Politechnika Warszawska Wydział Inżynierii Lądowej Instytut Dróg i Mostów Zakład Geotechniki i Budowli Podziemnych

Transkrypt

1 Politechnika Warszawska Wydział Inżynierii Lądowej Instytut Dróg i Mostów Zakład Geotechniki i Budowli Podziemnych Imię i nazwisko dyplomanta: Bartosz Olkowski Rodzaj studiów: stacjonarne I stopnia Specjalność: Konstrukcje Budowlano- Inżynierskie TEMAT PRACY DYPLOMOWEJ INŻYNIERSKIEJ Ustalenie zależności korelacyjnej pomiędzy wskaźnikiem zagęszczenia a modułem dynamicznym odkształcenia podłoża gruntowego Promotor: dr. inż. Krzysztof Traczyński Data przyjęcia pracy dyplomowej: Ocena pracy dyplomowej: (dr inż. Krzysztof Traczyński) (Prof. Dr hab. Inż. Anna Siemińska- Lewandowska) Warszawa, lipiec 2015

2 Streszczenie Temat pracy inżynierskiej: Ustalenie zależności korelacyjnej pomiędzy wskaźnikiem zagęszczenia a modułem dynamicznym odkształcenia podłoża gruntowego Słowa kluczowe: Wskaźnik zagęszczenie, dynamiczny moduł odkształcenia podłoża, lekka płyta dynamiczna (ugięciomierz), zależność korelacyjna, (maksymalna) gęstość objętościowa szkieletu gruntowego Treść streszczenia W inżynierskiej pracy dyplomowej pt.,,ustalenie zależności korelacyjnej pomiędzy wskaźnikiem zagęszczenia a modułem dynamicznym odkształcenia podłoża gruntowego przestawiono procedurę wyznaczenia zależności pomiędzy wskaźnikiem zagęszczenia a modułem dynamicznym odkształcenia podłoża. Empiryczny wzór w/w funkcji został opracowany w oparciu o serię oznaczeń w skrzyni badawczej wiślanego piasku drobnego. Określono : skład frakcyjny, maksymalną gęstość szkieletu gruntowego jako cechę porównawczą, gęstość objętościową szkieletu gruntowego dla każdego z zagęszczeń, dynamiczny moduł odkształcenia podłoża gruntowego. Następnie dokonano analizy wyników z użyciem metod statystycznych i wyprowadzono liniowy wzór zależności przy wykorzystaniu metody najmniejszych kwadratów. Otrzymane wyniki zinterpretowano i odniesiono do obowiązujących wzorów. (podpis promotora) Promotor (Dr inż. Krzysztof Traczyński) (podpis dyplomanta) Dyplomant (Bartosz Olkowski) 2

3 The summary The subject of this engineering work is Establishing the correlational dependence between the density rate and the modul of dynamic deformation of the ground base Key words: The density rate, the modul of base deformation, light dynamics sheet (measurement of bending), correlational dependence, the maximum density of the volume of the base skeleton The summary The content of the the summary In the engineering work titled Establishing the correlational dependence between the density rate and the modul of dynamic deformation of the ground base there were introduced: the procedure the setting of the dependence between the density rate and the dynamic modul of the base deformation. The empirical formula of the mentioned function before was drawn up based on series signs of the research box connected with fine-grained sand of the Vistula River. At the same time there were described :the fractional content, the maximum density of the base skeleton as a comparative feature, the volume density of the base skeleton for each of densities, the dynamic modul of the base deformation. Afterwards. the analysis of the gained results was led. Consequently, the linear formula of the dependence with using some methods of the smallest squares was reached. Eventually, all results were interpreted and related to the compulsory formulas. (The signature of the thesis supervisor) (The signature of the graduation student) The thesis supervisor (Ph. D. Eng. Krzysztof Traczyński) The graduation student (Bartosz Olkowski) 3

4 Spis treści Strona tytułowa... 1 Streszczenie... 2 The summary Wstęp Cel i zakres pracy Problematyka etapu badawczego: Problematyka etapu interpretacyjnego: Przebieg badań Opis bazy pomiarowej Elementy lekkiej płyty dynamicznej Przebieg badań Schemat badania lekką płytą dynamiczną Graficzny program badań Ilościowy program badań Zagęszczalność gruntów nasypowych Wprowadzenie Wskaźnik zagęszczenia Krzywe zagęszczalności Laboratoryjne metody badań zagęszczalności gruntów sypkich Oznaczeni Proctora Zasada metody Przedmiot i zakres opracowania Oznaczenie podstawowych i pochodnych cech fizycznych gruntu- oznaczenie przeprowadzane zgodnie z PN-88/B-04481,PN-EN , PN-EN Wprowadzenie Wilgotność gruntu (cecha podstawowa) Gęstość objętościowa (cecha podstawowa)

5 Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego (cecha pochodna) Analiza sitowa Część laboratoryjna Wyniki przeprowadzonych oznaczeń i ich interpretacja Statystyczne opracowanie wyników Wyniki analizy sitowej Badanie Proctora Wyniki badań lekką płytą dynamiczną, gęstości objętościowej szkieletu gruntowego, wskaźnika zagęszczenia Fotograficzna dokumentacja przeprowadzonych badań, oznaczeń Graficzne opracowanie wyników pomiarów Procedura wyznaczenia prostej wg wyżej opisanego algorytmu Wyniki badań. Przeprowadzone oznaczenia Wnioski Bibliografia

6 1. Wstęp W związku z szerokim zapotrzebowaniem na nowe i bardziej uniwersalne metody nadzoru robót budowlanych wynikające ze wzrostu tempa budów dróg i infrastruktury techniczno- drogowej badania dynamiczne ośrodków gruntowych są współcześnie rozlegle stosowane i testowane w inżynierii geotechnicznej. Właściwe interpretowanie parametrów podłoża z wykorzystaniem testów dynamicznych pod względem czasu wykonywanego badania staje się ważnym aspektem finansowo- ekonomicznym. Dziś nadal wykorzystywane metody kontroli zagęszczenia podłoża mają wiele wad. Przykładem może być aparat VSS, którego zastosowanie wiąże się z dużym nakładem czasu, a także wykorzystaniem przeciwwagi w postaci samochodu ciężarowego lub lekka sonda udarowa, przy pomocy której nie jest możliwe badanie cienkich warstw. Lekka płyta dynamiczna z uwagi na wiele zalet, tj: krótki czas badania, niewielki ciężar, samowystarczalność zestawu jest urządzeniem umożliwiającym badanie sztywności podłoża gruntowego. Działanie ugięciomierza udarowego (lekkiej płyty dynamicznej ) oparte jest o wywołanie udaru swobodnie spadającej masy. Spadający ciężar przekazuje oddziaływanie na naciskową płytę stalową za pośrednictwem amortyzatora. Podczas przekazania obciążenia na grunt mierzone są parametry odpowiedzi podłoża, tj. prędkość, przyspieszenie sztywnej płyty naciskowej. Wnioskowanie o sztywności podłoża gruntowego oparte jest na analizie powiązań (reakcji), które wiążą przemieszczenia płyty naciskowej z generowanym obciążeniem. W związku z tym weryfikacja zagęszczenia lekką płytą dynamiczną bazuje na pewnej zależności między nośnością warstwy lub zagęszczeniem, a odkształceniem (ugięciem). Aby znaleźć te relacje niezbędne jest ustalenie właściwych współczynników korelacji, dających możliwość określenia wskaźnika zagęszczenia lub nośności badanej warstwy w oparciu o wyniki uzyskane z badania ugięciomierzem udarowym. Parametry korelacyjne mają charakter lokalny i są zależne od rodzaju zastosowanego materiały. Obecnie oczekuje się wysokiej jakości wykonywanych robót przy synchronicznym zachowaniu ich tempa, co warunkuje postęp w obszarach technik badawczych. Pod warunkiem opracowania odpowiednich wytycznych użytkowalności, stosowalności i interpretacji w warunkach polskich, płyta dynamiczna ma możliwość stania się uniwersalnym aparatem kontrolno- badawczym. Otrzymane wyniki podczas badań laboratoryjnych powinny w prosty i szybki sposób umożliwić poprzez zastosowanie zależności korelacyjnych na określenie jakości zagęszczenia warstw gruntu. 6

