KATEDRA GEOTECHNIKI, GEOLOGII
I BUDOWNICTWA MORSKIEGO
4.
Oznaczenie granic Atterberga.
Granice Atterberga, zwane również granicami konsystencji to parametry pomocnicze gruntów spoistych
(plastycznych), które pozwalają na określenie takich cech jak:
a) wskaźnik plastyczności:
p
L
p
w
w
I
−
=
b) stopień plastyczności:
p
L
p
n
L
w
w
w
w
I
−
−
=
c) wskaźnik konsystencji:
L
p
L
n
L
c
I
w
w
w
w
I
−
=
−
−
=
1
W powyższych wzorach:
w
n
– wilgotność naturalna gruntu,
w
p
– granica plastyczności gruntu,
w
L
– granica płynności
Wskaźnik plastyczności jest pomocny w ustaleniu rodzaju gruntu, gdyż określa spoistość gruntu. Im większe
I
p
tym grunt bardziej spoisty.
Stopień plastyczności i stopień konsystencji określają stan gruntu spoistego. Ze stanem gruntu ściśle
powiązane są inne parametry geotechniczne, szczególnie mechaniczne (ściśliwość, wytrzymałość na
ś
cinanie). Im większe I
c
(a mniejsze I
L
), tym grunt jest w lepszym stanie, tzn. ma wyższe parametry
mechaniczne.
4.1
Przygotowanie gruntu do badań.
Próbkę gruntu spoistego o masie 150-200 g należy umieścić w parowniczce i zalać wodą destylowaną.
Po upływie 20 h należy wymieszać próbkę do uzyskania jednorodnej pasty gruntowej. Z pasty usunąć
ziarna o średnicy większej niż 2 mm.
4.2
Granica plastyczności (w
P
)
Granica plastyczności (
w
P
), jest to wilgotność, przy której konsystencja gruntu zmienia się z twardo-
plastycznej na zwartą i na odwrót. W praktyce jako granicę plastyczności przyjmuję się wilgotność
wałeczka gruntu pękającego po osiągnięciu średnicy 3 mm podczas kolejnego wałeczkowania.
4.2.1
Sprzęt do badania.
a)
Płytka o wymiarach 300x300x10mm. (np. szklana) do przygotowania pasty gruntowej.
b)
Dwa noże lub dwie szpachelki.
c)
Pręcik wzorcowy o średnicy 3 mm i długości 100mm.
4.2.2
Wykonanie badania.
4.2.2.1
Z pasty gruntowej przygotowanej według punktu 4.1, należy pobrać próbkę o masie około 20 g.
4.2.2.2
Próbkę kładziemy na płytce i pozostawiamy do wyschnięcia, tak aby można było z niej uformować
kulkę.
4.2.2.3
Kulkę wałeczkujemy, aż na jej powierzchni pojawią się drobne pęknięcia. Dzielimy ją na dwie części
po około 10 g każda i wykonujemy oznaczenie granicy plastyczności na każdej części osobno.
4.2.2.4
Następnie każdą z tych dwóch części próbki dzielimy na cztery równe części i wykonujemy na każdej
z nich czynności z punktów od 4.2.2.5 do 4.2.2.8.
4.2.2.5
Ugniatamy grunt palcami, aby wyrównać jego wilgotność. Formujemy z niego kulkę o średnicy
6 mm.
2
4.2.2.6
Kulkę kładziemy na płytce i wałeczkujemy palcami jednej ręki, aż średnica wałeczka zmniejszy się do
3 mm. W czasie wałeczkowania należy tak dobrać siłę nacisku, aby pożądany efekt otrzymać w 5 do 10
pełnych ruchach dłoni. Następnie z wałeczka formujemy ponownie kulkę. Zamiast wałeczkowania na
płytce można też stosować wałeczkowanie na dłoni.
4.2.2.7
Czynności z punktów 4.2.2.5 i 4.2.2.6. należy powtarzać tak długo, aż wałeczek rozwarstwi się
poprzecznie lub podłużnie, po osiągnięciu 3 mm średnicy (wg wzorca).
4.2.2.8
Części pokruszonego wałeczka gruntowego, uznane za będące na granicy plastyczności, należy zebrać,
przenieść do parowniczki i natychmiast przykryć wieczkiem.
4.2.2.9
Należy powtórzyć procedurę z punktów od 4.2.2.5 do 4.2.2.8 na trzech pozostałych porcjach gruntu,
umieszczając wszystkie skruszone wałeczki w tym samym pojemniku. Należy oznaczyć wilgotność tak
zebranego gruntu.
4.2.2.10
Czynności z punktów od 4.2.2.4 do 4.2.2.9 należy powtórzyć na drugiej próbce, przygotowanej wg
4.2.2.3., umieszczając pokruszony grunt w drugim pojemniku.
4.2.3
Wyniki badań.
