1. Analiza granulometryczna

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było określenie rodzaju gruntu niespoistego oraz sporządzenie wykresu krzywej uziarnienia badanego gruntu.

2. Opis teoretyczny

Badanie uziarnienia (składu granulometrycznego) gruntu polega na określeniu zawartości w nim poszczególnych frakcji. Badanie uziarnienia gruntów niespoistych wykonuje się metodą sitową, a w gruntach spoistych najczęściej stosuje się metodą areometryczną. Pozwala to na wykreślenie krzywej uziarnienia, ustalenie rodzaju
i nazwy badanego gruntu. Znajomość rodzaju badanego gruntu pozwala na prognozowanie jego właściwości oraz ustalenie zakresu dalszych badań.

3. Sposób wykonania badania

1. Przygotowanie próbki do badania

Próbka gruntu powinna być przed badaniem uziarnienia wysuszona do stałej masy w temperaturze
105-110 ^OC. Jeżeli zawiera ziarna o wymiarach większych niż 40 mm przed przystąpieniem do oznaczenia należy usunąć takie ziarna z próbki. Następnie w zależności od makroskopowego określenia rodzaju gruntu niespoistego odważa się potrzebną masę do analizy:

• dla piasku drobnego 200-250 g,

• dla piasku średniego 250-500 g,

• dla piasku grubego, pospółki i żwiru 500-5000 g,

Do badania pobrano próbkę gruntu o masie m_s=500 g.

1. Wykonanie badania

• Komplet suchych, czystych sit ustawia się w kolumnę na wstrząsarce w ten sposób, że na górze znajduje się sito o największym wymiarze oczek a pod nim sita o kolejno coraz mniejszych wymiarach oczek
  (4; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,125 oraz 0,063 mm). Pod sitem dolnym umieszcza się podstawkę do zbierania najdrobniejszych frakcji przesiewu.

• Na górne sito wsypuje się wysuszoną i zważoną próbkę, przykrywa górne sito szczelnym wieczkiem
  i uruchamia wstrząsarkę, wstrząsanie powinno trwać 5 minut.

• Po wyłączeniu wstrząsarki zawartość pozostałą na każdym sicie przesiewa się ręcznie przez co najmniej
  1 minutę nad czystym arkuszem białego papieru. Jeżeli na arkuszu po tej czynności znajdą się ziarna lub cząstki gruntu, przesypuje się je z kartki na sito następne o drobniejszym wymiarze oczek natomiast pozostałość na sicie, które było wstrząsane waży się wraz z sitem. Następnie sito opróżnia się, czyści
  i waży już puste - pozwala wyznaczyć to masę samych ziarn.

• Wszystkie powyższe czynności należy wykonywać z dużą dokładnością tak, aby straty masy w stosunku do wyjściowej były jak najmniejsze, różnica między masą szkieletu gruntowego m_s (wyjściową) a sumą mas wszystkich frakcji Σm=m₁+m₂+m₃+... nie powinna przekraczać 0,5% wartości m_s. Jeżeli przekracza, badanie trzeba wykonać jeszcze raz, jeżeli nie, to przy obliczaniu wyników rozrzuca się różnicę proporcjonalnie do mas pozostałych na poszczególnych sitach i dodaje do tych wartości.

1. Wyniki pomiarów

W poniższej tabeli zestawiono wyniki dokonanych pomiarów (masa sita wraz z frakcją, masa pustego sita). Na ich podstawie obliczono masy frakcji zgromadzonych na poszczególnych sitach po wstrząsaniu. Po zsumowaniu mas frakcji ze wszystkich sit okazało się, że różnica między masą szkieletu gruntowego m_s (wyjściową) a sumą mas wszystkich frakcji Σm wyniosła:

g

Ponieważ 0,5% masy szkieletu gruntowego m_s wynosi 2,50 g a różnica między masą szkieletu gruntowego m_s (wyjściową) a sumą mas wszystkich frakcji Σm wyniosła Δm=0,91 g można uznać iż badanie zostało przeprowadzone poprawnie, gdyż Δm znajduje się w granicach dopuszczalnego błędu (zgodnie z PN-88/B-04481 pkt. 4.1.5). Jednostkowa poprawka dla mas frakcji wyniesie:

Poprawka dla danej masy frakcji wyniesie:

Po uwzględnieniu poprawki, masa i-tej frakcji wyniesie:

L. p.	Średnica oczek	Masa sita i frakcji	Masa sita	Masa frakcji	Zawartość frakcji	Poprawka	Masa frakcji z poprawką	Zawartość skumulo-wana
-	d [mm]	[g]	[g]	mi [g]	[%]	Pi [g]	mi' [g]	[%]
1	4	496,74	478,61	18,13	3,63	0,03	18,16	100,00
2	2	562,83	460,32	102,51	20,54	0,19	102,70	96,37
3	1	461,41	377,86	83,55	16,74	0,15	83,70	75,83
4	0,5	522,07	355,89	166,18	33,30	0,30	166,48	59,09
5	0,25	452,63	340,35	112,28	22,50	0,20	112,48	25,79
6	0,125	348,05	334,76	13,29	2,66	0,02	13,31	3,29
7	0,063	311,40	309,04	2,36	0,47	0,00	2,36	0,63
8	< 0,063	354,34	353,55	0,79	0,16	0,00	0,79	0,16
Suma	-	-	-	499,09	100,00	0,91	500,00	-

Wyliczone wartości zawartości skumulowanej poszczególnych frakcji naniesiono na wykres i aproksymowano linią o monotonicznej krzywiźnie w celu wykreślenia krzywej uziarnienia. Wykres został załączony do sprawozdania.

