Oznaczenie wilgotności naturalnej, granic konsystencji, stopnia plastyczności oraz wskaźnika plastyczności.

1. Wstęp

Przez pojęcie wilgotności rozumie się stosunek masy wody zawartej w danej próbce gruntu do masy tej próbki wysuszonej w temperaturze 105-110 ^oC, wyrażony w procentach:

m_w

w = -----⋅100

m_s

gdzie:

w - wilgotność, %

m_w - masa wody, g

m_s - masa gruntu suchego, g

Wilgotność jest czynnikiem kształtującym wiele fizyczno-mechanicznych właściwości gruntów, zwłaszcza gruntów spoistych i zmienność jej będzie powodowała znaczną zmienność tych właściwości.

Poza samą charakterystyką naturalnej zawartości wody w gruncie parametr wilgotności jest niezbędny przy wyznaczaniu innych właściwości gruntu, a zwłaszcza składu granulometrycznego metodami sedymentacyjnymi, konsystencji gruntu, porowatości gruntu, gęstości objętościowej szkieletu gruntowego itp.

2. Oznaczanie wilgotności

Sprzęt pomocniczy

• naczyńka wagowe lub krystalizatory,

• waga laboratoryjna.

Przebieg oznaczenia

1. Zważyć puste, wysuszone i ochłodzone naczynka wagowe (razem z przykrywkami) z dokładnością do 0,01 g (m_t)

2. Próbkę gruntu przeznaczoną do badania wilgotności umieszcza się w zważonym naczynku i waży z taką samą dokładnością (m_mt). Badanie przeprowadza się zawsze dla dwóch próbek tego samego gruntu. Dla gruntów spoistych bierze się próbkę o masie około 30 g, natomiast dla gruntów sypkich co najmniej 50 g.

3. Zważoną próbkę wstawia się do suszarki i suszy w temp. 105-110 ^oC do stałej masy. Po wysuszeniu próbkę waży się i ponownie wstawia do suszarki na 1 godzinę. Po godzinnym suszeniu próbkę waży się ponownie. Jeśli uzyskane wyniki z dwóch ważeń są jednakowe, można uznać, że próbka została wysuszona do stałej masy (m_st)

3. Obliczanie wyników

Wilgotność gruntu oblicza się ze wzoru:

m_mt - m_st

w = ------------___100%

m_st - m_t

gdzie:

w - wilgotność, %

m_mt - masa naczynka z gruntem wilgotnym, g

m_st - masa naczynka z gruntem suchym, g

m_t - masa naczynka pustego, g Jako wynik ostateczny przyjmuje się średnią arytmetyczną wartości z dwóch oznaczeń, jeśli różnica uzyskanych wartości nie przekroczy 5% wartości średniej.

4. Granica plastyczności W_p: jest to wilgotność jaką ma grunt na granicy stanu twardo

plastycznego i półzwartego, przy której wałeczek uformowany z gruntu pęka w czasie

wałeczkowania po osiągnięci średnicy 3mm.

m_mt - m_st Wp = ----------* 100%

m_st - m_t

gdzie:

m_mt - masa gruntu o wilgotności po wałeczkowaniu [g],

m_st - masa gruntu wysuszonego w temperaturze 105-1100C [g],

Sposób postępowania:

• z danego gruntu uformować 7mm kulkę,

• uformowaną kulkę rozwałeczkować do wałeczka o grubości ok. 3mm,

• czynność powtarzać tak długo aż wałeczek nie zacznie pękać.

5. Oznaczenie granicy płynności w_L

Przyrządy:

a. aparat Casagrande'a

b. 5 parowniczek,

c. waga,

d. suszarka,

e. parownica,

f. nóż.

Rys. 1. Schemat aparatu Casagrande'a:1 - podstawa, 2 - miseczka na grunt, 3 - korbka, 4 - rylec.

