ZAGĉSZCZENIA NASYPÓW Z GRUNTÓW NIESPOISTYCH

(1)

Acta Sci. Pol. Architectura 15 (3) 2016, 3–15

WYZNACZENIE PARAMETRÓW GEOTECHNICZNYCH STOSOWANYCH DO OKREĝLANIA JAKOĝCI

ZAGĉSZCZENIA NASYPÓW Z GRUNTÓW NIESPOISTYCH

Agnieszka Dąbska, Stanisáaw Pisarczyk

Politechnika Warszawska

Streszczenie. W referacie, na podstawie literatury i badaĔ wáasnych, omówiono parametry zagĊszczalnoĞci gruntów niespoistych oraz sposoby ich wyznaczania i zaleĪnoĞci miĊdzy nimi. Dla piasków i gruntów gruboziarnistych przedstawiono zaleĪnoĞci pomiĊdzy nastĊ- pującymi parametrami: maksymalną gĊstoĞcią objĊtoĞciową szkieletu gruntowego (ȡ_ds) i wilgotnoĞcią optymalną (w_opt) – metoda standardowa i zmody¿ kowana Proctora, wskaĨ- nikiem jednorodnoĞci (C_u), Ğrednicą zastĊpcza (d₁₀), Ğrednicą maksymalną (d_max) i Ğred- nią waĪoną ĞrednicĊ ziaren (d_Ğr.waĪ.) oraz minimalną i maksymalną gĊstoĞcią objĊtoĞciową szkieletu gruntowego (ȡ_dmin i ȡ_dmax).

Sáowa kluczowe: grunty niespoiste, zagĊszczalnoĞü, wskaĨnik zagĊszczenia, korelacje miĊdzy parametrami geotechnicznymi

WSTĉP

JakoĞü zagĊszczenia nasypów z gruntów niespoistych (drobnoziarnistych i gruboziarnistych wedáug klasy¿ kacji zgodnie z PN-88/B-04481) okreĞla siĊ na podstawie wskaĨ- nika zagĊszczenia (I_S) lub stopnia zagĊszczenia (I_D). WskaĨnik zagĊszczenia wyznacza siĊ ze wzoru:

d t

S SW

ds

I U I

U (1)

Adres do korespondencji – Corresponding author: Agnieszka Dąbska, Politechnika Warszawska, Wydziaá Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i InĪynierii ĝrodowiska, Zakáad Budownictwa Wodnego i Hydrauliki, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa,

e-mail: agnieszka.dabska@is.pw.edu.pl

(2)

gdzie: ȡ_d – gĊstoĞü objĊtoĞciowa szkieletu gruntowego gruntu w badanym nasypie [g·cm^–3], ȡ_ds – maksymalna gĊstoĞü objĊtoĞciowa szkieletu gruntowego przy wilgotnoĞci optymalnej (w_opt) [g·cm^–3],

I_SW – wymagany wskaĨnik zagĊszczenia gruntu w nasypie.

Parametry zagĊszczalnoĞci: maksymalną gĊstoĞü objĊtoĞciową szkieletu gruntowego (ȡds)oraz wilgotnoĞü optymalną (wopt) wyznacza siĊ na podstawie badaĔ laboratoryjnych zgodnie z PN-88/B-04481.

W dotychczasowej praktyce laboratoryjnej [PN-88/B-04481] stosowane są dwie pod- stawowe metody okreĞlania parametrów zagĊszczalnoĞci przez ubijanie w cylindrze:

metoda standardowa (energia zagĊszczania E1 = 0,59 J·cm^–3), metoda zmody¿ kowana (energia zagĊszczania E2 = 2,65 J·cm^–3).

Na rysunku 1 przedstawiono przykáadowe wyniki badaĔ zagĊszczalnoĞci gruntu gruboziarnistego, piasku Ğredniego i piasku drobnego metodą standardową i zmody¿ kowa- ną Proctora. Z wykresów wynika, Īe zagĊszczalnoĞü (maksymalna gĊstoĞü objĊtoĞciowa szkieletu gruntowego, ȡds i wilgotnoĞü optymalna, wopt) gruntów niespoistych metodami ubijania zaleĪy od gruboĞci uziarnienia gruntu (Ğrednica ziaren dmax) oraz energii ubi- jania/zagĊszczania (E1 i E2). Badanie parametrów zagĊszczalnoĞci gruntów metodami ubijania jest bardzo pracocháonne, stąd poszukuje siĊ metod okreĞlania maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡds) i wilgotnoĞci optymalnej (wopt) na podstawie innych parametrów geotechnicznych zbadanych metodami mniej uciąĪliwymi [Dąbska i Pisarczyk 2012].

