HydrogeologiaHydrogeologia

Instytut Inżynierii Środowiska Instytut Inżynierii Środowiska Uniwersytetu Przyrodniczego Uniwersytetu Przyrodniczego

we Wrocławiu we Wrocławiu

Odpowiedzialna za przedmiot:

Prof. dr hab. inż. Alicja Czamara

Zakres przedmiotu:Zakres przedmiotu:

Elementy geologii dynamicznej i historycznej

Elementy geologii inżynierskiej

Elementy hydrogeologii

Elementy geologii dynamicznej Elementy geologii dynamicznej i historyczneji historycznej

Budowa Ziemi. Procesy endogeniczne. Procesy egzogeniczne. Wiek Ziemi. Regiony geologiczne. Charakterystyka trzeciorzędu i czwartorzędu.

Zlodowacenia w Polsce i ich wpływ na rzeźbę terenu.

Elementy geologii Elementy geologii inżynierskiejinżynierskiej

Klasyfikacja gruntów budowlanych i ich własności.

Elementy hydrogeologiiElementy hydrogeologii Klasyfikacja wód podziemnych. Wody strefy aeracji i saturacji. Fizyczne i chemiczne właściwości wody

podziemnej. Podstawy filtracji wód podziemnych. Prawo Darcy. Dopływ wody do rowu i do studni, obliczenie

zasięgu leja depresji.

Pomoce dydaktyczne:Pomoce dydaktyczne:

• Czamara A., Kowalski J., Molski T.: 2005. Hydrogeologia inżynierska z podstawami gruntoznawstwa. Skrypt AR we Wrocławiu nr 504, Wrocław

• Kowalski J.: 2007. Hydrogeologia z podstawami geologii. AR, Wrocław

• Myślińska E.: 2001. Laboratoryjne badania gruntów, PWN, Warszawa.

Pomoce dydaktyczne, c.d. :Pomoce dydaktyczne, c.d. :

Pisarczyk S.: 2001. Gruntoznawstwo inżynierskie. PWN, Warszawa.

Wiłun Z.: 2005. Zarys geotechniki. WK i Ł., Warszawa.

Podstawy hydrogeologii stosowanej. Praca zespołowa pod red. Macioszczyk A.: 2006. PWN, Warszawa.

Zarys geologii i hydrogeologii. 2005. Praca zbiorowa pod red. Wacławskiego M., Wyd. Polit. Krak., Kraków.

Lenczewska-Samotyja E., Łowkis A., Zdrojewska N.: 2000. Zarys geologii z elementami geologii inżynierskiej i hydrogeologii. Oficyna Wyd. PW, Warszawa.

Macioszczyk A., Dobrzyński D.: 2002. Hydrogeochemia strefy aktywnej wymiany wód podziemnych. PWN, Warszawa.

Plewa M.: 1998. Geologia inżynierska i hydrogeologia, Część III, Wyd. Polit. Krakowskiej.

Wieczysty A.: 1982. Hydrogeologia inżynierska. PWN. Warszawa.

Wiłun Z.: 2001. Zarys geotechniki. WKiŁ Warszawa.

Wykład 1: Działy geologii – nauki podstawowe i stosowane. Geologia dynamiczna.

Budowa Ziemi. Procesy endogeniczne. Wykład 2: Procesy egzogeniczne – wietrzenie,

erozja, transport, akumulacja. Wykład 3: Geologia historyczna i stratygrafia.

Budowa geologiczna Polski ze szczególnym uwzględnieniem czwartorzędu.

Wykład 4: Warunki geologiczne występowania wód podziemnych. Pochodzenie wód podziemnych, podział i klasyfikacja. Zasilanie i drenaż wód podziemnych.

Wykład 5: Fizyczne, organoleptyczne, chemiczne i bakteriologiczne właściwości wód podziemnych. Antropogeniczne zagrożenia wód podziemnych.

Wykład 6: Podstawowe cechy fizyczne i właściwości hydrogeologiczne gruntów: uziarnienie, porowatość, przepuszczalność. Podział gruntów według własności filtracyjnych.

Wykład 7: Pomiary stanów wód podziemnych, mapy hydroizohips i hydroizobat. Ruch wód podziemnych. Wyznaczanie kierunku przepływu wód podziemnych. Spadek hydrauliczny, spadek krytyczny. Prawo Darcy’ego i zakres jego ważności.