7 2. Cel i zakres pracy Uzyskanie informacji na temat zagęszczenia podłoża gruntowego bądź warstw konstrukcyjnych wciąż jest czasochłonne. W związku z tym w ostatnim czasie prowadzone są prace naukowo- badawcze mające na celu szybką weryfikację kontroli zagęszczenia gruntów. Jedną z gałęzi rozwoju inżynierii geotechnicznej jest wykorzystywanie lekkiego ugięciomierza. Koncept działania oparty jest o wywołanie krótkotrwałego impulsu siłowego, poprzez spadający obciążnik z określonej wysokości. Stan taki ma odpowiadać warunkom obciążenia spowodowanego poruszającym się pojazdem. Działania podjęte w etapie badawczy- laboratoryjnym i drugim- interpretacyjnym opracowanego tematu maja na celu ustalenie zależności korelacyjnych pomiędzy modułem dynamicznym odkształcenia E vd, otrzymywanym z badania płytą dynamiczną a wskaźnikiem zagęszczenia I s. Wynikiem końcowym przeprowadzonych oznaczeń i dokonanej interpretacji jest przedstawienie wzoru empirycznego zależności I s (E vd ). Dotychczasowy brak potwierdzonej korelacji I s (E vd ) zakłóca szerokie stosowanie płyty dynamicznej. Wszystkie badania i oznaczenia wykonano w Laboratorium Geotechniki przy Instytucie Dróg i Mostów w Zakładzie Geotechniki i Budowli Podziemnych Wydziału Inżynierii Lądowej Politechniki Warszawskiej Problematyka etapu badawczego: Opracowanie programu badawczego, który umożliwi opracowanie zależności korelacyjnych pomiędzy metodą dynamiczną oszacowania modułu dynamicznego a wskaźnikiem zagęszczenia, Zaprojektowanie stanowiska badawczego umożliwiającego obserwację wyżej przedstawionego problemu Przeprowadzenie na obszarze badawczym badań płytą dynamiczną i oznaczenie gęstości objętościowej szkieletu gruntowego z wykorzystaniem cylindrów miarowych dla różnych zagęszczeń Wykonanie analizy makroskopowej i oznaczenia analizy sitowej badanego gruntu Oznaczenie wilgotności naturalnej gruntu Przeprowadzenie oznaczeń Proctora w celu ustalenia wskaźnika zagęszczenia 7

8 2.2.Problematyka etapu interpretacyjnego: kontrola przyjętego cyklu badawczego oraz weryfikacja przyjętych założeń zestawienie i opracowanie wyników przeprowadzonych oznaczeń statystyczna analiza wyników badań bezpośrednich i pośrednich, graficzne zestawienie wyników wyprowadzenie zależności korelacyjnych z wykorzystaniem metody najmniejszych kwadratów, ustalenie wzoru zależności odniesienie otrzymanych wyników do danych obowiązujących porównanie i wyciągnięcie wniosków dotyczący parametrów prostych w odniesieniu stosowalności zależności korelacyjnych 2.3.Przebieg badań Przyjęto, iż badania zostaną zamodelowane przy wykorzystaniu pisaku wiślanego. Wstępnie badany grunt był poddany analizie sitowej i badaniom Proctora. Następnie został on umieszczony w skrzyni badawczej gdzie był badany przy różnym zagęszczeniu. Przed przystąpieniem do oznaczeń zagęszczano go w warstwach 10 cm, uzyskując wstępne zagęszczenie. Po wykonaniu serii badań dla każdego z zagęszczeń, tj. badanie lekką płytą dynamiczną i pobranie cylindrów, grunt uzupełniano i zagęszczano, starając się zwiększać wskaźnik zagęszczenia. Pobrane cylindry ważono, mierzono, suszono w celu określenia gęstości objętościowej szkieletu gruntowego dla uzyskanego zagęszczenia. Sekwencję badań w skrzyni powtórzono dwanaście razy w celu uzyskania populacji punktów, do znalezienia zależności korelacyjnych. 2.4.Opis bazy pomiarowej Obszarem badawczym będącym źródłem analiz była ograniczona bryła gruntu-piasku wiślanego- piasku średniego, znajdująca się w drewnianej skrzyni o wymiarach wewnętrznych 1,50 m / 1,50 m / 1,00 m. Wstępne obciążenie podłoża wykonano wykorzystując lekką płytę dynamiczną. Schemat bazy pomiarowej- rozmieszczenie obszarów badania płytą dynamiczną i miejsc pobrania cylindrów. Weryfikacji zagęszczenia dokonano przy użyciu lekkiej płyty dynamicznej. 8

9 W celu ustalenia dynamicznego modułu odkształcenia gruntów zastosowano urządzenie kontrolne - obciążeniowa lekka płyta dynamiczna. Za pomocą sztywnej, okrągłej płyty przekazywane jest uderzeniowe obciążenie na grunt. Realizowane jest ono za pomocą urządzenia obciążnikowego, które składa się z obciążnika opadającego wzdłuż pręta osiadającego na zakończeniu amortyzująco- sprężynującym. Podczas badania urządzenie obciążnikowe nasadzane jest środek płyty, w celu pionowego przekazania nacisku. W środku płyty znajduje się czujnik, który połączony jest z miernikiem elektronicznym. Rezultatem badania są maksymalne przemieszczenia, wahania prędkości i moduły dynamiczne. 2.5.Elementy lekkiej płyty dynamicznej Lekka płyta dynamiczna składa się z płyty o grubości 20 mm i średnicy 300 mm o wadze 15 kg. Na jej powierzchni znajdują się czujniki do rejestracji ugięć. Mierzone są one w zakresie od 0,1-2,0 mm. Urządzeniem obciążającym jest ciężarek o masie 10 kg, który spadający z określonej wysokości wywiera siłę o wartości 7,07 kn z czasem oddziaływania 18 ms. Elementami składowymi płyty o średnicy 300 mm są: dwa uchwyty, czujnik obciążenia( wraz z sensorem do pomiaru osiadań) z kulą osiującą. Rys. 1 Elementy ucięciomierza udarowego (cały zestaw) 9

10 Fot. 1 Zestaw do badań gruntu z wykorzystaniem lekkiej płyty dynamicznej Tab. 1 Parametry techniczne lekkiej płyty dynamicznej ZFG 3000 Lp. Parametr techniczny Wartość/ charakter Płyta obciążeniowa 1. materiał Stal St średnica 300 mm 3. Nacisk na grunt 0,1 MPa 4. Grubość płyty 20 mm 5. Ciężar 15 kg ± 0,25 kg Miernik osiadania 6. Zakres frekwencji Hz 7. Amplituda osiadania 0,2-1,0 mm 1,0-2,0 mm Urządzenie obciążnikowe 8. Masa obciążnika spadającego 10 kg ± 0,01 kg 9. Masa całkowita pręta prowadnicy 5 kg ± 0,25 kg 10. Maksymalna wartość siły uderzeniowej 7,07 kn 11. Czas uderzenia 18 ms ± 2 ms 10

