od:

- porowatości

- składu mineralnego

Wykorzystuje się do obliczenia porowatości i wskaźnika porowatości.

CECHY OKRESLAJACE POROWATOSC I STANY ZAWILGOCENIA GRUNTU

POROWATOŚĆ - stosunek objętości porów V_p do objętości całego gruntu V

Porowatość zależy od:

- uziarnienia

- kształtu

- ułożenia ziaren

- wilgotności

- zawartości frakcji iłowej

- wielkości ziaren

Służy do obliczenia:

- zagęszczenia gruntu

- ściśliwości

- wodochłonności

- przepuszczalności

Grunty spoiste mają większa porowatość, bo tworzą struktury porowate, kłaczkowate

Ż - 0,26 ÷ 0,55

P - 0,20 ÷ 0,48

Po - 0,20 ÷ 0,40

G - 0,20 ÷ 0,35

J - 0,40 ÷ 0,70

WSKAZNIK POROWATOSCI e - stosunek objętości porów V_p do objętości cząstek gruntu V_s

Zależność miedzy porowatością a wskaźnikiem

Ż - 0,43 ÷ 1,22

G - 0,25 ÷ 0,54

Po - 0,25 ÷ 0,66

J - 0,22 ÷ 0,54

P - 0,35 ÷ 0,82

Wpływ wody na gęstość objętościową gruntu

ρ_sr - gęstość objętościowa gruntu znajdującego się powyżej zwierciadła wody gruntowej, ale jego pory są całkowicie wypełnione woda

ρ - gęstość objętościowa gruntu znajdującego się powyżej zwierciadła wody gruntowej, jego pory są wyplenione woda

WILGOTNOSC CALKOWITA - gdy pory gruntu są całkowicie wypełnione woda i grunt staje się ośrodkiem 2-fazowym

Stosunek masy wody wypełniającej całkowicie pory gruntu do masy szkieletu gruntowego

STOPIEN WILGOTNOSCI S_r - określa stopień wypełnienia porów gruntu woda

- stosunek objętości wody zawartej w gruncie do objętości porów

- stosunek wilgotności naturalnej do wilgotności całkowitej

Stany zawilgocenia gruntów sypkich:

- suchy lub mało wilgotny 0 < Sr ≤ 0,4

- wilgotny 0,4 < Sr ≤ 0,8

- mokry 0,8 <Sr ≤ 1

SKŁAD GRANULOMETRYCZNY GRUNTÓW

Analizę granulometryczną wykonuje się w celu oznaczenia procentowej zawartości poszczególnych frakcji w gruncie. Pozwala to na ustalenie rodzaju i nazwy badanego gruntu.

Do oznaczenia składu granulometrycznego gruntów stosuje się:

• Metodę mechaniczną (analiza sitowa)

• Metodę sedymentacyjną (analiza areometryczna)

Analiza sitowa polega na przesiewaniu gruntu przez sita o określonych wymiarach oczek i obliczeniu w procentach zawartości ziaren pozostałych na kolejnych sitach, w stosunku do całkowitej masy próbki. Analizę należy stosować jako badanie podstawowe w przypadku wszystkich gruntów niespoistych i jako badanie uzupełniające w przypadku gruntów, dla których wykonywana była analiza areometryczna.

Zawartość ziaren oblicza się ze wzoru:

Zi= mi/ms *100%

Gdzie:

mi-masa danej frakcji pozostałej na sicie [g]

ms- masa całości próbki [g]

Wskaźnik uziarnienia U- stosunek średnicy d₆₀ do d₁₀

d₆₀ - średnica cząstek, których wraz z mniejszymi jest w gruncie 60%

d₁₀ - średnica cząstek, których wraz z mniejszymi jest w gruncie 10%

Wartość U określa stopień różnoziarnistości badanego gruntu:

• Grunt równoziarnisty → U ≤ 5

• Grunt różnoziarnisty,→ 5 < U ≤ 15

• Grunt bardzo różnoziarnisty → U > 15

Wskaźnik ten charakteryzuje przydatność gruntu na obsypkę filtracyjną, a także przydatność do zagęszczenia.

Oznaczanie stopnia zagęszczenia gruntów sypkich.