Plan wykładu IPlan wykładu I- Geologia nauką o budowie

i historii Ziemi

– Działy, dyscypliny podstawowe i pomocnicze geologii

– Podstawowe cechy fizyczne i właściwości hydrogeologiczne gruntów

GEOLOGIA 

PODSTAWOWA STOSOWANA  - Geologia dynamiczna - Geologia inżynierska

  - Geologia historyczna - Hydrogeologia

  - Geologia regionalna - Geologia surowcowa  

Nauki pomocnicze geologii: - Mineralogia

- Petrografia

  - Paleontologia

- Geofizyka

 - Geochemia

Budowa wnętrza ZiemiBudowa wnętrza Ziemi

Jądro

Płaszcz Ziemi

Skorupa ziemska

Litosfera

Hydrosfera

Atmosfera

Budowa wnętrza ZiemiKula ziemska zbudowana jest z trzech zasadniczychwarstw współśrodkowych, różnej miąższości:

• jądro (centrosfera, barysfera) - centrum Ziemi, metaliczne – NiFe, o promieniu ok. 3500 km.

• strefa przejściowa (płaszcz ) - miąższości ok. 1700 km. - NIFESIMA - warstwa stykająca się z jądrem - FESIMA - warstwa górna

• litosfera - Sima o miąższości ok. 1200 km.

- powyżej zalega Sial – właściwa skorupa ziemska.

• Wokół skorupy ziemskiej niereguralnie rozciąga się powłoka wodna – hydrosfera,

• a całość ziemi otacza powłoka gazowa – atmosfera.

Poszczególne sfery charakteryzuja się zróżnicowanymi właściwościami fizycznymi.

Na granicach między poszczególnymi sferami, zwanych nieciągłościami: Golicyna, Gutenberga i Mohorovičicia, obserwuje się skokową zmianę prędkości fal sejsmicznych, związaną z różnym składem chemicznym poszczególnych sfer lub ze zmianą stanu fazowego ośrodka.

Informacje o budowie wnętrza ziemi uzyskuje się drogą pośrednią, na podstawie badań geofizycznych.

Badaniami bezpośrednimi (wierceniami) można rozpoznać jedynie budowę zewnętrznej warstwy do głębokości około 15 km.

Podstawowe cechy fizyczne i właściwości hydrogeologiczne

gruntów

Definicja gruntu budowlanego, klasyfikacja gruntów, fazy i struktury gruntów.

Podstawowe cechy fizyczne gruntów:• Wilgotność gruntu• Gęstość objętościowa i ciężar objętościowy gruntu• Gęstość właściwa i ciężar właściwy szkieletu

gruntowego.

Cechy określające porowatość gruntu• Gęstość objętościowa i ciężar objętościowy szkieletu

gruntowego• Porowatość• Wskaźnik porowatości

Stopień zagęszczenia i stany zagęszczenia gruntów niespoistych

Stany zawilgocenia gruntów• Wilgotność całkowita• Stopień wilgotności

Definicja gruntu budowlanego Definicja gruntu budowlanego według normywedług normy PN-B-02481 PN-B-02481

Grunt budowlany to:• część skorupy ziemskiej mogąca współdziałać z

obiektem budowlanym, • stanowiąca jego element,• lub służąca jako tworzywo do wykonywania z niego

budowli ziemnych.

Klasyfikacja gruntów oparta jest m.in. na kryteriach: genetycznych, fizycznych, geotechnicznych,

dobieranych w ten sposób, by na ich podstawie można było wyróżnić grupy gruntów o zbliżonych cechach.

Ze względu na genezę:

- antropogeniczne- naturalne– grunty rodzime - powstały w wyniku procesów geologicznych i znajdują się w miejscu powstania,– grunt nasypowe - grunty naturalne lub antropogeniczne przerobiony w wyniku działalności człowieka, np. na wysypiskach, zwałowiskach, w budowlach ziemnych; dzieli się je na:

– nasypy budowlane (NB) – grunt powstały wskutek kontrolowanego procesu technicznego, np. w budowlach ziemnych,

– nasypy niebudowlane (NN) – grunt powstały w sposób nie kontrolowany, np. na zwałowiskach lub wysypiskach.

