Oznaczanie składu
granulometrycznego gruntu,
wyznaczanie wiglotności optymalnej.
Prezentacje wykonał;
Mateusz Zięba gr.7
Na podstawie PN-B-04481_1988
CEN ISO/TS 17892-4:2004
Oznaczanie składu
granulometrycznego gruntu,
wyznaczanie wiglotności optymalnej.
Prezentacje wykonał;
Mateusz Zięba gr.7
Na podstawie PN-B-04481_1988
CEN ISO/TS 17892-4:2004
Oznaczanie składu granulometrycznego
próbek gruntu.
Co to jest skład granulometryczny?
◦
Jest to udział masy cząstek gruntu różnych rozmiarów obecnych w
gruncie.
Jakie znaczenie ma znajomość składu granulometrycznego
gruntu?
◦
Skład granulometryczny jest jedna z najważniejszych właściwości
fizycznych gruntu.
◦
Jest podstawą klasyfikacji gruntu.
◦
Wiele właściwości geotechnicznych i hydrotechnicznych zależy od składu
granulometrycznego.
Średnica zastępcza – średnica obliczona z danych
sedymentacyjnych, przy założeniu kulistego kształtu cząstek.
Grunt gruboziarnisty – grunt zawierający ziarna żwiru i/lub
piasku z cząstkami drobnymi w ilości mniejszej niż 10%.
Grunt drobnoziarnisty – grunt zawierający więcej niż 10%
cząstek drobnych, niekiedy z piaskiem, ale bez frakcji
żwirowej lub tylko z niewielka ilością.
Grunt mieszany – grunt zawierający żwir, piasek, i więcej
niż 10% cząstek drobnych.
Drobne cząstki – cząstki przechodzące przez sito o
średnicy oczek 0,063 mm.
D
90
– Najmniejsza średnica oczek sita, przez które przechodzi
90% lub więcej cząstek gruntu.
Podstawowe definicje.
Metoda sitowa
Metoda areometryczna
Metoda pipetowa
Metody badań
Wagi
Suszarki
Eksykator
Parowniczka
Sita
Podstawowy sprzęt do badań.
1)
Sita – wymiary oczek muszą pokrywać zakres wymiarów
ziaren poszczególnych rodzajów badanego gruntu aby
zapewni ciągłość uziarnienia.
2)
Odporne na korozje płaskie naczynia.
3)
Duża, odporna na korozje lub plastikowa taca lub wiadro.
4)
Łopatka.
5)
Szczotki do sita.
6)
Gumowe uszczelki.
7)
Cylindryczna zlewka pojemność min. 800 ml.
8)
Wstrząsarka (opcjonalnie).
9)
Mechaniczna wstrząsarka (opcjonalnie).
Metoda sitowa(sprzęt
dodatkowy).
Areometr – powinien być szklany, w kształcie tropedy, szkło
powinno mieć jak najmniej widocznych defektów, być
odporne na chemikalia i dobrze wyżarzone.
Wycechowane cylindry szklane.
Termometry.
Łaźnia wodna.
Mechaniczna wstrząsarka lub mikser.
Stoper.
Stół wolny od wibracji.
Wirówka.
Metoda areometryczna (sprzęt
dodatkowy).
Pipeta (rys.1)
Wagi
Termometry
Łazina wodna
Mechaniczna wstrząsarka lub mikser
Stoper
Stół roboczy
Wirówka
Metoda pipetowa(sprzęt dodatkowy).
1-zbiorniczek
2- kurek
3-wlot ssący bańki bezpieczeństwa
4-bańka bezpieczeństwa
5-trójwlotowy kran
6-rurka wylotowa
7-pipeta
8-cylinder sedymentacyjny
9-podziałka
10-płytka przesuwna
11-zacisk
Wybór metody
Dla gruntów mieszanych powinno się stosować
zarówno metodę sitowa jak i sedymentacyjna.
Jeżeli 90% lub więcej ziaren jest większych niż
0,063 mm, należy stosować metodę sitową.
Jeżeli więcej niż 10% ziaren jest mniejszych niż
0,063 mm należy stosować metody
sedymentacyjne.
