NUMER ĆWICZENIA

ĆWICZENIE NR 5

INSTYTUT	Politechniczny
KIERUNEK	Budownictwo
SPECJALNOŚĆ	Budownictwo
RODZAJ STUDIÓW	Studia inżynierskie - stacjonarne/niestacjonarne

KARTA ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

NAZWA PRZEDMIOTU	MECHANIKA GRUNTÓW
Imię, Nazwisko Prowadzącego zajęcia	Mgr inż. Krzysztof Topolski
Liczba godzin prowadzonych zajęć w danym dniu	2 h = 90 min.

Temat zajęć w danym dniu:	Liczba Godzin
Badania spójności gruntów i wytrzymałości na ścinanie.	2
Cel i Zadania Ćwiczenia: Określenie spójności gruntu. Oznaczenie wytrzymałości na ścinanie. Zagadnienia: 1. Opis teoretyczny: 1.1.Badanie gruntu penetrometrem tłoczkowym. Oznaczanie wytrzymałości na ścinanie ścinarką obrotową. Oznaczanie spójności gruntu za pomocą penetrometra tłoczkowego. Przebieg badania 2.2. Obliczanie wyników. Uwagi ogólne. Oznaczanie wytrzymałości na ścinanie gruntu za pomocą ścinarką obrotowej. 3.1. Przebieg badania. 3.2. Obliczanie wyników 3.3. Uwagi ogólne. 4. Wnioski Literatura Konieczna: Zestaw Instrukcji Dotyczących Ćwiczenia. Podstawowa Literatura Myślińska E.: Laboratoryjne badanie gruntów. Wyd. Uniwersytetu Warszawskiego W-wa 2006. Pisarczyk St.: Mechanika gruntów. Wyd. Politechniki Warszawskiej. W-wa 2005. Pisarczyk St.: Grunty nasypowe. Wyd. Politechniki Warszawskiej. W-wa 2004. Świeboda I.: Mechanika gruntów - laboratorium. Wyd. Politechniki Rzeszowskiej. Rzeszów 1980. Wiłun A.: Zarys geotechniki. Wyd. WKiŁ. W-wa 1987. Literatura Zalecana: Myślińska E.: Laboratoryjne badanie gruntów. Wyd. Uniwersytetu Warszawskiego W-wa 2006. Hrytsuk M., Kosmala - Kot W.: Przewodnik do ćwiczeń laboratoryjnych z mechaniki gruntów. Wyd. Politechniki Częstochowskiej. Częstochowa 2003. Świeboda I.: Mechanika gruntów - laboratorium. Wyd. Politechniki Rzeszowskiej. Rzeszów 1980. Forma i Warunki Zaliczenia: Prawidłowe wykonanie ćwiczenia, przedłożenia w terminie sprawozdania, pozytywne zaliczenie testów, sprawdzianów z zakresu ćwiczenia. Pytania kontrolne: W jaki sposób można określić spójność gruntu. W jakim celu wykonuje się badanie gruntów ścinarką obrotową. Do jakich gruntów można stosować badania ścinarką obrotową. W jaki sposób wyliczamy wartość oporu na ścinanie.

ZAŁĄCZNIK NR 5

INSTYTUT	Politechniczny
KIERUNEK	Budownictwo
SPECJALNOŚĆ	Budownictwo
RODZAJ STUDIÓW	Studia inżynierskie - stacjonarne/niestacjonarne

INSTRUKCJA WYKONANIA ĆWICZENIA NR 5

NAZWA PRZEDMIOTU	MECHANIKA GRUNTÓW
Imię, Nazwisko Prowadzącego zajęcia	Mgr inż. Krzysztof Topolski

Temat Ćwiczenia

Badanie spójności gruntów i wytrzymałości na ścinanie.

Opis teoretyczny: Penetrometr tłoczkowy: Badanie penetrometrem tłoczkowym uzupełniają badania makroskopwe dając wartości wskaźnikowe. Mogą być wykonywane zarówno w terenie jak i w laboratorium, na próbkach z nienaruszoną strukturą (NNS). Spójność gruntu określa się w tym przypadku z oznaczonej w umownych warunkach pomiaru granicznej siły Qf (uznawanej także za wytrzymałość na ściskanie jednoosiowe), przy założeniu, ze kąt tarcia wewnętrznego Ø = 0^0. Ścinarka obrotowa: Badanie spójnosći gruntu ścinarką obrotową wykonuje się jako uzupełnienie również badań makroskopowych. To oznaczenie podobnie jak penetrometr tłoczkowy nie zastępuje badań laboratoryjnych. Badanie ścinarką obrotową można przeprowadzić jednak tylko na powierzchni gruntu, na ścianach i w dnach wykopów. Na próbach o nienaruszonej strukturze. Ścinarką obrotową można stosować do badań gruntów spoistych charakteryzujących się oporem na ścinanie w granicach 0-250 kPa.