Ze względu na zawartość substancji organicznej grunty rodzime dzieli się na grunty:

– mineralne, grunty rodzime, w których zawartość substancji organicznej jest mniejsza lub równa 2%;

– organiczne, w których zawartość substancji organicznej jest większa od 2 %.

Ze względu na wytrzymałość (odkształcenie podłoża) grunty mineralne dzieli się na grunty:

– skaliste mineralne,– nieskaliste mineralne.

Grunty skaliste – to grunty rodzime lite lub spękane mają wytrzymałość na ściskanie Rc > 0,2 MPa.

Gruntem nieskalistym mineralnym nazywa się grunt, którego nie można zaliczyć do gruntów skalistych (jest rozdrobniony), w którym zawartość części organicznych jest równa lub mniejsza od 2%.

Grunty skaliste dzieli się ze względu na ich wytrzymałość na ściskanie na:

• grunt skalisty twardy (ST), o wytrzymałości na ściskanie Rc > 5 MPa,

• grunt skalisty miękki (SM), o wytrzymałości na ściskanie Rc ≤ 5 MPa.

Uwzględniając stopień spękania grunty skaliste dzieli się na skały:

• lite, • mało spękane, • średnio spękane, • bardzo spękane.

Podział gruntów budowlanychPodział gruntów budowlanych

Grunty budowlane

Grunty antropogeniczne

Gruntynaturalne

Grunty naturalneGrunty naturalne

Gruntynaturalne

Rodzime Nasypowe

Grunty nasypoweGrunty nasypowe

Nasypowe

Mineralne Organiczne Nasyp budowlany

Nasyp niebudowlany

GruntyRodzime

Mineralne Organiczne

Skaliste Nieskaliste Skaliste Nieskaliste

H Nm Gy T

Grunty skalisteGrunty skaliste

Grunty skaliste

LiteTwarde Miękkie Bardzospękane

Średniospękane

Małospękane

Grunty nieskalisteGrunty nieskaliste

Grunty nieskaliste

Kamieniste Gruboziarniste Drobnoziarniste

Grunty nieskaliste mineralne dzieli się na:

– kamieniste, których średnica d50 jest większa od 40 mm,

– gruboziarniste, których średnica d50 jest równa lub mniejsza od 40 mm, a średnica d90 jest większa od 2 mm,

– drobnoziarniste, których średnica d90 jest równa lub mniejsza od 2 mm.

Podział gruntów nieskalistych mineralnych oparty jest Podział gruntów nieskalistych mineralnych oparty jest na ich uziarnieniu oraz wartościna ich uziarnieniu oraz wartości wskaźnika wskaźnika plastyczności.plastyczności.

• W uziarnieniu gruntów wyróżnia się pięć frakcji. • Pod pojęciem frakcji uziarnienia rozumie się zbiór

wszystkich ziaren (lub cząstek) gruntu nieskalistego o średnicach zastępczych (d) znajdujących się w określonym zakresie wielkości.

• W gruntach różno- i bardzo różnoziarnistych, zawierających w swoim składzie frakcje kamieniste i żwirowe, przy określeniu rodzaju gruntu należy wyznaczyć frakcje zredukowane: piaskową, pyłową i iłową.

Frakcje gruntów nieskalistych

0,002 ≥ dfiIłowa

0,05 ≥ d > 0,002fπPyłowa

2 ≥ d > 0,05fpPiaskowa

40 ≥ d > 2fżŻwirowa

d > 40fkKamienista

Frakcje podstawowe:

Zakres średnic zastępczych

d (mm)Symbol frakcjiNazwa frakcji

Frakcja iłowa zredukowanaFrakcja iłowa zredukowana

( )żk

i

i ff

ff

+−=

100

100.

I

Wskaźnik jednorodności uziarnienia Cu (różnoziarnistości gruntu U)*,

jest to stosunek średnicy d60 tzn. takiej średnicy ziaren, które wraz z mniejszymi ziarnami i cząstkami stanowią 60% masy próbki; do średnicy d10, tj. średnicy ziaren i cząstek, których w gruncie wraz z mniejszymi stanowią 10% masy próbki.

Jeżeli wartość: – Cu ≤ 5 - grunt jest równoziarnisty,– 5 < Cu ≤ 15 - grunt jest różnoziarnisty,– Cu >15 - grunt jest bardzo różnoziarnisty.