Stopniem zagęszczenia gruntów sypkich nazywamy stosunek zagęszczenia istniejącego w rzeczywistości do największego możliwego zagęszczenia danego gruntu.

e_max- wskaźnik porowatości przy najluźniejszym ułożeniu ziaren

e_min- wskaźnik porowatości przy najściślejszym ułożeniu ziaren

e - wskaźnik porowatości gruntu w stanie naturalnym

ρdmin - gęstość objętościowa przy najluźniejszym ułożeniu ziaren [g/cm3]

ρdmax - gęstość objętościowa przy najściślejszym ułożeniu ziaren [g/cm3]

Oznaczenie minimalnej gęstości objętościowej:

gdzie:

mst - masa cylindra z gruntem [g]

mt - masa samego cylindra [g]

V - objętość próbki gruntu w cylindrze [cm3]

Oznaczanie maksymalnej gęstości objętościowej:

gdzie:

mst - masa cylindra z gruntem [g]

mt - masa samego cylindra [g]

V - objętość próbki gruntu w cylindrze [cm3]

ΔV - zmniejszenie objętości próbki gruntu w cylindrze wskutek wibracji [cm3]

Stopień zagęszczenia wyznacza się tylko dla gruntów sypkich. W zależności od wartości stopnia zagęszczenia dzieli się grunty sypkie na:

• luźne (ln) → Id ≤ 0,33

• średnio zagęszczone (szg) → 0,33 < Id ≤ 0,67

• zagęszczone (zg) → 0,67 < Id ≤ 0,8

• bardzo zagęszczone (bzg) → Id > 0,8

OZNACZANIE STANU GRUNTU

Konsystencją gruntu nazywamy stopień ruchliwości cząstek, w zależności od ilości wody i stanu fizycznego tych cząstek. Wyróżniamy 3 konsystencje:

1. zwartą

2. plastyczną

3. płynną

Konsystencje dzielimy na stany:

• zwarty

• półzwarty

• twardoplastyczny

• plastyczny

• miękkoplastyczny

• płynny

Grunt ma konsystencję zwartą, gdy odkształca się dopiero przy dużych naciskach, ulegając przy tym spękaniom.

Konsystencja plastyczna- grunt odkształca się przy mniejszych naciskach, nie ulega przy tym spękaniom i zachowuje nadany mu kształt.

Konsystencja płynna- powoduje, że grunt zachowuje się jak ciecz i nie posiada żadnej odporności na ścinanie.

Granica płynności W_L- znajduje się pomiędzy konsystencją płynną a plastyczną. Jest to wilgotność, jaką ma grunt, przy której bruzda rozdzielająca próbkę gruntu w miseczce aparatu Casagrande'a złączy się po 25 uderzeniach miseczki na długości 10mm i wysokości 1 mm.

Badanie określenia granicy płynności wykonuje się przynajmniej 5 razy, odrzucając wyniki mniejsze o 12 i większe od 356 uderzeń.

Granica plastyczności Wp- znajduje się pomiędzy konsystencją plastyczną a zwartą. Jest to wilgotność, jaką ma grunt, gdy przy kolejnym wałeczkowaniu grudki gruntu wałeczek po osiągnięciu 3mm pęka.

Granica skurczalności Ws - grunt o konsystencji zwartej między stanem zwartym a półzwartym. Jest to wilgotność, jaką ma grunt o konsystencji zwartej, gdy przy suszeniu bryłka gruntu przestaje zmniejszać swoją objętość.

Stopień plastyczności- stosunek różnicy wilgotności naturalnej i granicy plastyczności do różnicy granicy płynności i granicy plastyczności.

Stan gruntu	Stopień plastyczności	Wilgotność
Zwarty półzwarty	IL ≤ 0	W ≤ Ws Ws ≤ W ≤ Wp
Twardoplastyczny	0 < IL ≤ 0,25	Wp < W ≤ WL
Plastyczny	0,25 ≤ IL ≤ 0,5
Miękkoplastyczny	0,5 ≤ IL ≤ 1
Płynny	1 < IL	WL < W

Wskaźnik plastyczności :

Ip= W_L - Wp [%]

Rodzaj gruntu	Wskaźnik plastyczności
niespoiste	Ip ≤ 1
Spoiste małospoioste średniospoiste zwięzłospoiste bardzo spoiste	1 < Ip ≤ 10 10 < Ip ≤ 20 20 < Ip ≤ 30 Ip > 30

