Politechnika Warszawska

Wydział Inżynierii Środowiska

Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu

,,Podstawy geologii i geotechniki”

Temat doświadczenia:

„Badanie w_L, w_p, w_s, I_l. Badanie ρ_min , ρ_max, ρ_d, I_d piasków.”

Wykonali:

………………………….

………………………….

………………………….

………………………….

………………………….

………………………….

………………………….

………………………….

1. Wstęp teoretyczny:

Granicę plastyczności (w_p) gruntu określa się jako wilgotność wałeczka gruntowego, przy której w kolejnym wałeczkowaniu pęka on, rozwarstwia się lub rozsypuje. Początkowo z odpowiednio przygotowanej próbki gruntu formuje się kuleczkę o średnicy 7÷8mm, a następnie wałeczkuje się na dłoni, aż wałeczek uzyska średnicę ok. 3mm. Po wykonaniu wałeczkowania, jeżeli próbka nie uległa zniszczeniu, należy ponownie uformować kulkę. Czynność tę należy powtarzać tak długo aż próbka zacznie pękać, rozwarstwiać się lub rozsypywać. W celu określenia tego stanu wymagane jest przeprowadzenie co najmniej dwóch kolejnych prób wałeczkowania, z których pierwsza nie wykazuje niszczących spękań wałeczka, druga zaś, po ponownym utworzeniu kulki i odparowaniu części wody, doprowadza do jego zniszczenia. W gruntach o dużej spoistości, jako kryterium zniszczenia przyjmuje się rozdzielenie się wałeczka na dwie części przy próbie podnoszenia go za jeden koniec do góry. Stwierdzając spękanie wałeczka przy pierwszym wałeczkowaniu (w_n < w_p), zwiększa się wilgotność gruntu, układając próbkę na bibułce leżącej na zwilżonym piasku.

Otrzymany w ten sposób spękany wałeczek wkłada się do szczelnie zamykanego naczynka wagowego; próbę tę powtarza się tak długo, aż łączna masa wałeczków w naczynku, dla których makroskopowo stwierdza się w = w_p, wynosiła 5÷7g (w ten sposób unika się przypadkowego błędu oznaczenia). Dodatkowym elementem kontrolnym jest równoległe wykonywanie dwóch oznaczeń niezależnych. Określając wilgotność próbek gruntu zebranych w dwóch naczynkach, jako granicę plastyczności przyjmuje się
przy założeniu, że
. Przy większej rozbieżności wyników należy przeprowadzić dwa dodatkowe oznaczenia, a jako wartość w_p przyjąć średnią arytmetyczną z trzech najmniej różniących się wartości.

Badanie przeprowadza się na próbkach gruntu po usunięciu ziaren żwirowych o średnicy d_ż > 2mm.

Kolejną badaną wielkością jest granicą płynności w_l jest to wilgotność gruntu, przy której próbka roztarta w miseczce aparatu Casagrandego przy zachowaniu szczegółowych ustaleń normowych, rozdzielona bruzdą na dwie części - łączy się pod wpływem wstrząsów wibracyjnych przy 25-tym uderzeniu miseczki o podstawę.

Najpierw próbkę gruntu o masie m_m = 100g rozrabia się w parowniczce z wodą destylowaną i pozostawia na okres ok. 20h, bezpośrednio przed badaniem pastę gruntową należy wymieszać do uzyskania jednorodnej masy, usuwając z niej ziarna o średnicy d_z > 2mm, następnie próbkę ułożyć warstwami w miseczce tak, aby nie występowały pęcherzyki powietrza, a końcowa grubość warstwy w części środkowej wynosiła 9 - 10 mm, należy także sprawdzić właściwą ilość pasty gruntowej; łączna masa znormalizowanej miseczki z ułożoną próbką gruntu powinna wynosić 210 ± 1g.

