Wilgotność Optymalna Gruntu a Zagęszczenie – Kompleksowy Przewodnik
- Szczegóły
Wilgotność optymalna gruntu (Wopt) jest wilgotnością, przy której grunt posiada maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego (ρds), czyli grunt jest maksymalnie zagęszczony. Przy zwiększaniu wilgotności ponad wilgotność optymalną grunt ulega rozwodnieniu, ciężar objętościowy szkieletu gruntowego maleje i grunt traci zdolność do dalszego zagęszczenia. Zależność pomiędzy gęstością objętościową szkieletu gruntowego (ρd) a wilgotnością przy stałej energii zagęszczania oraz metodę określania wilgotności optymalnej wopt, przy której uzyskuje się największe zagęszczenie gruntu (ρds) dla określonej energii opracował Proctor.
Określanie Wilgotności Optymalnej w Laboratorium
Wilgotność optymalną określa się laboratoryjnie w urządzeniu zwanym aparatem Proctora. Badanie gruntu w aparacie Proctora polega na zagęszczaniu gruntu przez jego ubijanie określoną ilością uderzeń obciążnikiem o określonej masie. Próbki zagęszczonego gruntu waży się, a następnie określa się wilgotność gruntu i wylicza się gęstość objętościową szkieletu gruntowego wg wzoru:
gdzie:
- ρd - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g/cm3],
- ρ - gęstość objętościowa gruntu
- mwt - masa cylindra z gruntem [g],
- mt - masa pustego cylindra [g],
- V - objętość badanej próbki [cm3]
- w - wilgotność gruntu [%]
- mmt - masa naczynka z gruntem wilgotnym [g],
- mst - masa naczynka z gruntem suchym [g],
- mt - masa naczynka pustego [g].
Następnie grunt z cylindra należy rozdrobnić, dodać wodę tak, aby wilgotność wzrosła o ok. 1,5% i ponownie zagęścić w cylindrze aparatu Proctora. Czynności te należy powtarzać aż do momentu, gdy masa gruntu w cylindrze zacznie się zmniejszać. Dla poszczególnych wyliczeń należy sporządzić wykres zależności gęstości objętościowej szkieletu gruntowego od wilgotności gruntu.
Wilgotnością optymalną (wopt) jest odczytana z wykresu wartość wilgotności gruntu odpowiadająca największej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego (ρd).
Przeczytaj także: Krzepnięcie i objętość wody destylowanej
Przykładowe wyniki badań aparatem Proctora
Poniżej przedstawiono przykładowe wyniki badań aparatem Proctora:
| Lp. | Masa mmt [g] | Masa mst [g] | Masa mt [g] | Wilgotność [%] | Masa mwti [g] | Masa mi [g] | Objętość Vp [cm3] | Gęstość objętościowa | Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 183,9 | 395,2 | 387,2 | 3,94 | 438 | 517 | 75 | 1000 | 1,77 | 1,70 |
| 2 | 204,5 | 6,6 | 443,9 | 5,67 | 442 | 518 | 151 | 1,81 | 1,71 | |
| 3 | 188,9 | 524,0 | 498,4 | 1,4 | 525 | 191 | 1,91 | 1,76 | ||
| 4 | 201,1 | 580,8 | 546,7 | 9,87 | 456 | 195 | 1,95 | 1,77 | ||
| 5 | 217,7 | 600,7 | 558,1 | 12,51 | 459 | 198 | 1,98 | 1,75 |
Udowodnił, że maksymalne zagęszczenie jest tym większe, im większa jest energia zagęszczania, oraz że wartości wopt i ρds zależą od rodzaju gruntu. Do wyznaczania wilgotność optymalnej Proctor zaproponował próbę odtwarzającą technologiczny proces zagęszczania gruntu (na budowie). Próba ta polega na ubijaniu gruntu w znormalizowany sposób w pojemniku walcowym.
Inne Metody Badania Gruntów
Aby określić obciążenia, które może przenieść dany grunt, zaprojektować odpowiedni fundament (z uwzględnieniem wzajemnego oddziaływania na siebie podłoża i obiektu budowlanego), a oprócz tego dobrać właściwy sprzęt i metodę wykonywania robót ziemnych, należy ustalić geotechniczne warunki jego posadowienia. Rodzaj i zakres badań oraz zakres i forma opracowywanej dokumentacji geotechnicznej zależą od kategorii geotechnicznej, do której dany obiekt zostanie zaliczony zgodnie z PN-B-02479:1998.
Wykopy badawcze (doły próbne)
Wykopy badawcze polegają na wykonaniu otworów badawczych z przeprowadzeniem badań gruntów i wód gruntowych oraz pobraniu próbek gruntów zalegających w podłożu. Zaletą tych badań jest możliwość pobrania gruntu w taki sposób, że nie narusza to jego struktury oraz dość dokładnego odtworzenia przekroju poprzecznego podłoża. Wykopy badawcze wykonuje się także dla potrzeb próbnych obciążeń gruntu tzw. płytą sztywną oraz przy odkrywkach fundamentów.
Wykopy badawcze wykonuje się poza obrysem projektowanych obiektów. Wymiary boku dołu o kształcie prostokąta wynoszą 1,0-4,0 m z lekkim nachyleniem skarp, na jednej ze ścian wykonuje się półeczkę, z której pobiera się próbki przez wciskanie cylindra. Wykopy badawcze pozwalają ocenić rodzaj i stan gruntu na podstawie obserwacji ścian i dna wykopu.
