SCISLIWOSC_GRUNTU.pdf

ŚCIŚLIWOŚĆ GRUNTU. MODUŁY ŚCIŚLIWOŚCI

1. WSTĘP

Grunt poddany obciążeniu ściskającemu odkształca się zmniejszając swoją objętość na

skutek:

a) usuwania z gruntu wody wolnej i kapilarnej,

b) przesuwania się cząstek gruntu względem siebie i zajmowania przez nie innego poło-

żenia,

c) usuwania z gruntu gazów (przeważnie powietrza),

d) zgniatania niektórych ziaren gruntu,

e) sprężystego odkształcenia powłoki wody błonkowej,

f) sprężystego odkształcenia cząstek gruntu,

g) sprężystego zmniejszenia objętości powietrza zamkniętego w porach gruntu.

Pod wpływem zjawisk wymienionych w punktach e–g występują odkształcenia sprężyste

(odwracalne), a zjawiska wymienione w punktach a–d powodują odkształcenia trwałe (pla-

styczne). Suma odkształceń plastycznych i sprężystych daje odkształcenie gruntu.

Zdolność gruntu do zmniejszania objętości pod wpływem obciążenia nazywa się ściśli-

wością.

W poprzednich ćwiczeniach zostały opisane właściwości fizyczne gruntów, natomiast

trzy ostatnie ćwiczenia dotyczą właściwości mechanicznych gruntów. Do właściwości me-

chanicznych zaliczamy ściśliwość (odkształcalność) i wytrzymałość na ścinanie.

Rys.1. Schemat edometru

Parametry charakteryzujące ściśliwość gruntów bada się laboratoryjnie w edometrze lub

konsolidometrze, gdzie realizowany jest jednoosiowy stan odkształcenia (trójosiowy stan

naprężenia). Próbki gruntu, umieszczone w sztywnym cylindrze (edometrze – zob. rysunki

8.1 i 8.2) obciąża się osiowo, mierząc odkształcenia (lub zmianę wysokości próbki) towa-

rzyszące kolejno zwiększanym obciążeniom.

Rys.2. Edometr:

1 – podstawa edometru, 2 – nakrętki motylkowe, 3a – filtr dolny, 3b – filtr górny, 4 – pierścień, 5 –

obudowa edometru, 6 – kopułka, 7 – kulka przekaźnikowa, 8 – trzpień dociskowy, 9 – śrubka, 10 –

nakrętka, 11 – wieszak obciążnikowy, 12a – uchwyt, 12b – pręt, 12c – podstawka, 13a – pręt ra-

mienia, 13b – uchwyt ramienia, 13c – łożysko czujnika, 14 – śruba regulująca wysokość, 15 – śru-

ba dociskowa, 16 – uszczelniająca obrączka gumowa, 17 – podstawka pod pierścień, 18 – korpus

czujnika, 19 – próbka gruntu

Po każdej zmianie obciążenia mierzymy zmianę odkształcenia (wysokości) próbki w cza-

sie, uzyskując wykresy konsolidacji gruntu (Rys.3), czyli przebiegu osiadania próbki w cza-

sie.

Rys.3. Wykres konsolidacji gruntu

Na podstawie wartości odkształceń stałych (nie zmieniających się w czasie) robimy wy-

kres ściśliwości edometrycznej, tzn. zależność odkształcenia (wysokości próbki) w funkcji

przyłożonego naprężenia (Rys.4).

W wyniku tak przeprowadzonych badań wyznaczamy edometryczny moduł ściśliwości

pierwotnej i wtórnej.

Edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej M 0 jest to stosunek przyrostu efektyw-

nego naprężenia normalnego do przyrostu całkowitego odkształcenia względnego na

krzywej ściśliwości pierwotnej (Rys.4)









(1)

gdzie:



 



przyrost obciążenia,



 1



 

zmniejszenie wysokości próbki po zwiększeniu naprężenia o





względne odkształcenie,



 do   .



h wysokość próbki w edometrze przed zwiększeniem naprężenia z



Rys.4. Krzywa ściśliwości edometrycznej

Edometryczny moduł ściśliwości wtórnej M jest to stosunek przyrostu efektywnego

naprężenia normalnego do przyrostu całkowitego odkształcenia względnego na krzywej

ściśliwości wtórnej (Rys.4).

Edometryczny moduł odprężenia M jest to stosunek zmniejszenia naprężenia nor-

malnego do względnego wydłużenia na krzywej odprężenia (Rys.4)

' i

 









(2)

gdzie:

zmniejszenie naprężeń,



 









względne wydłużenie próbki,

 – zwiększenie wysokości próbki przy zmniejszeniu naprężenia o   .

Podsumowując powyższe definicje – moduł ściśliwości jest parametrem geotechnicznym

wiążącym obciążenie pionowe (główne) z przemieszczeniem pionowym (główne napręże-

nia pionowe z odkształceniem).

