Geotechnika

ANALIZA MAKROSKOPOWA

Badania makroskopowe mają na celu wstępne określenie rodzaju gruntu i niektórych jego cech fizycznych bez pomocy przyrządów. Badania te wykonuje się w terenie i w laboratorium. Wykonuje się je zawsze bez względu na ostateczny zakres dokumentacji badawczej. Próbka do badania powinna mieć naturalne uziarnienie i wilgotność. Najczęściej badania makroskopowe obejmują określenie rodzaju i nazwy gruntu, stanu gruntu, jego barwy i wilgotności oraz zawartości węglanu wapnia. Dodatkowo rozpoznajemy rodzaj i ilość domieszek. Ustalenia dokonywane na podstawie analizy makroskopowej, jeśli nie budzą wątpliwości, mogą być w prostych przypadkach przyjmowane jako wiążące wyniki badań geotechnicznych.

Aby wyniki przeprowadzanych badań mogły być uznane za miarodajne należy wykonać minimum 5 oznaczeń.

Wskazania dotyczące gruntów niespoistych

Grunty niespoiste (sypkie) tworzą pojedyncze ziarna piaskowe lub żwirowe i są one widoczne gołym okiem. Różnice w odległości rozpoznawania ziaren stanowią orientacyjne kryterium porównawcze przy określaniu rodzaju gruntu.

Nazwa gruntu Symbol Wskazania
Żwir Ż Widoczna przewaga frakcji żwirowej, żwir gliniasty (Żg) tworzy zespolone grudki
Pospółka Po Mieszanina piasku i żwiru – oddzielne ziarna dostrzega się z odległości kilku metrów, pospółka gliniasta (Pog) tworzy zespolone grudki
Piasek gruby Pr Oddzielne ziarna są dostrzegalne z odległości ok. 2-3 m
Piasek średni Ps Oddzielne ziarna są rozróżniane z odległości ok. 1 m
Piasek drobny Pd Oddzielne ziarna mogą być rozróżniane z odległości ok. 20-30 cm
Piasek pylasty Pπ Bardzo drobny piasek, który po wyschnięciu tworzy lekko spojone grudki, rozsypujące się przy próbie ich podnoszenia, na palcach pozostaje mączka pyłowa

Wskazania dotyczące gruntów spoistych

Grunty spoiste tworzą pozornie jednorodną masę, która w pewnym zakresie wilgotności ma cechy plastyczne. Różne właściwości gruntów wynikają między innymi z różnej zawartości frakcji piaskowej, pyłowej i iłowej, co jest podstawą podziału tych gruntów na rodzaje.

Rodzaje badań:

- Oznaczenie rodzaju gruntu polega na określeniu spoistości gruntu na podstawie próby wałeczkowania (czy kulka o średnicy ok. 7 mm da się uformować, jeśli tak to jakie uszkodzenia powstają – rozwarstwienia podłużne czy spękania poprzeczne – oraz czy pojawia się połysk na kulce i wałeczku) oraz zawartości frakcji piaskowej na podstawie próby rozcierania gruntu w wodzie (zakwalifikowanie do jednej z trzech grup w zależności od ilości pozostałych ziaren między palcami).
W przypadkach wątpliwych należy dodatkowo wykonać próbę rozmakania. W próbie rozmakania mierzy się czas od zanurzenia uprzednio przygotowanej próbki do chwili jej przeniknięcia przez siatkę w wyniku rozmoknięcia.

- Oznaczenie stanu gruntu wykonuje się po uprzednim oznaczeniu rodzaju gruntu. Makroskopowo stan gruntów określa się na podstawie liczby kolejnych wałeczkowań tej samej próbki gruntu i w zależności od rodzaju gruntu ze względu na spoistość.
Wyróżnia się 6 stanów gruntu:
- zwarty
- półzwarty
- twardoplastyczny
- plastyczny
- miękkoplastyczny
- płynny
Stan zwarty gdy z gruntu nie można uformować kulki
Stan półzwarty gdy z gruntu można uformować kulkę, lecz wałeczek pęka podczas pierwszego wałeczkowania (liczba wałeczkowań wynosi 0)

- Oznaczenie wilgotności polega na obserwacji zachowania się zgniatanych na dłoni grudek gruntu oraz nawilgacania nimi pewnych przedmiotów. Przyjmujemy następujący podział:
- suchy, jeżeli grudka gruntu przy zgniataniu pęka, a w stanie rozdrobnionym nie wykazuje zawilgocenia
- mało wilgotny, jeżeli grudka gruntu przy zgniataniu odkształca się plastycznie, lecz papier filtracyjny lub ręka przyłożone do gruntu nie stają się wilgotne
- wilgotny, jeżeli papier filtracyjny lub ręka przyłożone do gruntu stają się wilgotne
- mokry, jeżeli przy ściskaniu gruntu w dłoni odsącza się z niego woda
- nawodniony, jeżeli woda odsącza się z gruntu grawitacyjnie

- Oznaczenie barwy gruntu
barwę gruntu należy określać na przełomie bryły gruntu o naturalnej wilgotności. Najpierw podajemy odcień i intensywność barwy a następnie barwę podstawową. Gdy występuje kilka barw należy podać charakter ich występowania.