Jeżeli wymagana jest cała krzywa
granulometryczna należy stosować obie metody.
Procedura badań.
Schemat rysunkowy (rys.2).
Metoda sitowa
Należy stosować przygotowanie próbki na mokro.
Próbka powinna być przygotowana przez wytrząsanie lub
ćwiartkowanie i suszenie.
•
Minimalne masy gruntu wymagane do metody sitowej.
Przygotowanie próbki .1
Jeżeli zachodzi konieczność zastosowania dodatkowo metody
sedymentacyjnej wykonujemy ja na osobnej wysuszonej probce
gruntu.
W razie potrzeby usuwamy z próbki rozpuszczone sole, materie
organiczna lub węglany.
Sucha próbka powinna być zważona z dokładnością do 0.1%
całkowitej suchej masy (m).
Próbkę należy umieścić na tacy lub wiadrze i zalać woda, należy ja
zostawić co najmniej na 1h co jakiś czas mieszając.
Próbka powinna być przemywana przez sito o średnicy oczek 2 mm,
umieszczone w sicie 0,063 mm, do momentu gdy woda stanie się
czysta.
Cały materiał pozostawiony na sitach przenieść wysuszyć w
suszarce i zważyć..
Dotyczy tylko przygotowania próbki na mokro.
Przygotowanie próbki .2
Wysuszony materiał należy przesiać przez sita o wymiarach
oczek aż do 0,063 mm, masy pozostałe na sicie nie
powinny przekraczać wartości podanych w tabeli.
Wykonanie badania.
Przesiewanie powinno trwać co najmniej 10 min w
przypadku zastosowania maszyny przesiewającej i
przynamniej 2 min w przypadku przesiewania ręcznego.
Gdy przekroczona zostanie masa podana w tabeli,
przesiewanie należy przeprowadzić etapowo- grunt na sicie
na którym została przekroczona masa, należy podzielić na
mniejsze porcje i przesiać osobno.
Dla każdej sekwencji należy obliczyć łączną masę gruntu
jaka pozostaje na każdym sicie i przechodzi przez ostatnie
sito, jeżeli rożni się od masy początkowej o więcej niż 1 %,
przesiewanie powtórzyć.
Wykonanie badania c.d.
Frakcje przechodzącą przez poszczególne sita obliczamy
korzystając z następującego wzoru.
f
n
=[(m
1
+ m
2
+…+m
n
)/m]*100%
f
n
- frakcja przechodząca przez sito (%)
m
1
– masa gruntu przechodzącego przez sito o najmniejszych oczkach (g)
m
2
, m
n
– masa gruntu przechodzącego przez kolejne sita, aż do sita rozważanego
Metoda sitowa – opracowanie
wynikow.
Metoda areometryczna-schemat ogolny.
Próbkę niewysuszonego gruntu należy pobrać zgodnie z tabelka
Wilgotność gruntu należy oznaczyć zgodnie z
CEN ISO/TS 17892-1.
Gęstość właściwą oznaczyć stosując oddzielna próbkę zgodnie z CEN ISO/TS 17892-3
W razie konieczności usunąć części organiczne
Próbkę należy umieścić w kolbie stożkowej. Jeżeli w badaniach stosuje się wirowke grunt powinien
pozostać w wirówkowym naczyniu
Do próbki gruntu dodać 100 ml odczynnika rozpraszającego. Należy próbkę należy wstrząsać aż
wszystkie czaski znajda się w zawieszeniu (wskaźnikiem niekompletnego rozproszenia jest utworzenie
się warstewek w zawiesinie po odstawieniu kolby.
Zawiesinie można uzyskać używając mechanicznej wstrząsarki przez okres który pozwoli na całkowite
rozproszenie cząstek tj. 4h lub w przypadku bardzo szybkiej mieszarki wystarczy około 20 min.
Metoda areometryczna –
przygotowanie próbki.
Rodzaj gruntu.
