Celem ćwiczenia jest wyznaczenie stałej filtracji za pomocą rury Kamińskiego oraz zbadanie ściśliwości gruntu i wyznaczenie jego porowatości.

1. Wodoprzepuszczalność - zdolność gruntów do przepuszcania wody pod ciśnieniem przez sieć kanalików utworzonych z jego porów.Objętość wody przepływającej prez dany grunt [cm³] ujmuje wzór Darcy`ego.

Prawo filtracji kapilarnej (prawo Darcy).

1. Prawo filtracji kapilarnej jest to prawo opisujące ruch wody w gruncie. Po raz pierwszy zostało sformułowane przez H. Darcy'ego. Zauważył on, że prędkość przepływu wody w gruncie jest wprost proporcjonalna do wielkości spadku hydraulicznego i zależna jedynie od rodzaju gruntu, (uziarnienia), porowatości oraz lepkości wody. Prawo to można wyrazić wzorem:

Q = k t A H/h

1. gdzie Q - objętość przepływu w cm³;

1. k - współczynnik wodoprzepuszczalności - stała Darcy'ego;

1. i - spadek hydrauliczny określony wzorem ,

1. i₀ - początkowy spadek hydrauliczny,

1. t - czas przepływu [s],

1. A - powierzchnia przekroju próbki prostopadła do kierunku przepływu [cm],

1. H - wysokość słupa wody [cm],

1. h - długość drogi filtracji [cm],

1. Lepkość wody jest zależna od temperatury co uwzględnia stała Darcy'ego k. Wobec tego jako wartość charakterystyczną dla danego gruntu określającą jego wodoprzepuszczalność przyjęto stałą Darcy'ego dla wody o temperaturze 10°C (k₁₀). Stałą k_T można zredukować do k₁₀ za pomocą wzoru:

1. gdzie k₁₀ - stała Darcy'ego dla wody o temperaturze 10°C,

1. k_T - stała Darcy'ego dla wody o temperaturze T°C,

1. T - temperatura wody.

1. Stałą Darcy'ego k można wyznaczać laboratoryjnie, na podstawie próbnego pompowania lub na podstawie wzorów empirycznych.

• Laboratoryjne wyznaczenie stałej k gruntów niespoistych o nienaruszonej strukturze.

1. Do wyznaczenia stałej k w laboratorium służy rura Kamieńskiego. Jest to aparat zbudowany z przezroczystej rury, otwartej z jednej strony, a zaślepionej filtrem z drugiej. Na filtrze umieszczona jest próbka przez którą filtruje się woda. Współczynnik k można wyznaczyć ze wzoru:

• Aparatura i sprzęt pomocniczy:

• aparat do filtracji, suszarka, odpowietrzacz wody,

• waga do 5 kg o dokładności 1g, termometr, sekundomierz

• 2. Ściśliwość gruntów.

• Prawo ściśliwości Terzagiego.

1. Prawo ściśliwości Terzagiego definiuje edometryczny moduł ściśliwości i można je przedstawić za pomocą wzoru:

1. w którym i, i - 1 - obciążenia jednostkowe, kPa, MPa;

1. Δσ_i - przyrost naprężeń, kPa, MPa;

1. h_i-1 - wysokość próbki w edometrze przed zwiększeniem naprężenia z σ_i-1 do σ_i, mm

1. Δh_i - zmniejszenie wysokości próbki w pierścieniu edometru po zwiększeniu naprężenia o Δσ_i, mm;

• Prawo zagęszczenia Terzagiego.

1. Prawo zagęszczenia Terzagiego definiuje współczynnik ściśliwości i jest określone wzorem:

1. w którym Δe_i - zmiana wskaźnika porowatości przy zmianie naprężenia w gruncie o Δσ`.

1. Współczynnik ściśliwości obrazuje zależność zmiany wskaźnika porowatości od zmiany obciążenia gruntu w warunkach niemożliwej jego bocznej rozszerzalności, np. w edometrze.

• Krzywa ściśliwości.

1. Krzywa przedstawiająca zależność pomiędzy wysokością próbki a naprężeniem działającym na nią nazywamy krzywą ściśliwości. Podczas badania próbki w edometrze możemy wyodrębnić trzy etapy:

1. - etap obciążania próbki;

1. - etap odciążania próbki;

1. - etap ponownego obciążenia próbki.

1. Etapom tym odpowiadają trzy krzywe na wykresie krzywej ściśliwości. Dla pierwszego etapu mamy krzywą ściśliwości pierwotnej, dla drugiego etapu krzywą odprężenia, a w trzecim etapie do osiągnięcia wartości naprężeń przy których rozpoczęło się odprężenie mamy krzywą ściśliwości wtórnej, w dalszym etapie krzywą ściśliwości pierwotnej. Krzywe odprężenia i ściśliwości wtórnej tworzą tzw. pętlę histerezy. Nachylenie krzywej ściśliwości wtórnej jest mniejsze od nachylenia krzywej ściśliwości pierwotnej co oznacza, że grunt przy obciążeniu wtórnym jest znacznie mniej ściśliwy niż przy obciążeniu po raz pierwszy.

