Badania składu granulometrycznego gruntów:
a) Metoda siłowa – dla gruntów niespoistych.
Polega na rozdzieleniu poprzecznym frakcji poprzez przesianie przez komplet sit (wymiary sit: 40; 25; 10; 2; 0,5; 0,25; 0,1; 0,071 lub 0,063 mm).
Zawartość procentowa ziaren gruntu na każdym z sit:
gdzie:
msi – masa ziaren na i-tym sicie;
ms – masa szkieletu wziętego do analizy.
b) Metoda areometryczna – dla gruntów spoistych.
Polega na określeniu składu grunulometrycznego gruntów spoistych i piasku pylastego na podstawie pomiarów zmian gęstości zawiesiny gruntowej w czasie za pomocą areometru.
c) Metoda sitowa + metoda areometryczna.
1. Wskaźnik różnoziarnistości:
2. Wskaźnik krzywizny
gdzie: d10, d30, d60 – średnica ziaren, których wraz z mniejszymi jest odpowiednio 10, 30 i 60%.
Na podstawie wskaźnika różnoziarnistości grunty dzielimy na:
a) równoziarniste 1 ≤ U ≤ 5 (piaski wydmowe, lessy);
b) różnoziarniste 5 ≤ U ≤ 15 (gliny holoceńskie);
c) bardzo różnoziarniste U > 15 (pospółka).
d10 – średnica miarodajna (znamienna), grunt wyselekcjonowany sztucznie ma te same właściwości co grunt badany.
Wskaźnik U, c służą do przewidywania, czy grunt nadaje się do sztucznego zagęszczenia. Grunt dobrze uziarniony:
U > 4, c = 1÷3 – dla gruntów żwirowych;
U > 6, c = 1÷3 – dla gruntów pozostałych.
Badanie terenowe stopnia zagęszczenia.
Sondowanie ma na celu określenie stanu gruntów na różnych głębokościach (max. 10-30 m). Wykonuje się pomiar oporu sąd przy ich zagłębieniu się w grunt. Rozróżnia się sondy: ciskane (sonda statyczna), wkręcane, wbijane.
Sondy wbijane w zależności od stosowanych końcówek dzielimy na:
a) stożkowe: lekkie SL, ciężkie SG;
b) krzyżowe JTB-ZW;
c) cylindryczne SPT.
1. Cechy charakterystyczne gruntów spoistych:
- granica plastyczności wp;
- granica płynności wL lub;
- granica skurczalności ws.
Stopień plastyczności badamy za pomocą:
a) sondy cylindrycznej SPT;
b) metodą makroskopową na podstawie liczby wałeczkowań (X);
c) penetrometru tłoczkowego;
d) ścinarki obrotowej.
Do ostatnich dwóch metod badawczych należy stosować orientacyjne, dodatkowe badania makroskopowe.
Ziarna piaskowe składają się głównie z kwarcu i kamionki tworząc luźny zbiór o strukturze ziarnistej. Ich kształt jest bryłowaty, może być ostrokrawędziowy lub obtoczony; mają powierzchnię gładką lub chropowatą.
Cząstki pyłowe jest to mączka skalna. Świeżo odłożone cząstki zawierają cząstki kwarcowe i krzemionkowe oraz znaczną ilość skalenia i mik, które podlegają dalszym procesom wietrzenia chemicznego tworząc cząstki iłowe.
Cząstki iłowe odznaczają się warstwową budową krystaliczną. Kształt cząsteczek jest blaszkowaty lub iglasty.
Budowa zbioru cząsteczek iłowych – struktura gruntów ilastych w zależności od sposobu ich osadzania się:
a) komórkowa (powstaje, gdy woda jest czysta);
b) kładkowa (powstaje, gdy płytki materiałów ilastych opadają w wodzie zawierającej sole mineralne);
c) mieszana.
Pomiędzy cząsteczkami materiału ilastego występują siły wzajemnego przyciągania rosnące w miarę wysychania. Przy ścinaniu i rozciąganiu siły dają opór zwany spójnością, stąd nazwa grunty spoiste.
Cząsteczki organiczne (próchniczne) powstają w wyniku rozkładu części zwierzęcych i roślinnych. Budowa tych cząstek jest bezpostaciowa. Nasiąkliwość cząsteczek organicznych wynosi do 500% masy.
Grunty mineralne dzielą się na dwa podstawowe rodzaje:
· niespoiste – zawierają fż, fp, fΠ (fk);
· spoiste – składają się z frakcji fi, fp, fΠ (fk, fż).
Powierzchnia graniczna cząstek gruntu
Szkielet gruntu składa się z ziaren i cząstek. Grunt można określić jako ośrodek dwufazowy (szkielet gruntowy + woda, szkielet gruntowy + powietrze) lub jako ośrodek trójfazowy (szkielet gruntowy + woda + powietrze).
Powierzchnia graniczna – powierzchnia kontaktu między fazą stałą, a cząsteczkami i fazą
ciekłą (wodą) lub roztworem związków chemicznych.
jednostkę objętości ziaren i cząstek (jednostka cząsteczek cm2/cm2 lub masy cm2/g).
Klasyfikacja gruntów budowlanych
Grunty naturalne – powstały w wyniku procesów geologicznych.
Grunty antropogeniczne – utworzone z produktów działalności człowieka, odłożone w wysypiskach i budowlach ziemnych.
Grunty rodzime – grunty odłożone w miejscu zalegania w wyniku procesów geologicznych, takich jak: wietrzenie , sedymentacja.
Grunty nasypowe – grunty naturalne lub antropogeniczne powstałe w wyniku kontrolowanego procesu technologicznego.
Nasypy budowlane (na projektach oznaczamy NB) – powstały jako wynik kontrolowanego procesu technologicznego.
