WYKONANIE OZNACZENIA STANU GRUNTU SPOISTEGO

(WILGOTNOŚĆ NATURALNA GRUNTU, GRANICA PLASTYCZNOŚCI,

GRANICA PŁYNNOŚCI)

Wprowadzenie

Grunty spoiste w stanie naturalnym występują w trzech konsystencjach: zwartej,

plastycznej i płynnej. W obrębie konsystencji wyróżnia się stany gruntów: zwarty, półzwarty,
twardoplastyczny, plastyczny, miękkoplastyczny i płynny.
Wilgotności graniczne między poszczególnymi stanami są określane jako granice
konsystencji zwane również granicami Atterberga.

Między stanem zwartym i półzwartym znajduje się granica skurczalności w

S

i jest to

wilgotność w procentach, przy której pomimo dalszego suszenia próbka gruntu nie zmniejsza
swojej objętości i zmienia barwę na powierzchni na jaśniejszą.

Pomiędzy stanem półzwartym i stanem twardoplastycznym znajduje się granica

plastyczności w

P

i określa się ją wilgotność [%], jaką ma grunt, gdy przy kolejnym

wałeczkowaniu wałeczek pęka, rozwarstwia się lub rozsypuje po osiągnięciu średnicy 3 mm.

Granica płynności w

L

występuje między stanem miękkoplastycznym i płynnym.

Wyznacza ją wilgotność [%] pasty gruntowej umieszczonej w miseczce aparatu
Casagrande’a, w której bruzda wykonana rylcem zejdzie się na długości 10 mm i wysokości
1 mm przy 25 uderzeniu miseczki o podstawę aparatu.

Różnicę między granicą plastyczności i granicą płynności nazywamy

wskaźnikiem plastyczności I

P

.

P

L

P

w

w

I

−

=

[%]

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

I

P

≤ 1%

spoisty I

P

> 1%

mało spoisty

1% < I

P

≤ 10%

średnio spoisty

10% < I

P

≤ 20%

zwięzło spoisty

20% < I

P

≤ 30%

bardzo spoisty

30% < I

P

II / 1

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.

P

L

P

n

L

w

w

w

w

I

−

−

=

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

I

L

< 0

I

L

≤ 0

w

≤ w

S

w

S

<w

≤ w

P

Twardoplastyczny
Plastyczny
Miękkoplastyczny

tpl

pl

mpl

0<

I

L

≤ 0,25

0,25<

I

L

≤ 0,50

0,50<

I

L

≤ 1,00

w

P

<w

≤ w

L

Płynny pł 1,00<

I

L

w

L

<w

Przebieg badania

1. Oznaczenie wilgotności naturalnej w

n

Przyrządy:

a. tygielek,
b. waga,
c. suszarka.

Wykonanie oznaczenia:
1 - zważyć pusty i wysuszony tygielek (z dokładnością do 0,01 g) – m

t

;

2 - w zważonym tygielku umieścić próbkę gruntu i ponownie zważyć – m

mt

;

grunty spoiste

– ok. 30 g;

grunty sypkie: piaski

– ok. 50 g;

grunty gruboziarniste

– ok. 500 g,

3 - tygielek z gruntem wstawić do suszarki i suszyć w temp.105

÷ 110 °C do stałej masy,

4 - po wysuszeniu wyjąć tygielek z suszarki i ostudzić do temperatury otoczenia;
5 - zważyć tygielek z wysuszonym gruntem – m

st

,

II / 2

Schemat obliczeniowy

1. Obliczyć wilgotność naturalną gruntu

w

n

w

n

=

%

100

⋅

−

−

t

st

st

mt

m

m

m

m

gdzie: m

mt

– masa wilgotnej próbki z masą tygielka [g],

m

st

– masa próbki wysuszonej z masą tygielka [g],

m

t

– masa tygielka [g].

2. Oznaczenie granicy plastyczności w

P

Przyrządy:

a. naczyńko wagowe,
b. waga,
c. suszarka

Wykonanie oznaczenia:
1 - zważyć puste naczyńko wagowe - m

t

,

2 - z próbki gruntu należy pobrać taką ilość, aby uformować kulkę

o średnicy 7 mm i wałeczkować ją na dłoni, aż wałeczek uzyska średnicę ok. 3 mm; jeśli
wałeczek w tym czasie nie popękał, należy ponownie uformować kulkę
i wałeczkować ją; czynność tę powtarzać tak długo, aż przy kolejnym wałeczkowaniu
wałeczek ulegnie uszkodzeniu (popęka, rozwarstwi się lub rozsypie); za popękany należy
uznać taki wałeczek, który po podniesieniu go za jeden koniec rozdzieli się na dwa
kawałki.

3 - wszystkie kawałki wałeczka włożyć do naczyńka wagowego,
4 - czynności z pkt. 2 –3 należy powtórzyć tyle razy, aby w naczyńku zebrało się około

5

÷ 7 g gruntu,

5 - zważyć naczyńko z wałeczkami - m

mt

;

6 - naczyńko wagowe z gruntem wstawić do suszarki i suszyć w temp.105

÷ 110 °C do stałej

masy;

7 - po wysuszeniu i ostudzeniu naczyńko z próbką należy zważyć - m

st

.

Schemat obliczeniowy

1. Obliczyć wilgotność spękanych wałeczków

w

p

w

p

=

%

100

⋅

−

−

t

st

st

mt

m

m

m

m

gdzie: m

mt

– masa wilgotnej próbki z masą naczyńka wagowego [g],

m

st

– masa próbki wysuszonej z masą naczyńka wagowego [g],

m

t

– masa naczyńka wagowego [g].

II / 3

3. Oznaczenie granicy płynności w

L

Przyrządy:

a. aparat Casagrande’a

(Rys.1)

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:
1 - 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;

2 - zważyć 5 pustych parowniczek - m

t1

, m

t2,

m

t3, ,

m

t4, ,

m

t5

;

3 - pastę gruntową nakładać rozprowadzić w miseczce aparatu Casagrande’a

(Rys.2a);

miseczka wraz z pastą gruntową powinna ważyć 210

± 1 g;

4 - w paście gruntowej wykonać bruzdę

(Rys.2b)

;

5 - 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;

6 - po zejściu się brzegów bruzdy notujemy ilość uderzeń, a do zważonej parowniczki

pobieramy próbkę pasty m

mti

w celu określenia jej wilgotności – w

i

,

7 - 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.

II / 4

b.

a.

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

w

i

=

%

100

⋅

−

−

ti

sti

sti

mti

m

m

m

m

gdzie: m

mti

– masa pasty gruntowej z parowniczką [g],

m

sti

– masa wysuszonej pasty gruntowej z masą parowniczki [g],

m

ti

– masa parowniczki [g].

Wyniki umieścić w

TABELI 1

TABELA 1

Liczba

uderzeń

nr

parowniczki

m

t

[g]

m

mt

[g]

m

st

[g]

w

[%]

II / 5

2. Narysować wykres zależności liczby uderzeń od wilgotności pasty gruntowej wg danych
z

TABELI 1 (przykład

Rys.4

)

II / 6

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Ilość uderzeń

w

L

50

w [%]

Rys. 4. Wykres zależności liczby uderzeń od wilgotności

3. Z wykresu odczytać wartość granicy płynności

w

L

.

4. Obliczyć I

P

, I

L

i określić stan gruntu.