Stan zagĊszczenia gruntów niespoistych okreĞla siĊ na podstawie stopnia zagĊszcze- nia, który wyznacza siĊ ze wzoru:

– –

U^d [g cm ]^-3

0 5 10 15 20 25 w [%]

2,24 2,16 2,08 2,00 1,92 1,84 1,76 1,68 1,60

Sr=1,0 1

1' 2 2'

3 3'

x

Rys. 1. Przykáadowe krzywe zagĊszczenia gruntów niespoistych drobnoziarnistych wedáug PN- -88/B-04481 i gruntu gruboziarnistego w aparacie wielkowymiarowym (metoda Procto- ra): 1 i 1’ – grunt gruboziarnisty d_max = 20÷80 mm, 2 i 2’ – piasek Ğredni, 3 i 3’ – piasek drobny; 1, 2 i 3 – metoda zmody¿ kowana, 1’, 2’ i 3’ – metoda standardowa

Fig. 1. Examples of density curves for ¿ ne-grained soils according to PN-88 / B-04481 and coarse soil in the large apparatus (Proctor methods): 1 and 1’ – coarse soil d_max = 20÷80 mm, 2 and 2’ – medium sand, 3 and 3’ – ¿ ne sand; 1, 2 and 3 – modi¿ ed Proctor method, 1’, 2’ i 3’ – standard Proctor method

(3)

ȋ Ȍ

U U U

(2)

gdzie: emax – maksymalny wskaĨnik porowatoĞci przy najluĨniejszym uáoĪeniu ziaren, ȡ_dmin,

emin – minimalny wskaĨnik porowatoĞci przy najgĊstszym uáoĪeniu ziaren, ȡdmax, e – wskaĨnik porowatoĞci gruntu w nasypie, ȡd,

ȡ_dmax – gĊstoĞü nasypowa szkieletu przy najgĊstszym uáoĪeniu ziaren [g·cm^–3], ȡ_dmin – gĊstoĞü nasypowa szkieletu przy najluĨniejszym uáoĪeniu ziaren [g·cm^–3], ȡ_d – gĊstoĞü objĊtoĞciowa szkieletu gruntowego gruntu w nasypie [g·cm^–3].

StopieĔ zagĊszczenia gruntów (I_D) niespoistych drobnoziarnistych moĪna zbadaü me- todą laboratoryjną lub sondowania dynamicznego.

Parametry geotechniczne gruntów drobnoziarnistych wedáug klasy¿ kacji PN-86/B- -02480 do wzorów (1) i (2) wyznacza siĊ wedáug PN-88/B-04481. W przypadku gruntów gruboziarnistych wedáug klasy¿ kacji PN-86/B-02480 (grubo okruchowych) do okreĞle- nia wymienionych parametrów brakuje ustaleĔ normowych. Parametry te moĪna wyzna- czyü przy uĪyciu specjalistycznej aparatury wielkowymiarowej, stosując odpowiednią metodykĊ badaĔ [Pisarczyk 2015].

Celem artykuáu jest pokazanie, Īe parametry zagĊszczalnoĞci gruntów niespoistych:

maksymalna gĊstoĞü objĊtoĞciowa szkieletu gruntowego (ȡ_ds) oraz wilgotnoĞü optymalna (w_opt) zaleĪą od parametrów opisujących uziarnienie gruntu: wskaĨnika jednorodnoĞci (C_U), Ğrednicy zastĊpczej (d₁₀), Ğrednicy maksymalnej (d_max) i Ğredniej waĪonej Ğredni- cy ziaren (dĞr.waĪ.) oraz od minimalnej i maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡ_dmini ȡ_dmax). Wyznaczając te parametry geotechniczne (mniej uciąĪliwymi i pracocháonnymi metodami), moĪna dla celów praktycznych okreĞliü parametry zagĊsz- czalnoĞci.