OZNACZANIE WILGOTNOSCI OPTYMALNEJ I MAXYMALNEJ GĘSTOŚCI OBJĘTOŚCIOWEJ

ZAGĘSZCZENIE GRUNTU oznaczamy w celu maksymalnego wykorzystania jego wytrzymałości z zapewnieniem stateczności wybranych budowli w najbardziej niekorzystnych warunkach ich pracy. W przypadku nasypów drogowych i kolejowych chodzi nie tylko stateczność korpusu, lecz i o nośność pod powierzchnią drogową i kolejową.

Zagęszczenie zależy od:

• rodzaju gruntu

• grubości zagęszczanych warstw

• energii i sposobu zagęszczania

WILGOTNOŚC OPTYMALNA - jest to wilgotność, przy której, w danych warunkach ubijania można uzyskać największe zagęszczenie danego gruntu, a więc uzyskuje on maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego.

Laboratoryjne badanie wilgotności optymalnej danego gruntu określa ilość wody, jaką należy użyć podczas zagęszczania tego gruntu, aby uzyskał on największe4 zagęszczenie. Badanie wykonujemy w aparacie Proctora. W zależności od wielkości cylindra, ilości warstw wysokości spadania ubijaka rozróżnia się 4 metody zagęszczania próbek gruntu.

Przebieg badania w aparacie Proctora:

1. do badania pobieramy próbkę w stanie powietrzno- suchym, następnie przesiewamy próbkę przez sito o średnicy oczek:

• 6mm dla małego cylindra

• 10mm dla dużego cylindra

zalewamy próbkę wodą destylowaną, mieszamy i pozostawiamy w szczelnym naczyniu na min.15h

z tak przygotowanym gruntem przystępujemy do badania właściwego

do gruntu dolewamy wodę tak, aby wilgotność gruntu wzrosła o 1 do 2% i wykonujemy kolejne badania, aż do momentu, gdy gęstość objętościowa zaczyna maleć.

Wskaźnik zagęszczenia gruntu:

Wskaźnik zagęszczenia jest parametrem wyznaczanym wyłącznie dla gruntów sztucznie zagęszczanych.

Zagęszczenie:

- luźne Id ≤ 0,33

- srednio zageszczone 0,33 - 0,67

- zageszczone 0,67 - 0,80

- bardoz zageszczone Id > 0,80

WODOPRZEPUSZCZALNOŚĆ GRUNTÓW

Woda w gruntach występuje w postaci cieczy, gazu i ciała stałego. Woda podziemna występuje w utworach przepuszczalnych (żwir, piasek) podścielonych utworami nieprzepuszczalnymi (iły, gliny). W przestrzennym rozmieszczeniu wód pod powierzchnią terenu wyróżnia się dwie strefy: aeracji i saturacji. Granicą między nimi jest zwierciadło9 wody podziemnej inaczej zwane zwierciadłem wody gruntowej.

Podział wód podziemnych.

strefa	Typ wody	Stan fizyczny wody
Aeracji (napowietrzania)	Higroskopijne Błonkowate Kapilarne	związane
		Wsiąkowe Zawieszone	wolne
Saturacji (nasycenia wodą)	Przypowierzchniowe (zaskórne) gruntowe wgłębne głębinowe

WODOPRZEPUSZCZALNOŚC (FILTRACJA) - zdolność gruntu do przepuszczenia wody siecią kanalików utworzonych z porów w nim występujących. Ruch wody w warunkach naturalnych jest spowodowany siłami grawitacji ziemskiej, dążącymi do wyrównania również poziomów wody w kanalikach gruntowych.

Miarą wodoprzepuszczalności gruntu w ruchu laminarnym jest współczynnik filtracji, który określa zależność pomiędzy spadkiem hydraulicznym „i” a prędkością przepływu wody „V” w gruncie.

