Granice konsystencji

Grunt spoisty w zależności od składu mineralnego oraz ilości zawartej w nim wody może mieć jedną z trzech konsystencji, a więc zwartą, plastyczną lub płynną.

Począwszy od gruntu suchego ze wzrostem wilgotności grunt spoisty przechodzi kolejno przez następujące stany:

1. zwarty - konsystencja zwarta

2. półzwarty - konsystencja zwarta

3. plastyczny: twardoplastyczny, plastyczny, miękkoplastyczny - konsystencja plastyczna,

4. płynny - konsystencja płynna.

Wilgotność gruntu między poszczególnymi stanami jest wilgotnością graniczną, oddzielającą poszczególne stany od siebie. Przyjęto następujące nazwy granic konsystencji: między stanem zwartym a półzwartym - granica skurczalności; między stanem półzwartym a plastycznym - granica plastyczności; między stanem plastycznym a płynnym - granica płynności.

• Granica skurczalności

Granicą skurczalności gruntu (w_s)%, nazywamy wilgotność, jaką ma grunt na granicy konsystencji zwartej i półzwartej, po osiągnięciu której w miarę dalszego suszenia grunt nie zmienia swojej objętości (nie kurczy się, zmieniając jednocześnie barwę powierzchni na jaśniejszą. W przypadku gdy wilgotność naturalna gruntu jest mniejsza od granicy plastyczności, wówczas dla określenia czy grunt jest w stanie półzwartym czy zwartym, niezbędne jest określenie wilgotności odpowiadającej granicy skurczalności

Granicę skurczalności określa się laboratoryjnie w następujący sposób: z gruntu o nienaruszonej strukturze i zachowanej wilgotności naturalnej.

• Granica plastyczności

Granicą plastyczności gruntu (w_p, %), nazywamy wilgotność, jaką ma grunt na granicy konsystencji półzwartej i plastycznej. Po uzyskaniu przez grunt podczas wałeczkowania wilgotności odpowiadającej granicy plastyczności, wałeczek pęka po osiągnięciu średnicy około 3mm. Oznaczenie należy wykonać na próbkach gruntu makroskopowo jednorodnych o naturalnej wilgotności. Gdy grunt o naturalnej wilgotności jest zbyt wilgotny i nie daje się wałeczkować na skutek rozmywania się na dłoni, wówczas grunt należy podsuszyć; gdy natomiast jest zbyt suchy ( w stanie zwartym lub półzwartym ), należy dodać wody doprowadzając go do stanu plastycznego.

Wilgotność odpowiadającą granicy plastyczności (W_p, %), oblicza się ze wzoru:

w którym : m_wt - masa próbki wilgotnej, łącznie z masą parowniczki

m_st - masa próbki wysuszonej, łącznie z masą parowniczki

m_t - masa parowniczki

• Granica płynności

Granicą płynności nazywamy wilgotność, jaką ma grunt na granicy konsystencji plastycznej i płynnej; przy tej wilgotności bruzda rozdzielająca próbkę gruntu w miseczce aparatu Casagrande'a złączy się po 25 uderzeniach (obrotach korbką aparatu) na długości 10mm i wysokości 1mm. Granicę płynności oznacza się symbolem w_l i wyraża w procentach.

Granicę płynności (w_L) można oznaczać również za pomocą przyrządu Wasilewa. Metoda ta polega na pomiarze głębokości zanurzania się stożka w paście gruntowej znajdującej się w naczyniu cylindrycznym. Za granicę płynności przyjmuje się wilgotność, przy której stożek zagłębia się w pastę gruntową na głębokość 10mm.

Wskaźniki klasyfikacyjne (testowe) gruntów spoistych oraz sypkich

• Stopień plastyczności

Znając wilgotność naturalną (w_n) i wilgotności odpowiadające poszczególnym granicą konsystencji można obliczyć stopień plastyczności (I_l) za pomocą wzoru (%) :

w którym : w_p - wilgotność odpowiadająca granicy plastyczności

w_l - wilgotność odpowiadająca granicy płynności

Stopień plastyczności określa stan badanego gruntu w zależności od jego wilgotności naturalnej oraz wilgotności odpowiadającej granicy płynności i plastyczności. W zależności od wilgotności naturalnej, granic konsystencji oraz stopnia plastyczności rozróżnia się następujące stany gruntów spoistych ujętych w tablicy :

Konsystencja	Stan gruntu	Symbol	Stopień plastyczności	Wilgotność w stosunku do granic konsystencji
Zwarta	Zwarty Półzwarty	zw pzw	IL < 0 IL ≤ 0	wn < ws ws < wn ≤ wp
Plastyczna	Twardoplastyczny Plastyczny Miękkoplastyczny	tpl pl. Mpl	0.00 < IL ≤ 0.25 0.25 < IL ≤ 0.50 0.50 < IL ≤ 1.00	wp < wn ≤ wL
Płynna	Płynny	pł	IL > 1.00	wn > wL

Znając rodzaj, genezę i stopień plastyczności gruntów spoistych - jako cechy wiodące danego gruntu - można, korzystając z zależności korelacyjnych podanych w postaci wykresów w PN-81/B-03020, wyznaczyć wartości normowe niektórych parametrów geotechnicznych, jak : edometryczny moduł ściśliwości (E_O), kąt tarcia wewnętrznego (φ_n), spójność (c_n)

• Wskaźnik plastyczność

Wilgotność odpowiadającą poszczególnym granicom (skurczalności, plastyczności i płynności) dla różnych gruntów jest różna i zależy od spoistości gruntu. Im bardziej grunt jest spoisty, tym większa jest różnica wilgotności między poszczególnymi granicami. Różnicę wilgotności, jaką mają grunty przy przejściu przez stan plastyczny, to jest od granicy płynności do granicy plastyczności, określa wskaźnik plastyczności.

