Wszystko o badaniach zagęszczenia gruntu

Zagęszczanie jest to proces technologiczny prowadzący do zwiększenia gęstości objętościowej gruntu, czego skutkiem jest poprawa innych właściwości, a w szczególności:

• zmniejszenie porowatości,
• zwiększenie nośności,
• zwiększenie wytrzymałości na ścinanie,
• zmniejszenie wrażliwości na wodę i mróz,
• zmniejszenie wodoprzepuszczalności.

W odniesieniu do gruntów budowlanych używa się także pojęcia zagęszczalności, rozumianej jako zdolność gruntu do uzyskiwania maksymalnej możliwej gęstości objętościowej szkieletu, w zależności od użytej energii zagęszczania, sposobu jej użycia, rodzaju gruntu i jego wilgotności. Zagęszczalność gruntów określa się za pomocą powszechnie stosowanego w praktyce drogowej badania Proctora, zgodnie z normą PN-88/B-04 481.

Wiadomo, że luźno usypany grunt na skutek ciężaru własnego i oddziaływań zewnętrznych, spowodowanych zarówno kolejnymi warstwami układanego gruntu, jak też ruchem budowlanym i ruchem drogowym, zacznie się w naturalny sposób zagęszczać. Zagęszczanie będzie powodowało osiadanie podłoża gruntowego, a w konsekwencji całej konstrukcji. Podstawowym celem procesu zagęszczania gruntu jest zwiększenie gęstości objętościowej i zmniejszenie porowatości gruntu, co w czasie eksploatacji budowli ziemnej przekłada się na wyeliminowanie osiadań i deformacji obiektu budowlanego, w naszym przypadku drogi, mostu, przepustu.

Ocena zagęszczenia – metody

Zgodnie z normą BN-77/8931-12 w celu oceny zagęszczenia gruntu w budowlach komunikacyjnych należy określić jego wskaźnik zagęszczenia Is. Zgodnie z definicją wskaźnik zagęszczenia jest to stosunek stwierdzonej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego w budowli ziemnej do maksymalnej gęstości objętościowej tego szkieletu oznaczonej według PN-88/B-04481 (według metody Proctora):

d_s.– maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntowego określona w laboratorium przy określonej energii zagęszczania (dla normalnej próby Proctora 0,59 J/cm sześc.)

Is = d/ds

gdzie:

Is – wskaźnik zagęszczenia,

d – gęstość objętościowa szkieletu gruntowego w terenie

Zgodnie z zapisami normy wskaźnik zagęszczenia może być wyznaczony przy użyciu:

• objętościomierza (wolunometru) piaskowego,
• objętościomierza (wolunometru) wodnego,
• wciskanego cylindra lub pierścienia.

Zgodnie z normą PN-S-02205:1998, załącznik B zagęszczenie może być także określone poprzez wyznaczenie wskaźnika odkształcenia:

I0 = E2/E1

gdzie:

I0 - wskaźnik odkształcenia

E2 - wtórny moduł odkształcenia

E1 – pierwotny moduł odkształcenia

W praktyce drogowej stosowane jest także wyznaczanie zagęszczenia gruntu za pomocą sondy dynamicznej, zgodnie z normą PN-B-04 452:2002. Na podstawie liczby uderzeń sondy przypadającej na 10 cm wpustu, można obliczyć stopień zagęszczenia gruntu podłoża.

Ostatnio coraz częściej stosuje się także płytę dynamiczną, której podstawową wadą jest jednak brak podstaw prawnych do jej zastosowania. Najważniejszą zaś zaletą jest szybkość prowadzonych badań i ich prostota. Przy pomocy tego urządzenia jesteśmy w stanie z dużą częstotliwością sprawdzić całość prowadzonych prac bez angażowania dodatkowych ludzi i sprzętu, poza tymi, którzy wykonują samo badanie.

Objętościomierz piaskowy

Na fotografi ach 1 i 2 pokazano objętościomierze piaskowe. Jak widać poniżej, te proste urządzenia składają się z:

• butelki (pojemnika) plastikowej na piasek kalibrowany,
• zaworu,
• odwróconego stożka,
• podstawy.

Do oznaczenia wskaźnika zagęszczenia przy pomocy objętościomierza piaskowego potrzebny jest naturalny, przemyty i wysuszony, jednofrakcyjny piasek kalibrowany o uziarnieniu 1/2 lub 0,5/1, bez zawartości nadziarna. Dla takiego piasku należy wcześniej wyznaczyć gęstość nasypową. Trzeba także wyznaczyć objętość odwróconego stożka będącego integralną częścią objętościomierza piaskowego (jednak może być ona inna dla każdego typu objętościomierza i każdego producenta).

Tok postępowania w czasie badania wygląda następująco:

• ustawienie podstawy objętościomierza na wyrównanej powierzchni badanego gruntu lub kruszywa;
• wybranie gruntu lub kruszywa z otworu na środku podstawy objętościomierza (kształt wybranego dołka powinien być w miarę regularny i zwarty); należy pobrać około 1 dm sześc. materiału;
• zapakowanie wybranego materiału do zamkniętego pojemnika lub foliowego worka;
• ustawienie całego zestawu objętościomierza na podstawie;
• otwarcie zaworu spustowego i wypełnienie piaskiem wybranego wcześniej dołka wraz z objętością odwróconego stożka;
• określenie masy piasku zużytego do badania;
• obliczenie objętości wykonanego dołka;
• zważenie pobranego materiału i określenie jego wilgotności;
• obliczenie gęstości objętościowej szkieletu gruntowego;
• obliczenie wskaźnika zagęszczenia.

W czasie wyznaczania objętości dołka po pobranym materiale należy pamiętać, że piasek oprócz dołka wypełnia także odwrócony stożek, więc masę piasku, jaka wypełnia tę przestrzeń, należy odjąć od całego piasku, jaki został zużyty do wykonania badania.

Dla ułatwienia pomiarów warto mieć w pojemnikach (butelkach) przygotowaną stałą masę piasku kalibrowanego, od której odejmuje się masę piasku, wypełniającego odwrócony stożek, a następnie masę piasku, jaki wypełnia wykonany wcześniej dołek. Należy pamiętać, że aby obliczyć wskaźnik zagęszczenia, należy jednocześnie pobrać większą próbkę materiału do badania Proctora, w celu wyznaczenia maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego, zgodnie z normą.

Objętościomierz wodny

Na fotografi i 3 pokazano objętościomierze wodne. Pewną odmianą objętościomierza wodnego jest