PRZEGLĄD LITERATURY

PomiĊdzy wskaĨnikiem zagĊszczenia (IS) i stopniem zagĊszczenia (ID) dla gruntów drobnoziarnistych niespoistych zostaáa ustalona empiryczna zaleĪnoĞü [Pisarczyk 1975]:

I_S = 0,855 + 0,165I_D (3)

Natomiast dla gruntów gruboziarnistych (grubo okruchowych) zaleĪnoĞü ta wynosi [Pisarczyk 2015]:

I_S = 0,78 + 0,33I_D (4)

Znając wskaĨnik jednorodnoĞci gruntu

§ ·

¨ ¸

© ¹ i stopieĔ zagĊszczenia (ID), moĪ- na wyznaczyü wskaĨnik zagĊszczenia (I_S) z nomogramu (rys. 2), lub znając stopieĔ za- gĊszczenia (I_D) ze wzoru (3) lub z nomogramu (rys. 2) i znając dodatkowo wskaĨnik jednorodnoĞci (C_U), moĪna wyznaczyü wskaĨnik zagĊszczenia (I_S) [VEB Bau... 1975].

Z badaĔ przedstawionych w literaturze wynika, Īe maksymalna gĊstoĞü objĊtoĞciowa szkieletu gruntowego (ȡ_ds) gruntów niespoistych zaleĪy od energii zagĊszczania (metoda

(4)

standardowa i metoda zmody¿ kowana Proctora), gruboĞci uziarnienia i wskaĨnika jed- norodnoĞci (C_U). Na rysunku 3 przedstawiono zaleĪnoĞci maksymalnej gĊstoĞci objĊto- Ğciowej szkieletu gruntowego (ȡ_ds) i wilgotnoĞci optymalnej (w_opt) dla piasków i Īwirów (metoda standardowa Proctora) od wskaĨnika jednorodnoĞci (C_U) [Voss i Floss 1968], a na rysunku 4 – zaleĪnoĞü maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡ_ds,ZM) od wskaĨnika jednorodnoĞci (C_U) dla piasków i Īwirów (metoda zmody¿ kowana Proctora) [Voss i Floss 1968, Kabai 1973]. WartoĞü maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡ_ds) dla piasków i Īwirów wzrasta wraz ze zwiĊkszaniem siĊ ich róĪnoziarnistoĞü, czyli wraz ze wzrostem wartoĞci wskaĨnika jednorodnoĞci (C_U).

I^D

0,90 0,92 0,95 0,97 1,00 I^S CÛ=8 CÛ=5 CÛ=2 CÛ=1

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

Rys. 2. ZaleĪnoĞü stopnia zagĊszczenia (I_D) od wskaĨnika zagĊszczenia (I_S) dla gruntów niespo- istych drobnoziarnistych w funkcji C_U [VEB Bau... 1975]

Fig. 2. The values of density index (I_D) versus the values of degree of compaction (I_S) for ¿ ne- grained non-cohesive soils created in the function of C_U [VEB Bau... 1975]

U^ds [g cm ] w^opt [%]

2,2 2,1 2,0 1,9 1,8 1,7 1,6

5 7 6 89 10 11

2 6 10 14 18 22 26 30 34 36

C^U_{= d}^d₁₀⁶⁰ U^dsĞ^r

woptĞr x -3

waroĞü Ğrednia average value waroĞci graniczne bordering values

Rys. 3. ZaleĪnoĞü maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡ_ds) i wilgotnoĞci optymalnej (w_opt) dla piasków i Īwirów (metoda standardowa Proctora) od wskaĨnika jednorodnoĞci (C_U) [Voss i Floss1968]

Fig. 3. The values of maximum dry density (ȡ_ds) and optimum moisture (w_opt) for sands and gravels (standard Proctor method) versus the values of uniformity coef¿ cient (C_U)

(5)

ZaleĪnoĞü maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu (ȡds,ZM) – metoda zmody-

¿ kowana Proctora i minimalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡdmin) od wskaĨnika jednorodnoĞci (CU) dla piasków i Īwirów ustaliá Kabai [Kabai 1973]. Ba- dania maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡds,ZM) wedáug metody zmody¿ kowanej Proctora oraz badania minimalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡdmin) w stanie luĨnym zostaáy wykonane dla 16 próbek piasków i Īwirów o uziarnieniu d = 0,06÷20 mm. Wyniki badaĔ Kabai przedstawiono na rysunku 5 [Kabai 1973].

