1. Oznaczanie wilgotności naturalnej oraz gęstości objętościowej metodą pierścienia oraz wyporu hydrostatycznego

Analiza areometryczna polega na wyznaczaniu za pomocą areometru gęstości objętościowej jednorodnej zawiesiny badanego gruntu, zmieniającej się w miarę opadania cząstek zawiesiny. Gęstość objętościowa zawiesiny
zależy od masy zawartych w niej cząstek gruntu.
Analiza areometryczna polega na wyznaczaniu za pomocą areometru gęstości objętościowej jednorodnej zawiesiny badanego gruntu, zmieniającej się w miarę opadania cząstek zawiesiny. Gęstość objętościowa zawiesiny
zależy od masy zawartych w niej cząstek gruntu.

Metoda pierścienia hydrostatycznego. Oznaczenie gęstości objętościowej polega na określaniu masy m_m próbki poprzez bezpośrednie jej ważenie. Objętość natomiast wyznaczamy na podstawie ważenia oparafinowanej próbki. Próbkę gruntu przewiązujemy nitką i maczamy w gorącej parafinie, która zabezpieczy grunt przed rozmyciem. Próbkę podwieszoną na nitce zanurzamy w wodzie i dokonujemy pomiaru masy. Według normy ważenie należy przeprowadzić z dokładnością do 0,01g.

Wilgotność naturalną oznacza się ważąc grunt przed wysuszeniem i po wysuszeniu. Proste

2. Badanie uziarnienia gruntu, badanie areometryczne i analiza sitowa

Do oznaczenia składu granulometrycznego gruntów niespoistych służy analiza sitowa. Próbkę gruntu o masie x poddajemy przesianiu przez odpowiedni komplet sit. Na podstawie masy gruntu, który pozostał na każdym sicie obliczamy procentową zawartość każdej frakcji i sporządzamy wykres uziarnienia. Z diagramu uziarnienia odczytujemy z jakim gruntem mamy do czynienia, a następnie sprawdzamy zgodność z badaniem makroskopowym.

Analiza areometryczna polega na wyznaczaniu za pomocą areometru gęstości objętościowej jednorodnej zawiesiny badanego gruntu, zmieniającej się w miarę opadania cząstek zawiesiny. Gęstość objętościowa zawiesiny
zależy od masy zawartych w niej cząstek gruntu.
Analiza areometryczna polega na wyznaczaniu za pomocą areometru gęstości objętościowej jednorodnej zawiesiny badanego gruntu, zmieniającej się w miarę opadania cząstek zawiesiny. Gęstość objętościowa zawiesiny
zależy od masy zawartych w niej cząstek gruntu.

Wskaźnik różnoziarnistości, określa się na podstawie wzoru. W zależności od wartości która wyjdzie, rozróżniamy grunty równoziarniste(U<5), różnoziarniste (5<U<15) oraz bardzo różnoziarniste (U>15).

- średnica cząstek dla ziarn o zawartości 60% całego gruntu

- średnica cząstek dla ziarn o zawartości 10% całego gruntu

3. Badanie wskaźników porowatości e
   i e
   oraz oznaczenie stopnia zagęszczenia gruntów sypkich I
   

Na podstawie wskaźnika porowatości naturalnej e, wskaźnika porowatości maksymalnej e
, wskaźnika porowatości minimalnej e
ustala się liczbową wartość stopnia zagęszczenia I
, na podstawie której określa się stan zagęszczenia gruntów niespoistych. Badanie przeprowadza się w cylindrze oraz przy pomocy widełek wibracyjnych.

Porowatość gruntu to stosunek objętości porów w próbce do objętości próbki V, natomiast wskaźnik porowatości to stosunek objętości porów w próbce gruntowej do objętości szkieletu gruntowego w próbce o objętości V.

Stopień zagęszczenia jest cechą gruntów niespoistych. Ze względu na fakt, iż układ ich szkieletu jest stosunkowo sztywny i nie zmienia się pod wpływem zmian zawilgocenia, stopień zagęszczenia charakteryzuje nośność i graniczną wytrzymałość gruntów niespoistych.

