Notatki do ćwiczeń 1 PDF

Preview

Summary

Prowadzący: dr inż. Marek Wojciechowski...

Description

OZNACZANIE I OPIS GRUNTÓW Oznaczanie gruntu – określanie nazwy gruntu i opis na podstawie uziarnienia, rodzaju materiału, właściwości składników mineralnych lub organicznych oraz plastyczności. Wstępne oznaczanie wykonuje się z uwzględnieniem takich właściwości gruntu, jak: - wymiar ziarna, - skład gruntu (frakcja główna, frakcja/e drugorzędne), - spoistość, - zawartość części organicznych, - nieciągłości i warstwowanie, - geneza gruntu. Oprócz oznaczenia gruntu należy podać stan, w jakim grunt znajduje się w złożu, wszelkie drugorzędne składniki, inne cechy gruntu, takie jak barwa, zawartość węglanów, kształt cząstek, szorstkość powierzchni, zapach, używane nazwy lokalne i klasyfikację geologiczną. Bardziej dokładne oznaczanie i klasyfikowanie oparte na uziarnieniu, plastyczności, zawartości części organicznych itp. przeprowadza się na podstawie badań laboratoryjnych.

Oznaczanie gruntów bardzo gruboziarnistych (kamienistych) -frakcja drugorzędna, -granulacja – zgodnie z tab. 2, -kształt ziaren – jak niżej, -struktura – nieciągłości i warstwowanie, -barwa – zaleca się stosować wzorcową skalę barw. W przypadku gruntów bardzo gruboziarnistych frakcję główną stanowi frakcja o przeważającej masie w próbce.

1

Symbole frakcji (gruntów) głównych - zapisuje się dużymi literami, np.: - głazy - Bo, - żwir średni - MGr, - piasek gruby - CSa, - pył średni - MSi itp. Frakcje drugorzędne – wg. 4.3.3. - zapisuje się małymi literami, np.: - żwir piaszczysty - saGr, - żwir drobny z piaskiem grubym - csaFGr, - pył z piaskiem średnim - msaSi, - piasek gruby z żwirem drobnym - fgrCSa itp. Grunty stanowiące przewarstwienie pisze się małymi podkreślonymi literami po głównej frakcji: siClsa (ił pylasty przewarstwiony piaskiem) Jeżeli występują dwie frakcje główne w jednakowych proporcjach, to pomiędzy ich symbolami umieszcza się ukośnik, np.: żwir/piasek: Gr/Sa; piasek drobny/średni: FSa/Msa

W przypadku gruntów drobnoziarnistych główną frakcją jest odpowiedni rodzaj gruntu drobnoziarnistego (ił - Cl lub pył - Si) określający właściwości inżynierskie gruntu. Frakcje drugorzędne i kolejne nie określają właściwości inżynierskich gruntu, lecz mają na nie wpływ. Dla stwierdzenia obecności iłu lub pyłu, próbkę NW należy rozciąć nożem. Powierzchnia przekroju błyszcząca – ił, matowa – pył lub pył ilasto-piaszczysty o niskiej plastyczności. Grunty, dla których możliwe jest oznaczenie granicy plastyczności, są określane jako wykazujące właściwości spoiste (spoiste). W celu oznaczenia plastyczności (spoistości) wałeczkuje się wilgotną próbkę gruntu na gładkiej powierzchni do średnicy 3 mm, tak długo, aż przy kolejnym wałeczkowaniu grunt nie da się już wałeczkować, tylko zlepić – osiąga się wtedy granicę plastyczności. Pozwala to określić grunt jako: - o małej spoistości (plastyczności), gdy można grunt zlepić lecz nie da się wałeczkować, - o dużej spoistości (plastyczności), gdy daje się wałeczkować do średnicy 3 mm i mniejszej.

2

Informacji o plastyczności gruntu dostarcza też jego wytrzymałość w stanie suchym. Próbkę należy wysuszyć. Miarą wytrzymałości jest opór w czasie próby rozdrabniania lub sproszkowania miedzy palcami. Dużą wytrzymałość wykazuje ił, niską pył. Badanie dylatancji iłu i pyłu polega na wstrząsaniu próbki o rozmiarach 10÷20 mm poprzez przerzucanie jej pomiędzy dłońmi. Połysk jest wtedy związany z obecnością wody. Woda pojawia się szybko i znika w przypadku pyłu. Wstrząsanie nie daje efektu w przypadku iłu.

