Wskaźnik plastyczności a wilgotność gruntu
- Szczegóły
Grunty spoiste, w przeciwieństwie do gruntów niespoistych, charakteryzują się konsystencją, która jest bardzo zmienna i zależna od wilgotności, czyli zawartości wody. Ilość wody i jej poziom mają istotny wpływ na właściwości fizyczne tych gruntów.
W celu ustalenia stanu gruntu spoistego należy określić:
- wilgotność naturalną,
- wartości granic plastyczności i płynności.
Następnie wyliczyć:
- stopień plastyczności,
- wskaźnik plastyczności.
Granice konsystencji gruntów spoistych
Dla wyróżnienia konsystencji gruntów spoistych wprowadzono pojęcia granic konsystencji. Pomiędzy konsystencją zwartą a plastyczną istnieje granica plastyczności (wP), a pomiędzy konsystencją plastyczną i płynną - granica płynności (wL). W strefie konsystencji zwartej wyróżnia się dwa stany: zwarty i półzwarty, pomiędzy którymi istnieje granica skurczu (wS).
Granica plastyczności (wP)
Granicą plastyczności gruntu jest taka wilgotność, wyrażona w procentach, przy której próbka gruntu poddana naciskowi nie kruszy się i zachowuje kształt nadany jej przy urabianiu.
Przeczytaj także: Poradnik: walka z wilgocią w mieszkaniu
Granica płynności (wL)
Granicą płynności gruntu jest taka wilgotność, przy której próbka wykazuje tendencję przejścia z konsystencji plastycznej w płynną, tzn. próbka nie zachowuje nadanego jej przy urabianiu kształtu i rozpływa się.
Granica skurczu (wS)
Granica skurczu stanowi taką wilgotność gruntu, przy której próbka w miarę dalszego suszenia nie wykazuje zmiany objętości (nie kurczy się). Zawilgocona próbka gruntu spoistego podczas suszenia traci wodę otaczającą poszczególne cząstki i oddzielającą je wzajemnie od siebie. Cząstki w miarę odparowywania wody stopniowo zbliżają się do siebie, co w efekcie powoduje kurczenie się bryły gruntu. Jeśli wody ubędzie na tyle, że cząstki zaczną do siebie przylegać, zjawisko kurczenia się gruntu ustanie, jednak próbka gruntu i w tej sytuacji zawiera w sobie pewną ilość wody, znajdującej w wolnych przestrzeniach pomiędzy stykającymi się cząstkami. Ta wilgotność charakteryzuje się zmianą zabarwienia gruntu na powierzchni próbki, próbka staje się jaśniejsza i przy dalszym suszeniu nie zmienia objętości, mimo, że ciężar jej ulega zmniejszeniu w miarę suszenia. Wilgotność przy której występują te zjawiska stanowi granicę skurczu.
Wskaźnik plastyczności (IP)
Wskaźnik plastyczności (IP) obliczamy wg wzoru:
IP = wL - wP
Gdzie:
Przeczytaj także: Wakacje w Bodrum
- IP - wskaźnik plastyczności [%],
- wL - granica płynności [%],
- wP - granica plastyczności [%].
Wskaźnik plastyczności informuje o plastycznych właściwościach gruntu, tj. podaje ile wody (różnica wilgotności między granicą płynności a granicą plastyczności) jest w stanie wchłonąć grunt przechodząc ze stanu półzwartego do stanu płynnego. Określa on wrażliwość gruntu na wodę.
Głównym czynnikiem wpływającym na wskaźnik plastyczności IP jest zawartość frakcji iłowej w ośrodku gruntowym.
Stopień plastyczności (IL)
Stopień plastyczności (IL) obliczamy wg wzoru:
IL = (wn - wP) / (wL - wP)
Gdzie,
Przeczytaj także: Poradnik pomiaru wilgotności
- IL - stopień plastyczności [-]
- wn - wilgotność naturalna [%],
- wP - granica plastyczności [%],
- wL - granica płynności [%]
Wiedza o stopniu plastyczności gruntu jest bardzo przydatna w wielu sytuacjach. Stopień plastyczności gruntu wyznacza się poprzez badanie jego wilgotności. Pojęcie to nieodzownie wiąże się z granicami ich konsystencji - chodzi tu o zawartość wody, która oddziałuje na zmianę gęstości podłoża. Grupa, do której zostanie zakwalifikowany dany grunt zależna jest między innymi od zawartości koloidalnej. Wyróżniamy cztery stopnie aktywności gruntów: nieaktywne, przeciętnie aktywne, aktywne oraz bardzo aktywne.