Masa
(g)
Grunty piaszczyste
Do 75
Grunty spoiste z małą
ilością piasku lub bez piasku
30 - 50
Plastyczne i
miękkoplastyczne iły
10 - 30
Przygotowana zawiesina gruntowa należy przenieść na sito o średnicy oczek 0,063
mm,
Umieszczone w naczyniu zbierającym, a drobne cząstki należy wymyć przez sito z
użyciem wody, której ilość nie powinna przekroczyć 800ml.
Zawiesinę przechodzącą przez sito należy przenieść do cylindra pomiarowego i
uzupełnić woda do 1 l.
Materiał pozostały na sicie należy umieścić w parowniczce i wysuszyć w suszarce.
Materiał powinien ostygnąć, a pozostały na sitach grunt należy przesiać przez sito o
najmniejszej średnicy oczek w sposób identyczny jak przy metodzie sitowej.
Każdy materiał przechodzący przez sito o najmniejszej średnicy oczek należy dodać
do cylindra sedymentacyjnego.
Zawiesina powinna pozostawać w stanie nienaruszonym co najmniej przez 12h, w
przypadku użycia łaźni wodnej, cylinder należy umieścić w łaźni, temp cylindra
powinna być taka sama jak łaźni, poziom wody łaźni powinien być co najmniej taki
sam jak cylindra.
Przygotowujemy cylinder sedymentacyjny, zawierający roztwór odniesienia
składający się ze 100 ml odczynnika rozpraszającego oraz 900 ml wody , cylinder
należy traktować tak samo jak cylinder z zawiesina.
Przygotowanie probki c.d.
Zawiesinę należy energicznie wstrząsać, aż do momentu całkowitego
zawiesinie cząstek gruntu, np. obracając cylinder sedymentacyjny do góry
dnem ok. 60 razy przez 2 min.
Cylinder należy odstawić i rozpocząć mierzenie czasu. Areometr należy
zanurzyć w zawieszaniu tak aby mógł swobodnie unosić się na wodzie.
Odczyt areometru R’
h
należy przeprowadzić z menisku górnego po krótkim
czasie (np. 0,5 min 1 min 2 min). Areometr wyciągać wolno następnie
opłukiwać.
Areometr umieścić w roztworze odniesienia odczytać R
o
.
Areometr należy ponownie włożyć do zawiesiny gruntu, odczytać wartość
(po około 15 sek. odczyt jest odpowiedni) – najwłaściwszym przedziałem
będą odczyty w 4,8,30,60,120, 480 min i po 24h (min 3 odczyty aby
uzyskać cala krzywa sedymentacyjna).
Temperatura powinna być odnotowana po pierwszych 15 mi, a później po
każdym odczycie areometru.
Metoda areometryczna – wykonanie
badania.
Całkowita masę szkieletu gruntowego liczymy ze wzoru:
m=m
w
*
◦
m- masa szkieletu gruntowego(g)
◦
m
w
- masa gruntu w stanie wilgotnym
◦
w- wilgotność
Frakcje przechodzącą przez poszczególne sita jest oznaczana jak dla metody sitowej.
Rzeczywisty odczyt areometru wyznaczamy ze wzoru:
R
h
=R’
h
+ C
m
◦
R
h –
rzeczywisty odczyt areometru
◦
R’
h
– obserwowany odczyt areometru
◦
C
m
–
poprawka na menisk
Średnicę zastępczą, odpowiadającą
odczytowi R
h
liczymy ze wzoru:
d
1
=0,005531
d
1 –
średnica zastępcza
- dynamiczna lepkość wody (patrz norma str.21)
H
t –
efektywna wielkość areometru
- gęstość właściwa
t- czas
Metoda aerometryczna – opracowanie wyników.
w
100
100
xt
Ht
)
1
/(
)
(
Zmodyfikowany odczyt areometru R
d
liczymy ze wzoru:
R
d
= R’
h
– R’
0
R
d –
zmodyfikowany odczyt areometru
R’
h
- obserwowany odczyt areometru
R’
0
– obserwowany odczyt areometru w roztworze odniesienia
Frakcje mniejsza niż średnica zastępcza:
d
K- frakcja mniejsza niż średnica zastępcza
-gęstość właściwa
m- masa szkieletu gruntowego
R
d
–zmodyfikowany odczyt areometru
Metoda areometryczna opracowanie
wynikow c.d.
