Ćwiczenie laboratoryjne nr 1 - Badania makroskopowe grunt…

Politechnika Łódzka
Katedra Geotechniki i Budowli
Inżynierskich

Badanie gruntów według PN-EN ISO 14688:2006

„Oznaczanie i klasyfikowanie gruntów.

Część 1: Oznaczanie i opis.

Część 2: Zasady klasyfikowania”

Podstawą opisu gruntów według PN-EN ISO 14688:2006 są wyniki analizy

makroskopowej,  czyli  oceny  pewnych  cech  gruntów  poprzez  badanie,  w  którym  przede
wszystkim  wykorzystuje  się  podstawowe  zmysły  człowieka:  wzrok,  dotyk,  węch  itd.
Pomocniczo można korzystać również z prostych przyrządów takich jak papier milimetrowy,
lupka  (najlepiej  z  podziałką),  ale  również  bardziej  specjalistycznych,  np.  wzorzec  barw
gruntów i 10% HCl.

Opisowi podlega szereg cech gruntu, które w efekcie pozwalają na wstępną ocenę

zachowania  tego  gruntu  jako  elementu  podłoża  budowli.  Badania  makroskopowe  wykonuje
się  zarówno  w  terenie,  podczas  prac  polowych  mających  na  celu  zbadanie  podłoża,  jak
również  w  laboratorium,  gdzie  wykonuje  się  przede  wszystkim  oznaczenia  ilościowe
podstawowych cech gruntów.

Badania najlepiej wykonywać w określonej kolejności, np. według schematu

przedstawionego na rys. nr 1. Podane niżej kroki odpowiadają tej kolejności.

Krok 1 – pochodzenie gruntu

Należy ustalić, czy grunt powstał w wyniku naturalnych procesów geologicznych

(grunt  naturalny,  rodzimy),  czy  też  został  wytworzony  w  wyniku  działalności  człowieka
(grunt  antropogeniczny,  nasypowy).  Grunty  antropogeniczne  (symbol  Mg  –  made  ground)
mogą  być  zbudowane  z  materiału  naturalnego  (gruntów  mineralnych),  np.  różnego  rodzaju
nasypy drogowe czy kolejowe, zapory ziemne, wały przeciwpowodziowe itp., lub z materiału
sztucznego,  np.  z  odpadów  poprodukcyjnych  typu  żużle  i  popioły,  osady  poflotacyjne.
Czasami ustalenie czy mamy do czynienia z gruntem naturalnym czy antropogenicznym jest
trudne.  Zwykle  na  pochodzenie  antropogeniczne  wskazują  domieszki,  które  nie  są
składnikami gruntów naturalnych, takie jak gruz, śmieci itp. lub nienaturalna struktura gruntu,
np. występowanie w masie piaszczystej grudek gliniastych

Krok 2 – określenie czy grunt należy do gruntów organicznych, czy mineralnych

Grunty mineralne są zbudowane z ziarn i cząstek mineralnych, pochodzących z

rozdrobnienia skał, np. piaski składają się głównie z ziarn kwarcu (SiO

) itp. W skład

gruntów  organicznych  oprócz  cząstek  mineralnych  wchodzą  również  cząstki  organiczne
pochodzące  głównie  z  rozpadu  obumierających  roślin.  Obecność  substancji  organicznej
można  poznać  najczęściej  po  czarnej,  ciemnoszarej  lub  ciemnobrunatnej  barwie  i
charakterystycznym zapachu gnilno-pleśniowym. Intensywność zapachu może się nasilać po
podgrzaniu  próbki.  Często  gołym  okiem  są  widoczne  szczątki  roślin.  Po  wysuszeniu
posiadają wyraźnie niższą gęstość niż grunty mineralne. Po wymieszaniu z wodą najczęściej
barwią  ją  na  brunatny  kolor.  Wśród  gruntów  organicznych  w  zależności  od  genezy  i
zawartości  części  organicznych  wyróżniamy:  grunty  próchniczne,  namuły,  gytie  i  torfy.
Sposoby oznaczania i opisu gruntów organicznych są podane w punktach 5.11 i 5.12 normy.

Krok 3 – wydzielenie gruntów pochodzenia wulkanicznego

Grunty takie praktycznie na terenie Polski nie występują. Rozpoznaje się je głównie

po niskiej gęstości (nie należy ich mylić z gruntami organicznymi, które również
charakteryzują się tą cechą).