1. 3. Wyniki badań

• Wyznaczenie stałej Darcy'ego k₁₀.

1. Wyniki laboratoryjnego wyznaczenia stałej Darcy'ego k₁₀ zostały zamieszczone w tabeli „Współczynnik wodoprzepuszczalności gruntu”. Na podstawie wyznaczonego współczynnika wodoprzepuszczalności można stwierdzić, że badanym gruntem jest piasek grubo lub średnioziarnisty.

• Badanie ściśliwości gruntów.

1. Obliczenia edometrycznych modułów ściśliwości zostały zamieszczone w tabeli „Badanie w edometrze”.

1. Wykres ściśliwości gruntu:

1. Bibliografia

1. [1] PN-88/B-04481

1. [2] Z. Wiłun, Zarys geotechniki, Warszawa 1982

1. [3] N.A. Cytowicz, Mechanika gruntów, Warszawa 1958

1. [4] T. Jaske, T. Przedecki, B. Rossiński, Mechanika gruntów, Warszawa - Wrocław 1966

1. m_pierścienia = 286,7 g

1. d_pierścienia = 65 mm

1. m_{piasku + pierścienia} = 394,2 g

1. m_piasku = 394,2 - 286,7 = 107,5 g

1. F = 33,2 cm²

1. h_próbki = 20,4 mm`

1. dokładność = 0,001 mm

nr odcz.	obc. [N]	σ [N/cm^2]	wsk.cz. [mm]	Δhi [mm]	hi [mm]	Δσi [N/cm^2]	M [N/cm^2]
1.	0	0	7,000	0	20,4	0	0
2.	2,5	0,075	6,870	0,13	20,27	0,075	11,741
3.	5	0,151	6,812	0,058	20.212	0,075	26,241
4.	10	0,301	6,689	0,123	20,089	0,151	24,6
5.	20	0,602	6,594	0,095	19,994	0,301	63,39
6.	40	1,205	6,483	0,111	19,883	0,602	107,91
7.	80	2,41	6,350	0,133	19,75	1,205	178,91
8.	160	4,819	6,207	0,143	19,607	2,41	330,39
nr odcz.	obc. [N]	σ [N/cm^2]	wsk.cz. [mm]	Δhi [mm]	hi [mm]	Δσi [N/cm^2]	M [N/cm^2]
1.	80	2,41	6,205	0,002	19,609	2,41	2362,53
2.	40	1,205	6,250	0,045	19,564	1,205	523,8
3.	20	0,602	6,274	0,024	19,54	0,602	490,46
4.	10	0,301	6,299	0,025	19,515	0,301	236,12
5.	5	0,151	6,317	0,018	19,497	0,151	163,13
6.	2,5	0,075	6,333	0,016	19,481	0,075	91,68
7.	0		6,340	0,007	19,474	0,075	209,49
nr odcz.	obc. [N]	σ [N/cm^2]	wsk.cz. [mm]	Δhi [mm]	hi [mm]	Δσi [N/cm^2]	M [N/cm^2]
1.	0	0	6,338	0,002	19,472	0	0
2.	2,5	0,075	6,335	0,003	19,469	0,075	488,68
3.	5	0,151	6,321	0,014	19,455	0,075	104,64
4.	10	0,301	6,292	0,029	19,426	0,151	100,88
5.	20	0,602	6,262	0,030	19,396	0,301	194,74
6.	40	1,205	6,118	0,144	19,252	0,602	80,54
7.	80	2,41	6,108	0.010	19,242	1,205	2318,31

• Wskaźnik osiadania zapadowego i_mp.

1. Wskaźnik osiadania zapadowego i_mp oznacza się jako zmianę wysokości próbek gruntu w wyniku ich zawilgocenia w warunkach badania edometrycznego. Wartość wskaźnika osiadania zapadowego należy obliczyć ze wzoru:

1. w którym h' - wysokość próbki po umownym zakończeniu osiadań przy naprężeniu σ_zt, przed rozpoczęciem nasycenia wodą, mm;

1. h'' - wysokość próbki po umownym zakończeniu osiadań przy naprężeniu σ_zt, w warunkach nasycenia wodą, mm;

1. h₀ - wysokość próbki po umownym zakończeniu osiadań przy naprężeniu pierwotnym σ_0ρ odpowiadającym obciążeniu gruntem na danej głębokości, mm.

• Krzywa konsolidacji.

1. Krzywa konsolidacji jest to linia ilustrująca przebieg osiadania gruntu w czasie. Dla każdej zmiany obciążenia próbki otrzymujemy osobne krzywe konsolidacji. Zawsze dążą one asymptotycznie do pewnej wartości przy której kończy się osiadanie dla danego obciążenia.

---