Określenie stanu i spoistości gruntu spoistego

 

OPIS TEORETYCZNY

Stan gruntu spoistego określa parametr zwany stopniem plastyczności I_L, obliczany według następującego wzoru:

w którym:
I_L - stopień plastyczności (liczba niemianowana),
w_n - wilgotność naturalna [% lub liczba niemianowana],
w_p - granica plastyczności [% lub liczba niemianowana],
w_L - granica płynności [% lub liczba niemianowana].

Granica plastyczności (w_p) jest to wilgotność jaką ma grunt na granicy stanu półzwartego i twardoplastycznego. Przy tej wilgotności wałeczek gruntu, podczas jego wałeczkowania na dłoni, pęka po osiągnięciu średnicy 3mm lub podniesiony za jeden koniec rozpada się na części.

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.

Granicą skurczalności (w_s) nazywa się wilgotność gruntu na granicy stanu zwartego i półzwartego, przy której grunt pomimo dalszego suszenia nie zmniejsza swojej objętości i jednocześnie zaczyna zmieniać barwę na powierzchni na odcień jaśniejszy.

Obliczenie parametru I_L wykonuje się w celu dokładnego oznaczenia stanu gruntu.

Podział na stany i konsystencje gruntów spoistych przedstawia się następująco:

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

 

Spoistość gruntu określa parametr zwany wskaźnikiem plastyczności I_p obliczany według wzoru:

Wskaźnik plastyczności określa plastyczne właściwości gruntu, wskazując ile wody wchłania grunt przy przejściu ze stanu półzwartego w stan płynny, a więc podając zakres wilgotności, w których grunt ma właściwości plastyczne.

Zależność między wartościami wskaźnika plastyczności a spoistością gruntu

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

 

SPOSÓB WYKONANIA BADANIA

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

I Oznaczenie wilgotności naturalnej

1. Wykonanie badania:
   - zważyć dwie parowniczki,
   - umieścić próbki gruntu w parowniczkach,
   - zważyć parowniczki wraz z gruntem,
   - umieścić parowniczki wraz z gruntem w suszarce w temperaturze 105÷110^o C,
   - na następny dzień wyjąć parowniczki z suszarki, ostudzić, zważyć.

2. Obliczenie wyników:
   Wynik uznajemy za dostatecznie dokładny, jeżeli różnica wyników z obydwu parowniczek nie przekracza 5% mniejszej z otrzymanych wartości. Za wynik przyjmujemy średnią arytmetyczną otrzymanych wartości.

II Oznaczenie granicy plastyczności

1. Wykonanie badania:

   • zważyć dwie parowniczki,

   • z jednorodnego gruntu formować kuleczkę o średnicy 7,0 mm i wykonać z niej wałeczek o średnicy 3 mm. Jeżeli wałeczek nie wykazuje spękań po osiągnięciu średnicy 3mm, ponownie formujemy kuleczkę i wykonujemy z niej wałeczek. Wałeczkowanie to powtarza się tyle razy, aż przy kolejnym wałeczkowaniu wałeczek popęka po osiągnięciu średnicy ok. 3 mm, albo podwieszony za jeden koniec przełamie się lub też rozpadnie na kilka oddzielnych kawałków,

   • spękany wałeczek umieścić w parowniczce pod przykryciem (przykrycie stosujemy do momentu zważenia),

   • badanie powtarzamy aż w obydwu parowniczkach znajdzie się co najmniej po około 5÷7 g gruntu,

   • oznaczyć wilgotność wałeczków znajdujących się w parowniczkach.

2. Obliczenie wyników
   Wartość granicy plastyczności stanowi średnia arytmetyczna obu oznaczeń wilgotności.

III Oznaczenie granicy płynności gruntu wg Casagrande'a

1. Wykonanie badania:

   • zważyć 5÷6 parowniczek,

   • pobrać próbkę gruntu o objętości około 0,3 litra gruntu,

   • rozetrzeć na jednolitą pastę usuwając z niej jednocześnie ziarna gruntu o średnicy większej od 2,0mm,

   • przygotowaną pastą wypełnić miseczkę aparatu Casagrande'a w takiej ilości aby łączna masa miseczki oraz gruntu wynosiła 210ą1g. Pasta powinna wypełniać tylko przednią część miseczki tworząc powierzchnię wklęsłą o maksymalnej grubości 9mm,

   • wykonać w paście bruzdę za pomocą rylca skierowanego prostopadle do dna miseczki. (Bruzdę wykonuje się prostopadle do osi obrotu miseczki),

   • założyć miseczkę do aparatu, wyzerować licznik, włączyć aparat,

   • liczbę uderzeń określamy w momencie połączenia się dolnych brzegów bruzdy na długości 10mm i wysokości 1mm ( zapisać liczbę uderzeń),

   • z miejsca połączenia bruzdy pobrać próbkę gruntu i umieścić na parowniczce w celu określenia wilgotności,

   • badanie powtarzamy przynajmniej pięciokrotnie dodając każdorazowo do pasty gruntowej wodę destylowaną.

Po każdorazowym dodaniu wody określić wilgotność gruntu oraz liczbę uderzeń, przy której zeszła się w wymaganym stopniu bruzda wykonana w gruncie. Liczba uderzeń powinna mieścić się w granicach 12÷35.

Rys. 1. Aparat Casagrande'a, rylce do zrobienia bruzdy, wykonana bruzda w miseczce aparatu Casagrande'a

2. Obliczenie wyników
   Otrzymane wartości wilgotności nanieść na wykres przedstawiający zależność ilości uderzeń miseczki o aparat od wilgotności gruntu. Odczytać z wykresu wartość granicy płynności.

Rys. 2. Wykres zależności liczby uderzeń w aparacie Casagrande�a od wilgotności gruntu

IV Określenie stanu gruntu

Otrzymane z badań wielkości wilgotności naturalnej, granicy plastyczności, granicy płynności podstawić do wzoru określającego stopień plastyczności i wskaźnik plastyczności . Określić spoistość i stan gruntu.

Rys. 3. Zależność stopnia plastyczności od wilgotności gruntu i jego granic konsystencji

 

V Materiały uzupełniające

• Formularz do ćwiczeń

• Pytania

• Zadania