1. Wstęp

Zagęszczalnością gruntu nazywamy jego zdolność do uzyskania maksymalnych możliwych gęstości objętościowych szkieletu gruntowego zależnie od jego wilgotności oraz sposobu i energii zagęszczania. Grunt, który nie jest zagęszczony charakteryzuje się małą wytrzymałością na ścinanie (ma małą nośność i stateczność) i dużą ściśliwością (dużym osiadaniem).

W celu poprawienia parametrów gruntu konieczne jest jego zagęszczenie. Efektywność zagęszczania zależy od rodzaju gruntu, jego wilgotności i sposobu zagęszczania. Niska wilgotność gruntu zwiększa jego opór, zbyt duża powoduje uwięzienie w gruncie pęcherzyków powietrza i przejmowanie energii zagęszczania przez wodę. Wilgotność optymalna w_opt to taka, przy której uzyskuje się największą gęstość objętościową szkieletu gruntowego przy stałej energii zagęszczania.

Sposób wyznaczenia wilgotności optymalnej i maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego opracował R. Proctor. Jego metoda polega na zagęszczaniu gruntu stałą energią przy zmiennej wilgotności. Na podstawie wyników pomiarów tworzy się wykres zwany krzywą zagęszczalności, której najwyższy punkt odpowiada wilgotności optymalnej w_opt i maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego ρ_ds.

Normowe metody badania ρ_ds i w_opt są modyfikacjami metody Proctora.
Norma PN-88/B-04481 przewiduje 4 rodzaje badań. Różnią się one masą i wysokością spadania ubijaka, objętością cylindra, ilością warstw i energią zagęszczania. Metoda I (normalna) i II odpowiada warunkom zagęszczania przy pomocy lekkiego sprzętu, metody III i IV odpowiadają warunkom zagęszczania ciężkim sprzętem.

Metody badania zagęszczalności gruntu

Metoda	Typ cylindra	Objętość cylindra [dm^3]	Liczba warstw	Energia zagęszczania [kN·m·dm^-3]	Ilość uderzeń ubijaka na warstwę	Masa ubijaka [kg]	Wysokość spadania ubijaka [cm]
I	mały	1,0	3	0,6	25	2,5	32
II	duży	2,2							55
III	mały	1,0			5			2,7	25	4,5	48
IV	duży	2,2							55

Parametry ubijaków

Typ ubijaka	Masa [kg]	Wysokość opadania [mm]	Średnica [mm]	Typ cylindra
Lekki	2,5  0,005	320  1	50,8  0,2	mały
						76,8  0,2	duży
			Ciężki	4,5  0,005	480  1	50,8  0,2	mały
						76,8  0,2	duży

Parametry cylindrów

Typ cylindra	Objętość [dm^3]	Średnica wewnętrzna [mm]	Średnica zewnętrzna [mm]	Wysokość [mm]
Mały	1  0,003	112,8  0,2	120  0,5	100  0,2
Duży	2,2  0,006	152,4  0,2	162  0,5	120,6  0,2

W warunkach polowych stopień zagęszczenia oznacza się przy pomocy odpowiednio skalibrowanych sond wbijanych. Oznacza się go na podstawie liczby uderzeń młotka potrzebnych do wbicia sondy na określoną głębokość. Przy pomocy sondy krzyżakowej i dynamometru można również wyznaczyć wytrzymałość gruntu na ścinanie.

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było wyznaczenie maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego, wilgotności optymalnej, a także obliczenie wskaźnika zagęszczenia dla gruntu w nasypie.

3. Sposób wykonania badania

W wyniku przeprowadzonej analizy makroskopowej stwierdzono, że grunt otrzymany do badania to piasek drobny.

Grunt zagęszczano metodą I:

• Pobrano do badania dokładnie 3kg gruntu w stanie powietrznosuchym,

• zmieszano grunt ze 180 cm³ wody,

• cylinder o pojemności 1 dm³ zważono łącznie z podstawą,

• zamontowano nadstawkę,

• wsypano pierwszą porcję gruntu,

• zagęszczono 25 uderzeniami ubijaka,

• zagęszczanie powtórzono dla dwóch kolejnych warstw,

• po zakończeniu ubijania powierzchnia gruntu znajdowała się kilka milimetrów ponad górną krawędzią cylindra,

• zdjęto nadstawkę,

• za pomocą noża ostrożnie wyrównano powierzchnię gruntu z krawędzią cylindra,

• zważono grunt razem z cylindrem i podstawą,

• po opróżnieniu cylindra ze środkowej części pobrano próbkę do oznaczenia wilgotności gruntu,

• do gruntu dolano 60 cm³ wody i dokładnie wymieszano,

• zagęszczanie wykonano łącznie dla 4 różnych wilgotności gruntu.

4. Wyniki pomiarów

Wyniki pomiarów i obliczeń zestawiono w poniższej tabeli:

Lp.	Masa cylindra z gruntem	Masa gruntu w cylindrze	Masa pustej parowniczki	Masa parowniczki z mokrym gruntem	Masa parowniczki z wysuszonym gruntem	Wilgotność	Gęstość objętościowa	Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego
						mt	mmt	mst	w	ρ	ρd
		[g]	[g]	[g]	[g]	[g]	[%]	[g/cm^3]	[g/cm^3]
1	7932	1892	45,950	84,650	82,550	5,738	1,892	1,7893
2	7976	1936	90,150	143,380	139,700	7,427	1,936	1,8022
3	8066	2026	93,850	151,150	145,900	10,086	2,026	1,8404
4	8066	2026	94,000	154,900	148,750	11,233	2,026	1,8214

Przykładowe obliczenia dla próbki o wilgotności optymalnej (nr 3):

Wilgotność

gdzie:

m_mt - masa parowniczki z gruntem przed wysuszeniem [g],

m_st - masa parowniczki z gruntem po wysuszeniu [g],

m_t - masa pustej parowniczki [g].

Gęstość objętościowa gruntu

gdzie:

m_m - masa próbki gruntu w cylindrze [g],

V - objętość próbki gruntu (cylindra) [cm³].

Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego

gdzie:

ρ - gęstość objętościowa gruntu [g/cm³],

w - wilgotność gruntu [%]

Jeśli wskaźnik zagęszczenia I_S miałby wynieść minimum 0,95 to gęstość szkieletu gruntowego nie powinna być mniejsza niż:

gdzie:

ρ_d - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego w badanym gruncie [g/cm³],

ρ_ds - maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g/cm³].

Krzywa zagęszczania

Wartości maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego i odpowiadającej jej wilgotności optymalnej:

5. Wnioski

Otrzymane wartości gęstości objętościowej szkieletu gruntowego i wilgotności optymalnej zgadzają się z wartościami w_opt i ρ_ds przedstawianymi w literaturze dla żwirów i piasków. Wynoszą one w_opt=8 - 12% i ρ_ds=1,80 a 2,00 [g/cm³]. W związku z tym stwierdzamy, że badanie zostało wykonane poprawnie.

3

---