-15-

WYKŁAD V

stopień plastyczności

I_L= (1)

Stany fizyczne gruntów spoistych w granicach poszczególnych konsystencji określa się umownie. W zależności od ich zawilgocenia na podstawie stopnia plastyczności I_L

w_n-parametr zmienny

w_p i w_L - są to stałe cechy dla danego gruntu

w_s- granica skurczalności

Stany gruntów spoistych zależą od I_L i w_n

konsystencja	stan	Symbol	IL	wn
zwarta	zwarty	zw	IL<0	wnws
	półzwarty	pzw	IL0	wswnwp
plastyczna	twardoplastyczny	tpl	0<IL0,25
	plastyczny	pl	0,25<IL0,50	wpwnwL
	miękkoplastyczny	mpl	0,50<IL1,00
płynna	płynny	pł	1,00<IL	wL<wn

Można porównywać stany gruntów dla gruntów (tpl), można bezpiecznie projektować fundamenty. Grunty (pl.) nie są nośne, ale do I_L=0,45 można projektować. (najlepsze dla budowli grunty do konsystencji tpl).

I_p=w_L-w_p I_p- wskaźnik plastyczności charakteryzujący pojemność wilgotnościową gruntu w granicach konsystencji plastycznej. Podaje ile % wody należy dodać, aby grunt przeszedł ze stanu półzwartego do płynnego.

Wskaźnik aktywności koloidalnej wg. Skemptona

A= (1), gdzie: I_p- cechy mineralogiczne, f_i- frakcje iłowe

-A>1,25- grunty o wysokiej aktywności koloidalnej

-1,25A<0,75- średnioaktywne,

-A0,75- niska aktywność koloidalna;

około A=1,0 w Polsce.

Kryterium podziału gruntów spoistych PN 02480, tabela podział gruntów spoistych ze względu na spoitość)

f_i>2%- grunty spoiste

I_p>1%- grunty spoiste

Grunt spoisty- ściskany w palcach nie rozpada się Grunt niespoisty- rozpada się.

Jeżeli A jest wyższe tym zdolność gruntów, tj minerałów frakcji iłowej do wiązania wody w danych warunkach w granicach konsystencji plastycznej gruntu jest większa.

W gruntach o wysokich wartościach A (ił bentonitowy A=6, lessy, kaolinity A=0,5)

Poprzez aktywność koloidalną- rozumie się skłonność gruntów spoistych do zmiany cech fizycznych, oraz do wejścia w reakcje chemiczne pod działaniem wody.

Wilgotność krytyczna I_L=0,5- skokowy skok plastyczności.

Grunty o stanie gorszym niż plastycznym gwałtownie osiadają.

w_k- wilgotność krytyczna, w_k=0,5*I_p+w_p,

jest to wilgotność którą ma grunt w momencie przejścia ze stanu plastycznego do miękkoplastycznego.

Gdy grunt osiąga I_p=0,5- to spada jego wytrzymałość na ścinanie.

-16-

Granica płynności- parametr stożkowy

w_L=0,043*+0,8873*w₁₈+3,67

w₁₈- wilgotność pasty gruntowej; której stożkowa końcówka penetrometru wnika na głębokość h=18 mm w odpowiednich warunkach pomiaru.

Jakie powinny być warunki pomiru

w₁

12<n<20 N=4 w₂

w₃ różne wilgotności.

w₄

I_c- wskaźnik konsystencji gruntu oznacza się jako wilgotność przy wytrzymałości na ścinanie pasty = 5kPa odpowiada głebokość penetracji h=14 mm.

I_k- stopień konsystencji I_k==1-I_L

nie dotyczy gruntów mało spoistych f_i<5%, że by uniknąć błędów granicy plastyczności i płynności.

Wpływ wody na ciężar objętościowy gruntu

Strefa kapilarności biernej

_śr -przy pełnym nasyceniu porów wodą, ale nie są poniżej lustra wody.

2 _śr=(1-n)*_s.+n*_w [kN*m.^-3]

3 '- ciężar gruntu mniejszy, bo wypór wody, poniżej lustra wody

-17-

'=(1-n)*(*g

_śr - '=_w=9,81 [kN/m³]

Stany zawilgocenia gruntu określa w jakim stopniu pory w gruncie wypełnione są wodą.