Oznaczenie wykonuje się warunkach umownych dla gruntu wysuszonego. Stąd badanie rozpoczyna się od wysuszenia próbki w suszarce do stałej masy (pozbywamy się wody błonkowatej).

Następnie:

• ważymy stalowy cylinder - masa cylindra to m_t

• mierzymy suwmiarką dwie prostopadłe względem siebie średnie wewnętrzne cylindra oraz jego wysokość wewnętrzna - objętość cylindra Vc=Vmax (czyli objętość maksymalna dla gruntu)

• wsypujemy badany grunt do cylindra przez lejek stopniowo podnoszony w miarę napełniania cylindra (umownie I_D =0)

• górną powierzchnie wyrównujemy nożem - do krawędzi cylindra

• ważymy cylinder z gruntem - otrzymujemy m_st

• na powierzchni gruntu układamy normowy obciążnik i zagęszczamy grunt za pomocą widełek przez 1min uderzając o ścianki boczne cylindra

• za pomocą suwmiarki mierzymy głębokość zagłębienia obciążnika; grunt uważa się za maksymalnie zagęszczony, gdy 3 kolejne takie pomiary (każdy po dodatkowym 0,5-minutowym zagęszczaniu) nie wykażą wzrostu zagłębienia - otrzymujemy zmniejszenie objętości DV=Vc-Vmin=Vmax-Vmin (odpowiada to umownej zmianie stopnia zagęszczenia DI_D=1-0=1
  

4. Badanie konsystencji gruntu

Granica plastyczności (w_p) jest to wilgotność jaką ma grunt na granicy stanu półzwartego i twardoplastycznego. Przy tej wilgotności wałeczek gruntu, podczas jego wałeczkowania na dłoni, pęka po osiągnięciu średnicy 3mm lub podniesiony za jeden koniec rozpada się na części. Wykonanie badania:

• zważyć dwie parowniczki,

• z jednorodnego gruntu formować kuleczkę o średnicy 7,0 mm i wykonać z niej wałeczek o średnicy 3 mm. Jeżeli wałeczek nie wykazuje spękań po osiągnięciu średnicy 3mm, ponownie formujemy kuleczkę i wykonujemy z niej wałeczek. Wałeczkowanie to powtarza się tyle razy, aż przy kolejnym wałeczkowaniu wałeczek popęka po osiągnięciu średnicy ok. 3 mm, albo podwieszony za jeden koniec przełamie się lub też rozpadnie na kilka oddzielnych kawałków,

• spękany wałeczek umieścić w parowniczce pod przykryciem (przykrycie stosujemy do momentu zważenia),

• badanie powtarzamy aż w obydwu parowniczkach znajdzie się co najmniej po około 5÷7 g gruntu,

• oznaczyć wilgotność wałeczków znajdujących się w parowniczkach.

• Wartość granicy plastyczności stanowi średnia arytmetyczna obu oznaczeń wilgotności.

Granicą płynności (w_L) nazywa się wilgotność gruntu na granicy stanu miękkoplastycznego i płynnego. Przyjmuje się, że granicy płynności odpowiada wilgotność gruntu, przy której bruzda wykonana w paście gruntowej umieszczonej w miseczce aparatu Casagrande'a, łączy się na długości 10 mm i wysokości 1 mm przy 25-tym uderzeniu miseczki o podstawę aparatu, w warunkach oznaczania określonych normą PN-88/B-04481. Wykonanie badanie:

• zważyć 5÷6 parowniczek,

• pobrać próbkę gruntu o objętości około 0,3 litra gruntu,

• rozetrzeć na jednolitą pastę usuwając z niej jednocześnie ziarna gruntu o średnicy większej od 2,0mm,

• przygotowaną pastą wypełnić miseczkę aparatu Casagrande'a w takiej ilości aby łączna masa miseczki oraz gruntu wynosiła 210±1g. Pasta powinna wypełniać tylko przednią część miseczki tworząc powierzchnię wklęsłą o maksymalnej grubości 9mm,

• wykonać w paście bruzdę za pomocą rylca skierowanego prostopadle do dna miseczki. (Bruzdę wykonuje się prostopadle do osi obrotu miseczki),

• założyć miseczkę do aparatu, wyzerować licznik, włączyć aparat,

• liczbę uderzeń określamy w momencie połączenia się dolnych brzegów bruzdy na długości 10mm i wysokości 1mm (zapisać liczbę uderzeń),

• z miejsca połączenia bruzdy pobrać próbkę gruntu i umieścić na parowniczce w celu określenia wilgotności,

• badanie powtarzamy przynajmniej pięciokrotnie dodając każdorazowo do pasty gruntowej wodę destylowaną.