Krok 4 i 5 – wydzielenie gruntów bardzo gruboziarnistych

Określenie rozmiarów ziarn gruntu jest podstawą do dalszego podziału gruntów

mineralnych.

Pod względem uziarnienia wyróżnia się grunty: bardzo gruboziarniste, gruboziarniste

i drobnoziarniste. Podział taki jest związany z ustaleniem frakcji według tablicy 1 (załącznik).

Według tego podziału gruntami podstawowymi są grunty o jednolitym uziarnieniu (tj.

składające się z ziarn tylko jednej frakcji) np. żwir Gr, piasek drobny FSa, pył gruby CSi itp.
Pierwsza  litera  skrótu  (symbolu)  frakcji  gruntu  jest  pisana  zawsze  dużą  literą.  Opis
uziarnienia gruntu należy rozpocząć od wydzielenia frakcji najgrubszych (głazów i głazików),
powyżej 63 mm (oczywiście postępujemy tak wtedy, gdy takie kamienie występują w badanej
próbie). Jeżeli ich łączna masa przekracza 50 % masy całej próby gruntu oznacza to, że mamy
do czynienia we frakcji głównej z gruntem bardzo gruboziarnistym: LBo, Bo lub Co.

Krok  6  –  wydzielenie  gruntów  gruboziarnistych  (sypkich)  i  drobnoziarnistych
(spoistych)

Kryterium wydzielenia gruntów gruboziarnistych i drobnoziarnistych jest ich

podatność do zlepiania się w grudki w stanie wilgotnym. Zlepiają się grunty drobnoziarniste
(pyły i iły), nie zlepiają się grunty gruboziarniste (piaski i żwiry).

Krok 7 – wydzielenie piasków i żwirów

Jeżeli badany grunt nie zlepia się w stanie wilgotnym, czyli jest gruntem

gruboziarnistym, należy dokonać dalszego podziału na piaski i żwiry. W gruntach
gruboziarnistych w większości przypadków poszczególne ziarna są widoczne gołym okiem.
Jeżeli stwierdzamy, że ponad 50 % ziarn jest większych niż 2 mm (d

> 2 mm) to mamy do

czynienia ze żwirem Gr. Jeżeli jest przeciwnie (d

≤ 2 mm), oznacza to, że badanym gruntem

jest piasek Sa. W obrębie żwirów dokonujemy dalszego podziału na: żwir gruby CGr, żwir
ś

redni MGr i żwir drobny FGr. Podobnie postępujemy z piaskami, wydzielając: piasek gruby

CSa, piasek średni MSa, i piasek drobny FSa.
Krok 8 – wydzielenie pyłów i iłów

Grunty drobnoziarniste - pyły i iły - w stanie wilgotnym zlepiają się i tworzą grudki

odkształcające się plastycznie. W gruntach tych cząstek frakcji głównych nie można dostrzec
gołym okiem. Mogą również występować w nich domieszki frakcji grubszych. W zależności
od  wzajemnych  proporcji  składników  frakcji  głównych  i  drugorzędnych  można  tu,  oprócz
podstawowych:  pyłów  Si  i  iłów  Cl,  wyróżnić  szereg  gruntów  o  składzie  mieszanym,  np.  pył
piaszczysty, ił piaszczysty, ił pylasty itp. Szczegółową klasyfikację gruntów drobnoziarnistych
dokonuje  się  na  podstawie  wzrokowej  oceny  plastyczności  gruntu  oraz  zawartości  piasku,
pyłu i iłu, opisanej w dalszych krokach.

Krok 9 i 18 – opis gruntów nasypowych

Jeżeli nasyp zbudowany jest z gruntu naturalnego opisuje się go według tych samych

zasad jak inne grunty naturalne. Gdy do jego budowy użyto materiały innego pochodzenia
należy opisać proporcje, cechy i rodzaj poszczególnych składników.

W obu przypadkach należy ustalić, czy mamy do czynienia z nasypem

kontrolowanym, czyli wykonanym z odpowiednim zagęszczeniem czy jest to nasyp
niekontrolowany będący przypadkowym składowiskiem zgromadzonego materiału.

Krok 10 – określenie frakcji drugorzędnych i domieszek, zawartości piasku, pyłu i iłu
oraz zawartości węglanów w gruntach

Frakcją główną nazywamy tą frakcję, która określa właściwości inżynierskie gruntu.

