Stopień zagęszczenia czy wskaźnik zagęszczenia? - lekcja przypomnienia 1

Przy okazji pobytu na budowach, często jestem pytany o rónego rodzaju definicje i wzory dotyczące problemów geotechnicznych, które występują na co dzień w pracy inżyniera budowy. Zagadnienia te przerabiane w czasie studiów zostały zapomniane i teraz wymagają przypomnienia.

Często w praktyce mylony jest wskaźnik zagęszczenia i stopień zagęszczenia gruntu. Jak rozróżnić te dwie wielkości?

Stopień zagszczenia oznaczony symbolem I_D wyraża naturalny stan gruntu. Wyróżnia się piaski (pospółki czy żwiry) luźne gdy I_D <= 0.33, średniozagszczone gdy 0.33 < I_D <= 0.67 i zagęszczone gdy I_D > 0.67.

W dokumentach geotechnicznych w których przedstawia się obraz naturalny gruntów podaje się stopień zagęszczenia. Wielkość ta charakteryzuje grunty utworzone i złożone przez naturę.

Wskaźnik zagęszczenia oznaczony symbolem Is informuje jak został zagęszczony grunt wbudowany w podłoże. Wskaźnik ten oznacza się tylko dla gruntów nasypowych, czyli tworzonych przez człowieka.

Wartość wskaźnika zagęszczenia wyznacza się wedug zależności: Is = ρd/ρd max. Podane we wzorze dwie gęstości objętościowe szkieletu gruntowego określa się w badaniach laboratoryjnych. Gęstość znajdujca się w mianowniku oznaczona jest w trakcie badania Proctora. Podczas tego badania próbka gruntu jest ubijana w cylindrze. Ta sama próbka zagęszczana jest przy różnych wilgotnościach. Badanie pozwala wykreślić krzywą zależności gęstości objętościowej od wilgotnoci.

Z wykresu odczytuje się dmax - maksymalną wartość gęstości objętościowej szkieletu gruntowego, która odpowiada wilgotności optymalnej. Tak nazwano wilgotność przy której otrzymuje się maksymalne zagęszczenie gruntu.

Należy o tym pamiętać, gdyż niezmiernie często zdarza się, że zagęszczany grunt jest zbyt wysuszony. Przy małej wilgotności odpowiednie zagęszczenie gruntu jest bardzo trudne do uzyskania.

W liczniku podanego wzoru znajduje się gęstość objętościowa szkieletu gruntowego próbki pobranej w terenie w miejscu gdzie wykonano zagęszczenie. W projekcie przygotowanym dla celów budowy powinna znaleźć się wartość wskaźnika zagęszczenia.

Gdy układamy grunt podbudowy drogowej czy placu parkingowego, gdy przeprowadzamy wymianę gruntu lub gdy zasypujemy wykop po ułożeniu kanalizacji musimy wiedzieć jaki jest wymagany wskaźnik zagęszczenia. Zazwyczaj mieści się on w przedziale Is = 0.94 - 1.00.

Jak sprawdzić czy dany grunt został prawidłowo zagęszczony? Praktycznie stosowane są trzy metody.

1. Metoda badań laboratoryjnych

W terenie pobiera się próbki gruntu cylindrem o znanej objętości. Ilość pobranych próbek zależna jest od powierzchni prowadzonej budowy. W laboratorium przeprowadza się badanie Proctora i określa gęstość maksymalną i naturalną szkieletu gruntowego pobranych próbek. Z podanego powyżej wzoru określa się wskaźnik zagęszczenia.

2. Sondowanie gruntu

Wskaźnik zagęszczenia można także określić sondując podłoże. Najbardziej rozpowszechnione jest sondowanie sondą lekką. W zasadzie sonda lekka służy do określenia stopnia zagęszczenia, ale znając wartość stopnia zagęszczenia możemy określić wskaźnik zagęszczenia korzystając z empirycznego wzoru opracowanego przez Stanisława Pisarczyka.

W zasadzie nie powinno się określać sondą wskaźnika zagęszczenia powierzchniowych warstw gruntu (do głębokości 0.5 m), choć niektórzy geotechnicy tak postępują korzystając ze wzorów korekcyjnych podanych w ksąiżce Zarys geotechniki Zenona Wiuna.

3. Badanie lekką płytą dynamiczną

Nowoczesna metoda do szybkiego określenia wskaźnika zagęszczenia. Badanie przeprowadza się w terenie. Obciażana dynamicznie płyta przy pomocy wbudowanych czujników pozwala zmierzyć dynamiczny moduł odkształcenia gruntu na podstawie którego można bezporednio okreli wskanik zagszczenia. Pomiar trwa kilkadziesiąt sekund. Lekką płytą do badań dynamicznych można kontrolować zagęszczenie podłoża do głębokości 0,3 metra. Głębiej położone warstwy bada się wykonując próbne wykopy.

Badania lekką płytą stają się coraz bardziej powszechne. Urządzenie to produkowane w Niemczech wykorzystywane jest na budowach autostrad, dróg kolejowych i innych placach budów.

Podsumowanie

Jaki grunt stosować na podbudowy, czy przy wymianie gruntu? Za każdym razem trzeba przeprowadzić laboratoryjne badania gruntu, które pozwolą określić jego przydatność. W laboratorium przeprowadza się badanie uziarnienia i opisane powyżej badanie Proctora. Znając krzywą uziarnienia możemy obliczyć wskaźnik różnoziarnistości gruntu oznaczany symbolem U. Wskaźnik ten oblicza się korzystając ze wzoru U = d60/d10

d10 i d60 to tak zwane średnice miarodajne, które odczytuje się z krzywej uziarnienia. Im większa wartość wskaźnika różnoziarnistości, tym większa przydatność gruntu do zagęszczenia. Przyjmuje się, że grunt nadaje się do zagęszczenia gdy wskaźnik różnoziarnistości przekracza wartość U = 4.

Mam nadzieję, że podane informacje pozwolą swobodniej poruszać się inżynierom na placach budów.