Za granicę plastyczności przyjmujemy średnią wilgotność z dwóch badań wg 4.2.2. Jeżeli wyniki z tych
dwóch oznaczeń różnią się więcej niż o 0,5 % to badanie należy powtórzyć.
4.3
Granica płynności (w
L
) według metody penetrometru stożkowego
Granica płynności (
w
L
), jest to wilgotność, przy której konsystencja gruntu zmienia się z płynnej na
miękkoplastyczną i na odwrót. W metodzie penetrometru stożkowego jako granicę płynności przyjmuje
się wilgotność, przy której stożek penetrometru zagłębia się w paście gruntowej na głębokość 20 mm
przy stożku 80g/30
°
lub 10 mm przy stożku 60g/60
°
.
4.3.1
Sprzęt do badania.
a)
Aparat ze stożkiem penetracyjnym jak na rysunku 4.1.
b)
Pojemnik na pastę gruntową jak na rysunku 4.1.
c)
Przyrządy do oznaczania wilgotności, 2 szpachelki lub płaski nóż.
Rys. 4.1. Aparat z penetrometrem sto
ż
kowym
4.3.2
Wykonanie badania.
4.3.2.1
Pastę gruntową przygotowaną podobnie jak wg punktu 4.1 nakładamy nożem do pojemnika aparatu,
uważając aby nie uwięzić w gruncie pęcherzyków powietrza. Powierzchnię pasty gruntowej należy
wyrównać równo z krawędzią pojemnika i wygładzić.
4.3.2.2
Pojemnik z gruntem należy umieścić w aparacie ze stożkiem penetracyjnym. Stożek należy obniżyć do
pozycji w której jego ostrze zacznie dotykać powierzchni gruntu w pojemniku. Następnie stożek należy
zablokować i ustawić urządzenie do pomiaru penetracji oraz zanotować odczyt początkowy
z dokładnością 0.1 mm.
4.3.2.3
Należy zwolnić blokadę stożka, pozwalając mu na penetrację w paście gruntowej. W czasie penetracji
stożka należy drugą ręką przytrzymać urządzenie pomiarowe tak, aby nie obciążało dodatkowo stożka.
1
2
3
1 – sto
ż
ek penetracyjny:
80g/30
°
- masa 80g, k
ą
t ostrza 30
°
60g/60
°
- masa 60g, k
ą
t ostrza 60
°
2 – pojemnik z badanym gruntem,
3 – urz
ą
dzenie do pomiaru penetracji sto
ż
ka
z dokładno
ś
ci
ą
minimum 0.1 mm
3
Zamiast trzymania ręką urządzenie można zablokować. Po upływie 5 sekund od opuszczenia stożka
należy go ponownie zablokować i pomierzyć głębokość penetracji z dokładnością do 0.1 mm.
4.3.2.4
Czynności 4.3.2.1 do 4.3.2.3 powtarzamy. Pomiary uważamy za miarodajne gdy różnica
w głębokościach obu penetracji stożka nie przekracza 0,5 mm dla stożka 80g/30
°
oraz 0.4 mm dla
stożka 60g/60
°
. Jeżeli różnica jest większa należy pomiary powtarzać do momentu, aż różnica ta
miedzy dwoma kolejnymi penetracjami stożka nie przekroczy podanych wyżej wartości.
4.3.2.5
Ze środka pojemnika należy pobrać próbkę gruntu do oznaczenia wilgotności. (około 10 g). Resztę
gruntu z pojemnika przekładamy do naczynia z pastą gruntową, którą przygotowujemy do kolejnych
cykli badawczych poprzez zmianę (najlepiej zwiększenie) jej wilgotności. W tym celu należy dodać do
pasty niewielką ilość wody destylowanej i dokładnie wymieszać.
4.3.2.6
Procedury 4.3.2.1 – 4.3.2.5 należy powtórzyć co najmniej czterokrotnie. Przy czym głębokości
penetracji stożka powinny zawierać się w przedziale od 15 do 30 mm dla stożka 80g/30
°
lub od 7 do
15 mm dla stożka 60g/60
°
.
4.3.3
Wyniki badań.
Po zakończeniu procedury badawczej należy nanieść punkty na wykres (Rys. 4.2) zależności głębokości
penetracji stożka od wilgotności pasty gruntowej. Wyniki aproksymujemy do funkcji liniowej
i odczytujemy wilgotność odpowiadającą penetracji równej 20 mm dla stożka 80g/30
°
lub 10 mm dla
stożka 60g/60
°
. Wilgotność tę przyjmujemy jako granicę płynności (w
L
) badanego gruntu.
Rys. 4.2. Wykres do wyznaczania granicy płynno
ś
ci w
L
penetrometrem sto
ż
kowym.
4.4
Granica płynności (w
L
) według metody Casagrande’a.
W metodzie Casagrande’a jako granicę płynności przyjmuje się wilgotność, przy której pasta gruntowa
rozdzielona bruzdą zlewa się na długości 10 mm i wysokości 1mm przy 25 uderzeniu miseczki aparatu
Casagrade’a.