Oznaczanie spójności gruntu za pomocą penetrometra tłoczkowego: 2.1. Przebieg badania. Wyrównać powierzchnię gruntu. podczas badania w laboratorium wyciętą a próbkę gruntu kładzie się na twardej, poziomej powierzchni. Wymiary próbki w takim przypadku nie mogą być mniejsze niż: dla prostopadłościanu 5 x 5 x 3 cm, dla walca Ø = 6 cm, h = 3 cm. pierścień wskaźnikowy penetrometru przesuwa się do góry (w pozycje 0) aż do oparcia go o rękojeść. końcówkę trzpienia przykłada się do powierzchni gruntu, ustawiając penetrometr prostopadle do tej powierzchni, Wolno i równomiernie wciska się końcówkę penetrometru w grunt, aż do momentu zagłębienia sieje do wyznaczonej na niej kreski na głębokość 6,35 mm (lub 6,40 mm zależnie od typu penetrometru). Zwalnia się nacisk i wyciąga penetrometr z gruntu odczytuje się wskazania na podziałce pomiarowej, wyznaczone krawędzią pierścienia od strony rękojeści penetrometru. należy wykonać co najmniej 5 pomiarów dla każdej próbki. Miejsca wciskania końcówki powinny być oddalone od siebie nie mniej niż 1 cm. 2.2. Obliczanie wyników. Za wartość graniczną siły wciskania Qf uznaje się średnią arytmetyczną z co najmniej 5 odczytów. Jedna podziałka skali penetrometru wynosi zazwyczaj 20 kPa, a dokładność odczytu szacunkowego powinna być około 10 kPa. Spójność gruntu (cu w kPa) oblicza się na podstawie wartości Qf w sposób właściwy dla danego penetrometru. W większości penetrometrów cu = Qf. Dla penetrometru firmy „Soiltest” wartość cu oznacza się mnożąc Qf prze ½. Według PN-88/b-04481 dla penetrometru typu PP cu = 10 Kpp Qf , gdzie Kpp - współczynnik cechowania penetrometru. Według Instrukcji OBRTG na podstawie wskazań penetrometru oznaczyć stopień plastyczności badanego gruntu, posługując się krzywą przedstawioną na rys. 4 2.3. Uwagi ogólne Wyniki uzyskane przy badaniu gruntów w stanie miękkoplastycznym są mniej dokładne od pozostałych z uwagi na ograniczoną czułość penetrometru. Badanie pentrometrem nie może zastąpić badań laboratoryjnych stanu gruntu oraz badań terenowych za pomocą sondowań. Oznaczanie wytrzymałosci gruntów na ścinanie za pomocą ścinarki obrotowej: Tab. 1 Wymiary końcówek skrzydełkowych ścinarki obrotowej. 3.1. Przebieg badania. Wyrównuje się powierzchnię gruntu, w przypadku badania w laboratorium wymiary powierzchni tych próbek powinny być nie mniejsze niż podwójna średnica stosowanej końcówki. wskazówkę na tarczy pomiarowej ścinarki ustawia się w pozycji 0, ustawiając końcówkę prostopadle do powierzchni gruntu wciska się ją na głębokość równą wysokości skrzydełek, obraca się wolno i równomiernie pokrętłem w kierunku zgodnym z ruchem wskazówke zegara, z szybkością około 1 działki na sekundę, aż do ścięcia gruntu, według wskazań wskazówki na tarczy górnej ścinarką odczytuje się wartość momentu granicznego Mf (Kg x cm lub kN x m). 3.2. Obliczanie wyników. Wartość oporu na ścinanie otrzymuje się poprzez pomnożenie odczytu na tarczy przez odpowiednią wartość współczynnika KTV, zgodnie ze wzorem: τ max = Mf KTV gdzie: τ max - wytrzymałość na ścianie (Kg x cm^-2, Pa), Mf - moment graniczny (Kg x cm, N x m), KTV - współczynnik przeliczeniowy = w którym D - średnica końcówki (cm) H - wysokość skrzydełek (cm). W warunkach w jakich są wykonywane badania ścinarką obrotową przy założeniu, że kąt tarcia wewnętrznego Ø = 0, można przyjąć, że: τ max = cu gdzie: cu - spójność gruntu (kG x cm^-2, Pa) 3.3. Uwagi ogólne: W przypadku badań za pomocą ścinarki gruntów o dużej zawartości frakcji piaszczystej i żwirowej uzyskane wyniki mogą być obarczone błędem wynikającym z powstawania szczelin w gruncie w trakcie wciskania i obrotu końcówki skrzydełkowej. Przy badaniu gruntów warstwowanych, składających się z warstw iłu i pyłu jest zalecane wykonywanie ścinania pod kątem 45^0 w stosunku do powierzchni warstw, gdyż przeważnie pod takim kątem (30 - 45^0) rozchodzą się linie ścinania podłoża pod fundamentem. Wnioski

