Ćwiczenie 6

Oznaczanie granicy płynności w_l

1. wstęp

W zależności od wilgotności w rozróżnia się trzy konsystencje gruntów spoistych:

konsystencja płynna	konsystencja plastyczna	konsystencja zwarta
wl wp
granica płynności granica plastyczności

które rozdzielają granica płynności w_l i granica plastyczności w_p.

Granica płynności gruntu jest to wilgotność na granicy konsystencji plastycznej i płynnej, w której grunt przechodząc w stan płynny rozpływa się i traci zdolność zachowania nadanego kształtu. Określa się ją metodą Casagrande'a lub Wasilewa.

2. Oznaczenie granicy płynności gruntu wg Casagrande'a

Według tej metody granica płynności w_l jest to wilgotność, przy której bruzda rozdzielająca próbkę gruntu w miseczce aparatu Casagrande`a złączy się na długości 10 mm i wysokości 1 mm po 25 uderzeniach.

2.1. Przyrządy

a. Aparat Casagrande^'a (rys.1) składa się z podstawy metalowej (1), w której znajduje się podkładka gumowa (2) o odpowiedniej twardości i sprężystości, z miseczki metalowej (3) i korbki (4) połączonej z krzywką podnoszącą miseczkę. Masa miseczki powinna wynosić 160 ± 5 g. Uruchomienie aparatu następuje poprzez obrót korbką, która powoduje obrót krzywki umożliwiającej podnoszenie i opadanie miseczki. Miseczka powinna się podnosić na wys. 10 mm ponad podkładkę gumową, wysokość tę należy sprawdzić przed każdym badaniem za pomocą rękojeści rylca o szerokości 10 mm.

b. Rylce profilowane: rylec płaski (5) dla gruntu spoistego, rylec łukowy (6) dla gruntu małospoistego (pyły i piaski).

c. Sekundomierz.

d. Parowniczka porcelanowa o średnicy 15 cm.

e. 5 tygielków porcelanowych o średnicy 3 cm.

f. Przyrządy do oznaczania wilgotności, jak w ćwiczeniu 3.

2.2. Przygotowanie próbki do oznaczenia

a. Z badanego gruntu spoistego, makroskopowo jednorodnego, o zachowanej wilgotności naturalnej wydzielić próbkę o masie 100 g, umieścić w parowniczce i zalać ją wodą destylowaną.

b. Po upływie 20 godzin nasycony wodą grunt wymieszać do uzyskania jednorodnej pasty.

c. Z wymieszanej próbki usunąć ziarna o średnicy większej niż 2 mm.

Rys. 1. Aparat Casagrande^'a: 1 - podstawa metalowa, 2 - podkładka gumowa, 3 - miseczka

metalowa, 4 - korbka, 5 - rylec płaski, 6 - rylec łukowy

2.3. Wykonanie oznaczenia

a. Przygotowaną pastę włożyć do miseczki aparatu cienkimi warstwami za pomocą łopatki, tak aby nie pozostały w niej pęcherzyki powietrza, a nałożony grunt w miseczce utworzył wklęsłą powierzchnię walcową.

b. Grunt powinien wypełnić przednią część miseczki, przy czym największa grubość warstwy powinna wynosić 9 mm. Sprawdzić masę gruntu z miseczką - powinna wynosić 210 ± 1 g.

c. Uformować bruzdę w gruncie odpowiednim rylcem, przeciągając go prostopadle do powierzchni dna i osi obrotu miseczki.

d. Umieścić miseczkę w aparacie. Obracając korbką aparatu z prędkością 2 obrotów na sekundę powoduje się uderzenia miseczki o gumową podkładkę.

e. Policzyć uderzenia do momentu, gdy brzegi bruzdy zleją się na długość 10 mm i wysokości 1 mm.

f. Pobrać ze środka bruzdy 10 g gruntu do tygielka porcelanowego i oznaczyć jego wilgotność zgodnie z ćwiczeniem 3.

g. Pozostałą w miseczce część gruntu przełożyć do parowniczki i wymieszać z niewielką ilością wody destylowanej (od kilku do kilkunastu kropli).

Przy oznaczeniu granicy płynności gruntu należy wymienione czynności wykonać pięciokrotnie, z czego dwa lub trzy badania powinny wykazać liczbę uderzeń mniejszą niż 25. Do obliczania wyników należy przyjąć badania, których wyniki wykazały liczbę uderzeń w zakresie 12 ± 35.

2.4. Obliczanie wyników

Po oznaczeniu wilgotności i liczby uderzeń dla każdej badanej próbki gruntu wyniki należy przedstawić na wykresie (rys. 2).

Przez punkty odpowiadające poszczególnym badaniom należy przeprowadzić linię, przy czym co najmniej 3 punkty powinny leżeć w przybliżeniu na prostej (odchyłki nie większe niż 0,2 na skali wilgotności), zaś z pozostałych dwóch jeden powinien leżeć powyżej linii, drugi poniżej, lecz w obu przypadkach w odległościach nie większych niż 0,6% w skali wilgotności.