Nasypy niebudowlane (oznaczamy NN) – formowane w sposób przypadkowy np.: złomowiska, wysypiska.
Grunty mineralne – grunty, w których występują części organiczne Ion ≤ 2%.
Grunty mineralne – Ion > 2%.
Grunty skaliste – grunt rodzimy, lity lub spękany o nie przesuniętych blokach.
Grunty nieskaliste – nie mające cech gruntów skalistych.
Grunty spoiste – nieskalisty grunt mineralny lub organiczny o wskaźniku plastyczności Ip > 1% lub wykazujący w stanie wysuszonym stałość kształtu bryłek przy naprężeniach > 0,01 MPa. Mineralny wymiar jest większy od dziesięciokrotnej maksymalnej średnicy ziaren.
Grunty niespoiste (sypkie) – nie wykazują cech gruntów skalistych.
Podział gruntów skalistych (ksero)
Podział gruntów gruboziarnistych (ksero)
Podział gruntów drobnoziarnistych (ksero)
Podział gruntów spoistych (ksero)
Podział d > 0,5 mm → > 50%
Piasek średni > 0,5 mm (ziaren większych jest < 50%, a ziaren d > 0,25 jest > 50%).
Piasek drobny PD d < 0,25 jest > 50%.
Piasek pylasty PΠ fΠ = 10÷30% i fp = 8÷90%.
Trójkąt FERETA – nazwy gruntów spoistych.
Geotechnika – nauka o pracy i badaniach ośrodka gruntowego dla celów projektowania i wykonawstwa budowli ziemnych (nasypy kolejowe, drogowe, skarpy); budowli nadziemnych (tunele, przejścia podziemne); fundamentów budowlanych – bezpośrednich (ławy fundamentowe, stopy); fundamentów budowlanych pośrednich (pale, skrzynie). Obciążenia w fundamentach budowlanych pośrednich przekazywane są np. przez pręty na powierzchnię nienośną.
Mechanika gruntów jest nauką o fizycznych właściwościach ośrodka gruntowego oraz o stanach naprężeń i odkształceń podłoża gruntowego pod wpływem działających obciążeń.
I stan graniczny – stan nośności (czy grunt przeniesie obciążenie).
II stan graniczny – stan użytkowania (grunt przeniesie obciążenie, ale powstaje osiadanie,
rysa na budowli).
Gruntami nazywamy tworzywo zewnętrznych warstw skorupy ziemskiej (do 50 m). Warstwy te zbudowane są ze skał litych i utworów skruszonych. Mechanika gruntów zajmuje się utworami skruszonymi (gruntami).
Grunty budowlane są to grunty, które znajdują się w zasięgu wpływu obciążeń przekazywanych przez budowle. Ich rola jest dwojaka:
- stanowią podłoże budowlane, czyli współpracują przy przenoszeniu obciążeń z budowli,
- jako materiał do wznoszenia budowli ziemnych.
Do właściwego projektowania i wykonywania niezbędna jest znajomość:
- budowy geologicznej, cech fizyko-mechanicznych gruntów podłoża,
- wpływu warunków hydrogeologicznych i przepływu wody oraz odwodnienia czasowego lub stałego na nośność gruntu,
- rozkładu naprężeń w podłożu budowli,
- dopuszczalnych obciążeń gruntu i dopuszczalnych odkształceń podłoża pod daną budowlą,
- obliczania stateczności budowli poddanych obciążeniom poziomym,
- obliczeń stateczności skarp i zboczy na terenach osuwiskowych,
- metod obliczania nośności fundamentów,
- metod wykonawstwa robót ziemnych,
- metod wzmacniania podłoża,
- metod projektowania nawierzchni drogowych.
Skały zbudowane są z materiałów takich jak: kwarc, skalenie, kalcyt, mika.
Skały zbudowane są z minerałów: kwarc, skalenie, mika, kalcyt; kwarc nie ulega wietrzeniu. Skalenie wietrzeją i powstają miki.
1. W głębokich strefach skorupy ziemskiej:
a) przemieszczanie się skorupy ziemskiej, jej podnoszenie się i opadanie, pofałdowania i uskoki;
b) wylewy magmy i tworzenie się nowych skał:
- skały wylewne,
- skały głębinowe;
c) przerażanie wcześniej powstałych skał
- skały metamorficzne.
2. Na powierzchni skorupy ziemskiej.
a) wietrzenie skał:
- fizyczne,
- chemiczne,
- organiczne,
- mechaniczne;
b) utwory osadowe.
Grunty należą do utworów osadowych:
- pochodzenia miejscowego,
- naniesione:
Właściwości fizyczno-chemiczne gruntów
Grunt jest materiałem nieciągłym, składa się z oddzielnych ziaren i cząsteczek. Jego szczególne właściwości wymagają wprowadzenia dużej liczby parametrów charakteryzujących jego cechy fizyczne i mechaniczne oraz stosowania dodatkowych podziałów ze względu na skład granulometryczny, ze względu na genezę i inne. Właściwości fizyczne i mechaniczne zależą od cech fizyczno-chemicznych:
- skład mineralny gruntów i uziarnienia,
- powierzchnia graniczna cząsteczek gruntu,
- zjawiska fizyczno-chemiczne na powierzchni granicznej,
- zjawiska kapilarne.
Skład granulometryczny i mineralny gruntów.
W jego skład mogą wchodzić (uziarnienie gruntów);
- bloki i odłamki skalne,
- ziarna i cząstki mineralne,
- cząstki organiczne rozłożone i nie rozłożone.
Grunty naturalne stanowią mieszaninę w różnych proporcjach ilościowych ziaren i cząstek o różnych średnicach.
Bonifacy7