Badanie Proctora i wskaźnik zagęszczenia gruntu

Badanie Proctora pozwala wyznaczyć przede wszystkim wilgotność optymalną oraz maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego. Na ich podstawie, w połączeniu z pomiarem gęstości gruntu zagęszczonego w terenie, określa się wskaźnik zagęszczenia.

W praktyce przygotowuje się kilka próbek tego samego gruntu, różniących się zawartością wody. Każdą próbkę umieszcza się w formie i zagęszcza w określony, powtarzalny sposób. Następnie oznacza się jej wilgotność i gęstość. Na tej podstawie sporządza się krzywą zagęszczania.

Z krzywej odczytuje się dwa podstawowe parametry:

• wilgotność optymalną – zawartość wody, przy której grunt osiąga największą suchą gęstość,
• maksymalną suchą gęstość objętościową – maksymalną wartość gęstości uzyskaną w warunkach danego badania.

Parametry te stanowią później punkt odniesienia podczas kontroli zagęszczenia na budowie.

Gdzie i w jakim celu wykonuje się badanie Proctora?

Badanie Proctora wykonuje się przede wszystkim w laboratorium geotechnicznym lub laboratorium badań materiałów budowlanych. Jego wyniki są następnie wykorzystywane podczas wykonywania i kontroli robót ziemnych.

Badanie Proctora ma zastosowanie m.in. przy:

• budowie dróg i autostrad,
• wykonywaniu nasypów drogowych i kolejowych,
• budowie placów i parkingów,
• wykonywaniu zasypek wykopów,
• przygotowaniu podłoża pod fundamenty,
• wykonywaniu podbudów i warstw konstrukcyjnych,
• budowie wałów i innych nasypów ziemnych,
• rekultywacji i wykonywaniu składowisk,
• kontroli jakości robót ziemnych.

W dokumentacji technicznej wyniki badania Proctora stanowią punkt odniesienia dla kontroli zagęszczenia gruntu w terenie. Laboratoryjna krzywa zagęszczania służy do określenia maksymalnej suchej masy objętościowej i wilgotności optymalnej, natomiast pomiary terenowe pozwalają sprawdzić, czy materiał zagęszczony na budowie spełnia wymagania.

Jakie urządzenia są potrzebne do badania Proctora?

Podstawowe wyposażenie wykorzystywane w badaniu Proctora obejmuje następujące sprzęty:

Forma Proctora

Jest to metalowy cylinder o określonej objętości, wyposażony w podstawę i pierścień przedłużający. Do formy wprowadza się kolejne warstwy gruntu.

Ubijak Proctora

Metalowy ubijak o określonej masie, zrzucany z ustalonej wysokości. Parametry ubijaka zależą od przyjętej metody badania.

Dla przykładu w metodzie ASTM D698 standardowy ubijak ma masę około 2,5 kg i jest zrzucany z wysokości 305 mm, natomiast metoda zmodyfikowana ASTM D1557 wykorzystuje znacznie większą energię zagęszczania.

Waga laboratoryjna

Służy do dokładnego określenia masy próbki i pojemnika.

Suszarka laboratoryjna

Wykorzystywana jest do oznaczenia wilgotności gruntu poprzez wysuszenie próbki i porównanie jej masy przed oraz po wysuszeniu.

Sita laboratoryjne

Służą do przygotowania materiału o odpowiednim uziarnieniu. W zależności od zastosowanej metody badawczej mogą być wymagane odpowiednie korekty dotyczące frakcji grubych. ASTM D698 zwraca uwagę, że obecność nadziarna może wymagać odpowiednich korekt wyników.

Wyposażenie pomocnicze

Stosuje się również:

• mieszadła i pojemniki,
• łopatki,
• pojemniki do oznaczania wilgotności,
• suwmiarkę lub inne przyrządy pomiarowe,
• urządzenia do mechanicznego zagęszczania próbek,
• przyrządy do pobierania i przygotowywania próbek.

Jak przebiega badanie Proctora?