W przypadku niespełnienia tego warunku należy powtórzyć oznaczenie.

Punkt przecięcia wykreślonej linii z linią odpowiadającą 25 uderzeniom określa wilgotność równą granicy płynności w_L badanego gruntu.

Rys. .2. Wykreślne wyznaczanie granicy płynności wg Casagrande'a

3.Oznaczenie granicy płynności gruntu metodą Wasilewa

3.1. Przyrządy

W metodzie Wasiliewa granicą płynności w_l jest wilgotność, przy której odpowiednio skonstruowany stożek zagłębi się pod własnym ciężarem w grunt na głębokość 10 mm w ciągu 5 sekund. Stosuje się ją głównie przy badaniu gruntów wysadzinowych.

a. Stożek wahadłowy o kształcie i wymiarach jak na rysunku 3, wykonany ze stali nierdzewnej, polerowany o masie 76 ± 0,2 g z dwoma rowkami pierścieniowymi o szerokości 0,2 mm na wysokości 10,0 i 12,0 mm.

b. Naczynie cylindryczne (rys. 3) o średnicy wewnętrznej co najmniej 40 mm oraz wysokości 20 mm.

c. Sekundomierz.

d. Parowniczka porcelanowa o średnicy 15 cm.

e. 3 tygielki porcelanowe o średnicy 3 cm.

Rys. 3. Stożek Wasilewa

3.2. Przygotowanie próbki i Wykonanie oznaczenia

Dostarczony grunt należy przygotować analogicznie jak w metodzie Casagrande'a, zwracając szczególną uwagę, aby pasta gruntowa nadmiernie nie wysychała.

a. Przygotowaną próbkę gruntu w postaci pasty nałożyć do naczynia cylindrycznego za pomocą łopatki, tak aby nie pozostały w niej pęcherzyki powietrza, a górna powierzchnia próbki była równa z brzegiem naczynia i wygładzona.

b. Przetrzeć stożek watą lekko zwilżoną olejem wrzecionowym.

c. Trzymając stożek dotknąć ostrzem powierzchnię próbki w naczyniu, zwolnić uchwyt palców, tak aby stożek zagłębił się pionowo w próbkę pod własnym ciężarem.

d. Po upływie 5 sekund od momentu zwolnienia uchwytu należy ustalić jego zagłębienie, oceniając je według poziomu położenia obu pierścieni.

e. Wyjąć stożek z naczynia i z miejsca zagłębienia stożka pobrać do tygielka 10 ÷15 g gruntu i oznaczyć wilgotność według ćwiczenia 3.

f. W zależności od pierwszego zagłębienia stożka należy:

1) zagłębienia mniejszego od 8 mm nie uwzględnia się, należy zwiększyć wilgotność pasty gruntowej przez dodanie do niej nieco wody destylowanej;

2) zagłębienie w zakresie 8÷10 mm - zwiększać dwa razy wilgotność pasty gruntowej tak, aby największe zanurzenie stożka nie przekroczyło 12 mm;

3) zagłębienie 10 mm - powtórzyć badanie przy niezmiennej wilgotności po dodatkowym wymieszaniu (dokładnie), a otrzymawszy ponownie zagłębienie 10 mm zakończyć oznaczenie;

4) zagłębienie w zakresie 10÷12 mm - zmniejszać dwa razy wilgotność pasty gruntowej, przez powolne podsuszanie jej w temperaturze pokojowej, tak aby zanurzenie stożka było nie mniejsze niż 8 mm;

5) Zagłębienie większe od 12 mm - pomiaru nie uwzględnia się, zmniejszyć wilgotność pasty gruntowej jak w pkt. 4).

3.3. Obliczanie wyników

Jeżeli w obu badaniach uzyskano zagłębienie stożka równe 10 mm, to jako granicę płynności gruntu wg Wasiliewa w_l należy przyjąć średnią arytmetyczną wilgotności gruntu przy obu oznaczeniach.

Różnica obu wilgotności nie powinna przy tym przekroczyć 5% względnej wartości średniej.

W przypadku gdy przy kolejnych badaniach uzyskano różne zagłębienia stożka (w zakresie 8÷12 mm), to wartość w_l należy określić za pomocą interpolacji graficznej na podstawie wykresu dla co najmniej trzech oznaczeń.

W obu metodach wilgotność gruntu należy oznaczyć według ćwiczenia 3.

4. Obliczanie wskaźnika plastyczności I_p

i stopnia plastyczności I_L

Znając granicę plastyczności w_p i granicę płynności w_l możemy wyznaczyć wskaźnik plastyczności I_p

I_p = w_l - w_p [%]

Wskaźnik plastyczności wskazuje, ile wody w procentach (w stosunku do masy szkieletu gruntowego) wchłania grunt przy przejściu ze stanu półzwartego w stan płynny.

Znając te wielkości możemy z kolei obliczyć stopień plastyczności I_L . Parametr ten jest wielkością charakteryzującą grunty spoiste i jest ważny w projektowaniu przy ustalaniu pozostałych parametrów geotechnicznych metodą B lub C.

---