• Po każdorazowym dodaniu wody określić wilgotność gruntu oraz liczbę uderzeń, przy której zeszła się w wymaganym stopniu bruzda wykonana w gruncie. Liczba uderzeń powinna mieścić się w granicach 12÷35

Otrzymane z badań wielkości wilgotności naturalnej, granicy plastyczności, granicy płynności podstawić do wzoru określającego stopień plastyczności i wskaźnik plastyczności . Określić spoistość i stan gruntu.

5. Badanie współczynnika filtracji

Zdolność gruntu do przepuszczania wody siecią kanalików, utworzonych z jego porów, nazywa się wodoprzepuszczalnością. Miarą wodoprzepuszczalności gruntu jest tzw. stała k, zwana również stałą Darcy'ego, określająca zależność między spadkiem hydraulicznym i a prędkością przepływu wody w gruncie v. Stała k jest wielkością charakterystyczną dla danego ośrodka gruntowego, określa prędkość przepływu wody przez grunt przy temperaturze t=10^oC. Wykonanie badania:

• należy określić rodzaj badanego gruntu w wyniku przeprowadzonej analizy makroskopowej

• przed zamontowaniem pierścienia z próbką w aparacie należy pomierzyć wysokość i średnicę pierścienia oraz obliczyć powierzchnię przepływu A i wpisać te dane do formularza

• ułożyć na dnie pierścienia siatkę o wymiarach oczek kwadratowych 0,2 mm

• po wypełnieniu pierścienia gruntem, przykryciu drugą siatką i przykrywką od góry, wkładamy go do aparatu i przyciskamy obciążnikiem

• przeciągamy na zewnątrz rurkę odpowietrzającą

• dokręcamy cztery śruby

• rozpoczynamy napełnianie aparatu wodą. Wodę należy doprowadzić poprzez dolny dopływ do szerszego, zewnętrznego cylindra

• regulując dopływem (kran) i odpływem (zacisk) doprowadzamy do ustalenia się poziomu wody w zewnętrznym cylindrze na wysokości "6 cm"

• jednocześnie kontrolujemy szczelność układu przez prawidłowe dokręcenie 4 śrub

• woda przepływająca przez próbkę "z dołu do góry" powinna po jakimś czasie (około 20 min.), wypełnić cylinder wewnętrzny a jej poziom ustali się sam na wysokości "1 cm"

• po ustaleniu się zwierciadła wody w obydwu komorach aparatu, należy wykonać pięć pomiarów objętości wody Q_i (w cylindrach szklanych) w czasach T_i

• jednocześnie dokonujemy pomiarów temperatury wody,

• następnie należy przeprowadzić to samo badanie przy odwrotnym kierunku przepływu wody tzn. przepływ przez próbkę będzie się teraz odbywał "z góry na dół" . W tym celu regulując dopływem i odpływem ustalamy poziom zwierciadła wody w cylindrze wewnętrznym na wysokości "9 cm". Woda będzie teraz przepływać przez próbkę od góry i przedostanie się przez nią do cylindra zewnętrznego. Po pewnym czasie poziom wody w cylindrze zewnętrznym ustali się sam na wysokości "1 cm"

• Wskaźnik wodoprzepuszczalności k_t przy temperaturze t [^oC] należy obliczyć według wzoru:

Obliczam a następnie

6. Badanie wilgotności optymalnej i maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego

Wilgotnością optymalną gruntu w_opt nazywamy taką wilgotność, przy której grunt daje się najbardziej zagęścić. Parametrem decydującym o jakości zagęszczenia gruntu jest gęstość objętościowa szkieletu gruntowego r_d. Zatem wilgotność optymalna to taka wilgotność, przy której gęstość objętościowa szkieletu gruntowego r_d jest największa. Wilgotność optymalną w_opt i maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego r_ds oznacza się w aparacie Proctora, według metod opracowanych przez Proctora, polegających na ubijaniu kilku warstw gruntu w cylindrze określoną energią.