R
m
x
K
*
)
1
(
100
Przygotowanie próbki
◦
Próbkę należy przygotować tak jak dla metody areometrycznej.
Masa suchego gruntu powinna wynosić 50g dla gruntów
piaszczystych i 20g dla gruntów ilastych.
Wykonanie badania
o
wysuszyć pewną liczbę parowniczek w temp 105 C, oznaczyc
ich masę.
o
Zawiesinie należy wzburzyć energicznie obracając cylinder
góra – dół 60 razy w ciągu 2 min.
o
Cylinder należy odstawić i rozpocząć mierzenie czasu.
Metoda pipetowa .
Temperaturę zawiesiny należy oznaczyć, a głębokość i czas
zanurzenia dla poszczególnych frakcji odczytać z tablicy.
Metoda pipetowa wykonanie badania c.d.
Pipetę należy umieszczać ostrożnie w zawiesinie do
wymaganej głębokości. Pipeta powinna być wypełniana
stopniowo i opróżniona do wysuszonej parowniczki. Pipetę
należy opłukać woda, a to co pozostało wymyte należy dodać
do tej samej parowniczki.
Parowniczkę z gruntem osuszyć w suszarce i zważyć (m
2
).
Należy także za pomocą pipety pobrać próbkę roztworu
odniesienia i umieścić w parowniczce . Pipetę należy
wypłukać a to o zostało dodać do parowniczki. Parowniczkę
suszyć i zważyć (m
b
).
Czynności wymienione powtórzyć dla wszystkich
wymaganych rozmiarów cząstek.
Należy oznaczyć przynamniej 3 frakcje równomiernie
pokrywające krzywa uziarnienia.
Metoda pipetowa wykonanie badania
c.d.
Całkowitą masę szkieletu oznaczamy ze wzoru:
m- masa szkieletu gruntowego (g)
m
w –
masa gruntu w stanie wilgotnym (g)
w – wilgotność (%)
Jeśli grunt poddano początkowym czynnościom, masę
suchego gruntu po tych czynnościach należy obliczyć jak
wyżej i zastępuje ona masę (m) we wszystkich następnych
obliczeniach.
Frakcja przechodząca przez dolne sita jest oznaczana tak
jak dla metody sitowej.
Metoda pipetowa - opracowanie
wynikow.
w
m
100
100
*
mw
Frakcje mniejsza niż średnica zastępcza należy obliczyć ze
wzoru:
K – frakcja mniejsza niż średnica zastępcza (%)
m
1,i
- masa pustej parowniczki (g)
m
2,i
- masa parowniczki z wysuszoną frakcją gruntu
m
b
– masa wysuszonych w suszarce pozostałości płynu odniesienia (g)
V
1
– objętość zawiesiny w cylindrze sedymentacyjnym (ml)
V
2
– objętość pipety (ml)
Metoda pipetowa opracowanie wynikow
c.d.
%
100
2
1
)
1
2
(
x
xm
V
xV
mb
i
m
i
m
K
Nazwa metody.
Zakres stosowalności
względem rodzaju gruntu.
Metoda pipetowa.
•>10% ziaren mniejsze niż
0,063mm
Metoda areometryczna.
•>10% ziaren mniejsze niż
0,063mm
•oznaczanie zawartości cząstek
frakcji iłowej i frakcji pyłowej.
Metoda sitowa
•90% lub wiecej ziaren jest
wiekszych niż 0,063 mm
Zestawienie metod.
Wybór metody zależy od wielkości ziaren. Jeżeli ziarna w gruncie
mają wymiary większe niż 0,06mm stosujemy analizę sitową, jeżeli
natomiast ziarna są mniejsze niż 0,06mm, stosuje się jedną z metod
sedymentacyjnych. W przypadku, gdy ziarna są większe i mniejsze
od 0,06mm (dotyczy to najczęściej różnych glin i piasków gliniastych)
stosuje się kombinacje obydwu metod.
