Stany gruntów spoistych i niespoistych , stopnień
plastyczności i stopień zagęszczenia.
Grunt spoisty - nieskalisty grunt mineralny lub organiczny wykazujący wartość wskaźnika
plastyczności lp > 1%.
Grunt niespoisty - nieskalisty grunt mineralny lub organiczny nie spełniający warunków gruntu
spoistego.
Wyróżnia stany gruntów : zwarty, półzwarty, twardoplastyczny, plastyczny, miękkoplastyczny i
płynny.
Konsystencja gruntu spoistego według PN
bardzo zwarta i zwarta
twardoplastyczna
plastyczna
miękkoplastyczna
płynna
Stopień zagęszczenia – miara zagęszczenia gruntów sypkich
występującego w stanie naturalnym do zagęszczenia maksymalnego i oblicza ze wzoru
Gdzie:
emax – wskaźnik porowatości maksymalnej, którą otrzymuje się przez najbardziej luźne usypanie
piasku
emin – wskaźnik porowatości minimalnej, przy moż
wibrację
e – wskaźnik porowatości naturalnej
Stany gruntów spoistych i niespoistych , stopnień
plastyczności i stopień zagęszczenia.
nieskalisty grunt mineralny lub organiczny wykazujący wartość wskaźnika
grunt mineralny lub organiczny nie spełniający warunków gruntu
: zwarty, półzwarty, twardoplastyczny, plastyczny, miękkoplastyczny i
Stopień plastyczności:
Konsystencja gruntu spoistego według PN-EN ISO
od 0
od 0,25 do
od 0,50 do
Stopień zagęszczenia:
zagęszczenia gruntów sypkich. Jest to stosunek zagęszczenia
występującego w stanie naturalnym do zagęszczenia maksymalnego i oblicza ze wzoru
wskaźnik porowatości maksymalnej, którą otrzymuje się przez najbardziej luźne usypanie
wskaźnik porowatości minimalnej, przy możliwie największym zagęszczeniu piasku poprzez
wskaźnik porowatości naturalnej
Stany gruntów spoistych i niespoistych , stopnień
plastyczności i stopień zagęszczenia.
nieskalisty grunt mineralny lub organiczny wykazujący wartość wskaźnika
grunt mineralny lub organiczny nie spełniający warunków gruntu
: zwarty, półzwarty, twardoplastyczny, plastyczny, miękkoplastyczny i
Zakres I
L
I
L
<0
od 0 do 0,25
od 0,25 do 0,50
od 0,50 do 0,75
I
L >
0,75
zagęszczenia
występującego w stanie naturalnym do zagęszczenia maksymalnego i oblicza ze wzoru:
wskaźnik porowatości maksymalnej, którą otrzymuje się przez najbardziej luźne usypanie
liwie największym zagęszczeniu piasku poprzez
Równanie Columba dla gruntów niespoistych i
spoistych .
Wytrzymałością gruntu na ścinanie nazywamy opór, jaki stawia grunt naprężeniom
stycznym w rozpatrywanym punkcie ośrodka. Po pokonaniu oporu ścinania następuje
poślizg pewnej części gruntu w stosunku do pozostałej.
τ
f
- wytrzymałość na ścinanie [kPa],
σ
n
- naprężenia normalne do płaszczyzny ścinania [kPa],
Φ
- kąt tarcia wewnętrznego [
o
] ,
c - spójność [kPa].
W przypadku ścinania gruntów o strukturze ziarnistej mamy do czynienia z oporem tarcia suwnego i
obrotowego. Opór ten nazywamy oporem tarcia wewnętrznego. Wielkość ta zależy od rodzaju
gruntu (wymiaru i kształtu ziaren, pochodzenia gruntu). Dla danego gruntu wartość tarcia
wewnętrznego zależy od: porowatości, wilgotności, ciśnienia wody w porach.
Spójność gruntu (kohezja) jest to opór gruntu stawiany siłom zewnętrznym wywołany wzajemnym
przyciąganiem się cząstek składowych gruntu. Występuje w gruntach spoistych. Zależy od średnicy
ziaren, wilgotności, genezy i składu mineralnego.
Wartości te można wyznaczać dwiema metodami:
- w aparacie bezpośredniego ścinania (aparacie skrzynkowym),
- w aparacie trójosiowego ściskania.