Przeczytaj także: Regulacja objętości tkanek: rola osmozy
Wiercenia badawcze
Wiercenia badawcze są podstawowym badaniem polowym. Polegają na wykonaniu otworów w badanym gruncie na głębokości do kilkunastu metrów oraz pobraniu próbek gruntu i wody do dalszych badań. Umożliwiają ustalenie układu warstw gruntów, poziomu wody gruntowej oraz dokonanie oceny rodzaju i właściwości gruntów.
Na podstawie pobranych próbek dokonuje się oceny uwarstwienia gruntów oraz sporządza przekroje geotechniczne w miejscu lokalizacji projektowanego obiektu. Wiercenia udarowe stosowane są głównie w gruntach skalistych.
Sondowania
Sondowania zaleca się stosować dla jakościowej oceny zmienności gruntów na różnych głębokościach. Badania te polegają na pogrążeniu w gruncie sond o różnych końcówkach (ostrzach) przez wciskanie, wbijanie lub wkręcanie, oraz oznaczeniu występujących podczas sondowania oporów gruntów. W przypadku obu sondowań pojawia się opór statyczny i dynamiczny gruntu pod końcówką sondy i wzdłuż jej pobocznicy.
Lekka płyta dynamiczna
Lekka płyta dynamiczna służy do badań zagęszczenia gruntów niespoistych. Składa się z płyty o średnicy 300 mm i grubości 20 mm. Na powierzchni płyty stykającej się z gruntem rozmieszczone są czujniki do mierzenia ugięć. Czujniki mierzą ugjęcia w zakresie od 0.1 ÷ 2.0 mm. Na płytę przekazywana jest energia poprzez uderzenie obciążnikiem o ciężarze 10 kN. Pomiar wykonywany jest elektronicznie przez rejestrator połączony z płytą.
Makroskopowe badania gruntów
Makroskopowe badania gruntów są wykonywane zazwyczaj w terenie, jako badanie próbek gruntu pobranych z otworów wiertniczych lub wykopów badawczych. Celem ich jest wstępne określenie rodzaju, stanu wilgotności i spoistości gruntów.
Przeczytaj także: Właściwości i wybór wody: gazowana czy niegazowana?
- Próba wałeczkowania służy do oceny spoistości gruntu. Polega na formowaniu 3-milimetrowego wałeczka z 7-milimetrowej kulki gruntu przez przetoczenie jej kciukiem na dłoni.
- Próba rozcierania gruntu spoistego polega na rozcieraniu grudki gruntu dwoma palcami zanurzonymi w wodzie.
- Próba rozmakania polega na wysuszeniu grudki gruntu o określonej średnicy, umieszczeniu jej na siatce i całkowitym zanurzeniu w wodzie.
Badania laboratoryjne próbek gruntu
Badania laboratoryjne próbek gruntu pobranych w trakcie badań polowych mają na celu dostarczenie dodatkowych niezbędnych danych do obliczeń posadowienia projektowanego obiektu budowlanego. W badaniach tych oznacza się właściwości fizyczne, mechaniczne oraz stany gruntów niespoistych (sypkich) sypkich spoistych według PN-86/B-02480 i PN-88/B-04481.
Obciążenia próbne
Obciążenia próbne wykonuje się za pomocą sztywnej płyty o kształcie koła lub prostokąta o powierzchni 0,5 m² i odpowiedniej wytrzymałości. Na podstawie przyrostu i czasu osiadania określa się przydatność gruntu.
Znaczenie wilgotności optymalnej gruntu
Parametrem decydującym o jakości zagęszczenia gruntu jest gęstość objętościowa szkieletu gruntowego. Zatem wilgotność optymalna to taka wilgotność, przy której gęstość objętościowa szkieletu gruntowego jest największa. Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego posłużyć może do wyznaczenia innego bardzo ważnego parametru - wskaźnika zagęszczenia, charakteryzującego jakość zagęszczenia gruntu w nasypie. Wskaźnik zagęszczenia to stosunek gęstości objętościowej szkieletu gruntowego w nasypie do maksymalnej wartości gęstości objętościowej szkieletu gruntowego, uzyskanej w warunkach laboratoryjnych. Porównujemy tutaj zagęszczenie gruntu w nasypie do maksymalnego zagęszczenia tego samego gruntu, uzyskanego w warunkach laboratoryjnych.
Wiadomo, że luźno usypany grunt na skutek ciężaru własnego i oddziaływań zewnętrznych, spowodowanych zarówno kolejnymi warstwami układanego gruntu, jak też ruchem budowlanym i ruchem drogowym, zacznie się w naturalny sposób zagęszczać. Zagęszczanie będzie powodowało osiadanie podłoża gruntowego, a w konsekwencji całej konstrukcji. Zgodnie z normą BN-77/8931-12 w celu oceny zagęszczenia gruntu w budowlach komunikacyjnych należy określić jego wskaźnik zagęszczenia Is. W praktyce drogowej stosowane jest także wyznaczanie zagęszczenia gruntu za pomocą sondy dynamicznej, zgodnie z normą PN-B-04 452:2002. Ostatnio coraz częściej stosuje się także płytę dynamiczną, której podstawową wadą jest jednak brak podstaw prawnych do jej zastosowania. Najważniejszą zaś zaletą jest szybkość prowadzonych badań i ich prostota.
tags: #objętość #cylindra #mały #grunt #wilgotność
