Data oddania sprawozdania: 13.06.2010 r.

Data wykonania ćwiczenia: 07.06.2010 r.

LABORATORIUM MECHANIKI GRUNTÓW

Ćwiczenie nr 6 Badanie wytrzymałości gruntu na ścinanie. Oznaczanie kąta wewnętrznego ɸ i spójności c.

Marcin Leśniewicz

Edyta Kusideł

Adam Rogalski

Definicje oznaczanych parametrów.

Spójność „c” – opór gruntu stawiany siłom zewnętrznym, wywołany wzajemnym przyciąganiem cząstek gruntu. Spójność jest to wytrzymałość gruntu na ścinanie przy braku naprężeń normalnych.

Kąt tarcia wewnętrznego „ɸ” – z wykresu zależności (σ-τ) dla gruntów sypkich lub spoistych, jest wyznaczony poprzez nachylenie prostej do poziomu.

Podstawy teoretyczne

Ścinanie w gruncie polega na przesunięciu (przemieszczeniu) jednej części ośrodka gruntowego względem pozostałej w wyniku przekroczenia oporu gruntu na ścinanie (τ_f) przez składową styczną (ścinającą) działającego naprężenia τ: |τ| ≥ τ_f

Jeżeli τ = τ_f to występuje stan graniczny ścinania w gruncie

Jeżeli τ < τ_f to mamy do czynienia ze stanem równowagi quasi sprężystej w gruncie

Wytrzymałością gruntu na ścinanie τ_f nazywa się największy (graniczny) opór, jaki stawia grunt składowym stycznym (ścinającym) naprężenia, w rozpatrywanym punkcie ośrodka gruntowego.

Znajomość wytrzymałości gruntu na ścinanie jest nieodzowna przy rozpatrywaniu zagadnień związanych z bezpiecznym (czyli w zakresie równowagi quasi sprężystej) posada wianiem obiektów budowlanych, formowaniem zboczy gruntowych o bezpiecznym nachyleniu (np. w nasypach drogowych czy kolejowych).

Opis wykonywanych czynności wraz z obliczeniami

• Do aparatu nasypujemy badany grunt delikatnie go zagęszczając.

• Zakrywamy tłokiem i wkładamy całość do maszyny ścinającej.

• Ścinanie przeprowadzone zostanie dla naprężeń normalnych o wartościach:
  σ_n1­ = 125 kPa
  σ_n2 = 250 kPa
  σ_n3­ = 375 kPa

• Aby uzyskać dane naprężenie, musimy ustawić siłę na dynamometrze w ten sposób, aby odczyt na czujniku pionowym wskazywał odpowiednią liczbę podziałek obliczoną ze wzoru:

∆l_v = $\frac{\sigma_{n}*\ F}{\alpha}$ gdzie:

α – stała dynamometru do pomiaru siły pionowej
α = 10,117 N/dz

F – pole przekroju próbki

F = 36 cm²
a więc dla poszczególnych wartości naprężeń normalnych otrzymujemy:
∆l_v1 = $\frac{125\ kPa*36\ \text{cm}^{2}}{10,117}$N/dz = 44 dz
∆l_v2 =$\ \frac{250\ kPa*36\ \text{cm}^{2}}{10,117}$ N/dz = 89 dz
∆l_v3 =$\ \frac{375\ kPa*36\ \text{cm}^{2}}{10,117}$ N/dz = 133 dz

• Kiedy ustawimy naprężenia normalne działające na próbkę przystępujemy do badania wytrzymałości na ścinanie. Odczyt tej wartości nie jest bezpośredni gdyż wartość siły odczytujemy za pomocą czujnika dynamometru siły poziomej. A przejście z wartości odczytów na czujniku do wartości siły ścinającej odbywa się za pomocą wzoru:

τ_f = $\frac{\beta*l_{t}}{F}$ gdzie:

β – stała dynamometru do pomiaru siły poziomej
β = 5,073 N/dz
∆l_t – odczyt na czujniku siły poziomej

• Wartości odczytu na czujniku siły poziomej dla kolejnych wartości naprężeń normalnych:
  ∆l_t1 = 71 dz
  ∆l_t2 = 123 dz
  ∆l_t3 = 169 dz

• Posiadając te dane możemy wyznaczyć wartości wytrzymałość gruntu na ścinanie τ_f :
  τ_f1 = $\frac{5,073\frac{N}{\text{dz}}*71\ dz}{36\ \text{cm}^{2}}$ = 100,05 kPa
  τ_f2 = $\frac{5,073\frac{N}{\text{dz}}*123\ dz}{36\ \text{cm}^{2}}$ = 173,33 kPa

τ_f3 = $\frac{5,073\frac{N}{\text{dz}}*169\ dz}{36\ \text{cm}^{2}}$ = 238,15 kPa

• Badanie makroskopowe:

• Zawartość ziaren frakcji piaskowej (z wykorzystaniem lupy Brinella) – φ>2mm: <10% ; φ>0,5mm: <50% ; φ>0,25mm: >50%

• Nazwa i symbol gruntu – Piasek średni Ps

• Barwa – żółta

• Wilgotność – grunt przy zgniataniu odkształca się, dłoń przyłożona do gruntu nie staje się wilgotna → mało wilgotny

• Zawartość CaCO₃ burzy się słabo i krótko → 1÷3%

Wnioski