Sporządzona przez nas krzywa powinna być płynna
(świadczy to o poprawności wykonania badania).
Im grunt bardziej równoziarnisty tym przebieg krzywej
bardziej stromy
Gdy krzywa jest łagodna uziarnienie jest zróżnicowane
Krzywa uziarnienia.
Wskaźnik różnoziarnistości
U:
d
60
– średnica ziaren (cząstek), których
wraz z mniejszymi jest w gruncie 60 %
d
10
– średnica ziaren (cząstek), których
wraz z mniejszymi jest w gruncie 10 %
10
60
d
d
U
Wskaźnik U określa jednorodność gruntu
ze względu na uziarnienie:
jeśli 1 ≤ U ≤ 5 – grunt jest równoziarnisty
jeśli 5 ≤ U ≤ 15 – grunt jest różnoziarnisty
jeśli U > 15 – grunt jest bardzo
różnoziarnisty
Wskaźnik krzywizny
uziarnienia C:
d
60
– średnica ziaren (cząstek), których
wraz z mniejszymi jest w gruncie 60 %
d
10
– średnica ziaren (cząstek), których
wraz z mniejszymi jest w gruncie 10 %
d
30
– średnica ziaren (cząstek), których
wraz z mniejszymi jest w gruncie 30 %
60
10
2
30
d
d
d
C
Przydatność gruntu do budowy
nasypów
ze względu na łatwość zagęszczania:
Grunty nadające się (dobrze uziarnione) to:
żwiry o współczynniku C = 1 – 3, U > 4
piaski o współczynniku C = 1 – 3, U > 6
Frakcje gruntów wg PN-86/B-02480
Pyłowa
ƒ
i
0,05 ≥ d >
0,002
Iłowa
ƒ
π
0,002 ≥ d
Żwirowa
ƒ
ż
40 >d > 2
Piaskowa
ƒ
p
2 ≥ d > 0,05
Trójkąt klasyfikacyjny z diagramem PN-EN ISO
14688
1 - zawartość frakcji żwirowej (2-63
mm)
2 - zawartość frakcji piaskowej
(0,063-2 mm)
3 - zawartość frakcji
drobnoziarnistych ( < 0,063 mm)
4 - zawartość frakcji iłowej w
stosunku do masy gruntu o ziarnach
( < 63 mm)
5 - grunty drobnoziarniste (pyły i iły)
6 - grunty o mieszanym uziarnieniu
(pylaste lub ilaste żwiry i piaski)
7 - grunty gruboziarniste (żwiry i
piaski)
Karta badań.
Sprawozdanie z badan powinno zawierać następujące
informacje
◦
Metody badan.
◦
Dane identyfikacyjne próby do badan (numer otworu, numer próby,
numer badania itp.)
◦
Wyniki badan przedstawione na półlogarytmicznym wykresie.
Sprawozdanie z badań.
Wartość gęstości właściwej stosowanej w obliczeniach oraz
czy wartość została oznaczona z badan czy założona.
Metody czynności początkowych.
Nazwę zakładu badającego.
Wszelkie odchylenia od procedur i szczegóły które mogą
być istotne do interpretacji wyników.
Sprawozdanie z badan c.d.
Co to jest wilgotność optymalna?
•
Wilgotność optymalna (w
opt
) jest to wilgotność przy której
uzyskujemy maksymalne zagęszczenie gruntu, tj.
maksymalna gęstość objętościową szkieletu gruntowego.
W jakim celu wykonuje się badanie (w
opt
)?
•
Badania tego typu wykonuje się przy zagęszczaniu gruntów
pod nawierzchnie drogowe, lotniska, boiska oraz przy
formowaniu nasypów ziemnych.
Oznaczanie wiglotności
optymalnej.
Badanie wykonuje się
w aparacie
Proctora (rys).
W zależności od wielkości
cylindra, ilości warstw,
ilości i wysokości spadania
ubijaka rozróżnia się 4
metody zagęszczania
gruntu.
Metoda oznaczania.
Rys. Schemat aparatu
Proctora z ubijakiem (wg
PN-88/B-04481):
1- podstawa,
2 – cylinder,
3 – kołnierz,
4 – śruby dociskowe,
5 – ubijak.