Gdy próbka jest już w miseczce należy wykonać bruzdę przeciągając rylec skierowany prostopadle do powierzchni miseczki i jej osi obrotu oraz miseczkę umieścić w aparacie i za pomocą korbki powodować rytmiczne uderzenia miseczki o podstawę; ustalona częstotliwość to 2 uderzenia w ciągu sekundy, należy także zanotować liczbę wstrząsów, przy której nastąpi zlanie się bruzdy na długości 10mm i wysokości 1mm. Ze środka bruzdy pobiera się następnie próbkę gruntu o masie około 10g dla oznaczenia jej wilgotności.

Przygotowanie pasty o takiej wilgotności, przy której następowałoby łączenie się próbki przy liczbie n = 25 uderzeń byłoby warunkiem bardzo trudnym do spełnienia (praktycznie eliminującym tak określoną metodę oznaczenia umownej granicy płynności), oznaczenie wartości w_l następuje pośrednio na podstawie zależności korelacyjnej w = F(n). Zauważono, że zależność ta może być graficznie odwzorowana, jako liniowa, jeśli zastosować transformację anamorficzną n = log n, przy w = w. Stąd też przeprowadza się kilka pomiarów wartości n_i, w_i przy zwiększanej wilgotności gruntu (kolejne badanie wykonuje się na paście zmieszanej z niewielką ilością wody; przy n < 25 grunt należy podsuszyć). Wyniki uwzględniane w końcowych ustaleniach powinny spełniać takie ograniczenia jak:

- Liczba badań, przy których ustalono n = 12 - 35, nie może być mniejsza niż 5 (przy n < 12 lub n > 35 badania powtarza się przy odpowiednio zmienionej wilgotności gruntu),

- Dwa lub trzy badania mają określać wartości w_i (n < 25),

- Co najmniej 3 punkty powinny leżeć w przybliżeniu na prostej (Δw ≤ 0,2 %), pozostałe zaś po obu stronach prostej (Δw≤ 0,6 %); w przypadku nie spełnienia warunku końcowego należy powtórzyć oznaczenie.

Granicę płynności określa się na podstawie prostej aproksymującej wyniki badań, przyjmując w_L = w(n=25).

Do obliczenia maksymalnej i minimalnej gęstości objętościowej próbkę gruntu o objętości co najmniej 600 cm³ i wysuszoną do stałej masy w temperaturze 105÷110 ⁰C należy wsypać do cylindra przez lejek, który początkowo należy oprzeć o dno cylindra i podnosić stopniowo, w miarę napełniania naczynia, równo z powierzchnią nasypywanego gruntu. Po napełnieniu naczynia gruntem należy za pomocą noża wyrównać powierzchnię równo z krawędzią cylindra i całość zważyć. Następnie na powierzchni gruntu w naczyniu ułożyć tłoczek i przeprowadzić zagęszczenie gruntu przez 1 min, uderzając widełkami wibracyjnymi o ścianki naczynia, początkowo lekko i wolno, a następnie silnie i szybko. Grunt można uznać za zagęszczony, jeżeli trzy kolejne pomiary za pomocą suwmiarki, zagłębienia tłoka, po każdorazowym dodatkowym 30s zagęszczaniu nie wykazują zmian.

2. Cel doświadczeniaczenia:

Celem przeprowadzonego doświadczenia było określenie granicy płynności gruntu w_l metodą Casagrandea, określenie granicy plastyczności gruntu w_p, granicy skurczalności gruntu w_s oraz obliczenie stopnia plastyczności gruntu I_L. Kolejnym celem przeprowadzonego doświadczenia było oznaczenie minimalnej i maksymalnej gęstości objętościowej gruntów niespoistych ρ_min , ρ_max, obliczenie gęstości objętościowej szkieletu gruntowego ρ_d oraz obliczenie wartości stopnia zagęszczenia I_D.