Dla określenia zawartości piasku, pyłu i iłu w gruntach należy rozcierać małą próbkę gruntu między palcami, ewentualnie po zanurzeniu w wodzie i w ten sposób oceniać stopień szorstkości materiału. Zawartość węglanów oznacza się na podstawie reakcji gruntu na skropienie 10 % roztworu HCl. Wyróżnia się następujące stopnie reakcji: - grunt bezwapnisty (0) – nie reaguje z kwasem, - grunt wapnisty (+) – lekko pieni się pod wpływem kwasu, - grunt silnie wapnisty (++) – intensywnie pieni się pod wpływem kwasu.

Oznaczanie gruntów organicznych Na udział substancji organicznej w gruncie wskazują specyficzny zapach i barwa. Intensywność zapachu i barwa pozwalają ocenić proporcję substancji organicznej do mineralnej i zaleca się ich uwzględnienie w opisie gruntu.

3

ZASADY KLASYFIKOWANIA GRUNTÓW Klasyfikowanie gruntów jest to wydzielanie grup gruntów o podobnym składzie i właściwościach geotechnicznych na podstawie określonych cech, kryteriów i genezy, z uwzględnieniem ich przydatności do geotechnicznych celów inżynierskich (fundamentowania, ulepszania gruntów, dróg, nasypów, zapór, systemów drenażowych itp.). Norma PN-EN ISO 14688-2:2006 zawiera załącznik krajowy (informacyjny), w którym przedstawiono tablice i nowy trójkąt [Fereta], zawierające proponowany podział i polskie nazwy oraz symbole gruntów. Badane grunty należy przyporządkować do określonych grup na podstawie ich składu, z uwzględnieniem następujących charakterystyk: - składu granulometrycznego, - plastyczności, - zawartości części organicznych, - genezy. Klasyfikacja gruntów bardzo gruboziarnistych i gruboziarnistych jest oparta wyłącznie na składzie granulometrycznym określonym metodą analizy mechanicznej (analiza sitowa) według ISO 3310-1 i ISO 3310-2. W przypadku gruntów składających się zarówno z materiału drobnoziarnistego jak i gruboziarnistego, klasyfikowanie powinno być oparte na plastyczności i składzie granulometrycznym. Skład granulometryczny materiału drobnoziarnistego można określić metodami sedymentacyjnymi lub optycznymi.

Przy oznaczaniu frakcji gruboziarnistych wydziela się grunty: dobrze uziarnione , słabo uziarnione i źle uziarnione (brak w składzie pewnej frakcji), wykorzystując do tego pojęcia wskaźnika krzywizny (Cc) oraz wskaźnika różnoziarnistości (Cu), które opisują kształt krzywej uziarnienia.

Plastyczność Drobne frakcje gruntu, reprezentowane przez ił i pył klasyfikuje się zwykle na podstawie charakterystyki ich plastyczności, według wyników oznaczeń laboratoryjnych granicy płynności wL i granicy plastyczności wP. Do klasyfikowania plastyczności gruntów drobnoziarnistych stosuje się terminy: a) nieplastyczny, b) mało plastyczny, c) średnio plastyczny,

4

d) bardzo plastyczny. Zawartość części organicznych

Inne kryteria przydatne w klasyfikowaniu gruntów Do opisu gruntów można użyć wielu wskaźników ilościowych, dotyczących zagęszczenia, wytrzymałości na ścinanie bez odpływu i wskaźnika konsystencji (stopnia plastyczności). Klasyfikacja zagęszczenia piasków i żwirów na podstawie stopnia zagęszczenia ID

Stopień zagęszczenia może być określony na podstawie badań polowych, takich jak: sondą dynamiczną (np. DPL), sondą cylindryczną (SPT), sondą statyczną (SPT), presjometrem (PMT). Zawartość frakcji dla gruntu A (wg PN ISO): Cl = 13%; Si = 40%; Sa = 43%;Gr = 4%:

Ustalanie rodzaju (nazwy) gruntu według diagramu: • Nanosimy na górny trójkąt odczytane z krzywej uziarnienia zawartości frakcji. Grunt A z wykresu uziarnienia lokuje się w polu, gdzie są zaznaczone 4 grunty: saSi, saclSi, sasiCl i saCl. • Aby ustalić z którym z tych gruntów mamy do czynienia nanosimy teraz dane (obliczone Cl’ i Si+Cl) na dolny kwadrat. Na nim grunt A znajduje się w polu, w którym występuje grupa siCl. • Na tej podstawie z czterech gruntów wybieramy ten, w którym występuje grupa siCl, czyli w tym przykładzie poszukiwanym gruntem jest sasiCl – ił pylasty z domieszką piasku.

5

Sa(+Gr) = 47% Si = 40% Cl = 13% Również na trójkącie „krajowym” symbol gruntu to sasiCl – a polska nazwa - glina ilasta

6

7

8

Podstawą opisu gruntów według PN-EN ISO 14688:2006 są wyniki analizy makroskopowej, czyli oceny pewnych cech gruntów poprzez badanie, w którym przede wszystkim wykorzystuje się podstawowe zmysły człowieka: wzrok, dotyk, węch itd. Pomocniczo można korzystać również z prostych przyrządów takich jak papier milimetrowy, lupka (najlepiej z podziałką), ale również bardziej specjalistycznych, np. wzorzec barw gruntów odczynników, takich jak 10% HCl. Opisowi podlega szereg cech gruntu, które w efekcie pozwalają na wstępną ocenę zachowania tego gruntu jako elementu podłoża budowli. Badania makroskopowe wykonuje się zarówno w terenie, podczas prac polowych mających na celu zbadanie podłoża, jak również w laboratorium, gdzie wykonuje się przede wszystkim oznaczenia ilościowe podstawowych cech gruntów. Badania najlepiej wykonywać w określonej kolejności, np. według schematu przedstawionego na rys. nr 1. Podane niżej kroki odpowiadają tej kolejności.

Krok 1 – pochodzenie gruntu Należy ustalić, czy grunt powstał w wyniku naturalnych procesów geologicznych (grunt naturalny, rodzimy), czy też został wytworzony w wyniku działalności człowieka (grunt antropogeniczny, nasypowy). Grunty antropogeniczne (symbol Mg – made ground) mogą być zbudowane z materiału naturalnego (gruntów mineralnych, głównie piaszczystych i żwirowych), są to np. różnego rodzaju nasypy drogowe czy kolejowe, zapory ziemne, wały przeciwpowodziowe itp., lub z materiału sztucznego, np. z odpadów poprodukcyjnych typu żużle i popioły, osady poflotacyjne. Czasami ustalenie czy mamy do czynienia z gruntem naturalnym czy antropogenicznym jest trudne. Zwykle na pochodzenie antropogeniczne wskazują domieszki, które nie mogą być składnikami gruntów naturalnych, takie jak gruz, śmieci itp. lub nienaturalna struktura gruntu, np. występowanie w masie piaszczystej grudek gliniastych. Krok 2 – określenie czy grunt należy do gruntów organicznych, czy mineralnych Grunty mineralne są zbudowane z ziarn i cząstek mineralnych, pochodzących z rozdrobnienia skał, np. piaski składają się głównie z ziarn kwarcu (SiO2) zaś grunty spoiste z minerałów ilastych. W skład gruntów organicznych oprócz cząstek mineralnych wchodzą również cząstki organiczne pochodzące głównie z rozpadu obumierających roślin. Obecność substancji organicznej można poznać najczęściej po czarnej, ciemnoszarej lub ciemnobrunatnej barwie i charakterystycznym zapachu gnilno-pleśniowym. Intensywność zapachu może się nasilać po podgrzaniu próbki. Często gołym okiem są widoczne szczątki roślin. Po wysuszeniu posiadają wyraźnie niższą gęstość niż grunty mineralne. Po wymieszaniu z wodą najczęściej barwią ją na brunatny kolor. Wśród gruntów organicznych w zależności od genezy i zawartości części organicznych wyróżniamy: grunty próchniczne, namuły, gytie i torfy. Sposoby oznaczania i opisu gruntów organicznych są podane w punktach 5.11 i 5.12 normy.

