Politechnika Wrocławska Wrocław, 18 V 2009

Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego

Instytut Geotechniki i Hydrotechniki

Zakład Geomechaniki i Budownictwa Podziemnego

MECHANIKA GRUNTÓW

BADANIE GRANIC KONSYSTENCJI GRUNTU

Sprawdzający: Dr inż. Marek Kawa Michał Nycz (162308)

Wtorek N 9:15 - 11:00

PODSTAWY TEORETYCZNE

Granice konsystencji (grunty spoiste)

Grunt spoisty w zależności od składu mineralnego oraz ilości zawartej w nim wody może mieć jedną z trzech konsystencji: zwartą, plastyczną lub płynną. Począwszy od gruntu suchego ze wzrostem wilgotności grunt przechodzi kolejno przez następujące stany:

bardzo zwarty - konsystencja zwarta,

zwarty - konsystencja zwarta,

plastyczny: twardoplastyczny, plastyczny, miękkoplastyczny - konsystencja plastyczna,

płynny - konsystencja płynna

Grunt przechodzi poprzez poszczególne stany dlatego iż po dodaniu wody do gruntu suchego każda cząstka pochłania wodę i otacza się jej błonkami, których grubość wzrasta w miarę dodawania wody, powodując pęcznienie gruntu. Ze wzrostem grubości błonek wody maleją siły wzajemnego przyciągania się cząstek gruntu.
W wyniku tego zjawiska przemieszczenie i odkształcenie gruntu może odbywać się przy coraz to mniejszym obciążeniu zewnętrznym.

Wilgotność gruntu pomiędzy poszczególnymi stanami jest wilgotnością graniczną (oddzielającą stany od siebie). Zostały przyjęte następujące nazwy granic konsystencji:

między stanem bardzo zwartym a zwartym - granica skurczalności,

między stanem zwartym a plastycznym - granica plastyczności,

między stanem plastycznym a płynnym - granica płynności.

Ganica skurczalności ( wS %)

Granicą skurczalności gruntu nazywamy wilgotność, jaką ma grunt na granicy konsystencji bardzo zwartej
i zwartej, po osiągnięciu której w miarę dalszego suszenia grunt nie zmienia swojej objętości, zmieniając jednocześnie barwę na jaśniejszą.

Granica plastyczności ( wP %)

Granicą plastyczności gruntu nazywamy wilgotność, jaką ma grunt na granicy konsystencji zwartej i plastycznej. Po uzyskaniu przez grunt podczas wałeczkowania wilgotności odpowiadającej granicy plastyczności, wałeczek pęka po osiągnięciu średnicy około 3 mm.

Wilgotność odpowiadającą granicy plastyczności oblicza się ze wzoru:

gdzie: mwt - masa próbki wilgotnej, łącznie z masą parowniczki w gramach

mst - masa próbki wysuszonej, łącznie z masą parowniczki w gramach

mt - masa parowniczki w gramach

Granica płynności ( wL %)

Jest to wilgotność (%), 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 10mm i wysokości 1mm

Lub:

Jest to wilgotność (%), przy której stożek Wasiliewa o znormalizowanych wymiarach i masie zanurza się w próbce gruntowej na odpowiednią, ściśle określona głębokość.

Wskaźniki klasyfikacyjne gruntów spoistych

Stopień plastyczności ( IL - PN-86/B-02480)

Wskaźnik ten określa stan badanego gruntu w zależności od jego wilgotności naturalnej oraz wilgotności odpowiadającej granicy płynności i plastyczności.

IL =

Konsystencja	Stan gruntu	Symbol	Stopień plastyczności
Zwarta	Zwarty Półzwarty	zw pzw	IL < 0 IL <= 0
Plastyczna	Twardoplastyczny Plastyczny Miękkoplastyczny	tpl pl mpl	0 < IL <= 0,25 0,25 < IL <=0,5 0,5 < IL <=1
Płynna	Płynny	pł	IL > 1

Wskaźnik konsystencji (Ic - PN-EN ISO 14688-2 - zastępuje IL )

Ic =1- IL

Konsystencja	Stan gruntu	Symbol	Wskaźnik konsystencji
Zwarta	Bardzo zwarty Zwarty	bzw zw	Ic >1
Plastyczna	Twardoplastyczny Plastyczny Miękkoplastyczny	tpl pl mpl	0,75<Ic <1 0,5<Ic <0,75 0,25<Ic <0,5
Płynna	Płynny	pł	IL < 0,25

Wskaźnik plastyczności (Ip )

Wskaźnik ten określa różnicę wilgotności, jaką mają grunty przy przejściu przez stan plastyczny, to jest od granicy płynności do granicy plastyczności.

Ip = wL - wp

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

sypkich, gdy Ip <= 1

spoistych, gdy Ip > 1

Grunty spoiste zalicza się do:

mało spoistych, gdy 1 < Ip <=10,

średnio spoistych, gdy 10 < Ip <= 20,

spoistych zwięzłych, gdy 20 < Ip <= 30,

bardzo spoistych, gdy Ip >30.

Wyniki Badań

Na podstawie próby rozcierania w wodzie oraz wałeczkowania określiliśmy nazwę, rodzaj i stan badanej próbki gruntu. Była to glina piaszczysta w stanie plastycznym. 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 gruntu w_n=20,12%. Określenie granicy plastyczności polegało na wysuszeniu próbek gruntu w suszarce w temperaturze 105-110°C do stałej masy i określeniu masy próbki wcześniej wielokrotnie wałeczkowanej do wałeczka o średnicy 3mm (do momentu aż przy osiągnięciu tej średnicy wałeczek rozpadnie się na drobne kawałki) przed suszeniem oraz po suszeniu. Do wyznaczenia granicy płynności użyliśmy aparatu Casagrande`a. Umieściliśmy grunt
w aparacie w sposób podany w normie, dokonaliśmy trzech pomiarów (zgodnie ze wskazówkami prowadzącego), wyniki zapisaliśmy w formularzu. Grunt poddaliśmy podobnym zabiegom jak w przypadku badania granicy plastyczności aby poznać wilgotność każdej próbki. Następnie sporządziliśmy wykres zależności liczby uderzeń od wilgotności. W oparciu o wyznaczone punkty poprowadziliśmy prostą. Z wykresu odczytaliśmy wilgotność odpowiadającą 25 uderzeniom, czyli wartość równą granicy płynności. Stan gruntu oszacowaliśmy na podstawie stopnia plastyczności (IL=0,13) oraz wskaźnika konsystencji (Ic=0,87) oraz wskaźnika plastyczności
(Ip=17,93%). Obliczyliśmy je na podstawie wzorów podanych w części teoretycznej niniejszego opracowania.

Wniosek:

Stan gruntu - twardoplastyczny.

Konsystencja gruntu - twardoplastyczny

Spoistość gruntu - średnio spoisty

Z wykresu plastyczności - ił o średniej plastyczności

---