Politechnika Łódzka data wyk. 6.04.2009

Katedra Geotechniki data oddania 27.04.2009

i Budowli Inżynierskich

ĆWICZENIE NR 3

TEMAT: Określenie spoistości, konsystencji i stanu gruntu spoistego.

SKŁAD ZESPOŁU:

1. Martyna Drećka

2. Beata Dymczyk

3. Monika Dymecka

4. Artur Dopadlik

1. DEFINICJE OZNACZANYCH PARAMETRÓW,

PODSTAWY TEORETYCZNE BADANIA

Granica konsystencji - jest to wartość wilgotności, po przekroczeniu których zmieniają się właściwości gruntów spoistych, gdyż oddzielają od siebie umownie ustalone konsystencje i stany gruntów.

Wyróżniamy następujące konsystencje gruntów spoistych:

• konsystencja zwarta
  

• konsystencja plastyczna
  

• konsystencja płynna
  

Stopień plastyczności (
) - parametr za pomocą którego można wyznaczyć stan gruntu.

Gdzie:

- wilgotność naturalna (%)

- granica plastyczności (%)

- granica płynności (%)

Konsystencja zwarta dzieli się na dwa stany:

• zwarty (zw)
  

• półzwarty (pzw)
  

Konsystencja plastyczna dzieli się na trzy stany:

• twardoplastyczny (tpl)
  

• plastyczny (pl)
  

• miękkoplastyczny (mpl)
  

Konsystencja płynna wyróżnia jeden stan:

• płynny ( pł)
  

Wskaźnik plastyczności (
)- określa plastyczne właściwości gruntów, wskazując, ile wody wchłania grunt przy przejściu ze stanu półzwartego w stan płynny, a więc podaje zakres wilgotności, w których grunt ma właściwości plastyczne. Służy on do oceny spoistości gruntów.

1. Oznaczanie wilgotności naturalnej .

Wilgotność naturalna - to wilgotność przy której w danych warunkach ubijania można osiągnąć największe zagęszczenie gruntu, a więc uzyskuje on maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego.

W trakcie laboratoryjnych badań wilgotności optymalnej danego gruntu określa się więc ilość wody, jaką należy użyć podczas zagęszczania tego gruntu, aby uzyskał on największe zagęszczenie.

Naturalną wilgotność gruntu (w_n) obliczamy ze wzoru:

m_mt - masa wilgotnej próbki z masą parowniczki [g]

m_st - masa próbki wysuszonej z masą parowniczki [g]

m_t - masa parowniczki [g]

Wynik ostateczny przyjmujemy jako średnią arytmetyczną wartości obu oznaczeń, jeżeli różnica między oznaczeniami nie przekracza 5% wartości średniej.

Wykonanie oznaczenia:

1. Zważyliśmy puste, wysuszone naczynka wagowe - m_t;

2. W zważonym naczynku umieściliśmy próbkę gruntu i ponownie zważyliśmy - m_mt;

Pobraliśmy próbkę o masie 30 g.

3. Naczynko z gruntem wstawiliśmy do suszarki, gdzie było suszone w temp.105 ÷ 110 °C do stałej masy.

4.Po wysuszeniu próbki gruntu w suszarce, ostudziliśmy ją w eksykatorze do temperatury otoczenia, ponownie zważyliśmy i wstawiliśmy do suszarki.

5. Zważyliśmy naczynko z wysuszonym gruntem - m_st.

2. Oznaczanie granicy plastyczności.

Granica plastyczności gruntu (w_p) jest to wilgotność w procentach jaką ma grunt, gdy po kolejnym wałeczkowaniu wałeczek pęka po osiągnięciu średnicy 3 mm.

Do obliczenia wykorzystujemy wzór:

Granice plastyczności przyjmujemy jaką równą średniej arytmetycznej obu oznaczeń wilgotności, jeśli ich różnica nie przekracza 10% wartości średniej.

Wykonanie oznaczenia:

1.Zważyliśmy puste naczynko wagowe - m_t,

2.Z próbki gruntu pobraliśmy taką ilość, aby uformować kulkę o średnicy 7 mm i wałeczkowaliśmy ją na dłoni, aż wałeczek uzyskał średnicę ok. 3 mm; jeśli wałeczek w tym czasie nie popękał, należało ponownie uformować kulkę i wałeczkować ją; czynność tę powtarzaliśmy tak długo, aż przy kolejnym wałeczkowaniu wałeczek uległ uszkodzeniu (popękał, rozwarstwił się lub rozsypał); za popękany uznawaliśmy taki wałeczek, który po podniesieniu go za jeden koniec rozdzielał się na co najmniej dwa kawałki.

3.Wszystkie kawałeczki wałeczka włożyliśmy do naczynka wagowego i zamknęliśmy dokładnie doszlifowaną pokrywką.

4.Czynność wałeczkowania kolejnych kulek gruntu powtarzaliśmy tyle razy, aby w dwóch naczynkach wagowych zebrać co najmniej 5 ÷ 7 g gruntu.

