Konsystencje i stany gruntów spoistych

Grunt składa się z trzech faz stałej V_s, ciekłej V_w i gazowej V_a. V_v to objętość porów.

Konsystencje i stany gruntów spoistych stosowane w mechanice gruntów do klasyfikacji i określania mechanicznych właściwości gruntów spoistych. Zostały wprowadzone na początku XX wieku przez szwedzkiego chemika Alberta Atterberga i później dopracowane przez Arthura Casagrande'a. Konsystencje gruntów spoistych są zależne od ilości zawartej w nich wody oraz zawartości minerałów ilastych, które ze względu na swoją budowę decydują o zdolności gruntu do przyswajania i oddawania wody.

Definicje poszczególnych granic

Wilgotności graniczne między poszczególnymi stanami określane są jako tzw. granice konsystencji (granice Atterberga) to:

• granica skurczalności (w_S) między stanem zwartym i półzwartym
• granica plastyczności (w_P) między stanem półzwartym i twardoplastyczym
• granica płynności (w_L) między stanem miękkoplastycznym i płynnym

Granica skurczalności to wilgotność wyrażona w procentach, przy której grunt pomimo dalszego suszenia nie zmniejsza swej objętości i jednocześnie zmienia barwę na powierzchni na odcień jaśniejszy. Granica plastyczności to wilgotność wyrażona w procentach, jaką ma grunt, gdy przy kolejnym wałeczkowaniu wałeczek pęka po osiągnięciu średnicy 3mm. Granica płynności to wilgotność wyrażona w procentach, jaką ma masa gruntowa umieszczona w aparacie Casagrande'a, w momencie gdy wykonana w niej bruzda zlewa się przy 25 uderzeniu miseczki o podstawę, na długości 10 mm i wysokości 1 mm.

Inne parametry obliczane na podstawie wyników badań granic konsystencji

• Wskaźnik plastyczności (I_p)

$I_{p}=w_{L}-w_{P}$

Określa ile wody wchłania grunt przy przejściu ze stanu półzwartego w płynny. Im większa wartość wskaźnika plastyczności, tym bardziej plastyczny jest grunt.

• Stopień plastyczności (I_L)

$I_{L}={\frac {w-w_{P}}{w_{L}-w_{P}}}$

gdzie w to wilgotność naturalna

• Wskaźnik konsystencji (I_c)

$I_{c}={\frac {w_{L}-w_{n}}{w_{L}-w_{P}}}=1-I_{L}$

gdzie w_n to wilgotność naturalna

• Wskaźnik skurczalności (SI) określa zakres wilgotności stanu półzwartego

$SI=w_{P}-w_{S}$

• Przedział skurczalności (A) parametr stosowany do określenia aktualnej zdolności do skurczu

$A=w-w_{S}$

Konsystencje i stany

Pierwotnie wyróżniono trzy konsystencje: zwartą (I_L<0), plastyczną (0≤I_L<1) i płynną (1≤I_L). W praktyce natomiast podział stosowany w PN-B-02480:1986 wyróżnia stany gruntów: zwarty, półzwarty, twardoplastyczny, plastyczny, miękkoplastyczny i płynny:

Stan gruntu spoistego według PN-B-02480:1986	Symbol	Zakres wn, IL
zwarty	zw	wn ≤wS (IL < 0)
półzwarty	pzw	wS < wn ≤ wP (IL < 0)
twardoplastyczny	tpl	0 < IL ≤0,25 (wP ≤ wn ≤ wL)
plastyczny	pl	0,25 < IL ≤ 0,50 (wP < wn ≤ wL)
miękkoplastyczny	mpl	0,50 < IL ≤ 1 (wP < wn ≤ wL)
płynny	pł	1 < IL (wL < wn)

Obecnie obowiązująca w Polsce norma PN-EN ISO 14688-2:2018 w odniesieniu do tak rozumianych stanów używa terminu konsystencja, jako kryterium stosuje wskaźnik konsystencji I_C (przy czym do obliczenia wskaźnika konsystencji można stosować stopień plastyczności) oraz wprowadza drobne zmiany w nazwach oraz granicach.

Konsystencja gruntu spoistego według PN-EN ISO 14688-2:2006	Zakres IC	Zakres IL	(zakres wn)
zwarta	1,00<IC	IL<0,00	(wn<wP)
twardoplastyczna	od 0,75 do 1,00	od 0,00 do 0,25	(wP≤wn<wL)
plastyczna	od 0,50 do 0,75	od 0,25 do 0,50
miękkoplastyczna	od 0,25 do 0,50	od 0,50 do 0,75
bardzo miękkoplastyczna	IC<0,25	0,75<IL

Zobacz też

• Gruntoznawstwo

Bibliografia

• E. Myślińska, Leksykon gruntoznawstwa, PIG, Warszawa, 1996, ISBN 83-86986-15-8
• S.P. Glinicki Geotechnika budowlana, Skrypt Politechniki Białostockiej, dostęp online [18/07/2009]