Grunty KamienisteGrunty Kamieniste

Zwietrzelina Zwietrzelin gliniasta

Rumosz gliniastyRumosz Otoczaki

Kamieniste

Klasyfikacja gruntów nieskalistych mineralnych

grunt osadzony w wodzie KO otoczaki

fi > 2% KRg rumosz gliniasty

występuje poza miejscem wietrzenia skały pierwotnej, lecz nie podlegał procesom transportu i osadzania w wodzie

fi ≤ 2% KR rumosz

fi > 2% KWg

zwietrzelina gliniasta

występuje w miejscu wietrzenia skały w stanie nienaruszonym

fi ≤ 2% KW zwietrzelina

Kamienistyd50 >

40 mm

Dodatkowe kryteriaUziarnienieSymbolNazwa gruntuGrunt

Grunty gruboziarnisteGrunty gruboziarniste

Gruboziarniste

Żwir Żwirgliniasty

Pospółka gliniastaPospółka

Zawartość frakcji %

NiespoistyIp

≤ 1%

Drobnoziarnisty

d90 ≤ 2 mm

fi > 2% Pog pospółka gliniasta

50% ≥ fk + fż > 10%

fi ≤ 2% Po pospółka

fi > 2% Żg żwir gliniasty

fk + fż > 50%

fi ≤ 2% Ż żwir

Gruboziarnisty

d50 ≤ 40 mm

d90 > 2 mm

Grunty drobnoziarnisteGrunty drobnoziarniste

Drobnoziarniste

Niespoiste Spoiste

fp = 68÷90%; fπ

< 10< 10< 10 Pπ

piasek pylasty

d50 ≤ 0,25 mm

< 50< 50< 10 Pd

piasek drobny

0,5 mm ≥ d50 > 0,25> 50< 50< 10

Pspiasek średni

d50 > 0,5 mm

> 50< 10 Pr

piasek gruby

> 0,25 mm

> 0,5 mm

> 2 mm

Zawartość frakcji %

NiespoistyIp ≤ 1%

Drobnoziarnisty

d90 ≤ 2 mm

30÷5050÷700÷20 Iπił pylasty

30÷1000÷500÷50 Iiłbardzo spoiste

Ip > 30%

30÷500÷2050÷70 Ipił piaszczysty

20÷3050÷800÷30 Gπzglina pylastazwięzła

20÷3020÷5020÷50 Gzglina zwięzła

zwięzło spoiste

Ip = 20÷30%

20÷300÷3050÷80 Gpzglina piaszczystazwięzła

10÷2030÷900÷30 Gπglina pylasta

10÷2030÷6030÷60 Gglina

średnio spoiste

Ip = 10÷20%

10÷200÷3050÷90 Gpglina piaszczysta

0÷1060÷1000÷30 πpył

0÷1030÷7030÷70 πppył piaszczysty

mało spoisteIp = 1÷10%

2÷100÷3060÷98 Pgpiasek gliniasty

fifπfp

SpoistyIp > 1%

Drobnoziarnisty

d90 ≤ 2 mm

Fazy i struktury gruntówFazy i struktury gruntów

Fazy i struktury gruntów nieskalistych

Grunt składa się z oddzielnych ziaren (o średnicy > 0,05 mm) i cząstek (o średnicy ≤ 0,05 mm), tworzących układ porowaty.

Ziarna i cząstki tworzą w gruncie fazę stałą, woda - fazę ciekłą, powietrze - fazę gazową.

Pory V a

V w

V dV d

V p

V

V =1-n d

V =n p

V=1 Gaz (m = 0) a

Woda (m ) w

Szkielet

grunto

wy

Szkieletgruntowy (m ) d

Całkowita objętość gruntu - V obejmuje:- objętość szkieletu Vd (Vs)*- objętość porów Vp.

Pory gruntu mogą być wypełnione wodą - Vw (w strefie nasyconej) lub wodą i powietrzem - Vw + Va (w strefie nienasyconej).

V = Vd + Vp = Vd + Vw + Va

Na całkowitą masę próbki (m) składa się:- masa szkieletu gruntowego md (ms)*,- masa wody zawartej w porach gruntu mw.

m = md + mw

Struktura gruntu, to układ ziaren i cząstek gruntowych tworzących szkielet gruntowy.