ZaleĪnoĞü maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡds) i wilgot- noĞci optymalnej (wopt) od maksymalnej Ğrednicy ziaren (dmax) dla gruntu gruboziarnistego o naturalnym uziarnieniu po odrzuceniu ziaren wiĊkszych od 7; 10; 20 i 80 mm przedstawiono na rysunku 6. Badania gruntów o uziarnieniu dmax = 20÷80 mm wykonano w wielkoĞrednicowym aparacie typu Proctora, a gruntów o dmax = 7÷10 mm – w cylindrze normowym wedáug metody standardowej Proctora. Na rysunku 7 przedstawiono zaleĪnoĞü maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡds) od wilgotnoĞci optymalnej (wopt) dla gruntów gruboziarnistych (dmax = 20÷80 mm) [Pisarczyk 2015].

Na podstawie literatury [Wiáun 2013, Pisarczyk 2015] moĪna stwierdziü, Īe dla grun- tów niespoistych wilgotnoĞü optymalna uzyskana z badaĔ wedáug metody zmody¿ kowa- nej Proctora wynosi okoáo wopt,ZM = (0,7y0,8)w_opt, a maksymalna gĊstoĞü objĊtoĞciowa szkieletu gruntowego wedáug metody zmody¿ kowanej Proctora wynosi odpowiednio ȡds,ZM = (1,03yȡ_ds.

Dla gruntów gruboziarnistych o uziarnieniu: minimalna Ğrednica ziaren dmin =

= 0,025÷5,0 mm i maksymalna Ğrednica ziaren dmax = 5÷80 mm, oraz wskaĨniku jedno- rodnoĞci CU = 1,3÷46,6 ustalono zaleĪnoĞü [Pisarczyk 1975]:

ȡ_dmin/ȡ_dmax= 0,865 – 0,001C_U(r = 0,75) (5)

U^ds,ZM [g cm ]

1 5 10

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

1,6 15 20 25 30 35 40

- Īwir [Kabai, 1973]

gravel [Kabai, 1973]

- piasek drobny [Voss, 1961]

fine sand [Voss, 1961]

CU_{= d}^d₁₀⁶⁰

x -3

Rys. 4. ZaleĪnoĞü maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡ_ds,ZM) – metoda zmody¿ kowana Proctora, od wskaĨnika jednorodnoĞci (C_U) dla piasków i Īwirów o cią- gáym uziarnieniu

Fig. 4. The values of maximum dry density (ȡ_ds,ZM) – modi¿ ed Proctor method versus the values of uniformity coef¿ cient (C_U) for the non-gapped sands and gravels

(6)

Znając wartoĞci minimalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡdmin) i wskaĨnika jednorodnoĞci (CU) dla gruntów o podobnym uziarnieniu, moĪna z zaleĪno- Ğci Pisarczyka (5) okreĞliü wartoĞü maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu grunto- wego (ȡdmax). ĝlĊzak w swojej pracy [ĝlĊzak 1961] zestawiá okoáo 1000 wyników badaĔ maksymalnej i minimalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡdmax i ȡdmin)

U^GPLQLU^GV=0>JFP@

OJ&8

U^GV=0 ( xN1PP

(

[

U^GPLQ

Rys. 5. ZaleĪnoĞü minimalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡ_dmin) – grunt luĨno usypany, i maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡ_ds,ZM) – metoda zmody¿ kowana Proctora dla piasków i Īwirów, od wskaĨnika jednorodnoĞci (C_U) dla energii zagĊszczenia E = 0 i E = 2,7·10³ kNm·m^–3 [Kabai 1973]

Fig. 5. The values of minimum dry density (ȡ_dmin) – loosely piled soil and maximum dry density (ȡ_ds,ZM) – modi¿ ed Proctor method for sands and gravels versus the values of uniformity coef¿ cient (C_U) for compaction energy E = 0 and E = 2,7·10³ kNm·m^–3 [Kabai 1973]

GPD[>PP@

UGV>JFP@Z RSW>@

UGV

ZRSW

Rys. 6. ZaleĪnoĞü maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡ_ds) i wilgotnoĞci optymalnej (w_opt) od maksymalnej Ğrednicy (d_max) gruntu gruboziarnistego (Īwirowo- -otoczakowego) [Pisarczyk 2015]

