Temat ćwiczenia:

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

Wykonali:

Babuśka Łukasz

Chomański Łukasz

Kropiwiec Tomasz

Krupa Małgorzata

Kulka Paulina

Rokita Grzegorz

Mularczyk Łukasz

Ślińska Aleksandra

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było określenie granicy płynności gruntu w_l metodą Casagrandea, określenie granicy plastyczności gruntu w_p, granicy skurczalności gruntu w_s, oraz obliczenie stopnie plastyczności gruntu I_l. Kolejnym celem naszego ćwiczenia 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.

2. Wprowadzenie

Granicę plastyczności (w_p) gruntu określa się jako wilgotność wałeczka gruntowego, przy której w kolejnym wałeczkowaniu pęka on, rozwarstwia się lub rozsypuje. Najpierw z przygotowanej próbki gruntu formuje się kulkę o średnicy 7 - 8 mm i wałeczkuje się na dłoni, aż wałeczek uzyska średnicę około 3 mm, po czym z wałeczkowanego gruntu należy ponownie uformować kulkę czynność tę powtarzamy tak długo aż próbka zacznie pękać, rozwarstwiać się lub rozsypywać. Dla stwierdzenia 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 , aby łączna masa wałeczków w naczynku, dla których makroskopowo stwierdza się w = w_p, wynosiła 5 - 7 g (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 > 2 mm.

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 35 - 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 2 uderzenia w ciągu sekundy, należy także zanotować liczbę wstrząsów, przy której nastąpi zlanie się bruzdy na długości 10 mm i wysokości 1 mm. Ze środka bruzdy pobieramy następnie próbkę gruntu o masie około 10 g 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 30 s zagęszczaniu nie wykazują zmian.

3. Opis wykonania ćwiczenia i wyniki badań

Pierwszym badaniem, jakie wykonywaliśmy było badanie granicy plastyczności w_p, które zrobiliśmy stosując metodę wałeczkowania gruntu. Poprzez to badanie określiliśmy makroskopowo rodzaj gruntu, stan gruntu, wilgotność, barwę. Wałeczkując grunt pobieraliśmy także próbki do suszenia w celu obliczenia wilgotności. Każdy wałeczek po rozpadnięciu dzieliliśmy na dwie części i wkładaliśmy do dwóch naczynek które były suszone w temperaturze 105-110˚C. Po wysuszeniu wilgotność obliczyliśmy z następującego wzoru:

Wilgotność przyjęliśmy także jako średnią arytmetyczną z dwóch próbek.

W przypadku naszej próbki okazało się, że potrzeba było wykonać tylko 2 wałeczkowania. Wałeczek uzyskał połysk dopiero pod koniec wałeczkowania i popękał poprzecznie. W wodzie dało się natomiast wyczuć małą liczbę ziaren piasku. Odczytaliśmy, więc z tabeli, że mamy do czynienia z iłem pyłowym. Barwę określiliśmy jako ciemno-zieloną. Zawartość węglanu wapnia nie przekraczała 1%. Grunt okazał się małowilgotny. Z wykresu stanu gruntu wyszło nam, że dana próbka jest twardoplastyczna.

Następnie zwałeczkowaliśmy grunt do dwóch pojemniczków i zważyliśmy go. Po tej czynności włożyliśmy próbki do pieca do wysuszenia. Po wysuszeniu także zważyliśmy próbki.

1. próbka m_m = 6,00 g - masa wilgotnego,

m_s = 5,22 g - masa po wysuszeniu.

2. próbka m_m = 5,90 g - masa wilgotnego,

m_s = 5,75 g - masa po wysuszeniu.

Wilgotność przyjęliśmy jako średnią arytmetyczną z dwóch próbek czyli
i wynosi ona 15 %.

