Wskaźniki klasyfikacyjne

Wskaźniki klasyfikacyjne (testowe) to wielkości, na podstawie których można wnioskować w sposób przybliżony o właściwościach mechanicznych gruntu.

Grunty spoiste

1. I_L - stopień plastyczności. Za pomocą tego parametru można wyznaczyć stan gruntu. Oznacza się go za pomocą sondowania sondą cylindryczną, lub metodą wałeczkowania. Można wyznaczyć go również, mając dane granice konsystencji gruntu.

I_L=1,25*Xsr/A*f_i = (w_n-w_p)/(w_L-w_p)

Granice konsystencji

W gruntach spoistych rozróżnia się 3 konsystencje: płynną, plastyczną i zwartą. Na granicy między konsystencją plastyczną i płynną znajduje się granica płynności (w_L), na granicy między konsystencją plastyczną i zwartą znajduje się granica plastyczności (w_p), dodatkowo wyróżnia się jeszcze granicę skórczalności (w_s). Granice te zostały wprowadzone w 1911r. Przez Atterberga.

Granica płynności w_L -- rozgranicza stan płynny i plastyczny. Według metody Casagrande'a granica płynności to najmniejsza procentowa zawartość wody w gruncie, przy której bruzda wykonana w miseczce aparatu Casagrande'a zaczyna się łączyć pod wpływem 25 uderzeń o podstawę aparatu ponownie w całość, na długości 1cm i wysokości 1mm.

Aby zbadać granicę płynności metodą Casagradne'a przygotowujemy najpierw pastę gruntową (namokniętą i wymieszaną nożem próbkę, po odrzuceniu większych ziaren), następnie układamy ją w miseczce aparatu tek, żeby tworzyła wklęsłą powierzchnię i zajmowała 2/3 miseczki i kończyła się równą górną linią. Następnie przecinamy ją płaskim rylcem (lub łukowym, dla gruntów niespoistych) i kręcimy korbką z prędkością 2 obrotów na sekundę. Kończymy kręcić, gdy bruzda zleje się na długości 10mm i wysokości 1mm, po czym odnotowujemy liczbę uderzeń i badamy wilgotność próbki gruntu pobranej ze środka bruzdy. Badanie to powtarzamy 5-krotnie. Po badaniu wyniki nanosi się na wykres, Następnie łączy się punkty tak, aby powstała funkcja, - z której odczytujemy wilgotność dla 25 uderzeń.

Granicę płynności można określać również dwoma innymi metodami: Wasiliewa i penetrometru stożkowego.

Granica plastyczności w_p - największa procentowa zawartość wody w gruncie, mierzona w stosunku do jej suchej masy, przy której grunt rozwałkowany z kulki o średnicy 7-8mm w wałeczek o średnicy 3mm zaczyna się kruszyć. Aby zbadać tą granicę bierzemy kuleczkę z gruntu w stanie plastycznym, (jeśli jest w stanie zwartym, lub półzwartym, możemy zwilżyć) i wałeczkujemy, - po czym badamy wilgotność pękniętych wałeczków.

Granica skurczalności w_s - największa procentowa zawartość wody, przy której grunt przy dalszym suszeniu przestaje się kurczyć i zmienia swą barwę powierzchni na jaśniejszą. Można ją obliczyć(wg normy PN-88/B-04481) ze wzoru:

w_s = (ρ_w/ρ_d - ρ_w/ρ_s)*100%

Można też uznać, że granica skurczalności jest równa granicy płynności pomniejszonej o 1,25 zawartości frakcji iłowej.

Stany fizyczne

2. Wskaźnik plastyczności - wskazuje, ile wody wchłania grunt przy przejściu ze stanu półzwartego w płynny, na jego podstawie ustala się aktywność koloidalna A (dla większości gruntów w Polsce A=1, czyli przeciętnie aktywne)

Ip = w_L - w_p = Af_i

Wskaźnik ten określa zakres wilgotności, w których grunt ma właściwości plastyczne. Im większa jego wartość, tym bardziej plastyczny grunt (oznacza to dużą zdolność do odkształcania się bez zniszczenia próbki). Grunty o małej wartości wskaźnika plastyczności bardzo szybko upłynniają się.