W przypadku gruntów gruboziarnistych jest to frakcja o przeważającej masie. Drobne frakcje
(pył lub ił) występujące w złożonych gruntach gruboziarnistych nie decydują o ich
właściwościach inżynierskich.

Dla gruntów drobnoziarnistych główną frakcją jest odpowiedni rodzaj gruntu

drobnoziarnistego – pył lub ił – decydujący o właściwościach inżynierskich gruntu. Grunt
należy nazwać ił lub pył w zależności od stwierdzonej plastyczności drobnej frakcji spoistej, a
nie tylko od uziarnienia.

Frakcje drugorzędne nie decydują o właściwościach inżynierskich danego gruntu, lecz

mają na nie wpływ.

Frakcje drugorzędne są opisywane w drugiej kolejności po rozpoznaniu i opisaniu

frakcji głównej. Stosuje się spójnik „z” lub opisuje w formie przymiotnikowej, np. ił z pyłem
lub ił pylasty. Określenie „domieszka” jest zarezerwowane dla ewentualnych frakcji
trzeciorzędnych.

Przykłady opisu i symboli gruntów:

piasek średni z pyłem i domieszką żwiru drobnego –

fgr

MSa

wir piaszczysty –

wir drobny z piaskiem grubym -

fgr

CSa

pył z piaskiem średnim -

msa

piasek gruby ze żwirem drobnym –

fgr

CSa

piasek drobny z pyłem (piasek drobny zapylony) –

FSa

pył z piaskiem grubym i domieszką żwiru drobnego –

fgr

csa

ił z piaskiem średnioziarnistym –

msa

Jeśli w gruntach gruboziarnistych występują dwie frakcje w przybliżeniu w równych

proporcjach umieszcza się pomiędzy ich symbolami ukośnik: żwir/piasek

lub piasek

drobny/średni

FSa

MSa

Grunty stanowiące przewarstwienia pisze się małymi podkreślonymi symbolami PO

frakcji głównej, np. ił pylasty przewarstwiony piaskiem –

sa.

Obecność piasku, pyłu i iłu w gruntach stwierdza się przez próbę rozcierania w wodzie

lub rozcinania nożem.

Próba rozcierania polega na umieszczeniu małej próbki gruntu pomiędzy palcami i

rozcieranie,  najlepiej  w  wodzie.  Ilość  frakcji  piaszczystej  może  być  określona  z
wyczuwalnego stopnia szorstkości materiału.. Jeżeli wyczuwa się dużą ilość ziarenek piasku
(duża szorstkość) i widać je, mamy do czynienia z pyłem piaszczystym lub iłem piaszczystym.
Gruby pył również może być podobnie wyczuwalny, lecz jego cząstki nie są widoczne gołym
okiem. Grunt ilasty w dotyku przypomina mydło, przykleja się do palców i trudno go usunąć
bez  zmycia,  nawet  gdy  jest  w  stanie  suchym.  Grunty  pylaste  wyczuwa  się  jako  gładkie  w
dotyku,  a  suche  cząstki  gruntu  przyklejone  do  palców  w  postaci  mączki,  mogą  być  łatwo
zdmuchnięte lub usunięte przez pocieranie dłoni.

Próba rozcinania. Dla stwierdzenia obecności iłu lub pyłu wilgotną próbkę należy

przeciąć nożem. Gdy powierzchnia przekroju jest błyszcząca – ił, gdy matowa – pył lub pył
ilasto-pylasty o niskiej plastyczności. W celu dokonania szybkiej oceny powierzchnię próbki
można zarysować lub wygładzić paznokciem.

Zawartość węglanów (głównie węglanu wapnia CaCO

) określa się przy użyciu 10

% roztworu HCl. Po skropieniu powierzchni próbki kwasem należy obserwować reakcję i jej
intensywność; grunt jest:

bezwapnisty (0) – brak reakcji z kwasem,

wapnisty (+) – lekko się pieni pod wpływem kwasu,

silnie wapnisty (++) – występuje intensywne pienienie

Krok 11 – określenie plastyczności gruntu – podział na pyły i iły
Oznaczenie plastyczności (spoistości) przeprowadza się wykonując próbę

wałeczkowania, próbę wytrzymałości w stanie suchym i próbę dylatancji (rozszerzalności).