W uproszczeniu badanie Proctora składa się z następujących etapów:

• Przygotowanie reprezentatywnej próbki gruntu.
• Przygotowanie kilku próbek o różnej wilgotności.
• Umieszczenie każdej próbki w formie Proctora.
• Zagęszczenie gruntu określoną liczbą uderzeń ubijaka.
• Pomiar masy i oznaczenie wilgotności.
• Obliczenie suchej gęstości gruntu.
• Sporządzenie krzywej zagęszczania.
• Wyznaczenie wilgotności optymalnej oraz maksymalnej suchej gęstości objętościowej.

Czym jest wskaźnik zagęszczenia?

Badanie Proctora określa warunki referencyjne w laboratorium. Aby sprawdzić jakość zagęszczenia na budowie, wykonuje się pomiar gęstości gruntu w terenie i porównuje go z wartością uzyskaną w laboratorium.

Służy do tego wskaźnik zagęszczenia.

Wyznacza się go, dzieląc suchą gęstość gruntu zmierzoną w terenie przez maksymalną suchą gęstość określoną w badaniu Proctora.

Jak interpretować wielkość wskaźnika zagęszczenia?

Wskaźnik zagęszczenia informuje, jak dobrze zagęszczono grunt w stosunku do wartości referencyjnej uzyskanej w laboratorium. Im wyższy wskaźnik, tym większe zagęszczenie materiału względem maksymalnej wartości określonej dla danej metody.

Nie ma jednak jednej uniwersalnej wartości wymaganej dla wszystkich robót. Wymagany poziom zagęszczenia określa projekt, specyfikacja techniczna lub odpowiednia norma i zależy m.in. od rodzaju oraz przeznaczenia warstwy.

Jeżeli wynik jest zbyt niski, konieczne może być ponowne zagęszczenie warstwy, korekta jej wilgotności albo zastosowanie innego materiału lub technologii.

Wpływ wyników badania Proctora na decyzje budowlane

Wyniki badania Proctora mają bezpośrednie znaczenie dla organizacji robót ziemnych.

Dobór wilgotności

Znając wilgotność optymalną wykonawca może określić, czy materiał przed zagęszczeniem wymaga:

• dodania wody,
• przesuszenia,
• mieszania,
• pozostawienia do naturalnego odparowania wilgoci.

Dobór sprzętu

Wyniki pomagają również dobrać sposób zagęszczania. W zależności od rodzaju gruntu mogą być stosowane m.in.:

• walce statyczne,
• walce wibracyjne,
• walce okołkowane,
• zagęszczarki płytowe,
• ubijaki mechaniczne.

Dobór sprzętu i liczby przejść powinien wynikać nie tylko z badania Proctora, lecz także z rodzaju gruntu, grubości warstwy i wymagań projektowych.

Określenie grubości warstw

Zbyt gruba warstwa może być trudna do skutecznego zagęszczenia na całej swojej głębokości. Dlatego wyniki kontroli zagęszczenia mogą prowadzić do zmniejszenia grubości pojedynczych warstw i zwiększenia liczby etapów zagęszczania.

Akceptacja lub odrzucenie robót

Jeżeli uzyskany w terenie wskaźnik zagęszczenia nie osiąga wartości wymaganej w projekcie lub specyfikacji, dana warstwa może zostać nieodebrana do czasu wykonania działań naprawczych.

Ocena przydatności gruntu

Jeżeli podczas robót okazuje się, że grunt bardzo trudno osiąga wymagany stopień zagęszczenia, może być konieczne rozważenie jego:

• stabilizacji,
• wymieszania z innym materiałem,
• osuszenia,
• ulepszenia spoiwem,
• częściowej lub całkowitej wymiany.

Badanie Proctora i wskaźnik zagęszczenia są więc ważnymi elementami kontroli jakości robót ziemnych. Sam wysoki wskaźnik zagęszczenia nie oznacza jednak, że grunt jest odpowiedni do każdego zastosowania – o przydatności decydują również inne jego właściwości, takie jak uziarnienie, plastyczność, nośność czy warunki wodne.

Poznaj firmy z działu laboratoria i doradztwo.

Fot. numo.pl