11 2.6.Przebieg badań Płytę stalową przekłada się do płaskiego miejsca bazy pomiarowej. W przypadku nierównej powierzchnia należy podsypać cienką warstwę wyrównującą w celu najlepszego kontaktu płyty obciążeniowej z gruntem. Należy połączyć elektroniczny przyrząd pomiarowy z płytą obciążającą. Wykonuje się jedno, wstępne uderzenie pomiarowe ( przy dwóch lub trzech uderzeniach spadająca miałaby znaczący wpływ na wskaźnik zagęszczenia nieco inny dla całego obszaru). Następnie dokonuje się serii pomiarów dla określonego zagęszczenia, trzy uderzenia na każdy punkt badawczy. Rejestrowane są wówczas przemieszczenia pionowe płyty i podawana jest ich wartość średnia oraz wartość modułu dynamicznego. Wyznaczenie wartości W celu ustalenia wartości dynamicznego modułu odkształcenia E vd zakłada się: Uzyskane wartości modułu dynamicznego E vd opierają się na teorii statycznie obciążonej półprzestrzeni elastycznej wg wzoru badania stycznego nośności: E v = 1,5 r σ z, Maksymalny generowany nacisk podczas badania na ośrodek gruntowy σ jest stały i wynosi 0,1 [ MN m 2] Dla przedstawionych założeń równanie dynamicznego modułu odkształcenia dla płyty obciążeniowej o średnicy 30 cm ma postać: E vd = 22,5 z max [mm], [MN m 2 ] się wg wzoru: Na podstawie wartości maksymalnego osiadania s max moduł dynamiczny E vd oblicza E vd = 1,5 r σ max s max, [ MN m 2 ] 11

12 Gdzie: r wartość promienia płyty obciążeniowej σ max naprężenia normalne wywołane płytą obciążeniową 0,1 [ MN m 2 ] s max średnia wartość osiadań s 2max, s 3max, s 4max Dynamiczny moduł odkształcenia E vd jest parametrem określającym odkształcalność gruntu pod wpływem zdefiniowanego pionowego obciążenia uderzeniowego o średnim czasie trwania uderzenia t max. 1 Zależności czasowego przebiegu siły i osiadania w skutek przyłożonego obciążenia udarowego lekkiej płyty dynamicznej przedstawiają poniższe wykresy. Rys.2 Schemat zasadniczy- czasowy przebieg siły i opadu przy obciążeniu uderzeniowym lekkim urządzeniem z obciążnikiem opadowym 1 1 Praca zbiorowa, Instytut Badawczy Dróg i Mostów, Warszawa

13 2.7.Schemat badania lekką płytą dynamiczną Ustawienie, włączenie i połączenie urządzenia Wykonanie uderzenia wstępnego Tryb pomiaru Wykonanie pierwszego uderzenia s 1 Wykonanie drugiego uderzenia s 2 Wykonanie trzeciego uderzenia s 1 s 2 s 3 s śr Evd Rys.3 Graf przeprowadzania oznaczeń z wykorzystaniem lekkiej płyty dynamicznej 13

14 Rys.4 Schemat rozmieszczenia obszarów badawczych lekkiej płyty dynamicznej 14

15 2.8.Graficzny program badań Dostarczenie materiału badawczego Badania w skrzyni badawczej Badania laboratoryjne Analiza Umieszczenie materiału w skrzyni badawczej Badanie wilgotności naturalnej Zagęszczenie materiału badawczego Badania płytą dynamiczną Analiza sitowa Badanie Proctora Wyznaczenie maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego Uśrednienie wartości modułu dynamicznego Pobranie cylindrów Wyznaczenie gęstości objętościowej szkieletu gruntowego Uzupełnienie materiału badawczego Zmiana (wzrost) zagęszczenia Wyznaczenie wskaźnika zagęszczenia Ponowne wykonanie serii oznaczeń Ustalenie związków korelacyjnych Rys. 5 Schemat przebiegu programu badawczego 15

16 Ilościowy program badań Określenie wilgotności naturalnej- cztery oznaczenia Analiza sitowa gruntu- cztery oznaczenia Badanie Proctora- oznaczenie maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego- - sześć oznaczeń Badania płytą dynamiczna, określenie średnich osiadań i moduły dynamicznego dla dwunastu serii, sześć badań w każdej, siedemdziesiąt dwa badania Pobranie cylindrów dla dwunastu serii, wilgotności, określenie gęstości objętościowej szkieletu gruntowego, sześć badań w każdej, siedemdziesiąt dwa badania Tab. 2 Ramowy Program Badań Lp. Rodzaj badania/ czynności Data 1. Dostarczenie materiału badawczego Analiza sitowa, makroskopowa, określenie gęstości naturalnej 3. Badania Proctora Badania płytą dynamiczną Pobieranie cylindrów 5. Ważenie pobranych próbek Opracowanie analityczne

17 3. Zagęszczalność gruntów nasypowych 3.1.Wprowadzenie Współczesna metodologia budowy nasypów zapór i obwałowań, a także nasypów drogowych opiera się o odpowiednie zagęszczenie gruntu, w celu wykorzystania jego nośności z zapewnieniem stateczności budowli w najmniej korzystnych warunkach pracy. Ośrodek gruntowy stanowią oddzielne ziarna i cząstki, pomiędzy którymi znajduje się woda i powietrze. Dostarczana energia podczas zagęszczania powoduje bardziej hermetyczne ułożenie tych elementów. 3.2.Wskaźnik zagęszczenia Wykładnikiem charakterystycznym dla jakości zagęszczania nasypu jest wskaźnik zagęszczenia I S. Miernik ten opisany jest wzorem: Gdzie: I S = ρ ds ρ d max, ρ ds gęstość objętościowa szkieletu gruntowego w nasypie, [ t m 3] ρ d max maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntowego uzyskana w warunkach zgodnych z PN 88 B 04481, [ t m 3] 3.3.Krzywe zagęszczalności Zdolność do uzyskania maksymalnej możliwej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego ρ d, w zależności od wartości dostarczonej energii zagęszczenia E Z, rodzaju gruntu, wilgotności oraz sposobu jej użycia definiowana jest jako zagęszczalność gruntu. Powszechnie stosowanymi urządzeniami do zagęszcznia gruntów są maszyny o działaniu: ubijającym ( płyty wolnospadowe, ubijaki mechaniczne), ugniatającym (walce gładkie okołowane, wielokołowe pneumatyczne), wibrujące( płyty walce). Do badań zagęszczalnosci w warunkach laboratoryjnych stosuje się urządzenia ubijakowe bądź wibracyjne. Istotą badania laboratoryjnego jest uzyskanie odpowiedniego zagęszczenia gruntu w znormalizowany sposób przy różnych wilgotnościach. Wyznaczenie maksymalnej gęstości objętościowej ρ ds jest możliwe dzięki graficznej interpretacji ρ d, w zależności od w. 17

18 Maksimum aproksymowanego wykresu nazywa się wilgotnością optymalną w opt, a odpowiadająca mu rzędna to gęstość objętościowa szkieletu zagęszczonego ρ dmax. Cechą osobliwą dla krzywych zagęszczenia jest fakt, iż dla tego samego gruntu przy wyższych energiach spadku ubijaka układają się na wykresie wyżej przy malejących wartościach wilgotności optymalnej. Ponadto, prawe części krzywych zagęszczalności przebiegają prawie równolegle do krzywej maksymalnego zagęszczenia. Krzywe maksymalnego zagęszczenia zostają wyznaczone się przy założeniu: całkowitego wypełnienia porów prze wodę, w związku z czym, im większa wilgotność tym mniejsza jest wartość ρ d.podczas ubijania nie jest możliwe w pełni pozbycie się powietrza z porów gruntu ani w laboratorium ani na budowie, w związku z czym otrzymane wartości ρ dmax są zawsze mniejsze od teoretycznych ρ dmax. 3.4.Laboratoryjne metody badań zagęszczalności gruntów sypkich Na podstawie badań gruntów wykorzystywanych do budowy zapór ziemnych w Kalifornii została ustalona zależność pomiędzy ρ d, a wilgotnością przy stałej energii uderzeń ubijaka (zagęszczania). Dokonał tego amerykański inżynier geotechnik Proctor. Dodatkowo została opracowana metoda określenia korelacji pomiędzy wilgotnością, a największą gęstością gruntu ρ ds dla dostarczonej energii. Ponadto, zostało udowodnione, że maksymalne zagęszczenie wzrasta im większa energia zagęszczania jest dostarczona, a także wartości w opt i ρ ds uzależnione są od rodzaju gruntu. W celu oznaczenia w opt i ρ ds wykorzystuje się dwie metody laboratoryjne (zagęszczenie gruntów drobnoziarnistych przez ubijanie w cylindrze): metoda normalna grunt ubija się w trzech warstwach ubijakiem o masie 2,5 kg, metoda zmodyfikowana (AASHO)- grunt ubija się w pięciu warstwach ubijakiem o masie 4,5 kg lub 15 kg. 3.5.Oznaczeni Proctora Zasada metody W przeprowadzanym oznaczeniu Proctora wykorzystuje się energię spadającego ubijaka na warstwę zagęszczanego gruntu w formie do badania. Wielkość formy, w której wykonuje się badanie jest uzależniona od D. Jeśli występuje nadziarno badanie należy przeprowadzić w równoważnie większych formach. 18