Osuwiska , ich podział i podstawowe elementy
osuwiska .
W klasycznej formie osuwisko posiada 3 strefy:
- strefę oderwania z wyraźną skarpą osuwiskową,
- strefę transportu z możliwymi szczelinami i rowami osuwiskowymi,
-strefę akumulacji w formie jęzora osuwiskowego z czołem,
Podstawowe elementy osuwiska:
Rodzaje osuwisk:
Podstawowe dwa rodzaje osuwisk to osuwisko rotacyjne oraz translacyjne.
Osuwisko rotacyjne (A) charakteryzuje się wklęsłą (cylindryczną) powierzchnią poślizgu (cyrk
osuwiskowy), która oddziela masę przesuwającą się od stałej. Osuwająca się masa ulega rotacji zaś oś
obrotu, która przebiega ponad skarpą jest względnie równoległa do powierzchni terenu. Takie
osuwiska powstają przy bardziej jednorodnym charakterze materiału budującego je.
Osuwisko translacyjne lub zsuw translacyjny (B) to takie, w którym masa gruntu porusza się wzdłuż
powierzchni przypominającej równię pochyłą i która nie ulega rotacji. Taki typ osuwiska najczęściej
powstaje wzdłuż powierzchni warstwowania, spękań i uskoków, które są nachylone w kierunku
nachylenia stoku. Osuwiska translacyjne to przeważnie zsuw warstwy zwietrzeliny o grubości do kilku
metrów po powierzchni niezwietrzałego, nachylonego podłoża. Możliwe są także osuwiska o
charakterze mieszanym.
Naszkicować wykres ściśliwości pierwotnej , odprężenia i
ściśliwości wtórnej . Od czego zależy ściśliwość gruntu.
Ściśliwością gruntu nazywamy zdolność gruntu do zmniejszania swojej objętości pod wpływem
obciążenia. W przypadku rozdrobnionych gruntów mineralnych zmniejszanie się objętości gruntu pod
wpływem obciążenia jest wynikiem zmniejszania się objętości porów wskutek wzajemnego
przesuwania się ziaren i cząstek gruntu. W procesie tym następuje wyciskanie wody i powietrza
wypełniających pory gruntowe.
Ściśliwość gruntu zależy głównie od składu granulometrycznego gruntu, porowatości, wilgotności,
składu mineralnego (zwłaszcza frakcji iłowej).
Miarą ściśliwości gruntu jest moduł ściśliwości, który jest w pewnym sensie odpowiednikiem modułu
sprężystości ciał sprężystych. Grunt nie jest jednak ciałem w pełni sprężystym i odkształcenia
zachodzące w nim pod wpływem przyłożonych obciążeń są sumą odkształceń sprężystych i trwałych,
dlatego wykres ściśliwości nie pokrywa się z wykresem odprężenia. Jest wiele możliwości badania
ściśliwości gruntu zarówno w terenie jak i w laboratorium. Badanie ściśliwości w laboratorium
wykonuje się w aparacie zwanym edometrem, dlatego też parametr uzyskany w wyniku tego badania
nazywa się edometrycznym modułem ściśliwości. Zależność między obciążeniem a odkształceniem
jest funkcją wyższego rzędu, ilustracją której jest krzywa ściśliwości.
Powyższy wykres ilustruje zjawisko ściśliwości pierwotnej dla próbki gruntu, jej odprężenia (po
odciążeniu) i ściśliwości wtórnej (przy ponownym obciążeniu w tym samym zakresie). Wartość
modułu ściśliwości pierwotnej określamy z krzywej ściśliwości pierwotnej z wzoru, który przyjmuje się
według prawa Hooke'a z zastrzeżeniem, że stosuje się go dla niedużych zakresów obciążeń:
M
0
- moduł ściśliwości pierwotnej [kPa, MPa],
∆σ
- przyrost obciążenia jednostkowego próbki [kPa, MPa],
ε
- odkształcenie względne próbki,
∆σ
i
- przyrost obciążeń,
∆σ
i
=
σ
i
-
σ
i-1
, [kPa, MPa],
h
i-1
- wysokość próbki w edometrze przed zwiększeniem naprężenia z
σ
i-1
do
σ
i
[mm],
h
i
- wysokość próbki w edometrze po zwiększeniu naprężenia z
σ
i-1
do
σ
i
[mm],
∆
h
i
- zmniejszenie wysokości próbki w pierścieniu edometru po zwiększeniu obciążenia o
∆σ
i
;
∆
h
i
=
h
i-1
- h
i
[mm].