Wykonanie oznaczenia:

• - z próbki gruntu przeznaczonej do badania usunąć ziarna większe niż 2 mm, a następnie wymieszać grunt z niewielką ilością wody w celu uzyskania jednorodnej pasty gruntowej;

• - zważyć 5 pustych parowniczek - m_t1, m_t2, m_{t3, ,} m_{t4, ,} m_t5;

• - pastę gruntową nakładać rozprowadzić w miseczce aparatu Casagrande'a (Rys.2a); miseczka wraz z pastą gruntową powinna ważyć 210 ± 1 g;

• - w paście gruntowej wykonać bruzdę (Rys.2b);

• - miseczkę umieścić w aparacie i obracać korbą z prędkością ok. 2 obrotów/sekundę do momentu złączenia się brzegów bruzdy na długości 10 mm i wysokości 1 mm licząc ilość uderzeń miseczki o podstawę aparatu;

• - po zejściu się brzegów bruzdy notujemy ilość uderzeń, a do zważonej parowniczki pobieramy próbkę pasty m_mti w celu określenia jej wilgotności - w_i,

• - punkty 3 ÷ 6 należy powtórzyć co najmniej trzykrotnie dla pasty o różnej wilgotności.

Pasta gruntowa powinna być tak przygotowana, aby ilość uderzeń mieściła się w przedziale 12 ÷ 35.

Rys.2. Aparat Casagrande'a: a - rozprowadzenie pasty w miseczce, b - wykonanie bruzdy w paście gruntowej

Schemat obliczeniowy

1. Obliczyć wilgotność kolejnych próbek pasty gruntowej w_i

Rys.1. Przykładowy wykres zależności uderzeń w aparacie Casagrande'a

od wilgotności gruntu

Różnicę między granicą plastyczności i granicą płynności nazywamy wskaźnikiem plastyczności I_P.

I_P = w_L - w_P [%]

gdzie: w_L - wartość granicy plastyczności [%]; w_p - wartość granicy płynności [%].

Wskaźnik plastyczności określa ile wody w procentach (w stosunku do masy szkieletu gruntowego) wchłania grunt przy przejściu ze stanu półzwartego w stan płynny.

TABELA 1 Podział gruntów wg spoistości

Rodzaj gruntu	Wskaźnik plastyczności
niespoisty	IP<1%
spoisty	IP > 1%
mało spoisty	1% < IP < 10%
średnio spoisty	10% < IP<20%
zwięzło spoisty	20% < IP < 30%
bardzo spoisty	30% < Ip

Znając granice konsystencji w_P, w_L oraz wilgotność naturalną w_n danej próbki gruntu można wyznaczyć stopień plastyczności I_L, który pozwala ustalić stan gruntu spoistego.

gdzie: w_n - wilgotność naturalna [%]

w_L - granica plastyczności [%];

w_p - granica płynności [%].

TABELA 2

Podział gruntów spoistych ze względu na stan gruntu

Stan gruntu	Symbol	Stopień plastyczności	Wilgotność gruntu w stosunku do granic konsystencji
Zwarty Półzwarty	zw pzw	Il < 0 Il<0	W <Ws WS <W < Wp
Twardoplastyczny Plastyczny Miękkoplastyczny	tpl pl mpl	0<IL < 0,25 0,25<IL < 0,50 0,50</L < 1,00	Wp <w < WL

Płynny pł 1,00<I_L w_L <w

Mając oznaczoną wilgotność naturalną oraz wartości poszczególnych granic, można wyznaczyć stan, w jakim znajduje się dany grunt. Można wykonać to dwoma sposobami:

• przez ustalenie wartości stopnia plastyczności gruntu I_L,

• przez ustalenie wskaźnika plastyczności I_p .

Stopień plastyczności (I_L) wyznacza się ze wzoru:

I_l =

gdzie:

w_n - wilgotność naturalna, %

w_p - granica plastyczności, %

w_L - granica płynności, %

Jeśli stopień plastyczności jest mniejszy od 0, grunt znajduje się w stanie zwartym lub półzwartym.

Jeżeli stopień plastyczności jest większy od 0, stan gruntu określa się w zależności od jego wartości:

0 < I_L < 0,25 0,25 < I_L < 0,50 0,50 < I_L < 1,00 1,00 < I_L

stan twardoplastyczny stan plastyczny stan miękkoplastyczny stan płynny

---