9

Krok 3 – wydzielenie gruntów pochodzenia wulkanicznego Grunty takie praktycznie na terenie Polski nie występują. Rozpoznaje się je głównie po niskiej gęstości (nie należy ich mylić z gruntami organicznymi, które również charakteryzują się tą cechą). Krok 4 i 5 – wydzielenie gruntów bardzo gruboziarnistych Określenie rozmiarów ziarn gruntu jest podstawą do dalszego podziału gruntów mineralnych. Pod względem uziarnienia wyróżnia się grunty: bardzo gruboziarniste, gruboziarniste i drobnoziarniste. Podział taki jest związany z ustaleniem frakcji według tablicy 1(załącznik). Według tego podziału gruntami podstawowymi są grunty o jednolitym uziarnieniu (tj. składające się z ziarn tylko jednej frakcji) np. żwir Gr, piasek drobny FSa, pył gruby CSi itp. Pierwsza litera skrótu (symbolu) frakcji gruntu jest pisana zawsze dużą literą. Opis uziarnienia gruntu należy rozpocząć od wydzielenia frakcji najgrubszych (głazów i głazików), czyli ziarn powyżej 63 mm (oczywiście postępujemy tak wtedy, gdy takie kamienie występują w badanej próbie). Jeżeli ich łączna masa przekracza 50 % masy całej próby gruntu oznacza to, że mamy do czynienia we frakcji głównej z gruntem bardzo gruboziarnistym: LBo, Bo lub Co. Krok 6 – wydzielenie gruntów gruboziarnistych (sypkich) i drobnoziarnistych (spoistych) Kryterium podziału na grunty gruboziarniste i drobnoziarniste jest podatność gruntu do zlepiania się w grudki w stanie wilgotnym. Zlepiają się grunty drobnoziarniste (pyły i iły), nie zlepiają się grunty gruboziarniste (piaski i żwiry). Krok 7 – wydzielenie piasków i żwirów Jeżeli badany grunt nie zlepia się w stanie wilgotnym, czyli jest gruntem gruboziarnistym, należy dokonać dalszego podziału na piaski i żwiry. W gruntach gruboziarnistych w większości przypadków poszczególne ziarna są widoczne gołym okiem. Jeżeli stwierdzamy, że ponad 50 % ziarn jest większych niż 2 mm (d50 > 2 mm) to mamy do czynienia ze żwirem - Gr. Jeżeli jest przeciwnie (d50 ≤ 2 mm), oznacza to, że badanym gruntem jest piasek - Sa. W obrębie żwirów dokonujemy dalszego podziału na: żwir gruby CGr, żwir średni MGr i żwir drobny FGr. Podobnie postępujemy z piaskami, wydzielając: piasek gruby Csa, piasek średni MSa, i piasek drobny FSa (vide tablica 1 i tablica 3 w załączniku). Krok 8 – wydzielenie pyłów i iłów Grunty drobnoziarniste - pyły i iły - w stanie wilgotnym zlepiają się i tworzą grudki odkształcające się plastycznie. W gruntach tych cząstek frakcji głównych (czyli pyłowych i iłowych) nie można dostrzec gołym okiem. Mogą również występować w nich domieszki frakcji grubszych. W zależności od wzajemnych proporcji składników frakcji głównych i drugorzędnych można tu, oprócz gruntów podstawowych, czyli pyłów - Si i iłów - Cl, wyróżnić szereg gruntów o składzie mieszanym, np. pył piaszczysty, ił piaszczysty, ił pylasty itp. Szczegółowej klasyfikacji gruntów drobnoziarnistych dokonuje się na podstawie wzrokowej oceny plastyczności gruntu oraz zawartości piasku, pyłu i iłu, opisanej w dalszych krokach lub na podstawie badania uziarnienia i ustalenia krzywej granulometrycznej (uziarnienia). Krok 9 i 18 – opis gruntów nasypowych Jeżeli nasyp zbudowany jest z gruntu naturalnego opisuje się go według tych samych zasad jak inne grunty naturalne, np. mG (MSa) – nasyp z piasku średniego. Gdy do jego budowy użyto materiały innego pochodzenia należy opisać proporcje, cechy i rodzaj poszczególnych składników. W obu przypadkach należy ustalić, czy mamy do czynienia z nasypem kontrolowanym, czyli wykonanym z odpowiednim zagęszczeniem czy jest to nasyp niekontrolowany będący przypadkowym składowiskiem zgromadzonego materiału. Krok 10 – określenie frakcji drugorzędnych i domieszek, zawartości piasku, pyłu i iłu oraz zawartości węglanów w gruntach Frakcją główną nazywamy tą frakcję, która określa właściwości inżynierskie gruntu. W przypadku gruntów gruboziarnistych jest to frakcja o przeważającej masie. Drobne frakcje (pył lub ił) występujące w złożonych gruntach gruboziarnistych nie decydują o ich właściwościach inżynierskich. Dla gruntów drobnoziarnistych główną frakcją jest odpowiedni rodzaj gruntu drobnoziarnistego – pył lub ił – decydujący o właściwościach inżynierskich gruntu. Grunt należy nazwać ił lub pył w zależności od stwierdzonej plastyczności drobnej frakcji spoistej, a nie tylko od uziarnienia. Frakcje drugorzędne nie decydują o właściwościach inżynierskich danego gruntu, lecz mają na nie wpływ. Frakcje drugorzędne są opisywane w drugiej kolejności po rozpoznaniu i opisaniu frakcji głównej. Stosuje się spójnik „z” lub opisuje w formie przymiotnikowej, np. ił z pyłem lub ił pylasty. Określenie „domieszka” jest zarezerwowane dla ewentualnych frakcji trzeciorzędnych. Przykłady opisu i symboli gruntów: - piasek średni z pyłem i domieszką żwiru drobnego – fgrsiMSa,