Stopień plastyczności a stan gruntu:
| Stopień plastyczności IL | Stan gruntu | Symbol |
|---|---|---|
| IL << 0,0 | zwarty | zw |
| IL <= 0,0 | półzwarty | pz |
| 0,0 < IL <= 0,25 | twardo-plastyczny | tp |
| 0,25 < IL <= 0,5 | plastyczny | pl |
| 0,5 < IL <= 1,0 | miękko- plastyczny | mp |
| IL > 1,0 | płynny | pł |
Oznaczanie granic konsystencji gruntu
Oznaczenie granicy konsystencji gruntów spoistych (inaczej nazywana granicą Atterberga) prowadzi się w warunkach laboratoryjnych i w celu jej oznaczenia należy wykonać badanie wilgotności naturalnej gruntu, badanie plastyczności gruntu (metoda wałeczkowania) oraz badanie granicy płynności (metoda Casagrande).
- badanie wilgotności naturalnej gruntu - próbkę gruntu w stanie naturalnym umieszcza się w tyglu, następnie suszy się ją w temp.
- badanie plastyczności gruntu - badany grunt wałeczkuje się za pomocą gołych dłoni aż do odpowiedniego spękania, następnie próbę suszy się w temp.
- badanie granicy płynności - badany grunt rozrabia się z wodą destylowaną do odpowiedniej konsystencji, wykonuje się pomiar w aparacie Casagrande, następnie próbę/próby suszy się w temp. 110 ͦC w suszarce laboratoryjnej. Jako wartość granicy płynności przyjmuje się wilgotność pasty gruntowej, w której wykonana bruzda zlewa się na dł. 10 mm i wys.
Istnieją trzy wyżej wymienione granice konsystencji gruntu, których badaniem zajmuje się doświadczony geolog. Należy dodać, że konsystencję podłoża dzieli się na: zwartą, półzwartą, twardoplastyczną, plastyczną, miekkoplastyczną oraz płynną, co określają wyniki liczbowe przeprowadzanych badań.
Badania związane z konsystencją gruntów często przeprowadza się w budownictwie np. przed rozpoczęciem budowy domu. Badania te bardzo często wchodzą w zakres badań geotechnicznych, będących w większości przypadków podstawowymi badaniami.
Wiedza o konsystencji gruntów spoistych ma bardzo szerokie zastosowanie w wielu różnych dziedzinach. Świetnie sprawdzą się w przypadku większych gospodarstw rolnych, w których dużą rolę odgrywa nie tylko ilość wyprodukowanych plonów, lecz również ważna jest ich jakość. Konsystencje i stany gruntów są stosowane w mechanice gruntów, aby określić ich właściwości takie, jak wilgotność oraz zawartość minerałów. Dane te są niezbędne do poznania zdolności danego podłoża do oddawania oraz przyswajania wody, co ma duże znaczenie w kontekście prac budowlanych - określają one bowiem jego właściwości mechaniczne. Co więcej, im wyższa zawartość wody, tym mniejsza spójność.
Wpływ wody na grunt
Na przemieszczanie się wody zawartej w porach szkieletu gruntowego wpływa szereg pól fizycznych. Dla przykładu pole grawitacji ziemskiej, pole naprężeń wywołane obciążeniem naziomu, pole temperatury, a także pole elektryczne. Ruch wywołany pierwszymi dwoma polami podlega podobnym prawom fizycznym. Ruch wody wywołany pozostałymi należy analizować oddzielnie. Jeżeli gradient wielkości pola nie zmienia się w czasie wówczas zachodzi przepływ ustalony, gdy jest zmienny - przepływ nieustalony. Jest żywiste, że każdy przepływ oddziaływuje mechanicznie na szkielet gruntowy : wywiera wpływ na zachowanie się gruntu w procesie obciążania. Niezależnie zmiana wilgotności gruntu wpływa na zmianę jego własności fizycznych, a w tym i własności mechanicznych.
Szkielet gruntowy zawierający pory można potraktować jako układ kanalików-przewodów, w których przepływa woda swobodna. Wymiary kanalików zależą oczywiście od uziarnienia gruntu i od jego zagęszczenia. Gradient funkcji skalarnej (tensorowej) jest wektorem (tensorem rzędu wyższego o jeden), którego składowymi są pochodne cząstkowe tej funkcji względem osi układu odniesienia. W hydraulice gradient funkcji ciśnień wywołanych grawitacją bywa nazywany spadkiem hydraulicznym.
tags: #wskaznik #plastycznosci #a #wilgotnosc #gruntu