• należy określić rodzaj badanego gruntu w wyniku przeprowadzonej analizy makroskopowej

• próbkę gruntu przeznaczoną do badań wysuszyć na powietrzu. Masa próbki w stanie „powietrzno-suchym” powinna wynosić ok. 3 kg na 1 dm³ użytego cylindra

• zważyć pusty cylinder z podstawą, bez górnej części (m_t)

• w zależności od wybranej metody badania ubijanie wykonuje się w trzech lub pięciu warstwach

• ilość gruntu na każdą z warstw należy tak dobierać, by po ubiciu ostatniej warstwy grunt w cylindrze „wystawał” 5 ÷ 10 mm ponad krawędź dolnej części cylindra

• należy zdjąć górną część cylindra i ściąć nadmiar gruntu do krawędzi dolnej części cylindra i oczyścić zewnętrzną część cylindra oraz podstawę z gruntu. Czynności te należy prowadzić starannie

• zważyć cylinder z gruntem (m_mt)

• pobrać próbki gruntu z cylindra do dwóch parowniczek w celu zbadania wilgotności gruntu. Każda z próbek powinna być pobrana z kilku miejsc objętości cylindra

• pozostały w cylindrze grunt wysypać do miski, w której grunt do badania jest mieszany. Dodać taką ilość wody, aby wilgotność gruntu do następnego badania wzrosła o 1 ÷ 2 %

• po starannym wymieszaniu (ujednoliceniu wilgotności) powtórzyć cykl ubijania gruntu w cylindrze dla następnej wilgotności

• powtarzać powyższe czynności dodając do gruntu coraz mniejsze ilości wody (powodujące wzrost wilgotności o około 0,5 ÷ 1 %) do chwili, aż masa ubitego gruntu w cylindrze zacznie się zmniejszać

7. Oznaczenie kata tarcia wewnętrznego oraz spójności w aparacie bezpośredniego ścinania oraz w aparacie trójosiowym

Wytrzymałością gruntu na ścinanie nazywamy opór, jaki stawia grunt naprężeniom stycznym w rozpatrywanym punkcie ośrodka. Po pokonaniu oporu ścinania następuje poślizg pewnej części gruntu w stosunku do pozostałej. przypadku ścinania gruntów o strukturze ziarnistej mamy do czynienia z oporem tarcia suwnego i obrotowego. Opór ten nazywamy oporem tarcia wewnętrznego. Wielkość ta zależy od rodzaju gruntu (wymiaru i kształtu ziaren, pochodzenia gruntu). Dla danego gruntu wartość tarcia wewnętrznego zależy od: porowatości, wilgotności, ciśnienia wody w porach.

Spójność gruntu (kohezja) jest to opór gruntu stawiany siłom zewnętrznym wywołany wzajemnym przyciąganiem się cząstek składowych gruntu. Występuje w gruntach spoistych. Zależy od średnicy ziaren, wilgotności, genezy i składu mineralnego.

W sensie matematycznym równanie Coulomba jest równaniem prostej nachylonej pod kątem tarcia wewnętrznego F do osi odciętych i wyznaczającej na osi rzędnych wartość oporu spójności c.

Zasadniczą częścią aparatu jest dwudzielna skrzynka, której części górna i dolna mogą się wzajemnie przemieszczać. W celu zabezpieczenia próbki przed ślizganiem się po powierzchniach kontaktowych i przenoszenia siły ścinającej zaopatrzona jest ona od dołu i od góry w płytki oporowe.
Badanie polega na eksperymentalnym określeniu siły T, przy pomocy której staramy się przesunąć górną część skrzynki po dolnej. Ruchowi temu przeciwstawia się mobilizujący się, w wymuszonej płaszczyźnie ścinania, opór gruntu na ścinanie. Siła T nie może wzrosnąć ponad wartość ogólnej wytrzymałości na ścinanie badanego gruntu. Maksymalna siła zarejestrowana na dynamometrze jest wielkością poszukiwaną. Wartość siły T dla danego gruntu zależy od wartości siły pionowej P. Przynajmniej pięciokrotne poszukiwanie siły T dla różnych wartości siły P pozwoli wyznaczyć prostą Coulomba, a tym samym określić wartości szukanych parametrów.

