Akademia Górniczo – Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

Ćwiczenie nr 2: Oznaczanie konsystencji gruntów spoistych

Mechanika gruntów i geotechnika, konspekt Prowadząca: mgr inż. Malwina Kolano

Wykonał: Paweł Sobczak

Wydział Górnictwa i Geoinżynierii kierunek: Ochrona Środowiska studia zaoczne, rok II, semestr IV, grupa 2B

Data wykonania ćwiczenia: 16 marzec 2013 r.

Wstęp 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 pomiędzy poszczególnymi stanami są określone jako granice konsystencji zwane również granicami Atterberga.

Wilgotność naturalna gruntu.

Wilgotnością naturalną gruntu w_n nazywamy stosunek masy wody zawartej w porach gruntu w stanie normalnym do masy szkieletu gruntowego tej próbki. Wilgotność naturalną obliczamy na podstawie wzoru:

w_n=(m_w/m_s)*100%

gdzie:

w_n – wilgotność naturalna gruntu, [%],

m_w – masa wody zawarta w próbce, [g],

m_s – masa szkieletu gruntowego, [g].

Masę szkieletu gruntowego uzyskuje się poprzez suszenie próbki w temperaturze 105°C÷110°C. Masa próbki po wysuszeniu jest masą szkieletu gruntowego – zakładamy, że grunt w tej temperaturze traci całą wodę.

Granica skurczalności w_s.

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 swoją barwę na powierzchni na jaśniejszą.

Granica plastyczności w_p.

Pomiędzy stanem półzwartym i stanem twardo-plastycznym znajduje się granica plastyczności w_p i określa ją wilgotność [%] jaką ma grunt, gdy przy kolejnym wałeczkowaniu wałeczek pęka, rozwarstwia się lub rozsypuje po osiągnięciu średnicy 3 mm.

Granica płynności w_L.

Granica płynności w_L występuje pomiędzy 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 215 uderzeniach aparatu.

Stopień plastyczności I_L oraz stan gruntu.

Stopień plastyczności jest wartością pozwalającą określić stan gruntu spoistego, jego wartość określamy na podstawie granic konsystencji: granicy płynności w_p i granicy plastyczności w_L. Obliczamy ją ze wzoru:

$$I_{L} = \frac{w_{n} - w_{p}}{w_{L} - w_{p}}\ ,$$

gdzie:

I_L – stopień plastyczności, [%],

w_n – wilgotność naturalna, [%],

w_L – wartość granicy plastyczności, [%],

w_p – wartość granicy płynności, [%].

Podział gruntów ze względu na ich stan (stopień plastyczności) jest następujący:

Stan gruntu	Symbol	Stopień plastyczności IL, [%]	Wilgotność gruntu w stosunku do granicy konsystencji
Zwarty	zw	IL < 0	w ≤ ws
Półzwarty	pzw	IL ≤ 0	ws < w ≤ wp
Twardoplastyczny	tpl	0 < IL ≤ 0,25	wp < w ≤ wL
Plastyczny	pl	0,25 < IL ≤ 0,5
Miękkoplastyczny	mpl	0,5 < IL ≤ 1
Płynny	pł	1 < IL	wL < w

Wskaźnik plastyczności I_p oraz spoistość gruntu.

Różnicę między granicą plastyczności i granicą płynności nazywamy wskaźnikiem plastyczności I_p i wyrażany jest wzorem:

I_p=w_L-w_p,

gdzie:

I_p – wskaźnik plastyczności, [%],

w_L – wartość granicy plastyczności, [%],

w_p – wartość granicy płynności, [%].

Wskaźnik plastyczności określa ile wody w procentach (w stosunku do masy szkieletu gruntowego) wchłania grunt przy przejściu ze stanu półzwartego w stan płynny. W mechanice gruntów klasyfikujemy grunty ze względu na ich wskaźnik plastyczności:

Rodzaj gruntu	Wskaźnik plastyczności Ip [%]
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

Sposób wykonania ćwiczenia:

Przygotować 2 parowniczki do oznaczania granicy plastyczności oraz 5 parowniczek do oznaczania granicy płynności (suche parowniczki zważyć, zanotować masę każdej na osobnej karteczce).

Granica plastyczności

• z pojemnika z przygotowaną masą gruntową w stanie twardoplastycznym pobrać grudkę gruntu spoistego, uformować kulkę o średnicy około 8 mm, położyć na dłoni i drugą ręką uformować z tej kulki wałeczek o średnicy 3 mm,

• zgnieść ten wałeczek, ponownie zrobić z niego kulkę o średnicy 8 mm i ponownie wałeczkując zrobić wałeczek o średnicy 3 mm,

• powtarzać tę czynność dotąd, aż wałeczek popęka poprzecznie lub podłużnie albo nie da się z niego zrobić kulki,

• taki materiał wkładamy do parowniczki, a z pojemnika bierzemy nową porcje gruntu w stanie twardoplastycznym i wałeczkujemy jak poprzednio. Do oznaczenia wilgotności gruntu, z którego nie da się już zrobić kulki potrzebne jest około 5 – 6 g gruntu,

• przygotowujemy 2 parowniczki po około 6 g gruntu, oznaczamy ich masę wraz z parowniczkami, zapisujemy masę na karteczkach i wkładamy do suszarki wraz z karteczkami,

• suszymy do uzyskania stałej masy!

  1. Granica płynności

• przygotowujemy pastę gruntową o stanie miękkoplas-tycznym poprzez dokładne wymieszanie (błoto klejące się do rąk),

• nakładamy roztartą pastę na miseczkę aparatu Casagranda w ilości takiej, aby wraz z miseczką masa jej wynosiła 210 g,

• rozprowadzamy ją równomiernie warstwą o grubości około 10 – 12 mm,

• dołączamy miseczkę do aparatu,

• rylcem wykonujemy bruzdę o szerokości 2 mm,

• włączamy aparat i liczymy uderzenia miseczki o gumową podstawę do chwili, aż wykonana bruzda zleje się na odcinku 10 mm i na wysokości 1 mm,

• ze środka bruzdy pobieramy około 10 g gruntu, wkładamy do parowniczki, ważymy, zapisujemy masę gruntu wilgotnego wraz z parowniczką i liczbę uderzeń, wkładamy parowniczkę do suszarki w celu określenia wilgotności,

• do pojemnika z pastą gruntową dodajemy kilka kropel wody, rozcieramy pastę równomiernie i ponownie określamy liczbę uderzeń i wilgotność gruntu, gdy wykonana bruzda zlewa się na odcinku 10 mm i na wysokości 1 mm,

• należy przeprowadzić przynajmniej 4 oznaczenia wilgotności. 2 gdy liczba uderzeń o podstawę aparatu była większa od 25 (ale nie większa niż 40) oraz 2 gdy liczba ta była mniejsza od 25 (ale nie mniejsza niż 12),

• wykonać niezbędne obliczenia zalecanych wielkości.