NUMER ĆWICZENIA

ĆWICZENIE NR 5A

INSTYTUT	Politechniczny
KIERUNEK	Budownictwo
SPECJALNOŚĆ	Budownictwo
RODZAJ STUDIÓW	Studia inżynierskie - stacjonarne/niestacjonarne

KARTA ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

NAZWA PRZEDMIOTU	MECHANIKA GRUNTÓW
Imię, Nazwisko Prowadzącego zajęcia	Mgr inż. Krzysztof Topolski
Liczba godzin prowadzonych zajęć w danym dniu	2 h = 90 min.

Temat zajęć w danym dniu:	Liczba Godzin
Analiza granulometryczna.	2
Cel i Zadania Ćwiczenia: Określenie rodzaju gruntu niespoistego. Określenie stopnia różnoziarnistości badanego gruntu. Wyznaczenie procentowej zawartości występujących w gruncie poszczególnych frakcji. Wykreślenie krzywej uziarnienia. Ustalenie rodzaju gruntu i nazwy badanego gruntu. Zagadnienia: 1. Opis teoretyczny: 1.1. Analiza sitowa, Przebieg badania. 2.1. Analiza sitowa. 2.1.1. Przebieg oznaczenia. 2.2.2. Odważenie próbki z dokładnością nie mniejszą niż 0,1 % od ogólnej masy.. 2.2.3. Przygotowanie kompletu czystych i suchych sit 2.2.4. Wytrząsanie przez około 5 min. 2.2.5. Ważenie pozostałości na poszczególnych sitach. Obliczanie wyników: 3.1. Obliczyć zawartość poszczególnych frakcji Zi 3.2. Narysowanac krzywą uziarnienia, 3.3. Obliczyć współczynnik niejednorodności uziarnienia. Wnioski. Literatura Konieczna: Zestaw Instrukcji Dotyczących Ćwiczenia. Podstawowa Literatura Myślińska E.: Laboratoryjne badanie gruntów. Wyd. Uniwersytetu Warszawskiego W-wa 2006. Pisarczyk St.: Mechanika gruntów. Wyd. Politechniki Warszawskiej. W-wa 2005. Pisarczyk St.: Grunty nasypowe. Wyd. Politechniki Warszawskiej. W-wa 2004. Świeboda I.: Mechanika gruntów - laboratorium. Wyd. Politechniki Rzeszowskiej. Rzeszów 1980. Wiłun A.: Zarys geotechniki. Wyd. WKiŁ. W-wa 1987. Literatura Zalecana: Myślińska E.: Laboratoryjne badanie gruntów. Wyd. Uniwersytetu Warszawskiego W-wa 2006. Hrytsuk M., Kosmala - Kot W.: Przewodnik do ćwiczeń laboratoryjnych z mechaniki gruntów. Wyd. Politechniki Częstochowskiej. Częstochowa 2003. Świeboda I.: Mechanika gruntów - laboratorium. Wyd. Politechniki Rzeszowskiej. Rzeszów 1980. Forma i Warunki Zaliczenia: Prawidłowe wykonanie ćwiczenia, przedłożenia w terminie sprawozdania, pozytywne zaliczenie testów, sprawdzianów z zakresu ćwiczenia. Pytania kontrolne: Podać definicje wskaźnika różnoziarnistości. Podział gruntów w zależności od wskaźnika różnoziarnistości. Podać frakcje gruntu z podaniem wymiarów ziaren i cząstek. Jakie inne badania przeprowadza się w celu dokładnego określenia rodzaju gruntu? Jakie próbki gruntu pobiera się do analizy sitowej (średnica ziaren i masa próbki)? Narysować przykładowy wykres uziarnienia gruntu z dokładnym opisem osi. Podział gruntów nieskalistych mineralnych ze względu na uziarnienie. Wymienić znane nazwy gruntów niespoistych (sypkich) z podaniem symboli.