M_w=n*V* - masa wody

M_d=V_s*=(1-n)*V* - masa szkieletu

Wilgotność całkowita przy pełnym nasyceniu porów wodą W_sr=*100%

Stopień wilgotności S_r (1) S_r= V_w- objętość wody, V_p- objętość porów

W zależności od S_r grunty podzielono na stany (sypkie)

- 0<S_r0,40 (mw) małowilgotny

- 0,40<S_r0,80 (w) wilgotny

- 0,80<S_r1,0 (nw) nawodniony

S_r=1- ośrodek 2 fazowy

S_r=0- ośrodek 2 fazowy (gaz, stała (woda))

S_r- wpływa na wartość kąta tarcia wewnętrznego, ściśliwość gruntu. Każdy grunt poniżej zwierciadła wody gruntowej uważa się za nawodniony.

Nawilgocony kapilarnie, gdy woda nie odsącza się z niego można uważać za grunt nawodniony.

-Grunty S_r=0- grunt suchy, nie ma śladu wilgosi na bibule

-mało wilgotny- ślad na bibule

-wilgotny- pozostanie ślad wilgoci na papierze, rękach

-mokry- po ściśnięciu wypływa woda

-rozwodniony- woda odsącza się grawitacyjnie.

Ruch wody w gruncie

-woda przemieszcza się porami,

-w frakcjach iłowych woda jest wiązana

pole naprężeń. pole elektryczne

Przepływ wody w gruncie dotyczy wody swobodnej- poddanej grawitacji.

Gorzej z pozyskaniem wody z gruntów spoistych.

Założenia wstępne:

W gruntach przepływ laminarny, prędkość krytyczna V_k po której ruch burzliwy V_k= - wg. Reynoldsa.

W żwirach- jedynie przepływ burzliwy.

Prawo przepływu (Darcy)- prędkość przepływu wody w gruncie jest proporcjonalny do spadku hydraulicznego. V=k*i.

Zależy od rodzaju gruntu (uziarnienia), porowatości. Lepkości wody (od temperatury i składu chemicznego).

-18-

Spadek hydrauliczny

k- współczynnik filtracji, wodoprzepuszczalności [m/s., cm/s.]

i- spadek hydrauliczny

i=- spadek ciśnienia na drodze przepływu, i==

Prawo Darcy słuszne tylko dla przepływu laminarnego.

Przepływ wody zależy od:

-drożnych porów,

-porowatości gruntu,

-rzeczywistej powierzchni przepływu F₁=F*

-rzeczywisty przepływ wody V_rzecz=V*

Musimy wyznaczyć dla danego

Współczynnik filtracji:

-odwodnienie wykopów,

-dobrze wybudować groble nieprzepuszczalne dla wody,

-ekrany nieprzepuszczalne z gruntów spoistych

Określenie k:

na podstawie wzoru na wydatek Q=k*i*A*t (A- powierzchnia przepływu, t-czas) k= []

Prawo Darcy- prawo doświadczalne, więc k może być wyznaczony na podstawie bezpośrednich obserwacji.

Metody określania k:

1. Laboratoryjne

2. Polowe

3. Na podstawie wzorów empirycznych.

Mówimy o ośrodku jednorodnym izotropowym.

Współczynnik filtracji dla układów uwarstwionych.

k_II=, h=h₁+h₂+.....+h_n

-19-

k=

ad 1)

a) niespoiste- metody o stałym spadku hydraulicznym

b) spoiste- o zmiennym spadku hydraulicznym.

Ad a)

k= ( i- nie jest dane, l-długość drogi przepływu)

Odczyt Q w czasie t i ustalenie (H₁-H₂).

Robi się to dla różnych zagęszczeń (dla sypkich).

Ad b)

Objętość przepływającej wody przez próbkę oblicza się na podstawie obserwacji spadku poziomu wody w pionowej rurce o znanym przekroju a.

Rurka

Zgodnie z prawem Darcy -a*

-a*

dla t_y=0, H=H₁

dla t=t₁, H=H₂

ln*(t₁-t)

t₁-t=T - całkowity czas pomiaru

k= , stałe: a,l,A,T, mierzymy - w czasie t

---