KATEDRA GEOTECHNIKI, GEOLOGII
I BUDOWNICTWA MORSKIEGO
10.
Badanie edometryczne ściśliwości gruntu
Badanie edometryczne polegające na stopniowym obciążaniu i odciążaniu próbki gruntu umieszczonej
w pierścieniu na tyle sztywnym, aby zablokował możliwość odkształceń w kierunku poziomym,
pozwala określić trzy grupy parametrów przedstawionych w tablicy 10.1.
Tab. 10.1. Parametry
ś
ci
ś
liwo
ś
ci, odpr
ęż
enia i konsolidacji
Ś
ciśliwość
Odprężenie
Konsolidacja
*Edometryczny moduł ściśliwości
pierwotnej [MPa]
i
i
i
oi
h
h
M
∆
∆
=
σ
Stopień sztywności i odprężenia
ε
σ
∆
−
∆
−
=
i
s
S
ln
Współczynnik konsolidacji
T
v
f
t
L
C
⋅
=
50
2
197
,
0
Moduł odkształcenia pierwotnego
o
o
M
E
δ
=
Wskaźnik skonsolidowania gruntu
M
M
o
=
β
*Edometryczny moduł ściśliwości
wtórnej
iw
iw
i
i
h
h
M
∆
∆
=
σ
Moduł odkształcenia wtórnego
M
E
δ
=
Współczynnik ściśliwości
objętościowej
i
i
i
i
v
h
h
h
m
σ
∆
⋅
−
=
+
1000
1
*Wskaźnik ściśliwości
i
c
e
C
σ
log
∆
∆
−
=
∆σ
i
, – przyrost naprężenia efektywnego w szkielecie gruntowym
∆σ
i
=
σ
i+1
-
σ
i
[MPa]
h
i
,
h
iw
– wysokość próbki przed zwiększeniem naprężenia o
∆σ
i
[m] (indeks
w dotyczy fazy odprężenia)
∆h
i
,
∆h
iw
– zmiana wysokości próbki po zmianie obciążenia
∆h
i
=h
i
-h
i+1
;
∆h
iw
=h
iw
-h
(i+1)w
[m] (indeks
w jak wyżej)
)
1
(
)
2
1
)(
1
(
ν
ν
ν
δ
−
−
+
=
∆e – zmiana wskaźnika porowatości [-]
∆ε
- zmiana odkształcenia pionowego [-]
L – długość ścieżki odpływu wody; gdy jest możliwy odpływ do góry i na dół próbki to L jest równe połowie
wysokości próbki przed rozpoczęciem badania (
L = 0.5h); w przeciwnym wypadku L = h [m]
t
50
– czas osiągnięcia 50% konsolidacji [s]
f
T
– poprawka temperaturowa
* - zależność ważna dla części liniowej wykresu krzywej ściśliwości pierwotnej/wtórnej
10.1
Sprzęt do badania
Edometr:
1
– czujniki przemieszczenia,
2
– filtr górny,
3
– pierścień,
4
– obudowa pierścienia,
5
– podstawa edometru,
6
– próbka,
7
– filtr dolny,
8
– płytka perforowana,
9
– odpływ wody z próbki,
Rys. 10.1. Schemat edometru.
2
10.2
Przygotowanie gruntu do badań
10.2.1
Badanie należy przeprowadzić na próbce NNS lub przygotowanej w sposób odzwierciedlający warunki
in situ najlepiej jak to możliwe. Próbkę należy umieścić w pierścieniu edometru.
10.2.2
Ś
rednia wartość średnicy największych cząstek w próbce nie powinna przekraczać 1/5 wysokości
pierścienia.
10.3
Wykonanie badania
10.3.1
Pierścień z próbką gruntu należy umieścić w edometrze i przykryć pokrywą obciążeniową, a następnie
ustawić czujniki do pomiaru przemieszczeń pionowych pokrywy. Próbkę od dołu i od góry należy
zabezpieczyć filtrami.
10.3.2
Należy ustalić jakim naprężeniom zostanie poddana próbka. Zazwyczaj stosuje się od 4 do 6 przyrostów
obciążenia. Każdy kolejny stopień obciążenia powinien być dwa razy większy od poprzedniego.
10.3.3
Po przyłożeniu pierwszego stopnia obciążenia należy w określonych odstępach czasu zapisywać
odczyty na czujnikach przemieszczenia do momentu ustabilizowania się osiadań.
10.3.4
Następnie należy powtarzać czynność 10.3.3. dla kolejnych stopni obciążenia.
10.3.5
Gdy w programie badań przewidziane jest odciążenie próbki po określonym stopniu obciążenia, można
tego dokonać dopiero po ustabilizowaniu się osiadań próbki. Należy wówczas zmniejszać obciążenie
o jeden stopień i notować w określonych odstępach czasu przyrosty wysokości próbki na czujnikach
odkształcenia, aż do momentu ich stabilizacji.
10.3.6
Procedurę odciążania wg 10.3.5. należy kontynuować zdejmując kolejne stopnie obciążenia.
10.3.7
Jeśli program badań przewiduje powtórne obciążenie (np. w celu określenia edometrycznego modułu
ś
ciśliwości wtórnej) to powtarzamy procedury 10.3.3.-10.3.4..
10.4
Wyniki badań
Bezpośrednimi wynikami badania w edometrze są zmiany wysokości próbki przy kolejnych stopniach
obciążania i odciążania (krzywa ściśliwości) oraz rozkład tych zmian w czasie (krzywe konsolidacji).
Na ich podstawie można zilustrować graficznie wykres zależności wysokości próbki od naprężenia
i zmiany wysokości próbki w czasie przy danej zmianie naprężenia w próbce (Rys. 10.2.).
Rys. 10.2. Krzywa
ś
ci
ś
liwo
ś
ci (a) i krzywe konsolidacji (b) gruntu, otrzymane z bada
ń
w edometrze.
Na podstawie wyników uzyskanych z badania ściśliwości gruntu można wyznaczyć parametry
ś
ciśliwości, odprężenia i konsolidacji, według wzorów podanych w tabeli 10.1.
σ
[kPa]
h
[
m
m
]
σ
i
h
0
h
i
Linia gruba – krzywa osiada
ń
pierwotnych
Linia przerywana – krzywa odpr
ęż
enia
Linia cienka – krzywa osiada
ń
wtórnych
a)
b)
t [min]
h
[
m
m
]
h
0
h
1
h
2
h
3
h
4
h
5
σ
1
σ
2
σ
3
σ
4
σ
5