19 Przedmiot i zakres opracowania Podstawa opracowania Podstawą opracowania jest norma europejska PN-EN Przedmiot opracowania Przedmiotem opracowania jest uzyskanie serii wyników gęstości objętościowej ρ ds i wilgotności w opt na potrzeby pracy dyplomowej. Cel opracowania Celem opracowania jest określenie wyników gęstości objętościowej ρ ds, wilgotności w opt, a także wyznaczenie wskaźnika zagęszczenia I S. Zakres badania Zgodnie z przyjętym założeniem wykonano 6 niezależnych oznaczenia Proctora dla tego samego gruntu w celu zwiększenia prawdopodobieństwa poprawności wykonanego badania Fot.2 Aparat do badania Proctora 19

20 4. Oznaczenie podstawowych i pochodnych cech fizycznych gruntu- oznaczenie przeprowadzane zgodnie z PN-88/B-04481,PN-EN , PN-EN Wprowadzenie Można wyróżnić dwa rodzaje cech gruntu: podstawowe(bezpośrednio oznaczane) i pochodne. Jako podstawowe cech gruntu można wymienić: gęstość właściwą, objętościową, wilgotność. Na ich podstawie można obliczyć cechy pochodne, tj.: gęstość objętościowa szkieletu gruntowego, porowatość, wskaźnik porowatości, wilgotność całkowita. Cechy te są niezbędne do poznania: stopnia wilgotności, stopnia zagęszczenia, stopnia plastyczności, wskaźnika zagęszczenia. Ośrodek gruntowy jest mieszaniną trzech stanów skupienia, tj.: stały- ziarna i cząstki, gazowy- powietrze, ciekły- woda w porach. Zgodnie z powyższym można zapisać równania: V = V S + V w + V a = V S + V p, m m = m s + m w, Gdzie: V objętość gruntu, V S objętość szkieletu gruntowego, V w objętość wody, V a objętość powietrza, V p = V w + V a objetość porów, m m masa gruntu wilgotnego, m s masa szkieletu gruntowego, m w masa wody. 20

21 1 pęcherzyki powietrza 2 woda wolna 3 cząstki stałe 4 woda błonkowata Rys.6 Fazy w ośrodku gruntowym Wilgotność gruntu (cecha podstawowa) Wilgotnością gruntu nazywamy iloraz masy wody m w zawartej w porach masy szkieletu gruntowego m s : w = m w m s 100% w wilgotność m w masa wody, m s masa szkieletu gruntowego. Wilgotność gruntu oznacza w warunkach laboratoryjnych poprzez suszenie gruntu w temperaturze Podczas tego procesu uwięziona woda kapilarna i błonkowata zostaje uwolniona. Czas suszenia jest zależny od spoistości gruntu i wynosi od kilku do kilkunastu godzin 21

22 Gęstość objętościowa (cecha podstawowa) Gęstością objętościową nazywamy iloraz masy próbki od całkowitej objętości próbki wraz z porami: ρ = m m V, [kg g m3] ; [ cm 3], Gdzie: m m masa próbki gruntu, V objętość próbki. Do oznaczenia gęstości objętościowej służą metody: ważenie w cieczach organicznych, oznaczenie w rtęci, ważenie w wodzie próbki oparafinowanej, oznaczenie w pierścieniu i cylindrze. Rys.7 Pobieranie gruntu z użyciem cylindra 22

23 Rys.8 Schemat rozmieszczenia punktów badawczych cylindrów miarowych Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego (cecha pochodna) Gęstością objętościową szkieletu gruntowego nazywamy iloraz gruntowego w określonej próbce do objętości pierwotnej wraz z porami: masy szkieletu ρ d = m s V = 100 ρ, [ kg w n m g 3] ; [ cm 3], Gdzie: m s masa próbki wysuszonej do stałej wagi w tempetarurze , V objętość próbki gruntu przed wysuszeniem, 23

24 ρ gęstość objętościowa gruntu, w n wilgotnośc gruntu Analiza sitowa Przesiana i wysuszona w temperaturze próbka gruntu niespoistego zostaje poddana przesianiu przez odpowiedni komplet sit o różnych wymiarach otworów. Następnie zostaje obliczony procent masy ziaren, które pozostały na określonym sicie w stosunku do całkowitej masy użytego gruntu. Komplet sitowy składa się z siedmiu sit o wymiarach oczek: 2; 1; 0,5; 0,25; 0,125; 0,071;<0,071 mm. Przesiewanie trwa 10 minut. Proces przesiewania uznaje się za zakończony, gdy podczas próby kontrolnej ziarna nie przechodzą przez sito. Zawartość wagowa pozostająca na każdym z sit opisana jest wzorem: Gdzie: Z i = m si m s 100%, m si masa suchych ziaren, które zostają na sicie m s masa całej brubki użytej do oznaczenia Po wyznaczeniu wartości Z i dla każdego z sit, oblicza się kolejne sumy rozpoczynając od sita najgrubszego. Efektem badania jest sporządzenie krzywej uziarnienia gruntu. Fot.3 Aparat do analizy sitowej 24

25 5. Część laboratoryjna 5.1. Wyniki przeprowadzonych oznaczeń i ich interpretacja 25

26 Statystyczne opracowanie wyników Eliminacja wyników obarczonych nadmiernymi błędami Podczas analizy wyników populacji badawczej można zaobserwować rozrzut wartości od pozostałych (nadziei). Wówczas można wnioskować, że otrzymane wyniki są obarczone błędami grubymi, które mogą być niezauważone podczas przeprowadzanych pomiarów, tj. wadliwość aparatury, zmienne warunki pomiarów, pomyłki przeprowadzającego badanie oraz błędy powstałe podczas opracowania wyników. Przy założeniu, iż wyniki przeprowadzonych oznaczeń mają rozkład normalny Gaussa, eliminację błędów dokonano wg procedury: Obliczono wartości średnie i odchylenie standardowe dla populacji Założono poziomu ufności z prawdopodobieństwem p, wyznaczono przedział ufności mierzonej wielkości, tworząc histogramy populacji Wyznaczono wartości, które znajdują się poza hipotetyczną populacjąprawdopodobieństwo ich wystąpienia jest zbyt małe, odrzucenie tych wyników Dokonano dalszych obliczeń statystycznych Metodyka obliczania błędów W zależności od sposobu wyznaczenia określonej wielkości błędy pomiarów można podzielić na dwie grupy: błędy bezpośrednie- bezpośredni pomiar wielkości, (tu- moduł dynamiczny), błędy pośrednie- pomiary na podstawie, których wyznaczona został poszukiwana wielkość. Błędy bezpośrednie: Wartość rzeczywista x o najlepiej przybliżona jest przez wartość średniej arytmetycznej x ( wartość oczekiwana, nadzieja), która wyraża się wzorem: x = n i=1 x i Gdzie: x i wartości mierzone, n liczebność populacji. n, 26