10

- żwir piaszczysty – saGr, - żwir drobny z piaskiem grubym - fgrCSa, - pył z piaskiem średnim - msaSi, - piasek gruby ze żwirem drobnym – fgrCSa, - piasek drobny z pyłem (piasek drobny zapylony) – siFSa, - pył z piaskiem grubym i domieszką żwiru drobnego – fgrcsaSi, - ił z piaskiem średnioziarnistym – msaCl. Jeśli w gruntach gruboziarnistych występują dwie frakcje w przybliżeniu w równych proporcjach umieszcza się pomiędzy ich symbolami ukośnik: żwir/piasek Gr/Sa lub piasek drobny/średni FSa/MSa. Grunty stanowiące przewarstwienia pisze się małymi podkreślonymi symbolami PO frakcji głównej, np. ił pylasty przewarstwiony piaskiem –siClsa. Obecność piasku, pyłu i iłu w gruntach drobnoziarnistych stwierdza się przez próbę rozcierania w wodzie lub rozcinania nożem. Próba rozcierania polega na umieszczeniu małej próbki gruntu pomiędzy palcami i rozcieranie, najlepiej w wodzie. Ilość frakcji piaszczystej może być określona z wyczuwalnego stopnia szorstkości materiału. Jeżeli wyczuwa się dużą ilość ziarenek piasku (duża szorstkość) mamy do czynienia z pyłem piaszczystym lub iłem piaszczystym. Gruby pył również może być podobnie wyczuwalny, lecz jego cząstki nie są widoczne gołym okiem. Grunt ilasty w dotyku przypomina mydło, przykleja się do palców i trudno go usunąć bez zmycia, nawet gdy jest w stanie suchym. Grunty pylaste wyczuwa się jako gładkie w dotyku, a suche cząstki gruntu przyklejone do palców w postaci mączki, mogą być łatwo zdmuchnięte lub strzepnięte przez pocieranie dłoni. Próba rozcinania. Dla stwierdzenia obecności iłu lub pyłu wilgotną próbkę można przeciąć nożem. Gdy powierzchnia przekroju jest błyszcząca – ił, gdy matowa – pył lub pył ilasto-piaszczysty o niskiej plastyczności. W celu dodatkowej oceny powierzchnię próbki można zarysować lub wygładzić paznokciem. Zawartość węglanów (głównie węglanu wapnia CaCO3) określa się przy użyciu 10% roztworu HCl. Po skropieniu powierzchni próbki kwasem należy obserwować reakcję i jej intensywność; grunt jest: - bezwapnisty (0) – brak reakcji z kwasem, - wapnisty (+) – lekko się pieni pod wpływem kwasu, - silnie wapnisty (++) –intensywnie się pieni. Krok 11 – określenie plastyczności gruntu – podział na pyły i iły Oznaczenie plastyczności (spoistości) przeprowadza się wykonując próbę wałeczkowania, próbę wytrzymałości w stanie suchym i próbę dylatancji (rozszerzalności). Próba wałeczkowania. W tym celu pobieramy niewielką próbkę wilgotnego gruntu w postaci kuleczki o