POLITECHNIKA ŁÓDZKA

KATEDRA GEOTECHNIKI

I BUDOWL I INŻYNIERSKICH

ĆWICZENIE NR 2

Określenie spoistości, konsystencji i stanu gruntu spoistego

Oznaczenie wilgotności naturalnej, granicy płynności i granicy plastyczności.

Paweł Bartoszek Data wyk. ćwicz.: 02.11.2010 r.

Marta Bernaś Data odd. spr.: 25.01.2011 r.

Michał Chmielewski

Małgorzata Bartela

1. CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest określenie spoistości, konsystencji i stanu gruntu spoistego poprzez:

- badanie makroskopowe

- określenie naturalnej gęstości objętościowej

- oznaczenie wilgotności naturalnej

- oznaczenie granicy plastyczności

- oznaczenie granicy płynności

1. PODSTAWY TEORETYCZNE

1. Określenie naturalnej gęstości objętościowej

• Metoda pierścienia tnącego

Gęstość objętościowa gruntu – jest to stosunek masy próbki gruntu (w stanie naturalnym) do

jej objętości.

$\mathbf{\rho = \ }\frac{\mathbf{m}_{\mathbf{m}}}{\mathbf{V}}\mathbf{= \ }\left\lbrack \frac{\mathbf{g}}{\mathbf{\text{cm}}^{\mathbf{3}}} \right\rbrack$ ρ – gęstość objętościowa

m_m – masa próbki gruntu w

stanie naturalnym

V – objętość badanej próbki

Przebieg badania :

- ważenie pierścienia bez nasadki

- mierzenie suwmiarką wysokość i średnice pierścienia do obli9czenia jego objętości ze wzoru:

$\mathbf{\text{\ \ \ \ V}}_{\mathbf{p}}\mathbf{= \ }\frac{\mathbf{\pi}\mathbf{d}_{\mathbf{p}}^{\mathbf{2}}}{\mathbf{4}}\mathbf{\bullet \ }\mathbf{h}_{\mathbf{p}}$ = [cm³] V_p – objętość pierścienia

d_p – wewnętrzna średnica

h_p – wysokość pierścienia

- wyrównanie powierzchni bryły gruntu nożem

- ustawienie pierścienia z nakładką na wyrównanej powierzchni i równomierne naciskanie nakładki, (zagłębianie w grunt) tak aby nie powstały szczeliny miedzy ścianka pierścienia a wycinaną próbką.

- wyjęcie z gruntu wypełnionego pierścienia i wyrównanie gruntu równo z krawędziami pierścienia

- ważenie pierścienia z gruntem (m_mt)

- wpisanie wyników do tabelki

Gęstość objętościową oblicza się ze wzoru:

$\mathbf{\rho}\mathbf{= \ }\frac{\mathbf{m}_{\mathbf{\text{mt}}}\mathbf{- \ }\mathbf{m}_{\mathbf{t}}}{\mathbf{V}_{\mathbf{p}}}$ m_mt- masa pierścienia z gruntem

m_t – masa pierścienia

V_p – objętość pierścienia

Za wynik ostateczny uznaje się średnia arytmetyczną wartości uzyskanych z dwóch równoległych próbek, jeśli różnica nie przekracza 0,02 [g/sm³]

1. Oznaczenie wilgotności naturalnej (w_n)

Wilgotność naturalna - to wilgotność, która charakteryzuje zawartość wody w gruncie w

warunkach naturalnych, a wiec bezpośrednio w terenie.

m_mt – masa wilgotnej próbki z masą parowniczki [g]

m_st – masa próbki wysuszonej z masą parowniczki [g]

m_t – masa parowniczki [g]

Przebieg oznaczenia:

- ważenie wysuszonych, pustych naczynek wagowych ( 2 próbki) – m_t;

- umieszczenie w zważonym naczynkach próbek gruntu i ponowne zważenie – m_mt;

(pobrano próbki o masie ok. 30 g każda )

- naczynka z gruntem wstawiono do suszarki i suszono w temp.105 ÷ do stałej

masy.

- po wysuszeniu próbek gruntu w suszarce, ostudzono je w eksykatorze do temperatury

otoczenia, ponownie zważono i wstawiono do suszarki.

- ważenie naczynek z wysuszonym gruntem – m_st.