Wyróżnia się następujące typy struktur:a) – ziarnistą,b) – komórkową,c) – kłaczkową.

a) b) c)

Typowe struktury gruntów

Cechy fizyczne gruntówCechy fizyczne gruntów

Wilgotność gruntu

Jest to stosunek masy wody zawartej w próbce (mw) do masy szkieletu gruntowego (md (ms)*):

100m

mm100mmw

d

d

d

w ⋅−=⋅=

Wilgotność naturalna (wn) jest to wilgotność jaką ma grunt w stanie naturalnym w złożu.

stan miękko plastycznyw= 19 ÷ 50%

torf w = 100 ÷ 1500%stan plastyczny w = 16 ÷ 33%mokre w = 20 ÷ 30%

namuł w = 30 ÷ 100%stan twardoplastycznyw = 13 ÷ 25%

wilgotne w = 10 ÷ 20%humus w = 20 ÷ 40%stan półzwarty w = 10 ÷ 20%mało wilgotne w < 10%

OrganicznychSpoistychNiespoistychWilgotności gruntów

(%)

Gęstość objętościowa i ciężar objętościowy gruntu

Gęstość objętościowa jest to stosunek masy próbki gruntu o naturalnej wilgotności (m) do jej całkowitej objętości (V):

ρ = Vm

Gęstość objętościowa gruntów niespoistych waha się najczęściej w granicach od 1,85 do 2,0 g·cm-3 a dla gruntów spoistych od 2,0 do 2,20 g·cm-3.

Ciężar objętościowy gruntu obliczamy według wzoru:γ = ρ · g (kN⋅m-3)gdzie:g - przyspieszenie ziemskie w m·s-2 (g = 9,81 (m⋅s-2))ρ - gęstość objętościowa gruntu (g⋅cm-3)

(g⋅cm-3)

Pomiar objętości próbki gruntu (V)

pierścieńpierścień

balon gumowy

piasek kalibrowanygrunt rodzimy grunt rodzimy woda

wyskalowanycylinder z wodą

a) b)

a – przy zastosowaniu piasku kalibrowanego φ 0,5 ÷ 2,0 mm, b – przy zastosowaniu folii i wody

Objętość pobranej próbki (dołka) uzależniona jest od uziarnienia gruntów: – dla gruntów o średnicy dmax ≤ 25 mm – V = 3000 cm3 – dla gruntów o średnicy 25 mm < dmax ≤ 80 mm – V = 6000 cm3

Gęstość właściwa szkieletu gruntowego i ciężar właściwy szkieletu gruntowego

Gęstość właściwa szkieletu gruntowego (ρs) jest to stosunek masy szkieletu gruntowego (md (ms)*) do objętości szkieletu (Vd (Vs)*):

ρs = (g⋅cm-3)d

d

Vm

jej wartość waha się od 2,4 do 3,2 g·cm-3.

Ciężar właściwy szkieletu gruntowego (γs) obliczamy według wzoru:γs = ρs · g (kN⋅m-3)g - przyspieszenie ziemskie w m s-2,γs - gęstość właściwa szkieletu gruntowego w g⋅cm-3.

Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego i ciężar objętościowy szkieletu gruntowego

Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego (ρd) jest to stosunek masy szkieletu gruntowego (md, (ms)* ) do całkowitej objętości gruntu (V):

(g⋅cm-3)V

mdd =ρ

Ciężar objętościowy szkieletu gruntowego (γd) obliczamy według wzoru:

γd = ρd · g (kN⋅m-3)

g - przyspieszenie ziemskie w m s-2,γd - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego w g⋅cm-3.

Znając wilgotność gruntu (w) i gęstości objętościowej gruntu (ρ) gęstość objętościową szkieletu gruntowego ρd oblicza się ze wzoru :

ρd = (g⋅cm-3)w100

100ρ+

⋅

VVp

V -objętość porów pV -objętość szkieletu p

1,0

V =

V +

V

p

V = 1,0

V p

V s

1,0

V = n p

V = 1 - n s

s

Rys. 1.9. Objętość gruntu, szkieletu gruntowego i porów

Porowatość

Jest to stosunek objętości porów gruntu (Vp) do całkowitej objętości gruntu (V):

n = Wzór na porowatość (n) można wyprowadzić, zakładając V = 1,

wtedy: Vp = n

Vd = V - Vp

Vd = 1 - n

n =

Porowatość równoziarnistych piasków i żwirów mieści się w granicach od 0,258 do 0,476.