27 W związku z nieznaną wartością rzeczywistą x o, oszacowanie błędu zostało przeprowadzone w oparciu o średnią arytmetyczną, wg wzoru: S x = n i=1 (x x i) 2 n 1 Wielkość tę nazywamy odchyleniem standardowym pojedynczego pomiaru W celu oszacowania poziomu rozbieżności pomiędzy x o i x wprowadza się odchylenie standardowe średniej arytmetycznej opisane wzorem: S x = n i=1 (x x i) 2 n (n 1), Gdzie: x wartość średnia, x i wartości mierzone, n liczebność populacji. Błędy pośrednie: W celu wyznaczenia systematycznej niepewności wielkości Y = f(x 1, x 2,.., x n ), należy obliczyć zmianę Y, spowodowaną zmianą argumentów funkcji (x 1, x 2,.., x n ), które są niepewnościami pomiarowymi obserwowanych bezpośrednio wielkości. Zgodnie z prawem propagacji błędów średnich Gaussa: Y = f(x 1, x 2,.., x n ), z błędami m 1, m 2,.. m m = m m F = M = n i=1 ( Y 2 ) (m x i ) 2, i Gdzie: Y x i pochodna cząstkowa funkcji Y względem zmiennej x i, m i błąd i tej wielkości 27

28 Dla obserwowanej wielkości,( średniej arytmetycznej): x śr = n i=1 x i n, ( i=1 = n, ) n = 1, wówczas x i x i n x śr n x i i=1 n m F = M = ( 1 2 n m) i=1 = m n 28

29 5.1.2.Wyniki analizy sitowej 29

30 Algorytm opracowania wyników analizy sitowej 1.Zważenie próbki gruntu pobranej do oznaczenia m całkowita masa suchej próbki [g] 2. Umieszczenie gruntu we wstrząsarce, przesiewanie 3. Ważenie pozostałości gruntu na każdym z sit d i m fi masa gruntu po przesianiu na i tym sicie [g] 4. Obliczenie sumy mas gruntów po wykonanej analizie 5. Obliczenie poprawki m fi całkowta masa gruntu po wykonanym badaniu [g] m i [g] 6. Obliczenie ostatecznej masy gruntu pozostałej na i- tym sicie m i = m fi + m i, [g] 7. Obliczenie zawartości pozostałości na każdym z sit Zd i = m i m 8. Obliczenie zsumowanych zawartości frakcji >d 100%, [%] Z = Zd i, [%] 9. Umieszczenie wyników na wykresie 10. Klasyfikacja gruntu 30

31 31 Tab. 3 Wyniki badań laboratoryjnych- analiza sitowa I Nominalna średnica otworu Pozostałości na sicie Zawartość pozostałości Suma zawartości frakcji >d Oznaczenie strat masy d i [mm] m fi [g] m i [g] m i m fi + m i [g] z di z Całkowita masa suchej próbki m [g] 2 5,77 0,02 5,79 3,86 3,86 Masa gruntu po przesianiu 149,587 m i [g] 1 9,34 0,03 9,37 6,24 10,10 Straty masowe 0,413 S m = m m i [g] 0,5 60,11 0,17 60,28 40,18 50,29 Straty względne 0,2753 S w = (S m /m) 100 0,25 61,79 0,17 61,96 41,31 91,59 Dopuszczalne straty względne S wdop = 1.0% 0,125 12,43 0,03 12,46 8,31 99,90 Skład uziarnienia wg PN -88/B ,071 0,037 0,00 0,04 0,02 99,93 d [mm] >2.0 >0.5 >0.25 <0,071 0,11 0,00 0,11 0,07 100,00 Z [%] 50,29 41,31 8, ,587 0, ,00 Zawartość frakcji wg PN- EN ISO [%] Si Sa Gr f FSi f MSi f CSi f FSa f MSa f CSa f FGr f MGr f CGr f Co f Bo+Lbo 0 0 0,07 4,2 62,1 29,78 3,

32 32 0,001 0,002 0,0063 0,01 0,02 0,05 0,063 0,1 0,2 0, , LBo Zawartość ziaren o średnicy mniejszej niż d [%] Percent passing d [%] Zawartość ziaren o średnicy większej niż d, [%] Percent retaining d [%] Frakcja/Fraction PN-86 B Iłowa Clay Pyłowa /Silt Piaskowa /Sand Żwirowa /Gravel Kamien. Cobble EN ISO FSi MSi CSi FSa MSa CSa FGr MGr Cl Si Sa Gr CGr Co Bo Średnica zastępcza ziaren d [mm] Particle size d [mm] Wyk. 1 Wykres analizy sitowej badanego gruntu I

33 33 Tab. 4 Wyniki badań laboratoryjnych- analiza sitowa II Nominalna średnica otworu Pozostałości na sicie Zawartość pozostałości Suma zawartość frakcji >d Oznaczenie strat masy d i [mm] m fi [g] m i [g] m i m fi + m i [g] 2 10,13 0,01 10,14 5,07 5, ,3 0,01 13,31 6,66 11,73 0,5 79,89 0,09 79,98 39,99 51,72 0,25 80,4 0,09 80,49 40,24 91,96 0,125 15,41 0,02 15,43 7,71 99,67 0,071 0,51 0,00 0,51 0,26 99,93 <0,071 0,14 0,00 0,14 0,07 100,00. z di z Całkowita masa suchej próbki m [g] 200 Masa gruntu po przesianiu m i [g] 199,78 Straty masowe S m = m m i [g] 0,22 Straty względne S w = (S m /m) 100 0,1100 Dopuszczalne straty względne S wdop = 1.0% Skład uziarnienia wg PN -88/B d [mm] >2.0 >0.5 >0.25 Z [%] 199,78 0,22 200,00 100,00 Zawartość frakcji wg PN- EN ISO [%] Si Sa Gr 51,72 40,24 8,04 f FSi f MSi f CSi f FSa f MSa f CSa f FGr f MGr f CGr 0 0 0,07 3,83 60,47 30,56 5, f Co f Bo+Lbo

34 34 0,001 0,002 0,0063 0,01 0,02 0,05 0,063 0,1 0,2 0, , LBo Zawartość ziaren o średnicy mniejszej niż d [%] Percent passing d [%] Zawartość ziaren o średnicy większej niż d, [%] Percent retaining d [%] Frakcja/Fraction PN-86 B Iłowa Clay Pyłowa /Silt Piaskowa /Sand Żwirowa /Gravel Kamien. Cobble EN ISO FSi MSi CSi FSa MSa CSa FGr MGr Cl Si Sa Gr CGr Co Bo Średnica zastępcza ziaren d [mm] Particle size d [mm] Wyk. 2 Wykres analizy sitowej badanego gruntu II

35 35 Tab. 5 Wyniki badań laboratoryjnych- analiza sitowa III Nominalna średnica otworu Pozostałości na sicie Zawartość pozostałości Suma zawartości frakcji >d Oznaczenie strat masy d i [mm] 2 1 0,5 0,25 0,125 0,071 <0,071. m fi [g] m i [g] m i m fi + m i [g] 6,19 0,00 6,19 3,10 3,10 13,15 0,00 13,15 6,58 9,67 81,35 0,00 81,35 40,68 50,35 82,93 0,00 82,93 41,47 91,81 15,76 0,00 15,76 7,88 99,69 0,47 0,00 0,47 0,24 99,93 0,15 0,00 0,15 0,08 100,00 z di z Całkowita masa suchej próbki m [g] 200 Masa gruntu po przesianiu m i [g] 200 Straty masowe S m = m m i [g] 0 Straty względne S w = (S m /m) 100 0,0000 Dopuszczalne straty względne S wdop = 1.0% Skład uziarnienia wg PN -88/B d [mm] >2.0 >0.5 >0.25 Z [%] ,00 100,00 Zawartość frakcji wg PN- EN ISO [%] Si Sa Gr 50,35 41,47 8,19 f FSi f MSi f CSi f FSa f MSa f CSa f FGr f MGr f CGr 0 0 0,07 3,78 61,43 31,62 3, f Co f Bo+Lbo