Metoda 1- grunt układamy w cylindrze małym w 3
warstwach zagęszczając każdą warstwę 25 uderzeniami
ubijaka lekkiego.
Metoda 2 – grunt układamy w cylindrze dużym w 3
warstwach zagęszczając każdą warstwę 55 uderzeniami
ubijaka lekkiego.
Metoda 3 – grunt układamy w cylindrze małym w 5
warstwach zagęszczając każdą warstwę 25 uderzeniami
ubijaka ciężkiego.
Metoda 4 – grunt umieszczamy w cylindrze duzym w 5
warstwach zagęszczając każdą warstwę 55 uderzeniami
ubijaka ciężkiego.
Metody ubijania.
Tabele normowe.
•
aparat Proctora
•
suwmiarka
•
parowniczki
•
nóż
•
waga
•
suszarka
Przyrządy potrzebne do
przeprowadzenia badania.
1.
- zmierzyć suwmiarką: wewnętrzną wysokość h [cm] i średnicę d [cm] cylindra,
2.
- zważyć pusty cylinder m
t
[g].
3.
- zważyć parowniczki do oznaczenia wilgotności.
4.
- do cylindra z kołnierzem nałożyć pierwszą warstwę gruntu do połowy wysokości cylindra i
ubijać ubijakiem 25 razy na całej powierzchni próbki.
5.
- nałożyć drugą warstwę gruntu do wysokości połączenia cylindra z kołnierzem, powtórzyć
ubijanie podobnie jak dla pierwszej warstwy.
6.
- punkt 5 powtórzyć dla trzeciej warstwy gruntu nakładając do ¾ wysokości kołnierza,
7.
- delikatnie zdjąć kołnierz, ściąć nadmiar gruntu nad krawędzią cylindra tak, aby grunt wypełniał
dokładnie wnętrze cylindra.
8.
- dokładnie oczyścić cylinder z zewnątrz z gruntu i zważyć (m
wt1
).
9.
- do zważonej parowniczki pobrać próbkę gruntu dla określenia wilgotności (w
1
).
10.
- wysypać grunt z cylindra do pojemnika.
11.
- do używanego w poprzednim ubijaniu gruntu dodać niewielką ilość wody i dokładnie
wymieszać.
12.
- powtórzyć czynności wg pkt. 4 – 10.
13.
- powtarzać cykl ubijania wg pkt. 11 – 12 określając odpowiednio m
wti
i w
i
do momentu, gdy masa
cylindra z gruntem zmaleje; dopuszcza się najwyżej 5 – krotne wykonanie zagęszczania tej
samej próbki gruntu.
14.
- po zakończeniu ostatniego ubijania wysypać grunt z cylindra do pojemnika i wyczyścić aparat
Proctora.
Przebieg badania
(przy 3 metodzie ubijania gruntu).
Objętość cylindra – V [g/cm
3
]
Dla każdego ubijania wyznaczamy:
Masę gruntu m
i
= m
wti
- m
t
[g]
m
wti
-masa cylindra z gruntem,
m
t
- masa pustego cylindra)
Gęstość objętościową gruntu ƍ
i
= m
i
/ V [g/cm
3
]
Wilgotność gruntu w
i
= (m
mt
- m
st
/
m
st
– m
t
)*100%
m
mt
–masa parowniczki z gruntem wilgotnym [g]
m
st
-masa parowniczki z gruntem suchym [g]
m
t
-masa pustej parowniczki [g]
Gęstość objętościową szkieletu gruntowego ƍ
di
= (ƍ
i
*100)/(100+ w
i
)
Interpretacja wyników, potrzebne
obliczenia.
Dla uzyskanych wyników sporządzamy wykres gęstości
objętościowej szkieletu gruntu w zależności od wilgotności.
Jako wilgotność optymalną w
opt
należy przyjąć wartość
wilgotność, która odpowiada maksymalnej gęstości
objętościowej szkieletu gruntowego ρ
dmax .
Analiza rezultatów.
Karta badań.