2. Wnioski

Otrzymany wykres porównano z krzywymi uziarnienia charakterystycznymi dla różnych rodzajów gruntów sypkich (według Zenon Wiłun „Zarys geotechniki”, WKŁ, str. 62) i określono rodzaj badanego gruntu: piasek średni.

Wyznaczono z krzywej uziarnienia średnice miarodajne d₁₀=0,16 mm i d₆₀=0,67 mm. Na ich podstawie wyliczono wskaźnik uziarnienia gruntu U:

Wartość U określa stopień różnoziarnistości badanego gruntu. W przypadku badanej próbki grunt jest równoziarnisty.

2. Badanie wilgotności naturalnej w_n, gęstości objętościowej ρ, gęstości objętościowej szkieletu gruntowego ρ_d.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było określenie wilgotności naturalnej w_n, gęstości objętościowej ρ oraz gęstości objętościowej szkieletu gruntowego ρ_d badanej próbki gruntu spoistego.

2. Opis teoretyczny

1. Gęstość objętościowa gruntu ρ

Gęstością objętościową gruntu nazywa się stosunek masy próbki gruntu (w stanie naturalnym) do jej objętości. Wyznacza się ją ze wzoru:

gdzie:

ρ - gęstość objętościowa [t/m³, g/cm³],

m_m - masa próbki gruntu w stanie naturalnym [t, g],

V - objętość badanej próbki gruntu [m³, cm³].

Gęstość objętościowa jest jednym z parametrów charakteryzujących strukturalno-teksturalne właściwości gruntów. Jej wartość zależy od składu mineralnego, porowatości i wilgotności gruntów. W zależności od rodzaju gruntu oraz stanu i wielkości próbki, przeznaczonej do badań, przy oznaczaniu gęstości objętościowej gruntu stosuje się jedną z czterech metod:

• metodę pierścienia tnącego,

• metodę rtęciową,

• metodę wyporu hydrostatycznego (parafinowania),

• metodę oznaczania gęstości objętościowej w cylindrze.

Pierwsze trzy metody stosuje się przy badaniu gruntów spoistych, drugą i trzecią również dla gruntów skalistych, metodę czwartą - przy badaniu gruntów niespoistych. Spośród wymienionych powyżej metod oznaczania gęstości objętościowej metoda pierścienia tnącego jest metodą najprostszą, najszybszą i przy dokładnym wykonaniu oznaczenia pozwala również na uzyskanie bardzo dokładnych wyników. Należy więc ją stosować zawsze tam, gdzie rodzaj, stan gruntu oraz jego ilość na to pozwalają.

1. Wilgotność naturalna w_n

Wilgotnością naturalną nazywa się stosunek masy wody zawartej w danej próbce gruntu w warunkach naturalnych do masy szkieletu gruntowego tej próbki. Wyznacza się ją ze wzoru:

gdzie:

w_n - wilgotność naturalna [%],

m_w - masa wody zawarta w próbce [g],

m_s - masa szkieletu gruntowego [g].

Masę szkieletu gruntowego uzyskuje się poprzez suszenie próbki w temperaturze 105-110 ^OC. Zakłada się, że w tej temperaturze grunt traci całą wodę wolną.

2. Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego ρ_d

Gęstością objętościową szkieletu gruntowego nazywa się stosunek masy szkieletu gruntowego do objętości całej próbki. Definicję tę ilustruje wzór:

Praktycznie obliczenia gęstości objętościowej szkieletu gruntowego dokonuje się ze wzoru:

1. Sposób wykonania badania

1. Oznaczenie gęstości objętościowej gruntu ρ metodą pierścienia tnącego

Badanie gęstości objętościowej przeprowadza się na próbkach o nienaruszonej strukturze i naturalnej wilgotności. Badanie wykonuje się w następujący sposób:

• Zważenie i zmierzenie wymiarów pierścienia w celu określenia jego masy i objętości,

• Wciśnięcie pierścienia równomiernie w grunt,

• Oczyszczenie pierścienia z gruntu z zewnątrz,

• Wyrównanie górnej i dolnej powierzchni gruntu równo z krawędziami pierścienia,

• Zważenie pierścienia wraz z gruntem, określenie masy gruntu m_m,

• Badanie wykonano dwukrotnie.