Fig. 6. The values of maximum dry density from compaction test (ȡ_ds) and optimum moisture (w_opt) versus the values of maximum grain diameter (d_max) for the coarse (gravel-pebble) soils [Pisarczyk 2015]

(7)

gruntów niespoistych: od piasków drobnych do pospóáek, w zakresie Ğrednic zastĊpczych d10 = 0,05÷0,24 mm, i wskaĨnika jednorodnoĞci w zakresie CU = 1,36÷13,0 i na ich pod- stawie ustaliá nastĊpujące zaleĪnoĞci empiryczne (gdzie d10 w mm):

ȡ_dmax = 1,662 + 1,29d₁₀ [g·cm^–3] (6)

ȡ_dmin = 1,297 + 1,708d10 [g·cm^–3] (7)

Znając wartoĞci Ğrednicy zastĊpczej (d₁₀), z zaleĪnoĞci (6) i (7) moĪna wyznaczyü minimalną i maksymalną gĊstoĞü objĊtoĞciową szkieletu gruntowego (ȡ_dmin i ȡ_dmax).

METODYKA BADAē

Maksymalna gĊstoĞü objĊtoĞciowa szkieletu gruntowego z badaĔ w aparacie Proctora (ȡds) i wilgotnoĞü optymalna (wopt) oraz uziarnienie

Dla 55 próbek gruntów niespoistych: od piasków drobnych do Īwirów w zakresie d10 = 0,01÷0,30 mm wykonano badania skáadu granulometrycznego metodą analizy sitowej zgodnie z normą PN-88/B-04481 oraz badania zgĊszczalnoĞci w aparacie Proctora (metoda standardowa) zgodnie z normą PN-88/B-04481. Na podstawie wykonanych ba- daĔ dla kaĪdego z gruntów okreĞlono ĞrednicĊ zastĊpczą (d10) oraz maksymalną gĊstoĞü objĊtoĞciową szkieletu gruntowego (ȡds) i wilgotnoĞü optymalną (wopt.).

[g^xcm^-3]

wopt[%]

x grunt z Wisáy-Czarne soil from Wisáa-Czarne x grunt ze Sromowiec WyĪ.

soil from Sromowce WyĪ.

Rys. 7. ZaleĪnoĞü maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡ_ds) od wilgot- noĞci optymalnej (w_opt) dla gruntów gruboziarnistych (d_max = 20÷80 mm) [Pisarczyk 2015]

Fig. 7. The values of maximum dry density (ȡ_ds) versus the values of optimum moisture (w_opt) for the coarse soils (d_max = 20÷80 mm) [Pisarczyk 2015]

(8)

Maksymalna gĊstoĞü objĊtoĞciowa szkieletu gruntowego (ȡdmax) i minimalna gĊstoĞü objĊtoĞciowa szkieletu gruntowego (ȡdmin) oraz Ğrednia waĪona Ğrednica ziaren (dĞr.waĪ.) i maksymalna Ğrednica ziaren (dmax)

W celu okreĞlenia stopnia zagĊszczenia (I_D) gruntów niespoistych naleĪy wyznaczyü graniczne wartoĞci gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego: maksymalną (ȡ_dmax) i minimalną (ȡ_dmin). Dla 4 próbek gruntów gruboziarnistych wykonano badania skáadu granulometrycznego metodą analizy sitowej zgodnie z normą PN-88/B-04481 oraz badania maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡ_dmax) metodą wibracyjną za pomocą wibratora powierzchniowego EWc-12b w cylindrze wielkowymiarowym i badania minimalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡ_dmin). Na podstawie wyników analizy sitowej sporządzono wykresy uziarnienia przedstawione na rysunku 8 oraz okreĞlo- no maksymalne Ğrednice ziaren (d_max) i Ğrednie waĪone Ğrednice ziaren (dĞr.waĪ.)

ĝrednią waĪoną ĞrednicĊ ziaren próbki gruntu obliczono wedáug wzoru:

äǤĂ  

¦

₍₈₎

gdzie: di – Ğrednia Ğrednica rozpatrywanej frakcji próbki gruntu [mm], pi – procentowa zawartoĞü rozpatrywanej frakcji w próbce.