ZAŁĄCZNIK NR 5A

INSTYTUT	Politechniczny
KIERUNEK	Budownictwo
SPECJALNOŚĆ	Budownictwo
RODZAJ STUDIÓW	Studia inżynierskie - stacjonarne/niestacjonarne

INSTRUKCJA WYKONANIA ĆWICZENIA NR 5A

NAZWA PRZEDMIOTU	MECHANIKA GRUNTÓW
Imię, Nazwisko Prowadzącego zajęcia	Mgr inż. Krzysztof Topolski
Temat Ćwiczenia
Analiza Granulometryczna
Opis teoretyczny: Analizę granulometryczną wykonuje się w celu określenia składu granulometrycznego gruntów nieskalistych, a więc wyznaczenia procentowej zawartości występujących w nich frakcji. Pozwala to w końcowym efekcie na wykreślenie krzywej uziarnienia oraz ustalenie rodzaju i nazwy badanego gruntu. Jest to podstawowe oznaczenie przy laboratoryjnych badaniach inżyniersko-geologicznych właściwości gruntów. Analizy granulometryczne wykonuje się metodami mechanicznymi (analiza sitowa) oraz metodami sedymentacyjnymi (analiza areometryczna). Jeśli prawie wszystkie ziarna w gruncie mają wymiary ponad 0,06 mm, stosuje się analizę sitową. Jeśli wszystkie cząstki gruntu mają wymiary niższe niż 0,06 mm stosuje się metody sedymentacyjne. Analiza sitowa polega na określeniu składu granulometrycznego gruntu przez rozdzielanie poszczególnych frakcji w wyniku rozsiewania próbki gruntu sypkiego na znormalizowanych sitach. Metody sedymentacyjne, polegające na rozfrakcjonowaniu gruntu w zawiesinie wodnej, są oparte na prawie Stokesa, które określa, że prędkość swobodnego opadania cząstek kulistych jest wprost proporcjonalna do ich średnicy i gęstości właściwej i zależy ponadto od gęstości właściwej i lepkości cieczy (wody), w której opadają cząsteczki oraz od przyspieszenia ziemskiego