Próba wałeczkowania. W tym celu pobieramy niewielką próbkę wilgotnego gruntu

w  postaci  kuleczki  o  średnicy  około  8  mm  i  wałeczkujemy  ją  na  gładkiej  powierzchni  tak,
aby  otrzymać  z  kulki  wałeczek  o  średnicy  około  3  mm.  Po  wykonaniu  tej  czynności
formujemy  z  wałeczka  ponownie  kulkę  i  znowu  ją  wałeczkujemy.  Powtarzamy  to  aż  do
chwili, gdy kolejny wałeczek kruszy się (pęka) lub rozwarstwia i można go zlepić, ale nie da
się  już  wałeczkować.  Zmiany  następują  na  skutek  utraty  wody  przez  grunt  podczas
wałeczkowania. Grunt osiąga w ten sposób tzw. granicę plastyczności. W wyniku tej próby
stwierdza się, że grunt ma:

małą plastyczność – gdy próbka wykazuje zwięzłość, ale nie daje się wykonać
wałeczka o średnicy 3 mm,

dużą plastyczność – gdy próbka daje się wielokrotnie wałeczkować do cienkich
wałeczków (ok. 1 mm).

Mała plastyczność wskazuje na dużą zawartość pyłu, a duża plastyczność świadczy o

dużej zawartości iłu.

Próba wytrzymałości w stanie suchym. Do badania próbkę gruntu należy wysuszyć

w suszarce, mikrofalówce lub na powietrzu. Opór próbki podczas próby ściskania pomiędzy
palcami jest miarą wytrzymałości w stanie suchym. Rozróżnia się następujące rodzaje
wytrzymałości:

mała – próbka wysuszonego gruntu rozpada się pod lekkim lub średnim naciskiem
palców,

rednia – grunt rozpada się pod wyraźnym naciskiem palców na bryłki, które nadal

wykazują spoistość,

duża – grunt nie daje się rozdrobnić pod naciskiem palców; można go rozłamać.

Pył charakteryzuje się niską wytrzymałością w stanie suchym. Wysoką wytrzymałość

wykazuje ił. Mieszanina pyłu i iłu wykazuje na ogół średnią wytrzymałość w stanie suchym.

Próba dylatancji. Próba polega na przerzucaniu z jednej dłoni do drugiej wilgotnej

próbki w postaci bryłki 20-30 mm. Próbka staje się błyszcząca po pojawieniu się wody na jej
powierzchni. Po naciśnięciu próbki palcami połysk znika. Zawartość pyłu i iłu może być
określona na podstawie czasu potrzebnego na pojawienie się wody przy wstrząsaniu i jej
zaniku przy nacisku.

W przypadku pyłu woda pojawia się i szybko znika. Wstrząsanie i nacisk nie dają

efektu w ile. Im wolniej pojawia się woda na powierzchni próbki, tym mniejsza jest zawartość
pyłu i tym większa iłu.

Dokładne określenie plastyczności jest możliwe jedynie po przeprowadzeniu

oznaczeń laboratoryjnych. Można dodać, że im wyższa zawartość frakcji iłowej tym większa
spoistość.

Krok 12 – zawartość części organicznych
Małe ilości rozproszonej materii organicznej w gruncie mogą wytwarzać wyraźny

zapach oraz zabarwiać grunt. Intensywność zapachu i barwy wskazuje na zawartość
substancji organicznej i należy ją uwzględnić w opisie gruntu (vide krok 2).

Krok 13 – struktura gruntu
Przy ocenie struktury gruntu stwierdza się czy ma budowę ciągłą (jednorodną),

nieciągłą (niejednorodną) czy warstwową. Niezbędna jest próbka NNS (o nienaruszonej

strukturze).  Nieciągłości  w  obrębie  próbki  objawiają  się  nagłymi  zmianami  barwy,
osłabieniami  oraz  nagłymi  zmianami  plastyczności.  Nieciągłości  chaotyczne  i  nieregularne
mają  zwykle  pochodzenie  mechaniczne  (w  wyniku  uskoków  tektonicznych,  osunięć,  ścięć
itp.). nieciągłości regularne w postaci warstwowań mają pochodzenie sedymentacyjne.