Drugim badaniem było badanie granicy płynności w_l, którą wykonuje się w aparacie Casagrandea. Przygotowaną pastę gruntową przed badaniem mieszalismy do uzyskania jednorodnej masy. Próbkę nałożyliśmy na miseczkę warstwami tak aby nie było pęcherzyków powietrza do momentu aż miseczka z gruntem będzie ważyła 210±1g. Następnie wykonaliśmy bruzdę normowym rylcem i umieściliśmy miseczkę w aparacie, w którym uderzała ona o podłoże z częstotliwością 2 uderzenia na sekundę. Miseczka uderzała o podłoże dopóki bruzda nie znalazła się na długości 10mm i wysokości 1mm. Badanie to powtarzaliśmy pięciokrotnie dla różnych wilgotności w celu uzyskania liczby uderzeń od 12 do 35 gdyż nie możliwe jest trafienie w liczbę uderzeń 25 przy której jest granica płynności. Różną liczbę uderzeń uzyskalismy się poprzez dodawanie wody destylowanej do pasty gruntowej poprzez co zwiększaliśmy wilgotność pasty. Z każdego pomiaru pobraliśmy ze środka bruzdy próbkę do określenia wilgotności metodą suszenia. Znając już wilgotności próbek dla poszczególnej liczby uderzeń wykreśliliśmy wykres liniowy, z którego odczytaliśmy granicę płynności dla 25 uderzeń.

Następnie obliczyliśmy stopień plastyczności ze wzoru:

znając stopień plastyczności można określić stan badanego gruntu.

Otrzymaliśmy następujące wyniki:

Numer tygla : 1

masa gruntu wilgotnego + tara - m_mt = 13,9 g

masa gruntu suchego m_st=12,0 g

tara m_t=8,7 g

liczba uderzeń - 12

Numer tygla : 2

masa gruntu wilgotnego + tara - m_mt = 12,4 g

masa gruntu suchego m_st = 11,1 g

tara m_t = 8,7 g

liczba uderzeń - 15

Numer tygla : 3

masa gruntu wilgotnego + tara - m_mt = 13,7 g

masa gruntu suchego m_st = 12,5 g

tara m_t = 8,7 g

liczba uderzeń - 22

Numer tygla : 4

masa gruntu wilgotnego + tara - m_mt = 13,9 g

masa gruntu suchego m_st = 12,8 g

tara m_t = 8,7 g

liczba uderzeń - 26

Numer tygla : 5

masa gruntu wilgotnego + tara - m_mt = 13,7 g

masa gruntu suchego m_st = 12,7 g

tara m_t = 8,7 g

liczba uderzeń - 30

.

Powyższe dane nanosimy na wykres i odczytujemy z niego wilgotność przy 25 uderzeniach.

Po naniesieniu danych na wykres widać, że przy 25 uderzeniach otrzymaliśmy wilgotność 33 %, a stopień plastyczności
.

Trzecim z kolei ćwiczeniem 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.

Na początku wykonaliśmy makroskopowe badanie gruntu. Badany grunt charakteryzował się następującymi cechami:

1. grunt niespoisty,

2. zawartość CaCO₃ < 1 %,

3. wilgotność: suchy,

4. barwa: żółta,

5. nazwa: piasek drobny.

Po wykonaniu zadania otrzymaliśmy następujące wyniki:

1. Próba

Waga pojemnika z luźnym piaskiem 2046 g,

Waga pojemnika 1278 g,

Masa samego piasku m_s1 = 768 g.

Objętość pojemnika max

,

Przyjmujemy w warunkach naturalnych
,
,

Objętość pojemnika min
,

,

,

,

,

,

2. Próba

Waga pojemnika z luźnym piaskiem 2044 g,

Waga pojemnika 1278 g,

Masa samego piasku m_s1 = 766 g.

Objętość pojemnika max

,

Przyjmujemy w warunkach naturalnych
,
,

Objętość pojemnika min
,

,

,

,

,

,

Stan zagęszczenia gruntu niespoistego odczytujemy z tablic i wynika z nich, że mieści się w granicach 0,33 - 0,67 stąd nasz grunt jest średnio spoisty.

4. Interpretacja wyników i wnioski

Analizując powyższe wyniki badań makroskopowych i szczegółowych możemy stwierdzić jednoznacznie, że pierwszym badanym gruntem dla, którego określiliśmy miedzy innymi granicę plastyczności i płynności był ił pylasty. Natomiast gruntem wykorzystanym do oznaczenia minimalnej i maksymalnej gęstości objętościowej gruntów niespoistych ρ_min , ρ_max, obliczenia gęstości objętościowej szkieletu gruntowego ρ_d, oraz obliczenie wartości stopnia zagęszczenia I_d był piasek drobny.

---