średnicy około 8 mm i wałeczkujemy ją na gładkiej powierzchni tak, aby otrzymać z kulki wałeczek o średnicy około 3 mm. Po wykonaniu tej czynności formujemy z wałeczka ponownie kulkę i znowu ją wałeczkujemy. Powtarzamy to aż do chwili, gdy kolejny wałeczek kruszy się (pęka) lub rozwarstwia i można go zlepić, ale nie da się już wałeczkować. Zmiany następują na skutek utraty wody przez grunt podczas wałeczkowania. Grunt osiąga w ten sposób tzw. granicę plastyczności. W wyniku tej próby stwierdza się, że grunt ma: -małą spoistość (plastyczność) – gdy próbka wykazuje zwięzłość, ale nie daje się wykonać wałeczka o średnicy 3 mm, -dużą spoistość (plastyczność) – gdy próbka daje się wielokrotnie wałeczkować do uzyskania wałeczków o średnicy 3 mm, a nawet cieńszych (ok. 1 mm). Mała plastyczność wskazuje na dużą zawartość pyłu, a duża plastyczność świadczy o dużej zawartości iłu. Próba wytrzymałości w stanie suchym. Do badania próbkę gruntu należy wysuszyć w suszarce, mikrofalówce lub na powietrzu. Opór próbki podczas próby ściskania pomiędzy palcami jest miarą wytrzymałości w stanie suchym. Rozróżnia się następujące rodzaje wytrzymałości: - mała – próbka wysuszonego gruntu rozpada się pod lekkim lub średnim naciskiem palców, - średnia – grunt rozpada się pod wyraźnym naciskiem palców na bryłki, które nadal wykazują spoistość, - duża – grunt nie daje się rozdrobnić pod naciskiem palców; można go rozłamać. Pył charakteryzuje się niską wytrzymałością w stanie suchym. Wysoką wytrzymałość wykazuje ił. Mieszanina pyłu i iłu wykazuje na ogół średnią wytrzymałość w stanie suchym. Próba dylatancji (rozszerzalności). Próba polega na poddaniu gruntu wstrząsom przy przerzucaniu z jednej dłoni do drugiej wilgotnej próbki w postaci bryłki 20-30 mm. Próbka staje się błyszcząca po pojawieniu się wody na jej powierzchni. Po naciśnięciu próbki palcami połysk znika. Zawartość pyłu i iłu może być określona na podstawie

11

czasu potrzebnego na pojawienie się wody przy wstrząsaniu i jej zaniku przy nacisku. W przypadku pyłu woda pojawia się i szybko znika. Wstrząsanie i nacisk nie dają efektu w ile. Im wolniej pojawia się woda na powierzchni próbki, tym mniejsza jest zawartość pyłu i tym większa iłu. Dokładne określenie plastyczności jest możliwe jedynie po przeprowadzeniu oznaczeń laboratoryjnych. Można dodać, że im wyższa zawartość frakcji iłowej tym większa spoistość. Krok 12 – zawartość części organicznych Małe ilości rozproszonej materii org...