P O L I T E C H N I K A   G D A Ń S K A  

Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska 

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego 

80-233 Gdańsk, ul. G. Narutowicza 11/12 

 

 

8. Badanie 

kąta tarcia wewnętrznego i spójności metodą bezpośredniego ścinania 

Badanie parametrów wytrzymałościowych gruntu metodą bezpośredniego ścinania polega na pomiarze 
wartości sił potrzebnych do przesunięcia jednej części próbki gruntu względem drugiej przy różnych 
poziomach naprężenia normalnego do powierzchni ścinania. Próbkę umieszcza się w ramce aparatu 
skrzynkowego i poddaje naprężeniu normalnemu 

σ

n

. Po osiągnięciu wstępnej konsolidacji lub bez 

konsolidacji uruchamia się mechanizm przesuwu ramek względem siebie ze stałą prędkością 
odkształcenia. W trakcie przesuwania ramek mierzy się wartość siły  ścinającej i przemieszczenia 
poziomego. Na podstawie wyników kilku badań (co najmniej trzech) możemy wyznaczyć prostą 
Coulomba, którą opisuje wzór (1). 

c

tg

f

+

⋅

=

φ

σ

τ

 

  (1) 

Gdzie: 
τ

f

 – wytrzymałość gruntu na ścinanie [kPa], 

σ – naprężenie normalne w gruncie [kPa], 

φ – kąt tarcia wewnętrznego gruntu [°], 
c – spójność gruntu [kPa]. 

 

Rys.8.1. Prosta Coulomba

 

Na podstawie badania w aparacie skrzynkowym można wyznaczyć następujące parametry 
wytrzymałościowe: 

a) 

s

φ

 

- właściwy kąt tarcia wewnętrznego [

°], 

b) 

s

c

 - spójność właściwa [kPa], 

c) 

us

φ

 - kąt tarcia wewnętrznego bez drenażu 

 i konsolidacji, 

d) 

us

c

 - spójność bez drenażu i konsolidacji, 

Wybór metody badania należy dobrać odpowiednio do warunków, które będą panowały w gruncie pod 
budowlą. Indeks „s” oznacza, że parametry są określone w aparacie skrzynkowym. 

8.1 Sprzęt do badania 

a) Aparat 

skrzynkowy: 

1a – dolna ramka, 
1b – podstawa skrzynki, 
2 – górna ramka, 
3 – badana próbka, 
4 – filtr dolny, 
5 – płytka oporowa, 
6 – płytka przekazująca obciążenie  

normalne, 

7 – śruby łączące obie ramki 

(wykręcane przed ścinaniem), 

8 – śruby do regulacji odstępu  

między ramkami, 

Rys. 8.2. Schemat aparatu skrzynkowego. 

Powolne ścinanie próbek skonsolidowanych 

i z odpływem wody z próbki 

Szybkie ścinanie próbek bez wstępnej 

konsolidacji

 

 

2

b) System 

przykładania obciążenia: 

- 

obciążenie prostopadłe powinno być stałe podczas ścinania, 

- 

ścinanie musi być osiągnięte przez stałe poziome przemieszczanie ramek względem siebie, 

-

 w aparacie skrzynkowym powinno być możliwe osiągnięcie przemieszczenia poziomego o wartości 

25% długości próbki. 

8.2 

Przygotowanie gruntu do badań 

8.2.1 Badanie 

należy przeprowadzić na próbce NNS lub przygotowanej w sposób odzwierciedlający najlepiej 

jak to możliwe warunki in situ.

 

8.2.2 Należy przygotować minimum trzy próbki do badań dla różnych stopni obciążenia normalnego. 

8.2.3 Długość boku kwadratowej próbki powinna wynosić 60 mm natomiast wysokość nie powinna być 

mniejsza niż 10 mm. Największy rozmiar ziaren w próbce nie powinien przekraczać 1/5 wysokości 
próbki.

 

8.3 Wykonanie 

badania 

8.3.1 Próbkę należy umieścić w aparacie bezpośredniego ścinania.

 

8.3.2 W 

zależności od programu badań możemy poddać próbkę wstępnej konsolidacji. W tym celu zadajemy 

naprężenie konsolidacji, które jest równe naprężeniu pionowemu 

σ

n

. Po ustabilizowaniu się osiadań 

możemy przejść do ścinania próbki. 

8.3.3 Przed 

ścinaniem ramkę górną nad dolną należy unieść o 0,5 mm dla gruntów drobnoziarnistych lub  

1 mm dla gruntów piaszczystych. 

8.3.4 Próbkę należy ścinać przy stałej prędkości przemieszczania się ramki względem skrzynki. 

8.3.5 Podczas 

ścinania należy dokonać przynajmniej 20 odczytów przemieszczenia poziomego i pionowego 

próbki oraz siły ścinającej. 

8.3.6 Można uznać, że próbka uległa ścięciu gdy: 

- w trzech kolejnych odczytach siła ścinająca jest taka sama bądź maleje, 
- poziome odkształcenie osiągnęło 20% wymiaru poziomego próbki, 

8.3.7 Po 

wykonaniu 

ścinania próbkę należy zważyć i oznaczyć jej wilgotność.

 

8.4 Wyniki 

badań 

Maksymalne naprężenie ścinające na powierzchni ścinania 

τ

f

 należy obliczyć ze wzoru (2). 

A

Q

f

=

τ

   [kPa] 

(2) 

gdzie: 

Q – największa wartość poziomej siły ścinającej [N], 
A – pierwotne pole przekroju poziomego próbki [cm

2

], 

W celu określenia parametrów wytrzymałościowych 

φ i c należy nanieść wyniki badania na wykres 

zależności naprężenia ścinającego 

τ

f

 od naprężenia normalnego 

σ

n

. Punkty aproksymujemy do funkcji 

liniowej. Parametry 

φ i c odczytujemy z wykresu w sposób przedstawiony na rysunku 8.1. Parametry te 

można oszacować również w sposób analityczny, stosując metodę najmniejszych kwadratów: 

∑

∑

∑

∑ ∑

=

=

=

=

=

−

−

=

N

i

i

N

i

i

N

i

N

i

N

i

fi

i

i

fi

s

N

N

arctg

1

2

2

1

1

1

1

)

(

)

(

σ

σ

τ

σ

σ

τ

φ

; 

∑

∑

∑ ∑

∑

∑

=

=

=

=

=

=

−

−

=

N

i

i

N

i

i

N

i

N

i

fi

i

i

N

i

fi

N

i

i

s

N

c

1

2

2

1

1

1

1

2

1

)

(

)

(

)

(

σ

σ

τ

σ

σ

τ

σ

 (3, 

4)