3. Opis wykonywania doświadczenia oraz wyniki badań:

W pierwszej kolejności wykonano oznaczenie minimalnej i maksymalnej gęstości objętościowej gruntów niespoistych ρ_min , ρ_{max ,} minimalnego i maksymalnego wskaźnika porowatości

i
oraz stopnia zagęszczenia
.

Ocena makroskopowa badanego gruntu:

- grunt niespoisty

- zawartość CaCO₃ < 1 %

- wilgotność: suchy

- barwa: szaro-żółta

Badany grunt to piasek średni.

Wyniki doświadczenia:

Waga cylindra z gruntem

Waga cylindra z gruntem

Średnia waga cylindra z gruntem

Waga samego piasku

Objętość cylindra:

Minimalna gęstość objętościowa szkieletu:

Przyjęto w warunkach naturalnych dla gruntów niespoistych:

Objętość próbki:

Maksymalny wskaźnik zagęszczenia:

Minimalny wskaźnik zagęszczenia:

Stopień zagęszczenia:

Stan zagęszczenia gruntu niespoistego odczytano z tablic: stan badanego gruntu jest luźny.

W drugiej kolejności przeprowadzono badanie granicy plastyczności:

Badanie granicy plastyczności w_p, przeprowadzono stosując metodę wałeczkowania gruntu.

Ocena makroskopowa gruntu :

- grunt spoisty

- zawartość CaCO₃ 3 - 5 %

- wilgotność: wilgotny

- barwa: brązowa

- stan: twardoplastyczny

Badany grunt to glina zwięzła.

Podczas wałeczkowania gruntu pobrano także próbki do suszenia, w celu określenia wilgotności.

Wilgotność obliczono z następującej zależności:

Próbka nr 1:

Masa parowniczki

Masa parowniczki z gruntem wilgotnym

Masa parowniczki z gruntem po wysuszeniu

Masa wilgotnego gruntu

Masa gruntu po wysuszeniu

Próbka nr 2:

Masa parowniczki

Masa parowniczki z gruntem wilgotnym

Masa parowniczki z gruntem po wysuszeniu

Masa wilgotnego gruntu

Masa gruntu po wysuszeniu

Średnia wilgotność gruntu wynosi:

Obliczanie granicy plastyczności w_p:

Próbka nr 1:

Masa parowniczki

Masa parowniczki z gruntem wilgotnym

Masa parowniczki z gruntem po wysuszeniu

Próbka nr 2:

Masa parowniczki

Masa parowniczki z gruntem wilgotnym

Masa parowniczki z gruntem po wysuszeniu

Średnia granica plastyczności wynosi:

W trzeciej kolejności przeprowadzono badanie granicy płynności w_L:

Do obliczenia stopnia spastyczności wykorzystano zależność:

Próbka nr 1:

Masa parowniczki

Masa parowniczki z gruntem wilgotnym

Masa parowniczki z gruntem po wysuszeniu

Liczba uderzeń - 10

Próbka nr 2:

Masa parowniczki

Masa parowniczki z gruntem wilgotnym

Masa parowniczki z gruntem po wysuszeniu

Liczba uderzeń - 14

Próbka nr 3:

Masa parowniczki

Masa parowniczki z gruntem wilgotnym

Masa parowniczki z gruntem po wysuszeniu

Liczba uderzeń - 24

Próbka nr 4:

Masa parowniczki

Masa parowniczki z gruntem wilgotnym

Masa parowniczki z gruntem po wysuszeniu

Liczba uderzeń - 29

Na podstawie otrzymanych wyników sporządzono wykres, a następnie odczytano z niego wilgotność przy 25 uderzeniach:

Wilgotność: 32 %

Stopień plastyczności
.

4. Wnioski:

Po przeprowadzeniu analizy otrzymanych wyników badań makroskopowych oraz dalszych doświadczeń określono, że pierwszy badany grunt to piasek średni, natomiast drugim badanym gruntem była glina zwięzła.

---