ρρρ

s

ds −

dVpV

e =

d

dse ρρ−ρ=

e1en +=

n1ne −=

Wskaźnik porowatości

Jest to stosunek objętości porów (Vp) do objętości szkieletu gruntowego (Vd (Vs)*):

Istnieje ścisła zależność między wskaźnikiem porowatości (e), a porowatością (n), którą można wyprowadzić w następujący sposób:

Przykładowe wartości porowatości i wskaźnika porowatości

1 ÷ 0,3350 ÷ 25piaski równoziarniste0,67 ÷ 0,3340 ÷ 25gliny pylaste1,5 ÷ 0,6760 ÷ 40lessy0,43 ÷ 0,1830 ÷ 15iły w stanie półzwartym

1 ÷ 0,4350 ÷ 30iły plastyczne9 ÷ 2,390 ÷ 70iły świeżo osiadłe, namuły, torfy

en (%)Rodzaj gruntu

Stopień zagęszczenia i stany zagęszczenia gruntów niespoistych

Stopniem zagęszczenia gruntów niespoistych (ID) nazywamy stosunek zagęszczenia istniejącego w naturze do największego możliwego zagęszczenia dla danego gruntu:

ID =

gdzie:V - objętość gruntu w stanie naturalnym, w cm3

Vmin - objętość gruntu maksymalnie zagęszczonego, w cm3

Vmax - objętość gruntu przy najluźniejszym ułożeniu ziaren gruntu, w cm3

VV

VV

minmax

max

−

−

a

V max

V p

b c

max

V d

V p

V d

V p min

V d

V V min

ID = VVVV

min pmax p

pmax p

−−

gdzie:Vp - objętość porów gruntu w stanie naturalnym, w cm3

Vp min - objętość porów gruntu maksymalnie zagęszczonego, w cm3

Vp max - objętość porów gruntu przy najluźniejszym ułożeniu ziaren, w cm3

Dzieląc licznik i mianownik przez Vd otrzymujemy:

ID = ee

eeminmax

max−

−

gdzie:e - wskaźnik porowatości gruntu w stanie naturalnym,emin - wskaźnik porowatości minimalnej,emax, - wskaźnik porowatości maksymalnej.

Oznaczenie stopnia zagęszczenia gruntów niespoistych

W celu oznaczenia stopnia zagęszczenia gruntu (ID) należy określić:• wskaźnik porowatości gruntu w stanie naturalnym (e), • wskaźnik porowatości maksymalnej tego gruntu (emax) przez

usypanie go możliwie jak najluźniej,• wskaźnik porowatości minimalnej (emin), maksymalnie zagęszczając.

Stany zagęszczenia gruntów niespoistych i wartości stopnia zagęszczenia (ID)

ID > 0,80 Stan bardzo zagęszczony 0,67 < ID ≤ 0,80 Stan zagęszczony 0,33 < ID ≤ 0,67 Stan średnio zagęszczony ID ≤ 0,33 Stan luźny

Stopień zagęszczenia ID

Stany zagęszczenia gruntów

Granice konsystencji, stopień plastyczności, stany gruntów spoistych, wskaźnik plastyczności

Rozróżnia się trzy konsystencje gruntów spoistych (rys. 1.12):– zwartą,– plastyczną,– płynną.

w =

w

nw =

0 s

w =

w

n p

w =

w

n L

I < 0,0 L

Wilgotność

Stopieńplastyczności

Stan gruntu

Konsystencja

0,0 0,25 0,50 1,0 I > 1,0 L

Zwarty Plastyczny Miękkoplastyczny

Zwarta Plastyczna Płynna

Płynny

Pół-

zwar

ty Twardo-plastyczny

w (%)

Grunt o konsystencji płynnej zachowuje się jak ciecz i nie ma prawie żadnej wytrzymałości na ścinanie.

Grunt o konsystencji plastycznej odkształca się przy pewnym nacisku, nie ulega przy tym spękaniu i zachowuje nadany mu kształt.

Grunt o konsystencji zwartej odkształca się dopiero przy dużych naciskach, przy czym odkształceniom towarzyszą spękania.

