Politechnika Wrocławska Wrocław, 01.12.2008

Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego

Instytut Geotechniki i Hydrotechniki

Zakład Geomechaniki i Budownictwa Podziemnego

3 ĆWICZENIE LABORATORYJNE Z MECHANIKI GRUNTÓW

(BADANIE GRANIC KOSYSTENCJI)

1. Wstęp teoretyczny.

Celem tego ćwiczenia było ustalenie granic konsystencji oraz wilgotności naturalnej dla badanej próbki gruntu.

Pod pojęciem konsystencji rozumie się stopień ruchliwości układu cząstek, zależny od ilości wody i stanu fizycznego tych cząstek. Rozróżnia się trzy konsystencje gruntów spoistych: płynną, plastyczną i zwartą.

Attenberg zdefiniował trzy granice konsystencji : granicę płynności i granicę plastyczności oraz granicę skurczalności.

Granica płynności w_L jest to wilgotność w procentach , jaką ma masa gruntowa umieszczona w aparacie Casagrande'a, w momencie , gdy wykonana w niej bruzda zlewa się przy dwudziestym piątym uderzeniu miseczki o podstawę na długości 10mm i wysokości 1mm. Granicę płynności można oznaczyć również metodami stożka, np. wg Wasiliewa lub różnymi typami penetrometrów stożkowych. W Tym przypadku za granicę przyjmuje się wilgotność procentach, przy której stożek o znormalizowanych wymiarach i masie zanurza się w paście gruntowej na odpowiednią, ściśle określoną głębokość.

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

Granica skurczalności w_s jest to wilgotność w procentach, przy której grunt pomimo dalszego suszenia nie zmniejsza swojej objętości i jednocześnie zaczyna zmieniać barwę na powierzchni na odcień jaśniejszy.

Na podstawie wyników badań granic konsystencji można obliczyć także wskaźnik oraz stopień plastyczności.

Wskaźnik plastyczności I_p to różnica pomiędzy granicą płynności i granicą plastyczności :

I_p = w_L - w_p

Wskaźnik plastyczności wskazuje, ile wody wchłania grunt przy przejściu ze stanu półzwartego w stan płynny ( w procentach w stosunku do masy szkieletu ). Im większa jest wartość wskaźnika plastyczności, tym bardziej plastyczny jest grunt. Grunty o małym wskaźniku plastyczności ulegają łatwo upłynnieniu przy nieznacznym zawilgoceniu.

Na podstawie wartości liczbowej wskaźnika plastyczności grunty drobnoziarniste zalicza się do:

1. sypkich, gdy I_P ≤ 1

2. spoistych, gdy I_P > 1

Grunty spoiste zalicza się do:

• mało spoistych, gdy 1 < I_P ≤ 10

• średnio spoistych, gdy 10 < I_P ≤ 20

• spoistych zwięzłych, gdy 20 < I_P ≤ 30

• bardzo spoistych, gdy I_P ≥ 30

Stopień plastyczności I_L to stosunek różnicy wilgotności naturalnej danego gruntu i granicy plastyczności do różnicy granicy płynności i granicy plastyczności.

Od stopnia plastyczności i wilgotności naturalnej zależy stan gruntów spoistych:

• zwarty I_L< 0, w_n ≤ w_s

• półzwarty I_L< 0, w_s < w_n ≤ w_p

• twardoplastyczny 0 < I_L ≤ 0,25

• plastyczny 0,25 < I_L ≤ 0,50

• miękkoplastyczny 0,50 < I_L ≤ 1,00

• płynny I_L > 1,00, w_n > w_L

2. Wyniki z opracowaniem.

Na podstawie próby rozcierania w wodzie oraz wałeczkowania określiliśmy nazwę i stan badanej próbki gruntu. Był to pył piaszczysty w stanie zwartym.

Badanie wilgotności naturalnej polegało na wysuszeniu próbek gruntu w suszarce w temperaturze 105-110°C do stałej masy i określeniu masy próbki przed suszeniem oraz po suszeniu. Otrzymane wartości posłużyły do bezpośredniego określenia wilgotności naturalnej gruntu w_n=24,84%. W identyczny sposób wyznaczyliśmy granicę plastyczności w_p=30,51%. Aby ustalić granicę płynności przeprowadziliśmy badanie gruntu w aparacie Casagrande'a. Wykonaliśmy 3 próby, liczba uderzeń w poszczególnych próbach wynosiła 20, 25 i 23. Następnie próbki zostały poddane suszeniu do stałej masy. Dla każdej próbki wyliczyliśmy wilgotność po czym wyniki nanieśliśmy na wykres i odczytaliśmy wilgotność odpowiadającą 25 uderzeniom, która równa się granicy płynności badanego gruntu w_L=40% .

Na podstawie tych wyników wyliczyliśmy stopień plastyczności I_L= -0,597 oraz wskaźnik plastyczności I_p= 9,49 . Z zależności między wartościami wskaźnika i stopnia plastyczności a rodzajem i stanem gruntu możemy stwierdzić, że badany grunt jest mało spoisty i znajduje się w stanie zwartym.

3. Wnioski

Uzyskanych wyników nie należy uznawać za poprawne, ponieważ przy wyznaczaniu wilgotności naturalnej różnica wilgotności dwóch próbek była większa niż 5%, a przy określaniu granicy plastyczności różnica wilgotności była większa niż 10%. Także granica płynności obarczona jest błędem (rozrzut wyników na wykresie był zbyt duży). Nie zgadza się również wartość uzyskanej przez nas wilgotności naturalnej z wartością podaną w normie dla pyłu piaszczystego w stanie zwartym. Wniosek: badanie należy powtórzyć w celu uzyskania poprawnych wyników.

---