Instytut Politechniczny

Kierunek: Inżynieria Środowiska

MECHANIKA GRUNTÓW I GEOTECHNIKA

ĆWICZENIE NR 6

TEMAT ĆWICZENIA:

OZNACZENIE STANU GRUNTU

Mariola Kmiecik

Sławomir Zbylut

Rafał Janiga

Rok II

Krosno

20.12.2011r

OZNACZENIE STANU GRUNTU

Cel i zadania ćwiczenia:

1. Oznaczenie wilgotności naturalnej.

2. Określenie granicy plastyczności.

3. Oznaczenie granicy płynności.

4. Ustalenie stanu gruntu

Sprzęt pomocniczy:

• aparat Casagrande'a

• rylec profilowany

• waga laboratoryjna

• suszarka

• parowniczka

• woda destylowana

• tygielki

• szkiełka

Opis teoretyczny:

Grunty spoiste w stanie naturalnym występują w trzech konsystencjach: zwartej, plastycznej i płynnej. W obrębie konsystencji wyróżnia się stany gruntów: zwarty, półzwarty, twardo-plastyczny, plastyczny, miękko-plastyczny 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 twardo-plastycznym 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 miękko plastycznym 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. CommonRóżnicę między granicą plastyczności i granicą płynności nazywamy wskaźnikiem plastyczności I_P. CommonWskaźnik plastyczności określa ile wody w procentach (w stosunku do masy szkieletu gruntowego) wchłania grunt przy przejściu ze stanu półzwartego w stan płynny.

IP = WL – WP

gdzie: WL _- wartość granicy plastyczności [%];

WP - wartość granicy płynności [%].

Podział gruntów spoistych ze względu na stan gruntu

Konsystencja gruntu	Stan gruntu	Symbol	Stopień plastyczności Wilgotność gruntu w stosunku do granic konsystencji
zwarta	Zwarty	zw	IL < 0 w ≤ wS
	Półzwarty	pzw	IL ≤ 0 wS <w ≤ wP
plastyczna	Twardoplastyczny	tpl	0<IL ≤ 0,25wP <w ≤ wL
	Plastyczny	pl	0,25<IL ≤ 0,50 wP <w ≤ wL
płynna	Miękkoplastyczny	mpl	0,50<IL ≤ 1,00 wP <w ≤ wL
	Płynny	pł	1,00<IL wL <w

Zależność między wartościami wskaźnika plastyczności a spoistością gruntu

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.

WN - WP

IL = -------------------

WL - WP

w_n – wilgotność naturalna [%]

w_L – granica plastyczności [%];

w_p - granica płynności [%].

APARAT CASAGRANDE'A

Schemat aparatu Casagrande’a

1. Podstawa

2. Miseczka na grunt

3. Korbka

4. Rylec

OZNACZENIE WILGOTNOŚCI NATURALNEJ

Aby określić stan gruntu spoistego należy wcześniej wyznaczyć wilgotność naturalną, granicę plastyczności i granicę płynności badanego gruntu.

Wilgotność naturalna gruntu Wn: to stosunek masy wody zawartej w próbce gruntu

do masy jej szkieletu gruntowego wyrażony

w procentach:

mm - ms

WN = --------------- x 100%

ms

gdzie: w – wilgotność w %

mm – masa gruntu w stanie wilgotnym [g]

ms - masa gruntu wysuszonego [g]

mmt - mst

WN = --------------- x 100%

mst - mt

gdzie: WN – wilgotność w %

mmt – masa naczynka z gruntem wilgotnym, g

mst - masa naczynka z gruntem suchym, g

mt – masa naczynka pustego, g

Przebieg badania:

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

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

_{Przyrządy: tygielek}

_waga

_suszarka

_{Obliczenie wyników}

mmt - mst

WN = --------------- x 100%

mst - mt

31,19 - 29,89

WN = ----------------------- x 100%

29,89 - 26,51

1,3

WN = ---------- x 100%

4,38

_{WN = 29,68 %}

Masa mmt [g]	Masa mst [g]	Masa mt [g]	Wilgotność [%] WN
31,19	29,89	25,51	29,68

_{OBLICZENIE GRANICY PLASTYCZNOŚCI}

Granica plastyczności WP - jest to wilgotność jaką ma grunt na granicy stanu twardo

plastycznego i półzwartego, przy której wałeczek uformowany

z gruntu pęka w czasie wałeczkowania po osiągnięciu średnicy

3mm.

mmt - mst

WP = --------------- x 100%

mst - mt

Gdzie: WP – wilgotność granicy plastyczności %

mmt -masa naczynka z gruntem wilgotnym [g]

mst - masa naczynka z gruntem suchym [g]

mt – masa naczynka pustego [g]

Przebieg badania:

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

_{Przyrządy: naczyńko wagowe}

_waga

_suszarka

_{Obliczenie wyników}

mmt - mst

WP = --------------- x 100%

_{mst - mt}

33,08 - 31,72

WP = ------------------- x 100%

_{31,72- 26,52}

1,36

WP = --------------- x 100%

_5,2

_{WP = 26,153846}

mmt - mst

WP = --------------- x 100%

_{mst - mt}

33,44 – 32,01

WP = -------------------- x 100%

_{32,01 – 25,98}

1,43

WP = --------------- x 100%

_6,03

_{WP =23,71476}

Masa mmt [g]	Masa mst [g]	Masa mt [g]	Wilgotność [%] WP
33,08	31,72	26,52	26,15
33,44	32,01	25,98	23,71
26,15 + 23,71 : 2 = 24,93			24,93

_{OBLICZENIE GRANICY PŁYNNOŚCI}

_{Granica płynności WL - jest to wilgotność , jaką ma grunt na granicy stanu}

_{miękkoplastycznego i płynnego, przy której bruzda rozdzielająca}

_{próbkę gruntu w miseczce aparatu Casagrandego złączy się po}

_{25 uderzeniach miseczki na długości 10 mm i wysokości 1mm.}

_{Przebieg badania:}

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

3. pastę gruntową nakładać rozprowadzić w miseczce aparatu Casagrande’a miseczka wraz z pastą gruntową powinna ważyć 210 ± 1 g

4. w paście gruntowej wykonać bruzdę

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 w celu określenia jej wilgotności

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

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

_{Przyrządy: aparat Casagrande’a}

_{5 parowniczek}

_{waga, nuż}

_suszarka

_parownica

_{Obliczenie wyników}

mmt - mst

WL = --------------- x 100%

_{mst - mt}

31,18 – 28,91

WL = ------------------- x 100%

_{28,91 – 25,37}

2,27

WL = --------------- x 100%

_3,54

WL = 64,124294

mmt - mst

WL = ------------------- x 100%

_{mst - mt}

34,16 - 32,14

WL = ------------------------ x 100%

_{32,14 - 29,55}

2,02

WL = --------------- x 100%

_4,59

_{WL = 44,008715}

mmt - mst

WL = --------------- x 100%

_{mst - mt}

32,1 – 30,78

WL = --------------------- x 100%

_{30,78 – 29,05}

1,32

WL = --------------- x 100%

_1,73

_{WL = 76,300578}

mmt - mst

WL = --------------- x 100%

_{mst - mt}

44,4 – 36,2

WL = ------------------- x 100%

_{36,2 – 26,72}

7,8

WL = --------------- x 100%

_11,48

_{WL = 67, 944251}

mmt - mst

WL = --------------- x 100%

_{mst - mt}

34,33 – 33,17

WL = -------------------- x 100%

_{33,17 - 31,96}

1,16

WL = --------------- x 100%

_1,21

_{WL = 95, 867769}

Masa mmt [g]	Masa mst [g]	Masa mt [g]	Wilgotność [%] WL	Ilość uderzeń
31,18	28,91	25,37	64,12	30
34,16	32,14	29,55	44	18
21,1	30,78	29,05	76,3	17
44,4	36,2	26,72	67,94	14
33,43	33,17	31,96	95,86	9

WL = 55,3 %

USTALENIE STANU GRUNTU

Mając oznaczoną wilgotność naturalną oraz wartości poszczególnych granic, można wyznaczyć stan, w jakim znajduje się dany grunt.

Można wykonać to dwoma sposobami:

1. przez ustalenie wartości stopnia plastyczności IL

2. przez ustalenie wskaźnika plastyczności IP

Wskaźnik plastyczności IP - to różnica między granicą płynności a granicą plastyczności:

IP = WL – WP

IP = 55,3 – 24,93

IP = 30,37

Grunt bardzo spoisty

Stopień plastyczności IL - określony jest wzorem:

WN - WP

IL = -------------------

_{WL - WP}

29,68 - 24,93

IL = ----------------------

55,3 – 24,93

4,75

IL = -------------------

30,37

IL = 0,156

Grunt twardo plastyczny

Wnioski:

Po przeprowadzeniu doświadczenia oraz, oznaczenia wilgotności naturalnej, określenia granicy plastyczności, oznaczenia granicy płynności, oznaczono stan gruntu za pomocą obliczenia wskaźnika plastyczności IP oraz stopnia plastyczności IL . Wnioskując po otrzymanych wynikach liczbowych i odczytaniu podziału na stany i konsystencję gruntów spoistych oraz zależności między wartościami wskaźnika plastyczności a spoistością gruntu, badany grunt okazał się bardzo spoisty co pokazuje wskaźnik plastyczności jak i twardo plastyczny czego dowodzi stopień plastyczności. Podczas badania stanu gruntu wystąpiły prawdopodobnie niewielkie straty, które nie miały znaczącego wpływu na wynik końcowy.