5.Zważyliśmy naczynko z wałeczkami - m_mt

6.Naczynko wagowe z gruntem wstawiliśmy do suszarki, gdzie było suszone w temp.105 ÷ 110 °C do stałej masy.

7.Po wysuszeniu i ostudzeniu naczynka z próbką, zważyliśmy je- m_st.

3. Oznaczenie granicy płynności.

Granica płynności- to wilgotność w procentach, jaką ma masa gruntowa umieszczona w aparacie Casagrande'a, w momencie, gdy wykonana w niej bruzda zlewa się przy 25 uderzeniu miseczki o podstawę, na długości 10 mm i wysokości 1mm.

Wykonanie oznaczenia:

1. Zważyliśmy puste naczynko wagowe - m_t

2. Pobraliśmy próbkę gruntu o masie 100g, rozdrobniliśmy ją, umieściliśmy w parowniczce i zalaliśmy niewielką ilością wody destylowanej.

3. Namoknięty grunt wyłożyliśmy na płytkę i dokładnie mieszaliśmy nożem w celu uzyskania jednorodnej pasty.

4. Próbkę gruntu w postaci pasty nakładaliśmy do miseczki aparatu cienkimi warstwami, tak aby nie pozostały w niej pęcherze powietrza, a rozsmarowany grunt utworzył wklęsłą powierzchnie. Grunt wypełnił 1/3 powierzchni miseczki i osiągnął łączną masę 210±1 g.

5. Pastę w miseczce przecięliśmy za pomocą rylca bruzdą prostopadłą do osi obrotu miseczki.

6. Umieściliśmy miseczkę w aparacie. Zliczyliśmy liczbę uderzeń do momentu zlania się bruzdy na długości 10 mm i wysokości 1 mm i pobraliśmy z środka bruzdy 10 g zlanej pasty.

7. Zważyliśmy naczynko ze zlaną pastą - m_mt

8. Naczynko wagowe z pastą wstawiliśmy do suszarki, gdzie było suszone w temp.105 ÷ 110 °C do stałej masy.

9. Po wysuszeniu i ostudzeniu naczynko z próbką zważyliśmy- m_st.

Przy oznaczeniu płynności gruntu należy pamiętać że do badania pobrano tylko próbki które zlały się w przedziale uderzeń 12-35, próbki z mniejszą i większą ilością uderzeń nie brano pod uwagę.

Uzyskane wyniki wpisaliśmy do formularza oraz nanieśliśmy na wykres zależności liczby uderzeń od wilgotności.

Przez punkty naniesione na wykres przeprowadziliśmy linię, przy czym co najmniej 2 punkty powinny leżeć na prostej. Z pozostałych dwóch punktów jeden powinien leżeć powyżej linii, drugi poniżej lecz w odległości nie większej niż 0,6 % w skali wilgotności.

Z wykresu odczytaliśmy wilgotność odpowiadającą 25 uderzeniom, a więc wilgotność równą granicy płynności badanego gruntu.

2. OPIS WYKONYWANYCH CZYNNOŚCI

Naszym zadaniem było oznaczenie wilgotności naturalnej, granicy plastyczności i granicy płynności metodą Casagrande'a gruntu spoistego oraz zbadanie makroskopowo owego gruntu.

Rozpoczęliśmy od przygotowania próbek do oznaczenia wilgotności naturalnej. Początkowo zważyliśmy puste parowniczki odpowiednio oznaczone 496 i 458 (m_t [g]). Następnie zważyliśmy pustą parowniczkę z wilgotnym gruntem, przy czym gruntu było ok. 30g (m_mt [g]).

Kolejno zabraliśmy się do oznaczenia granicy płynności metodą Casagrande'a. Zważyliśmy odpowiednio oznaczone puste parowniczki: 52, 10, 24, 63 (m_t [g]). Następnie namoknięty (wcześniej przygotowany grunt spoisty) wyłożyliśmy na płytę, dodaliśmy wody destylowanej i dokładnie mieszaliśmy nożem w celu uzyskania jednorodnej pasty. Powstałą pastę nałożyliśmy za pomocą noża do miseczki Casagrande'a. Pasta była rozłożona równomiernie i zajmowała 2/3 przedniej części miseczki. Sprawdziliśmy, czy miseczka z gruntem waży 210±1g, jeżeli nie to odpowiednio odejmowaliśmy lub dodawaliśmy grunt do miseczki. Następnie zrobiliśmy bruzdę, za pomocą rylca, prostopadłą do osi obrotu miseczki. Włożyliśmy miseczkę do aparatu Casagrande'a, zaczęliśmy obracać korbką aparatu i liczyć uderzenia aż do momentu zlania się brzegów bruzdy na długości ok. 10mm i wysokości 1mm. Ze środka bruzdy zebraliśmy próbkę gruntu i włożyliśmy do parowniczki, aby określić wilgotność. Wyżej wymienione czynności powtórzyliśmy jeszcze trzy razy i zanotowaliśmy nasze spostrzeżenia.

