Wyznaczanie modułów ściśliwości pierwotnej (M₀) i wtórnej (M) gruntu metodą edometryczną

Wstęp teoretyczny:

Pod działaniem przyłożonego obciążenia grunt ulega odkształceniom. Odkształcenie gruntu polega na zmniejszeniu objętości w wyniku wyciskania wody i powietrza wypełniającego pory gruntowe, przemieszczaniu się cząstek względem siebie i zgniataniu niektórych z nich.

Ściśliwością nazywamy zdolność gruntu do zmniejszania objętości pod wpływem obciążenia.

Zjawisko to badamy w warunkach niemożliwej bocznej rozszerzalności próbki (próbka umieszczona jest w nieodkształcalnym pierścieniu) w aparacie o nazwie edometr.

Laboratoryjne badania ściśliwości gruntu prowadzi się na próbkach NNS (o nienaruszonej strukturze, dla gruntów rodzimych) lub NS (o naruszonej strukturze, dla gruntów nasypowych).

Na podstawie tych badań określa się dla gruntu charakterystyczne dla ściśliwości wielkości:

• Moduł ściśliwości pierwotnej M_o

• Moduł ściśliwości wtórnej M

Badania ściśliwości gruntu przeprowadza się przy projektowaniu budowli posadowionych na słabych gruntach rodzimych oraz na próbkach sztucznie zagęszczanych przy określaniu modułów ściśliwości gruntu w nasypach.

Przygotowanie próbki:

Próbki NNS wycina się za pomocą odpowiedniego pierścienia, pamiętając o dokładnym wyrównaniu powierzchni górnej i dolnej. Próbki sztucznie zagęszczane ubija się bezpośrednio w pierścieniu edometru do określonej gęstości objętościowej.

Po przygotowaniu próbki gruntu, napełnia się edometr wodą do poziomu górnej krawędzi dolnego filtra. Następnie układa się na dolnym filtrze krążek z bibuły filtracyjnej, na nim umieszcza się próbkę gruntu z pierścieniem i nakłada na górną płaszczyznę próbki krążek z bibuły filtracyjnej oraz filtr górny. Po ustawieniu zegara służącego do pomiaru osiadania próbki, obciąża się próbkę naciskiem 12,5kPa. Po zakończeniu osiadania pod obciążeniem 12,5kPa próbkę obciąża się dalszymi stopniami obciążenia, dwukrotnie większymi od poprzednich (25, 50, 100, 200kPa,...) do wartości obciążenia przekazywanego na grunt przez fundament lub podstawy budowli. Następny stopień obciążenia dodaje się po wystąpieniu stabilizacji osiadania. Przy każdym stopniu obciążenia notujemy wskazania czujnika zegarowego po upływie 1, 2, 3,..., 10 minut.

Uzyskane w ten sposób dane pozwalają sporządzić wykresy konsolidacji, a na ich podstawie możemy sporządzić wykresy ściśliwości i odprężenia gruntu.

Wartość edometrycznego modułu ściśliwości pierwotnej M_o wyznacza się na podstawie wykresu ściśliwości pierwotnej, według wzoru:

gdzie: Δσ_i - przyrost naprężenia

h_i - wysokość próbki przed zwiększeniem naprężenia

Δh_i - zmiana wysokości próbki pod wpływem obciążenia

χ_ai - współczynnik poprawkowy, korygujący błędy badania

Wartość edometrycznego modułu ściśliwości wtórnej M wyznacza się na podstawie wykresu ściśliwości wtórnej, według wzoru:

gdzie: Δσ_i - przyrost naprężenia

h_i - wysokość próbki przed zwiększeniem naprężenia

Δh_i - zmiana wysokości próbki pod wpływem obciążenia

χ_bi - współczynnik poprawkowy

W naszym sprawozdaniu obliczamy tylko moduł ściśliwości pierwotnej M_o ponieważ badanie polegało tylko na obciążaniu próbki. Modułu ściśliwości wtórnej M nie liczymy, gdyż w trakcie badania nie odciążaliśmy próbki, przez co nie mamy wykresu ściśliwości wtórnej.

Wyniki pomiarów:

Badania makroskopowe:

Rodzaj gruntu: glina piaszczysta

Zawartość CaCO₃ : reaguje z HCl krótko i intensywnie

Barwa : żółtobrązowo-zielona

Stan : twardoplastyczny

Liczba wałeczkowań : x = 1

Wilgotność : mało wilgotny

Badania edometryczne:

Masa pierścienia : 2060g

Masa pierścienia z gruntem : 2184g

Wymiary pierścienia : średnica D = 50 mm, wysokość H = 30 mm

Początkowa wysokość próbki : 30 mm

Obciążenie:	12,5 kPa	25 kPa	50 kPa	100 kPa
Czas [min]	Wysokość próbki [mm]	Wysokość próbki [mm]	Wysokość próbki [mm]	Wysokość próbki [mm]
0	h0 = 30,00	h0 = 25,70	h0 = 21,90	h0 = 16,80
1	28,30	25,10	20,90	15,50
2	27,90	24,70	20,30	14,80
3	27,60	24,30	19,85	14,20
4	27,30	23,90	19,45	13,70
5	27,10	23,65	19,05	13,20
6	26,80	23,40	18,70	12,80
7	26,60	23,10	18,30	12,35
8	26,40	22,85	18,00	11,95
9	26,20	22,60	17,70	11,60
10	26,05	22,40	17,40	11,30

h [mm] - wysokość próbki

σ [kPa] - obciążenie

Edometryczne moduły ściśliwości pierwotnej:

1. po obciążeniu 12,5 kPa:

= 12,5 - 0 = 12,5 kPa

= 30 mm

= 3,95 mm

χ_a ≈ 1,00 [-]

94,937 [kPa]

2. po obciążeniu 25 kPa:

= 25 - 12,5 =12,5 kPa

= 25,70 mm

= 3,30 mm

χ_a ≈ 1,00 [-]

97,348 [kPa]

3. po obciążeniu 50 kPa:

= 50 - 25 = 25 kPa

= 21,90 mm

= 4,5 mm

χ_a ≈ 1,00 [-]

121,667 [kPa]

4. po obciążeniu 100 kPa:

= 100 - 50 = 50 kPa

= 16,80 mm

= 5,5 mm

χ_a ≈ 1,00 [-]

152,727 [kPa]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

po obc. 12,5 kPa

1

po obc. z 12,5 na 25 kPa

po obc. z 25 na 50 kPa

po obc. z 50 na 100 kPa

12,5

25

50

100

---