Otrzymane wartości podstawiono do wzoru. Obliczono średnią z dwóch oznaczeń.

1. Wyznaczanie wilgotności naturalnej w_n

Badanie wykonuje się w następujący sposób:

• Zważenie dwóch parowniczek - m_t¹, m_t²,

• Umieszczenie próbki gruntu w parowniczkach,

• Zważenie parowniczek wraz z gruntem - m_mt¹, m_mt²,

• Umieszczenie parowniczek wraz z gruntem w suszarce w temperaturze 105-110 ^OC,

• Wyjęcie parowniczek z suszarki po tygodniu, ostudzenie i zważenie - m_st¹, m_st².

Obliczenie masy wody w próbce gruntu ze wzoru:

Obliczenie masy szkieletu gruntowego ze wzoru:

Otrzymane wartości wstawia się do wzoru definicyjnego. Wynik uznaje się za dostatecznie dokładny, jeżeli różnica wyników z obydwu parowniczek nie przekracza 5% mniejszej z otrzymanych wartości. Za wynik przyjmuje się średnią arytmetyczną otrzymanych wartości.

1. Obliczenie gęstości objętościowej szkieletu gruntowego ρ_d

Na podstawie otrzymanych wyników (ρ oraz w_n) oblicza się gęstość objętościową szkieletu gruntowego.

1. Wykonanie pomiarów

1. Analiza makroskopowa próbki

Próba wałeczkowania: Było możliwe wykonanie czterech wałeczków nim pojawiły się spękania poprzeczne, bez połysku. Jest to grunt średnio spoisty (f_i=10-20 %)

Próba rozcierania w wodzie: Wyczuwalne pojedyncze ziarna.

Barwa: Ciemnozielono-szara.

Zawartość węglanów: Burzy się intensywnie i długo (> 20 s) - klasa 4.

Wilgotność: Wilgotny.

Na podstawie analizy makroskopowej stwierdzono, iż badana próbka gruntu to glina, stan plastyczny (według Zenon Wiłun „Zarys geotechniki”, WKŁ, str. 84).

2. Oznaczenie gęstości objętościowej gruntu ρ metodą pierścienia tnącego

Masa pierścienia m_t=50,04 g,

Średnica wewnętrzna pierścienia d=4,00 cm,

Wysokość pierścienia h=2,68 cm.

Objętość próbki gruntu umieszczonej wewnątrz pierścienia wyniesie:

cm³

Masa pierścienia z pierwszą próbką gruntu wyniosła m_st¹=105,14 g. Wobec tego masa gruntu wyniesie:

m_m¹=m_st¹-m_t=105,14-50,04=55,10 g

Masa pierścienia z drugą próbką gruntu wyniosła m_st²=104,30 g. Wobec tego masa gruntu wyniesie:

m_m²=m_st²-m_t=104,30-50,04=54,26 g

Gęstość objętościowa badanego gruntu ρ wyniesie:

g/cm³

g/cm³

Ponieważ różnica wyników obu pomiarów nie przekracza 0,02 g/cm³ (zgodnie z PN-88/B-04481 pkt. 5.2.3.3) można uznać, iż badanie zostało przeprowadzone prawidłowo. Ostatecznie gęstość objętościowa badanej próbki gruntu wyniesie:

g/cm³

3. Wyznaczanie wilgotności naturalnej w_n

Masa pierwszej parowniczki m_t¹=78,94 g,

Masa drugiej parowniczki m_t²=104,23 g,

Masa pierwszej parowniczki z próbką gruntu m_mt¹=116,94 g,

Masa drugiej parowniczki z próbką gruntu m_mt²=138,19 g,

Masa pierwszej parowniczki z próbką gruntu po tygodniu suszenia m_st¹=111,60 g,

Masa drugiej parowniczki z próbką gruntu po tygodniu suszenia m_st²=133,55 g.

g

g

g

g

Wynik jest dostatecznie dokładny, ponieważ różnica wyników z obydwu parowniczek nie przekracza 5% mniejszej z otrzymanych wartości (zgodnie z PN-88/B-04481 pkt. 5.1.4).

4. Obliczenie gęstości objętościowej szkieletu gruntowego ρ_d

g/cm³

2. Wnioski

Nastąpiła pewna rozbieżność pomiędzy wynikami analizy makroskopowej a wynikami pomiarów laboratoryjnych ρ i w_n. Z analizy makroskopowej wynika, iż badana próbka gruntu to glina. Orientacyjne wartości ρ i w_n (według Zenon Wiłun „Zarys geotechniki”, WKŁ, str. 65) dla gliny powinny wynosić:

ρ=2,05 g/cm³

w_n=21 %

Prowadzi to do wniosku, iż podczas prowadzenia badania popełniono poważny błąd o czym dodatkowo świadczy fakt, iż wyznaczona gęstość objętościowa ρ jest niższa od orientacyjnych wartości dla wszystkich pozostałych rodzajów gruntów mineralnych spoistych.

Strona 6

---