1

Politechnika Białostocka

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Ćwiczenie numer: 1

1a. BADANIA MAKROSKOPOWE

według PN-88/B-04481

1b. BADANIA MAKROSKOPOWE

według PN-EN ISO 14688-1 i 2:2006

Laboratorium z przedmiotu:

MECHANIKA GRUNTÓW i GEOTECHNIKA

Kod: D13305

Rodzaj studiów: niestacjonarne I stopnia

Kierunek studiów: INŻYNIERIA ŚRODOWISKA

Opracowała: dr hab. inż. Maria J. Sulewska, prof. PB

Białystok, 2014

2

CEL i ZAKRES ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO

Celem ćwiczenia laboratoryjnego nr 1a jest opanowanie umiejętności rozpoznawania

rodzajów gruntów niespoistych oraz rodzajów i stanów gruntów spoistych uproszczoną metodą

makroskopową według PN-88/B-04481. Celem ćwiczenia laboratoryjnego nr 1b jest zdobycie umiejętności, które pozwolą na

oznaczanie gruntu z dokładnością wystarczającą do jego ogólnej lub wstępnej charakterystyki

oraz opanowanie stosowania nowego nazewnictwa według PN-EN ISO 14688-1 i 2:2006 wraz

z poprawkami.

Zakres stosowania - do próbek NW i NNS wszystkich rodzajów gruntów.

ĆWICZENIE 1a: BADANIA MAKROSKOPOWE według PN-88/B-04481

1. WPROWADZENIE – DEFINICJE według PN-86/B-02480 i PN-88/B-04481

1.1. Grunt budowlany - jest to część skorupy ziemskiej, mogąca współpracować z obiektem

budowlanym, stanowiąca jego element lub służąca do wykonywania z niego budowli

ziemnych.

1.2. Podstawowa klasyfikacja gruntów:

a) ze względu na pochodzenie:

- grunty antropogeniczne

- gruntu naturalne: - grunty nasypowe: - nasyp budowlany (NB)

- nasyp niebudowlany (NN)

- grunty rodzime: - grunty mineralne: - grunty niespoiste

- grunty spoiste

- grunty organiczne: - grunty próchniczne

- namuły

- gytie

- torfy.

1.3. Frakcja gruntu - zbiór ziaren lub cząstek o wymiarach (d) zawartych w określonym

zakresie - według Tab.1.

Tabela 1. FRAKCJE GRUNTÓW NIESKALISTYCH

Nazwa frakcji Symbol frakcji Zakres średnic zastępczych d* [mm]

KAMIENIE Kamienista fk d40

ZIARNA Żwirowa fż 40d2

Piaskowa fp 2d0,05

CZĄSTKI Pyłowa f 0,05d0,002

Iłowa fi 0,002d

* d - średnica zastępcza jest to średnica cząstki kulistej o tej samej gęstości właściwej co cząstka gruntowa,

opadającej w wodzie z taką samą prędkością jak rzeczywista cząstka gruntowa.

1.4. Badaniami makroskopowymi nazywa się przybliżone określenie rodzaju gruntu

i niektórych jego cech fizycznych bez pomocy przyrządów.

1.5. Rodzaje badań makroskopowych:

- oznaczenie rodzaju i nazwy:

- gruntów organicznych - w sposób organoleptyczny, (podział Tab. 4)

- gruntów niespoistych - w sposób wizualny

- gruntów spoistych - na podstawie prób: - wałeczkowania

- rozcierania w wodzie Tab. 2.

- rozmakania

- oznaczenie stanu gruntów spoistych - na podstawie liczby wałeczkowań - Tab. 3.

- określenie barwy gruntu - w sposób wizualny,

3

- określenie wilgotności gruntu - za pomocą dotyku,

- określenie zawartości węglanu wapnia - działając roztworem HCl.

1.6. Badania dodatkowe gruntów spoistych przyrządami kieszonkowymi:

- badanie wytrzymałości na ścinanie gruntu ścinarką obrotową,

- badanie spójności gruntu penetrometrem tłoczkowym.

1.7. Rodzaje próbek gruntów:

- NU - próbki o naturalnym uziarnieniu (metoda C pobierania próbek),

- NW - próbki o naturalnej wilgotności (metoda B pobierania próbek),

- NNS - próbki o naturalnej strukturze i spełniające warunek próbek NW (metoda A

pobierania próbek).

Uwaga: Określenie „naturalne” oznacza rodzaj i stan w warunkach zalegania w terenie.