2. PRZEBIEG ĆWICZENIA

a. Przy pomocy noża dwudzielnego, w środku którego znajduje się pierścień (4) (rys. 4.2)

wycinamy próbkę gruntu o strukturze nienaruszonej. Po wciśnięciu pierścienia w grunt

odcinamy pobraną próbkę od pozostałego gruntu.

b. Po otwarciu noża wyjmujemy pierścień z gruntem i wyrównujemy obie powierzchnie

(górną i dolną). Obie powierzchnie próbki wyrównuje się nożem prowadzonym od środ-

ka próbki do krawędzi. Unika się w ten sposób szczeliny pomiędzy boczną powierzchnią

próbki a pierścieniem. Przy badaniach próbek gruntów spoistych o strukturze naruszonej, do

pierścienia należy włożyć grunt rozrobiony na pastę o wilgotności odpowiadającej wilgotno-

ści na granicy płynności.

c. Ważymy dwukrotnie pierścień wraz z próbką i wpisujemy średni wynik do formularza.

d. Przed wstawieniem pierścienia z próbką do edometru wkładamy wkładkę metalową o

wysokości 20 mm z dwiema przekładkami bibuły filtracyjnej. Następnie wkładamy górny

filtr, kulkę i trzpień dociskowy oraz ustawiamy czujnik tak, aby wskazywał 10,00 mm.

Po uregulowaniu czujnika należy podstawę (12c) ostrożnie odsunąć na bok i wyjąć

wkładkę metalową.

e. Na pierścień zakładamy uszczelniającą obrączkę gumową (16).

f. Tak przygotowaną w pierścieniu próbkę gruntu (19) umieszczamy na dolnym filtrze (3a).

Filtr uprzednio przykrywamy krążkiem bibuły filtracyjnej.

U w a g a. Filtry kamienne przy badaniu próbek o strukturze naruszonej nasyca się wodą,

nie zachodzi bowiem okoliczność, aby grunt rozrobiony na pastę i w pełni nasycony wo-

dą pobierał wodę z filtra. Przy próbkach zaś o strukturze nienaruszonej o małej wilgot-

ności, przy nasyconych filtrach, może zachodzić zjawisko wchłaniania wody z filtrów i

pęcznienie próbek. W gruntach makroporowatych o strukturze nietrwałej może mieć

miejsce dodatkowe osiadanie po wchłonięciu wody z filtra. Z drugiej strony zupełnie su-

che filtry mogą same wchłaniać wodę z próbki, aczkolwiek to zjawisko jest raczej rzad-

kie, gdyż napięcie kapilarne w próbkach jest zazwyczaj większe niż w filtrach. Dlatego

należałoby utrzymać filtry w stanie raczej suchym niż zbyt mokrym.

g. Na tak przygotowaną próbkę gruntu nakładamy obudowę edometru (5).

h. Na górną powierzchnię próbki nakładamy krążek bibuły filtracyjnej, a następnie kopułkę

(6) wraz z filtrem górnym.

i. Całość umieszczamy na podstawie edometru (1) przytwierdzonej do ramy i ściągamy

nakrętkami motylkowymi (2).

j. Na filtr górny nakładamy dolną kulkę przekaźnikową (7) i opuszczamy trzpień docisko-

wy (8), do którego przy pomocy uchwytu (12a) przytwierdzony jest pręt (12b) z pod-

stawką (12c).

k. Po zamontowaniu edometru i postawieniu stopki czujnika na podstawce (12c) na czujni-

ku uzyska się wartość odczytu odpowiadającą końcówce cyfry wysokości próbki, np.

przy wysokości próbki 19,850 mm czujnik wskaże 9,850 mm.

l. Odczytujemy i zapisujemy tę wysokość w przygotowanym formularzu.

ł. Przy pomocy śrubki (9) stabilizujemy trzpień dociskowy (8).

m. Nakrętkę mocującą (10) lekko zakręcamy, aż do pierwszego oporu.

n. Przy badaniach z pełnym nawodnieniem doprowadzamy wodę od dołu edometru i przy-

stępujemy do następnej czynności, po ukazaniu się wody na górnym filtrze. Przy bada-

niach bez nawodnienia umieszczamy na edometrze osłonę gumową uniemożliwiającą

wysychanie próbki.

o. Na górną kulkę zakładamy wieszak obciążnikowy (11) wraz z prętem obciążnikowym

uzyskując nacisk na grunt 25 kPa.

p. Odkręcamy śrubkę (9) i przystępujemy do zapisywania kontrolnych odczytów czujnika,

które dokonujemy według następującej kolejności: 1 min, 2 min,

5 min, 30 min, a następnie co godzinę aż do trzykrotnego powtórzenia się odczytu. Po

każdym odczycie lekko dokręcamy nakrętkę (10) do oporu.

q. Następnie przy pomocy śrubki (9) ponownie stabilizujemy trzpień dociskowy, a na pręt na-

kładamy odpowiednią ilość obciążników zwiększając stopień obciążenia.

r. Odkręcamy śrubkę (9) i prowadzimy dalej badania według zasad podanych poprzednio.

s. Po zakończeniu badań ważymy dwukrotnie wyjęty pierścień z próbką, a średni wynik

wpisujemy do formularza.

t. Próbkę wkładamy w pierścieniu do suszarki i suszymy do stałej masy w celu określenia

wilgotności gruntu przed badaniem i po badaniu.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: