PN-88_B-04481.pdf

PN-88/B-04481 – Grunty budowlane. Badania próbek gruntu

UKD 624.131.3 POLSKA

Grunty budowlane POLSKI KOMITET NORMALIZACJI, MIAR I JAKOŚCI

PN-88

NORMA

B-04481 Zamiast: PN-75/B-04481 PN-74/B-04452 p. 6.1-6.3

Badania próbek gruntu Grupa katalogowa SKN 0739

Building soils Laboratory tests

Sols de construction Essais de laboratoire

SPIS TREŚCI 1. WSTĘP 1. 1. Przedmiot normy 1. 2. Zakres stosowania normy 1. 3. Określenia 2. OGÓLNE ZASADY STOSOWANIA I WYKONYWANIA BADAŃ 2. 2. 2. 2.

1. Program badań 2. Rodzaje i wymagania dla próbek gruntu przy wykonywaniu poszczególnych badań 3. Dokładność oznaczania siły, masy i wymiarów liniowych 4. Dokumentacja badań 3. OPIS BADANIA WŁAŚCIWOŚCI GRUNTÓW METODĄ MAKROSKOPOWĄ

3. 1. Zasada metody i jej zastosowanie 3. 2. Oznaczanie rodzaju gruntów 3.2.1. Wstępne ustalenia spoistości gruntu 3.2.2. Oznaczanie rodzaju gruntów spoistych 3.2.3. Uzupełniający opis próbek gruntów spoistych 3.2.4. Przybliżone oznaczanie rodzaju gruntów niespoistych 3. 3. Oznaczanie stanu gruntów spoistych 3. 4. Oznaczanie wilgotności 3. 5. Oznaczanie barwy gruntu 3. 6. Oznaczanie klasy zawartości węglanów 4. OPIS BADANIA DLA OKREŚLENIA GRUNTU wg PN-86/B-02480 4. 1. Analiza sitowa 4.1.1. Zasada i zakres stosowania metody 4.1.2. Przyrządy 4.1.3. Przygotowywanie próbek do analizy 4.1.4. Wykonywanie analizy sitowej 4.1.5. Obliczanie wyników 4. 2. Analiza areometryczna 4.2.1. Zasada metody i zakres stosowania 4.2.2. Przyrządy i materiały 4.2.3. Cechowanie areometrów Wydrukowano z programu Integram 2.0

Strona 1


4.2.4. Przygotowywanie zawiesiny gruntowej 4.2.5. Kontrola stabilności zawiesiny 4.2.6. Wykonywanie badania 4.2.7. Obliczanie wyników 4.2.8. Oznaczania pomocnicze 4. 3. Oznaczanie całkowitej powierzchni właściwej (St) gruntu metodą sorpcji błękitu metylenowego 4.3.1. Zasada oznaczania 4.3.2. Przyrządy i materiały 4.3.3. Przygotowywanie próbek gruntów 4.3.4. Wykonywanie oznaczań pojemności sorpcyjnej (MBC) 4.3.5. Obliczanie wyników (MBC,St) 4. 4. Oznaczanie zawartości części organicznych (Iom) oraz strat masy przy prażeniu (Iz) 4.4.1. Zasada badania 4.4.2. Przyrządy i materiały 4.4.3. Przygotowywanie próbek gruntów 4.4.4. Wykonywanie badania 4.4.5. Obliczanie wyników 5. OPIS BADAŃ DLA OKREŚLENIA STANU GRUNTÓW 5.1. Oznaczanie wilgotności gruntu (w) 5.1.1. Przyrządy 5.1.2. Przygotowywanie próbek do oznaczania 5.1.3. Wykonywanie oznaczania 5.1.4. Obliczanie wyników 5.2. Oznaczanie gęstości objętościowej (ρ) gruntu 5.2.1. Metody oznaczania i zakres ich stosowania 5.2.2. Przyrządy i materiały 5.2.3. Oznaczanie gęstości objętościowej gruntu metodą wyporu hydrostatycznego w cieczach organicznych 5.2.4. Oznaczanie gęstości objętościowej gruntów metodą wyporu hydrostatycznego wody 5.2.5. Oznaczanie gęstości objętościowej gruntu przez pomiar objętości próbki za pomocą rtęci 5.2.6. Oznaczanie gęstości objętościowej gruntu w pierścieniu lub w cylindrze 5.2.7. Oznaczanie maksymalnej i minimalnej gęstości objętościowej gruntów niespoistych (ρd max, ρd min) 5.3. Oznaczanie gęstości właściwej szkieletu gruntowego (ρs) 5.3.1. Przyrządy 5.3.2. Cechowanie kolby (piknometru) 5.3.3. Przygotowywanie próbek gruntu 5.3.4. Wykonanie oznaczania 5.3.5. Obliczanie wyników 5. 4. Oznaczanie granicy skurczalności gruntu (wS) 5.4.1. Zasada badania 5.4.2. Przyrządy 5.4.3. Wykonanie oznaczania 5.4.4. Obliczanie wyników 5. 5. Oznaczanie granicy plastyczności gruntu (wP) 5.5.1. Zasada badania 5.5.2. Przyrządy 5.5.3. Przygotowywanie próbek do oznaczania 5.5.4. Wykonanie oznaczania 5.5.5. Obliczanie wyników 5.6. Oznaczanie granic płynności gruntu (wL, ) 5.6.1. Metody oznaczania 5.6.2. Oznaczanie granic płynności (wL) gruntu metodą Casagrandéa

Wydrukowano z programu Integram 2.0

Strona 2


5.6.3. Oznaczanie granic płynności (

) gruntu metodą Wasiliewa

5.6.4. Oznaczanie granic płynności (wL) gruntów metoda penetrometru stożkowego 5.7. Oznaczanie wskaźnika konsystencji gruntów (IC) 5.7.1. Zasada badania 5.7.2. Przyrządy 5.7.3. Przygotowanie próbek gruntu do oznaczania 5.7.4. Wykonanie oznaczania 5.7.5. Obliczanie wyników 5.8. Obliczanie wielkości pochodnych 5.8.1. Obliczanie gęstości objętościowej szkieletu gruntowego (ρd) 5.8.2. Obliczanie porowatości (n) i wskaźnika porowatości gruntu (e) 5.8.3. Obliczanie wartości stopnia wilgotności (Sr) gruntu 5.8.4. Obliczanie wartości stopnia zagęszczenia (ΙD) i zmodyfikowanego stopnia zagęszczenia (ΙDM) gruntów niespoistych 5.8.5. Obliczanie wartości stopni plastyczności (IL, IL) 5.8.6. Obliczanie wartości stopnia konsystencji (IK) 5.8.7. Obliczanie wartości nowego stopnia plastyczności (ILN) 6. OPIS BADAŃ ZMIAN PRÓBEK GRUNTU POD OBCIĄŻENIEM 6. 1. Oznaczanie modułów ściśliwości pierwotnej (M0) i wiórnei (M) gruntu metodą edometryczną 6.1.1. Zasada pomiarów i obliczeń 6.1.2. Edometry i ich przygotowanie do badań 6.1.3. Wykonanie oznaczań modułów ściśliwości 6.1.4. Oznaczania pomocnicze 6.1.5. Dokumentacja badania 6. 2. Oznaczanie ciśnienia pęcznienia (Pc) 6.2.1. Zasada oznaczania 6.2.2. Przyrządy 6.2.3. Woda stosowana przy wykonywaniu oznaczań 6.2.4. Przygotowanie próbek do oznaczania 6.2.5. Wykonanie oznaczania 6.2.6. Obliczanie wynikow 6. 3. Oznaczanie wskaźnika osiadania zapadowego (imp) gruntu 6.3.1. Zasada oznaczania 6.3.2. Przyrządy 6.3.3. Wykonanie oznaczania 6.3.4. Obliczanie wyników 7. OPIS BADANIA WYTRZYMAŁOŚCI GRUNTÓW NA ŚCINANIE 7.1. Oznaczanie wytrzymałości na ścinanie (τf) 7.1.1. Oznaczanie wytrzymałości na ścinanie metodą penetrometru stożkowego (PS) 7.1.2. Oznaczanie wytrzymałości na ścinanie (τf) gruntu przy użyciu ścinarki obrotowej (TV) 7. 2. Oznaczanie spójności i kąta tarcia wewnętrznego gruntu 7.2.1. Oznaczanie spójności gruntu (cu) za pomocy penetrometru tłoczkowego (PP) 7.2.2. Oznaczanie spójności (cs) i kąta tarcia wewnętrznego (Φs) gruntu metodą bezpośredniego ścinania 7.2.3. Oznaczanie spójności (cu, c', c) i kąta tarcia wewnętrznego (Φu, Φ,

Φ') gruntu przy zastosowaniu aparatu trójosiowego

ściskania 8. OPIS BADANIA WILGOTNOŚCI OPTYMALNEJ (wopt), MAKSYMALNEJ GĘSTOŚCI OBJĘTOŚCIOWEJ SZKIELETU


Strona 3


GRUNTOWEGO (ρds) ORAZ OBLICZANIE WSKAŹNIKA ZAGĘSZCZENIA (IS) 8. 1. Postanowienia ogólne 8. 8. 8. 8. 8.

2. Metody oznaczania 3. Przyrządy 4. Przygotowanie próbek do oznaczania 5. Wykonanie oznaczania 6. Obliczanie wyników 9. POSTANOWIENIA PRZEJŚCIOWE

9. 1. Stosowanie edometru 9. 2. Stosowanie uproszczonej metody TS ZAŁĄCZNIKI 1. 2. 3.

Badania makroskopowe Zestawienie wyników nadań laboratoryjnych — część A Zestawienie wyników badań laboratoryjnych — część B INFORMACJE DODATKOWE

Zgłoszona przez Ministerstwo Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa Ustanowiona przez Polski Komitet Normalizacji, Miar i Jakości dnia 30 czerwca 1988 r. jako norma obowiązująca od dnia 1 stycznia 1989 r. (Dz. Norm. i Miar nr 12/1988, poz. 27)

1. WSTĘP 1.1. Przedmiot normy. Przedmiotem normy jest oznaczanie cech gruntów budowlanych na podstawie badań próbek pobranych z podłoża lub budowli ziemnych. 1.2. Zakres stosowania normy. Normę należy stosować przy wykonywaniu badań pobranych próbek gruntu dla potrzeb budownictwa powszechnego. Norma nie dotyczy: a) badań gruntów skalistych i kamiennych, b) dodatkowych metod badań dla potrzeb budownictwa specjalnego (np. hydrotechnicznego, drogowego itd.). c) badań wytrzymałościowych gruntów niespoistych, d) rzadko stosowanych badań oraz badań w przypadku których metodyka nie została jeszcze określona dostatecznie jednoznacznie dla potrzeb normalizacji. 1.3. Określenia — wg PN-86/B-02480.

2. OGÓLNE ZASADY STOSOWANIA l WYKONYWANIA BADAŃ 2.1. Program badań. Program badań laboratoryjnych wynikać powinien z potrzeb projektowania i być sporządzany przez odnośnego projektanta przy udziale autora projektu dokumentacji geologiczno-inżynierskiej lub programu technicznych badań podłoża. Program badań wytrzymałościowych powinien uwzględniać wymagania wynikające z rekonsolidacji próbek i przewidywanej ścieżki obciążenia podłoża projektowanej budowli. Jako minimum zakresu badań, dla wszystkich pobranych próbek NW i NNS wg 2.2, należy wykonać badania makroskopowe zgodnie z rozdz. 3. Zalecane jest wykonywanie badań laboratoryjnych dla gruntów makroskopowo jednorodnych. W przypadku dostrzegalnej niejednorodności, obecności przewarstwień itp. zakres badań należy dodatkowo uzgodnić z autorem badań programu.


Strona 4


Jeśli dla gruntów wykonuje się oznaczania granic konsystencji, (wP, wL) analizy aerometryczne należy wykonać dla pasty gruntowej pozostałej po powyższych badaniach. Jeśli dla określonych gruntów wykonuje się oznaczanie właściwości mechanicznych wg rozdz. 6 i 7, to oznaczania granic konsystencji i analizy areometryczne należy wykonać z gruntu pozostałego po badaniach, wymieszanego do stanu pasty. 2.2. Rodzaje i wymagania dla próbek gruntu przy wykonywaniu poszczególnych badań. Rozróżnia się następujące rodzaje próbek: a) próbki o naturalnym uziarniemu (NU), pobrane i opakowane w sposób zabezpieczający zachowanie naturalnego uziarnienia gruntu, b) próbki o naturalnej wilgotności (NW), pobrane i opakowane w sposób zabezpieczający zachowanie naturalnej wilgotności i naturalnego uziarnienia, c) próbki o naturalnej strukturze (NNS), spełniające warunek próbek NW i pobrane oraz opakowane w sposób zabezpieczający zachowanie naturalnej struktury gruntu w warunkach zalegania. Określenie ,,naturalne" oznacza stan w warunkach zalegania, niezależnie czy dotyczy ono gruntów antropogennych lub naturalnych, rodzimych lub nasypowych wg PN-86/B-02480. Wymagania dotyczące rodzaju próbek i zakresu badań dla różnych gruntów podano w tabl. 1.

Tablica 1. Zakres badań w zależności od rodzaju próbek

Rodzaje badań

Zastosowanie badania

Badanie makroskopowe wg rozdz. 3

do próbek NW i NNS wszystkich rodzajów gruntów

Oznaczanie uziarnienia (składu granulometrycznego) wg 4.1 i/lub 4.2

do wszystkich rodzajów gruntów o zawartości części organicznych (Iom) mniejszej niż 2%; w przypadku gruntów spoistych należy stosować próbki NW lub NNS

Oznaczanie całkowitej powierzchni właściwej (St) wg 4.3

do wszystkich rodzajów gruntu o ziarnach < 2 mm

Oznaczanie zawartości części organicznych (Iom) oraz strat masy przy prażeniu (Iz) wg 4.4

do wszystkich rodzajów gruntów, za wyjątkiem gruntów żwirowych i kamienistych

Oznaczanie wilgotności (w) wg 5.1

do próbek NW wszystkich rodzajów gruntów

Oznaczanie gęstości objętościowej gruntów (ρ) wg 5.2 Oznaczanie gęstości właściwej szkieletu gruntowego

do próbek NNS wszystkich rodzajów gruntów do wszystkich rodzajów gruntów

(ρs) wg 5.3 Oznaczanie granicy skurczalności (wS) wg 5.4

do próbek NNS gruntów spoistych

Oznaczanie granicy plastyczności gruntów (wP) wg 5.5

do próbek NW i NNS wszystkich gruntów spoistych

Oznaczanie granicy płynności gruntów (wL lub wL) wg do próbek NW wszystkich gruntów spoistych 5.6 Oznaczanie wskaźnika konsystencji gruntów (IC)

do próbek NW wszystkich gruntów spoistych

Oznaczanie gęstości objętościowej szkieletu

do próbek NNS wszystkich rodzajów gruntów

gruntowego (ρd) wg 5.8.1 Oznaczanie wskaźnika porowatości (e) wg 5.8.2

do próbek NNS wszystkich rodzajów gruntów

Oznaczanie wskaźników porowatości (emax i emin) wg do gruntów niespoistych, gdy zawartość części organicznych (Iom) jest mniejsza niż 2% (m/m) oraz 5.8.2 zawierających nie więcej niż 5% (m/m) frakcji o ziarnach 2 ÷ 5 mm i nie zawierających ziaren większych niż 5 mm Obliczanie stopnia wilgotności (Sr) wg 5.8.3

do gruntów NNS wszystkich rodzajów gruntów

Obliczanie stopnia zagęszczenia (ID) wg 5.8.4

do gruntów niespoistych, gdy zawartość części organicznych (Iom) jest mniejsza niż 2% (m/m) oraz zawierających nie więcej niż 5% (m/m) frakcji o ziarnach 2 ÷ 5 mm i nie zawierających ziaren większych niż 5 mm


Strona 5


Oznaczanie edometrycznych modułów ściśliwości (M0 do próbek NNS gruntów spoistych oraz gruntów organicznych i M) wg 6.1 Oznaczanie ciśnienia pęcznienia gruntów spoistych (Pc) wg 6.2

do próbek NNS gruntów spoistych

Oznaczanie wskaźnika osiadania zapadowego (imp) wg 6.3

do próbek NW wszystkich gruntów spoistych

Oznaczanie wytrzymałości na ścinanie (τf) wg 7.1 Oznaczanie kąta tarcia wewnętrznego (Φ) wg 7.2 Oznaczanie wilgotności optymalnej (wopt), maksymalnej gęstości objętościowej

do próbek NNS gruntów spoistych do próbek NNS gruntów spoistych do wszystkich rodzajów próbek gruntów, z wyjątkiem gruntów bardzo spoistych i spoistych zwięzłych

szkieletu gruntowego (ρds) oraz obliczanie wskaźnika zagęszczenia (Is) wg rozdz. 8 Należy zwrócić uwagę na ograniczoną celowość lub niecelowość wykonywania niektórych badań w przypadku gruntów niejednorodnych, uwarstwionych lub wykazujących wytrzymałość strukturalną; do gruntów takich zaliczyć np. należy niektóre grunty wietrzelinowe, gytie i iły warwowe. W przypadku próbek NW i NNS badania powinny być rozpoczęte nie później niż przed upływem 21 dni od daty ich pobrania. Wszystkie próbki poddane działaniu temperatur ujemnych należy traktować jako próbki NU. Próbki NW i NNS należy zabezpieczać przed działaniem podwyższonych temperatur (składanie w pobliżu urządzeń ogrzewczych, bezpośrednie nasłonecznienie w okresie letnim, itp). Z pobranej próbki należy wydzielić odpowiednie ilości gruntu do badań zgodnie z programem, a pozostałą część zabezpieczyć w celu ewentualnych badań sprawdzających. Należy bezpośrednio po tym rozpocząć badania. Grunt przeznaczony do badań w późniejszych terminach należy zabezpieczyć przed możliwością zmian składu granulometrycznego, wilgotności, struktury itp. 2.3. Dokładność oznaczania siły, masy i wymiarów liniowych. Dopuszczalna wartość średniego błędu kwadratowego (sy) danego parametru y powinna być w każdym przypadku przedmiotem odpowiedniej oceny uwzględniającej konkretne potrzeby. Jeśli poszukiwany parametr liczbowy y jest obliczany jako funkcja F nieskorelowanych parametrów a0, a1 ... aN wyznaczanych bezpośrednio, dopuszczalne wartości błędów wyznaczenia powyższych parametrów obliczyć należy za pomocą równania

(1)

zakładając, że wartości

do

są odpowiednio małe w stosunku do wartości parametrów a0 do aN.

Jeżeli w opisie poszczególnych badań nie podano innych wymagań, jako minimalną dokładność należy przyjąć: a) dokładność oznaczania siły, która pozwoli na określenie naprężeń z błędem nie większym niż 2 kPa, b) dokładność oznaczania masy powinna być nie mniejsza niż 0,1% w stosunku do masy próbki. c) dokładność oznaczania wymiarów liniowych, która pozwoli na określenie objętości z dokładnością do 0,5% objętości próbki. 2.4. Dokumentacja badań. Przy wykonywaniu badań wyniki przeprowadzanych pomiarów zaleca się wpisywać do odpowiednich formularzy, których zestaw stanowi dokumentację odnośnego tematu badawczego 1). W celu ujednolicenia dokumentacji sporządzanych przez różne instytucje i przedsiębiorstwa należy stosować formularze wg załączników: Załącznik Z1 — w przypadku wykonania jedynie badań makroskopowych, Załącznik Z2 — w przypadku wykonania badań makroskopowych i oznaczań parametrów fizycznych gruntów, Załącznik Z3 — w przypadku jak wyżej oraz oznaczań właściwości mechanicznych badanych gruntów, oraz wykresy odpowiadające rys. 15, 27, 31 i 34.

3. OPIS BADANIA WŁAŚCIWOŚCI GRUNTÓW METODĄ MAKROSKOPOWĄ 3.1. Zasada metody i jej zastosowanie. Metoda makroskopowa jest uproszczonym badaniem rodzaju i stanu gruntów — wyniki mają charakter przybliżony w stosunku do ustaleń wg PN-86/B-02480. Stosując metodę makroskopową w celu określenia rodzaju i stanu gruntów należy wyniki co najmniej 5% badanych próbek porównać z wynikami analogicznych badań wg niniejszej normy.

3.2. Oznaczanie rodzaju gruntów 3.2.1. Wstępne ustalenia spoistości gruntu. Grunt należy określać jako spoisty, jeżeli po wyschnięciu do stanu powietrznosuchego tworzy on zwarte grudki.


Strona 6


Grunt należy określać jako niespoisty, jeżeli po wyschnięciu do stanu powietrznosuchego stanowi on niezwiązane ze sobą cząstki lub grudki, rozpadające się pod wpływem lekkiego nacisku palcem (siła około 1 N). 3.2.2. Oznaczanie rodzaju gruntów spoistych polega na ocenie spoistości gruntu na podstawie próby wałeczkowania i rozcierania gruntu w wodzie. Próba wałeczkowania wg poz. a) służy do oceny spoistości gruntu, zaś próba rozcierania w wodzie, poz. b) — do oceny zawartości frakcji piaskowej. W przypadkach wątpliwych należy dodatkowo wykonać próbę rozmakania, poz. c). a) Próba wałeczkowania. Z przeznaczonej do badań grudki gruntu bez frakcji kamienistej i żwirowej należy uformować kulkę o średnicy około 7 mm. Kulkę należy położyć na wyprostowanej dłoni i nasadą kciuka drugiej dłoni wałeczkować grunt nieznacznie naciskając; wałeczkować należy z szybkością około 2 obrotów na sekundę aż do otrzymania wałeczka o średnicy około 3 mm. Jeżeli wałeczek nie wykazuje uszkodzeń, należy ugnieść go i ponownie uformować kulkę oraz powtórzyć wałeczkowanie. Czynności te należy powtarzać tak długo, aż wałeczek — po uzyskaniu średnicy 3 mm — wykaże spękania, rozwarstwienia lub rozsypie się. Wałeczkowanie należy również zakończyć, gdy wałeczek długości 4 ÷ 5 cm podnoszony za jeden koniec zacznie pękać pod własnym ciężarem. Rodzaj uszkodzeń oraz wygląd wałeczka określa rodzaj gruntu wg tabl. 2 kol 2 i 6. Próbę wałeczkowania należy przeprowadzać co najmniej na dwóch kulkach, a w przypadku wyraźnej niezgodności wyników — dodatkowo na trzeciej kulce. Wszystkie wyniki wałeczkowań (liczby wałeczkowań) należy wpisać do formularzy (załączniki Z1 i Z2). b) Próba rozcierania gruntu w wodzie. Grudkę gruntu przeznaczonego do badań należy rozcierać między dwoma palcami zanurzonymi w wodzie. Jeżeli podczas wykonywania próby pozostaje między palcami dużo ziaren piasku — grunt należy zaliczyć do grupy I, jeżeli wyczuwa się tylko pojedyncze ziarna piasku — należy zaliczyć do grupy II, a gdy nie pozostają ziarna piasku — należy zaliczyć do grupy III. Oznaczenie grup podano w tabl. 2 kol. 3

÷ 5.

c) Próba rozmakania. Z przeznaczonego do badań gruntu należy pobrać grudkę o średnicy 15 ÷ 20 mm i wysuszyć do stałej masy w temperaturze 105 ÷ 110°C. Tak przygotowaną grudkę należy umieścić na siatce o wymiarach boków oczek kwadratowych 5 mm i zanurzyć całkowicie w wodzie. Czas rozmakania grudki mierzy się od chwili zanurzenia w wodzie do chwili jej przeniknięcia przez siatkę w wyniku rozmoknięcia. Rodzaj gruntu należy określić wg tabl. 2 kol. 2 na podstawie danych kol. 7. 3.2.3. Uzupełniający opis próbek gruntów spoistych. Nazwę i rodzaj gruntu, na podstawie 3.2.2, należy uzupełnić opisem: przewarstwień, domieszek, zanieczyszczeń oraz typowych cech wtórnych, np. glina piaszczysta z ziarnami granitu i dużą domieszką miki, ił pylasty przewarstwiony pyłem (ił warwowy), itp.

Tablica 2. Oznaczanie rodzajów gruntów metodą makroskopową

Rodzaj gruntu, wskaźnik plastyczności (Ip) i zawartość frakcji iłowej (fi) 1 Rodzaje i nazwy gruntów w zależności od wyników próby wałeczkowania lub rozmakania

2

Rodzaje i nazwy gruntów w zależności od zawartości frakcji piaskowej

Wyniki badania

grupa I

grupa II

grupa III

próba wałeczkowania

próba rozmakania

3

4

5

6

7

mało spoisty a) Ip < 5% fi < 5%

piasek gliniasty

pył pył piaszczysty

kulka rozpłaszcza grudka rozmaka się lub rozsypuje; grunt nie daje się natychmiast wałeczkować

b) Ip = 5 ÷ 10%

piasek gliniasty

pył pył piaszczysty

wałeczek rozwarstwia się podłużnie grudka rozmaka w ciągu 0,5 ÷ 5,0 min

fi = 5 ÷ 10% średnio spoisty glina glina piaszczysta I = 10÷ 20% p

fi = 10÷ 20%

glina od początku do grudka rozmaka pylasta końca wałeczkowania powierzchnia w ciągu 5 ÷60 min wałeczka bez połysku; wałeczek pęka poprzecznie

zwięzło spoisty glina glina piaszczysta zwięzła Ip = 20 ÷ 30% zwięzła fi = 20÷ 30%

glina wałeczek początkowo bez połysku, grudka rozmaka w pylasta przy końcu wałeczkowania z ciągu 1 ÷ 24 h zwięzła połyskiem; pęka poprzecznie

bardzo spoisty ił ił Ip > 30% piaszczysty

ił pylasty


kulka i wałeczek od początku z połyskiem

grudka rozmaka w czasie dłuższym

Strona 7


fi > 30%

niż 1 doba

3.2.4. Przybliżone oznaczanie rodzaju gruntów niespoistych. Rodzaj gruntów niespoistych należy określać zgodnie z tabl. 3, na podstawie wielkości i zawartości ziarna poszczególnych frakcji, ustalonych oceną makroskopową lub ewentualnie za pomocą lupy z podziałką (lupy Brinella). Tablica 3. Rodzaj gruntu w zależności od zawartości poszczególnych frakcji

Zawartość frakcii, %

Nazwa gruntu Żwir Pospółka

> 2 mm

> 0,5 mm

> 0,25 mm

> 50

—

—

> 50

—

50÷10

Piasek gruboziarnisty

< 10

> 50

—

Piasek srednioziarnisty

< 10

< 50

> 50

< 10

< 50

< 50

Piasek drobnoziarnisty Piasek pylasty 1)

1) Piasek pylasty po wyschnięciu tworzy lekko spojone grudki, które rozsypują się między palcami przy ich podnoszeniu.

3.3. Oznaczanie stanu gruntów spoistych. Stan gruntów spoistych należy oznaczać na podstawie liczby kolejnych wałeczkowań tej samej kulki gruntu wg 3.2.2, biorąc pod uwagę ile razy uzyskano wałeczek o średnicy 3 mm bez jego uszkodzeń. Stan gruntów określa się następująco: a) stan zwarty — gdy z badanego gruntu nie można uformować kulki, b) stan półzwarty — gdy z gruntu można uformować kulkę, lecz wałeczek pęka podczas pierwszego wałeczkowania (liczba wałeczkowań X = 0), c) stan twardoplastyczny — gdy: — dla gruntów małospoistych: liczba wałeczkowań X = 1, — dla gruntów średniospoistych: liczba wałeczkowań X < 2, — dla gruntów zwięzłospoistych: liczba wałeczkowań X < 3, — dla gruntów bardzo spoistych: liczba wałeczkowań X < 5, d) stan plastyczny — gdy: — dla gruntów małospoistych: liczba wałeczkowań X = 2, — dla gruntów średniospoistych: liczba wałeczkowań 2 ≤ X ≤ 4, — dla gruntów zwięzłospoistych: liczba wałeczkowań 3 ≤ X ≤ 7, — dla gruntów bardzo spoistych: liczba wałeczkowań 5 ≤ X ≤ 10. W przypadkach, gdy liczba wałeczkowań jest większa od podanej po prawej stronie nierówności wg poz. d) należy przyjąć, że stan badanego gruntu jest miękkoplastyczny. Podane liczby wałeczkowań dotyczą najwyższej wartości X spośród 3 wałeczkowań wykonanych na 3 kulkach badanego gruntu. Nie zaleca się określać powyższą metodą stanu gruntów wykazujących przypuszczalną zawartość części organicznych (ciemne zabarwienie, zapach, itp). Nie należy określać powyższą metodą wartości stopnia plastyczności (IL), a ograniczać się jedynie do określenia stanu gruntu. W przypadku stwierdzenia stanu plastycznego zaleca się wykonanie oznaczania wartości IL metodami podanymi wg rozdz. 5. .3.4. Oznaczanie wilgotności. Grunt należy określać jako: a) suchy — jeżeli grudka gruntu przy zgniataniu pęka, a w stanie rozdrobnionym nie wykazuje zawilgocenia, b) mało wilgotny — jeżeli grudka gruntu przy zgniataniu odkształca się plastycznie lecz papier filtracyjny lub ręka przyłożone do gruntu nie stają się wilgotne, c) wilgotny — jeżeli papier filtracyjny lub ręka przyłożone do gruntu stają się wilgotne, d) mokry — jeżeli przy ściskaniu gruntu w dłoni odsącza się z niego woda, e) nawodniony — jeżeli woda odsącza się z gruntu grawitacyjnie. 3.5. Oznaczanie barwy gruntu. Barwę gruntu należy określać na przełomie bryły gruntu o naturalnej wilgotności. W opisie barwy gruntu należy podać najpierw odcień i intensywność barwy, a następnie barwę podstawową (np. jasnożółto-szara). Przy występowaniu kilku barw należy podać charakter ich występowania, np. zielona z czerwonymi smugami lub pstra czerwonozielona, itp. 3.6. Oznaczanie klasy zawartości węglanów. Próbkę gruntu przeznaczonego do badań należy zwilżyć kilkoma kroplami 20% kwasu solnego (HCl), a następnie obserwując reakcję należy na podstawie danych wg tabl. 4 ustalić klasę zawartości węglanów. Tablica 4. Oznaczanie klasy zawartości węglanów

Klasa zawartości węglanów


Przybliżona zawartość, (%), CaCO3 wg PN-75/ B-04481

Reakcja roztworu HCI

Strona 8


1

2

IV

>5

III

3÷ 5

II

1÷ 3

I

<1

3 burzy się intensywnie i długo (> 20 s) burzy się intensywnie lecz krótko (< 20 s) burzy się słabo i krótko ślady lub brak wydzielania gazu

4. OPIS BADANIA DLA OKREŚLENIA GRUNTU WG PN-86/B-02480 4.1. Analiza sitowa 4.1.1. Zasada i zakres stosowania metody. Analizę sitową należy stosować: a) jako badanie podstawowe, w przypadku wszystkich gruntów niespoistych, b) jako badanie uzupełniające, w przypadku gruntów, dla których wykonuje się analizę areometryczną wg 4.2 oraz pozostałość na sicie przy przygotowywaniu zawiesiny wg 4.2.4 przekracza 5%. W przypadku gruntów organicznych analizę sitową należy wykonać jedynie dla szkieletu mineralnego, z pominięciem składników organicznych (należy wybrać większe kawałki lub wziąć próbkę po oznaczaniu zawartości części organicznych wg 4.4). 4.1.2. Przyrządy a) Komplet sit składający się z sit o wymiarach boków oczek kwadratowych 40; 25; 10; 2,0; 1,0; 0,5; 0,25; 0,10 oraz 0,071 lub 0,063 mm wg PN-80/M-94008. Dopuszcza się zastąpienie sit o wymiarach oczek 0,071 i 0,063 mm sitami o wymiarach oczek 0,074 i 0,06 mm. b) Wstrząsarka. c) Suszarka z termostatem umożliwiająca utrzymanie stałej temperatury 105 ÷ 110°C. d) Waga stołowa (o dokładności ważenia 1 g), waga techniczna (o dokładności ważenia 0,1 g) lub waga laboratoryjna (o dokładności ważenia 0,01 g); rodzaj wagi należy dobierać w zależności od wielkości próbki badanego gruntu. 4.1.3. Przygotowywanie próbek do analizy. Część pobranej próbki gruntu, przeznaczona do oznaczania uziarnienia metodą analizy sitowej, nie powinna zawierać ziarn o wymiarach większych niż 40 mm, należy je odsiać. Po wysuszeniu do stałej masy w temperaturze

÷ 110°C masa próbki powinna wynosić: a) dla piasku drobnego — 200 ÷ 250 g, b) dla piasku średniego — 250 ÷ 500 g,

105

c) dla piasku grubego, pospółki i żwiru — 500 ÷ 5000 g. Masę próbek przeznaczonych do analizy należy tak dobierać, by masa pojedynczego największego ziarna (d < 40 mm) nie przekraczała 5% ogólnej masy suchej próbki. Próbki przeznaczone do oznaczania należy ważyć z dokładnością nie mniejszą niż 0,1%. W przypadku dostrzegalnego zlepiania się cząstek gruntu, próbkę należy przemyć, w celu oddzielenia cząstek pyłowych i iłowych. Oddzielanie cząstek należy wykonać przez rozcieranie gruntu w naczyniu z wodą i zlewanie powstającej zawiesiny na sito o najdrobniejszych oczkach. Osad z sita należy spłukiwać do parownicy; przemywanie wykonywać tak długo, aż spływająca z sita woda będzie klarowna. Do rozcierania próbki zaleca się używać gumowego pręta o średnicy 10

÷ 15 mm.

4.1.4. Wykonywanie analizy sitowej. Komplet czystych i suchych sit wg 4.1.2a) powinien być do badania próbek zestawiony w ten sposób, aby najwyżej znalazło się sito o największym wymiarze boku oczek, tj. 25 mm, a pod nim sita o kolejno coraz mniejszych oczkach tak, aby na spodzie było sito o najmniejszym wymiarze oczek. Każde sito powinno być osadzone w sztywnej ramce zabezpieczającej je przed odkształceniem podczas przesiewania, a ramki kolejnych sit powinny ściśle wchodzić jedna w drugą. Pod sitem dolnym należy umieścić płaskie naczynie do zbierania przesiewu, po czym należy na sito górne wsypać badaną próbkę gruntu i przykryć je szczelnym wieczkiem. Jeśli badana próbka nie zawiera dostrzegalnych ziaren powyżej 5 mm, to pominąć można stosowanie sit o wymiarach oczek 10 i 25 mm. Tak przygotowany zestaw sit należy ustawić na wstrząsarce, zamocować w uchwytach i uruchomić wstrząsarkę na 5 min. Po upływie tego czasu należy wstrząsarkę wyłączyć i sprawdzić stopień rozdzielania frakcji. W tym celu należy wyjąć z uchwytów wstrząsarki sito o najmniejszych oczkach i nad podłożonym pod nie arkuszem białego, gładkiego papieru lub kalki technicznej, dalej przesiewać wstrząsając sito ręcznie przez co najmniej 1 min. Jeżeli po zakończeniu przesiewania ręcznego na arkuszu znajdą się cząstki badanego gruntu, cząstki te należy przenieść pędzelkiem do naczynia z przesiewem i ponowić przesiewanie za pomocą wstrząsarki całego zestawu sit przez co najmniej 3 min. Po zakończeniu przesiewania pozostałość na poszczególnych sitach należy oddzielnie zważyć z dokładnością wg 2.3.b). Wykonywanie analiz sitowych bez stosowania wstrząsarki dopuszczalne jest jedynie w warunkach polowych, bez dysponowania sieciowym prądem elektrycznym. Przy stosowaniu ręcznego wstrząsania sit amplitudą ruchów poziomych nie powinna być mniejsza od średnicy lub boku obudowy sit, zaś amplituda ruchów pionowych nie powinna być mniejsza niż 10 cm; częstotliwość ruchów powinna wynosić 50 ÷ 60 na 1 min. 4.1.5. Obliczanie wyników. Zawartość poszczególnych frakcji (Z i) należy obliczyć, w %, według wzoru

(2)


Strona 9


w którym: mi — masa frakcji gruntu pozostałej na sicie, g, ms — masa szkieletu gruntowego, g. Różnica między masą szkieletu gruntowego (ms) a sumą mas wszystkich frakcji nie powinna przekraczać 0,5% wartości ms; do obliczania wyników różnicę tę należy rozdzielić na wszystkie frakcje, proporcjonalnie do mas. Wyniki analizy sitowej należy nanieść na wykres1) i aproksymować linią o monotonicznej krzywiźnie. 4.2. Analiza areometryczna 4.2.1. Zasada metody i zakres stosowania. Analiza areometryczna jest analizą sedymentacyjną, w której prędkość opadania (sedymentacji) cząstek gruntowych w środowisku wodnym oznaczana jest przez pomiar zmian gęstości odnośnej zawiesiny za pomocą areometru. Oznaczane zawartości dotyczą nie rzeczywistych cząstek gruntowych lecz cząstek kulistych sedymentujących z tą samą prędkością co rzeczywiste cząstki gruntowe; średnice tych cząstek kulistych nazywane są średnicami zastępczymi. Analiza areometryczna służy do oznaczania zawartości cząstek o średnicach zastępczych mniejszych niż 0,06 lub 0,074 mm gruntów spoistych (Iom < 2%). 4.2.2. Przyrządy i materiały a) Sito tkane o wymiarach boków oczek kwadratowych 0,071 lub 0,063 mm; w przypadkach braku takich sit dopuszcza sic stosowanie sit o wymiarach boków oczek kwadratowych 0,074 lub 0,06 mm. b) Areometr (rys. 1) skalowany dla temperatury +20°C. c) Waga laboratoryjna o dokładności ważenia 0,01 g. d) Kolby stożkowe pojemności 750

÷ 1000 cm3,

c) Cylindry pomiarowe pojemności 1000 cm3 i średnicy wewnętrznej 60

÷ 65 mm.

f) Termometr o zakresie pomiarów 10 ÷ 30°C i o podziałce elementarnej 0,2 lub 0,5°C. g) Mieszadełko — pręt długości 60 ÷ 70 cm, na którego końcu osadzona jest prostopadle płytka o średnicy 45 mm, z 4 otworami o średnicy 5 mm każdy. h) Woda destylowana. i) Amoniak (woda amoniakalna) roztwór 25%(m/m). j) Alkohol amylowy. k) Węglan sodu roztwór 10%(m/m).


Strona 10


Rys. 1 4.2.3. Cechowanie areometrów polegające na sprawdzeniu skali areometru oraz wyznaczeniu odległości środka wyporu nurnika areometru od poszczególnych podziałek skali, należy przeprowadzać wg niżej podanego sposobu. a) Sprawdzenie skali areometru należy wykonać przez kolejne odczytanie wskazań areometru w cieczach o znanych gęstościach (woda destylowana i np. roztwory chlorku sodowego w wodzie destylowanej). Poprawkę podziałki areometru (∆R) należy oznaczyć wg wzoru

(3)

w którym: —

gęstość stosowanych cieczy kontrolnych w danej temperaturze, interpolowana z tabl. 5, g/cm3,

0,9982

—

gęstość wody destylowanej w temperaturze +20°C g/cm3,

R

—

odczyt areometru w cieczy o znanej gęstości i temperaturze w jednostkach wskaźnika skróconego, określonego wg wzoru

ρr

gdzie r

—

R = (r - 1,000) · 103 odczyt na skali areometru (0,990 ÷1,030), g/cm3.

(4)

Tablica 5. Gęstość wody destylowanej i roztworów chlorku sodowego w wodzie destylowanej w zależności od stężenia i temperatury

Masa chlorku sodowego (NaCl) na 100 g roztworu, g

0,01) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 1) Gęstość wody destylowanej (

Gęstość

ρr, g/cm3, przy temperaturze

15,0°C

17,5°C

20,0°C

22,5°C

0,9991 1,0028 1,0064 1,0100 1,0137 1,0173 1,0209 1,0246 1,0282

0,9987 1,0023 1,0059 1,0095 1,0130 1,0166 1,0202 1,0238 1,0276

0,9982 1,0019 1,0054 1,0090 1,0126 1,0161 1,0197 1,0233 1,0269

0,9977 1,0015 1,0049 1,0085 1,0122 1,0156 1,0192 1,0228 1,0262

ρw).

Dla temperatur w zakresie 10 ÷ 25°C dopuszcza się określanie gęstości drogą interpolacji liniowej na podstawie danych wg tabl. 5. Oznaczanie poprawek skali areometru należy wykonać dla wody destylowanej oraz co najmniej 4 roztworów chlorku sodu (np. 0,5; 1,5; 2,5; 3,5 g lub 1,0; 2,0; 3,0; 4,0 g NaCI na 100 g roztworu); każde oznaczanie należy wykonać dwukrotnie, stosując za każdym razem świeżo przygotowane roztwory. Należy stosować chlorek sodu chemicznie czysty, wysuszony przez ogrzewanie na łaźni piaskowej w temperaturze 300 chłodzony do temperatury pokojowej w przykrytym tygielku, umieszczonym w eksykatorze.

÷ 350°C oraz

Na podstawie oznaczonych wartości ∆R należy sporządzić wykres zależności ∆R od R mający monotoniczną krzywiznę. Dopuszczalne odchyłki punktów odpowiadających oznaczonym wartościom ∆R od linii wykresu nie powinny być większe niż ±0,3 jednostki wskaźnika skróconego. Obowiązujące dla danego areometru poprawki ∆R należy odczytywać (z dokładnością do 0,1 jednostki) z linii wymienionego wykresu. Sprawdzenie ustalonych poprawek ∆R należy przeprowadzać co najmniej co 200 analiz wykonanych przy użyciu danego areometru. b) Wyznaczanie głębokości zanurzenia środka wyporu nurnika areometru od poszczególnych podziałek skali areometru. Głębokość zanurzenia środka wyporu nurnika areometru (HR) poniżej zwierciadła cieczy w cylindrze należy określić, w cm, wg wzoru

(5)

w którym: 30

—

długość skali areometru w jednostkach wskaźnika skróconego R,

R

—

skrócony wskaźnik odczytu,


Strona 11


—

długość skali areometru od R = 30,0 do R = 0,0, cm,

h0

—

odległość od górnego końca nurnika do podziałki R = 30,0 cm,

h1

—

odległość środka wyporu nurnika areometru od górnego końca nurnika, cm,

A

—

powierzchnia przekroju cylindra używanego przy badaniu, cm2,

VH

—

objętość nurnika areometru, w cm3, wg wzoru

l

(6)

gdzie: ma

—

masa areometru, g,

P

—

pole przekroju rurki areometru, cm2,

—

gęstość wody destylowanej (należy przyjmować 1,000), g/cm3.

ρw

Wartości l oraz h0 należy mierzyć za pomocą suwmiarki. Położenie środka wyporu nurnika należy oznaczyć przez zanurzenie areometru w cylindrze mierniczym z wodą destylowaną do takiego położenia, aby poziom wody podniósł się na wysokość odpowiadającą połowie objętości nurnika, należy zaznaczyć położenie zwierciadła wody na pasku papieru milimetrowego naklejonego uprzednio na nurnik. Wielkość h1 odpowiadającą odległości tego poziomu od górnego końca nurnika areometru, należy mierzyć za pomocą suwmiarki. Oznaczanie wartości h1 należy przeprowadzać 5-krotnie, zaś jako wartość ostateczną należy przyjąć średnią arytmetyczną wszystkich otrzymanych wartości; nie powinna być ona obarczona większym błędem niż ±0,5 mm. Pole przekroju (A) słupa cieczy w cylindrze należy obliczyć ze znanej objętości wody destylowanej wlanej do cylindra i ze zmierzonej wysokości jej słupa. Objętość wody wlanej do cylindra należy obliczyć z oznaczonej masy oraz z wyinterpolowanej gęstości wody dla danej temperatury wg tabl. 5. 4.2.4. Przygotowanie zawiesiny gruntu. Próbka gruntu NW (lub o nieznacznie obniżonej wilgotności) pobrana do oznaczania uziarnienia metodą areometryczną powinna mieć taką masę (mm), aby pierwszy odczyt na areometrze po 30 s wg 4.2.6 nie przewyższał: a) przy iłach i glinach zwięzłych: 10 ÷ 12 jednostek wskaźnika skróconego (R), b) przy glinach: 15 jednostek R, c) przy gruntach małospoistych (piaski gliniaste, pyły, pyły piaszczyste): 20 jednostek R. Masa gruntu mm zależy od zawartości frakcji o ziarnach < 0,074 mm lub < 0,071 mm. Orientacyjnie można przyjąć, że 10 g masy gruntu w zawiesinie powoduje po 30 s sedymentacji odczyt równy około 7÷ 9 jednostek wskaźnika skróconego. Próbkę gruntu przeznaczoną do oznaczania należy rozetrzeć w parowniczce, dodając wodę detylowaną zmieszaną z 25% roztworem amoniaku w ilości 3,0 cm3 amoniaku na 1000 cm3 wody. Tak przygotowaną zawiesinę należy przemyć przez sito wg 4.2.2a) do dużej parownicy. Objętość wody destylowanej potrzebnej do przemycia gruntu do jednej analizy nie powinna być większa niż 800 cm3. Tak przygotowaną zawiesinę należy zlać do kolby stożkowej, i gotować przez 30 min, licząc od chwili zagotowania, a następnie ostudzić do temperatury pokojowej, zlać do cylindra pomiarowego i dopełnić do 1000 cm3 przez dodanie roztworu amoniaku sporządzonego jak wyżej. Cylinder pomiarowy z przygotowaną do analizy zawiesiną należy ustawić w miejscu zabezpieczonym przed zmianami temperatury. 4.2.5. Kontrola stabilności zawiesiny. Przy wykonywaniu analiz areometrycznych należy zwrócić uwagę na ewentualną niedostateczną stabilność zawiesin, tj. na możliwość wystąpienia koagulacji cząstek gruntu jako: a) wyraźnego skłaczkowania się zawiesiny, b) powstawanie w górnej części słupa zawiesiny wyraźnie odgraniczonej warstwy wody wolnej od cząstek gruntu. W przypadku skoagulowania zawiesiny należy odczekać, aż cząstki gruntu osiądą, zlać czystą wodę znad osadu, cylinder dopełnić do 1000 cm3 wodą destylowaną (bez dodatku amoniaku) i wymieszać mieszadełkiem wg 4.2.2g). Czynność tę należy powtarzać do czasu, aż objawy koagulacji staną się niedostrzegalne po upływie 48 h. W przypadku, gdy podany wyżej sposób nie daje pozytywnego wyniku należy sprawdzić, czy nie będzie zabezpieczał przed koagulacją większy dodatek amoniaku, bądź też dodatek innych stabilizatorów nieorganicznych (np. węglan sodu, kwaśny fosforan sodu, itp.). 4.2.6. Wykonywanie badania. Przed rozpoczęciem pomiarów należy zawiesinę dokładnie wymieszać mieszadełkiem. Mieszanie należy przeprowadzać przez początkowo wolne, później szybkie poruszanie mieszadełkiem wzdłuż osi cylindra, nie dotykając osadu. Następnie należy ująć cylinder z obu końców w ręce (jedna dłoń zamyka otwór cylindra) i przewracać go w ciągu jednej minuty około 30 razy do góry dnem. Chwila postawienia cylindra na stole określa początek pomiarów; z tą chwilą należy uruchomić sekundomierz i odnotować czas. Począwszy od chwili ustawienia cylindra z zawiesiną wykonuje się areometrem pomiary gęstości zawiesiny po: 30 s, 1, 2, 5, 15, 30 min, 1, 2, 4 i 24 h, wykonując odczyty z dokładnością do 0,1 jednostki wskaźnika skróconego R (wzór 4). Zanurzanie lub wyjmowanie areometru powinno odbywać się powolnym ruchem jednostajnym i trwać nie krócej niż 10 s, a rozpoczynać się na co najmniej 20 s przed wykonaniem odczytu. Po wykonaniu pomiaru areometr należy opłukać w cylindrze z wodą destylowaną o temperaturze równej temperaturze otoczenia i przechowywać go w tym cylindrze w ciągu trwania całej analizy. Wydrukowano z programu Integram 2.0

Strona 12


Przy wykonywaniu pomiarów w okresach do 5 min areometr może pozostawać w cylindrze z zawiesiną, z wyjątkiem zawiesin gruntów pylastych (pyły, pyły piaszczyste oraz gliny pylaste i gliny pylaste zwięzłe), w których areometr może być nie wyjmowany przy pomiarach do 2 min. Po upływie około 3 min oraz po 1, 4 i 24 h od rozpoczęcia pomiarów należy wykonać pomiary temperatury zawiesiny; dla czasów pośrednich temperatury można ustalać przez interpolację. Temperatura zawiesiny nie powinna się różnić więcej, niż o 2°C od temperatury otoczenia. Odczyt poziomu zanurzenia areometru (R) należy wykonywać względem górnej krawędzi menisku. Odczytaną wartość należy skorygować do poziomu cieczy w cylindrze przez dodanie poprawki c na menisk, tzn. należy przyjmować w obliczeniach R1 = R + c. Wartość poprawki c należy przyjąć jako równą 0,7 jednostki skróconego wskaźnika, zawsze ze znakiem dodatnim. W przypadku badania gruntów zawierających niewielkie ilości części organicznych, tzn. gdy Iom < 2%, dla zlikwidowania piany utrudniającej wykonywanie odczytów, dopuszcza się wkroplenie na powierzchnię zawiesiny kropli alkoholu amylowego; w takim przypadku wartość poprawki c należy przyjąć jako równą 0,5. Rurki skalowanej areometru nie należy dotykać ręką. Dla zwiększenia dokładności wyników zaleca się po wykonaniu odczytu po 24 h wymieszać ponownie zawiesinę w sposób jak przed wykonywaniem badania i powtórnie oznaczyć gęstość zawiesiny po 30 s; 1; 2; 5 oraz 15 min; jako wartość miarodajną należy przyjąć średnie arytmetyczne z obu odnośnych odczytów, z uwzględnieniem ewentualnych różnic temperatury. Po każdej analizie (lub serii analiz) rurkę areometru należy przetrzeć watą nasyconą 10% roztworem węglanu sodu (NaCO3), a następnie dwukrotnie watą nasyconą wodą detylowaną.

4.2.7. Obliczanie wyników 4.2.7.1. Obliczanie średnic zastępczych (dT) największych cząstek znajdujących się po czasie T na poziomie HR poniżej zwierciadła zawiesiny w cylindrze, należy wykonać wg wzoru

dT = k · dwz

(7)

w którym: k

—

współczynnik przeliczeniowy, równy

,

dwz

—

wzrocowa średnica cząstek (dla HR = 16,00 cm) wg tabl. 6, mm.

Dla ułatwienia obliczeń dla stosowanych areometrów powinny być sporządzone tablice zależności wartości k od wartości skróconego wskaźnika odczytu R1. Przy wyszukiwaniu średnic wzorcowych z tabl. 6, za temperaturę miarodajną należy przyjąć średnią arytmetyczną temperatury w czasie danego pomiaru oraz temperatury zmierzonej w ciągu pierwszych 3 min trwania sedymentacji. Dla gruntów o gęstości właściwej szkieletu gruntowego ρs mniejszej niż 2,65 g/cm3 lub większej niż 2,80 g/cm3 średnice zastępcze cząstek (dT) należy obliczać wg wzoru

(8)

w którym: —

współczynnik lepkości, N · s/m2,

—

gęstość właściwa szkieletu gruntowgo, g/cm3,

—

gęstość wody , g/cm3,

HR

—

wielkość wg wzoru 5, cm,

T

—

czas trwania sedymentacji, s,

g

—

wartość przyspieszenia ziemskiego; dopuszcza się g = 981 cm/s2.

η ρs ρw

Średnice wzorcowe dwz dla HR = 16,00 cm, w zależności od czasu trwania sedymentacji T i temperatury t, dla gruntów o gęstości właściwej ρs = 2,65 ÷ 2,80 g/cm3, podano w tabl. 6. Tablica 6. Średnice wzorcowe (mm) w zależności od temperatury i czasu trwania sedymentacji T


Strona 13


Temperatu ra, t°C

Średnice wzorcowe (mm) dla czasu trwania sedymentacji,T 30 s

1 min

2 min

5 min

15 min

30 min

1h

2h

4h

24 h

48 h

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

0,086 0,085 0,084 0,083 0,082 0,081 0,080 0,078 0,077 0,076 0,076 0,075 0,074 0,073 0,072 0,071 0,070 0,069 0,069 0,068 0,067

0,061 0,060 0,059 0,058 0,058 0,057 0,056 0,055 0,055 0,054 0,054 0,053 0,053 0,051 0,051 0,050 0,050 0,049 0,049 0,048 0,048

0,043 0,043 0,042 0,041 0,041 0,040 0,040 0,039 0,039 0,038 0,038 0,037 0,037 0,036 0,036 0,036 0,036 0,035 0,034 0,034 0,034

0,027 0,027 0,026 0,026 0,026 0,026 0,025 0,025 0,025 0,024 0,024 0,023 0,023 0,023 0,023 0,022 0,022 0,022 0,021 0,021 0,021

0,016 0,016 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,014 0,014 0,014 0,014 0,013 0,013 0,013 0,013 0,013 0,013 0,013 0,012 0,012

0,0111 0,0110 0,0108 0,0107 0,0105 0,0104 0,0102 0,0101 0,0100 0,0099 0,0097 0,0096 0,0095 0,0094 0,0093 0,0092 0,0091 0,0090 0,0089 0,0088 0,0087

0,0079 0,0078 0,0077 0,0076 0,0075 0,0074 0,0073 0,0072 0,0071 0,0070 0,0069 0,0068 0,0067 0,0067 0,0066 0,0065 0,0064 0,0064 0,0063 0,0062 0,0062

0,0056 0,0055 0,0054 0,0053 0,0053 0,0052 0,0051 0,0051 0,0050 0,0049 0,0049 0,0048 0,0048 0,0047 0,0047 0,0046 0,0046 0,0045 0,0045 0,0044 0,0044

0,0039 0,0039 0,0038 0,0035 0,0037 0,0037 0,0036 0,0036 0,0035 0,0035 0,0034 0,0034 0,0033 0,0033 0,0033 0,0032 0,0032 0,0032 0,0031 0,0031 0,0031

0,0016 0,0016 0,0016 0,0015 0,0015 0,0015 0,0015 0,0015 0,0014 0,0014 0,0014 0,0014 0,0014 0,0014 0,0013 0,0013 0,0013 0,0013 0,0013 0,0013 0,0012

0,0011 0,0011 0,0011 0,0011 0,0011 0,0011 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010 0,0009 0,0009 0,0009 0,0009 0,0009 0,0009 0,0009

4.2.7.2. Obliczanie procentowej zawartości cząstek (ZT) o średnicach zastępczych mniejszych niż dT należy wvkonywac wg wzoru

(9)

w którym: —

gęstość właściwa szkieletu gruntowego, g/cm3,

—

gęstość wody , g/cm3,

ms

—

masa gruntu użytego do danej analizy, wg wzoru 10, g,

RT

—

skrócony wskaźnik odczytu dla czasu trwania sedymentacji T,

c

—

poprawka na menisk wg 4.2.6,

—

poprawka skali areometru wg wzoru 3,

—

poprawka na temperaturę wg tabl. 7.

ρs ρw

∆R a

Tablica 7. Poprawka na temperaturę

Temperatura zawiesiny t, °C

Poprawka a

Temperatura zawiesiny t, °C

Poprawka a

11,0 11,5 12,0 12,5 13,0 13,5 14,0 14,5 15,0 15,5

-1,2 -1,2 -1,1 -1,0 -1,0 -0,9 -0,9 -0,8 -0,8 -0,7

16,0 16,5 17,0 17,5 18,0 18,5 19,0 19,5 20,0 20,5

-0,6 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,3 -0,2 -0,1 0,0 +0,1


Temperatura zawiesiny t, °C 21,0 21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 25,0 25,5

Poprawka a +0,1 +0,2 +0,3 +0,4 +0,5 +0,6 +0,7 +0,8 +0,9 +1,0

Temperatura zawiesiny t, °C 26,0 26,5 27,0 27,5 28,0 28,5 29,0 29,5 30,0 30,5

Poprawka a +1,2 +1,3 +1,4 +1,5 +1,6 +1,7 +1,9 +2,0 +2,2 +2,3

Strona 14


4.2.7.3. Wyniki analizy areometrycznej. Wyniki wszystkich pomiarów i obliczeń należy wpisywać do formularza1). Na podstawie obliczonych wartości dT oraz ZT należy sporządzić wykres2), z którego należy odczytać zawartości poszczególnych frakcji uziarnienia (fp, fπ, fi). 4.2.8. Oznaczania pomocnicze. Przy wykonywaniu każdej analizy areometrycznej jako badania pomocnicze należy wykonywać: a) dwa oznaczania wilgotności badanego gruntu (tabl I-1); średnia wartość z obu oznaczań stanowi podstawę do obliczenia masy gruntu (ms) użytego do danej analizy, wg wzoru (10)

w którym: w

—

wilgotność gruntu, %, oznaczona zgodnie z 5.1,

mm

—

masa próbki w stanie wilgotnym, g, wg 4.2.4.

W przypadku gdy różnica obu oznaczań wilgotności przekracza 5%, należy oznaczyć ms przez odparowanie zawiesiny z odnośnego cylindra i wysuszenie pozostałego gruntu przy temperaturze 105 ÷ 110°C do stałej masy. b) oznaczanie gęstości właściwej szkieletu gruntowego (ρs) wg 5.3: w przypadku wykonywania analiz areometrycznych gruntów o podobnym uziarnieniu i pochodzeniu geologicznym dopuszcza się przyjmowanie określonej wartości ρs bez wykonywania oznaczań,

jeżeli zostanie stwierdzone, że wartości dla poszczególnych gruntów nie wykazują różnic większych niż ±0,02 g/cm3; dla gruntów matospoistych dopuszcza się przyjmowanie wartości ρs wg danych tabl. 9,

c) analizę sitową ziarn pozostałych na sicie przy przemywaniu wg 4.2.4 jednak tylko w tym przypadku, gdy zawartość frakcji o ziarnach większych od wymiaru oczek sita, na których przemywano grunt, jest większa niż 5% masy badanej próbki gruntu.

4.3. Oznaczanie całkowitej powierzchni właściwej (St) gruntów metodą sorpcji błękitu metylenowego 4.3.1. Zasada oznaczania polega na przyjęciu, że całkowita powierzchnia właściwa gruntów (St) równa jest sumie rzutów powierzchni poszczególnych cząsteczek błękitu metylenowego, zaadsorbowanych przez grunt (w stanie wysycenia) w postaci warstwy jednocząsteczkowej. Powierzchnię właściwą należy odnieść do 1 g masy gruntu, wysuszonego do stałej masy w temperaturze 105 ÷ 110°C, jako iloczyn pojemności sorpcyjnej (MBC) oraz współczynnika k1. 4.3.2. Przyrządy i materiały a) Biureta pojemności 25 cm3, z odczytem 0,05 cm3, ustawiona na odpowiednim statywie, b) Mieszadło magnetyczne, typu stosowanego w laboratoriach chemicznych przy miareczkowaniu roztworów, c) Bibuła do sączenia średniej gęstości (sączki ilościowe), d) Pipetka, e) Mianowany roztwór chemicznie czystego błękitu metylenowego (C16H18S Cl · 3H2O), o stężeniu około 10 g na

1000 cm3, określonym z dokładnością nie mniejszą niż 0,5%, Odmierzone za pomocą biurety do naczynka wagowego około 10 cm3 roztworu błękitu metylenowego (dokładność oznaczania 0,05 cm3) odparować w suszarce w temperaturze 105 ÷ 110°C, a następnie suszyć do uzyskania stałej masy. Otrzymaną wartość masy pomnożyć przez współczynnik równy 1,169 dla uzyskania masy substancji 3-wodnej. Miano roztworu należy obliczyć dzieląc otrzymaną wartość masy substancji 3-wodnej przez objętość użytego roztworu. Mianowany roztwór błękitu metylenowego należy chronić przed światłem i przechowywać możliwie w obniżonej temperaturze (0°C < t < 15°C). f) Woda destylowana. 4.3.3. Przygotowanie próbek gruntów. Reprezentatywną próbkę gruntu (około 50 ÷ 100 g) należy doprowadzić do stanu powietrznosuchego, i rozetrzeć w moździerzu za pomocą ucieraka (pistela). Pod pojęciem rozcierania należy rozumieć rozdrabnianie agregatów cząstek (bryłek), nie zaś rozdrabnianie (rozkruszanie) ziarn lub cząstek. Jeśli badany grunt zawiera ziarna > 2,0 mm, to po roztarciu próbki należy je oddzielić na sicie i oznaczyć ich zawartość w stosunku do suchej masy gruntu. Oznaczanie pojemności sorpcyjnej (MBC) należy przeprowadzić dla frakcji d < 2,0 mm. Wydrukowano z programu Integram 2.0

Strona 15


Z rozdrobnionej części gruntu należy pobrać: a) 2 próbki do oznaczania wilgotności wg 5.1 w stanie powietrznosuchym, b) 1 ÷ 2 próbki do oznaczania pojemności sorpcyjnych (MBC); zważone z dokładnością nie mniejszą niż 0,01 g o masie (Gs): — około 2 g w przypadku iłów i iłów pylastych, — około 2 ÷ 4 g w przypadku glin zwięzłych oraz zwięzłych glin pylastych i piaszczystych, — około 4 ÷ 7 g w przypadku glin, glin piaszczystych i glin pylastych, — około 7 ÷ 10 g w przypadku gruntów małospoistych. 4.3.4. Wykonywanie oznaczań pojemności sorpcyjnej (MBC). Przygotowaną naważkę gruntu wg 4.3.3 należy wymieszać (rozetrzeć w małym moździerzu) z 100 cm3 wody destylowanej na około 20 h przed rozpoczęciem oznaczania MBC; mieszaninę należy ilościowo przelać do zlewki pojemności 250 cm3. Do zlewki z zawiesiną gruntową należy dodać z biurety porcjami po 0,5 lub 1,0 cm3 roztwór błękitu metylenowego, po czym całość każdorazowo mieszać 3 min za pomocą mieszadła wg 4.3.2b). Po wyłączeniu mieszadła należy przenieść pipetką 1 ÷ 2 krople zawiesiny na krążek bibuły do sączenia. Jeśli cała ilość dodawanego barwnika została zaadsorbowana przez grunt, to powstaje barwna plamka (zabarwiony grunt) z bezbarwną otoczką (woda). W miarę dodawania kolejnych porcji roztworu barwnika, przy kolejnej próbie na bibule otoczka powyższa wykaże zabarwienie niebieskie; wskazuje to, że zdolność sorpcyjna gruntu została już przekroczona, a w roztworze pojawił się wolny barwnik. Należy wówczas przerwać dodawanie roztworu, wznawiając je po upływie około 20 h (tzn. następnego dnia). Przed pierwszym dodaniem roztworu należy wykonać 3-minutowe mieszanie i przeprowadzić próbę na bibule w celu sprawdzenia, czy wolny poprzednio barwnik został w tym czasie zaadsorbowany. Jeśli otoczka okaże się bezbarwną, należy wznowić dodawanie barwnika, aż do uzyskania niebieskiej otoczki. Zaleca się wykonać próbę na bibule pierwszego dnia po dodaniu określonej objętości roztworu barwnika. Określenie tej ilości wymaga pewnej wprawy; dlatego lepiej przygotować 2 próbki do badania, licząc się z koniecznością powtórzenia oznaczenia przy przedawkowaniu roztworu. 4.3.5. Obliczanie wyników (MBC, St). Jeśli po dodaniu określonej ilości roztworu błękitu metylenowego stwierdzono po raz pierwszy zabarwienie otoczki, to pojemność sorpcyjną (MBC) należy obliczyć wg wzoru (11)

w którym: masa błękitu metylenowego zawarta w 1 cm3, roztworu, w przeliczeniu na substancję 3-wodną, g,

m

—

ms

—

Vi

—

objętość roztworu przy którym zdolność sorpcyjna została przekroczona, cm3,

Vi-1

—

objętość roztworu odpowiadająca przedostatniej porcji roztworu błękitu metylenowego przed przekroczeniem zdolności sorpcyjnej, cm3.

masa gruntu użytego do oznaczania w przeliczeniu na substancję wysuszoną w temperaturze 105 ÷ 110°C, g,

Powierzchnię właściwą (St) obliczyć należy wg wzoru (12)

w którym: k1

—

współczynnik, którego wartość należy przyjąć równą 20,94 m2/g,

MBC

—

pojemność sorpcyjna gruntu w stosunku do błękitu metylenowego wg substancji 3-wodnej na 100 g suchej masy gruntu.

Za wynik ostateczny należy przyjąć wartość średniej arytmetycznej 3 oznaczań, jeśli różnica wartości ekstremalnych nie przekracza 25% wartości średniej. W przypadku większych różnic należy wykonać dodatkowe oznaczania. Przy obliczaniu wartości średniej należy pominąć wartości różniące się od niej o więcej niż 30%. Jako metodę równoważną dopuszcza się oznaczanie całkowitej powierzchni właściwej gruntów metodą sorpcji pary wodnej. Badania prowadzić należy przy względnej prężności pary wodnej równej 0,53 w temperaturze 20 ±1°C. Przy obliczeniach St należy przyjąć, że 1 g zaadsorbowanej wody odpowiada 36,0 m2 powierzchni. Oznaczanie wilgotności sorpcyjnych prowadzić również można nad nasyconym roztworem azotanu magnezu [Mg(NO3)26H2O], z tym że uzyskane wartości należy mnożyć przez współczynnik równy 0,976. 4.4. Oznaczanie zawartości części organicznych (Iom) oraz strat masy przy prażeniu (Iz) 4.4.1. Zasada badania. Zasada oznaczania zawartości części organicznych polega na określeniu straty masy gruntu wysuszonego w temperaturze 105 ÷ 110°C powstałej na skutek oddziaływania 30% roztworu nadtlenku Wydrukowano z programu Integram 2.0

Strona 16


wodoru na próbkę gruntu. Dopuszcza się oznaczanie Iom przez utlenianie części organicznych roztworem dwuchromianu potasu w obecności kwasu siarkowego. W przypadku gruntów o wysokiej zawartości części organicznych (Iom > około 10%) przybliżoną ich zawartość określać można jako straty suchej masy gruntu (Iz) w wyniku prażenia w temperaturze 600 ÷ 800°C. Metody tej nie należy stosować w celu sklasyfikowania gruntów jako organicznych lub mineralnych wg PN-86/ B-02480. 4.4.2. Przyrządy i materiały a) Zestaw urządzeń do oznaczania wilgotności gruntów wg 5.1. b) Wagu laboratoryjna o dokładności ważenia nie mniejszej niż 0,01 g, lub waga analityczna. c) 30% roztwór nadtlenku wodoru (H2O; tzw. perhydrol). d) Zlewki pojemności 200 ÷ 250 cm3 oraz szkiełka zegarkowe do ich przykrywania. e) Suszarka pozwalająca utrzymywać stałą temperaturę 105 ÷ 110°C. f) Eksykator z bezwodnym chlorkiem wapnia lub analogicznym środkiem suszącym. g) Tygielki porcelanowe pojemności 10 ÷ 20 cm3. h) Urządzenie ogrzewcze (piec elektryczny lub palnik gazowy), pozwalające utrzymywać tygielek (tygielki) wraz z zawartością w temperaturze 600 ÷ 800°C. i) Kwas solny, roztwór 5%(V/V). 4.4.3. Przygotowywanie próbek gruntów. Z gruntu przeznaczonego do badania należy pobrać próbkę o masie nie mniejszej niż 300 g, dokładnie rozetrzeć i wymieszać, a następnie metodą kwartowania pomniejszyć tak, aby po wysuszeniu do stałej masy w temperaturze 105 ÷ 110°C, masa jej wynosiła 30 ÷ 50 g. Jeśli grunt przewidziany do prażenia zaliczony został do II, III lub IV klasy zawartości węglanów wg 3.6 tabl. 4, to przed prażeniem należy: a) odważoną próbkę wysuszonego w temperaturze 105 ÷ 110°C gruntu poddać działaniu 5% roztworu kwasu solnego (HCl), aż do zaniku wywiązywania się dwutlenku węgla, b) przemyć co najmniej 5-krotnie wodą, aż do zaniku reakcji kwaśnej (kontrola za pomocą papierków wskaźnikowych). Tak przygotowaną próbkę należy poddać badaniu wg 4.4.4.2. 4.4.4. Wykonywanie badania 4.4.4.1. Oznaczanie zawartości części organicznych metodą utleniania. Z próbki przygotowanej i wysuszonej wg 4.4.3 należy odważyć w zlewce (masa zlewki mt) około 10 g gruntu i całość zważyć z dokładnością do 0,01 g (mst). Następnie do zlewki należy wlać około 30 cm3 30% roztworu nadtlenku wodoru, przykryć zlewkę szkiełkiem zegarkowym i podgrzewać stopniowo do temperatury około 60°C zwracając uwagę, aby zawartość zlewki nie pieniła się zbyt silnie i nie pryskała. Podgrzewanie (najlepiej na łaźni wodnej) należy prowadzić w ciągu około 3 h, aż do chwili, gdy po dodaniu kolejnych 10 cm3 30% roztworu nadtlenku wodoru nie będą się już wydzielały pęcherzyki gazu. Po zakończeniu podgrzewania zawartość zlewki należy gotować, aż do uzyskania zawiesiny o gęstej konsystencji; należy nie dopuszczać do rozpryskiwania się zawartości zlewki. Następnie należy wstawić zlewkę do suszarki i suszyć do stałej masy w temperaturze 105 ÷ 110°C. Po ochłodzeniu w eksykatorze do temperatury pokojowej, zlewkę wraz z zawartością należy zważyć (mu) z dokładnością nie mniejszą niż 0,01 g.

4.4.4.2. Oznaczanie strat masy przy prażeniu. Z przygotowanej i wysuszonej wg 4.4.3 próbki gruntu należy odważyć około 10 g gruntu, wsypać do suchego tygielka i zważyć z dokładnością nie mniejszą niż 0,01 g (mst). Masa własna tygielka (mt) powinna być uprzednio oznaczona, po ustaleniu się jej w wyniku prażenia. Tygielek wraz z zawartym w nim gruntem należy następnie przez co najmniej 4 h prażyć w temperaturze 600 ÷ 800°C; powierzchnia próbki gruntu w tygielku powinna mieć przy tym barwę ciemnoczerwoną. Po ostudzeniu w eksykatorze tygielek z zawartością należy zważyć z dokładnością nie mniejszą niż 0,01 g i ponownie prażyć przez dalsze 3 ÷ 4 h. Czynności te należy powtarzać, aż do uzyskania stałej masy (mu). Po ostatnim ważeniu, próbkę należy przysypać ilościowo na szkiełko zegarkowe. Jeżeli czarne zabarwienie próbki wskazuje na obecność zwęglonych lecz niespalonych części organicznych, należy próbkę rozkruszyć, wsypać do tygielka i poddać prażeniu jak poprzednio, aż do uzyskania stałej masy. 4.4.5. Obliczanie wyników. Zawartość części organicznych (Iom) należy obliczyć, w %, wg wzoru

(13)

w którym: mst

—

masa zlewki z próbką gruntu po wysuszeniu do stałej masy, g,


Strona 17


mu

—

masa zlewki z próbką po utlenieniu części organicznych i wysuszeniu, g,

mt

—

masa suchej zlewki, g.

Procentową zawartość strat masy przy prażeniu (Iz) należy obliczyć wg wzoru (13) w którym: mst

—

masa tygielka z próbką gruntu wysuszonego do stałej masy, g,

mt

—

masa wyprażonego tygielka, g,

mu

—

masa tygielka z próbką gruntu po wyprażeniu do stałej masy, g.

5. OPIS BADAŃ DLA OKREŚLENIA STANU GRUNTÓW

5.1. Oznaczanie wilgotności gruntu (w) 5.1.1. Przyrządy a) Suszarka z termostatem umożliwiająca utrzymanie temperatury 105 ÷ 110°C. b) Waga laboratoryjna lub techniczna spełniająca wymagania wg 2.3. c) Parowniczki lub odpowiednie naczynia laboratoryjne (naczynka wagowe, tygielki, itp.) odporne na działanie wymienionej temperatury, d) Eksykator z bezwodnym chlorkiem wapnia. 5.1.2. Przygotowywanie próbek do oznaczania. Do oznaczania wilgotności gruntu powinny być użyte próbki o naturalnej wilgotności (NW), naturalnej strukturze (NNS) lub wilgotności w stanie powietrznosuchym. Każdą z próbek należy pomniejszyć tak, aby otrzymać po dwie części gruntu o masach: co najmniej 500 g — dla gruntów gruboziarnistych, co najmniej 50 g — dla piasków i pyłów, co najmniej 30 g — dla pozostałych gruntów drobnoziarnistych. Jeśli oznaczanie wilgotności wykonywane jest jako badanie pomocnicze (np. przy oznaczaniu granic konsystencji, oznaczaniu edometrycznych modułów ściśliwości, itp.) to wielkość próbki powinna odpowiadać wymaganiom podanym w odnośnych punktach niniejszej normy. 5.1.3. Wykonywanie oznaczania. Bezpośrednio po pobraniu z próbki obu części gruntu wg 5.1.2, należy umieścić je w parowniczce o znanej masie (mt), razem zważyć (mmt), a następnie suszyć w temperaturze 105 ÷ 110°C do stałej masy i po ostudzeniu w eksykatorze ponownie zważyć (mst). 5.1.4. Obliczanie wyników. Wilgotność gruntu (w) należy obliczyć, w %, wg wzoru (14)

w którym: mmt

—

masa wilgotnej próbki z masą parowniczki, g,

mst

—

masa próbki wysuszonej z masą parowniczki, g,

mt

—

masa parowniczki lub innego naczynka mieszczącego badaną próbkę, g.

Wartość mst oznaczać należy co najmniej dwukrotnie, przyjmując do obliczeń wilgotności wartość nie różniącą się więcej od poprzedniego oznaczania niż wynosi dokładność ważenia. Za wynik ostateczny należy przyjąć średnią arytmetyczną wartości obu oznaczań, jeżeli ich różnica nie przekroczy 5% wartości średniej. W przypadku większej różnicy należy przeprowadzić badania na dwóch dodatkowych częściach próbki i jako wynik ostateczny należy przyjąć średnią arytmetyczną trzech najmniej różniących się wartości. 5.2. Oznaczanie gęstości objętościowej (ρ) gruntu 5.2.1. Metody oznaczania i zakres ich stosowania. W zależności od cech gruntu i wielkości dostarczonej próbki, oznaczania można wykonywać jedną z następujących metod: a) metodą wyporu hydrostatycznego w cieczach organicznych wg 5.2.3; b) metodą wyporu hydrostatycznego w wodzie wg 5.2.4; metodę wg poz. a) i b) należy stosować w przypadku gruntów spoistych, których rodzaj próbki uniemożliwia stosowanie metody wg 5.2.6; c) przez oznaczanie objętości próbki metodą wyporu rtęci; metodę tę stosuje się w przypadku twardoplastycznych, półzwartych lub zwartych gruntów spoistych, jedynie gdy konieczne jest uzyskanie dużej dokładności wyników wg 5.2.5; d) przy zastosowaniu pierścienia o określonej objętości; metodę tę należy stosować przy badaniu próbek gruntów spoistych o nienaruszonej strukturze i o dostatecznej objętości wg 5.2.6; e) przy zastosowaniu cylindra o określonej objętości metodę należy zastosować przy badaniu gruntów niespoistych wg 5.2.6. Dopuszcza się stosowanie innych metod lub specjalnych przyrządów, jeżeli pozwalają one na oznaczanie wartości ρ z błędem nie


Strona 18


większym niż 0,01 g/cm3, a w trakcie badania wilgotność próbek nie ulega zmianie. 5.2.2. Przyrządy i materiały a) Waga techniczna o wymaganej dokładności wg 2.3. b) Waga laboratoryjna przystosowana do ważenia hydrostatycznego o dokładności wg 2.3. c) Zlewka szklana pojemności około 150 cm3. d) Olej parafinowy, benzyna lakowa, toluen, ksylen lub inna ciecz organiczna mało toksyczna i nie mieszająca się z wodą, o znanej zależności gęstości właściwej od temperatury. e) Termometr o zakresie pomiarowym 10 ÷ 30°C i podziałce elementarnej 0,5°C. f) Parafina i naczynie do jej rozpuszczania (topienia). g) Drut, najlepiej miedziany, grubości 0,05 ÷ 0,1 mm i długości 20 ÷ 30 cm. h) Naczynie pomiarowe objętości 250 ÷ 300 cm3 wykonane z materiału nie reagującego z rtęcią i mające równą krawędź otworu. i) Płytka szklana, grubości co najmniej 8 mm; powinna mieć w środku umocowane trzy stożkowe kołeczki długości po 1 cm, ustwione w trójkąt równoboczny o boku 1 ÷ 2 cm. j) 2 płaskie naczynia z materiału nie reagującego z rtęcią, o wymiarach około 30×30×3 cm. k) Rtęć, 5 ÷ 6 kg, w odpowiednim pojemniku. l) Urządzenie do wciskania pierścienia w grunt (rys. 2), które składa się z pierścienia (1) ze stali nierdzewnej o wysokości (H) i średnicy wewnętrznej (Dw) 3 ÷ 4 cm średnicy zewnętrznej (Dz); pierścienia prowadzącego (2); trzpienia dociskowego (3); tulei (4) i podstawy (5). m) Cylinder o średnicy nie mniejszej niż 8 cm i wysokości równej 0,9 ÷ 1,1 średnicy ze stali nierdzewnej. Dolna krawędź zewnętrzna powinna być sfazowana. n) Nóż o prostej krawędzi ostrza. 5.2.3. Oznaczanie gęstości objętościowej gruntu metodą wyporu hydrostatycznego w cieczach organicznych 5.2.3.1. Przygotowanie próbek gruntu. Z gruntu o nienaruszonej strukturze należy wyciąć dwie próbki objętości 10 wygładzić ostrzem noża drobne nierówności na ich powierzchni.

÷ 20 cm3 każda i

Rys. 2

5.2.3.2. Wykonanie oznaczania. Należy przygotować przyrządy i materiały wg 5.2.2b), d), e), g). Wydrukowano z programu Integram 2.0

Strona 19


Bezpośrednio po przygotowaniu próbki wg 5.2.3.1 należy ją podwiesić na szalce wagi na druciku o masie md i oznaczyć masę próbki z drucikiem. Następnie podstawić pod ramię wagi zlewkę wypełnioną w połowie cieczą organiczną wg 5.2.2d) i po zanurzeniu próbki w cieczy oznaczyć jej masę wraz z drucikiem (mmc). Wszystkie powyższe czynności należy powtórzyć przy badaniu drugiej próbki tego samego gruntu. Należy oznaczyć temperaturę cieczy. 5.2.3.3. Obliczanie wyników. Gęstość objętościową gruntu (ρ), w g/cm3, należy obliczyć wg wzoru (15)

w którym: mm

—

masa badanej próbki po odjęciu masy drucika, g,

mmc

—

masa jw. po zanurzeniu próbki w cieczy, g,

—

gęstość stosowanej cieczy w danej temperaturze, g/cm3.

ρc

Pomijanie wyporu działającego na drucik dopuszczalne jest, gdy oznaczania masy wykonuje się z dokładnością nie większą niż 0,01 g, a masa drucika nie przekracza 0,1 g. Za wynik należy przyjąć średnią arytmetyczną wartości uzyskanych z badania obu próbek, jeśli różnica wyników nie przekracza 0,02 g/cm3. W przypadku większej różnicy należy wykonać oznaczania ρ dla dwóch dodatkowych próbek i jako wynik ostateczny przyjąć średnią arytmetyczną 3 najmniej różniących się wartości z czterech wykonanych oznaczań. 5.2.4. Oznaczanie gęstości objętościowej gruntów metodą wyporu hydrostatycznego wody 5.2.4.1. Przygotowanie próbek gruntu. Z gruntu o nienaruszonej strukturze przeznaczonego do badań, należy wyciąć bez naruszenia naturalnej struktury dwie próbki objętości 20 ÷ 30 cm3 każda i wygładzić ostrzem noża drobne nierówności na ich powierzchniach. 5.2.4.2. Wykonanie oznaczania. Przygotować przyrządy i materiały wg 5.2.3.2. Po ustaleniu masy obu próbek gruntu, należy umocować do nich druciki i zanurzyć je w gorącej parafinie tak, aby próbki zostały powleczone jednolitą i cienką warstwą tej substancji. Należy zwracać uwagę, aby w warstwie parafiny nie zostały zamknięte pęcherzyki powietrza. Parafina podczas powlekania nie powinna wrzeć. Oparafinowane próbki należy zważyć, a następnie podwiesić je na drucie do szalki wagi zanurzając w zlewce z wodą w celu określenia zmniejszonej o wypór wody masy próbek. 5.2.4.3. Obliczanie wyników. Gęstość objętościową gruntu (ρ), w g/cm3, należy obliczyć wg wzoru

(16)

w którym: mm

—

masa próbki gruntu w stanie wilgotnym, g,

V

—

objętość próbki gruntu, cm3,

mp

—

masa oparafinowanej próbki gruntu, g,

mpw

—

masa próbki gruntu oparafinowanej i zanurzonej w wodzie, g,

—

gęstość parafiny, którą należy oznaczać wg 5.3,

—

gęstość wody; można przyjąć 1,000 g/cm3.

ρp ρw

Wszystkie wymienione wielkości mm, mp, mpw dotyczą mas po odliczeniu masy drucika, na którym zawieszono próbkę. Wynik ostateczny należy ustalić wg 5.2.3.3. 5.2.5. Oznaczanie gęstości objętościowej gruntu przez pomiar objętości próbki za pomocą rtęci 5.2.5.1. Przygotowanie próbek gruntu. Z gruntu o nienaruszonej strukturze przeznaczonego do badań należy bez


Strona 20


naruszenia naturalnej struktury wyciąć nożem dwie próbki gruntu objętości po około 10 cm3 każda i nadać im kształt bryłek regularnych, o wypukłych, gładkich powierzchniach. 5.2.5.2. Wykonanie oznaczania. Należy przygotować sprzęt i materiały wg 5.2.2a), h), i), j), k). Naczynie pomiarowe wg 5.2.2h) ustawione na talerzu wg 5.2.2j) należy całkowicie wypełnić rtęcią, nadmiar rtęci wycisnąć z naczynia przez przyłożenie płytki wg 5.2.2i) z kołeczkami skierowanymi do wnętrza naczynia, a wyciśniętą z naczynia rtęć usunąć z talerza. Próbkę gruntu przygotowaną wg 5.2.5.1 należy zważyć (mm) i następnie zanurzyć w rtęci wciskając ją za pomocą płytki z kołeczkami. Rtęć wypchniętą podczas zanurzania próbki gruntu należy przenieść do zważonej parowniczki (mp) zgarniając ją dokładnie pędzelkiem, a następnie parowniczkę z rtęcią zważyć (mpr). Następnie należy próbkę wyjąć z naczynia pomiarowego i ponownie zważyć w celu sprawdzenia, czy rtęć nie dostała sic w jej szczeliny. W przypadku stwierdzonego wzrostu masy próbki, przyrost ten należy dodać do masy wypchniętej rtęci. Wszystkie czynności należy powtórzyć dla drugiej próbki. Wszystkie wymienione wyżej czynności należy wykonywać w warunkach zgodnych z odpowiednimi przepisami bezpieczeństwa i higieny pracy (pary rtęci są trujące !). Próbki gruntu, których objętość badano w rtęci nie należy używać do innych badań. 5.2.5.3. Obliczanie wyników. Gęstość objętościową gruntu (ρ), należy obliczyć w g/cm3 wg wzoru (17)

w którym: mm

ρh mr

—

masa próbki gruntu w stanie wilgotnym, g,

—

gęstość właściwa rtęci, g/cm3, przyjmowana (interpolowana liniowo) w zależności od temperatury wg tabl. 8; dla pośrednich wartości temperatur (t°C) wartości ρh obliczyć można za pomocą równania ρh = 13,5940 - 0,00241 t.

—

masa wypchniętej rtęci (mpr - mp), g. Tablica 8. Gęstość rtęci

Temperatura +°C

ρh, g/cm3

10

15

20

25

30

13,570

13,558

13,546

13,534

13,522

Sposób ustalania wyników ostatecznych — wg 5.2.3.3. 5.2.6. Oznaczanie gęstości objętościowej gruntu (ρ) w pierścieniu lub w cylindrze 5.2.6.1. Wykonanie oznaczenia. Należy zestawić sprzęt wg 5.2.2a), l), m), n). Do oznaczania należy używać pierścieni lub cylindrów o znanej masie i objętości wewnętrznej. Schemat urządzenia do wciskania pierścieni przedstawiony jest na rys. 2. Pierścień (1) wciskany jest za pośrednictwem pierścienia prowadzącego (2) przez nacisk na trzpień dociskowy (3); prowadzenie pierścieni (1), (2) zapewnia tuleja (4), na którą od spodu nakręcać można pierścień (5) podstawy, zapewniający prostopadłość ustawienia pierścienia (1) w stosunku do wyrównanej powierzchni gruntu. Pierścień (1) wciskać należy w ten sposób, aby grunt wypełnił 0,4 ÷ 0,5 wysokości pierścienia (2). Powierzchnię bryły gruntu o nienaruszonej strukturze i o wymiarach większych od stosowanego cylindra lub pierścienia albo powierzchnię badanego gruntu w wykopie należy wyrównać nożem, a następnie równomiernie naciskając zagłębiać cylinder (pierścień) tak, aby nie powstawały szczeliny między ścianką cylindra (pierścienia) a wycinaną próbką. Następnie napełniony cylinder (pierścień) należy z zewnątrz oczyścić z gruntu, wyrównać grunt równo z krawędziami i zważyć wraz ze znajdującą się w nim próbką gruntu. W przypadkach, gdy grunt nie wypełnia całego cylindra dopuszcza się wypełnianie pozostałej części substancją o znanej gęstości właściwej ρx nie wnikającą w przestrzenie porowe gruntu; powierzchnia powyższej substancji powinna być wyrównana do poziomu brzegów cylindra. Objętość tej substancji nie powinna przekraczać 2% wewnętrznej objętości cylindra. 5.2.6.2. Obliczanie wyników. Gęstość objętościową gruntu (ρ), należy obliczyć w g/cm3, wg wzoru (18)

w którym: —

masa próbki gruntu, g,


Strona 21


mm V

—

objętość próbki, cm3,

mst

—

masa pierścienia lub cylindra wraz z gruntem, g,

mt

—

masa pierścienia lub cylindra, g,

Vp

—

wewnętrzna objętość pierścienia lub cylindra cm3.

W przypadku gdy grunt nie wypełnia całego cylindra wg 5.2.6.1, należy przy obliczaniu ρ uwzględnić masę substancji wypełniającej, zaś objętość próbki (V) obliczyć wg wzoru (19)

w którym: Vp

—

wewnętrzna objętość pierścienia lub cylindra, cm3,

mx

—

masa substancji wypełniającej, g,

—

gęstość właściwa substancji wypełniającej, g/cm3.

ρx

Sposób ustalania wyników — wg 5.2.3.3. 5.2.7. Oznaczanie maksymalnej i minimalnej gęstości objętościowej gruntów niespoistych (ρd max, ρd min) 5.2.7.1. Przyrządy a) Naczynie metalowe wraz z tłoczkiem (rys. 3). b) Metalowe widełki wibracyjne (rys. 4). c) Waga techniczna, o dokładności ważenia 0,1 g. d) Nóż o prostym ostrzu. e) Suwmiarka o dokładności mierzenia 0,1 mm (pomiar głębokości). Zaleca się przyjmowanie takich wymiarów wewnętrznej części naczynia, aby objętość tej części można było przyjmować jako równą 500,0 cm3. Masa naczynia z tłoczkiem wynosić powinna około 1700 g, zaś masa widełek około 550 g.


Strona 22


Rys. 3

Rys. 4

5.2.7.2. Przygotowanie próbki do oznaczania. Z gruntu przeznaczonego do badań należy pobrać próbkę o objętości co najmniej 600 cm3 i wysuszyć do stałej masy w temperaturze 105 ÷ 110°C. 5.2.7.3. Wykonanie oznaczania. Próbkę gruntu przygotowaną wg 5.2.7.2 należy wsypywać do cylindra przez lejek, który początkowo należy oprzeć o dno cylindra i podnosić stopniowo, w miarę napełniania naczynia, równo z powierzchnią nasypywanego gruntu. Po napełnieniu naczynia gruntem należy za pomocą noża wyrównać powierzchnię równo z krawędzią cylindra i całość zważyć (mst). Następnie na powierzchni gruntu w naczyniu ułożyć tłoczek i przeprowadzić zagęszczenie gruntu przez 1 min, uderzając widełkami wibracyjnymi o ścianki naczynia, początkowo lekko i wolno, a następnie silnie i szybko. Grunt można uznać za zagęszczony, jeżeli trzy kolejne pomiary za pomocą suwmiarki, zagłębienia tłoka, po każdorazowym dodatkowym 30 s zagęszczaniu nie wykazują zmian. Dla tego stanu gruntu należy określić w cm3, wartość zmniejszenia objętości gruntu (∆V) w naczyniu przy zagęszczeniu, wg wzoru (20)

w którym: A

∆h

—

pole przekroju poprzecznego wnętrza naczynia wg 5.2.7.1a), cm2,

—

zmiana odległości górnej powierzchni tłoczka od górnej krawędzi naczynia (rys. 3) powstała w wyniku zagęszczenia gruntu w cylindrze, cm.

Dla każdej próbki gruntu należy wykonać1): — 5 niezależnych oznaczań wartości ms, — 3 niezależne oznaczania ∆V dla maksymalnego zagęszczenia gruntu. 5.2.7.4. Obliczanie wyników. Gęstość objętościową szkieletu gruntowego przy najluźniejszym ułożeniu ziaren (ρd min)

należy obliczyć, w g/cm3 wg wzoru

(21)

w którym: Wydrukowano z programu Integram 2.0

Strona 23


mst

—

masa naczynia z gruntem, g,

mt

—

masa naczynia, g,

V

—

objętość naczynia, cm3.

Gęstość objętościową szkieletu gruntowego przy najgęściejszym ułożeniu ziarn (ρd max) należy obliczyć, w g/cm3, wg wzoru

(22)

w którym:

∆V

—

zmniejszenie objętości próbki w cylindrze przy wibrowaniu, cm3

pozostałe symbole jak we wzorze (21). Jako miarodajne wartości należy przyjąć: — najniższą z 5 oznaczań wartość ρd min, — najwyższą z 3 oznaczań wartość ρd max. 5.3. Oznaczanie gęstości właściwej szkieletu gruntowego (ρs) 5.3.1. Przyrządy a) Kolba (piknometr) cechowana, pojemności 200 ÷ 250 cm3 i kształtu stożkowego (rys. 5). Wewnętrzna średnica szyjki kolby nie powinna być większa niż 6 mm przy pojemności kolby 200, zaś 8 mm — przy pojemności kolby 250 cm3. Na szyjce kolby powinna być naniesiona w sposób trwały kreska, pozwalająca na ustalenie położenia menisku cieczy. Kolba powinna mieć trwale oznakowany numer. b) Termometr o podziałce elementarnej 0,5°C i zakresie temperatur 10 ÷ 30°C; średnica bańki z rtęcią powinna być mniejsza niż wewnętrzna średnica szyjki kolby. c) Waga laboratoryjna o dokładności ważenia co najmniej 0,01 g. d) Eksykator z bezwodnym chlorkiem wapnia lub analogicznym środkiem suszącym. e) Moździerz z ucierakiem z twardej gumy.

Rys. 5

Dopuszcza się stosowanie wszystkich piknometrów, zapewniających wykonywanie oznaczań ρs z błędem nie

większym niż 0,01 g/cm3. W przypadku stosowania piknometrów zamiast gotowania (5.3.4) dopuszcza się odpowietrzanie za pomocą stosowania próżni, odpowiadającej ciśnieniu nie większemu niż 2,7 kPa, przez okres nie krótszy niż 1 h. Wydrukowano z programu Integram 2.0

Strona 24


5.3.2. Cechowanie kolby (piknometru) polega na: a) oznaczaniu masy kolby wysuszonej (mt) z dokładnością do 0,01 g, b) oznaczaniu masy kolby napełnionej wodą destylowaną do kreski na szyjce (mwt) z dokładnością do 0,01 g, dla co najmniej 3 różnych temperatur w zakresie 15 ÷ 25°C oraz na ustaleniu zależności mwt od temperatury za pomocą interpolacji liniowej. Cechowanie należy przeprowadzać dla trzech zakresów temperatur w granicach 10 ÷ 30°C, po pięć oznaczań w każdym zakresie. W tym celu należy kolbę napełnić do 2/3 objętości wodą destylowaną, a następnie należy gotować przez 30 min. Po zakończeniu gotowania należy kolbę z wodą ochłodzić kolejno do przyjętych temperatur i dopełniać za każdym razem wodą destylowaną tak, aby spód menisku pokrywał się z kreską na szyjce. Ochładzanie należy przeprowadzać w kąpieli wodnej. Po każdorazowym ochłodzeniu do przyjętej temperatury należy temperaturę wody określić z dokładnością do koło 0,1°C oraz zważyć kolbę z wodą z dokładnością do 0,01 g. Na podstawie uzyskanych wyników oznaczań należy sporządzić wykres zależności mwt od t i na jego podstawie należy wyznaczyć mwt dla temperatur, w których oznaczane jest mwg wg 5.3.4. 5.3.3. Przygotowywanie próbek gruntu. Przeznaczona do oznaczania gęstości właściwej część pobranej próbki gruntu (o sprawdzonej makroskopowo jednorodności) po wysuszeniu do stałej masy w temperaturze 105 ÷ 110°C powinna wynosić: a) dla piasków gliniastych, pyłów i pyłów piaszczystych: 40 ÷ 50 g, b) dla glin, glin piaszczystych i glin pylastych: 35 ÷ 40 g, c) dla glin zwięzłych, iłów i iłów pylastych: 25 ÷ 30 g. 5.3.4. Wykonanie oznaczania. Przygotowaną próbkę gruntu o masie wg 5.3.3, należy wsypać do wycechowanej kolby i całość ochłodzić w eksykatorze, a następnie zważyć z dokładnością do co najmniej 0,01 g. Po zważeniu należy kolbę dopełnić wodą destylowaną do około 2/3 objętości i gotować na małym płomieniu przez 30 min. Podczas gotowania należy zawartość kolby kilkakrotnie wymieszać. Następnie kolbę z zawartością należy ochłodzić do temperatury otoczenia, dopełnić wodą destylowaną do kreski na szyjce kolby i wstawić do kąpieli wodnej o temperaturze otoczenia. Po upływie około 2 h należy zmierzyć temperaturę wody w kolbie i w kąpieli. Jeżeli różnica temperatur jest mniejsza niż 0,5°C, średnią arytmetyczną odczytów obu temperatur należy przyjąć jako temperaturę, w jakiej ustalono masę kolby z wodą. Po wyjęciu z kąpieli wodnej kolbę należy osuszyć z zewnątrz, wyrównać poziom wody do kreski na szyjce i zważyć z dokładnością co najmniej do 0,01 g. Po wykonaniu tych czynności należy za pomocą pipetki odciągnąć nieco wody z szyjki kolby i ponownie doprowadzić poziom wody do kreski, a następnie ponownie zważyć kolbę z zawartością z dokładnością do 0,01 g. Oba wyniki nie powinny różnić się od siebie więcej niż o 0,02 g. W przypadku większej różnicy należy badania powtarzać aż do otrzymania 2/3 wyników nie różniących się od siebie więcej niż o 0,01 g. Wszystkie czynności powinny być wykonywane tak szybko, aby podczas oznaczania nie następowały zmiany temperatury w kolbie. Podczas wykonywania oznaczania nie należy dotykać gołą dłonią kolby (piknometru). 5.3.5. Obliczanie wyników. Gęstość właściwą szkieletu gruntowego (ρs) należy obliczać w g/cm3, wg wzoru

(23)

w którym: mg

—

mwt

—

masa kolby napełnionej do kreski wodą destylowaną przy temperaturze, w której oznaczono mwg, g,

mwg

—

masa kolby z gruntem i wodą wypełniającą kolbę do kreski, g,

mt

—

ρw

—

masa kolby i gruntu wysuszonego przy temperaturze 105 ÷ 110°C, g,

masa kolby wysuszonej przy temperaturze 105 ÷ 110°C, g, gęstość wody, g/cm3.

Jeżeli wynik oznaczania, 0,02

g/cm3

ρs, różni się od wartości podanych w tabl. 9 więcej niż o:

— dla piasków gliniastych, glin i glin zwięzłych,


Strona 25


0,03 g/cm3 — dla iłów, należy wykonać co najmniej dwa oznaczania dodatkowe, a jako wartość ostateczną należy przyjąć średnią arytmetyczną dwu wartości różniących się od siebie więcej niż o 0,02 g/cm3. Tablica 9. Średnie wartości gęstości właściwej szkieletu gruntowego

Rodzaj gruntu

Średnie wartości gęstości właściwej szkieletu gruntowego ρs, g/cm3

Piaski gliniaste

2,66 ÷ 2,68

Pyły Gliny Gliny zwięzłe Iły Dla piasków kwarcowych można przyjmować wartość

2,66

÷ 2,67

2,67

÷ 2,70

2,69

÷ 2,72

2,71

÷ 2,78

ρs równą 2,65 g/cm3.

5.4. Oznaczanie granicy skurczalności gruntu (wS) 5.4.1. Zasada badania. Granicę skurczalności gruntów (wS) określa się wilgotność, przy której wysychające próbki przestają zmniejszać swą objętość. 5.4.2. Przyrządy — wg 5.1.1 i 5.2.5. 5.4.3. Wykonanie oznaczania. Przygotowanie wg 5.2.5.1 dwie próbki o nienaruszonej strukturze należy umieścić w parowniczkach i poddać powolnemu wysychaniu — początkowo w temperaturze pokojowej do stanu powietrznosuchego, a następnie w temperaturze 105

÷ 110°C, w obydwu przypadkach do stałej masy.

Po ochłodzeniu próbki w eksykatorze należy oznaczyć jej masę (ms) i objętość (V); objętość oznaczać należy wg 5.2.5 i obliczyć z

zależności

.

5.4.4. Obliczanie wyników. Granicę skurczalności gruntu (ws) należy obliczyć, w %, wg wzoru

(24)

w którym:

ρw ρs ρd

—

gęstość wody w porach gruntu przyjmowana jako równa 1,000 g/cm3,

—

gęstość właściwa szkieletu gruntowego wg 5.3, g/cm3,

—

gętość objętościowa szkieletu gruntowego, g/cm3, obliczona wg wzoru

(25)

gdzie: ms

—

masa szkieletu gruntowego wg 5.4.3. g,

V

—

objętość gruntu wg 5.4.3. g/cm3.

Jako wynik oznaczania należy przyjąć średnią arytmetyczną obu oznaczań ws, jeżeli ich różnica nie przekracza 10% wartości średniej. W przypadku większej różnicy należy wykonać dwa dodatkowe oznaczania, a jako wartość ostateczną przyjąć średnią arytmetyczną trzech najmniej różniących się wartości.


Strona 26


5.5. Oznaczanie granicy plastyczności gruntu (wP) 5.5.1. Zasada badania. Granicę plastyczności (wP) gruntu określa się jako wilgotność wałeczka gruntowego, przy której w kolejnym wałeczkowaniu wg 5.5.4 pęka on, rozwarstwia się lub rozsypuje. 5.5.2. Przyrządy a) Dwa naczynka wagowe z doszlifowanymi przykrywkami. b) Przyrządy do oznaczania wilgotności wg 5.1.1. 5.5.3. Przygotowywanie próbek do oznaczania. Z dostarczonego do badania gruntu makroskopowo jednorodnego, o zachowanej wilgotności naturalnej, należy wydzielić próbkę o masie około 50 g. W przypadku, gdy grunt jest w stanie półzwartym lub zwartym należy go nasycić wodą destylowaną do stanu plastycznego. Grunty o konsystencji płynnej należy w temperaturze pokojowej podsuszyć do stanu plastycznego; w obu przypadkach grunt należy wyrobić na jednolitą masę. Z badanego gruntu należy usunąć ziarna o średnicy większej niż 2 mm. Jeśli dla danego gruntu wykonywane jest oznaczanie granicy płynności wL lub , to do oznaczania granicy plastyczności należy użyć pastę gruntową pozostałą po oznaczeniach wg 5.6. 5.5.4. Wykonanie oznaczania. Z przygotowanej wg 5.5.3 próbki gruntu należy uformować kulkę o średdnicy 7 ÷ 8 mm i wałeczkować ją na dłoni, aż wałeczek uzyska średnicę około 3 mm, po czym z wałeczkowanego gruntu należy ponownie uformować kulkę. Czynność tę należy powtarzać tak długo, aż przy kolejnym wałeczkowaniu wałeczek ulegnie uszkodzeniu (popęka, rozwarstwi się lub rozsypie). Za moment popękania należy przyjąć chwilę, gdy wałeczek rozdzieli się na oddzielne kawałki po podniesieniu go za jeden koniec. Wszystkie kawałki wałeczka należy włożyć do naczynka wagowego i zamknąć doszlifowaną przykrywką. Czynności powyższe należy powtarzać tyle razy, aby w dwu naczynkach zebrało się po co najmniej 5 ÷ 7 g gruntu. Wilgotność gruntu w obu naczynkach należy oznaczyć wg 5.1. 5.5.5. Obliczanie wyników. Granicę plastyczności gruntu należy przyjąć jako równą średniej arytmetycznej obu oznaczań wilgotności, jeżeli ich różnica nie przekracza 10% wartości średniej. W przypadku większej różnicy należy przeprowadzić dwa dodatkowe oznaczania, a jako wartość ostateczną wP przyjąć średnią arytmetyczną trzech najmniej różniących się wartości. 5.6. Oznaczanie granic płynności gruntu (wL, ) 5.6.1. Metody oznaczania. Rozróżnia się dwie zasadnicze metody oznaczania granic płynności gruntów: a) metodę Casagrande'a (wL) wg 5.6.2, którą należy stosować we wszystkich przypadkach badań gruntów dla potrzeb projektowania na podstawie Polskich Norm, w szczególności PN-81/B-03020 oraz PN-83/B-02482, b) metodę Wasiliewa ( ) wg 5.6.3, stosowaną w specjalnych przypadkach (np. dla niektórych gruntów wysadzinowych). Jako równorzędne z metodą wg 5.6.2, dopuszcza się też oznaczanie wartości granic płynności gruntu wg 5.6.4 oraz obliczanie wartości wL w %, wg wzoru (26)

5.6.2. Oznaczanie granic płynności (wL) gruntu metodą Casagrande'a 5.6.2.1. Zasada oznaczania. Jako wartość granicy płynności (wL) przyjmuje się wilgotność pasty gruntowej, w której wykonana bruzda zlewa się na długości 10 mm i wysokości 1 mm w warunkach badania wg 5.6.2.4. 5.6.2.2. Przyrządy a) Aparat Casagrande'a wg schematu podanego na rys. 6, gdzie: miseczka aparatu (1), zapadka (2), oś obrotu miseczki (3), ekscentryk (4), podkładka gumowa (5), śruba do regulacji wysokości spadania miseczki (6), śruby zaciskowe ustalające wysokość spadku (7).


Strona 27


Rys. 6

Wysokość podnoszenia miseczki ponad poziom gumowej podkładki powinna wynosić 10 mm, co należy sprawdzać bezpośrednio przed każdym badaniem. Podkładka gumowa powinna być sporządzona z gumy o twardości 70 ±2 stopni Shore'a, zaś sprężystość gumy o wymiarach 8,5×5,0×2,5 cm powinna odpowiadać 35 ÷ 40 jednostkom skali elastometru Schobe'a. Masa miseczki powinna wynosić 160 ±5 g. Dopuszcza się inne właściwości podkładki, pod warunkiem spełnienia wymagań wg wzoru (26). Aparat Casagrande'a spełnia wymagania normy, jeśli uzyskiwane wartości granic płynności wL spełniają równanie (27)

w którym:

wL

—

wartości granic płynności wg 5.6.3, %,

—

wartości granic płynności uzyskiwane dla tych samych gruntów metodą 5.6.2, przy zastosowaniu aparatu Casagrande'a.

Badania sprawdzające obejmować powinny co najmniej 10 gruntów o dostatecznie zróżnicowanych wartościach wL w przedziale 20 ÷ 80%. Jeśli dla sprawdzanego aparatu Casagrande'a uzyskano zależność (28)

gdzie: a, b

—

współczynniki empiryczne, których wartości obliczać należy metodą najmniejszych kwadratów,

w'L

—

wartości granic płynności oznaczane przy użyciu sprawdzanego aparatu,

to zgodnie z obu powyższymi równaniami wartości wL oznaczane zgodnie z wymaganiami niniejszej normy obliczać należy za pomocą równania (29)

b) Rylec profilowany wg rys. 7. c) Sekundomierz. d) Parowniczka porcelanowa o średnicy około 15 cm. e) Tygielki porcelanowe o średnicy 2,5 ÷ 3,0 cm. f) Przyrządy do oznaczania wilgotności wg 5.1.


Strona 28


Rys. 7 5.6.2.3. Przygotowanie próbki do oznaczania. Z dostarczonego do badania gruntu spoistego, makroskopowo jednorodnego, o zachowanej wilgotności naturalnej, należy wydzielić próbkę o masie około 150 ÷ 200 g, umieścić w parowniczce i zalać ją wodą destylowaną. Po upływie co najmniej 20 h nasycony wodą grunt należy wymieszać, aż do uzyskania jednorodnej pasty. Z wymieszanej próbki gruntu należy usunąć ziarna o średnicy większej niż 2 mm. 5.6.2.4. Wykonanie oznaczania. Próbkę gruntu w postaci jednorodnej pasty przygotowanej wg 5.6.2.3, należy nakładać do miseczki aparatu cienkimi warstwami za pomocą łopatki w taki sposób, aby nie pozostawały w niej pęcherzyki powietrza, a rozsmarowany grunt w miseczce utworzył wklęsłą powierzchnię walcową. Przy nakładaniu gruntu do miseczki krawędź łopatki należy tak ustawić, aby była oddalona od zawieszenia miseczki o 1/3 jej średnicy.

Grunt powinien wypełniać przednią część miseczki, przy czym największa grubość warstwy nie powinna być mniejsza niż 9 mm. Po nałożeniu gruntu do miseczki i sprawdzeniu ich łącznej masy, która powinna wynosić 210 ±1 g, należy w gruncie uformować bruzdę przeciągając rylec skierowany prostopadle do powierzchni dna miseczki i w kierunku prostopadłym do osi obrotu miseczki. Następnie miseczkę z gruntem należy umieścić w aparacie i obracać korbę aparatu z prędkością około 2 obrotów/s, powodując uderzenia miseczki o podkładkę; zaleca się stosowanie aparatów z napędem mechanicznym. Uderzenia należy liczyć, aż do chwili zlania się brzegów bruzdy na długości 10 mm i wysokości 1 mm. Następnie ze środka bruzdy należy pobrać do tygielka porcelanowego około 10 g gruntu i oznaczyć jego wilgotność. Pozostałą w miseczce część gruntu należy przełożyć do parowniczki i wymieszać z niewielką ilością wody destylowanej (od kilku do kilkunastu kropli). Przy oznaczaniu granicy płynności gruntu należy wyżej wymienione badania wykonywać co najmniej pięciokrotnie, z czego dwa lub trzy badania powinny wykazywać liczbę uderzeń (Nu) mniejszą niż 25. Do obliczania wyników nie należy przyjmować badań, których wyniki wykazały liczbę uderzeń większą niż 35 lub mniejszą niż 12. 5.6.2.5. Obliczanie wyników. Po oznaczaniu wilgotności i liczby uderzeń dla każdej badanej próbki gruntu, wyniki należy przedstawić na wykresie (rys. 8). Przez punkty odpowiadające poszczególnym badaniom należy przeprowadzić linię, przy czym co najmniej 3 punkty powinny leżeć w przybliżeniu na prostej (odchyłki nie większe niż 0,2% na skali wilgotności), zaś z pozostałych dwóch jeden powinien leżeć powyżej linii, drugi poniżej, lecz w obu przypadkach w odległościach nie większych niż 0,6% w skali wilgotności.


Strona 29


Rys. 8 W przypadku nie spełnienia tego warunku należy powtórzyć oznaczanie. Punkt przecięcia wykreślonej linii z linią odpowiadającą 25 uderzeniom określa wilgotność równą granicy płynności (wL) badanego gruntu. 5.6.3. Oznaczanie granic płynności (

) gruntu metodą Wasiliewa

5.6.3.1. Zasada oznaczania. Jako wartość granic płynności ( ) gruntów należy przyjąć wilgotność pasty gruntowej, w którą stożek wg 5.6.3.2a) zagłębia się pod własnym ciężarem na głębokość h = 10 mm w warunkach badania wg 5.6.3.3. 5.6.3.2. Przyrządy a) Stożek wahadłowy o kształcie i wymiarach wg rys. 9, wykonany ze stali nierdzewnej, polerowany, o masie 76 ±0,2 g, z dwoma rowkami pierścieniowymi o szerokości 0,2 mm na wysokości 10,0 mm i 12,0 mm. b) Naczynie cylindryczne, wg rys. 9 o średnicy wewnętrznej co najmniej 40 mm i wysokości w świetle nie mniejszej niż 20 mm. c) Przyrządy do przygotowania pasty gruntowej wg 5.6.2.3. d) Tygielki porcelanowe. e) Przyrządy do oznaczania wilgotności wg 5.1.


Strona 30


Rys. 9

5.6.3.3. Wykonanie oznaczania. Próbkę gruntu w postaci jednorodnej masy przygotowanej wg 5.6.2.3, należy nałożyć do naczynia cylindrycznego za pomocą łopatki w taki sposób, aby nie pozostawały w niej pęcherzyki powietrza, a górna powierzchnia próbki powinna być wyrównana z brzegiem naczynia i wygładzona. Przed przystąpieniem do wykonywania oznaczania należy stożek przetrzeć watą lekko zwilżoną olejem wrzecionowym, a następnie trzymając go w palcach ostrzem skierowanym w dół, dotknąć ostrzem powierzchni próbki w naczyniu i zwolnić uchwyt palców tak, aby stożek zagłębił się w próbkę pod własnym ciężarem. Po upływie około 5 s od momentu zwolnienia uchwytu stożka należy ustalić jego zagłębienie oceniając je wg poziomu położenia obu rowków stożka. Następnie należy wyjąć stożek z naczynia, z bezpośredniego sąsiedztwa miejsca zagłębiania stożka należy pobrać do tygielka 10 ÷ 15 g gruntu i oznaczyć jego wilgotność. Jeżeli zagłębienie stożka wynosi 10 mm badanie należy przeprowadzić powtórnie na tej samej próbce gruntu po dodatkowym jej wymieszaniu. Jeżeli zagłębienie stożka wynosi mniej niż 10 mm lecz jest większe niż 8 mm, to przed następnym badaniem należy dodać do pasty gruntowej nieco wody destylowanej. Dodawanie wody należy przeprowadzać dwukrotnie tak, aby największe zanurzenie stożka nie przekraczało 12 mm. W przypadku, gdy przy pierwszym pomiarze zagłębienie stożka było większe niż 10 mm lecz mniejsze niż 12 mm, należy zmniejszać wilgotność próbki gruntu przez powolne podsuszanie jej w temperaturze pokojowej. Oznaczanie zagłębienia stożka należy przeprowadzać dodatkowo przy dwóch różnych wilgotnościach gruntu, z tym, że nie powinno być ono mniejsze niż 8 mm. Jeżeli przy pierwszym pomiarze zagłębienie stożka było mniejsze niż 8 mm lub większe niż 12 mm pomiaru nie należy uwzględniać, zaś wilgotność pasty odpowiednio zwiększyć lub zmniejszyć w sposób opisany wyżej. 5.6.3.4. Obliczanie wyników. Jeżeli w obu badaniach uzyskano zagłębienie stożka równe 10 mm, to jako granicę płynności gruntu wg Wasiliewa należy przyjąć średnią arytmetyczną wilgotności gruntu przy obu oznaczaniach. Różnica wartości wilgotności nie powinna przy tym przekraczać 5% wartości średniej.


Strona 31


W przypadku, gdy przy kolejnych badaniach uzyskano różne zagłębienia stożka (w zakresie 8 ÷ 12 mm), to wartość należy określić za pomocą interpolacji graficznej. Wykres powinien obejmować co najmniej trzy punkty. 5.6.4. Oznaczenie granic płynności (wL) gruntów metodą penetrometru stożkowego 5.6.4.1. Zasada oznaczania. Wartość granic płynności gruntu należy obliczyć za pomocą empirycznego równania (30) gdzie

symbolem w18 oznaczona jest wilgotność pasty gruntowej, w którą stożkowa końcówka penetrometru wg 5.6.4.2, wnika na głębokość h = 18,0 mm w warunkach pomiaru określonych w 5.6.4.4.

5.6.4.2. Przyrządy a) Penetrometr z końcówką stożkową (rys. 10), spełniający podane poniżej warunki: — kąt wierzchołkowy stożka powinien być równy 30,0° z odchyleniem nie większym niż ±0,1°, — siła działająca (P) powinna być równa 0,8 N, z dopuszczalnym odchyleniem równym 0,01 N, — powierzchnia boczna stożka powinna być wypolerowana, a sam stożek wykonany z metalu odpornego na korozję i trudno ścieralnego; zaleca się stosować stal narzędziową (np. 2H13, 3H13 lub 4H13) wg PN-71/ H-86020 utwardzoną termicznie do około 40 HRC, — koniec stożka powinien być ścięty prostopadle do osi tak, aby średnica powierzchni wierzchołka wyniosła 0,10 mm, — spadek stożka powinien być swobodny i odbywać się w kierunku prostopadłym do powierzchni badanych próbek gruntów, — penetrometr powinien być wyposażony w urządzenia pozwalające do doprowadzenia ostrza stożka do kontaktu z powierzchnią badanej próbki gruntu (rys. 10, pozycja I), — skala do pomiaru głębokości (h) pogrążania się stożka powinna mieć podziałkę o działce elementarnej nie większej niż 0,5 mm i zakresie pomiarowym 0 ÷ 20 mm; szacunkowy odczyt (z użyciem lupy) wartości h odbywać się powinien z dokładnością nie mniejszą niż 0,1 mm. Zastosowanie odpowiednich obciążników P = 1,0 N oraz P = 4,0 N pozwala stosować penetrometr do oznaczań wskaźnika konsystencji IC wg 5.7 oraz wytrzymałości na ścinanie τf wg 7.1.1. b) Pierścień o wysokości i średnicy wewnętrznej równych 30 mm; krawędzie pierścienia powinny być gładkie (równe), c) Nóż o prostei krawędzi tnącej, d) Zestaw urządzeń do oznaczania wilgotności gruntów wg 5.1. Spełnienie warunków odnośnie kąta wierzchołkowego i końca stożka należy kontrolować za pomocą mikroskopów warsztatowych lub mikroskopów z okularami pomiarowymi. Wymaganie dla końca stożka jest warunkiem zalecanym do kontroli stopnia zużycia ostrza stożka. 5.6.4.3. Przygotowanie próbek gruntu do oznaczania. Z dostarczonego do badania gruntu należy pobrać reprezentatywną próbkę o masie 200 wyrobić na pastę, w sposób podany w 5.6.2.3.


÷ 300 g i z odpowiednim dodatkiem wody

Strona 32


Rys. 10 Pasta powinna mieć konsystencję odpowiadającą penetracji (h), w zakresie 10 ÷ 12 mm; należy ją przygotować co najmniej 20 h przed rozpoczęciem oznaczania wL. Do przygotowania pasty należy stosować wodę destylowaną. 5.6.4.4. Wykonanie oznaczania. Pastą gruntową przygotowaną w sposób podany w 5.6.4.3, należy napełnić pierścień wg 5.6.4.2b). Powierzchnia gruntu po obu stronach powinna być wyrównana za pomocą noża wg 5.6.4.2c). Przy nakładaniu pasty do pierścienia należy zwracać uwagę, aby w jej masie nie uległy zamknięciu bańki powietrza. Bezpośrednio po wykonaniu powyższych czynności pierścień z pastą gruntową należy umieścić na podstawie penetrometru i doprowadzić stożek do uzyskania kontaktu jego ostrza z powierzchnią pasty w pierścieniu (rys. 10), pozycja I). Należy przy tym sprawdzić, czy w tym położeniu odczyt zagłębienia stożka wynosi h = 0,0 mm; ewentualną różnicę należy uwzględnić przy pomiarze głębokości penetracji (h). Stożek powinien zagłębiać się w pastę gruntową w środku pierścienia; dopuszczalne odchylenie wynosi 2 mm. Bezpośrednio po wykonaniu powyższych czynności należy zwolnić uchwyt stożka, powodując jego swobodny spadek i pogrążenie się na określoną głębokość h (rys. 10, pozycja II); głębokość tę odczytać na skali penetrometru z dokładnością do 0,1 mm. Odczyt wartości h należy przeprowadzać po 5 ÷ 10 s od momentu zwolnienia uchwytu stożka. Następnie pastę, bez dodawania wody powtórnie należy mieszać kilka razy i ponownie wykonać podane czynności w celu uzyskania drugiej wartości h; jako wielkość miarodajną należy przyjąć średnią arytmetyczną obu wartości, jeśli ich różnica nie jest > 0,5 mm. Z pozostałego gruntu należy pobrać próbkę do oznaczania wilgotności według 5.1. Stożek do badania należy wytrzeć mokrą, a następnie suchą ligniną. Wszystkie czynności powtórzyć tak, aby uzyskać co najmniej 4 punkty zależności h = f (w), w przedziale 12 ≤ h ≤ 20 mm; badanie powinno być prowadzone przy wzrastającej wilgotności pasty gruntowej. Stosowanie podsuszania pasty powinno być ograniczone do małych (2 ÷ 3 mm) zmian wartości h. Po każdorazowym dodaniu wody i wymieszaniu pasty, należy ją pozostawić przez co najmniej 10 min, zabezpieczając przed wysychaniem. Przy wykonywaniu oznaczań należy zapewnić pionowe ustawienie osi stożka. 5.6.4.5. Obliczanie wyników. Na podstawie uzyskanych co najmniej 4 par wartości h i w należy sporządzić zależności h = f (w) oraz


Strona 33


oznaczyć metodą interpolacji graficznej wilgotność pasty odpowiadającą głębokości penetracji h = 18,0 mm. Wartość granicy płynności wL należy obliczyć za pomocą równania (30) podanego w 5.6.4.1. 5.7. Oznaczanie wskaźnika konsystencji grunt (IC) 5.7.1. Zasada badania. Wskaźnik konsystencji (IC) oznacza się jako wilgotność (%) pasty gruntowej wytrzymałość na ścinanie τf = 5 kPa, w warunkach pomiaru wg 7.1.1. Przy zastosowaniu penetrometru stożkowego wg 5.6.4.2, odpowiada to głębokości penetracji h = 14,0 mm, oznaczonej w sposób przedstawiony w 5.6.4.4. Wprowadzenie wskaźnika IC ma na celu umożliwienie oznaczania stopni plastyczności IL gruntów w sposób (5.8.5.2) wolny od wpływu błędów oznaczania granic płynności i plastyczności (5.5, 5.6). 5.7.2. Przyrządy. Zestaw przyrządów wg 5.6.4.2, z tym, że siła działająca wynosić powinna 1,0 N, z dopuszczalnym odchyleniem 0,001 N. 5.7.3. Przygotowanie próbek gruntu do oznaczania — zgodnie z 5.6.4.3, z tym że początkowa konsystencja pasty gruntowej odpowadać powinna głębokości penetracji w zakresie h = 8 ÷ 10 mm. 5.7.4. Wykonanie oznaczania. Oznaczanie należy wykonać zgodnie z 5.6.4.4. Co najmniej 2 punkty zależności (rys. 11) przypadać powinny w zakresie h = 8 ÷ 14 mm, a co najmniej dwa następne w zakresie h = 14

÷ 18 mm.

Rys. 11 5.7.5. Obliczanie wyników. Wartości IC należy wyznaczyć przez interpolację graficzną na podstawie wykresów h = f (w), jako wilgotność pasty gruntowej odpowiadającą głębokości penetracji h = 14,0 mm. 5.8. Obliczanie wielkości pochodnych 5.8.1. Obliczanie gęstości objętościowej szkieletu gruntowego (ρd). Gęstość objętościową szkieletu gruntowego (ρd) należy

obliczyć, w g/cm3, wg wzoru

(31)

w którym:

ρ w

—

gęstość objętościowa gruntu wg 5.2, g/cm3,

—

wilgotność gruntu wg 5.1, %.

5.8.2. Obliczanie porowatości (n) i wskaźnika porowatości gruntu (e). Porowatość próbki gruntu (n) należy obliczyć wg wzoru


Strona 34


(32)

w którym:

ρs ρd

—

gęstość właściwa szkieletu gruntowego wg 5.3, g/cm3.

—

gęstość objętościowa szkieletu gruntowego wg 5.8.1, g/cm3.

Porowatość gruntów wyrażać można również w procentach. Wskaźnik porowatości gruntów (e) należy obliczyć wg wzoru (33)

Oznaczenia jak we wzorze (32). Za pomocą wzoru (33) należy obliczyć również wartości wskaźnika porowatości przy maksymalnej (emin) i minimalnej (emax) gęstości objętościowej gruntu, oznaczanej wg 5.2.7. 5.8.3. Obliczanie wartości stopnia wilgotności (Sr) gruntu. Stopień wilgotności gruntu należy obliczyć wg wzoru

(34)

w którym: Vw

—

objętość wody, cm3,

n

—

porowatość,

V

—

objętość próbki, cm3.

mmt, mst, mt

ρs ρw

—

wielkości wg 5.2.6, g.

—

gęstość objętościowa szkieletu gruntowego wg 5.3, g/cm3,

—

gęstość właściwa wody, g/cm3; można przyjmować ρw = 1.

5.8.4. Obliczanie wartości stopnia zagęszczenia (ID) i zmodyfikowanego stopnia zagęszczenia (IDM) gruntów niespoistych należy wykonać wg wzoru

(35)

w którym: e, emax, emin

ρd ρd max, ρd

— wielkości wg 5.8.2. — gęstość objętościowa szkieletu gruntowego wg 5.8.1, — wielkości wg 5.2.7.

min

Wartości zmodyfikowanego stopnia zagęszczenia (IDM) należy obliczyć wg wzoru

(36)


Strona 35


Oznaczenia wg wzoru (35). 5.8.5. Obliczanie wartości stopni plastyczności (IL,

) metodą granic konsystencji należy przeprowadzać wg

wzoru (37)

w którym: w

—

wilgotność gruntu wg 5.1,

wP

—

wartość granicy plastyczności wg 5.5,

wL

—

wartość granicy płynności wg 5.6.2.

Wartości ILoraz

należy obliczyć w ten sam sposób, przyjmując zamiast wL wartość

, oznaczoną wg 5.6.3. Pojęcia

nie należy stosować w przypadku gruntów małospoistych wg PN-86/B-02480.

5.8.6. Obliczanie wartości stopnia konsystencji (IK) należy przeprowadzić wg wzoru (38)

Oznaczenia — wg 5.8.5. Wielkości Ik nie należy obliczać w przypadku gruntów małospoistych wg PN-86/B-024801). 5.8.7. Obliczanie wartości nowego stopnia plastyczności (ILN). W celu uniknięcia wpływu błędów oznaczań granic konsystencji (wP, wL) znacznie większych niż błędy oznaczania wskaźnika IC należy posługiwać się stopniem plastyczności (ILN) określonym przez równanie (39)

w którym: w IC A, B

—

wilgotność danego gruntu, %,

—

wartość wskaźnika konsystencji gruntu, %,

—

współczynniki empiryczne obliczane za pomocą wzorów: (40)

(41)

Oznaczeń ILN nie należy wykonywać w przypadkach gruntów małospoistych, spoistych gruntów organicznych oraz lessów i gruntów lessopodobnych.

6. OPIS BADAŃ ZMIAN PRÓBEK GRUNTU POD OBCIĄŻENIEM

6.1. Oznaczanie modułów ściśliwości pierwotnej (M0) i wtórnej (M) gruntu metodą edometryczną 6.1.1. Zasada pomiarów i obliczeń. Badanie ściśliwości polega na wykorzystaniu zdolności gruntu do zmniejszenia objętości na skutek przyłożonego obciążenia, zaś badanie odprężenia polega na wykorzystaniu przyrostu objętości po zmniejszeniu obciążenia.


Strona 36


Oba zjawiska bada się w warunkach niemożliwej bocznej rozszerzalności próbki gruntu, umieszczonej w nieodkształcalnym pierścieniu edometru. Rozróżnia się 2 metody przykładania i zdejmowania obciążeń: — metodę I, w przypadku której próbki gruntu obciąża się lub odciąża stopniowo, przy czym każde kolejne obciążenie jest 2 razy większe od poprzedniego (przy wzroście obciążeń) lub 2 razy mniejsze — przy odciążaniu; zmiany obciążeń w obu przypadkach przeprowadza się po umownym ustabilizowaniu się wysokości badanej próbki, — metodę II, w przypadku której stosuje się określoną szybkość przykładania i zdejmowania obciążeń, aż do uzyskania wymaganego obciążenia. W obu przypadkach sposób wykonywania badań powinien być określony przez projektanta danej budowy lub autora dokumentacji geotechnicznej (geologiczno-inżynierskiej). Moduł ściśliwości pierwotnej (M0) lub wtórnej (M) należy obliczyć, w kPa lub MPa, wg wzoru (42)

w którym: i, i-1

∆σi

— — —

hi-1

∆ hi

— —

obciążenia jednostkowe, kPa, MPa, przyrost naprężeń = σi - σi-1, kPa; MPa, względne odkształcenie próbek, wysokość próbki w edometrze przed zwiększeniem naprężenia z

σi-1

do

σi, mm,

zmniejszenie wysokości próbki w pierścieniu edometru po zwiększeniu naprężenia o

∆σi; ∆hi = hi-1 - hi, mm.

Moduł odprężenia jako stosunek zmniejszenia obciążeń jednostkowych do jednostkowego przyrostu wysokości próbki należy obliczyć wg wzoru (42) z uwzględnieniem ujemnych znaków wielkości ∆σi oraz ∆hi. Wartość modułu ściśliwości pierwotnej (M0) uzyskuje się w pierwszym procesie obciążenia, tzn. przy wzroście σi, wartość modułu ściśliwości wtórnej (M) odpowiada natomiast drugiemu (lub ogólnie n-temu) cyklowi obciążenia poprzedzonego obciążeniem badanej próbki. Kolejność obciążenia i odciążenia przedstawia się jak następuje: I cykl obciążenia, I cykl odciążenia, II cykl obciążenia, II cykl odciążenia, ............... n-ty cykl obciążenia, n-ty cykl odciążenia. Zarówno moduły ściśliwości jak i odprężenia są wielkościami zależnymi od sposobu prowadzenia badania i od zakresu naprężeń. Wartosci odkształceń próbek gruntów można uznać za miarodajne do obliczeń modułów ściśliwości, jeśli: — odkształcenia własne odnośnego edometru nie przekraczają 50% odkształceń badanej próbki gruntu, — różnica wartości ∆hi2 wg wzoru (43) oznaczonych przed i po badaniu ściśliwości danej próbki nie przekracza 50% wartości średniej. W przypadkach, gdy M0, M > 20 MPa należy wykonywać każdorazowo co najmniej 2 badania edometryczne danego gruntu (wg 6.1.3.4). 6.1.2. Edometry i ich przygotowanie do badań 6.12.1. Przyrządy a) Edometr wg schematu na rys. 12. Częściami składowymi edometru są: — pierścień mieszczący badaną próbkę gruntu o średnicy D, — podstawa, na której spoczywa pierścień, wyposażona w filtr przepuszczalny dla wody i dostatecznie małoodkształcalny, — nasadka górna, wyposażona w filtr jw., przenosząca obciążenie na badana próbkę gruntu, — urządzenie do obciążenia i odciążenia próbki (mechaniczne, hydrauliczne lub pneumatyczne); — co najmniej 2 czujniki (zegarowe, indukcyjne, itp.) do pomiaru odkształceń próbki w środku jej symetrii; dopuszcza się stosowanie tylko jednego czujnika, jeśli działa on w osi próbki.


Strona 37


Rys. 12 Edometry o mechanicznym grawitacyjnym systemie obciążenia próbek wyposażone powinny być w urządzenia aretażowe, pozwalające na przykładanie obciążeń bez powodowania oddziaływań dynamicznych (wstrząsów). Edometry do oznaczań ciśnienia pęcznienia wg 6.2 oraz współczynnika osiadania zapadowego wg 6.3, powinny być wyposażone w urządzenie umożliwiające doprowadzenie wody do filtru podstawy oraz odpowietrzanie tego filtru. Oś trzpienia lub tłoka przenoszącego obciążenie na próbkę powinna pokrywać się z jej osią. Dla ograniczenia wpływu odddziaływań dynamicznych edometry powinny być osadzone na stabilnych podstawach w pomieszczeniach nie sąsiadujących bezpośrednio z ruchem ulicznym, warsztatami, itp., o możliwie małych wahaniach temperatury; niedopuszczalne jest wystawianie edometrów na bezpośrednie nasłonecznienie, umieszczanie obok urządzeń ogrzewczych oraz spadek temperatury poniżej 0° C. Najbardziej właściwy zakres temperatur 10 ÷ 15°C. b) Pierścień (2) mieszczący próbkę powinien mieć kształt przedstawiony na rys. 13, umożliwiający wstawienie go do urządzenia służącego do wycinania próbek. Średnica wewnętrzna i wysokość pierścienia powinna spełniać warunki podane w 6.1.3.1. Do umieszczenia badanych próbek w pierścieniu edometru wg 6.1.2 służą dwa pierścienie pomocnicze (rys. 13), przy czym: — pierścień dolny ma ostrą krawędź tnącą ułatwiającą wciskanie go w grunt, — pierścień górny (1) stanowi prowadnicę i powodować ma uzyskanie próbki dłuższej niż wysokość pierścienia edometru (2). Pierścień powinien umożliwiać odpowiednio dokładne wyrównanie powierzchni czołowych próbki. c) Próbka zastępcza (nieściśliwa) powinna być wykonana z metalu o równolegle oszlifowanej płaszczyźnie czołowej. Próbka ta powinna mieć kształt i wymiary badanych próbek gruntu.


Strona 38


Rys. 13

6.1.2.2. Cechowanie edometru polega na oznaczaniu zależności odkształceń własnych edometru od obciążeń jednostkowych. Czynność tę należy przeprowadzać przed i po badaniu każdej próbki gruntu. W pieiścieniu edometru między dwoma krążkami bibuły do sączenia, które bezpośredno przed pomiarem należy zwilżyć wodą, umieszcza się próbkę zastępczą. Obciążenie próbki zastępczej należy prowadzić stopniowo, w sposób podany w 6.1.3.2, notując po każdym wzroście obciążenia wskazania czujników; w analogiczny sposób należy prowadzić pomiary przy odciążeniu próbki badanej wg 6.1.3.3. Odkształcenia własne edometru należy uwzględnić przy obliczaniu odkształceń próbki gruntu wg wzoru


Strona 39


(43)

Analogiczne zasady obliczania należy stosować przy wyznaczaniu modułów odprężenia gruntów. 6.1.3. Wykonanie oznaczań modułów ściśliwości 6.1.3.1. Zakładanie próbek gruntu do edometrów. Badania ściśliwości należy wykonywać dla próbek gruntów o strukturze NNS wg 2.2. Próbki powinny mieć średnicę większą niż 50 mm, zaś stosunek h do powinien mieścić się w granicach 3 ÷ 4. Początkowa wysokość próbki powinna być równa mieszczącemu ją pierścieniu. Oś próbki powinna pokrywać się z kierunkiem siły ciężkości w miejscu jej pobrania z podłoża. Obie powierzchnie czołowe próbki (górna i dolna) powinny być płaskie, wzajemnie równoległe i prostopadłe do osi. Wciskanie zestawu pierścieni w grunt odbywać się powinno możliwie dokładnie w kierunku ich osi, aby uniknąć tworzenia szczeliny między wewnętrzną ich powierzchnią a próbką. Po wypełnieniu pierścieni gruntem należy ostrożnie zdjąć oba pierścienie pomocnicze i nożem o ostrej i prostej krawędzi tnącej wyrównać obie powierzchnie próbki w pierścieniu edometru. Wyrównywanie powyższych powierzchni należy wykonywać prowadząc nóż od środka próbki ku jej obwodowi. Dla zmniejszenia siły niezbędnej do wciśnięcia pierścienia należy grunt na zewnątrz ostrza pierścienia (3) usuwać ostrym nożem, tak aby ścinaniu ostrzem pierścienia podlegała warstwa grubsza niż 3 ÷ 5 mm. Zaleca się posmarowanie wewnętrznych ścian pierścienia olejem. Przed osadzeniem pierścienia z próbką w edometrze obie jej ściskane powierzchnie pokryć lekko zwilżonymi krążkami bibuły do sączenia, o średnicy mniejszej o 1 mm od średnicy próbki. Należy ustawić czujniki do pomiaru wysokości próbki i wykonać odczyt ich wskazań. Jeśli badań ściśliwości nie przeprowadza się przy dostępie wody do próbki, próbka powinna być w skuteczny sposób zabezpieczona przed wysychaniem. 6.1.3.2. Obciążenie próbek i stabilizacja ich osiadań. Jeśli program badania nie przewiduje innego postępowania, jako pierwszy stopień obciążenia należy przyjąć 10,0 kPa lub 12,5 kPa. Jako następne stopnie obciążenia przyjmuje się kolejno 25, 50, 100, 200, 400 i 800 kPa. W przypadku gruntów o dużej ściśliwości podany powyżej zakres obciążeń należy odpowiednio ograniczyć, np. do 200 kPa. Jeśli program przewiduje stabilizację osiadań przy obciążeniu jednostkowym równym naprężeniu pierwotnemu

σ0ρ, to obliczoną wartość

należy zaokrąglić do najbliższego z podanych stopni obciążeń. Przy każdorazowej zmianie obciążenia należy notować wskazania czujników (czujnika) po 1, 2,5, 15 i 30 min oraz po 1, 2, 4, 19, 24, 48, 72 h od chwili zmiany obciążenia i w razie potrzeby dalej co 24 h. Każdorazową zmianę obciążenia można przeprowadzać jedynie po uzyskaniu umownej stabilizacji wysokości badanej próbki; można uważać że to nastąpiło, gdy zmiany wysokości próbki w okresie od 1 do 4 h od momentu zmiany obciążenia lub od 4 do 19 h, nie przekroczyły 0,001 mm. W przypadku wymagających szczególnie wysokiej dokładności jako wysokości próbki należy przyjąć wartości odpowiadające asymptotom krzywych konsolidacji wg rys. 14, wyznaczone graficznie lub analitycznie.


Strona 40


Rys. 14 W zależności od położenia danego punktu na wykresie ściśliwości gruntów (przykład — rys. 15) dopuszcza się skracanie okresu pomiędzy dwoma kolejnymi zmianami obciążenia. Na rys. 15 w przypadku punktów oznaczonych cyfrą 1 stosować należy umowną konsolidację jak wyżej opisano, w przypadku punktów oznaczonych cyfrą 2 okres ten może być skrócony do 24 h, zaś w przypadku punktów oznaczonych cyfrą 3 ograniczyć go można jedynie do 4 h; w przypadku stosowania powyższego systemu, na formularzu badania należy zaznaczyć „obciążanie przyspieszone". Powyższy sposób postępowania dotyczy metody wg 6.1.1; w przypadku metody II należy postępować w sposób podany przez projektanta odnośnej budowy lub autora dokumentacji geotechnicznej (geologiczno-inżynierskiej). 6.1.3.3. Odciążanie i wyjmowanie próbek. Odciążanie próbek należy wykonywać zgodnie z zasadami podanymi w 6.1.1 oraz 6.1.3.2 odnośnie: — stopni zmiany obciążeń, — stabilizacji wysokości próbek przy danym obciążeniu. Po uzyskaniu stabilizacji osiadań przy ostatnim stopniu obciążania należy możliwie szybko — zdjąć obciążenie i wyjąć pierścień z próbką edometru. — osuszyć obie jej powierzchnie ligniną, — wypchnąć próbkę z pierścienia i po usunięciu obu sączków z bibuły do sączenia, oznaczyć jej wilgotność (w) zgodnie z 5.1. 6.1.3.4. Obliczanie edometrycznych modułów ściśliwości. Moduły ściśliwości należy obliczać wg wzoru (42) na podstawie danych z formularza badania dla zakresów naprężeń, charakteryzujących pracę podłoża gruntowego na poziomie którego pobrano próbkę. W zależności od rodzaju stosowanego edometru, należy uwzględnić poprawki na jego odkształcenia własne wg wzoru (43). Jeśli wartość modułu ściśliwości przekracza 20 MPa, to wartość taką można uznać za miarodajną jedynie w przypadku, gdy wynik uzyskany został na podstawie dwu niezależnych badań edometrycznych. 6.1.4. Oznaczania pomocnicze. Jako badania pomocnicze należy wykonać: a) oznaczania wilgotności gruntu (w) przylegającego do konsolidowanej próbki od góry i od dołu, pobranego w czasie zakładania próbki do pierścienia edometru (6.1.3.1), b) oznaczanie wilgotności (w) całej próbki po badaniu,


Strona 41


c) oznaczania gęstości objętościowej (ρ) i gęstości właściwej szkieletu (ρs), jeśli jest wymagane sporządzenie wykresu e = f (σ), gdzie e jest wskaźnikiem porowatości, d) oznaczanie stanu i rodzaju gruntu metodą makroskopową wg rozdz. 3. Wyniki wszystkich oznaczań nanosi się na formularz będący podstawą dokumentacji badania1).

Rys. 15

6.1.5. Dokumentacja badania obejmuje: a) oryginał formularza1), na którym notowane są: — odczyty na czujnikach przy poszczególnych stopniach obciążenia lub odciążenia, — dane uzyskane przy oznaczaniu wilgotności gruntu przed i po badaniu; formularz ten pozostawia się w dokumentacji archiwalnej, b) wykres ściśliwości badanej próbki (rys. 15) z naniesionymi wysokościami próbki przy poszczególnych obciążeniach, c) obliczenia wartości modułów ściśliwości i odprężenia i z podanymi odkształceniami własnymi stosowanego edometru oraz danymi charakteryzującymi badany grunt. W niektórych przypadkach celowe jest wykonanie wykresu hi = f (σi) w skali półlogarytmicznej; skalę poziomą obciążenia (σ) rozpoczyna się wówczas od σ = 12,5 kPa, odkładając dwukrotnie większe stopnie (25, 50, 100, 200, 400 i 800 kPa) jako równe sobie na wykresie odcinki. Przy wykonywaniu wykresu e = f (σ) przeliczenie wysokości próbki (hi) na wskaźnik porowatości (ei) należy przeprowadzić wg wzoru (44)

w którym: ei

—

wskaźnik porowatości przy wysokości próbki hi, pod obciążeniem


σi, Strona 42


e0

—

wskaźnik porowatości gruntu przed rozpoczęciem obciążeń,

h0

—

początkowa wysokość próbki, w mm, przed rozpoczęciem obciążeń,

hi

—

wysokość próbki, w mm, skonsolidowanej pod obciążeniem

σi.

Wartość wskaźnika porowatości (ei) należy obliczyć wykorzystując próbkę o znanej objętości wyjętą z pierścienia edometru. Masę próbki należy ustalić po wysuszeniu przy oznaczaniu wilgotności. 6.2. Oznaczanie ciśnienia pęcznienia gruntu (Pc) 6.2.1. Zasada oznaczania. Ciśnienie pęcznienia próbki gruntu należy oznaczyć jako wartość obciążenia jednostkowego, przy którym próbka wedometrze nie wykazuje zmian wysokości w warunkach dostępu wody; w przypadku stosowania edometrów ze sztywno zamocowanym pierścieniem wg 6.1.2 do siły zewnętrznej należy doliczyć siłę tarcia wg 6.2.5.3 między pierścieniem a daną próbką. Badania przeprowadzone mogą być jedynie na gruntach makroskopowo jednorodnych oraz gdy różnica wilgotności poszczególnych próbek nie przekracza 5%. 6.2.2. Przyrządy a) Edometr wg 6.1.2 z urządzeniem umożliwiającym doprowadzenie wody (lub stosowanego roztworu) do obu powierzchni czołowych próbki. b) Aparat trójosiowego ściskania wg 7.2.3 lub inne urządzenie (prasa, itp.) do pomiaru siły tarcia wg schematu przedstawionego na rys. 16.

Rys. 16 6.2.3. Woda stosowana przy wykonywaniu oznaczań. Do oznaczania ciśnienia pęcznienia należy stosować wodę lub odnośne roztwory, z którymi badany grunt może kontaktować się w podłożu (wykopie, itp.); należy uwzględnić obecność ewentualnych zanieczyszczeń przemysłowych, agrotechnicznych, itp. 6.2.4. Przygotowanie próbek do oznaczania. Do każdego oznaczania Pc należy przygotować co najmniej pięć próbek.


Strona 43


Pobieranie i przygotowanie próbek do oznaczania należy wykonywać wg 6.1.3.1; należy uwzględniać, że ciśnienie pęcznienia gruntów wykazywać może wyraźną anizotropię. Nadmiar gruntu usuwany przy formowaniu próbek należy przeznaczyć do kontrolnego oznaczania wilgotności wg 5.1. 6.2.5. Wykonanie oznaczania 6.2.5.1. Wykonanie oznaczania wstępnego. Próbkę pobraną i przygotowaną wg 6.2.4 należy umieścić w edometrze zgodnie z 6.1.3.1. Po obciążeniu jej naciskiem 50 kPa doprowadzić do próbki wodę wg 6.2.3 i bezpośrednio po tym zanotować wskazania czujników, a po upływie 10 min należy wykonać następny odczyt. Jeżeli w tym czasie wysokość próbki wzrosła o więcej niż 0,05 mm należy zwiększyć obciążenie do 100 kPa kontrolując jednocześnie przyrost wysokości próbki. Czynności zwiększania obciążenia należy prowadzić tak długo, aż przyrosty wysokości będą mniejsze niż 0,05 mm w ciągu 10 min od przyłożenia obciążenia; następnie należy zmniejszać obciążenie do 25 kPa wartościami takimi samymi jakie stosowano przy jego zwiększaniu, przy jednoczesnym przedłużeniu czasu każdorazowych pomiarów wysokości do 30 min. Przybliżoną wartość ciśnienia pęcznienia gruntu (P'c) należy przyjąć jako średnią arytmetyczną wartości: a) ostatniego obciążenia, przy którym próbka wykazywała jeszcze przyrost wysokości (pęcznienie) oraz b) pierwszego obciążenia, przy którym próbka wykazała już zmniejszenie się wysokości (osiadanie). 6.2.5.2. Wykonanie oznaczania miarodajnego. Cztery próbki z pobranych i przygotowanych wg 6.2.4, należy umieścić w edometrze zgodnie z 6.1.3.1 z tym, że dwie z nich należy obciążyć naciskami jednostkowymi wynoszącymi:

σ1 = P'c - 2g1; σ2 = P'c - g1; σ3 = P'c + g1; σ4 = P'c + 2g1; Wartości g1 należy przyjmować: g1 = 25 kPa gdy 50 < P'C ≤ 250 kPa; g1 = 50 kPa gdy 250 < P'c ≤ 400 kPa; g1 = 100 kPa gdy P'c > 400 kPa. Pomiary odkształceń należy prowadzić do uzyskania umownej stabilizacji odkształceń próbki wg 6.1.3.2. Po uzyskaniu stabilizacji należy szybko zdjąć obciążenie i wyjąć pierścień z próbką z edometru oraz usunąć nadmiar wody za pomocą ligniny. 6.2.5.3. Pomiar siły tarcia pomiędzy próbką a pierścieniem edometru. Wszystkie wyjęte z edometru próbki, wraz z pierścieniem edometru należy umieścić w uchwycie złożonym z dwóch pierścieni (dociskowy i pomocniczy) wg rys. 16, i ustawić na cokole aparatu trójosiowego, a na próbce umieścić filtr górny edometru. Następnie należy zestawić czujniki (czujnik) do pomiaru osiadania i uruchomić aparat trójosiowy. W czasie działania aparatu trójosiowego należy odczytać na jego dynamometrze wielkości siły tarcia P2 i w chwili, gdy czujniki (czujnik) wykażą przesuwanie się próbki w pierścieniu edometru, i wielkość tej siły zanotować. Do pomiaru sił tarcia stosować można również inne urządzenia w rodzaju pras, itp. W przypadku stosowania edometrów z pierścieniem pływającym, nie oznacza się siły tarcia P2 i należy przyjąć jej wielkość równą zeru.

Po wyciśnięciu próbek z pierścieni należy oznaczyć ich wilgotność zgodnie z 5.1. 6.2.6. Obliczanie wyników. Wartości ciśnienia pęcznienia gruntu należy ustalać przez interpolację na podstawie przykładowo podanego

wykresu na rys. 17, na którego osi pionowej należy odkładać zmiany wysokości badanych próbek, zaś na osi poziomej naprężenia (σi).


Strona 44


Rys. 17

Wartość ciśnienia pęcznienia dla poszczególnych próbek (Pi) należy obliczyć, w kPa, wg wzoru (45)

w którym: —

obciążenia jednostkowe próbek, N/m2,

P2i

—

odpowiednie siły tarcia między tymi próbkami a pierścieniem edometru, N,

F

—

pole próbki gruntu w pierścieniu edometru, cm2.

σi

Wszystkie punkty odpowiadające poszczególnym próbkom powinny leżeć na jednej krzywej o monotonicznej krzywiźnie, której przecięcie z osią poziomą wyznacza wartość ciśnienia pęcznienia (Pc) badanego gruntu. Dwie z badanych próbek powinny wykazywać pęcznienie gruntu, a dwie pozostałe — osiadanie. Dopuszcza się, aby pęcznienie lub osiadanie wykazała tylko jedna z badanych próbek gruntu w przypadku, gdy zmiana wysokości tej próbki wyniosła mniej niż 0,1 mm; jeżeli ten warunek nie jest spełniony należy przeprowadzić dodatkowo badanie jednej próbki. 6.3. Oznaczanie wskaźnika osiadania zapadowego (imp) gruntu 6.3.1. Zasada oznaczania. Wskaźnik osiadania zapadowego (imp) oznacza się jako względną zmianę wysokości próbek gruntu w wyniku ich zawilgocenia w warunkach badania edometrycznego. 6.3.2. Przyrządy — wg 6.1.2. 6.3.3. Wykonanie oznaczania. Próbkę gruntu umieszczoną w edometrze wg 6.1.3.1 należy poddać kolejno umownemu obciążaniu wg 6.1.3.2, aż do osiągnięcia obciążenia równego projektowanemu obciążeniu podłoża przez daną budowlę. Obciążanie odbywać się powinno bez dostępu wody, a próbka powinna być starannie zabezpieczona przed wysychaniem. Próbkę należy obciążać stopniowo wg 6.1.3.2, aż do osiągnięcia umownej konsolidacji przy naprężeniu pierwotnym σ0ρ. Następnie stopniowo zwiększa się obciążenie do wartości σzt; w przypadkach, gdy wartość σzt nie jest znana można przyjmować σzt = 200 kPa. Po odczytaniu wskazania czujnika, należy nasycić próbkę wodą przy ciśnieniu odpowiadającym 5 cm warstwy wody,


Strona 45


licząc od poziomu górnej powierzchni próbki. Równocześnie należy prowadzić obserwację zmian wysokości próbki, aż do uzyskania umownej konsolidacji. 6.3.4. Obliczanie wyników. Wartość wskaźnika osiadania zapadowego (imp) gruntu należy obliczyć wg wzoru

(46)

w którym: h'

—

h"

—

h0

—

wysokość próbki po umownym zakończeniu osiadań przy naprężeniu mm,

σzt przed rozpoczęciem nasycenia wodą,

wysokość próbki po umownym zakończeniu osiadań przy naprężeniu

σzt w warunkach nasycenia wodą, mm,

wysokość danej próbki po umownym zakończeniu osiadań przy naprężeniu pierwotnym obciążeniu gruntem na danej głębokości, mm.

σ0ρ odpowiadającym

7. OPIS BADANIA WYTRZYMAŁOŚCI GRUNTÓW NA ŚCINANIE 7.1. Oznaczanie wytrzymałości na ścinanie (τf) 7.1.1. Oznaczanie wytrzymałości na ścinanie metodą penetrometru stożkowego (PS) 7.1.1.1. Zasada oznaczania. Oznaczanie wytrzymałości gruntu na ścinanie (τf) polega na oznaczaniu głębokości penetracji (rys. 10) stożkowej końcówki penetrometru i oznaczaniu siły działającej na końcówkę. 7.1.1.2. Przyrządy a) Penetrometr wg 5.6.4, z dodatkowym (wymiennym) obciążnikiem, tak aby łączna siła (P) działająca na stożek wynosiła 4,00 ±0,01 N. b) Pierścień o średnicy i wysokości co najmniej 30 mm, wykonany z metalu odpornego na korozję, o sfazowanej krawędzi. c) Nóż o prostej krawędzi ostrza, d) Sprzęt do oznaczania wilgotności wg 5.1. Zaleca się stosowanie pierścieni o znanej masie i objętości wewnętrznej, tak aby możliwe było równoczesne określenie gęstości objętościowej gruntów wg 5.2.6. 7.1.1.3. Przygotowanie próbek. W wyrównaną powierzchnię gruntu należy wcisnąć pierścień na głębokość większą o około 5 mm od jego wysokości, zwracając przy tym uwagę, aby pomiędzy gruntem a wewnętrzną powierzchnią pierścienia nie powstawała szczelina. Następnie należy kolejno: — oddzielić pierścień z gruntem od pozostałej bryły gruntu, — wyrównać nożem grunt na obu powierzchniach czołowych prowadząc nóż od środka próbki ku jej obwodowi, — oczyścić z zewnątrz pierścień z gruntu oraz oznaczyć masę pierścienia z wypełniającym go gruntem. 7.1.1.4. Wykonanie oznaczania. Pomiar głębokości penetracji należy przeprowadzić w sposób podany w 5.6.4. Na jednej i tej samej próbce wykonać można kilka (3 ÷ 5) pomiarów h (rys. 18); w każdym przypadku powinny być spełnione następujące warunki: — wszystkie pomiary wykonywane powinny być z jednej i tej samej strony próbki, — głębokość penetracji spełniać powinna warunek 2h ≤ H, gdzie H jest wysokością pierścienia, — wzajemna odległość śladów penetracji (d1) oraz ich odległość od wewnętrznej krawędzi pierścienia (d2) muszą spełniać warunek: d1, d2 ≥ 1,5 h.


Strona 46


Rys. 18

Przy podanej wartości siły P wg 7.1.1.2a) za miarodajne uważa się wartości h w przedziale 4 ÷ 18 mm. 7.1.1.5. Obliczanie wyników. Wytrzymałość na ścinanie (τf) należy obliczyć, w kPa, wg wzoru (47)

w którym: k

—

współczynnik, którego wartość dla kąta wierzchołkowego stożka równego 30°, przyjmuje się równą 1,00,

P

—

siła działająca na stożek, N,

h

—

głębokość penetracji, mm.

Dla zbioru N oznaczonych dla danej próbki wartości h obliczyć należy wartość średniej arytmetycznej oraz średniego odchylenia standardowego sh wg 2.3. Średnie odchylenie standardowe dla wytrzymałości na ścinanie (sτ) należy obliczyć wg wzoru (48)

w którym: P

—

siła działająca na stożek, N,

h

—

głębokość penetracji, mm,

sh

—

średnie odchylenie standardowe.

7.1.2. Oznaczanie wytrzymałości na ścinanie (τf) gruntu przy użyciu ścinarki obrotowej (TV) 7.1.2.1. Zasada i zastosowanie oznaczania. Wytrzymałość na ścinanie gruntu wyznacza się na podstawie: — oznaczonej wartości momentu granicznego (Mf), przy ścinaniu gruntu, — założenia, że ścinanie przebiega na powierzchni bocznej i czołowej walca określonego przez wymiary końcówki. Oznaczanie wytrzymałości na ścinanie (τf) przy użyciu ścinarki TV należy wykonać jako uzupełnienie badań makroskopowych (rozdz. 3).


Strona 47


7.1.2.2. Przyrządy a) Ścinarka obrotowa (rys. 19) z końcówką skrzydełkową (3) i urządzeniem służącym do pomiaru momentu, dynamometr (2) wraz z uchwytem (1).

Rys. 19

Urządzenie pomiarowe ścinarki powinno pozwalać na oznaczanie momentu granicznego (Mf), tzn. momentu w chwili osiągnięcia wytrzymałości gruntu na ścinanie. Skala powinna wskazywać wartości τf, w kPa, zgodnie ze wzorem

(49)

w którym: D

—

średnica końcówki skrzydełkowej (rys. 20),

H

—

wysokość skrzydełek (rys. 20), cm,

Mf

—

moment graniczny, kN · cm.

Objaśnienie wielkości H, D oraz rozmieszczenie skrzydełek podano na rys. 20, zaś wymiary poszczególnych końcówek TV1, TV2, TV3 oraz wartości KTV podano w tabl. 10.


Strona 48


Rys. 20 Tablica 10. Wymiary końcówek ścinarek

D

d

d'

H

Symbol końcówki

σ

mm TV1 TV2 TV3

20 26 48

8 10 12

32

3 5 6

0,7 0,7 1,0

KTV

cm-3 0,25 0,10 0,02

Dopuszcza się stosowanie ścinarek, których skala wskazuje wartości spójności (cu), jeśli spełniony jest warunek określony przez równanie (49), tzn. gdy τf = cu, wynik badania podawać jednak należy każdorazowo jako wytrzymałość na ścinanie. b) Nóż o prostej krawędzi ostrza. 7.1.2.3. Wykonanie oznaczania. W wyrównany grunt należy wcisnąć końcówkę skrzydełkową, przy czym dopuszczalny docisk ścinarki powinien być około 50 kPa, na głębokość równą wysokości skrzydełek (H), następnie obracać końcówkę powoli i równomiernie aż do osiągnięcia największego oporu gruntu i odczytać na podziałce pomiarowej wartość τf. Przy podawaniu wartości wytrzymałości na ścinanie (τf) w wynikach badań (załącznik 2 i załącznik 3) należy podawać również symbol zastosowanej końcówki wg tabl. 10. 7.2. Oznaczanie spójności i kąta tarcia wewnętrznego gruntu 7.2.1. Oznaczanie spójności gruntu (cu) za pomocą penetrometru tłoczkowego (PP) 7.2.1.1. Zasada i zastosowanie pomiarów. Spójność gruntu określa się przy założeniu Φu = 0° z oznaczonej w umownych warunkach pomiaru granicznej siły wciskania Qf. Oznaczanie spójności przy użyciu penetrometru tłoczkowego wykonuje się jako uzupełnienie badań makroskopowych (rozdz. 3), dla ogólnej oceny właściwości wytrzymałościowych gruntów. Wartości cu uzyskane metodą penetrometru PP nie mogą być podstawą do obliczeń wg PN-81/B-03020. 7.2.1.2. Przyrząd i jego cechowanie. Schemat penetrometru PP przedstawiono na rys. 21. Przyrząd składa się z uchwytu (1), w którym przesuwać można trzpień (2) z naniesioną skalą oraz z końcówką (3). Wewnątrz uchwytu znajduje się sprężyna dynamometryczna (4), ściskana przy wsuwaniu trzpienia w uchwyt. Do odczytywania wartości cu służy pierścieniowy wskaźnik (5) przesuwany na trzpieniu (2).


Strona 49


Trzpień penetrometru zakończony jest cylindryczną końcówką (3) o średnicy 6,4 mm, mającą w odległości 6,4 mm od czoła kolisty rowek o szerokości około 0,2 mm. Jedna podziałka skali odpowiadać powinna zmianie wartości cu nie większej niż 20 kPa, z dokładnością odczytu szacunkowego nie mniejszą niż 10 kPa. Penetrometr wymaga okresowego cechowania przez porównanie jego wskazań z wartościami obliczonymi wg wzoru (50). Siłę Qf należy oznaczyć za pomocą dowolnego dynamometru o wymaganej dokładności lub za pomocą urządzenia obciążającego, przedstawionego schematycznie na rys. 22, które składa się z penetrometru (1) osadzonego na podstawie (2) za pośrednictwem przegubu kulkowego (3) i ramki (4) obciążanego zmienną siłą P. Jeśli różnica odczytów na skali penetrometru i odpowiadających im wartości obliczonych przekracza 10 kPa, to przy oznaczaniu wartości cu należy stosować odpowiednie poprawki. Dopuszcza się stosowanie penetrometrów mających skalę wycechowaną w innych wielkościach niż spójność, jeśli spełniają one podane warunki i jeśli odczyty przeliczane są na wartości cu.

Rys. 21


Rys. 22

Strona 50


7.2.1.3. Wykonanie oznaczania. Badane próbki gruntów powinny mieć naturalną wilgotność i nienaruszoną strukturę. Najmniejszy wymiar w płaszczyźnie, w którą następuje wciskanie penetrometru, nie powinien być mniejszy niż 6 cm, zaś grubość próbki powinna być nie mniejsza niż 3 cm. Jako obowiązującą należy przyjąć zasadę, że przy wymaganych wymiarach próbki nie powinna ona pękać, kruszyć się itp. podczas wciskania końcówki penetrometru. Bezpośrednio przed oznaczaniem spójności powierzchnia gruntu powinna być starannie wyrównana. Końcówkę penetrometru należy wciskać powoli (czas około 30 s) i równomiernie w kierunku prostopadłym do powyższej powierzchni, aż końcówka zagłębi się do wykonanego na niej rowka, tzn. do poziomu 6,4 mm. Po osiągnięciu tego zagłębienia należy odczytać na skali penetrometru wartość cu wskazywaną przez pierścień. Przed każdym pomiarem pierścień wskaźnikowy należy tak ustawić na skali, aby odczyt wynosił cu = 0 kPa. Jako wynik ostateczny dla danej próbki gruntu należy przyjmować średnią arytmetyczną co najmniej 5 pomiarów. Miejsca, w które wciskano końcówkę powinny być oddalone nie mniej niż 1 cm od krawędzi próbki i rozmieszczone we wzajemnych odległościach nie mniejszych niż 1 cm.

7.2.1.4. Obliczanie wyników. Spójność gruntu (cu) należy obliczyć, w kPa, wg wzoru (50)

w którym: KPP

—

współczynnik cechowania penetrometru, cm2,

F

—

pole przekroju cylindrycznej końcówki penetrometru równe 0,41 cm2.

Nc

—

współczynnik nośności, równy 5,14.

—

graniczna siła wciskania, N.

Qf

7.2.2. Oznaczanie spójności (cs) i kąta tarcia wewnętrznego (Φs) gruntu metodą bezpośredniego ścinania 7.2.2.1. Zasada oznaczania i postanowienia ogólne. Wytrzymałość próbek na ścinanie określa się przez przykładanie siły ścinającej w kierunku prostopadłym do dwu przeciwległych boków próbek o przekroju (wrzucie) kwadratowym. Jako wytrzymałość na ścinanie w niniejszej normie należy traktować wytrzymałość chwilową, osiąganą przy stałej (lub w przybliżeniu stałej) prędkości odkształceń (vs). Jako wartość τf przyjmuje się maksymalną wartość naprężeń ścinających w zakresie odkształceń względnych ≤ 10,0%. Wartość cs, tg Φs należy obliczyć przyjmując metodę najmniejszych kwadratów przy najmniejszej liczbie próbek N = 5 wg wzoru (51)

w którym:

τf cs

Φs σ

—

wytrzymałość gruntu na ścinanie, kPa,

—

spójność gruntu oznaczona metodą bezpośredniego ścinania w aparacie skrzynkowym, kPa.

—

kąt tarcia wewnętrznego oznaczony metodą bezpośredniego ścinania w aparacie skrzynkowym wg 7.2.2.2,

—

obciążenie, kPa.

Poza wartością spójności i kąta tarcia wewnętrznego obliczane powinny być każdorazowo wg 7.2.2.6 wartości odpowiadających im średnich odchyleń kwadratowych sc, sΦ. Jeśli program badania nie przewiduje innego postępowania, każda próbka może być tylko jeden raz poddana ścinaniu.

7.2.2.2. Przyrządy. Do oznaczania wytrzymałości na ścinanie może być stosowany dowolny aparat skrzynkowy spełniający następujące warunki: a) powinien umożliwiać badanie prostopadłościennych próbek o przekroju kwadratowym w płaszczyźnie ścinania A-B rys. 23 i wymiarach boku 60 mm lub 100 mm, z tolerancją 5 mm, wysokość próbek powinna wynosić odpowiednio 15


÷ 18 mm lub 25 ÷ 30 mm, Strona 51


b) kierunek siły ścinającej powinien być prostopadły do jednej z płaszczyzn bocznych próbki oraz prostopadły do kierunku działania siły normalnej do płaszczyzny A-B na rys. 23, c) płaszczyzna ścinania A-B rys. 23 powinna przebiegać w połowie wysokości próbki, d) aparat powinien mieć urządzenie pozwalające mierzyć z dokładnością nie mniejszą niż 0,1 mm przemieszczenie skrzynki w stosunku do ramki aparatu oraz mieć urządzenie pozwalające określać zmiany wysokości próbek z dokładnością do 0,01 mm, e) napęd przesuwu skrzynki powinien być mechaniczny i zapewniać stałą prędkość przemieszczania (vs) równą: 0,05 ±0,015 mm/min dla próbek o boku 60 mm, 0,10 ±0,03 mm/min dla próbek o boku 100 mm; w przypadku badań gruntów małospoistych wg 7.2.2.4 dopuszcza się stosowanie prędkości przesuwu 1 ÷ 1,2 mm/min, f) pomiar siły ścinającej i siły normalnej prostopadłej do płaszczyzny ścinania, może być przeprowadzany w różny sposób, lecz z błędem nie przekraczającym: 1 kPa dla próbek o boku 60 mm, 2 kPa dla próbek o boku 100 mm, g) konstrukcja skrzynki i ramki aparatu powinna umożliwiać ścinanie próbek pod wodą.

Rys. 23 Wydrukowano z programu Integram 2.0

Strona 52


Skrzynki i ramki o boku 60 mm mogą być stosowane w przypadku gruntów zawierających nie więcej niż 5% ziarn w stosunku do masy o średnicy 2 ÷ 4 mm. W przypadku skrzynek i ramek o boku 100 mm dopuszczalna wartość ziarn o średnicy 4 powinna być większa niż 5% w stosunku do masy.

÷ 8 mm me

Grunty nie spełniające powyższych warunków powinny być badane za pomocą aparatów pozwalających na stosowanie odpowiednio większych próbek. Schematyczny przekrój przez skrzynkę (1), składającą się z dwóch ześrubowanych części 1a) i 1b) i ramkę (2) aparatu skrzynkowego przedstawia rys. 23. Badana próbka (3) jest umieszczona do połowy swej wysokości w skrzynce (1) na filtrze dolnym i dolnej płytce oporowej (4). Górna połowa próbki wchodzi w ramkę (2), spoczywa na niej górna płytka oporowa (5) oraz płytka (6) przenosząca obciążenie normalne. Luz pomiędzy płytką a ramką nie powinien przekraczać 0,3 mm. Śruby (7) służą do łączenia ramki ze skrzynką w trakcie konsolidowania próbek, przed rozpoczęciem ścinania powinny być one wykręcone i wyjęte na zewnątrz. Druga para śrub (8) służy do podnoszenia ramki w stosunku do skrzynki przed rozpoczęciem ścinania. Dla próbek o boku 60 mm obie płytki oporowe powinny mieć kształt i rozmiary przedstawione na rys. 24. Dla próbek o boku 100 mm wszystkie wymiary płytek powinny być proporcjonalnie większe.

Rys. 24 Obie płytki powinny być tak umieszczone, aby płytka górna skierowana była przeciwprostokątnymi powierzchniami żeberek w kierunku działania siły ścinającej, zaś położenie żeberek płytki dolnej było odwrotne (rys. 23). W przypadku grawitacyjnego przykładania obciążenia normalnego (stosowanie obciążników) należy zapewnić poziome prowadzenie skrzynki, przesuwanej przez układ napędowy aparatu. 7.2.2.3. Przygotowanie próbek do badania. Do wycinania z gruntu próbek należy posługiwać się odpowiednim szablonem, którego przykład (dla próbek 60×60 mm) stanowi rys. 25. Próbki powinny być tak wycinane by płaszczyzna ścinania była równoległa do powierzchni terenu w miejscu ich poprzedniego zalegania w podłożu. Gdy spełnienie tego warunku nie jest możliwe, a inna orientacja nie wynika z programu badań należy to odnotować na formularzu badania1).


Strona 53


Rys. 25

Równocześnie należy pobrać, zgodnie z 7.2.2.5, dwie próbki do oznaczań wilgotności wg 5.1. jedną z części gruntu przylegającego do górnej powierzchni próbki przeznaczonej do ścinania, drugą zaś z części przylegającej do części dolnej. Kolejność ścinania próbek nie powinna powiększać wpływu makroskopowo nierozróżnialnej niejednorodności gruntów, np. istnienia określonego gradientu wilgotności, orowatości, itd. W przypadku, np. monolitu przedstawionego na rys. 26 poszczególne próbki (od i = 2 do i = 7) nie mogą być ścinane przy wzrastających od 50 kPa do 400 kPa naprężeniach normalnych (σ), lecz kolejność ta powinna przedstawiać się przykładowo następująco: Nr kolejny badania 1 2 3 4 5 6

Nr próbki (i) 2 7 3 6 4 5

Naprężenie σ, kPa 100 400 50 300 200 400 (lub 50)

Próbki nr 1 oraz nr 8 traktuje się jako posiadające naruszoną strukturę i wykorzystuje się tylko dla ochrony przed wysychaniem próbek poddawanych ścinaniu.


Strona 54


Rys. 26

7.2.2.4. Wykonanie badania. Próbkę przygotowaną wg 7.2.2.3 należy umieścić w skrzynce i ramce aparatu w sposób przedstawiony na rys. 23. Jeśli program badania przewiduje przeprowadzenie wstępnej konsolidacji, to dla jednego oznaczania cs, Φs, wszystkie próbki należy jednakowo obciążać, przeprowadzając obserwacje osiadań, aż do osiągnięcia umownej ich stabilizacji. W okresie konsolidacji próbki powinny być zabezpieczone przed wysychaniem. Następnie próbki obciążyć dodatkowo do wartości, zgodnie z programem badania wg 7.2.2.3, przy których podlegać mają ścinaniu. Wartości powyższych naprężeń spełniać powinny następujące warunki: a) najniższa wartość σ powinna być większa o co najmniej 25 kPa od naprężenia konsolidującego, b) przy najniższej wartości σ przyrost wysokości próbki podczas ścinania nie powinien być większy niż 0,1 mm, c) przy najwyższej wartości σ grunt nie powinien być wypierany w przestrzeń pomiędzy (rys. 23a): — ramkę (2) i skrzynkę aparatu (1), — ramkę (2) i górną płytkę obciążającą (6), d) zakres wartości σ powinien być możliwie duży (np. 50 ÷ 400 kPa), a różnice w przypadku poszczególnych próbek możliwie jednakowe. Rozpoczynając badanie należy wykręcić i wyjąć na zewnątrz śruby (7) (rys. 23), a następnie przyłożyć wymagane obciążenie normalne. W 5 min po przyłożeniu obciążenia należy uruchomić mechanizm powodujący wzajemne przemieszczanie się ramki i skrzynki aparatu. W przypadku gruntów małospoistych (piaski gliniaste, pyły i pyły piaszczyste) dopuszcza się prędkości odkształceń 1 ÷ 1,2 mm/min, w przypadku pozostałych gruntów spoistych prędkość ta nie powinna przekraczać 0,05 mm/min. Po uruchomieniu aparatu należy okresowo (co 30 s, 1 min, itd., w zależności ,od prędkości odkształceń) notować na odpowiednim formularzu1): — wzajemne przemieszczenie ramki i skrzynki aparatu, tzn. odkształcenie względne ( ) próbki w kierunku działania siły ścinającej, — wartość siły ścinającej (odczyt si na czujniku dynamometru), — zmiany wysokości próbki, ujemne (osiadanie) lub dodatnie (wypieranie).


Strona 55


W chwili, gdy w trzech kolejnych momentach odczytów wartość siły ścinającej pozostaje stała lub ulega zmniejszeniu, należy aparat wyłączyć, w przeciwnym przypadku należy prowadzić ścinanie aż do osiągnięcia odkształcenia względnego = 10,0%. Bezpośrednio po wyłączeniu aparatu i odciążeniu próbki, należy ją wyjąć i oznaczyć wilgotność zgodnie z 5.1: — całej próbki w przypadku próbek o wymiarach około 60×60 mm, — co najmniej 1/4, w przypadku próbek o wymiarach około 100×100 mm. 7.2.2.5. Badania pomocnicze. Należy wykonać dwa oznaczania wilgotności próbek pobranych wg 7.2.2.3. 7.2.2.6. Obliczanie wytrzymałości próbek na ścinanie (τf). Wytrzymałość próbek na ścinanie (τf) należy obliczyć w kPa: a) przy odkształceniu względnym próbek < 10% wg wzoru (52)

w którym: —

maksymalna siła ścinająca, N,

r

—

przesunięcie ramki aparatu, w mm, w stosunku do skrzynki, w momencie osiągnięcia siły równej Qmax,

a

—

długość boku próbki, w mm, przy

Qmax

b) przy odkształceniu względnym próbek

= 0%,

= 10% wg wzoru (53)

w którym: Q10 a

—

maksymalna siła ścinająca, w N, przy odkształceniu

—

długość boku próbki, w mm, przy

= 10%,

= 0%,

7.2.2.7. Obliczanie spójności (cs) i kąta tarcia wewnętrznego (Φs). Po obliczeniu wytrzymałości na ścinanie (τf) wg 7.2.2.6 dla co najmniej pięciu próbek, należy na wykresie (przykład rys. 27) zależności τf do σ nanieść punkty odpowiadające poszczególnym próbkom. Na podstawie tych punktów należy wykreślić przybliżoną prostą aproksymujacą (wyrównująca) te punkty i sprawdzić, czy odchylenia punktów od tej prostej nie przekraczają 25% wartości τf. Jeżeli któryś z punktów wykazuje odchylenie większe, to nie należy go uwzględniać i należy wykonać dodatkowe oznaczanie τf tak, aby łączna liczba N ≥ 5. Dla obliczenia cs i Φs należy wstępnie obliczyć współczynniki a i b wg wzorów:

(54)

(55)

Spójność (cs) należy obliczyć, w kPa z dokładnością do 1 kPa wg wzoru


Strona 56


(56)

Kąt tarcia wewnętrznego (Φs) należy obliczyć, w stopniach z dokładnością do 0,1° wg wzoru (57)

W równaniach powyższych:

τfi σi N

—

wartości wytrzymałości na ścinanie poszczególnych próbek, kPa,

—

naprężenia normalne, kPa,

—

liczba ściętych próbek uwzględniona w obliczeniach.

Rys. 27

7.2.2.8. Obliczanie średnich odchyleń kwadratowych (sc, sΦ) a) Dla poszczególnych par wartości τfi, σi należy obliczyć różnice ∆i oznaczanych i obliczonych wartości wytrzymałości na ścinania, w kPa, wg wzoru (58)

b) Wartości pomocnicze (sa) i (sb) należy obliczyć wg wzorów

(59)


Strona 57


(60)

c) Średnie odchylenie kąta tarcia wewnętrznego (sΦ) należy obliczyć wg wzoru (61)

d) Średnie odchylenie kwadratowe spójności (sc) należy obliczyć wg wzoru (62)

Oznaczenia we wzorach w poz. a), b), c), d) — jak we wzorach (54) i (55). 7.2.2.9. Dokumentacja badania obejmuje: a) notatkę informacyjną na temat sposobu badania (wymiary próbek, prędkość odkształceń, naprężenie konsolidujące, obecność wody itp), b) formularze1) dla poszczególnych próbek poddanych ścinaniu, c) zestawienie wartości τfi, oraz σi będące podstawą do sporządzenia wykresu (rys. 27) τf = f (σ) oraz

Φs oraz sc, sΦ2). d) wykres zależności τf = f (σ) z zaznaczeniem wilgotności poszczególnych próbek,

obliczenia wartości cs,

e) wyniki obliczeń obejmujące: — wartości ∆i dla poszczególnych próbek,

— wartości spójności (cs) i kąta tarcia wewnętrznego (Φs). — wartości średnich odchyleń kwadratowych sc, sΦ. 7.2.3. Oznaczanie spójności (cu, c', c) i kąta tarcia wewnętrznego (Φu, Φ', Φ) gruntu przy zastosowaniu aparatu trójosiowego ściskania 7.2.3.1. Zasada oznaczania i postanowienia ogólne. Oznaczanie spójności i kąta tarcia wewnętrznego przeprowadza się przez osiowe ściskanie (naprężenie główne σ1) cylindrycznych próbek aż do osiągnięcia stanu granicznego, lub umownego stanu granicznego, przy stałej wartości ciśnienia bocznego w komorze mieszczącej próbkę (σ2 = σ3) i stałej prędkości odkształceń (vs); jako konsolidację rozumie się konsolidację izotropową (σ1 = σ2 =

σ3). W przypadkach uzasadnionych mogą być stosowane inne metody badań trójosiowych. Przestrzegane powinny

być postanowienia podane w 7.2.2.1 lub postanowienia im odpowiadające. Wybór metody badania wg 7.2.3.2 powinien odpowiadać charakterowi pracy gruntu w podłożu, ścianie wykopu, itd. O wyborze metody badania decyduje każdorazowo projektant prowadzący dane zagadnienie geotechnicznobudowlane. Nie jest dopuszczalne stosowanie metod, których wyniki prowadzą do rozwiązań technicznych mniej korzystnych lub mniej bezpiecznych od rozwiązań potwierdzonych praktycznie. 7.2.3.2. Metody i zakres badań. W zależności od charakteru naprężeń σ rozróżnia się trzy niżej omówione rodzaje spójności (cu, c', c) i kąta tarcia wewnętrznego (Φu, Φ', Φ). a) Pozorne całkowite wartości spójności (cu) i kąta tarcia wewnętrznego (Φu) należy obliczać z oznaczanych wartości całkowitych naprężeń głównych σ1, σ3, wg 7.2.3.7; wartości cu, Φu uzyskuje się w badaniach bez konsolidacji próbek i bez stosowania drenażu. b) Wartości c', Φ' uzyskiwać można alternatywnie dwoma metodami: — w badaniach z drenażem i stosowaniem odpowiednio małych prędkości odkształceń (vs): jest to metoda uproszczona, — w badaniach z konsolidacją, bez drenażu i z pomiarem ciśnienia wody w porach (u); jest to podstawowa metoda oznaczania wartości c', Φ'. Efektywne wartości spójności (c') i kąta tarcia wewnętrznego (Φ') obliczane w oparciu o wartości efektywnych


Strona 58


naprężeń σ'1, σ'3 ustalonych wg wzorów oraz

(63)

w których:

σ 1, σ 3 u

—

wartości całkowitych naprężeń głównych,

—

ciśnienie wody w porach badanej próbki,

c) Wartości c, Φ uzyskiwać można alternatywnie dwoma metodami: — metodą „szybką" TS, w przypadku której jedną i tę samą próbkę ścina się kolejno przy wzrastających wartościach σ3, stosując wysokie prędkości odkształceń 1); — metodą „uproszczoną" TUD, w przypadku której badania prowadzone są z drenażem i wymaganymi niskimi prędkościami2). Umowne wartości spójności (c) i kąta tarcia wewnętrznego (Φ) oznaczane są metodami uproszczonymi gdy charakter naprężeń głównych nie jest określony; metody te stosowane mogą być jedynie w ograniczonym zakresie. Metoda TUD dostatecznie dobrze odpowiada warunkom pracy gruntu pod fundamentami przy wzrastającym obciążeniu budowlą i postępującej konsolidacji (rozpraszaniu ciśnienia wody w porach); uzyskiwane wartości spójności i kąta tarcia wewnętrznego są pośrednie pomiędzy cu i c' oraz Φu i Φ'. 7.2.3.3. Przyrządy a) Aparat trójosiowego ściskania (zwany dalej aparatem trójosiowym), spełniający podane poniżej warunki: — dokładność pomiaru siły osiowej Q1 nie mniejsza niż 2 kPa w stosunku do przekroju poprzecznego próbki, — możność prowadzenia ścinania przy stałej prędkości osiowych odkształceń próbek (vs) równej nie więcej niż 2% ich wysokości na godzinę; dopuszcza się wartość vs = 0,05 mm/min w przypadku próbek o średnicach 35,6 ÷ 38,1 mm, z wyjątkiem próbek iłów i glin zwięzłych — w obu przypadkach tolerancja wartości vs nie może przekraczać ±30%, — odkształcenia osiowe próbek o powyższych średnicach powinny być oznaczane z dokładnością do 0,01 mm oraz z dokładnością nie mniejszą niż 0,05 mm w przypadku próbek o średnicach 60 ÷ 102 mm, — błąd pomiaru ciśnienia w komorze aparatu σ3 nie może być większy niż 2 kPa. — komora aparatu powinna umożliwiać prowadzenie konsolidacji i badań próbek z drenażem zarówno od strony cokołu jak i nasadki (krążka górnego); do kontroli procesu oddawania wody przez próbkę powinny służyć odpowiednie biurety lub mikropipety (rys. 28), — komora aparatu umożliwiać powinna wykonywanie ścinań próbek o współczynniku smukłości 2,0 i 2,5 wg 7.2.3.4.


Strona 59


Rys. 28 Aparat powinien być wyposażony w urządzenie do pomiaru ciśnienia wody w porach badanych próbek gruntów. Powinna istnieć możliwość efektywnego odpowietrzania przewodów tegoż urządzenia, zaś sam pomiar ciśnienia powinien być wykonywany bez konieczności wyciskania wody z badanej próbki, lub — w uzasadnionych przypadkach przy wyciskaniu dostatecznie małej jej objętości. Wahania wartości σ3 w trakcie ścinania nie powinny być większe niż 5%. Manometr do pomiaru tego ciśnienia powinien znajdować się na poziomie próbki umieszczonej w komorze aparatu; jeśli różnica położenia przekracza 10 cm należy stosować odpowiednie poprawki. Uwaga o stałości ciśnienia σ3 nie dotyczy tych przypadków, gdy zmienność tego ciśnienia wynika z przyjętej metody badania. b) Zestaw urządzeń do wycinania cylindrycznych próbek wg 7.4.4, c) Urządzenia do oznaczania wilgotności wg 5.1. 7.2.3.4. Przygotowanie próbek gruntów do badań. Za próbkę cylindryczną uważać można próbkę w postaci graniastostupa foremnego o liczbie boków nie mniejszej niż 24. W przypadkach, gdy próbki formowane są przy użyciu prowadzonego po prowadnicach noża (rys. 29), szerokość jego śladu (rys. 30) nie powinna być większa niż 5 mm. Próbki powinny być formowane w sposób przedstawiony na rys. 29, z monolitów o średnicach większych o co najmniej 40% od wymaganej średnicy próbek. Próbki formowane przez wciskanie w grunt cylindra (próbnika) o średnicy wewnętrznej równej wymaganej średnicy próbek, uważa się za próbki o strukturze naruszonej.


Strona 60


Rys.29


Strona 61


Rys. 30

Stosować należy próbki o 3 zakresach średnic: 35 ÷ 38 mm, 60 ÷ 65 mm, 100 ÷ 102 mm. Próbki o średnicach 35 ÷ 38 mm można stosować w przypadku gruntów zawierających nie więcej niż 5% wag. frakcji o ziarnach > 2 mm, lecz nie zawierających ziarn > 4 mm; jeśli występuje frakcja > 4 mm, należy stosować próbki o średnicach 60 ÷ 65 mm. Próbki o średnicy 100 ÷ 102 mm stosować należy w przypadku gruntów o wyższych zawartościach frakcji grubych, lecz nie zawierających ziarn o średnicy większej niż 8 mm. Spełnienie powyższych wymagań należy kontrolować przy oznaczaniu wilgotności po przeprowadzeniu ścinania wg 7.2.3.6. W przypadku stwierdzenia zawartości ziarn większych od dopuszczalnych badanie wytrzymałości na ścinanie należy powtórzyć. Stosunek wysokości do średnicy próbek (współczynnik smukłości) powinien wynosić: — dla gruntów o konsystencji półzwartej i zwartej: 2,5, — dla gruntów o konsystencji twardoplastycznej, plastycznej i miękkoplastycznej: 2,0. 7.2.3.5. Przebieg oznaczania. Każda z próbek badanego gruntu powinna być ścinana przy innej wartości ciśnienia bocznego σ3, chyba że zachodzi potrzeba powtórzenia jakiegoś badania lub stosowana jest metoda TS wg 7.2.3.2. Różnica wartości σ3 w przypadku poszczególnych próbek powinna być w przybliżeniu stała. Po zakończeniu ewentualnej, wstępnej konsolidacji należy podnieść ciśnienie σ3 do wartości, przy której ma nastąpić ścinanie, a po upływie 10 min uruchomić mechanizm przesuwu (odkształcania próbki). Należy stosować następujące prędkości osiowej deformacji próbek (vs): — w przypadku iłów i glin zwięzłych: vs ≤ 2% wysokości próbki na godzinę, — w przypadku pozostałych gruntów spoistych: vs ≤ 0,05 mm/min. Próbki powinny być zabezpieczone za pomocą pochewki gumowej przed bezpośrednim kontaktem z cieczą wypełniającą cylinder aparatu. Jeśli badanie prowadzone jest z pomiarem ciśnienia wody w porach (u), to przed uruchomieniem mechanizmu przesuwu należy sprawdzić, czy osiągnięta została wymagana stabilizacja tegoż ciśnienia. Podczas ścinania próbki należy notować w ustalonych odstępach czasu (Ti), na odpowiednim formularzu1): Wydrukowano z programu Integram 2.0

Strona 62


— wartość siły osiowej działającej na próbkę lub odczyt na czujniku dynamometru (Qi), — odkształcenie próbki (∆Hi). — objętość wody (∆Vi) wyciśniętej z próbki do momentu Ti, jeśli badanie prowadzone jest z konsolidacją. — ciśnienie w komorze aparatu (σ3). — wartość ciśnienia wody w porach (u), jeśli stosuje się jego pomiar. Ścinanie próbki należy prowadzić do chwili, gdy: — siła Qi po osiągnięciu maksimum spadnie o co najmniej 5% lub — osiągnięte zostanie względne odkształcenie próbki = 10,0%. 7.2.3.6. Badania pomocnicze. Jako badania pomocnicze należy wykonać oznaczania wilgotności wg 5.1: — dwóch próbek gruntu przylegającego do górnej i dolnej części badanej na ścinanie próbki, — całej próbki po przeprowadzeniu ścinania lub jej części, w zakresie której wystąpiły płaszczyzny ścinania (poślizgu). 7.2.3.7. Obliczanie wartości naprężeń głównych (σ1) działających w kierunku osi próbki. Rozróżnia się 2 przypadki: a) gdy ciśnienie nie oddziaływuje na dynamometr mierzący siłę Qi, wartości naprężeń (σ1i) obliczyć należy, w kPa, wg wzoru

(64)

w którym: D

—

początkowa średnica próbki, cm,

Di

—

aktualna średnica próbki, cm,

H

—

początkowa wysokość próbki, cm,

—

zmiana objętości próbki kolejnego pomiaru, równa według założenia objętości wody wyciśniętej z próbki, cm3,

—

wysokość próbki w kolejnym pomiarze, cm,

—

zmierzona siła, N.

∆ Vi Hi Qi

Zaleca się bezpośrednie oznaczanie wartości Di odpowiadającej spełnieniu warunków (66) lub (67), przez pomiar próbki po przerwaniu badania i wyjęciu próbki z komory aparatu.

b) gdy ciśnienie σ3 przenosi się na dynamometr mierzący siłę za pośrednictwem trzpienia, wartości naprężeń (σ1i) należy obliczyć, w kPa, wg wzoru (65)

w którym: Qi Di

σ3i d

—

zmierzona siła, N,

—

aktualna średnica próbki, cm,

—

naprężenie oddziaływujące na dynamometr za pomocą trzpienia, kPa,

—

średnica trzpienia aparatu trójosiowego, cm.


Strona 63


W przypadku naprężeń efektywnych należy przeprowadzić obliczenia podstawiając we wzorze (65) wartości σ'1, σ'3 zamiast naprężeń całkowitych σ1, σ3. 7.2.3.8. Obliczanie spójności (cu) i kąta tarcia wewnętrznego (Φu). Jeśli program badania nie przewiduje innego rozwiązania to jako kryterium osiągnięcia przez próbki wytrzymałości na ścinanie (kryterium ścinania) należy spełnić warunki: (66)

lub (67)

Wynikiem badań określonego gruntu musi być co najmniej wg 7.2.2.1 pięć par wartości σ1, σ3 lub σ'1, σ'3 spełniających powyższy warunek. Należy sprawdzić (rys. 31) liniowość zależności σ1 = f (σ3) lub σ'1= f (σ'3), przy czym punkty odchylające się od prostej dla badanego gruntu o więcej niż 25% należy pominąć, i wykonać badania dodatkowych próbek. Należy sprawdzić, czy wzrostowi σ3 lub σ3 nie odpowiada spadek wilgotności próbek powstały na skutek ich konsolidacji oraz, czy poszczególne próbki nie różnią się nadmiernie wilgotnością i czy wg badań makroskopowych (wg rozdz. 3) dotyczy tego samego rodzaju gruntu.

rys. 31

W przypadku stwierdzenia, że są zachowane wyżej wymienione warunki należy obliczyć cu i Φu: — za pomocą równań (54) i (55) należy obliczyć wartości a i b, w których zamiast τf należy podstawić σ1i, a zamiast

σi wartości σ3i, — kąt tarcia wewnętrznego (Φu) i spójność (cu) należy obliczyć wg wzorów: (68)


Strona 64


(69)

Przy obliczaniu wartości c' i Φ' należy we wzorach (54) i (55) podstawić zamiasi σ1, σ3 odpowiednio σ'1, σ'3. 7.2.3.9. Obliczanie średnich odchyleń kwadratowych (sc, s ) należy przeprowadzać wg wzorów: Φ

(73)

(74)

w których: a

—

współczynnik wg wzoru (54),

b

—


sa

—


sb

—


N

—

liczba próbek.

przy czym we wzorach (54) i (55) należy τfi zastąpić σ1i, a σi zastąpić σ3i. W przypadku wykonywania badań metodą TS wg 7.2.3.2 wartości średnich arytmetycznych spójności lub kąta tarcia wewnętrznego (s) obliczyć należy wg wzoru

(75)

w którym: N

—

liczba próbek uwzględniona przy obliczaniu

si

—

średnie odchylenie kwadratowe dla poszczególnych próbek,

xi

—

wartości rozpatrywanej cechy (spójności lub kąta tarcia wewnętrznego) dla poszczególnych próbek,

—

średnia arytmetyczna danej cechy dla ogółu N próbek.

,

7.2.3.10. Dokumentacja badania. Dokumentacja badania powinna obejmować: a) wymiary próbek, prędkości odkształceń, naprężenia konsolidującego, itp. b) zestaw formularzy1) dla ścinań poszczególnych próbek oraz w wymaganych przypadkach wykresów zależności σ1, σ1 = f ( ). c) tabelę zawierającą dla poszczególnych próbek: — numer próbki wg kolejności ścinania, — wartości σ1 spełniające kryterium ścięcia, — odpowiadające im wartości σ3, — wilgotność gruntu przed ścinaniem, — wilgotność próbki po przeprowadzeniu ścinania, — symbol K, gdy kryterium ścięcia spełnione zostało przy osiowej deformacji względnej < 10,0% lub gdy wystąpiły dostrzegalne płaszczyzny poślizgu (ścinania), zaś symbol P — w przypadku przyjęcia wartości odpowiadających wartości = 10,0%, — wyniki oznaczań ciśnienia wody w porach, d) wykres zależności σ1 = f (σ3) lub σ'1 = f (σ'3), analogiczny do przedstawionego na rys. 31, Wydrukowano z programu Integram 2.0

Strona 65


e) obliczone wg 7.2.3.8 oraz 7.2.3.9 wartości spójności i kąta otwarcia wewnętrznego oraz ich średnich odchyleń kwadratowych (sc , sΦ).

8. OPIS BADANIA WILGOTNOŚCI OPTYMALNEJ (wopt), MAKSYMALNEJ GĘSTOŚCI OBJĘTOŚCIOWEJ SZKIELETU GRUNTOWEGO (ρds) ORAZ OBLICZANIE WSKAŹNIKA ZAGĘSZCZENIA (IS) 8.1. Postanowienia ogólne. Wilgotność optymalną (wopt) oznacza się jako wartość wilgotności, przy której grunt zagęszczany przez ubijanie wg 8.2 uzyskuje maksymalną wartość gęstości objętościowej szkieletu gruntowego (ρds). Wartości (wopt) oraz (ρds) dla określonego gruntu zależne są od zastosowanej metody oznaczania wg 8.2. 8.2. Metody oznaczania. W zależności od wielkości cylindra ilości warstw, ilości i wysokości spadania ubijaka rozróżnia się cztery omówione niżej metody zagęszczenia próbek gruntu. Wybór metody zależy od wielkości ziarn i programu badań. a) Metoda I — grunt przeznaczony do badań należy ułożyć w cylindrze małym (tabl. 11 ), w trzech warstwach, zagęszczając każdą warstwę 25 uderzeniami ubijaka lekkiego (tabl. 12) opuszczanego z wysokości 320 ±1 mm, co odpowiada jednostkowej pracy zagęszczania wynoszącej 0,59 dżula na 1 cm3 gruntu, Tablica 11. Wymagania dla cylindrów

Typ cylindra

Mały Duży

Objętość V dm3

Średnica Dw

1 ±0,003 2,2 ±0,006

Dz

Wysokość h = hn mm

mm

mm

112,8 ±0,2 152,4 ±0,2

120 ±0,5 162 ±0,5

100 ±0,2 120,6 ±0,2

Średnica du mm

Typ cylindra stosowanego przy oznaczaniu

50,8 ±0,2

mały

76,8 ±0,2

duży

50,8 ±0,2

mały

76,8 ±0,2

duży

Tablica 12. Wymagania dla ubijaków

Typ ubijaka

Masa ubijaka kg

Wysokość opuszczania (Hu) mm

Lekki

2,5 ±0,005

320 ±1

Ciężki

4,5 ±0,005

480 ±1

b) Metoda II — grunt przeznaczony do badań należy ułożyć w cylindrze dużym, w trzech warstwach, zagęszczając każdą warstwę 55 uderzeniami ubijaka lekkiego opuszczonego z wysokości 320 ±1 mm, co odpowiada jednostkowej pracy zagęszczania wynoszącej 0,59 dżula na 1 cm3 gruntu, c) Metoda III — grunt przeznaczony do badań należy ułożyć w cylindrze małym, w pięciu warstwach, zagęszczając każdą warstwę 25 uderzeniami ubijaka ciężkiego, opuszczanego z wysokości 480 ±1 mm, co odpowiada jednostkowej pracy zagęszczania wynoszącej 2,65 dżula na 1 cm3 gruntu, d) Metoda IV — grunt przeznaczony do badań należy ułożyć w cylindrze dużym, w pięciu warstwach, zagęszczając każdą warstwę 55 uderzeniami ubijaka ciężkiego, opuszczanego z wysokości 480 ±1 mm, co odpowiada jednostkowej pracy zagęszczania wynoszącej 2,65 dżula na 1 cm3 gruntu. 8.3. Przyrządy a) Dwa cylindry stalowe z nasadkami, mały i duży, o kształcie wg rys. 32, składający się z cylindra (1), nasadki (2), zamka łączącego nasadkę z cylindrem (3), podstawy (4) i śrub łączących cylinder z podstawą (5) i o wymiarach wg tabl. 11; błąd oznaczania wewnętrznej objętości cylindrów nie powinien przekraczać: 1,0 cm3 — w przypadku cylindrów małych, 2,0 cm3 — w przypadku cylindrów dużych, zaś błąd oznaczania masy nie powinien być większy niż odpowiednio 1 g oraz 2 g.


Strona 66


Rys. 32 b) Dwa ubijaki stalowe, o kształcie wg rys. 33 składające się z ubijaka (młota) (1), tzw. szklanki (2), pręta prowadzącego (3), ogranicznika wysokości spadu (4) i śruby ogranicznika i o masie oraz średnicy ubijaka wg tabl. 12. c) Sita o boku oczka kwadratowego 6 i 10 cm, d) Waga o dokładności ważenia nie mniejszej niż 1 g. e) Przyrządy do oznaczania wilgotności wg 5.1. f) Szczelnie zamykane naczynia objętości 8 g) Linia stalowa długości 25

÷ 10 dm3.

÷ 30 cm, z ostrą krawędzią.


Strona 67


Rys. 33 8.4. Przygotowanie próbek do oznaczania. Masa próbki gruntu przeznaczonego do oznaczania powinna wynosić w stanie powietrznosuchym 2,5 ÷ 3 kg na 1 dm3 objętości cylindra użytego do oznaczania; do oznaczania należy przygotować trzy próbki. Pobrane próbki gruntu należy rozdrobnić i przesiać przez sito o boku oczka kwadratowego 6 mm w przypadku stosowania do oznaczania małego cylindra, a przez sito o boku oczka kwadratowego 10 mm w przypadku dużego cylindra. Pozostałość na sicie należy zważyć i oznaczyć jej procentową zawartość w próbce. Następnie przesianą część próbki należy zmieszać z wodą destylowaną lub pitną w ilości 60 cm3 dla gruntów niespoistych (sypkich) lub w ilości 100 ÷ 150 cm3 dla gruntów spoistych, licząc na 1 dm3 objętości użytego cylindra. Po dokładnym wymieszaniu próbki gruntu z wodą należy umieścić ją w szczelnie zamkniętym naczyniu na co najmniej 15 h. 8.5. Wykonanie oznaczania. Próbkę gruntu przygotowaną wg 8.4, należy ubijać w cylindrze stosując liczbę uderzeń i liczbę układanych warstw gruntu w zależności od rodzaju przyjętej metody oznaczania wg 8.2. Po zagęszczeniu drugiej warstwy — w przypadku metod I i II lub czwartej warstwy — w przypadku metod III i IV, należy na cylindrze umieścić nasadkę. Ilości gruntu przypadające na poszczególne warstwy należy tak dobierać, aby po ubiciu ostatniej warstwy ubity grunt wystawał 5 ÷ 10 mm ponad górną krawędź cylindra. Przed ułożeniem kolejnej warstwy gruntu do cylindra należy powierzchnię poprzednio ubitej warstwy zdrapać (porysować) ostrzem noża. Po ułożeniu każdei warstwy gruntu należy jej powierzchnię wyrównać i przed przystąpieniem do ubijania lekko ugnieść. Każda warstwa gruntu powinna być równomiernie zagęszczona taką liczbą uderzeń ubijaka i opadającego z takiej wysokości, jaka jest przewidziana dla danej metody wg 8.2. W czasie ubijania gruntu cylinder powinien stać na sztywnym podłożu. Po ubiciu ostatniej warstwy nadmiar gruntu należy ściąć linią, prowadząc ją od środka ku krawędzi, a następnie zważyć cylinder z gruntem (mmt) i oznaczyć gęstość objętościową szkieletu gruntowego (ρd) wg 5.2.6.


Strona 68


Po wyjęciu próbki z cylindra należy oznaczyć średnią wilgotność ubitego gruntu (w), pobierając z co najmniej dziesięciu miejsc próbki o łącznej masie wg 5.1. Następnie grunt należy rozdrobnić oraz dodać tyle wody destylowanej lub pitnej, aby wilgotność gruntu zwiększyła się o 1 ÷ 2%, ponownie umieścić grunt w cylindrze i ubijać jak poprzednio. Czynności te należy powtarzać do chwili, gdy masa cylindra z gruntem (mmt) zacznie się zmniejszać.

Dopuszcza się najwyżej 5-krotne wykonywanie zagęszczania tej samej próbki gruntu. Nie należy wykonywać badania w przypadkach, gdy: — z badanego gruntu wycieka grawitacyjnie woda, — woda pokrywa, powierzchnię gruntu w cylindrze. 8.6. Obliczanie wyników. Po oznaczaniu wilgotności (w) i gęstości objętościowej szkieletu gruntowego (ρd) należy dla poszczególnych oznaczań sporządzić wykresy zależności ρd od w, jak przykładowo podano na rys. 34.

Rys. 34

Na rysunek należy nanieść linię odpowiadającą warunkowi Sr = 1, zgodnie z równaniem (76)

Objaśnienia symboli podane zostały w 5.8.1 i 5.8.3. Jako wilgotność optymalną (wopt) należy przyjąć wartość wilgotności, która odpowiada maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego (ρds). Jeżeli masa odsianych z próbki grubszych ziarn jest > 5% i < 25% całkowitej masy szkieletu gruntowego próbki, to wartości wilgotności optymalnej i maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego należy obliczyć wg wzorów: a) wilgotność optymalna gruntu (wopt), w % (77)

b) maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntowego (ρds) w g/cm3 (78)

Jeżeli masa odsianych ziarn ≤ 5% całkowitej masy szkieletu gruntowego próbki, to wartość wilgotności optymalnej i maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego należy obliczyć wg wzorów: a) wilgotność optymalna gruntu (wopt), w % (79)

b) maksymalna gęstość objętościowa (ρds) w g/cm3


Strona 69


(80)

Oznaczenia we wzorach (76) ÷ (80): w'opt x

ρs ρd

i

ρ'ds — wartości otrzymane

z wykresu (rys. 34),

—

stosunek masy usuniętych grubszych ziarn do masy szkieletu całej próbki,

—

gęstość właściwa szkieletu gruntowego, g/cm3,

—

gęstość objętościowa szkieletu gruntowego wartość wg 5.2.6.

Przy podawaniu wyników oznaczania należy podać jaka metodą wg 8.2 zostało ono wykonane.

9. POSTANOWIENIA PRZEJŚCIOWE 9.1. Stosowanie edometru, wg 6.1.2, o mechanicznym grawitacyjnym systemie obciążenia próbek bez urządzenia aretażowego pozwalające na przykładanie obciążeń bez powodowania oddziaływań dynamicznych dopuszczone jest do stosowania w okresie 3 lat obowiązywania normy. 9.2. Stosowanie uproszczonej metody TS oznaczania spójności (c) i kąta tarcia wewnętrznego (Φ) wg 7.2.3.2 dopuszcza się na okres nie dłuższy niż 3 lata od daty obowiązywania normy pod warunkiem, że ostateczny wynik będzie wartością średnią co najmniej trzech oznaczeń.

KONIEC Załączniki 3 Informacje dodatkowe

Załącznik 1

BADANIA MAKROSKOPOWE Nr tematu _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Nr badania _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Miejscowość _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Nr otworu

Przelot warstwy, m

Głębokość pobrania, m

Rodzaj próbki NNS, NW, NU

Rodzaj gruntu i barwa

Zawartość CaCO3 %

Wilgotność %

Ilość wałeczkowań

Stan gruntu

Uwagi

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Strona 70


Załącznik 2

Zestawienie wyników badań laboratoryjnych - część A próbki gruntu z terenu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nr tematu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . dnia . . . . . .198 . . r.

Zleceniodawca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Nr archiw. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Nr zlec. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Nr Głębo- Rodzaj BADANIE MAKROSKOPOWE ANALIZA UZIARNIENIA CECHY FIZYCZ otwo- kość próbki Ro- Wil- Ilość Stan ZawarRoPo- Straty Wilgot- G ru pobra- NNS, dzaj got- wałe- gruntu tość Zawartość frakcji % to dzaj wierz- wago- ność nia, m NW, grun- ność czkoCaCO3 grun- chnia we natu- obj NU tu wań tu właśralna to % mm 2,0 0,05 % i ciwa przy w % ciowa > 0,05 0,002 < bar(St) utle2,0 0,002 wa nianiu 2 g/cm m /g Iom Żwi- Pias- PyIłoprażero- kołowa niu wa wa wa ∆G s 1

2

3

4


5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Strona 71


Załącznik 3

Zestawienie wyników badań laboratoryjnych - część B próbki gruntu z terenu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nr tematu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . dnia . . . . . .198 . . r.

Zleceniodawca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Nr archiw. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Nr zlec. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Nr Głębo- Rodzaj Rodzaj ŚCINIANIE ŚCIŚLIWOŚĆ otwo- kość próbki gruntu Meto- Wilgot- SpójŚr. Kąt Śred. Wilgot- Zakres Moduł Zakres Modu ru pobra- NNS, i da ność, ność odchy- tarcia odchy- ność, obcią- ściśli- obcią- ści nia, NW, barwa ścina(w) (c, c', lenie wewnę- lenie (w) żeń wości żeń wo m NU nia % cu) kwadra- trzn. kwadra% (σ ) (P) (σ) (M towe (Φ s , towe kPa kPa kPa kPa kPa (Sc) (SΦ)° Φu)° kPa 1

2

3

4


5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Strona 72

15


INFORMACJE DODATKOWE 1. Instytucja opracowująca normę — Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa. 2. Istotne zmiany w stosunku do PN-75/B-04481 i PN-74/B-04452 p. 6.1 ÷6.3 a) wprowadzono ogólne zasady stosowania i wykonywania badań, b) wprowadzono metodę badania płynności gruntów metodą penetrometru stożkowego, c) wprowadzono nowe metody określania wytrzymałości na ścinanie, spójności i kąta tarcia wewnętrznego, d) wprowadzono nową metodę obliczania stopnia zagęszczenia IDM, e) wprowadzono oblicznie błędów określenia spójności i kąta tarcia wewnętrznego, f) wprowadzono oznaczanie powierzchni właściwej, g) wprowadzono nowe (uzupełniające) metody określania stanu gruntu. 3. Normy związane PN-86/B-02480 Grunty budowlane. Określenia, symbole, podział i opis gruntów PN-83/B-02482 Fundamenty budowlane. Nośność pali i fundamentów palowych PN-81/B-03020 Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli. Obliczenia statyczne i projektowanie PN-71/H-86020 Stal odporna na korozję (nierdzewna i kwasoodporna). Gatunki PN-80/M-94008 Sita i siatki z drutu. Wymiary oczek 4. Autor projektu normy — prof. dr hab. Antoni Piaskowski, Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa. 5. Zalecane wzory formularzy — wg tabl. I-1 ÷ I-15 na str. 50 ÷ 63. 6. Uwagi dotyczące nowego stopnia plastyczności. Wartości nowego stopnia plastyczności ILN charakteryzują stan gruntów, podobnie jak wartości stopnia plastyczności IL. Wartości współczynników równań (40) i (41) zostały tak dobrane, aby statycznie spełniony był warunek IL = ILN; np. dla IL = 0,25. W 75% przypadków różnice obu powyższych wielkości są mniejsze niż 0,1. Skalę wartości ILN traktować jednak należy jako skalę niezależną. 7. Wytyczne związane z badaniami próbek gruntu — wg Instrukcji ITB nr 225.

Tablica I-1 OZNACZANIE UZIARNIENIA GRUNTU Instytucja wykonująca badania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nr tematu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nr otworu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nr badania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Głębokość pobrania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . m Miejsce pobrania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Próbka pobrana z . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


Strona 73


Tablica I-2 WYKRES UZIARNIENIA GRUNTU Wydrukowano z programu Integram 2.0

Strona 74


Nr tematu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nr badania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Nr otworu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Głębokość . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Tablica I-3 WYKRES UZIARNIENIA GRUNTU Nr tematu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nr badania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


Nr otworu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Głębokość . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Strona 75


Tablica I-4 OBLICZANIE POWIERZCHNI WŁAŚCIWEJ (St) GRUNTÓW Nr tematu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nr badania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Miejsce pobrania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nr otworu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


Próbka pobrana z . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Głębokość pobrania . . . . . . . . . . . . . .

Rodzaj gruntu . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Strona 76


Tablica I-5 OZNACZANIE ZAWARTOŚCI CZĘŚCI ORGANICZNYCH (Iom) ORAZ STRAT PRZY PRAŻENIU (Iz) Nr tematu: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nr badania: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Miejsce pobrania: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Nr otworu: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Głębokość pobrania: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . m Próbka pobrana z: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Badania makroskopowe


Strona 77


Rodzaj gruntu: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Domieszki: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Barwa: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Liczba wałeczkowań: . . . . . . . . . . . . . . . . .

Zawartość CaCO3: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wilgotność: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stan gruntu: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Tablica I-6 OZNACZANIE WILGOTNOŚCI (w) I GĘSTOŚCI OBJĘTOŚCIOWEJ (ρ) GRUNTÓW Nr tematu: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nr badania: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Miejsce pobrania: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


Strona 78


Tablica I-7 OZNACZANIE ρd min, ρd max ORAZ emax, emin Nr tematu: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nr badania: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Miejsce pobrania: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Nr otworu: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Głębokość pobrania: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Próbka pobrana z: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Rodzaj gruntu : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gęstość właściwa (ozn. przyj.) . . . . . . . . .

Objętość cylindra (V): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Masa cylindra (mt1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ρs = . . . . . . g/cm3

Masa tłoka (mt2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Wysokość wewn. cylindra (h1): . . . . . . cm

Pole przekroju otw. cylindra (A): . . . . . . . . cm2

"

(grubość) tłoka (h2): . . . . . . cm


Strona 79


Tablica I-8 OZNACZANIE w, wP, wL (MET. CASAGRANDE'A) ORAZ IL Instytucja wykonująca badania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nr tematu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nr otworu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nr badania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Głębokość . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Miejsce pobrania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Próbka pobrana z . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


Strona 80



Strona 81


Tablica I-9 OZNACZANIE wL, IC ORAZ IL MET. PENETR. Nr tematu: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nr badania: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Miejsce pobrania: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


NR APARATU:

Nr otworu: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Głębokość pobrania: . . . . . . . . . . . . . . . m . . . . Próbka pobrana z: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Strona 82


Uwaga:

1)

gdzie ha, hb, hc - wyniki kolejnych pomiarów.

Do formularza załącza się wykres h = f (w) sporządzany na papierze milimetrowym.

Tablica I-10 BADANIA W EDOMETRZE


NR APARATU:

Strona 83


Tablica I-11 Wydrukowano z programu Integram 2.0

Strona 84


ŚCINANIE GRUNTU W APARACIE SKRZYNIOWYM - OZNACZANIE τf Nr tematu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nr badania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Miejsce pobrania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Nr otworu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Głębokość . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Próbka pobrana z . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Nr aparatu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Nr dynamometru

Naprężenie normalne: σ = . . . . . . . kPa

..............

kd = . . . . . . . ko = . . . . . . .

Prędkość odkształceń vs = . . . . . . . mm/h Wytrzymałość na ścinanie τf = . . . . . kPa


,

Kryt. ścięcia (Kp):

Strona 85


Tablica I-12 OBLICZANIE SPÓJNOŚCI ORAZ KĄTA TARCIA WEWNĘTRZNEGO METODA: Nr tematu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nr badania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Miejsce pobrania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Nr otworu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Głębokość . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Próbka pobrana z . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wartości:

Próbka Nr

Wartości τf lub σ1, σ'1 1) kPa

Oznaczane lub σ3, σ'3 1) kPa

Oznaczane

Obliczone

1) niepotrzebne skreślić

Wartości obliczone: I. Metoda B (p. 7.2.2):

II. Metody T (p. 7.2.3): a=..............

a = tg Φs = . . . . . . . . . . . . . .

Φs = . . . . . . . . . . . . . . b=

cs = . . . . . . . . . . . . . .

Uwaga: - należy dołączyć:

sΦ = . . . . . . . . . . . . . .

b=..............

sc = . . . . . . . . . . . . . .

Φ=..............

sΦ = . . . . . . . . . . . . . .

c=..............

sc = . . . . . . . . . . . . . .

a) formularze z oznaczeniami: τf lub

σ 1, σ ' 1 b) wykres τf = f (σ) lub σ1 = f (σ3), σ'1 = f (σ'3)

Tablica I-13 OZNACZANIE NAPRĘŻEŃ σ1, σ'1 METODĄ TRÓJOSIOWEGO ŚCISKANIA (T Nr tematu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rodzaj gruntu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Miejsce pobrania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

)

Nr otworu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Głębokość pobrania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . m Data wyk. badania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Nr próbki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Początkowa średnica próbki . . . . . . . . . . . . . . . . . .

D1 = . . . . . . cm

Początkowa wysokość próbki . . . . . . . . . . . . . . . . .

H1 = . . . . . . cm

Średnica trzpienia obciążającego . . . . . . . . . . . . . .

d = . . . . . . . . cm kd = . . . . . . . . . .

Stałe pierścienia dynamometrycznego . . . . . . . . . .


...........

Strona 86


ko = . . . . . . . . . .

Wskazanie czujnika w pocz. momencie . . . . . . . . . .

Czas Ti

Odczyt na dyn. si

Zmn. wys. próbki

Objętość wody

∆Hi, cm

∆V, cm3

Napr. całkowite

σ3

σ1

Ciśnienie wody ui

Napr. efektywne

σ'1

σ'3

Tablica I-14 OZNACZANIE c, Φ METODĄ TS Nr tematu: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nr badania: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Miejsce pobrania: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Nr otworu: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Głębokość pobrania: . . . . . . . . . . . . . . . . . . m Próbka pobrana z: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Grunt: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Próbka nr: . . . . . . . . . . . . Barwa, przewarstwienia, domieszki: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oznaczenie wilgotności gruntów przed ścinaniem (w1) Nr parowniczki

mmt. . . . . . .mst. . . . . . .


Strona 87


...........

mst. . . . . . .mt. . . . . . . w = (. . . . . . : . . . . . .) · 100 = . . . . . . . %

Nr parowniczki ...........

mmt. . . . . . .mst. . . . . . . mst. . . . . . .mt. . . . . . . w = (. . . . . . : . . . . . .) · 100 = . . . . . . . % Oznaczenie wilgotności po ścięciu próbki (w2)


mmt. . . . . . .mst. . . . . . .


mmt. . . . . . .mst. . . . . . . mst. . . . . . .mt. . . . . . . w = (. . . . . . : . . . . . .) · 100 = . . . . . . . %

mst. . . . . . .mt. . . . . . . w = (. . . . . . : . . . . . .) · 100 = . . . . . . . %

Przebieg ścinania Dynamometr Nr . . . . . . . . . . Średnica trzpienia

kd = . . . . . . . . . . . . ko = . . . . . . . . . . . .

h1 = . . . . . . . . . . . cm

Pocz. wysokość próbki "

D1 = . . . . . . . . . . .cm

"

średnica

d = . . . . . . . . . . cm

Ciśnienie boczne

Osiowe naprężenia główne

Zmn. wysokości

σ3

Odczyt na dynamometrze si

......... ......... ......... .........

......... ......... ......... .........

......... ......... ......... .........

......... ......... ......... .........

......... ......... ......... .........

......... ......... ......... ......... .........

......... ......... ......... ......... .........

......... ......... ......... ......... .........

......... ......... ......... ......... .........

......... ......... ......... ......... .........

Wyniki obliczeń [należy dołączyć wykres

próbki (∆h) cm

σ1

Uwagi

σ1 = f (σ3)] :

a=......... c = . . . . . . . . . kPa

b=......... sc = . . . . . . . . . kPa

Φ=.........

sΦ = . . . . . . . . .

Wykonał: . . . . . . . . . . . . . . . . Sprawdził: . . . . . . . . . . . . . . .

dn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . dn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Tablica I-15 OZNACZANIE WILGOTNOŚCI OPTYMALNEJ I WARTOŚCI ρd max Nr tematu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Miejsce pobrania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tara mt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Nr badania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ubijak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Objętość cylindra V= . . . . . . . . . . . . . cm3 Badania makroskopowe Rodzaj gruntu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Domieszki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


Wyniki badań laboratoryjnych wopt = . . . . . . . . . . . . %

ρd max . . . . . . g/cm3

Strona 88


Barwa gruntu . . . . . . .

Zawartość CaCO3 . . . .

Badanie wykonał . . . . . . . . . . . . w dn . . . . . Badanie sprawdził . . . . . . . . . . . w dn . . . . .

1)

Informacje dodatkowe p. 5 labl. I-1 ÷ I-15.

1)

) Przykładem formularza jest tabl. I-1 w Informacjach dodatkowych.

2)

) Patrz Informacje dodatkowe tabl. I-3.

1)

) Patrz Informacje dodatkowe labl. I-7.

1)

) Patrz Informacje dodatkowe p. 6.


Strona 89


1)


1)


1)

) Patrz Informacje dodatkowe tabl I-12.

1)

Patrz Informacje dodatkowe, np. tabl. I-11.

2)

) Patrz Informacje dodatkowe, np. tabl. I-12.

1)

) Postanowienia przejściowe p. 9.2.

2)

) W przypadku metody TS zaleca się stosowanie formularza wg tabl. I-13, zaś w pozostałych przypadkach wg tabl. I-12. 1)

) Patrz Informacje dodatkowe, np. tabl. I-13.

1)

) Patrz Informacje dodatkowe, np. tabl. I-14, I-15.

1)

Patrz Informacje dodatkowe tabl. I-2.


Strona 90

PN-88_B-04481.pdf

Recommend Documents