IàOWA PYàOWA PIASKOWA

Frakcje wedáug PN-86/B-02480

ĩWIROWA KAM.

0 10 20 30 40 80 70

50 60 90 100

0,001

ĝrednica zastĊpcza ziarna d [mm]

ZawartoĞü ziaren o Ğrednicy < d [%]

0

10

40 50 30 20

60

70 80 90 100

ZawartoĞü ziaren o Ğrednicy > d [%]

0,002 0,01 0,02 0,05 0,2 2 20 40 1000,1 1 10

1 przed badaniem

before test po badaniu after test

2 3 4

604

2,5 1205 10020 40 80

Particle size [mm]

Percentage passing of particle size < d [%] Percentage passing of particle size > d [%]

Particle sizes based on PN-86/B-02480

CLAY SILT SAND GRAVEL COBBLES

Rys. 8. Wykresy uziarnienia gruntów gruboziarnistych zagĊszczonych wibratorem powierzch- niowym EWC-12b

Fig. 8. Grain size distribution of the coarse soils compacted by the EWC-12b surface vibrator

(9)

WYNIKI BADAē

ZaleĪnoĞü maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego z badaĔ w aparacie Proctora (ȡ_ds) i wilgotnoĞci optymalnej (w_opt) od uziarnienia

Na podstawie badaĔ wykonanych dla 55 próbek gruntów niespoistych: od piasków drobnych do Īwirów w zakresie d₁₀ = 0,01÷0,30 mm ustalono zaleĪnoĞü maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡ_ds) – metoda standardowa Proctora, od Ğrednicy zastĊpczej d₁₀ (rys. 9).

Z przeprowadzonych badaĔ wynika, Īe istnieje korelacja pomiĊdzy maksymalną gĊ- stoĞcią objĊtoĞciową szkieletu gruntowego (ȡ_ds) – metoda standardowa Proctora, i Ğred- nicą zastĊpczą (d₁₀) dla gruntów niespoistych od piasków do Īwirów.

ZaleĪnoĞü maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego z badaĔ w aparacie Proctora (ȡ_ds) od minimalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡ_dmin) i zaleĪnoĞü ȡ_ds/ ȡ_dmin od wskaĨnika jednorodnoĞci (C_U)

Na podstawie badaĔ piasków i Īwirów o uziarnieniu d = 0,06÷20 mm (rys. 5) wyko- nanych przez Kabai [1973] autorzy, dla wartoĞci Ğrednich wyników badaĔ, ustalili zaleĪ- noĞci ȡ_ds,ZM = f(ȡ_dmin) (rys. 10) i ȡ_ds,ZM/ȡ_dmin = f(C_U) (rys. 11).

Z przedstawionych danych wynika, Īe istnieje dobra korelacja pomiĊdzy maksymalną gĊstoĞcią objĊtoĞciową szkieletu gruntowego (ȡ_ds,ZM) – metoda zmody¿ kowana Proctora, i minimalną gĊstoĞcią objĊtoĞciową szkieletu gruntowego (ȡ_dmin), ustaloną w stanie su- chym przy wilgotnoĞci w = 0%, oraz pomiĊdzy ȡ_ds,ZM/ȡ_dmin i wskaĨnikiem jednorodnoĞci (C_U). Znając minimalną gĊstoĞü objĊtoĞciową szkieletu gruntowego (ȡ_dmin) lub wskaĨnik jednorodnoĞci (C_U) gruntu, moĪna okreĞliü maksymalną gĊstoĞü objĊtoĞciową szkieletu gruntowego (ȡ_ds,ZM) – metoda zmody¿ kowana Proctora. Ustalone zaleĪnoĞci są waĪne dla gruntów o ciągáych wykresach uziarnienia.