Wskaźnik plastyczności oznacza się symbolem I_P, wyraża się w procentach i oblicza ze wzoru :

I_P = w_L- w_P

Na podstawie wartości liczbowej wskaźnika plastyczności grunty drobnoziarniste (zgodnie z PN/74/b-02480) zalicza się do:

• sypkich, gdy I_P ≤ 1

• spoistych, gdy I_P > 1

Grunty spoiste zalicza się do:

• mało spoistych, gdy 1 < I_P ≤ 10

• średnio spoistych, gdy 10 < I_P ≤ 20

• spoistych zwięzłych, gdy 20 < I_P ≤ 30

• bardzo spoistych, gdy I_P ≥ 30

Wartość liczbowa wskaźnika plastyczności dla różnych gruntów jest różna i wskazuje

ile wody (w procentach) wchłania dany grunt podczas przejścia ze stanu półzwartego do płynnego. Wartość liczbowa wskaźnika plastyczności zwiększa się ze wzrostem procentowej zawartości cząstek iłowych.

Iloraz wskaźnika plastyczności gruntu (I_P) i zawartości frakcji iłowej w danym gruncie (f_i) (w %) nazywa się aktywnością koloidalną gruntu. Aktywność koloidalną gruntu oznacza się symbole (A) i wyznacz ze wzoru:

Aktywność koloidalna gruntu jest tym większa, im większa jest skłonność danego gruntu do zmiany cech fizycznych oraz do wejścia w reakcje chemiczne pod wpływem wody.

Aktywność gruntu zależy między innymi od zawartości frakcji iłowej, składu mineralnego i chemicznego.

• Określanie stanu gruntów za pomocą sondowania.

Do określenia stanu gruntów w warunkach polowych (bez pobierania próbek) stosuje się sondowanie gruntu. Znane są dwa typy stosowanych sond : statyczne (wciskane) i dynamiczne (wbijane). Najczęściej są stosowane typy sond dynamicznych o końcówce stożkowej, krzyżakowej lub cylindrycznej.

Sondowanie polega na wciskaniu, wbijaniu lub wkręcaniu sondy w grunt, z jednoczesnym pomiarem sił oporu przenikania sondy w grunt w zależności od głębokości wciskania sondy lub notowaniu liczby uderzeń na każde 10cm zagłębienia w grunt końcówki wbijanej sondy lekkiej (SL), 20cm sondy ciężkiej (SC), 30cm sondy o końcówce cylindrycznej (SPT). Liczbę uderzeń oznacza się odpowiednio symbolem N₁₀, N₂₀, N₃₀.

• Stopień zagęszczenia gruntów niespoistych.

Stopniem zagęszczenia gruntów niespoistych ( I_D ) nazywamy iloraz zagęszczenia istniejącego w naturze do największego możliwego do uzyskania zagęszczenia sztucznego danego gruntu. Jest to liczba niemianowana. Stopień zagęszczenia gruntów niespoistych bada się w celu określenia stanu gruntu zalegającego w podłożu fundamentów projektowanej budowli.

Stopień zagęszczenia oblicza się stosując wzór:

w którym:

e_max - wskaźnik porowatości przy najluźniejszym ułożeniu ziaren

e_min - wskaźnik porowatości przy najgęściejszym ułożeniu ziaren

e - wskaźnik porowatości naturalnej

Ze wzoru wynika, że stopień zagęszczenia gruntów może uzyskać maksymalną wartość równą jedności wówczas, gdy e = e_min, czyli gdy grunt w naturze ma tak duże zagęszczenie, jakie tylko można uzyskać sztucznie w sposób znormalizowany. W zależności od wartości liczbowej stopnia zagęszczenia rozróżnia się różne stany gruntów niespoistych.

Stan zagęszczenia	Wartości ID
Luźny	ID  ,
Średnio zagęszczony	0,33 < ID  ,
Zagęszczony	0,67 < ID  ,

• Wskaźnik zagęszczenia gruntów nasypowych

Wskaźnikiem zagęszczenia gruntów nasypowych ( I_S ) nazywa się iloraz gęstości objętościowej szkieletu gruntowego w nasypie ( ρ_{ds nas} ) do maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu danego gruntu (ρ_{ds max} ) określonego w znormalizowany sposób dla wilgotności optymalnej.

Wskaźnik zagęszczenia stosuje się tylko dla gruntów sztucznie zagęszczonych.

1

3

---