Granica płynności - wilgotność gruntu na granicy między konsystencją płynną i plastyczną

Granica plastyczności - wilgotność gruntu na granicy między konsystencją plastyczną i zwartą

Granicę skurczalności osiąga grunt o konsystencji zwartej, gdy przy suszeniu przestaje zmniejszać swą objętość.

Granica płynności (wL), wyznaczana jest umownie, jest to wilgotność, wyrażana w procentach, jaką ma pasta gruntowa, umieszczona w miseczce aparatu Casagrande`a, gdy wykonana w niej bruzda zlewa się przy 25. uderzeniu miseczki o podstawę aparatu.

Granica plastyczności (wP), jest to wilgotność jaką ma grunt, gdy przy kolejnym wałeczkowaniu bryłki gruntu wałeczek pęka po osiągnięciu średnicy 3 mm.

Granica skurczalności (ws), wyznaczana umownie, jest to wilgotność, wyrażana w procentach, jaką ma grunt, o konsystencji zwartej, gdy przy suszeniu bryłka gruntu przestaje zmniejszać swą objętość.

Stany gruntów spoistych

IL > 1,0 Płynny0,5 < IL ≤ 1,0 Miękkoplastyczny0,25 < IL ≤ 0,5 Plastyczny0 < IL ≤ 0,25 TwardoplastycznyIL ≤ 0, ws < wn ≤ wp PółzwartyIL< 0, wn ≤ ws ZwartyIL , wnStan gruntu

Stopień plastyczności

makroskopowo oznaczyć można na podstawie próby wałeczkowania:

IL =

ifa

x1,25

⋅

⋅

c

gdzie:1,25% - strata wilgotności gruntu przy jednokrotnym

wałeczkowaniu,x - liczba wałeczkowań,fi - zawartość frakcji iłowej w gruncie,ac (A)* -  aktywność koloidalna: dla większości gruntów

występujących na terenie Polski można przyjmować ac = 1 (z wyjątkiem glin pokrywowych i lessów, dla których ac = 0,5 ÷ 0,7 i iłów montmorillonitowych, dla których ac > 1,5).

Wskaźnik plastyczności

wskazuje, ile wody (w procentach) w stosunku do masy szkieletu, wchłania dany grunt przy przejściu ze stanu półzwartego w stan płynny.

IP = wL - wP

gdzie:w L – granica płynnościw P – granica plastyczności

Przykładowe wartości wskaźnika plastyczności IP wynoszą:• dla bentonitów silnie chłonących wodę ~ 200%, • dla lessów, pyłów w granicach 5 ÷ 10%.

Grunty o niskim (IP), już przy niewielkim zawilgoceniu, mogą bardzo łatwo się upłynnić.

Wskaźnik plastyczności przyjęto za kryterium klasyfikacji gruntów drobnoziarnistych.

Podział gruntów według spoistości

30 ÷ 100>30- bardzo spoiste20 ÷ 3020 ÷ 30- zwięzło spoiste10 ÷ 2010 ÷20- średnio spoiste

2 ÷ 101 ÷10Spoiste:- mało spoiste

≤ 2≤ 1NiespoistefiIPSpoistość gruntu

Wyznaczenie granicy plastyczności

Za granicę plastyczności (wp) przyjmuje się wilgotność wałeczka gruntu, pękającego po osiągnięciu średnicy 3 mm (utworzonego z kulki o średnicy ~7 mm).

Wygląd wałeczka podczas próby Wygląd wałeczka podczas próby wałeczkowaniawałeczkowania

Stopień wilgotnościStopień wilgotności (Ssat (Sr)*) określa stopień wypełnienia porów

gruntu wodą. Oblicza się go ze wzoru:

Ssat = ρ⋅

ρ⋅=

wsat e 100w

ww d

gdzie:wsat (wr)* – wilgotność w stanie całkowitego nasycenia porów gruntu wodąρd – gęstość właściwa szkieletu gruntowegoρw – gęstość właściwa wodye – wskaźnik porowatości

0,8 < Ssat ≤ 1,0Mokry0,4 < Ssat ≤ 0,8Wilgotny  0 < Ssat ≤ 0,4Suchy lub mało wilgotny

Stopień wilgotnościStan zawilgocenia gruntu