2. METODYKA BADAŃ według PN-88/B-04481

2.1. Oznaczanie rodzaju gruntów - p-t 3.2.

2.2. Oznaczanie stanu gruntów spoistych - p-t 3.3.

2.3. Oznaczanie wilgotności - p-t 3.4.

2.4. Oznaczanie barwy gruntu - p-t 3.5.

2.5. Oznaczanie klasy zawartości węglanów wapnia - p-t 3.6.

2.6. Oznaczanie wytrzymałości na ścinanie gruntu ścinarką obrotową - p-t 7.1.2.

2.7. Oznaczanie spójności gruntu penetrometrem tłoczkowym - p-t 7.2.1.

Przebieg badania makroskopowego rodzaju i stanu gruntów spoistych oraz interpretację wyników

badań przedstawiają Tabele 2 i 3.

Tabela 2. OKREŚLENIE RODZAJU (NAZWY) GRUNTÓW SPOISTYCH według PN- 88/B-04481 Grupa gruntu,

wskaźnik

plastyczności (Ip),

zawartość frakcji

iłowej (fi)

Rodzaje i nazwy gruntów w zależności

od zawartości frakcji piaskowej (fp)

Rozpoznawanie spoistości gruntu

grupa I

grunty piaszczyste

fp>50%, fπ<30%

grupa II

grunty pośrednie

fp>30%, fπ>30%

grupa III

grunty pylaste

fp>30%, fπ<50%

Próba

wałeczkowania

Próba

rozmakania

Mało spoisty

Ip<5%

fi<5%

piasek gliniasty

Pg

pył piaszczysty

πp

pył*

π

kulka rozpłaszcza się

lub rozsypuje; grunt

nie daje się

wałeczkować

grudka rozmaka

natychmiast

Mało spoisty

Ip=5-10%

fi=5-10%

piasek gliniasty

Pg

pył piaszczysty

πp

pył

π

wałeczek rozwarstwia

się podłużnie

grudka rozmaka

w czasie od 0,5

do 5 min

Średnio spoisty

Ip=10-20%

fi=10-20%

glina piaszczysta

Gp

glina

G

glina pylasta

Gπ

od początku do końca

wałeczkowania

powierzchnia wałecz-

ka bez połysku;

wałeczek pęka

poprzecznie

grudka rozmaka

w czasie od 5 do

60 min

Zwięzło spoisty

Ip=20-30%

fi=20-30%

glina piaszczysta

zwęzła

Gpz

glina zwięzła

Gz

glina pylasta

zwięzła

Gπz

wałeczek początkowo

bez połysku, przy

końcu wałeczkowania

z połyskiem;

pęka poprzecznie

grudka rozmaka

w czasie od 1 do

24 godzin

Bardzo spoisty

Ip>30%

fi>30%

ił piaszczysty

Ip

ił

I

ił pylasty

Iπ

kulka i wałeczek od

początku z połyskiem

grudka rozmaka

w czasie dłuż-

szym niż 1 doba

Próba rozcierania

w wodzie: rozpo-

znawanie ilości

frakcji piaskowej fp

między palcami

pozostaje dużo

piasku ostrego

wyczuwa się

pojedyncze

drobne ziarna

piasku

ziaren piasku

nie wyczuwa się

* - Pył mało wilgotny przy rozcieraniu między palcami zachowuje się jak mąka kartoflana, a palce pokrywają się jasną mączką

4

Tabela 3. USTALENIE STANU GRUNTÓW SPOISTYCH według PN- 88/B-04481

STAN Zwarty

(zw)

Półzwarty

(pzw)

Twardoplastyczny

(tpl)

Plastyczny

(pl)

Miękkoplastyczny

(mpl)

Płynny

(pł)

GRUNTU IL0 IL0 0IL0,25 0,25IL0,50 0,50IL1,00 IL1,00

Grupa gruntu: Liczba wałeczkowań X=..../...../......

mało spoisty 0 - z

badanego

gruntu nie

można

uformować

kulki

0 - z gruntu można

uformować kulkę,

ale wałeczek pęka

przy pierwszym

wałeczkowaniu

1 2 2 z gruntu nie

średnio spoisty 2 24 4 da się ufor-

mować kul-

zwięzło spoisty 3 37 7 ki ponieważ

grunt

oblepia ręce

bardzo spoisty 5 510 10

Stopień plastyczności można w przybliżeniu obliczyć według wzoru: IX

AfL

i

1 25,

, - (1)

gdzie: 1,25 - ilość wody, którą traci wałeczek przy jednokrotnym wałeczkowaniu, %,

X - liczba wałeczkowań,

A - aktywność koloidalna: gruntów lodowcowych A1,

glin pokrywowych i lessów A=0,50,8,

iłów nasiąkliwych A1,5,

fi - średnia zawartość frakcji iłowej, %.

