Jak określić wskaźnik zagęszczenia gruntu?

Wszystkie obiekty budowlane muszą być w jakiś sposób posadowione na gruncie. Dotyczy to zarówno domów jednorodzinnych, jak i wielkich inwestycji drogowych czy usypywanych wałów przeciwpowodziowych. Ponieważ masa powstających budowli jest na ogół znaczna, jednym z bardziej istotnych parametrów, jakie trzeba wyznaczyć przy realizacji inwestycji jest nośność gruntu, wpływająca na określenie masy obiektu, jaki może być na nim ustawiony, zachowując odpowiednią stabilność.

W stanie naturalnym każdy rodzaj terenu charakteryzuje się określonym stopniem zagęszczenia, który jednak często okazuje się dawać zbyt małą nośność. W takim przypadku grunt może zostać odpowiednio zagęszczony lub wymieniony. Dla sprawdzenia, czy zagęszczenie zostało przeprowadzone w sposób optymalny, a dany obszar jest prawidłowo przygotowany do realizowania dalszych prac, konieczne jest badanie zagęszczenia gruntu, potrzebne do obliczenia wskaźnika zagęszczenia gruntu. Jego wielkość pokazuje, czy osiągnął on wymaganą gęstość, czy też prace muszą być wykonywane dalej. Przyjrzyjmy się bliżej, dlaczego wskaźnik zagęszczenia gruntu jest tak ważny i zobaczmy, jak przeprowadza się jego badanie.

Dlaczego zagęszczenie gruntu ma znaczenie i od czego zależy?

Każdy grunt ma budowę trójfazową i składa się z fazy stałej, zawierającej cząstki stałe, czyli ziarna i cząstki różnych substancji mineralnych, fazy ciekłej, a zatem wody w postaci wolnej, gruntowej i wsiąkowej oraz związanej higroskopowej, a także błonkowatej otaczającej poszczególne ziarna minerałów, jak również fazy gazowej obejmującej powietrze, parę wodną i inne gazy. Wszystkie składniki tworzą razem porowatą strukturę, z pustkami powietrznymi powstałymi między cząstkami stałymi. W zależności od ich kształtu, wielkości oraz ułożenia mogą one być mniejsze lub większe. Duża ilość pustek oznacza glebę o wysokiej porowatości.

Składniki tworzące podłoże mogą być ułożone także w inny sposób, który sprawi, że pustki zostaną wyeliminowane, a cząstki stałe będą do siebie w większym stopniu przylegać. Taki stan może być uzyskany przy wyższym zagęszczeniu gruntu. W przypadku każdego składu podłoża istnieje jednak poziom, którego nie można przekroczyć, ze względu na fizyczne rozmiary cząstek stałych. Stan najwyższego możliwego do uzyskania stopnia zagęszczenia w danych warunkach to tzw. maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntu.

Podczas prowadzenia prac związanych z zagęszczeniem gruntu wykorzystuje się różne metody, które pozwalają na usunięcie z gruntu pustek powietrznych, a niekiedy również nadmiaru wody. W zależności od charakteru prowadzonej inwestycji korzysta się z zagęszczarek udarowych lub wibracyjnych, płyt wibracyjnych, ubijaków a przy większych powierzchniach, np. przy przygotowywaniu terenu pod budowę dróg, także różnych typów walców statycznych lub dynamicznych. Dla skontrolowania uzyskanego stopnia zagęszczenia i sprawdzenia, czy osiągnął on już zakładany w projekcie poziom, wykonuje się badanie pozwalające na obliczenie wskaźnika zagęszczenia gruntu.

Wskaźnik zagęszczenia gruntu oraz jego badanie i szacowanie

Wskaźnik zagęszczenia gruntu to stosunek gęstości objętościowej szkieletu gruntu w przygotowywanym podłożu do maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego. Do jego wyznaczenia konieczne jest poznanie obu tych wartości metodami empirycznymi. W tym celu konieczne jest poddanie badaniu dwóch próbek. W pierwszej z nich wyznacza się gęstość maksymalną, w drugiej gęstość osiągniętą podczas zagęszczania. Przy określaniu gęstości korzysta się z metody Proctora, która polega na wykorzystaniu aparatu, w którym grunt umieszczony w metalowym cylindrze jest ubijany ze ściśle określoną energią. Uzyskanie najwyższego możliwego zagęszczenia szkieletu gruntowego jest możliwe przy optymalnej wilgotności, którą w metodzie Proctora określa się doświadczalnie.

Określenie zagęszczenia gruntu może też być wykonywane za pomocą sondowania. W tym przypadku zagęszczenie jest określane na podstawie liczby uderzeń sondy, koniecznych do jej zagłębienia na 10 cm. Do pomiarów najczęściej jest wykorzystywana sonda dynamiczna lekka. Uderzenia są wykonywane przy pomocy urządzenia wyposażonego w młot o masie 10 kg opadający swobodnie na żerdzi i uderzający za pośrednictwem kowadła w żerdź zakończoną końcówką stożkową. Uzyskane wyniki pozwalają na wyliczenie potrzebnych przybliżonych wartości.

Kontrolę zagęszczenia gruntu można przeprowadzać także przy wykorzystaniu lekkiej płyty dynamicznej. Pozwala ona na szybki pomiar odkształcenia gruntu, które występuje po jej obciążeniu. Uzyskane rezultaty pozwalają na wyliczenie na podstawie opracowanych korelacji wartości przybliżonego zagęszczenia gruntu.

Warto pamiętać, że metodą pozwalającą na bezpośrednie wyliczenie wskaźnika zagęszczenia gruntu jest przeprowadzenie badania metodą Proctora. Pozostałe metody, tj. sondowanie gruntu i badanie lekką płytą dynamiczną pozwalają na określenie jego wartości przybliżonej wyliczanej na bazie opracowanych współczynników. W wielu przypadkach otrzymane w ten sposób rezultaty mogą się jednak okazać wystarczające.

Jak określić wskaźnik zagęszczenia gruntu?