Krok 14 – określenie barwy gruntu
Barwę gruntu należy określić na próbce NW (o naturalnej wilgotności), na świeżym

przełamie,  po  przełamaniu  próbki.  Wskazane  jest  wykorzystanie  ujednoliconego  wzorca
barw  (póki  co  nie  jest  dostępny  w  Polsce).  Barwa  zależy  od  zawartości  związków
chemicznych,  głównie  tlenków.  Opisując  barwę  należy  podać  najpierw  odcień,  barwę
uzupełniającą i na końcu barwę zasadniczą, np. jasnoszaro-żółty, brązowo-szary itp. Zwykle
w  gruntach  występują  takie  barwy  jak:  żółta,  brązowa,  szara  w  różnych  kombinacjach  i
odcieniach.  Można  jednak  spotkać  również  grunty,  szczególnie  spoiste,  zabarwione  na
czerwono,  zielono  czy  niebiesko.  Czasami  występuje  duża  zmienność  barw  i  taki  grunt
można określić jako pstry. W gruntach organicznych dominuje kolor czarny.

Krok 15 – określenie konsystencji (stanu) gruntu
Wyróżnia się następujące konsystencje (stany) gruntów spoistych, określając grunt

jako:

miękkoplastyczny – grunt wydostaje się pomiędzy palcami przy ściskaniu porcji
gruntu,

plastyczny – jeżeli grudka gruntu daje się formować przy lekkim nacisku palców,

twardoplastyczny – jeżeli grunt nie może być formowany palcami, lecz może być
wałeczkowany w dłoniach do postaci wałeczka o średnicy 3 mm bez spękań i
rozdrabniania,

zwarty – jeżeli rozpada się i pęka podczas wałeczkowania, lecz jest ciągle
dostatecznie wilgotny, aby ponownie uformować z niego bryłkę,

bardzo zwarty – jeśli grunt jest wysuszony (jego barwa najczęściej jest jaśniejsza niż
w stanie wilgotnym); nie można z niego uformować bryłki, lecz rozdrabnia się pod
naciskiem i daje się zarysować paznokciem.

Krok 16 – określenie składu granulometrycznego
W celu określenia uziarnienia gruntu gruboziarnistego należy próbkę gruntu

rozpostrzeć najlepiej na kartce papieru, może to być papier milimetrowy lub wykorzystując
dodatkowo lupkę z podziałką ustalić zawartości frakcji głównej, drugorzędnej i domieszek.
Podany sposób nie jest możliwy do zastosowania w przypadku pyłów i iłów. Ich uziarnienie
określa się według sposobów podanych wyżej (patrz krok 8, 10 i 11).

Krok 17 – ustalenie genezy gruntu
Ustalenie genezy gruntu jest bardzo istotne z punktu określenia jego właściwości i ich

zmienności. Geneza powinna być ustalona przede wszystkim podczas badań terenowych,
należy również wykorzystać inne dostępne informacje o podłożu, np. mapy geologiczne.

Krok 18 – ustalenie wilgotności (nie objęte normą ISO, lecz zalecane)
Grunt określa się jako:
Suchy – su: grunt spoisty w stanie suchym tworzy grudki, które mogą pękać przy

zgniataniu. Grunt sypki przy przesypywaniu kurzy się.

Mało wilgotny – mw: grudka gruntu spoistego przy zgniataniu odkształca się

plastycznie, lecz bibuła (papier) lub dłoń przyłożone do gruntu nie stają się wilgotne. Grunt
sypki przy przesypywaniu nie kurzy się i przyłożony do bibuły lub dłoni nie zostawia śladów
wilgoci.

Załączniki

Tablica 2. Podział gruntów ze względu na uziarnienie

Uziarnienie

Średnice zastępcze ziarn, mm

Bardzo gruboziarniste

> 63

Gruboziarniste

0,063 <d

≤ 63

Drobnoziarniste

< 0,063

Tablica 3. Podział gruntów gruboziarnistych piaszczystych ze wzgl. na uziarnienie

Nazwa gruntu

Symbol

Zakres uziarnienia, mm

Piasek gruby

Csa

> 0,63

Piasek średni

MSa

0,63 ≥ d

> 0,2

Piasek drobny

FSa

≤ 0,2

(np. d

, d

) – średnica ziarna, od którego w badanej próbce jest x[%] ziarn mniejszych, wagowo

Frakcje do tablicy 4 (określone na podstawie krzywej uziarnienia)

Kamienista (f

)

63,0 – 630 mm

wirowa (f

)

2,0 – 63,0 mm

Piaskowa (f

)

0,063 – 2,0 mm

Pyłowa (f

)

0,002 – 0,063 mm

Iłowa (f

)

≤

0,002 mm