8. Badanie ściśliwości gruntu w endometrze

Ściśliwością gruntu nazywamy zdolność gruntu do zmniejszania swojej objętości pod wpływem obciążenia. Ściśliwość gruntu zależy głównie od składu granulometrycznego gruntu, porowatości, wilgotności, składu mineralnego (zwłaszcza frakcji iłowej). Miarą ściśliwości gruntu jest moduł ściśliwości, który jest w pewnym sensie odpowiednikiem modułu sprężystości ciał sprężystych. Grunt nie jest jednak ciałem w pełni sprężystym i odkształcenia zachodzące w nim pod wpływem przyłożonych obciążeń są sumą odkształceń sprężystych i trwałych, dlatego wykres ściśliwości nie pokrywa się z wykresem odprężenia. Jest wiele możliwości badania ściśliwości gruntu zarówno w terenie jak i w laboratorium. Badanie ściśliwości w laboratorium wykonuje się w aparacie zwanym edometrem, dlatego też parametr uzyskany w wyniku tego badania nazywa się edometrycznym modułem ściśliwości. Zależność między obciążeniem a odkształceniem jest funkcją wyższego rzędu, ilustracją której jest krzywa ściśliwości.

Wartość modułu ściśliwości pierwotnej określamy z krzywej ściśliwości pierwotnej z wzoru, który przyjmuje się według prawa Hooke'a z zastrzeżeniem, że stosuje się go dla niedużych zakresów obciążeń.

Moduł ściśliwości wtórnej (M) oblicza się w analogiczny sposób przyjmując wartości odkształceń z krzywej ściśliwości wtórnej.
Proces zmiany objętości gruntu w czasie, zachodzący w wyniku wypływania wody z porów pod wpływem przyłożonego obciążenia nazywamy konsolidacją.
Czas trwania konsolidacji zależy głównie od przepuszczalności gruntu. Grunty o niskiej przepuszczalności (np. grunty spoiste) wymagają dłuższego czasu na zakończenie konsolidacji. Dlatego grunty te osiadają znacznie wolniej niż grunty niespoiste, i, co za tym idzie, proces ten trwa znacznie dłużej. Proces ten ilustruje krzywa konsolidacji.

Krzywe konsolidacji sporządza się dla wszystkich stopni obciążeń.
Sporządzenie krzywej konsolidacji pozwala nam uchwycić moment stabilizacji osiadań, co warunkuje przyłożenie następnego stopnia obciążenia.

9. Co wchodzi w skład badania makroskopowego

Badania makroskopowe mają na celu wstępne określenie rodzaju gruntu i niektórych jego cech fizycznych bez pomocy przyrządów. Badania te wykonuje się w terenie i laboratorium. Wykonuje się je zawsze, bez względu na ostateczny zakres dokumentacji badawczej. Próbka do badania powinna mieć naturalne uziarnienie i wilgotność. Najczęściej badania makroskopowe obejmują określenie rodzaju i nazwy gruntu, stanu gruntu, jego barwy i wilgotności oraz zawartości węglanu wapnia. Dodatkowo rozpoznajemy rodzaj i ilość domieszek.

• Oznaczenie rodzaju gruntów spoistych

• Próba wałeczkowania

• Próba rozcierania gruntu w wodzie

• Próba rozmakania

• Oznaczenie rodzaju gruntów niespoistych

• Na podstawie zawartości frakcji i wartości z tabel

• Oznaczanie stanu gruntów spoistych

• Próba wałeczkowania ( ilość wałeczkowań)

• Oznaczanie wilgotności

• Próba zgniatania

• Oznaczanie barwy gruntu

• Oznaczenie zawartości węglanu wapnia (burzy, albo nie burzy z HCl)

10. Kiedy istotny jest pomiar ciśnienia gruntu w porach podczas ściskania?

Jeżeli grunt ma dobrą wodoprzepuszczalność, to woda szybko „ucieknie”, natomiast jeżeli grunt jest mocno spoisty, tym bardziej ciśnienie wody w porach wpływa na wynik badania.

---