Ostatnim zadaniem było określenie granicy plastyczności. Ponownie zważyliśmy puste parowniczki odpowiednio oznaczone: 306 i 286. Formowaliśmy kulki o średnicy ok. 7mm i następnie wałeczkowaliśmy je w dłoni, aż wałeczek uzyskał średnicę ok. 3mm. Jeżeli grunt nie dał się zwałeczkować nasycaliśmy go wodą destylowaną. Jeśli natomiast wałeczek nie popękał za pierwszym razem, to ponownie formowaliśmy kuleczkę i wałeczek, aż do momentu, kiedy wałeczek nie popękał lub się nie rozsypał. Tak popękany wałeczek wkładaliśmy do parowniczek i szczelnie przykrywaliśmy parowniczkę pokrywką. Czynności te powtarzaliśmy aż do momentu, w którym w każdej parowniczce było co najmniej 5-7g gruntu. Na koniec zważyliśmy nasze parowniczki z rozsypanymi wałeczkami i zanotowaliśmy ich wagę.

Wszystkie przygotowane próbki ułożyliśmy na tacy i włożyliśmy do suszarki. Następnego dnia ok. godziny 12.00 (czyli po ok24h) przyszliśmy do laboratorium i zważyliśmy parowniczki z suchym gruntem (m_st [g]).

Badanie makroskopowe:

Wnioski:

Spoistość gruntu - grunt średnio spoisty

Zawartość ziaren frakcji piaskowej - grupa I, grunt piaszczysty

Stan gruntu - grunt miękkoplastyczny

Wilgotność - grunt wilgotny

Zaw. CaCO_{3 -} grunt wapnisty, III klasa, 3-5% CaCO₃

Na podstawie spoistości gruntu oraz zawartości ziaren frakcji piaskowej , możemy stwierdzić, że badany grunt to glina piaszczysta G_p w stanie miękkoplastycznym.

3. OBLICZENIA

1. Oznaczenie wilgotności naturalnej.

- pierwsza próbka:

m_t=64,57g

m_mt=87,77g w_n1=

m_st=84,36g

- druga próbka:

m_t=55,42g

m_mt=86,87g w_n2=

m_st=82,09g

Obliczamy średnią z dwóch pomiarów:

w_n=

Sprawdzenie kryterium poprawności obliczeń:

0,05*17,575%=0,879%

|17,23%-17,92%|=0,69%<0,875%

Wniosek:

Różnica uzyskanych wartości
nie przekracza 5% wartości średniej, a zatem jako wynik ostateczny przyjmujemy średnią arytmetyczną wartości z dwóch oznaczeń równą 17,575%.

2. Oznaczenie granicy plastyczności.

- pierwsza próbka:

m_t=32,87g

m_mt=40,29g w_p1=

m_st=39,25g

- druga próbka:

m_t=21,02g

m_mt=28,88g w_p2=

m_st=27,76g

Obliczamy średnią z dwóch pomiarów:

w_p=

Sprawdzenie kryterium poprawności obliczeń:

0,1·16,46%=1,646%

|16,30%-16,62%|=0,32%<1,646%

Wniosek: Różnica uzyskanych wartości
nie przekracza 10% wartości średniej, a zatem jako wynik ostateczny przyjmujemy średnią arytmetyczną wartości z dwóch oznaczeń równą 16,46%.

3. Oznaczenie granicy płynności.

- pierwsza próbka:

m_t=12,22g

m_mt=20,49g w_L=
38 uderzeń

m_st=18,14g

- druga próbka:

m_t=12,21g

m_mt=22,63g w_L=
28 uderzeń

m_st=19,60g

- trzecia próbka:

m_t=12,73g

m_mt=17,17g w_L=
23 uderzenia

m_st=15,89g

- czwarta próbka:

m_t=10,70g

m_mt=19,64g w_L=
21 uderzeń

m_st=17,16g

w_L=40,3%

Wniosek: Powyższe obliczenia wskazują, że przeprowadzone przez nas badanie było niezbyt dokładnie, gdyż wraz z mniejszą liczbą uderzeń wilgotność powinna rosnąć, a w naszym przypadku tak nie jest. A zatem badanie należy powtórzyć.

IV. Określenie konsystencji, spoistości oraz stanu badanego gruntu

Dane:

w_n=17,575%

w_p=16,46%

w_L=40,3%

a) Określamy konsystencję:

w_p<w_n≤w_L

16,46%<17,575%≤40,3%

konsystencja plastyczna ( grunt plastyczny)

b) Określamy spoistość gruntu:

Obliczamy wskaźnik plastyczności:

I_p=w_L-w_p=40,3%-16,46%=23,84%

- grunt średnio spoisty (ss)

c) Określamy stan gruntu:

Obliczamy stopień plastyczności :

I_L=
=0,05

0,25<I_L≤0,50 - stan plastyczny (pl)

4. WNIOSKI

Powyższe obliczenia wskazują, iż badany przez nas grunt jest gruntem średnio spoistym o konsystencji plastycznej, stanie plastycznym (pl).

8

---