Moduł ściśliwości wtórnej (M) oblicza się w analogiczny sposób przyjmując wartości odkształceń z
krzywej ściśliwości wtórnej.
Proces zmiany objętości gruntu w czasie, zachodzący w wyniku wypływania wody z porów pod
wpływem przyłożonego obciążenia nazywamy konsolidacją.
Badania makroskopowe gruntu .
Badania makroskopowe mają na celu określenia przybliżonego rodzaju, nazwy, niektórych cech
fizycznych oraz stanu badanego gruntu bez użycia przyrządów. Stosuje się ją w terenie oraz jako
badania wstępne w laboratorium. Grunty spoiste dzielimy na 4 grupy w zależności od stopnia
spoistości: mało spoisty, średnio spoisty, zwięzło spoisty, bardzo spoisty.
Oznaczanie rodzaju gruntu: -Grunt należy określić jako spoisty, jeżeli po wyschnięciu do stanu
powietrzno-suchego tworzy on zwarte grudki. Grunt należy określić jako niespoisty, jeżeli po
wyschnięciu do stanu powietrzno-suchego stanowi on niezwiązane ze sobą cząstki lub grudki,
rozpadające się pod wpływem lekkiego nacisku palcem. Jeżeli grunt jest w stanie wilgotnym, to
rodzaj gruntu określa się na podstawie zdolności do formowania kulki. Rodzaj gruntów spoistych
zależy przede wszystkim od zawartości w nich frakcji iłowej, a ponadto od zawartości frakcji pyłowej i
piaskowej. Wyróżnia się 4 rodzaje gruntów spoistych (stopnie spoistości), przy czym spoistość nadaje
gruntom frakcja iłowa. Rodzaje gruntów makroskopowo określa się na podstawie próby
wałeczkowania, a w przypadkach wątpliwych - uzupełnionej próbą rozmakania i rozcierania. - Do
gruntów niespoistych (sypkich) zalicza się grunty drobnoziarniste niespoiste oraz grunty
gruboziarniste zawierające do 2% frakcji iłowej. Rodzaj gruntów niespoistych określa się zgodnie z %
zawartością frakcji, na podstawie wielkości i zawartości ziarna poszczególnych frakcji lub ewentualnie
za pomocą lupy z podziałką.
Oznaczanie stanu gruntów spoistych:Stan gruntu zależy od ilości i właściwości zawartej w nim wody,
a także od składu i właściwości cząstek stałych. Makroskopowo stan gruntów spoistych należy
oznaczać na podstawie liczby kolejnych wałeczkowań tej samej kulki gruntu wg 1.1, biorąc pod uwagę
ile razy uzyskano wałeczek o średnicy 3 mm bez jego uszkodzeń. Wałeczkowanie przeprowadza się na
gruncie o wilgotności naturalnej, nie wolno zwilżać gruntu nawet jeśli jest suchy. Jeżeli z gruntu nie
można uformować kulki, grunt znajduje się w stanie zwartym. Jeżeli z gruntu można uformować
kulkę, lecz wałeczek pęka podczas pierwszego wałeczkowania, grunt znajduje się w stanie
półzwartym. Wyróżnienie następnych stanów określa się na podstawie liczby wałeczkowań tej samej
kulki.