36 36 0,001 0,002 0,0063 0,01 0,02 0,05 0,063 0,1 0,2 0, , LBo Zawartość ziaren o średnicy mniejszej niż d [%] Percent passing d [%] Zawartość ziaren o średnicy większej niż d, [%] Percent retaining d [%] Frakcja/Fraction PN-86 B Iłowa Clay Pyłowa /Silt Piaskowa /Sand Żwirowa /Gravel Kamien. Cobble EN ISO FSi MSi CSi FSa MSa CSa FGr MGr Cl Si Sa Gr CGr Co Bo Średnica zastępcza ziaren d [mm] Particle size d [mm] Wyk. 3 Wykres analizy sitowej badanego gruntu III

37 37 Tab. 6 Wyniki badań laboratoryjnych- analiza sitowa IV Nominalna średnica otworu Pozostałości na sicie Zawartość pozostałości Suma zawartości frakcji >d Oznaczenie strat masy d i [mm] 2 1 0,5 0,25 0,125 0,071 <0,071. m fi [g] m i [g] m i m fi + m i [g] 4,6 0,00 4,60 2,30 2,30 13,56 0,00 13,56 6,78 9,08 82,2 0,01 82,21 41,11 50,19 83,63 0,01 83,64 41,82 92,01 15,46 0,00 15,46 7,73 99,74 0,38 0,00 0,38 0,19 99,93 0,14 0,00 0,14 0,07 100,00 z di z Całkowita masa suchej próbki m [g] 200 Masa gruntu po przesianiu m i [g] 199,97 Straty masowe S m = m m i [g] 0,03 Straty względne S w = (S m /m) 100 0,0150 Dopuszczalne straty względne S wdop = 1.0% Skład uziarnienia wg PN -88/B d [mm] >2.0 >0.5 >0.25 Z [%] 199,97 0,03 200,00 100,00 Zawartość frakcji wg PN- EN ISO [%] Si Sa Gr 50,19 41,82 7,99 f FSi f MSi f CSi f FSa f MSa f CSa f FGr f MGr f CGr 0 0 0,07 3,23 64,67 29,73 2, f Co f Bo+Lbo

38 38 0,002 0,0063 0,02 0,05 0,063 0,2 0,63 2 6, LBo 0,001 0,01 0, Zawartość ziaren o średnicy mniejszej niż d [%] Percent passing d [%] Zawartość ziaren o średnicy większej niż d, [%] Percent retaining d [%] Frakcja/Fraction PN-86 B Iłowa Clay Pyłowa /Silt Piaskowa /Sand Żwirowa /Gravel Kamien. Cobble EN ISO FSi MSi CSi FSa MSa CSa FGr MGr Cl Si Sa Gr CGr Co Bo Średnica zastępcza ziaren d [mm] Particle size d [mm] Wyk. 4 Wykres analizy sitowej badanego gruntu IV

39 Analiza sitowa Oznaczenie uziarnienia gruntu (składu granulometrycznego) badanej próbki gruntu z wykorzystaniem analizy sitowej wg PN- 88/B ; PN- EN ISO Celem badania jest określenie zawartości procentowej mas poszczególnych frakcji występujących w badanym gruncie, wykreślenie krzywej uziarnienia, na jej podstawie określenie granic zawartości poszczególnych frakcji identyfikacja rodzaju gruntu wg analizy sitowej, określenie wartości wskaźnika różnoziarnistości. Wyniki analizy sitowej W wyniku przeprowadzonego oznaczenia uzyskano następujące zawartości frakcji wg PN- 88/B ; PN- EN ISO Tab. 7 Zestawienie wyników analiz sitowych Ozna cze nie PN- 88/B PN- EN ISO PN- 88/B PN- EN ISO PN- 88/B PN- EN ISO PN- 88/B PN- EN ISO Wyniki oznaczeń zawartości frakcji [%] f i f π f p f Ż f K - 0,07 96,08 3,85 - f Cl f Si f Sa f Gr f Co f Bo+LBo f FSi f MSi f CSi f FSa f MSa f CSa f FGr f MGr f CGr ,07 4,2 62,1 29,78 3, f i f π f p f Ż f K - 0,07 94,86 5,07 - f Cl f Si f Sa f Gr f Co f Bo+LBo f FSi f MSi f CSi f FSa f MSa f CSa f FGr f MGr f CGr ,07 3,83 60,47 30,56 5, f i f π f p f Ż f K - 0,08 96,82 3,10 - f Cl f Si f Sa f Gr f Co f Bo+LBo f FSi f MSi f CSi f FSa f MSa f CSa f FGr f MGr f CGr ,07 3,78 61,43 31,62 3, f i f π f p f Ż f K - 0,07 97,63 2,30 - f Cl f Si f Sa f Gr f Co f Bo+LBo f FSi f MSi f CSi f FSa f MSa f CSa f FGr f MGr f CGr ,07 3,23 64,67 29,73 2,

40 Wg PN- 88/B badany grunt zaklasyfikowano jako Piasek średni (P s ) Wg PN- EN ISO badany grunt zaklasyfikowano jako Piasek średni (M Sa) Parametry uziarnienia (frakcji) charakterystyczne dla piasków średnich wg PN- 88/B przedstawiają się następująco: Tab. 8 Wymagania zawartości frakcji dla określenia rodzaju gruntu wg PN- 88/B Piasek średni (M Sa) Uziarnienie [%] Frakcje [mm] >2 (f Ż ) 2-0,05 (f p ) 0,05-0,002 (f π ) <0,002 (f i ) % 0-10% 0-2% Otrzymane wyniki przeprowadzonych oznaczeń są wartościami mieszczącymi się w dopuszczalnych przedziałach uziarnienia dla piasków średnich P s ; dodatkowo na tej podstawie można określić wskaźnik plastyczności dla tego gruntu, I p < 1 Parametry uziarnienia (frakcji) charakterystyczne dla piasku średniego wg PN- EN ISO przedstawiają się następująco: Tab. 9 Wymagania zawartości frakcji dla określenia rodzaju gruntu wg PN- EN ISO Piasek średni (M Sa) Uziarnienie [%] Frakcje [mm] 2,0-63,0 Gr(f Ż ) 2,0-0,063 Sa (f p ) 0,002-0,063 Si (f π ) 0,002 Cl (f i ) do 3 Otrzymane wyniki przeprowadzonych oznaczeń są wartościami mieszczącymi się w dopuszczalnych przedziałach uziarnienia dla Piasków średnich (M Sa). 40

41 Wnioski Po przeprowadzonej analizie sitowej, stwierdzono, iż badany materiał to piasek będący w klasyfikacji, materiałem pomiędzy pisakiem średnim i drobnym. Jest to cecha charakterystyczna dla piasku wiślanego.( Zgodnie z klasyfikacją żwirów i piasków- Piasek średni > 0,25 mm - 50% ) W związku z powyższym dla rozpatrywanego gruntu przyjęto następujące cechy charakterystyczne fizyczno- mechaniczne wg Klasyfikacja gruntów i ich przydatność do budowy dróg i lotnisk, Zarys Geotechniki, Z. Wiłun. Tab. 10 Zestawienie parametrów charakterystycznych Klasyfikacja wg uziarnienia Klasa Grupa Nazwa Symbol Gęst. Obj. ρ II Grunty organiczne G. Drobnoziarniste Piaski średnie P s Fizyczno- mechaniczne cechy typów gruntu w stanie naturalnym Gęst. Moduł wł. Ściśliwości ρ s MPa M 0 1,60 g cm 3 Przydatność do budowy nasypów w opt ρ dmax 2,65 g cm 3 >30 11% 1,80 g cm 3 41

42 Wyniki określenia wilgotności naturalnej gruntu Oznaczenie

43 Algorytm oznaczenia wilgotności naturalnej 1.Pobranie próbek do badania 2.Zważenie próbki wraz z tarą m 1 masa gruntu wraz z tarą [g] 3.Zważenie próbki suchej wraz z tarą m 2 masa gruntu suchego wraz z tarą [g] 4.Określenie masy tary- zważenie m c masa tary [g] 5. obliczenie wilgotności naturalnej 6. Obliczenie wilgotności średniej w i = m 1 m 2 m 2 m c 100 [%] wilgotność w śr = w 1 + w 2+ w 3 + w 4 4 [%] wilgotność średnia Tab. 11 Zestawienie wyników oznaczenia wilgotności Oznaczenie wilgotności naturalnej [%] Nr par. m 1 m 2 m c w i ,25 528,31 269,29 3, ,64 590,46 255,16 3, ,66 483,19 272,85 3, ,84 479,09 259,43 3,073 w śr = w 1 + w 2+ w 3 + w 4 4 3,063 43