Rodzaj gruntu organicznego określa się na podstawie zawartości części organicznych Iom

(Tab. 4).

Tabela 4. RODZAJE GRUNTÓW ORGANICZNYCH według PN-86/B-02480

NAZWA GRUNTU Symbol Zawartość części organicznych [%]

Grunty próchniczne H 2<Iom≤5

Namuły:

- piaszczyste

- gliniaste

Nm

Nmp

Nmg

5<Iom≤30

Gytie Gy 5<Iom≤30, CaCO3 >5%

Torfy T Iom>30

5

ĆWICZENIE 1b: BADANIA MAKROSKOPOWE według PN-EN ISO 14688-1 i 2:2006

1. WPROWADZENIE – DEFINICJE według PN-EN ISO 14688-1:2006

1.1. Grunt

Zespół cząstek mineralnych niekiedy z substancją organiczną w postaci osadu, który może być

rozdrobniony przez delikatne rozcieranie w ręce i który zawiera wodę i powietrze (a niekiedy

jeszcze inne gazy).

1.2. Oznaczanie gruntu

Określenie nazwy gruntu i opis na podstawie uziarnienia, rodzaju materiału, właściwości

składników mineralnych lub organicznych oraz plastyczności.

1.3. Frakcja

Część gruntu, która może być wyróżniona na podstawie określonego wymiaru cząstek i ziaren.

1.4. Grunty podstawowe

Wymiar cząstek i ziaren jest podstawowym kryterium oznaczania gruntów mineralnych, gdy

wykorzystuje się frakcje do oceny mechanicznego zachowania gruntu. Gruntami podstawowymi

są grunty o jednolitym uziarnieniu czyli składające się z cząstek tylko jednej frakcji.

Tabela 1. zawiera terminy, które należy używać do poszczególnych gruntów wraz

z odpowiadającymi im przedziałami wymiarów cząstek i ziaren.

Tabela 1. Frakcje, wymiary cząstek i ziaren według PN-EN ISO 14688-1:2006 i PN-EN ISO

14688-1:2006/Ap1:2012

Grupy Frakcje

gruntów

Frakcje Podfrakcje Symbole Wymiary

cząstek i ziaren

[mm]

Bardzo

gruboziarnista

Duże głazy (Large boulder) LBo 630

Głazy (Boulder) Bo 200-630

Kamienie (Cobble) Co 63-200

Gruboziarnista Żwir (Gravel) Gr 2,0-63

Żwir gruby (Coarse gravel) CGr 20-63

Żwir średni (Medium gravel) MGr 6,3-20

Żwir drobny (Fine gravel) FGr 2,0-6,3

Piasek (Sand) Sa 0,063-2,0

Piasek gruby (Coarse sand) CSa 0,63-2,0

Piasek średni (Medium sand) MSa 0,2-0,63

Piasek drobny (Fine sand) FSa 0,063-0,2

Drobnoziarnista Pył (Silt) Si 0,002-0,063

Pył gruby (Coarse silt) CSi 0,02-0,063

Pył średni (Medium silt) MSi 0,0063-0,02

Pył drobny (Fine silt) FSi 0,002-0,0063

Ił (Clay) Cl 0,002

6

Tabela 2. zawiera porównanie podstawowych podziałów frakcji gruntów według PN-EN ISO

14688 i PN-86/B-02480 wraz z wymiarami ziaren i cząstek.

Tabela 2. Frakcje klasyfikacyjne według PN-EN ISO 14688 i PN-86/B-02480

2. METODYKA BADAŃ według PN-EN ISO 14688-1 i PN-EN ISO 14688-2

2.1. Oznaczanie składu granulometrycznego

Postanowienia ogólne

Większość gruntów jest gruntami złożonymi i składają się z frakcji głównej i frakcji

drugorzędnych. Są one opisywane według PN-EN ISO 14688-2:2006/Ap2:2012, Tablica NA.2.