Wynik ostateczny przyjmujemy jako średnia arytmetyczną wartości obu oznaczeń, jeżeli

różnica nie przekracza 5% wartości średniej.

1. Oznaczenie granic plastyczności (w_p)

Granica plastyczności - jest to wilgotność w procentach, jaką ma grunt, gdy przy kolejnym

wałeczkowaniu wałeczek pęka po osiągnięciu średnicy 3mm.

Do obliczenia wykorzystujemy wzór:

m_mt – masa wilgotnej próbki z masą parowniczki [g]

m_st – masa próbki wysuszonej z masą parowniczki [g]

m_t – masa parowniczki [g]

Przebieg oznaczenia:

- ważenie pustego naczynka wagowego

- pobranie z próbki gruntu, taką ilość, aby uformować kulkę o średnicy 7mm, wałeczkowanie

jej na dłonico uzyskania średnicy 3mm, jeśli wałeczek nie popękał w tym momencie

czynność powtarza się do momentu kiedy wałeczek pęknie. Za popękany wałeczek uznaje

się taki , który po podniesieniu za jeden koniec rozdzieli się na dwa kawałki.

- włożenie wszystkich kawałków do zważonego naczynka (robione są dwie próbki) i

zamknięcie dokładnie doszlifowaną pokrywą ( do naczynia należy zebrać 5-7g gruntu)

- ważenie naczynka z wałeczkami

- suszenie naczynka wagowego z gruntem

- ostudzenie i ważenie naczynka z gruntem

Za wynik ostateczny przyjmuje się średnią arytmetyczną z obu oznaczeń wilgotności, jeśli ich różnica nie przekracza 10% wartości średniej.

1. Oznaczenie granicy płynności metodą Casagrande’a

Granicą płynności (w_L) - nazywa się wilgotność gruntu na granicy stanu miękkoplastycznego i płynnego. Przyjmuje się, że granicy płynności odpowiada wilgotność gruntu, przy której bruzda wykonana w paście gruntowej umieszczonej w miseczce aparatu Casagrande'a, łączy się na długości 10 mm i wysokości 1 mm przy 25-tym uderzeniu miseczki o podstawę aparatu, w warunkach oznaczania określonych normą PN-88/B-04481.

Przebieg oznaczenia:

- ważenie pustego naczynka wagowego m_t

- pobranie próbki o masie 100g, rozdrobnienie jej, umieszczenie w parowniczce i zalanie niewielką ilością wody destylowanej

- włożenie namokniętego gruntu na płytkę i mieszanie nożem w celu uzyskania jednorodnej pasty

- nałożenie pasty do miseczki aparatu tak aby nie było pęcherzyków powietrza i utworzenie wklęsłej powierzchni. Grunt wypełnia 1/3 miseczki i osiągną łączną wagę 210g.

- przecięcie pasty rylcem do uzyskania bruzdy prostopadłej do osi obrotu

- umieszczenie miseczki w aparacie, liczenie liczby uderzeń do momentu zlania się bruzdy na długość 10 mm i wysokości 1mm następnie pobranie z środka bruzdy 10g zlanej pasty

- ważenie naczynka z pastą m_mt

- wstawienie naczynka do suszarki i suszenie w temp. 105 - 110°C do stałej masy

- ponowne ważenie po wysuszeniu i ostudzeniu naczynka z próbką m_st

- należy zrobić ok. 5 próbek

Do badania wzięto tylko próbki, które mieściły się w przedziale 12-36 uderzeń.

Wilgotność obliczamy ze wzoru:

Uzyskane wyniki należy nanieś na wykres zależności liczby uderzeń od wilgotności. Przez 5 punktów naniesionych na wykres przeprowadza się linię i co najmniej 2 punkty muszą się na niej znaleźć. Jeden powinien leżeć powyżej linii, a drugi poniżej. Z wykresu odczytujemy przy 25 uderzeniach wilgotność równą granicy płynności

1. OBLICZENIA

1. Określenie naturalnej gęstości objętościowej

1. Próbka 1

$$\text{\ \ \ \ V}_{p} = \ \frac{\pi d_{p}^{2}}{4} \bullet \ h_{p} = \ \frac{\pi{2,53}^{2}}{4} \bullet \ 1,99 = 10\left\lbrack \text{cm}^{3} \right\rbrack$$

$$\text{\ \ \ \ \ ρ} = \ \frac{m_{\text{pg}} - \ m_{p}}{V_{p}} = \ \frac{51,08g - \ 30,22g}{10} = 2,09\frac{g}{\text{cm}^{3}}\ $$