Grunty niespoiste

1. Stopień zagęszczenia I_D - jest to stosunek zagęszczenia w stanie naturalnym do największego możliwego zagęszczenia danego gruntu. Oblicza się go ze wzoru:

lub określa metodą sondowania (gdyż niemożliwe jest pobranie próbek NNS gruntu niespoistego). Polega ona na pomiarze oporu końcówek sond przy ich zagłębianiu w grunt. Rozróżnia się sondy wbijane, wkręcane i wciskane. Najpopularniejsze w Polsce są sondy wbijane. Stopień zagęszczenia określa się z ilości uderzeń młota dla uzyskania odpowiedniego zagłębienia.

W zależności od stopnia zagęszczenia rozróżnia się 4 stany zagęszczenia gruntów niespoistych:

- luźny I_D ≤ 0,33

- średnio zagęszczony 0,33 < I_D ≤ 0 ,67

- zagęszczony 0,67 < I_D ≤ 0,8

- bardzo zagęszczony 0,8 < I_D ≤ 1

Grunty nasypowe

1. Wskaźnik zagęszczenia I_s - jest miernikiem charakteryzującym jakość nasypu, określa się go ze wzoru

Czyli gęstość objętościowa szkieletu gruntu w nasypie podzielona przez maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntu uzyskaną w warunkach określonych normą. Maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntu oznacza się w aparacie proctora. Polega ona na ubijaniu 5 próbek gruntu ubijakiem w odpowiednim cylindrze, w 3 lub 5 warstwach przy różnych wilgotnościach. W oparciu pomiary gęstości objętościowej szkieletu gruntowego wykonuje się wykres, z którego określa się wilgotność optymalną w_opt odpowiadającej maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu.

Część doświadczalna

Na podstawie badań makroskopowych (wałeczkowania i rozcierania w wodzie) określiłam nazwę gruntu: była to glina - wałeczek pękł poprzecznie, przez cały czas wałczkowania będąc matowy, przy rozcieraniu w wodzie wyczuwalne były pojedyncze ziarna piasku.

Kolejnym krokiem było określenie wilgotności naturalnej- w tym celu nałożono do uprzednio zważonych dwóch tygielków (26,85g i 28,67g) próbki, zważono ponownie (31,78g i 33,23g), a potem jeszcze raz po wysuszeniu (31,11 g i 32,65g). Wilgotność naturalną obliczyłam ze wzoru: w= m_mt-m_st/ m_st-m_t. Dla obu próbek wynosiła ona odpowiednio 15,73% i 14,57%. Jako że różnica między nimi wynosiła 1,16% (czyli była mniejsza niż 5%) za wilgotność naturalną przyjęto ich średnią, czyli15,115%.

Następnie zbadano granicę płynności - w tym celu wałeczowano (uprzednio zwilżone) próbki gruntu, do momentu ich pęknięcia, po czym określono ich wilgotność - do dwóch tygielków wrzucono po kilka zniszczonych wałeczków. Wynosiła on 15,85% dla pierwszej próbki i 14,86% dla drugiej. Różnica między nimi wynosiła 0,99%, czyli ich wilgotność (granica plastyczności) wynosiła15,355%.

Granicę płynności zbadano metodą Casagrande'a na trzech próbkach, - po czym naniesiono wyniki (dla 10, 16 i 30 uderzeń) na wykres - niemożliwe było przeprowadzenie linii prostej przez 3 punkty, wyznaczono więc linię za pomocą metody najmniejszych kwadratów i na jej podstawie określono wilgotność dla 25 uderzeń, miała ona wartość30,25%.

Na podstawie obliczonych granic konsystencji obliczono stopień plastyczności i wskaźnik plastyczności gruntu, i na ich podstawie określono stan i spoistość gruntu, które pokrywały się ze stanem i spoistością wyznaczonymi makroskopowo (stan półzwarty, średnia spoistość)

Literatura:

E. Myśliwska „Laboratoryjne badania gruntów”

Wydział Geoinżynierii, Politechnika Wrocławska

Górnictwa i Geologii Instytut Geotechniki

Studia dzienne i hydrotechniki

Laboratorium z mechaniki gruntów

„Wskaźniki klasyfikacyjne”

Stan

Konsystencja

w_s

w_p

w_l

0

0,25

0,5

1

zw

pzw

tpl

mpl

pl

pł

zw

pl

pł

w

stan

---