44 Badanie Proctora Oznaczenie

45 Algorytm przeprowadzenia Badania Proctora Opis oznaczeń i wykorzystanych wzorów Oznaczenie wilgotności w[%] i gęstości ρ d [ g cm 3] 1. Pobranie i zważenie gruntu wraz z tarą ubiciu w formie Proctowa 2. Zważenie tary m 1 [g] masa gruntu wraz z tarą przed suszeniem m c [g] masa tary 3. Zważenie gruntu wraz z tarą po wysuszeniu m 2 [g] masa gruntu wraz z tarą po wysuszeniu 4. Obliczenie masy wody w gruncie 5. Obliczenie masy suchego gruntu 6. Obliczenie wilgotności m 1 m 2 [g]masa wody w gruncie m 2 m c [g] masa gruntu po wysuszeniu w i = m 1 m 2 m 2 m c 100 [%] wilgotność 7. Zważenie formy Proctora wraz z gruntem po ubijaniu m 1 [g] masa formy Proctora wraz z gruntem po badaniu m cf masa formy Proctora m m = m 1 m cf [g] masa gruntu po badaniu 8. Obliczenie gęstości objętościowej ρ = m m V [ g cm3] gęstość objętościowa 45

46 9. Obliczenie gęstości objętościowej szkieletu gruntowego 100 ρ ρ d = w [ g cm3] gęstość objętościowa szkieletu zagęszczonej próbki 10. Sporządzenie graficznej zależności ρ d (w i ) 11. Odczytanie wartości wilgotności optymalnej w opt i maksymalnej gęstości szkieletu zagęszczonej próbki ρ ds maksymalna gęstość szkieletu zagęszczonej próbki w opt wilgotność optymalna 46

47 Gęstość objętościowa szkieletu - g/cm3 Tab. 12Wyniki badań laboratoryjnych- Badanie Proctora I WYNIKI BADANIA Numer próby Oznaczenie wilgotności w [%] Numer parowniczki m1 [g] 117, 116, , 117, 126, 123,2 139, ,6 135,4 72 9, , ,6 mc [g] 66,6 70,2 73, 69,6 70,3 67,9 61, 65,37 70, ,97 70,06 69,51 m2 [g] 115, 115, 122, 114, 123, 118,1 132, ,5 128, , ,5 m1 m2 [g] 7,4 1,82 1,26 2,5 2,5 2,96 3,58 5,1 6,42 1 6,04 7,43 7,04 m2 mc [g] 49,2 45,4 53, 53,3 43,7 62,3 62, 55,2 52, ,6 57,98 56,01 [%] 11, 3,70 2,77 4,6 4,69 6,76 6,49 9,66 10,2 11,06 12,81 12,57 85 % % 4% % % % % 9% % % % % [%] 3,24% 4,66% 6,62% 9,98% 11,45% 12,69% w i = m 1 m 2 m 2 m c 100 w śr = w 1 + w 2 2 m1 [g] Oznaczenie gęstości ρd [g/cm 3 ] mm = m1 mc f ρ = m m V 100 ρ ρ d = w [g] [ g cm 3] [ g cm 3] 1,745 1,772 1,814 1,893 1,920 1,937 1,691 1,693 1,702 1,721 1,723 1,719 Wartości odczytane z wykresu ρ ds [ g cm 3] 1,723 w opt [%] 11,00% 1,73 1,725 Zależność gętości objętościowej szkieletu gruntowego w funkcji wilgotności gruntu- Proctor I 1,72 1,715 1,71 1,705 1,7 1,695 1,69 1, Wilgotność [%] Wyk. 5 Badanie Proctora I 47

48 Gęstość objętościowa szkieletu - g/cm3 Tab. 13 Wyniki badań laboratoryjnych- Badanie Proctora II WYNIKI BADANIA Numer próby Numer parowniczki Oznaczenie wilgotności w [%] m 1 [g] 122,8 m c [g] 69, 39 m 2 [g] 121,48 m 1 m 2 [g] 1,3 2 m 2 m c [g] 52, 09 % 2,5 w i = m 1 m m 2 m c 3% 118,5 65, ,25 1,2 5 51, 96 2,4 1% 125,96 69, ,72 2,2 4 54, 38 4,1 2% 119,48 56, ,04 2,4 4 60, 18 4,0 5% 111,08 70, 3 108,69 2,3 9 38, 39 6,2 3% 109,75 64, ,28 2,4 7 42, 69 5,7 9% 126,95 68, ,42 4,5 3 54, 05 8,3 8% 115,9 63, ,86 4,0 4 48, 63 8,3 1% 125, , , 5 118, , , 9 70,3 68,1 64,1 59,8 65,6 70, , 129, 119, 111, 135, 131, ,07 6,16 6,63 6,38 9,33 8,2 49,8 9 10,1 6% 61,3 5 10,0 4% 55,6 9 11,9 1% 52,1 5 12,2 3% 69,8 9 13,3 5% 61,6 6 13,3 0% w śr = w 1 + w 2 2 % 2,47% 4,09% 6,01% 8,34% 10,10% 12,07% 13,32% m 1 [g] Oznaczenie gęstości ρd [g/cm 3 ] m m = m 1 m c f [g] ρ = m m V 100 ρ ρ d = w [ g cm 3] [ g cm 3] 1,758 1,779 1,822 1,886 1,928 1,961 1,965 1,716 1,709 1,718 1,741 1,751 1,750 1,734 Wartości odczytane z wykresu ρ ds [ g cm 3] 1,752 w opt [%] 10,90% Zależność gętości objętościowej szkieletu gruntowego w funkcji wilgotności gruntu- Proctor II 1,755 1,75 1,745 1,74 1,735 1,73 1,725 1,72 1,715 1,71 1, Wilgotność [%] Wyk. 6 Badanie Proctora II 48

49 Gęstość objętościowa szkieletu - g/cm3 Tab. 14 Wyniki badań laboratoryjnych- Badanie Proctora III WYNIKI BADANIA Numer próby Oznaczenie wilgotności w [%] Numer parowniczki m 1 [g] 122, , , , , , , , , ,1 5 m c [g] 71,8 63,8 68,9 66,5 68,8 61,2 71,83 63,8 68,9 66, m 2 [g] 118, 110, 123, 119, 121, 126, 118,7 110, 123, 119, m 1 m 2 [g] 3,46 3,35 5,41 5,18 2,96 3,56 3,46 3,35 5,41 5,18 m 2 m c [g] 46,8 7 % 7,38 w i = m 1 m m 2 m c % 46,6 4 7,18 % 54,5 9 9,91 % 53,4 52,1 9 9,70 5,67 % % 65,1 2 5,47 % 46,87 46,6 4 7,38% 7,18 % 54,5 9 9,91 % 53,4 135,47 132,6 70,06 69,51 128,04 125,5 7,43 7,04 57,98 56,01 % 9,81% 11,13% 11,90% 12,91% 5,57% 7,28% w śr = w 1 + w 2 2 m 1 [g] ,70 % 12,81 % 12,57 % 23 Oznaczenie gęstości ρd [g/cm 3 ] m m = m 1 m c f [g] ρ = m m V 100 ρ ρ d = w [ g cm 3] [ g cm 3] 1,934 1,967 1,977 1,978 1,814 1,856 1,761 1,770 1,766 1,752 1,719 1,730 Wartości odczytane z wykresu ρ ds [ g cm 3] 1,77 w opt [%] 11,15% Zależność gętości objętościowej szkieletu gruntowego w funkcji wilgotności gruntu- Proctor III 1,78 1,77 1,76 1,75 1,74 1,73 1,72 1, Wilgotność [%] Wyk. 7 Badanie Proctora III 49