UGV>JFP@

G>PP@

UGV GU

[

Rys. 9. ZaleĪnoĞü maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡ_ds) – metoda standardowa Proctora dla piasków i Īwirów, od Ğrednicy zastĊpczej (d₁₀)

Fig. 9. The values of maximum dry density (ȡ_ds) – standard Proctor method for sands and gravels versus the values of grain diameter (d₁₀)

(10)

ZaleĪnoĞü maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡdmax) i minimalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡdmin) od Ğredniej waĪonej Ğrednicy ziaren (dĞr.waĪ.) i maksymalnej Ğrednicy ziaren (dmax)

Na podstawie badaĔ wykonanych dla 4 próbek gruntów gruboziarnistych ustalono zaleĪnoĞci gĊstoĞci objĊtoĞciowych szkieletu gruntowego: maksymalnej (ȡdmax) i mini- malnej (ȡdmin), od Ğredniej waĪonej Ğrednicy ziaren (dĞr.waĪ.) (rys. 12) i od maksymalnej Ğrednicy ziaren (dmax) (rys. 13). Z przedstawionych danych wynika, Īe wraz ze wzrostem gruboĞci uziarnienia (dmax i dĞr.waĪ.) znacznie maleją wartoĞci maksymalnej i minimalnej

U^GV=0>JFP@

UGPLQ>JFP@

[

U

[

Rys. 10. ZaleĪnoĞü maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡ_ds,ZM) – metoda zmody¿ kowana Proctora, od minimalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡ_dmin) dla piasków i Īwirów

Fig. 10. The values of maximum dry density (ȡ_ds,ZM) – modi¿ ed Proctor method versus the values of minimum dry density (ȡ_dmin) for sands and gravels

U^GV=0

&8

UGPLQ

U

Rys. 11. ZaleĪnoĞü ȡ_ds,ZM/ȡ_dmin od wskaĨnika jednorodnoĞci (C_U) dla piasków i Īwirów

Fig. 11. The values of ȡ_ds,ZM/ȡ_dmin versus the values of uniformity coef¿ cient (C_U) for sands and gravels

(11)

gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡdmax i ȡdmin) dla maksymalnej Ğrednicy ziaren dmax = 20 mm, a dla maksymalnej Ğrednicy ziaren dmax > 20 mm wartoĞci maksy- malnej i minimalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡdmax i ȡdmin) maleją bardzo nieznacznie i są prawie staáe. Ustalono takĪe, Īe stosunek ȡdmin/ȡdmax wynosi 0,86÷0,88 (Ğrednio 0,87).

Rys. 12. ZaleĪnoĞü minimalnej (ȡ_dmin) i maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowe- go (ȡ_dmax) od Ğredniej waĪonej Ğrednicy ziaren (d_Ğr.waĪ.) dla gruntów jak na rys. 8 Fig. 12. The values of minimum (ȡ_dmin) and maximum dry density and (ȡ_dmax) versus the values

of weighted average grain diameter (d_Ğr.waĪ.) for the soils from Fig. 8

Rys. 13. ZaleĪnoĞü gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡ_dmin i ȡ_dmax) od Ğrednicy mak- symalnej ziaren (d_max) dla gruntów jak na rys. 11

Fig. 13. The values of dry density (ȡ_dmin and ȡ_dmax) versus the values of maximum grain diameter (d_max) for the soils from Fig. 11

1,3 0 8 12 16 20 24 26 1,4

1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0

4 U^dminiU^dmax [g cm ]

U^dmax

U^dmin

d^{Ğr. waĪ.}[mm]

1,906

1,739 1,729 1,699 1,634

1,510

1,500

1,488

wartoĞci z poszczególnych badaĔ values form separate tests wartoĞci Ğrednie

average values

x -3

1,3 0 30 40 50 60 70

1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 U^dmin i U^dmax[g cm ]

dmax[mm]

20

10 80 90

U^dmax

U^dmin

x -3 wartoĞci z poszczególnych badaĔ values form separate tests wartoĞci Ğrednie average values

(12)

WNIOSKI

Na podstawie przytoczonych z literatury badaĔ oraz wyników badaĔ wáasnych para- metrów zagĊszczalnoĞci gruntów niespoistych (wilgotnoĞci optymalnej, w_opti maksymal- nej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego, ȡ_ds) i parametrów okreĞlających jakoĞü zagĊszczenia nasypów (wskaĨnika zagĊszczenia, I_S, stopnia zagĊszczenia, I_D) oraz praktyki moĪna sformuáowaü nastĊpujące wnioski:

1. Z praktyki wiadomo, Īe badania parametrów zagĊszczalnoĞci (w_opt i ȡ_ds) metodą ubijania wedáug Proctora są bardzo uciąĪliwe i czasocháonne, stąd poszukuje siĊ innych metod okreĞlania tych parametrów.