Określanie barwy gruntu:Jedną z cech makroskopowych gruntu jest jego barwa, często ułatwiająca
makroskopowe wydzielenie różnych rodzajów gruntów. Barwa w niektórych przypadkach jest
wynikiem określonego składu mineralnego gruntu lub zawartych w nim domieszek. Tak na przykład,
związki żelaza trójwartościowego nadają gruntom zabarwienie o odcieniach czerwonych lub
brunatnych, natomiast związki żelaza dwuwartościowego zabarwienie o odcieniach zielonych i
czarnych. Czarne zabarwienie gruntu może być wywołane także obecnością substancji organicznej, a
zielone obecnością glaukonitu. Barwę gruntu określa się na przełamie bryłki gruntu o wilgotności
naturalnej. Określenie barwy może być wyrazem kilkuczłonowym, przy czym najpierw podaje się
intensywność i odcień barwy, a następnie barwę podstawową, dominującą (na przykład: barwa
jasnozielono-brązowa). Przy określaniu barw używa się na ogół nazw kolorów podstawowych w skali
barw. Należy unikać takich określeń, jak beżowy, amarantowy itp. Jeśli barwa gruntu nie jest
jednorodna, określa się charakter tej niejednorodności podając barwy poszczególnych części, na
przykład: grunt o barwie jasnobrązowej z czerwonymi smugami. Należy jednocześnie pamiętać, że
grunt może zmieniać barwę po wysuszeniu. Dlatego też określa się ją w gruncie o wilgotności
naturalnej, a w przypadku określenia barwy gruntu wyschniętego fakt ten trzeba odnotować.
Oznaczanie wilgotności gruntu:Makroskopowo wilgotność gruntu określa się wyróżniając pięć stopni
wilgotności gruntów spoistych. Grunt określamy jako: a) suchy, jeśli grudka gruntu przy zgniataniu
pęka, a po rozdrobnieniu daje suchy proszek, b) mało wilgotny, jeśli grudka gruntu przy zgniataniu
odkształca się plastycznie, lecz papier przyłożony do gruntu nie staje się wilgotny, c) wilgotny, jeżeli
grudka gruntu przyłożona do papieru zostawia na nim wilgotny ślad, d) mokry, jeżeli przy ściskaniu
gruntu w dłoni odsącza się woda, e) nawodniony, jeżeli woda odsącza się z gruntu grawitacyjnie.
Określanie zawartości węglanu wapnia:Węglany wapnia mogą występować w gruntach bądź w
stanie rozproszonym, bądź też w postaci większych lub mniejszych skupień, kryształków, kukiełek itp.
Ilość węglanów w niektórych gruntach spoistych może dochodzić nawet do 30%. Obecność węglanów
w gruntach powoduje ich silną agregację (łączenie się mniejszych cząstek w większe), co w zasadniczy
sposób może mieć wpływ na inżyniersko-geologiczne właściwości tych gruntów. Makroskopowo
zawartość węglanu wapnia określa się na podstawie obserwacji gruntu po skropieniu 20% roztworem
kwasu solnego.
Rozkład naprężeń w przekroju próbki w chwili ścięcia w
ABS , interpretacja wyników .
Rozkład naprężeń w przekroju próbki w chwili ścięcia w
ATS ,
interpretacja wyników .
Naprężenie efektywne .
Naprężenia przyłożone w krótkiej skali czasu, gdy woda w porach nie ma możliwości
odpływu, zwłaszcza w słabo przepuszczalnych osadach zawierających dużo minerałów
ilastych rozpatrywane jest jako całkowite naprężenie (ang. total stress). W przypadku, gdy
analizowane jest zachowanie materiału w długiej skali czasu, gdy woda ma możliwość
odpływu rozpatrywane jest naprężenie efektywne.
Termin naprężenia efektywnego σ′ został wprowadzony przez Karla von Terzaghi w 1936 i
oznacza całość naprężeń przenoszonych przez szkielet ziarnowy luźnych osadów wyłączając
wpływ ciśnienia wody w porach. Przy ciśnieniu całkowitym, ciśnienie porowe przenosi część
naprężeń: σ′=σ−u, gdzie u to ciśnienie wody w porach.
Badania in situ.
Badania in situ oznaczają badania wykonane na miejscu w terenie.
Wyróżniamy kilka rodzajów badań gruntów:
•
makroskopowe (in situ):
o
określenie rodzaju gruntu (spoisty czy niespoisty) za pomocą prób:
wałeczkowania,
rozcierania,
rozmakania.
o
wstępna ocena wilgotności gruntu:
suchy - nie zawilgaca bibuły;
wilgotny - zawilgaca bibułę;
mokry - po ściśnięciu wydziela wodę;
nawodniony - woda wycieka samoistnie.
o
wizualne określenie barwy gruntu w stanie wilgotności naturalnej;
o
oznaczenie zawartości CaCO
3
za pomocą kwasu solnego.
Rozkład naprężeń w gruncie od pionowej siły
skupionej.