Analiza sitowa: Analiza sitowa polega na badaniu składu granulometrycznego gruntu sypkiego przez rozdzielenie poszczególnych frakcji za pomocą znormalizo­wanych sit. Do badań wykorzystuje się komplet dziewięciu sit o wymiarach boków oczek kwadratowych: 40; 25; 10; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,10 mm oraz 0,07 lub 0,063 mm. 2.1. Sprzęt Pomocniczy: - komplet sit, − wstrząsarka, − parowniczki o średnicy 5-7 cm, − moździerz z tłuczkiem, − szczotka do czyszczenia sit. 2.2. Przebieg Badania: Próbka gruntu nie powinna zawierać ziaren o wymiarach większych niż 40 mm. Jeżeli w próbce są cząstki spoiste, to należy rozetrzeć próbkę w wodzie i przemyć ją na sicie o oczkach 0,063 mm. Przygotowaną w ten sposób próbkę gruntu suszy się w temperaturze 105÷110°C do stałej masy. Odważyć próbkę o masie 250÷500 g z dokładnością nie mniejszą niż 0,1 % od ogólnej masy. Masa próbki zależnie od rodzaju gruntu wynosi: 200-250 g dla piasku drobnego, 250-500 g dla piasku średniego, 500-5000 g dla piasku grubego, pospółki i żwiru. Komplet czystych i suchych sit ustawia się w kolumnę w ten sposób, aby na górze znajdowało się sito o największym wymiarze oczek a pod nim kolejno o coraz mniejszym wymiarze oczek (rys.1),. Pod sitem dolnym umieszcza się płaskie naczynie do zbierania najdrobniejszej frakcji przesiewu . Całość przymocowuje się uchwytami i uruchamia wytrząsarkę Na górne sito wsypuje się zważoną próbkę, przykrywa szczelnym wiecz­kiem, włącza wstrząsarkę na 5 min. Po wyłączeniu wstrząsarki należy sprawdzić, czy frakcje zostały całko­wicie rozdzielone. Dlatego dolne sito wstrząsa się ręcznie przez 1 min nad czystym arkuszem białego papieru. Jeżeli na arkuszu będą cząstki gruntu, przenosi się je do naczynia, a całą próbkę wstrząsa się ponownie przez co najmniej 3 min. Rys. 1. 16 mm 8 mm 4 mm 2,0 mm 1,0 mm 0,5 mm 0,25 mm 0,125 mm 0,063 mm 7) Po zakończeniu przesiewania pozostałość na każdym sicie przenosi się do zważonej parowniczki i waży z dokładnością, nie mniejszą niż: a. 0,01 g - jeśli masa ważonej frakcji m1 nie przeważa 50 g, b. 0,1 g - jeśli masa ważonej frakcji wynosi 50-500 g, c. 1 g - jeśli masa ważonej frakcji jest większa niż 500 g, Uwaga! W celu dokładniejszego rozdzielenia próbki, zaleca się dodatkowo przesiać ręcznie zawartość każdego z sit, a następnie ważyć frakcję pozostającą na sicie. Frakcję dodatkowo przesianą przenieść należy na kolejne (o mniejszych oczkach) sito. Obliczanie wyników. Zawartość poszczególnych frakcji Zi oblicza się w procentach w stosunku do próbki wysuszonej wg wzoru: gdzie: zi - procentowa zawartość danej frakcji, % mi - masa danej frakcji pozostałej na sicie, g ms - masa całej próbki (szkieletu gruntowego), g Różnica między masą próbki wziętej do analizy ms, a sumą mas wszystkich frakcji (m1 + m2 + m3 + ... + mn) nie powinna przekraczać 0,5 % wartości ms. Uzyskane wyniki należy zamieścić w tabelce (przykład: tabela 1) i nanieść na wykres uziarnienia (wzór siatki wykresu - rys.2) Tabela 1. Zestawienie wyników analizy sitowej Krzywe uziarnienia wykonuje się na specjalnie przygotowanych siat­kach, na których na osi odciętych w skali logarytmicznej są przedstawione wymiary średnic zastępczych cząstek, a na osi rzędnych w podziałce zwyk­łej jest pokazana procentowa zawartość cząstek, którą, uzyskaną z analizy sitowej, nanosi się według skali umieszczonej po prawej stronie wykresu. Z uzyskanej krzywej odczytać zawartość poszczególnych frakcji żwiru i piasku, a mając te dane - określić nazwę gruntu sypkiego (tab. 2, tab. 3). Z uzyskanej krzywej uziarnienia odczytać średnice miarodajne: de = d10 oraz d60 Następnie obliczyć: - współczynnik niejednorodności uziarnienia: Wnioski: Analizę sitową wykonuje się w celu ustalenia procentowej zawartości poszczególnych frakcji występujących w próbce gruntu. Pozwala ona na wykreślenie krzywej uziarnienia oraz na określenie rodzaju badanego gruntu. Badaniu poddano próbkę gruntu o określonej masie, którą rozdzielono na poszczególne frakcje za pomocą znormalizowanych sit. Obliczono zawartość procentową każdej frakcji (w badaniu nie uwzględniono zawartości frakcji iłowej) i wykreślono krzywą uziarnienia. Z wykresu odczytano średnice miarodajne d10 i d60 i obliczono współczynnik różnoziarnistości U = 5,7. Dla określenia rodzaju gruntu odczytano średnice zastępcze d50 oraz d90, które porównano z wytycznymi zawartymi w tabeli w normie PN-86/B-02480. Na podstawie otrzymanych wyników ustalono, że badanym gruntem jest grunt gruboziarnisty nazywany pospółką (Po).

Formularz ćwiczeniowy

/ Ćwiczenie nr 5A /

Tabela uzyskanych wyników

frakcje gruntu: f_k=0 f_ż=37,5 f_p=62,2 f_π=0,3 f_i=0

frakcje zredukowane do ustalenia rodzaju gruntu:

99,53 0,47 0

wskaźnik różnoziarnistości: rodzaj gruntu: pospółka

d50 =	1,07	< 40 mm
d90 =	13,98	> 2 mm

różnoziarnistość gruntu:

gruboziarnisty

Ćwiczenie 5 Strona 17

Zakład: Budownictwa

Zakład: Budownictwa

Zakład: Budownictwa

Zakład: Budownictwa

---