Politechnika Wrocławska Studia magisterskie dzienne

Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Rok akademicki 2007/2008

Instytut Geotechniki i Hydrotechniki Rok studiów II, Semestr IV

Zakład Geomechaniki i Budownictwa Podziemnego

Ćwiczenie laboratoryjne

Z Mechaniki Gruntów

BADANIE GRANIC KONSYSTENCJI

Wykonała: Agnieszka Kubis

Prowadzący: DR INŻ. MAREK KAWA

Wrocław 30.11.2008

1. WSTĘP TEORETYCZNY

Celem ćwiczenia było :

- makroskopowe rozpoznanie gruntu

- określenie wilgotności naturalnej gruntu

- wyznaczenie granicy płynności gruntu

1. Wyróżnia się następujące KONSYSTENCJE GRUNTÓW:

zwartą, plastyczną i płynną.

W praktyce, zgodnie z PN-86/B-02480, wyróżnia się szereg dalszych wydzieleń, określanych jako stany gruntu. I tak zaczynając od gruntu zawierającego najmniejszą ilość wody w kierunku wzrastającej wilgotności gruntu mamy: stan zwarty, półzwarty, twardoplastyczny, plastyczny, miękkoplastyczny i płynny. Przejście gruntu z jednego stanu w następny zachodzi w wyniku doprowadzania wody lub też w kierunku odwrotnym - w wyniku tracenia wody (wysychania).

Granica płynności w_L jest to najmniejsza procentowa zawartość wody w gruncie, przy której bruzda wykonana w miseczce aparatu Casagrande`a zaczyna się łączyć pod wpływem 25 uderzeń o podstawę aparatu ponownie w całość, na długości 1 cm i wysokości 1mm. Granicę płynności (w_L) można oznaczać również za pomocą przyrządu Wasilewa. Metoda ta polega na pomiarze głębokości zanurzania się stożka w paście gruntowej znajdującej się w naczyniu cylindrycznym. Za granicę płynności przyjmuje się wilgotność, przy której stożek zagłębia się w pastę gruntową na głębokość 10mm.

Granica plastyczności w_p jest to największa procentowa zawartość wody w gruncie, mierzona w stosunku do jej suchej masy, przy której grunt rozwałkowany w kulki o średnicy 7÷8 mm w wałeczek o średnicy 3 mm zaczyna się kruszyć, pękać i rozsypywać. Oznaczenie należy wykonać na próbkach gruntu makroskopowo jednorodnych o naturalnej wilgotności. Gdy grunt o naturalnej wilgotności jest zbyt wilgotny i nie daje się wałeczkować na skutek rozmywania się na dłoni, wówczas grunt należy podsuszyć; gdy natomiast jest zbyt suchy ( w stanie zwartym lub półzwartym ), należy dodać wody doprowadzając go do stanu plastycznego.

Wilgotność odpowiadającą granicy plastyczności (W_p, %), oblicza się ze wzoru:

w którym : m_wt - masa próbki wilgotnej, łącznie z masą parowniczki

m_st - masa próbki wysuszonej, łącznie z masą parowniczki

m_t - masa parowniczki

Granica skurczalności w_s jest to największa procentowa zawartość wody, przy której grunt przy dalszym suszeniu przestaje się kurczyć i zmienia tylko swą barwę na powierzchni na jaśniejszą. Granicę skurczalności określa się laboratoryjnie w następujący sposób: z gruntu o nienaruszonej strukturze i zachowanej wilgotności naturalnej

Termin „plastyczność gruntu” oznacza jego zdolność do odkształcania (deformacji) pod wpływem sił zewnętrznych, bez naruszania spójności próbki oraz zdolności utrzymywania nadanej mu formy po ustąpieniu działania sił zewnętrznych. Grunty spoiste wykazują plastyczność tylko przy określonej zawartości wody związanej, tzw. wody poliwarstw, pozwalającej na przemieszczanie się cząsteczek względem siebie bez naruszania ciągłości układu.

2. STOPIEŃ PLASTYCZNOŚCI

Znając wilgotność naturalną (w_n) i wilgotności odpowiadające poszczególnym granicą konsystencji można obliczyć stopień plastyczności (I_l) za pomocą wzoru (%) :

w którym : w_p - wilgotność odpowiadająca granicy plastyczności

w_l - wilgotność odpowiadająca granicy płynności

Stopień plastyczności określa stan badanego gruntu w zależności od jego wilgotności naturalnej oraz wilgotności odpowiadającej granicy płynności i plastyczności.

C) WSKAŹNIK PLASTYCZNOŚCI

Wilgotność odpowiadającą poszczególnym granicom (skurczalności, plastyczności i płynności) dla różnych gruntów jest różna i zależy od spoistości gruntu. Im bardziej grunt jest spoisty, tym większa jest różnica wilgotności między poszczególnymi granicami. Różnicę wilgotności, jaką mają grunty przy przejściu przez stan plastyczny, to jest od granicy płynności do granicy plastyczności, określa wskaźnik plastyczności: Wskaźnik plastyczności oznacza się symbolem I_P, wyraża się w procentach i oblicza ze wzoru :

I_P = w_L- w_P

Na podstawie wartości liczbowej wskaźnika plastyczności grunty drobnoziarniste (zgodnie z PN/74/b-02480) zalicza się do:

1. sypkich, gdy I_P ≤ 1

2. spoistych, gdy I_P > 1

4. OZNACZENIE GRANIC KONSYSTENCJI

Metoda Casagrande'a

Granicę płynności w_L oznacza się w aparacie Casagrande`a. Aparat składa się z miseczki podnoszonej przez mimośród pokręcany korbką na wysokość 10 mm ponad podstawę aparatu, którą stanowi gumowa podkładka o odpowiedniej twardości i sprężystości.

1. Do badań przygotowuje się odpowiednio pastę gruntową : próbkę gruntu o masie ok. 100 g rozdrabnia się, zalewa wodą i usuwa z niej ziarna o średnicy większej od 2 mm,

2. Pastę układa się w miseczce aparatu warstwami.

3. Łączna masa gruntu i miseczki powinna wynosić 210 g.

4. W paście wykonuje się odpowiednim rylcem bruzdę rozdzielającą warstwę

pasty na dwie części.

5. Obraca się korbką z prędkością 2 uderzenia na sekundę powodując uderzenia

miseczki o podkładkę.

6. Uderzenia liczy się od momentu, w którym bruzda łączy się na długości 1 cm i wysokości 1 mm.

7. Z bruzdy pobiera się próbkę do badań wilgotności.

8. Następnie, pozostałą pastę miesza się z niewielkim dodatkiem wody i ponownie i powtarza się powyższe czynności.

9. Do wyznaczenia granicy płynności wykonuje się minimum 5 oznaczeń, w granicach 10 ÷ 40 uderzeń.

10. Wyniki badań nanosi się na wykres w = f ( N ). Z wykresu odczytuje się wilgotność odpowiadającą 25 uderzeniom.

Wałeczkowanie

Granicę plastyczności w_p określa się metodą wałeczkowania. Badanie polega na uformowaniu z badanej próbki gruntu kulki o średnicy 7 ÷ 8 mm i rozwałkowaniu jej na dłoni w wałeczek o średnicy 3 mm, po czym z wałeczka ponownie formuje się kulkę. Czynność tę powtarza się tak długo, aż przy kolejnym wałeczkowaniu wałeczek ulegnie uszkodzeniu (spęka, rozwarstwi się lub rozsypie). Wszystkie kawałki wałeczka wkłada się do naczynia wagowego i zamyka przykrywką. Czynność wałeczkowania powtarza się tyle razy, aż w dwu naczyniach zbierze się po ok. 5 ÷ 7 g gruntu. Następnie określa się wilgotność wałeczków, równą granicy plastyczności w_p .

3. WNIOSKI

Do rozpoznania i analizy mieliśmy 1 próbkę gruntu:

• Grunt wyznaczony do badania pękał już podczas pierwszego wałeczkowania. Pęknięcia występujące w tym gruncie były spękaniami poprzecznymi, od początku wałeczkowania zauważalny był brak połysku. Pozwala to na określenie stanu gruntu jako zwarty,

• Podczas próby rozcierania wyczuwalne były zaledwie pojedyncze ziarna piasku, zatem zawartość frakcji piaskowej jest poniżej 30 %

• Połączenie wyników tych badań pozwala nam na określenie nazwy gruntu jako pył piaszczysty

• Wilgotność naturalna gruntu w naszym badaniu wyniosła 4,16 %, kontrola poprawności otrzymanego wyniku nie spełniła się zatem wynik nie jest poprawny -należałoby zatem przeprowadzić badanie ponownie

• Granica plastyczności gruntu w naszym badaniu wyniosła 6,745 %, kontrola poprawności otrzymanego wyniku została spełniona

• Podczas trzech oznaczeń gruntu metoda Casagrande'a otrzymaliśmy granicę płynności 8,65 %- wynik ten jednak może odbiegać od normowego z powodu braku możliwości jednoznacznego określenia momentu zlewania się bruzdy podczas badania

• Otrzymaliśmy wartość stopnia plastyczności <0 zatem stan badanego gruntu można określić jako zwarty

• Otrzymaliśmy wartość wskaźnika plastyczności 1,9% zatem badany przez nas grunt był mało spoisty

---