Terminy dotyczące frakcji głównej należy pisać z dużej litery, symbole frakcji drugorzędnych

należy pisać małymi literami. Grunty stanowiące przewarstwienia można pisać małymi

podkreślonymi literami, następującymi po głównej frakcji.

Aktualny schemat procedury oznaczania i opisu gruntów zamieszczono w PN-EN ISO 14688-

1:2006/Ap1:2012, Rysunek 1.

7

Rys. 1. Fragment schematu procedury oznaczania i opisu gruntów według

PN-EN ISO 14688-1:2006/Ap1:2012, Rysunek 1

2.1.1. Oznaczanie frakcji głównej - pt 4.3.2. według PN-EN ISO 14688-1:2006

z uwzględnieniem uwag PN-EN ISO 14688-1:2006/Ap1:2012

8

2.1.2. Oznaczanie frakcji drugorzędnych - pt 4.3.3. z uwzględnieniem uwag PN-EN ISO

14688-1:2006/Ap1:2012

Zasady tworzenia polskich nazw gruntów zamieszczono w Tablicy NA.2 w PN-EN ISO 14688-

2:2006/Ap2:2012.

2.1.3. Oznaczanie wytrzymałości gruntu suchego - pt 5.6. z uwzględnieniem uwag PN-EN

ISO 14688-1:2006/Ap1:2012

9

2.1.4. Oznaczanie dylatacji - pt 5.7.

2.1.5. Oznaczanie plastyczności - pt 5.8. z uwzględnieniem uwag PN-EN ISO 14688-

1:2006/Ap1:2012

2.1.6. Oznaczanie zawartości piasku, pyłu, iłu - pt 5.9.

Przebieg i interpretację badań makroskopowych w celu oznaczania gruntów spoistych

zamieszczono w Tabeli 3.

10

Tabela 3. Kryteria do makroskopowego rozpoznawania gruntów spoistych według PN-EN

ISO 14688-1:2006

2.1.7. Oznaczanie zawartości węglanów - pt 5.10.

2.2. Oznaczanie konsystencji - pt 5.14. z uwzględnieniem uwag PN-EN ISO 14688-

1:2006/Ap1:2012

Konsystencje określa się na podstawie wartości wskaźnika plastyczności IC według klasyfikacji

zawartej w Tablicy 6. PN-EN ISO 14688-2:2006/Ap2:2012 (Tabela 4).

Tabela 4. Wskaźnik konsystencji IC pyłów i iłów

Określenie konsystencji (wg oryg. EN ISO 14688-2:2004 ) Wskaźnik konsystencji IC

Bardzo miękkoplastyczna (Very soft) ˂0,25

Miękkoplastyczna (Soft) od 0,25 do 0,50

Plastyczna (Firm) od 0,50 do 0,75

Twardoplastyczna (Stiff) od 0,75 do 1,00

Zwarta (Very stiff) ˃1,00

11

3. WYMAGANIA BHP

- należy zachować ostrożność w posługiwaniu się nożem oraz kwasem HCL, kwas solny może

wytwarzać gazy trujące, gdy bada się nim grunty skażone chemicznie,

- należy pozostawić porządek na stanowisku badawczym.

LITERATURA

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

2. PN-86/B-02480 Grunty budowlane. Określenia, symbole, podział i opis gruntów.

3. PN-B-02481:1998 Geotechnika. Terminologia podstawowa, symbole literowe i jednostki miar.

4. PN-EN ISO 14688-1:2006 Badania geotechniczne. Oznaczanie i klasyfikowanie gruntów. Część

1: Oznaczanie i opis. + Poprawka PN-EN ISO 14688-1:2006/Ap1:2012

5. PN-EN ISO 14688-2:2006 Badania geotechniczne. Oznaczanie i klasyfikowanie gruntów. Część

2: Zasady klasyfikowania. + Poprawka PN-EN ISO 14688-2:2006/Ap2:2012

6. Gołębiewska A., Wudzka A.: Nowa klasyfikacja gruntów według normy PN-EN ISO.

Geoinżynieria drogi mosty tunele, 04/2006 (11), 43-55.

7. Myślińska E.: Laboratoryjne badania gruntów. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1992.

8. Pisarczyk S., Rymsza B.: Badania laboratoryjne i polowe gruntów. Wydawnictwa Politechniki

Warszawskiej, Warszawa 1988.

9. Steckiewicz R., Karska Z.: Laboratorium z mechaniki gruntów. Wyd. Pol. Białostockiej, 1981.