V = k ∗ i [m/s]

i-spadek hydrauliczny [-]

i = ΔH/ l [-]

ΔH - różnica wysokości poziomów piezometrycznych wody

l - długość drogi przepływu

Współczynnik filtracji k jest wielkością charakterystyczną dla danego gruntu, tj. nie zależy od „i”, zależy natomiast od:

• porowatości gruntu

• uziarnienia gruntu

• temperatury wody

Zależność prędkości przepływu od temperatury wody tłumaczy się spadkiem lepkości wody ze wzrostem temperatury. Empiryczną zależność wyraża się wzorem:

Podział gruntów wg właściwości filtracyjnych.

Charakter przepuszczalności	Rodzaj gruntu	Współczynnik filtracji k [m/s]
Bardzo dobra	Rumosze, żwiry, Piaski grube i równoziarniste	> 10^-3
Dobra	Piaski średnioziarniste, skały masywne z gęstą ilością szczelin	10^-3do 10^-4
Średnia	Piaski drobnoziarniste, less	do 10^-5
Słaba	Piaski pylaste, gliniaste, mułki, piaskowce	10^-5do 10^-6
Skały półprzepuszczalne	Gliny, namuły, mułowce, iły piaszczyste	10^-6do 10^-8
Skały nieprzepuszczalne	Iły, iłołupki, zwarte gliny ilaste, skały masywne niespękane	<10^-8

Współczynnik filtracji można określić trzema grupami metod:

• metodami polowymi

• metodami laboratoryjnymi

• metodami empirycznymi

Metody polowe - dają najbardziej wiarygodne wyniki, ponieważ są wykonywane w terenie. Ich wadą jest duży koszt badań.

• Próbne pompowania

• Badania w szybikach

• Zalewania otworu wiertniczego lub studni

Metody laboratoryjne - badania można przeprowadzić na próbkach o nienaruszonej strukturze NNS (dla robót odwodnieniowych) lub próbkach zagęszczanych do określonej gęstości (np.nasypy)

• Dla gruntów niespoistych w aparacie ITB-ZWk2

• Dla gruntów spoistych w edometrze

Metody wzorów empirycznych - dają najmniej dokładne wyniki. Stosujemy wzory pozwalające określić przybliżoną wartość współczynnika filtracji, w oparciu znajomość danych, wynikających ze składu granulometrycznego , porowatości, kształtu ziaren.

Rezultaty obliczeń należy traktować jako orientacyjne dane o własnościach filtracyjnych gruntu.

Wz.ór Hazena:

k₁₀ = c ∗ d₁₀² [m/d]

d₁₀ - średnica zastepcza średnica zastępcza [mm]

c - współczynnik empiryczny 400 - 1200, zależne od U

• U=1 → c=1200

• U=2 do 4 → c = 800

• U=5 → c= 400

Zakres stosowalności:

0,1 ≤ d₁₀ ≤ 3,0

U ≤ 5

Wzór amerykański USBS:

k₁₀ = 0,0036 ∗ d₁₀^2,3 [m/d]

Zakres stosowalności:

0,01 ≤ d₁₀ ≤ 5,0 mm

U ≤ 5

OZNACZANIE ZAWARTOŚCI CZĘŚCI ORGANICZNYCH

Substancje organiczne dostają się do gleb i gruntów w wyniku obumierania roślin i zwierząt. W zależności od warunków klimatycznych i biologicznych substancja organiczna może ulegać całkowicie rozkładowi (mineralizacji) lub też przekształceniu w próchnicę (humifikacji). Pojęciem „części organiczne” lub „substancje organiczne” określa się zarówno nie rozłożoną substancję organiczną, jak i jej część zhumifikowaną.

Zawartość części organicznej Iom - jest to stosunek masy części organicznej w stanie powietrzno- suchym do masy szkieletu gruntowego w próbce gruntu. Zawartość części organicznej jest podstawą klasyfikacji i podziału gruntów nie skalistych organicznych.

W zależności od procentowej zawartości części organicznych grunty nie skaliste ograniczne dzielimy na:

Grunty próchniczne	Iom = 2 do 5%
Namuły	Iom = 5 do 30%
torfy	Iom >30%

Zawartość części organicznych można określić:

• Metodą utleniania

• Metodą prażenia

Oznaczenie części organicznych polega na określeniu procentowej straty masy gruntu wysuszonego w temperaturze 105 do 110°C, powstałego w wyniku utleniania cząstek organicznych 30% roztworem wody utlenionej lub w wyniku prażenia.

13

---