50 Gęstość objętościowa szkieletu - g/cm3 Tab. 15 Wyniki badań laboratoryjnych- Badanie Proctora IV WYNIKI BADANIA Numer próby Numer parowniczki Oznaczenie wilgotności w [%] m 1 [g] 130,82 m c [g] 72, 21 m 2 [g] 129,05 m 1 m 2 [g] 1,7 7 m 2 m c [g] 56, 84 % 3,1 w i = m 1 m m 2 m c 1% 113,89 43, ,81 2,0 8 68, 1 3,0 5% 125,43 69, ,55 2,8 8 53, 39 5,3 9% 127,92 64, ,71 3,2 1 60, 54 5,3 0% 122,96 67, ,34 3,6 2 51, 99 6,9 6% 113,8 66, ,96 0,8 4 46, 35 1,8 1% 119,06 70, ,24 0,8 2 47, 26 1,7 4% 130,82 72, ,05 1,7 7 56, 84 3,1 1% 113, , , , , , 9 43,7 69,1 64,1 67,3 65,6 70, , 122, 124, 119, 135, 131, ,08 2,88 3,21 3,62 9,33 8,2 68,1 53,3 9 3,05 5,39 % % 60,5 4 5,30 % 51,9 9 6,96 % 69,8 9 13,3 5% 61,6 6 13,3 0% w śr = w 1 + w 2 2 % 5,35% 7,01% 9,35% 11,71% 12,48% 1,77% 3,08% m 1 [g] Oznaczenie gęstości ρd [g/cm 3 ] m m = m 1 m c f [g] ρ = m m V 100 ρ ρ d = w [ g cm 3] [ g cm 3] 1,825 1,865 1,916 1,958 1,968 1,730 1,764 1,732 1,743 1,752 1,752 1,750 1,700 1,712 Wartości odczytane z wykresu ρ ds [ g cm 3] 1,753 w opt [%] 10,45% 1,76 1,75 1,74 1,73 1,72 1,71 1,7 Zależność gętości objętościowej szkieletu gruntowego w funkcji wilgotności gruntu- Proctor IV 1, Wilgotność [%] Wyk.8 Badanie Proctora IV 50

51 Gęstość objętościowa szkieletu - g/cm3 Tab. 16 Wyniki badań laboratoryjnych- Badanie Proctora V WYNIKI BADANIA Numer próby Numer parowniczki Oznaczenie wilgotności w [%] m 1 [g] 12 4,2 6 m c [g] 71, 38 m 2 [g] 12 3,3 5 m 1 m 2 [g] 0,9 1 m 2 m c [g] 51, 97 w i = m 1 m 2 m 2 m c 100 w śr = w 1 + w 2 2 % 1,7 5% 120, 57 65, , , 08 69, , , 23 70, , , 16 67, , , , 97 61,8 64, , , , , 91 70,2 72, , , , 19 62, , 7 139, 87 68, , , 33 69, , , 86 64, , , 65 73, , , , ,7 0,95 1,73 1,98 2,6 2,98 3,21 3,72 4,77 5,49 6,76 5,88 7,55 7,4 7,91 7,61 54,1 4 1,75 % 49,5 8 3,49 % 56,0 1 3,54 % 52,2 2 4,98 % 59,1 7 5,04 % 49,1 8 6,53 % 56,3 6 6,60 % 52,5 3 61,2 5 64,1 7 54,5 59,6 4 % 1,75% 3,51% 5,01% 6,56% 9,02% 10,66% 12,70% 13,48% 9,08 % 8,96 % 10,5 3% 10,8 % 12,7 % 58,0 6 12,7 % 129, 74 58,7 4 13,5 % 128, 13 56,4 3 13,5 % m 1 [g] Oznaczenie gęstości ρd [g/cm 3 ] m m = m 1 m c f [g] ρ = m m V 100 ρ ρ d = w [ g cm 3] [ g cm 3] 1,743 1,779 1,810 1,843 1,893 1,926 1,962 1,972 1,713 1,719 1,724 1,729 1,736 1,740 1,741 1,738 Wartości odczytane z wykresu ρ ds [ g cm 3] 1,741 w opt [%] 11,6% 1,745 Zależność gętości objętościowej szkieletu gruntowego w funkcji wilgotności gruntu- Proctor V 1,74 1,735 1,73 1,725 1,72 1,715 1, Wilgotność [%] Wyk.9 Badanie Proctora V 51

52 Gęstość objętościowa szkieletu - g/cm3 Tab. 17 Wyniki badań laboratoryjnych- Badanie Proctora VI WYNIKI BADANIA Numer próby Numer parowniczki Oznaczenie wilgotności w [%] m 1 [g] m c [g] 205, , , , , , , , , , ,02 m 2 [g] 98,3 104, 112, 86,3 90,7 109, 98,34 104, 112, 86,39 90, m 1 m 2 [g] 201, 196, 197, 196, 177, 196, 201,7 196, 197, 196,5 177, m 2 m c [g] 3,22 4,67 4,16 6,99 5,47 2,67 3,22 4,67 4,16 6,99 5,47 w i = m 1 m 2 m 2 m c 100 % 103, 45 92,8 4 84, , 2 86,8 3 87, ,4 5 92,8 4 84, ,2 86,83 % 3,11% 5,03% 4,90% 6,34% 6,30% 3,06% w śr = w 1 + w 2 2 m 1 [g] 4,96% 6,32% 9,67% 11,28% 12,21% 3,09% 132,6 69,51 125,5 7,04 56,01 12,57 % Oznaczenie gęstości ρd [g/cm 3 ] m m = m 1 m c f [g] ρ = m m V 100 ρ ρ d = w [ g cm 3] [ g cm 3] ,798 1,829 1,907 1,936 1,945 1,763 Wartości odczytane z wykresu ρ ds [ g cm 3] 1,741 w opt [%] 10.8% 1,745 Zależność gętości objętościowej szkieletu gruntowego w funkcji wilgotności gruntu- Proctor VI 1,74 1,735 1,73 1,725 1,72 1,715 1,71 1, Wilgotność [%] Wyk.10 Badanie Proctora VI 52

53 Tab. 18 Tabelaryczne zestawienie badań Proctora I- VI Oznaczenie W [%] ρ ds [ g cm 3] , ,9 1, ,15 1, ,45 1, ,6 1,741 M 10,8 1,741 ŚREDNIA 10,98 1,747 Do dalszych porównań i obliczeń przyjęto : w opt [%] = 10,98% ρ ds [ g g cm3] = 1,747 cm 3 53

54 Wyniki badań lekką płytą dynamiczną, gęstości objętościowej szkieletu gruntowego, wskaźnika zagęszczenia 54

55 Algorytm wyznaczania wartości tabelarycznych Algorytm wyznaczenia wartości średnich odkształceń, modułów dynamicznych odkształcenia podłoża gruntowego Wykonanie uderzeń lekką płytą dynamiczna, odczyt wartości Obliczenie wartości średniej odkształceń: s 1, s 2, s 3 odkształcenia podłoża [mm] s śr = 3 i=1 s i Odczyt wartości modułów dynamicznych odkształcenia podłoża E vd i moduł dymaniczny dla i tego miejsca badania [MPa] Obliczenie średniej wartości E vd śr, odrzut odbiegających wyników E vd śr = E vd i n i=1 n 3,, śrdnia wartość modułu dynamiczego dla określonego zagęszczenia [MPa] Algorytm wyznaczania gęstości objętościowej szkieletu gruntowego oraz ich średnich metodą pomiaru bezpośredniego 1.Pobór gruntu za pomocą cylindra z obszaru badawczego ( sześć cylindrów dla każdego z zagęszczeń) 2.Zważenie próbki wraz z tarą m 1 masa gruntu wraz z tarą [g] 3.Zważenie próbki suchej wraz z tarą m 2 masa gruntu suchego wraz z tarą [g] 4.Określenie masy tary- zważenie m c masa tary [g] 55