Zagęszczenie gruntów niespoistych, zarówno w stanie naturalnym, jak też sztucz­nie zagęszczonych mierzy się stopniem zagęszczenia ID, który jest miarą wzajemnego upakowania (ułożenia) ziaren w odniesieniu do stanu najbardziej luźnego i naj­bardziej zagęszczonego.  Stopień zagęszczenia gruntu ID jest to stosunek zagęszczenia istniejącego w naturze do zagęszczenia maksymalnego możliwego do uzyskania w warunkach laboratoryjnych.


Fot. 1. Aparat do oznaczania ρdmin, ρdmax  : cylinder z tłokiem i widełki

 

Stopień zagęszczenia oblicza się wg wzorów:

 

w których:

  •    e, emax, emin – wskaźnik porowatości gruntu, odpowiednio w stanie naturalnym, najbardziej luźnym i najbardziej zagęszczonym,
  •    ρd, ρdmin, ρdmax  - gęstość szkieletu gruntowego w stanach jak wyżej.

Grunt jest w stanie zagęszczenia :

  •  luźny (ln), jeżeli ID ≤ 0,33,
  •  średnio zagęszczony (szg), gdy 0,33 <  ID  ≤ 0,67 i
  •  zagęszczony (zg), jeśli ID >0,67  (wg PN/B-03020: 1981).

Tab. 1.  Klasyfikacja zagęszczenia gruntów gruboziarnistych wg PN-EN ISO 14 688

 

Badania laboratoryjne i polowe prowadzone na odcinkach doświadczalnych wykazały, że od dobrego zagęszczenia gruntów zależy ich nośność i stateczność, a w przypadku gruntów spoistych także większa odporność na działanie wody i mrozu. Od ich wyników zależy też decyzja o ewentualnym sposobie wzmocnienia/ulepszenia podłoża lub jego doziarnienia względnie wymiany. Dlatego też ustalenie stanu gruntów niespoistych jest niezbędnym elementem każdego projektu.
W praktyce inżynierskiej metody badań zagęszczenia i zagęszczalności gruntu należy podzielić na:

  • laboratoryjne - polegające na wyznaczeniu metodami ubijania mak­symalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego ρds i wilgotno­ści optymalnej wopt gruntu,
  • polowe - bezpośrednie i pośrednie metody wyznaczenia miar zagęsz­czenia gruntu w  warunkach budowy - in situ.

Miarami zagęszczenia gruntów używanymi w Polsce najczęściej są:

  • stopień zagęszczenia ID  traktowany jako identyfikator stanu fizycznego nie­spoistych gruntów nienaruszonych,
  • wskaźnik zagęszczenia Is sztucznie zagęszczanych gruntów spoistych i nie­spoistych.

Stan gruntów naturalnych niespoistych określa się na podstawie stopnia zagęszczenia ID. Wyznaczenie miar zagęszczenia należy podzielić przede wszystkim na me­tody bezpośrednie i pośrednie.

  • Metody bezpośrednie polegają na wyznaczeniu gęstości objętościo­wej szkieletu gruntowego ρd na podstawie pomiaru in situ gęstości ob­jętościowej gruntu ρ i porównaniu wyników liczbowych z wartością maksymalną gęstości objętościowej ρds wyznaczoną w warunkach la­boratoryjnych.


Rys.1.  Metody bezpośredniego pomiaru gęstości objętościowej gruntu ρ.

 

  • Metody pośrednie polegają na wyznaczeniu stopnia zagęszczenia gruntu ID lub wskaźnika zagęszczenia Is za pomocą badań, na podstawie których wyznaczane są parametry geotechniczne, służące później do obliczenia miar zagęszczenia.

Przykładowymi parametrami pośrednimi określenia miar zagęszczenia są np. moduły sztywności podłoża E2 i E1, moduł dynamiczny odkształcenia podłoża Evd lub liczba uderzeń wpędu sondy na 10 cm (N10). Na schemacie poni­żej przedstawiono metody bezpośrednie i pośrednie wyznaczania miar zagęsz­czenia.


Rys. 2.   Metody bezpośrednie i pośrednie wyznaczania miar jakości zagęsz­czenia.

 

Wybór metody badania zagęszczenia gruntów uwarunkowany jest przede wszystkim od rodzaju gruntu i w zależności od niego należy dobrać odpowied­nią metodę badawczą. W przypadku gruntów gruboziarnistych piaszczystych możliwe jest zastosowanie wszystkich metod badawczych zarówno bezpośred­nich, jak i pośrednich. Problem pojawia się natomiast w przypadku badania materiałów zasypowych o frakcjach żwirowych, tzn. powyżej 2 mm.     
W tym przypadku możliwe do zastosowania są metody:

  • bezpośrednie laboratoryjne: np. metoda Proctora,
  • bezpośrednie polowe: np. metoda piasku kalibrowanego,
  • pośrednie polowe: badanie płytą VSS i badanie płytą dynamiczną.

Zastosowanie metod bezpośrednich jest procesem długotrwałym i trudnym do szybkiego weryfikowania prawidłowości zagęszczenia w warunkach budo­wy, gdzie najistotniejsza jest możliwość szybkiej oceny prawidłowości wbudo­wania materiału ziemnego. W celu przyspieszenia realizacji oraz ułatwienia badań polowych stosuje się obecnie w przypadku materiałów gruboziarnistych odpowiadających frakcjom żwirowym dwie podstawowe metody badań polo­wych: badanie płytą typu VSS i badanie płytą dynamiczną.


Fot. 2. Sonda wbijana

 


Rys. 3. Końcówki stożkowe stosowane do sond wbijanych

 


Rys. 4. Wykres sondowania gruntu sondą DPL

 


Fot. 3. Sondowanie  sondą CPT

 

 


Fot. 4. Końcówka pomiarowa i żerdzie co sondy CPT


Rys. 5. Wykres sondowania  z badań polowych sondą CPT