4.4.1
Sprzęt do badania.
d)
Aparat Casagrande’a jak na rysunku 4.3.
e)
Rylec profilowany jak na rysunku 4.3.
f)
Przyrządy do oznaczania wilgotności, szpachelka i nóż.
w
L
= 48,1 %
gł
ę
boko
ść
penetracji sto
ż
ka h [mm]
w
ilg
o
tn
o
ś
ć
w
[
%
]
15
20
25
30
35
10
7
60
55
50
45
40
35
4
Rys. 4.3. Aparat Casagrande’a oraz rylec
4.4.2
Wykonanie badania.
4.4.2.1
Pastę gruntową przygotowaną wg punktu 1.1 nakładamy cienkimi warstwami za pomocą łopatki do
miseczki aparatu Casagrande’a tak, aby rozsmarowany grunt utworzył wklęsłą powierzchnie walcową.
4.4.2.2
Grunt powinien wypełniać miseczkę w sposób zaprezentowany na rysunku 4.4. Łączna masa miseczki
i gruntu powinna wynosić 210
±
1 g.
4.4.2.3
Należy uformować bruzdę za pomocą rylca trzymając go prostopadle do powierzchni wewnętrznej
miseczki i przesuwając wzdłuż osi symetrii miseczki.
4.4.2.4
Mocujemy miseczkę do aparatu. Aparat z miseczką należy uprzednio wyregulować tak, aby
maksymalne uniesienie miseczki nad podstawą wynosiło dokładnie 10 mm. Jeśli aparat jest z napędem:
b)
Ręcznym – obracamy korbą z prędkością 2 obrotów na sekundę.
c)
Mechanicznym – uruchamiamy mechanizm.
Notujemy liczbę uderzeń miseczki o podstawkę do momentu, aż bruzda zleje się na długości 10 mm
i wysokości 1 mm.
4.4.2.5
Ze środka miseczki pobieramy próbkę do oznaczenia wilgotności (około 10 g). Resztę gruntu
z miseczki przekładamy do naczynia z pastą gruntową, którą przygotowujemy do kolejnych cykli
badawczych poprzez zmianę (najlepiej zwiększenie) jej wilgotności. W tym celu należy dodać do pasty
niewielką ilość wody destylowanej i dokładnie wymieszać.
4.4.2.6
Procedury 4.4.2.1 – 4.4.2.5 należy powtórzyć co najmniej pięciokrotnie. Przy czym liczba uderzeń (N)
powinna się zawierać w przedziale od 12 do 35. W trzech oznaczeniach liczba uderzeń powinna być
mniejsza od 25 a w dwóch większa lub odwrotnie. Pastę gruntową należy w miarę możliwości
przygotowywać tak, aby jej wilgotność w kolejnych cyklach wzrastała, a więc liczba uderzeń miseczki
malała..
Rys. 4.4. Sposób wypełnienia miseczki past
ą
gruntow
ą
4.4.3
Wyniki badań.
Po zakończeniu procedury badawczej należy nanieść punkty na wykres (Rys. 4.5) zależności liczby
uderzeń od wilgotności próbki. Wyniki aproksymujemy do funkcji liniowej i odczytujemy wilgotność
5
odpowiadającą 25 uderzeniom. Wilgotność tę przyjmujemy jako granicę płynności (w
L
) badanego
gruntu.
Rys. 4.5. Wykres zale
ż
no
ś
ci liczby uderze
ń
od wilgotno
ś
ci gruntu
4.5. Dodatek
4.5.1. Klasyfikacja gruntów według wskaźnika plastyczności I
p
:
- grunt nieplastyczny (niespoisty):
I
p
< 5%
- grunt mało plastyczny (mało spoisty):
I
p
= 5 ÷ 10%
- grunt średnio plastyczny (średnio spoisty): I
p
= 10 ÷ 20%
- grunt bardzo plastyczny (bardzo spoisty):
I
p
> 20%
Do gruntów mało plastycznych zaliczany np. pyły (Si) i pyły piaszczyste (saSi).
Do gruntów średnio plastycznych zaliczamy np. pyły ilaste (clSi) i pyły ilasto-piaszczyste (clsaSi).
Do gruntów bardzo plastycznych zaliczamy wszystkie rodzaje iłów, np. iły piaszczyste (saCl), iły
pylasto-piaszczyste (sisaCl) iły pylaste (siCl) oraz czyste iły (Cl).
4.5.2. Klasyfikacja gruntów według wskaźnika konsystencji I
c
:
- grunt o konsystencji płynnej:
I
c
< 0.25
- grunt o konsystencji miękkoplastycznej:
I
c
= 0.25 ÷ 0.50
- grunt o konsystencji plastycznej:
I
c
= 0.50 ÷ 0.75
- grunt o konsystencji twardoplastycznej:
I
c
= 0.75 ÷ 1.00
- grunt o konsystencji zwartej i b. zwartej:
I
c
> 1.00
N