1. Próbka 2

$$\text{\ \ \ \ V}_{p} = \ \frac{\pi d_{p}^{2}}{4} \bullet \ h_{p} = \ \frac{\pi{2,53}^{2}}{4} \bullet \ 1,99 = 10\left\lbrack \text{cm}^{3} \right\rbrack$$

$$\text{\ \ \ \ \ ρ} = \ \frac{m_{\text{pg}} - \ m_{p}}{V_{p}} = \ \frac{50,48g - \ 30,22g}{10} = 2,03\frac{g}{\text{cm}^{3}}\ $$

Nie można przyjąć średniej arytmetycznej próbek gdyż różnica jest większa niż 0,02. Powinno się w takim przypadku zrobić z 2 dodatkowe próbki i dopiero średnia obliczyć.

1. Oznaczenie wilgotności naturalnej

1. Próbka 1 (parowniczka 462)

2. Próbka 2 (parowniczka 401)

Różnica wilgotności nie przekracza 5% więc wilgotność naturalna wynosi 15,55%

1. Oznaczenie granicy plastyczności

1. Próbka 1

2. Próbka 2

Różnica wilgotności nie przekracza 10% więc granica plastyczności wynosi 10,70%

1. Oznaczenie granicy płynności

1. Próbka 1 dla 31 uderzeń

2. Próbka 2 dla 21 uderzeń

3. Próbka 3 dla 36 uderzeń

4. Próbka 4 dla 16 uderzeń

Odczytana wartość to w_L = 26,2%

Badania makroskopowe

- Podczas próby wałeczkowania próbka gruntu od początku do końca badania była bez połysku, a wałeczek pękł poprzecznie. Oznacza to, że grunt jest średnio spoisty.

- Bez spękań grunt był wałeczkowaty średnio 2 razy. Zawartość ziarn frakcyji piaskowej została określona na dużą zawartość ziaren piasku Na podstawie tabeli określono iż gruntem tym jest glina piaszczysta Gp_.

- Opierając się na spoistości i ilości wałeczkowań można stwierdzić, że stan gruntu jest plastyczny, a więc konsystencja jest plastyczna.

- Barwa: ciemnobrązowa

- Wilgotność: zostawia ślady na papierze i dłoniach – wilgotny

- Zawartość CaCO3: burzy się intensywnie i krótko 3-5% CaCO3

Określanie konsystencji, spoistości i stanu gruntu na podstawie badań laboratoryjnych:

- Stopień plastyczności możemy obliczyć z zależności:

- Wskaźnik plastyczność możemy obliczyć z równania:

I_p = w_L - w_p

I_p =26,2%- 10,70% = 15,50%

Konsystencja gruntu	Stan gruntu	Symbol	Wartości IL i wn
zwarta	zwarty	zw	IL < 0 oraz wn ≤ ws
	półzwarty	pzw	IL ≤ 0 oraz ws < wn ≤ wL
plastyczna	twardoplastyczny	tpl	0 < IL ≤ 0,25 oraz wp < wn ≤ wL
	plastyczny	pl	0,25 < IL ≤ 0,5 oraz wp < wn ≤ wL
	miękkoplastyczny	mpl	0,5 < IL ≤ 1,0 oraz wp < wn ≤ wL
płynna	płynny	pł	IL > 1,0 i wn > wL

Wskaźnik plastyczności [%]	Spoistość (rodzaj gruntu)
Ip ≤ 1	niespoisty
1 < Ip	spoisty
1 < Ip ≤10	mało spoisty
10 < Ip ≤ 20	średnio spoisty
20 < Ip ≤ 30	zwięzło spoisty
30 < Ip	bardzo spoisty

Na podstawie wyników badań laboratoryjnych można stwierdzić, że:

- konsystencja gruntu jest: plastyczna,

- stan gruntu jest: plastyczny,

- grunt jest średnio spoisty.

WNIOSKI:

Zarówno na podstawie badań makroskopowych jak i badań laboratoryjnych określono taką samą spoistość, konsystencję i stan gruntu.