2. Dla gruntów niespoistych parametrami wiodącymi do okreĞlenia wilgotnoĞci opty- malnej (w_opt) i maksymalnej gĊstoĞci objĊtoĞciowej szkieletu gruntowego (ȡ_ds) są para- metry uziarnienia gruntu: maksymalna Ğrednica ziaren (d_max), Ğrednia waĪona Ğrednica ziaren (dĞr.waĪ.), Ğrednica zastĊpcza (d₁₀) i wskaĨnik jednorodnoĞci (C_U).

3. Cytowane w artykule zaleĪnoĞci mogą sáuĪyü do okreĞlania dla gruntów niespo- istych parametrów niezbĊdnych do wyznaczania wskaĨnika zagĊszczenia (I_S) i stopnia zagĊszczenia (I_D) niewysokich nasypów ziemnych (do 3,0 m) i zasypek wykopów. Do oceny jakoĞci zagĊszczenia odpowiedzialnych budowli ziemnych wilgotnoĞü optymalną (w_opt) i maksymalną gĊstoĞü objĊtoĞciową szkieletu gruntowego (ȡ_ds) naleĪy wyznaczaü na podstawie bezpoĞrednich badaĔ laboratoryjnych.

PIĝMIENNICTWO

Dąbska, A, Pisarczyk, S. (2012). Wyznaczenie parametrów zagĊszczalnoĞci na podstawie innych parametrów geotechnicznych. InĪynieria Morska i Geotechnika, 4, 320–324.

Kabai, J. (1973). The effect of grading on the compactibility of coarse-grained soils. Department of Geotechnique, Technical University, Budapeszt.

Pisarczyk, S. (1975). ZaleĪnoĞü miĊdzy wskaĨnikiem zagĊszczenia i stopniem zagĊszczenia grun- tów niespoistych. InĪynieria i Budownictwo, 5, 213–216.

Pisarczyk, S. (2015). Grunty nasypowe. WáaĞciwoĞci geotechniczne i metody ich badania. O¿ cyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa.

PN-86/B-02480. Grunty budowlane. OkreĞlenia, symbole, podziaá i opis gruntów.

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

ĝlĊzak, A. (1961). OkreĞlenie zagĊszczenia ziemnych zapór wznoszonych metodą hydromechani- zacji w Ğwietle doĞwiadczeĔ budowy elektrowni Koronowo. Praca doktorska. Maszyno- pis. PAN IBW – GdaĔsk. Kraków – GdaĔsk.

VEB Bau und Montagekombinat Ost Betrieb Industriebau Schwedt (1975). Überprüfung der Lage- rungsdichte von Erdstoffen-Prufungen in Feld. Schwedt. Oder.

Voss, R., Floss, R., (1968). Die Bodenverdichtung im Straßenbau. Werner – Verlag, Düsseldorf.

Wiáun, Z. (2013). Zarys geotechniki. Wydawnictwa Komunikacji i àącznoĞci, Warszawa.

(13)

ESTIMATION OF GEOTECHNICAL PARAMETERS USED FOR

DETERMINING THE QUALITY OF COMPACTION OF EMBANKMENTS CONSTRUCTED FROM NON-COHESIVE SOILS

Abstract. The paper discusses the parameters of non-cohesive soils’ compaction and meth- ods of their determination and the relationships between them. For sands and coarse-grained soils there are presented the relationship between the following parameters: maximum dry density of soil from compaction test (ȡ_ds) and optimum moisture (w_opt) – standard and modi¿ ed Proctor method, uniformity coef¿ cient (C_U), grain diameter (d₁₀), maximum grain diameter (d_max) and weighted average grain diameter (d_Ğr.waĪ.), minimum and maximum dry density of soil (ȡ_dmin and ȡ_dmax).

Key words: non-cohesive soils, compaction, degree of compaction, correlation between geotechnical parameters

Zaakceptowano do druku – Accepted for print: 26.07.2016

Cytowanie: Dąbska, A., Pisarczyk, S. (2016). Wyznaczenie parametrów geotechnicznych stosowanych do okreĞlania jakoĞci zagĊszczenia nasypów z gruntów niespoistych. Acta Sci. Pol. Architec- tura, 15(3), 3–15.