- Oznaczenie klasy zawartości węglanów
próbkę gruntu zwilżamy kilkoma kroplami 20% HCl i na podstawie występującej reakcji (bądź jej braku) przyporządkowujemy grunt do danej klasy.

Zawartość CaCO3 [%] Reakcja gruntu na roztwór HCl Klasa

> 5 Burzy się intensywnie i długo IV

3 ÷ 5 Burzy się intensywnie, lecz krótko III

1 ÷ 3 Burzy się słabo i krótko II

1 > Ślady lub brak wydzielania gazu I

OPIS BADANYCH PRÓBEK

Parowniczka 103

Nazwa / rodzaj gruntu: glina pylasta zwięzła / zwięzło spoisty
(z próby wałeczkowania: wałeczek początkowo bez połysku, pod koniec pojawił się połysk, wałeczek pęka poprzecznie;
z próby rozcierania gruntu w wodzie: nie pozostają ziarna piasku)
Stan gruntu: plastyczny
(z próby wałeczkowania: 5 kolejnych wałeczkowań bez uszkodzenia wałeczka)
Wilgotność: wilgotny
Barwa gruntu: ciemnoszaro brązowa
Klasa zawartości węglanów: klasa I (brak wydzielania gazu)

Parowniczka 113

Nazwa / rodzaj gruntu: glina / średnio spoisty
(z próby wałeczkowania: od początku do końca wałeczek bez połysku, wałeczek pęka poprzecznie;
z próby rozcierania gruntu w wodzie: pozostają pojedyncze ziarna piasku)
Stan gruntu: plastyczny
(z próby wałeczkowania: 3 kolejne wałeczkowania bez uszkodzenia wałeczka)
Wilgotność: wilgotny
Barwa gruntu: żółtoszara
Klasa zawartości węglanów: klasa III (burzy się intensywnie, lecz krótko)

Nazwa / rodzaj gruntu: piasek gliniasty / mało spoisty
(z próby wałeczkowania: kulka rozsypuje się, grunt nie daje się wałeczkować;
z próby rozcierania gruntu w wodzie: pozostaje dużo ziaren piasku;
z próby rozmakania: rozmaka natychmiast => fi < 5 %)
Stan gruntu: zwarty
(z próby wałeczkowania: nie można uformować kulki)
Wilgotność: suchy
Barwa gruntu: rdzawa
Klasa zawartości węglanów: klasa I (brak wydzielania gazu)

PODSTAWOWE CECHY FIZYCZNE GRUNTU

Do podstawowych cech fizycznych gruntów zalicza się wilgotność, gęstość objętościową i gęstość właściwą szkieletu gruntowego. Mając oznaczone podstawowe cechy fizyczne gruntów można obliczyć cechy od nich podobne: gęstość objętościową szkieletu gruntowego, porowatość, wskaźnik porowatości i wilgotność całkowitą.

Gęstość objętościowa
Gęstość objętościowa gruntu jest to stosunek masy próbki gruntu do objętości tej próbki łącznie z porami. Określa się ją ze wzoru:

kg/m3 , g/cm3

Jest to wartość zmienna zależna od porowatości, wilgotności i gęstości właściwej

Orientacyjne wartości gęstości objętościowej gruntów i wilgotności naturalnej.
Nazwa gruntu wn [%] [ g/cm3]
Grunty gruboziarniste 3 - 23 1,70 – 2,10
Grunty drobnoziarniste (niespoiste) 3 – 28 1,60 – 2,05
Grunty drobnoziarniste (spoiste) 5 – 50 1,70 – 2,25
Grunty próchnicze 5 – 40 1,50 – 2,00
Namuły organiczne 20 – 150 1,30 – 1,90
Torfy 25 - 1500 1,10 – 1,80

Gęstość objętościową oznacza się na próbkach o nienaruszonej strukturze (NNS).
W celu oznaczenie gęstości objętościowej gruntów w zależności od rodzaju gruntu oraz wielkości próbki stosuje się jedną z podanych niżej metod:
- ważenia parafinowanej próbki w wodzie
- ważenie w cieczach organicznych
- metoda pierścienia tnącego i w cylindrze
- metoda rtęciowa

W gruntach kamienistych i żwirach pobranie próbki cylindrem pobranie próbki cylindrem jest prawie niemożliwe, w tym przypadku gęstość obj. można wyznaczyć metodą dołka, ważąc wydobyty grunt i mierząc jego objętość jedną z następujących metod:
- piasku kalibrowanego
- aparatu membranowego
- folii i wody

Oprócz wyżej wymienionych metod do pomiaru gęstości obj. stosuje się nie niszczące metody radioizotopowe.

Metoda ważenia oparafinowanej próbki w wodzie
Oznaczenie to polega na bezpośrednim określeniu za pomocą ważenia masy próbki gruntu mm oraz pośrednim wyznaczeniu jej objętości V, na podstawie dwukrotnego ważenia oparafinowanej próbki:
- po nałożeniu na próbkę gruntu przewiązaną nitką warstwy parafiny zabezpieczającej grunt przed rozmyciem w wodzie,
- po zanurzeniu próbki w zlewce (ważenie hydrostatyczne, próbka gruntu podwieszona na nitce do szalki wagi).

Gęstość obj. oblicza się wg wzoru:

gdzie:
mm – masa próbki gruntu w stanie naturalnym
mmp – masa oparafinowanej próbki
m’mp – pozorna masa oparafinowanej próbki przy zanurzeniu jej w wodzie
ρw – 1,00 g/cm3
ρp – 0,93 g/cm3

Pomiary przeprowadza się na dwóch próbkach, przyjmując za miarodajną wartość średnią ρ=0.5*( ρ1+ ρ2), przy założeniu | ρ1- ρ2| ≤ 0,05 ρ. Przy niespełnieniu tego warunku przeprowadza się dodatkowe oznaczenia również na dwóch próbkach i jako wynik końcowy przyjmuje się średnią arytmetyczną z trzech najmniej różniących się wartości ρi.

Metoda pierścienia
Próbkę gruntu pobiera się z bloku NNS za pomocą pierścienia o znanych wymiarach D=H=4cm.

Przebieg oznaczenia
1)zważyć i zmierzyć pierścień w celu określenia jego masy i objętości,
2)wcisnąć pierścień równomiernie w grunt,
3)pierścień oczyścić z gruntu z zewnątrz,
4)wyrównać górną i dolną powierzchnię gruntu równo z krawędziami pierścienia,
5)zważyć pierścień wraz z gruntem, określić masę gruntu mm,

Normowe ustalenia dotyczące wymaganej dokładności oznaczeń jak dla metody ważenia hydrostatycznego.

Wyniki z przeprowadzonego oznaczenia gęstości objętościowej gruntu metodą ważenia hydrostatycznego.

Wnioski:
Otrzymane wyniki spełniają normowe wymagania co do różnicy otrzymanych wartości w związku z czym należy je uznać za prawidłowe.
Wyniki z przeprowadzonego oznaczenia gęstości objętościowej metodą pierścienia tnącego.

Wnioski:
Otrzymane wyniki spełniają normowe wymagania co do różnicy otrzymanych wartości w związku z czym należy je uznać za prawidłowe.

Wilgotność
Wilgotnością nazywamy stosunek masy wody mw zawartej w jego porach do masy szkieletu gruntowego ms.

W warunkach laboratoryjnych wilgotność gruntu określa się metodą suszenia w temp. 105-110 C. W tej temperaturze z gruntu ustępuje woda wolna. Czas suszenia do stałej masy wynosi od kilku do kilkunastu godzin w zależności od spoistości gruntu.
Wilgotność gruntu oprócz metody suszenia można określić metodami przyspieszonymi, np.:
- aparatu karbidowego
- piknometru wodnego
- piknometru powietrznego
- aparatury elektronicznej
- aparatury radioizotopowej

Metoda suszenia
Masa próbki powinna wynosić co najmniej:
- 500 g dla gruntów gruboziarnistych
- 50 g dla piasków i pyłów
- 50 g dla innych gruntów drobnoziarnistych

Przebieg oznaczenia:
1)zważyć dwie parowniczki, mt,
2)umieścić próbki gruntu w parowniczkach,
3)zważyć parowniczki wraz z gruntem, mmt,
4)umieścić parowniczki wraz z gruntem w suszarce w temperaturze 105-110o C,
5)na następny dzień wyjąć parowniczki z suszarki, ostudzić, zważyć, mst

Badanie prowadzi się na dwóch próbkach, przyjmując jako wynik końcowy średnią arytmetyczną z obu oznaczeń w = 0,5*(w1+w2). W przypadku niespełnienia warunku
| w1- w2| ≤ 0,05 w, należy wykonać dwa dodatkowe oznaczenia i jako wynik końcowy przyjąć średnią arytmetyczną z 3 najmniej różniących się wartości.

Wyniki przeprowadzonego w laboratorium oznaczenia wilgotności metodą suszenia na następnej stronie.

Wnioski:
Otrzymane wyniki różnią się o więcej niż to dopuszcza norma, w związku z czym należy wykonać dwa dodatkowe oznaczenia i jako wynik końcowy przyjąć średnią arytmetyczną z 3 najmniej różniących się wartości.