Politechnika Gdańska Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

Politechnika Gdańska Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

Organizacja zajęć

 wykład – 30 godzin (15 x 2 godziny)

 dr hab. inż. Adam Szymkiewicz, prof. uczelni (adams@pg.edu.pl)

 dr inż. Rafał Ossowski, prof. uczelni (ross@pg.edu.pl)

 w semestrze zimowym 2020/21 wykłady w formie zdalnej

 ćwiczenia – 15 godzin (15 x 1 godzina)

 w semestrze zimowym 2020/21 ćwiczenia w formie zdalnej

 laboratorium – 15 godzin

 częściowo w formie stacjonarnej – ok. 5 godzin, prawdopodobnie w listopadzie, pozostałe zajęcia w formie zdalnej, zblokowane z ćwiczeniami

Warunki zaliczenia

 pozytywne oceny z dwóch sprawdzianów pisemnych obejmujących pytania teoretyczne i zadania (forma i termin zostanie uzgodniona później, w zależności od wymogów sanitarnych)

 poprawne wykonanie i terminowe oddanie sprawozdań z laboratorium oraz ewentualnych innych prac domowych

 końcowa ocena jest średnią arytmetyczną ocen z dwóch

sprawdzianów, może zostać podwyższona lub obniżona o 0.5 na podstawie aktywności na ćwiczeniach i laboratorium

 zbiorczy termin poprawkowy w sesji poprawkowej (sprawdzian pisemny w formie tradycyjnej)

 brak możliwości uczestniczenia w zajęciach „awansem” (problem liczebności grup laboratoryjnych)

Co to jest grunt ?

 grunt – zespół cząstek mineralnych, niekiedy z substancją organiczną, który może być rozdrobniony przez ręczne rozcieranie w wodzie

 definicja ta obejmuje materiały powstałe w procesach

naturalnych, a także materiały wytworzone przez człowieka, wykazujące podobne właściwości

 w budownictwie grunt jest innym pojęciem niż skała (cząstki

mineralne połączone w sposób trwały), chociaż w geologii grunty określane są jako skały osadowe luźne

 w budownictwie grunt jest również innym pojęciem niż gleba (przypowierzchniowa warstwa gruntu podtrzymująca procesy

życiowe roślin, zwykle o dużej zawartości substancji organicznych)

Skład gruntów

 grunty mogą składać się z dwóch lub trzech faz materiałowych:

 faza stała – szkielet

 minerały: kwarc, minerały

ilaste, skalenie, miki, kalcyt, ...

 substancja organiczna

 faza ciekła

 woda z rozpuszczonymi w niej substancjami

 faza gazowa

 powietrze lub inne gazy

szkielet woda powietrze

(wikipedia)

Frakcje uziarnienia

duże głazy (large boulders, lBo) głazy (boulders, Bo)

kamienie (cobbles, Co)

630

gruby (coarse, CGr) żwir (gravel, Gr) średni (medium, MGr)

drobny (fine, FGr)

piasek (sand, Sa)

pył (silt, Si)

gruby (coarse, CSa) średni (medium, MSa)

drobny (fine, FSa) gruby (coarse, CSi) średni (medium, MSi)

drobny (fine, FSi) ił (clay, Cl)

PN-EN ISO 14688-1:2018

200 63 20

6.3 2.0

0.063

0.0020

średnica [mm]

0.63 0.20

0.020 0.0063

frakcje bardzo grube

frakcje grube

frakcje drobne

Frakcje uziarnienia

źródło: Schaetzl & Anderson 2005 100 mm

piasek

pył ił

Frakcje uziarnienia

Frakcja Żwirowa Piaskowa Pyłowa Iłowa

Rozmiar (mm) > 2 0,063 do 2 0,002 do 0,063 < 0,002

Skład fragmenty

różnych skał głównie kwarc głównie kwarc przeważnie minerały ilaste Wodoprze-

puszczalność bardzo duża średnia / duża mała bardzo mała

Spoistość brak brak mała duża

Zdolność

zatrzymywania wody bardzo mała mała średnia duża lub bardzo duża

Ściśliwość na ogół mała, maleje ze wzrostem zagęszczenia

na ogół duża, rośnie ze wzrostem wilgotności

Wytrzymałość na ścinanie

na ogół duża, rośnie ze wzrostem zagęszczenia

na ogół mała,

maleje ze wzrostem wilgotności

Badanie uziarnienia

badanie uziarnienia

(analiza granulometryczna)

metoda sitowa

ziarna > ok. 0.063 mm piaski, żwiry

metoda areometryczna

(hydrometryczna, sedymentacyjna) lub metoda dyfrakcji laserowej

ziarna < ok. 0.063 mm pyły, iły

Analiza sitowa

 przesiewanie próbki gruntu (na sucho lub na mokro) przez zestaw sit o określonych rozmiarach oczek

 określenie procentowej (wagowej) zawartości ziaren przechodzących przez dane sito

 najczęściej stosowane rozmiary oczek sit [mm]:

0,063; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 8; 16; 32; 64;

sentryair.com

 rozmiar cząstki ma charakter umowny (zastępczy) – jest to

średnica oczek sita, przez które może przedostać się ziarno (niekoniecznie

największy wymiar ziarna)

Analiza areometryczna (hydrometryczna)

 przygotowaną jednorodną zawiesinę cząstek gruntu w wodzie odstawia się w celu sedymentacji

 w określonych odstępach czasu wykonywane są pomiary gęstości objętościowej zawiesiny

 zmiany gęstości można powiązać z prędkością swobodnego opadania cząstek w cieczy, która z kolei zależy od ich średnicy (prawo Stokesa)

 wyznaczony w ten sposób rozmiar cząstki ma charakter umowny

(zastępczy) – jest to średnica kuli,

która opada z taką samą prędkością ^uwm.edu.pl

terratesting.com

Krzywa uziarnienia

 graficzne przedstawienie wyników analizy granulometrycznej

 określonej średnicy d odpowiada zawartość wagowa (masowa) ziaren o średnicy mniejszej lub równej d

0 20 40 60 80 100

0.001 0.01 0.1 1 10 100

% masyziaren < d

Krzywa uziarnienia

 z krzywej uziarnienia możemy odczytać zawartość poszczególnych frakcji uziarnienia

0 20 40 60 80 100

0.001 0.01 0.1 1 10 100

średnica zastępcza d [mm] (skala logarytmiczna)

2 0.063

zawartość frakcji piaskowej

% masyziaren < d

Krzywa uziarnienia

 możemy też odczytać średnice charakterystyczne, odpowiadające określonej zawartości ziaren – najczęściej określa się d₁₀, d₃₀ i d₆₀

0 20 40 60 80 100

0.001 0.01 1 10 100

średnica zastępcza d [mm] (skala logarytmiczna) d₁₀

10 30

d₆₀ d₃₀

% masyziaren < d

Krzywa uziarnienia

Parametry uziarnienia

 wskaźnik różnoziarnistości (wskaźnik uziarnienia)

0 20 40 60 80 100

0.001 0.01 1 10 100

średnica zastępcza d [mm]

d₁₀

10 30

d₆₀ d₃₀

% masyziaren < d

10 60

d C

= d

 wskaźnik krzywizny uziarnienia

( )

60 10

2 30

d d

C

d

= 

Parametry uziarnienia

 grunt równoziarnisty (o jednorodnym uziarnieniu, dobrze wysortowany)

 piaski i żwiry o C_U < 6 źle się zagęszczają, ale mają dobre właściwości filtracyjne

0 20 40 60 80 100

0.001 0.01 d₁₀ 1 10 100

10 30

d₆₀ d₃₀ d [mm]

% masyziaren < d

Parametry uziarnienia

 grunt różnoziarnisty o dobrej gradacji (dobrze uziarniony)

 piaski i żwiry o C_U > 6 i 1 < C_C <3 dobrze się zagęszczają, ale mają współczynnik filtracji mniejszy niż podobne grunty o jednorodnym uziarnieniu

0 20 40 60 80 100

0.001 0.01 d₁₀ 10 100

10 30

d₆₀ d₃₀

d [mm]

% masyziaren < d

Parametry uziarnienia

 grunt różnoziarnisty o niepełnej gradacji (źle uziarniony)

 piaski i żwiry o C_U > 6 i C_C < 1 lub C_C > 3 nie nadają się do zagęszczania, ani jako materiał filtracyjny (sufozja, wymywanie drobnych cząstek)

0 20 40 60 80 100

0.001 10 100

d [mm]

d₁₀

10 30

d₆₀ d₃₀

% masyziaren < d

Wyznaczenie krzywej uziarnienia

 wyniki badania: masa ziaren na poszczególnych sitach oraz na podstawce

 wyniki wpisujemy do tabeli (można użyć arkusza kalkulacyjnego)

Wyznaczenie krzywej uziarnienia

 obliczamy całkowitą masę próbki jako sumę mas z poszczególnych sit i podstawki (w badaniu „na żywo” masę próbki oznaczamy również niezależnie na początku badania, a ewentualną różnicę rozrzucamy na drobniejsze sita)

suma wartości

Wyznaczenie krzywej uziarnienia

 w kolejnej kolumnie obliczamy jaki procent całej masy stanowią masy z poszczególnych sit (suma wartości w tej kolumnie musi być równa 100%)

51.7/235.1*100

suma wartości

Wyznaczenie krzywej uziarnienia

 w ostatniej kolumnie obliczamy zawartość ziaren o średnicy mniejszej od rozmiaru danego sita

przy najmniejszym sicie wpisujemy zawartość ziaren z

podstawki

dodajemy zawartość ziaren z sita o mniejszym rozmiarze

Wyznaczenie krzywej uziarnienia

 następnie sporządzamy wykres krzywej uziarnienia (może być ręcznie lub komputerowo)