POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

WYDZIAŁ BliW

LABORATORIUM MECHANIKI GRUNTÓW

SPRAWOZDANIE Z LABORATORIUM Z MACHANIKI GRUNTÓW

WODOPRZEPUSZCZALNOŚĆ

I

ŚCIŚLIWOŚC GRUNTÓW

PROWADZĄCY: WYKONAŁ:

dr MACIEJ HAWRYSZ WOJCIECH WÓJCIK

rok III gr.9

1999/2000

1.Podstawy teoretyczne

1.1.Wodoprzepuszczalność gruntów.

Wodoprzepuszczalność jest to zdolność gruntu do przepuszczania wody pod ciśnieniem przez sieć kanalików utworzonych z jego porów. miarą wodoprzepuszczalności gruntu jest wskaźnik wodoprzepuszczalności (współczynnik filtracji ) k. jest on wielkością charakterystyczną dla danego ośrodka gruntowego i zależy od:

• uziarnienia gruntu,

• porowatości,

• struktury i tekstury,

• składu mineralnego szkieletu gruntowego,

• temperatury wody ( lepkości wody ).

H. Darcy na podstawie doświadczeń ustalił, że objętość natężenia przepływu filtracyjnego, czyli ilości wody przechodzącej przez środowisko porowate w jednostce czasu, jest proporcjonalne do spadku hydraulicznego, poprzecznego przekroju środowiska filtrującego i współczynnika filtracji:

Q = k*J*F

gdzie:

Q - ilość wody przepływającej w jednostce czasu (m³/s),

k - współczynnik filtracji (m/s),

J - spadek hydrauliczny wyrażany różnicą wysokości słupów wody lub różnicą ciśnień na drodze l (-),

F - powierzchnia przekroju prowadzącego wodę (m²).

Wskaźnik wodoprzepuszczalności wyznacza się najczęściej dla gruntów sypkich, aby ocenić ich przydatność na podsypkę pod nawierzchnię drogowe i pasy startowe; na sączki odwadniające, przy robotach fundamentowych w celu obniżenia wód gruntowych, w budownictwie wodnym do badania przepuszczalności grobli i dna zbiorników oraz w projektowaniu studzien wszelkiego rodzaju filtrów ziemnych.

Wskaźnik wodoprzepuszczalności wyznacza się laboratoryjnie lub bezpośrednio w terenie za pomocą próbnego pompowania.

Wyznaczenie współczynnika filtracji metodą rurki Kamieńskiego.

• do rurki umocowanej na statywie i włożonej do naczynia z wodą wsypuje się małymi porcjami badany grunt zagęszczając go ubijakiem, grunt powinien być powoli od dołu nasycany kapilarnie wodą tak, aby woda niedoszła do powierzchni gruntu,

• warstwa gruntu powinna wynosić 10 cm,

• do rurki wlewa się ostrożnie od góry wodę ustalając jej pierwotny poziom,

W przypadku wyznaczania współczynnika filtracji w warunkach ze stałym spadkiem hydraulicznym mierzy się wydatek Q. A współczynnik filtracji oblicza się ze wzoru:

gdzie: Q - ilość wody przepływającej w jednostce czasu [m³/s],

H - różnica poziomów wody w rurce i w naczyniu dolnym [m],

L - wysokość próbki gruntu [m],

t - czas pomiaru wydatku [s],

A - przekrój poprzeczny próbki [m²]

Badanie przeprowadza się na 2-4 próbkach.

1.2.Sciśliwość gruntów.

Ściśliwość gruntu jest to zdolność do zmniejszania objętości pod wpływem przyłożonego obciążenia. Grunt poddany obciążeniu, bez możliwości bocznego rozszerzania, odkształca się zmniejszając swoją objętość na skutek następujących zjawisk:

• usuwania z gruntu wody wolnej i kapilarnej,

• zmniejszania grubości błonek wody zagęszczonej,

• przemieszczania się cząstek gruntu względem siebie,

• zgniatania niektórych ziarn lub cząstek gruntu,

• usuwania z gruntu pęcherzyków powietrza,

• zmniejszania objętości powietrza zamkniętego w porach gruntu.

Odkształcenia gruntu są suma odkształceń trwałych i sprężystych. Po usunięciu obciążenia grunt ulega odprężeniu i powiększa swoją objętość, lecz nie wraca do pierwotnej objętości gdyż:

• nastąpiło częściowe zgniecenie ziarn i cząstek gruntu oraz wzajemne ich przesunięcie lub połączenie,

• została usunięta część wody z porów gruntu.

Powstały zatem trwałe zmiany w gruncie polegające na zmniejszeniu jego porowatości, a więc zagęszczeniu.

Ściśliwość i odprężenie gruntu bada się w laboratorium w edometrach.

Jest to badanie modelowe, polegające na stopniowym obciążaniu próbki gruntu umieszczonej w metalowym pierścieniu (uniemożliwiającym jej boczną rozszerzalność) i obserwacji zmian wysokości próbki. W rezultacie otrzymuje się zależność zmian wysokości próbki (h) od wielkości obciążenia (σ'), którą można przedstawić na wykresie w formie krzywej ściśliwości oraz obliczyć edometryczne moduły ściśliwości:

gdzie: M - edometryczny moduł ściśliwości,

σ  przyrost naprężeń,

h - wysokość próbki,

h - przyrost wysokości.

Badanie ściśliwości gruntu w edometrze.

Z gruntu przeznaczonego do badań należy pobrać do pierścienia edometru próbkę o naturalnej strukturze. Pierścień ten należy umieścić w aparacie pomiędzy filtrem dolnym i górnym. Próbkę należy obciążać kolejno siłami dającymi następujące naprężenia na próbkę: 12.5, a następnie 25,50,100,200, 400 kPa. Przy każdym stopniu obciążania należy notować wskazania czujnika, po upływie następujących okresów czasów: 1,2,5,15,30min;1,2,4,6 i 24h aż do chwili osiągnięcia umownej stabilizacji osiadań.

Następny stopień obciążenia należy dodawać po uprzednim uzyskaniu umownej stabilizacji osiadań, czyli tę chwilę, kiedy zmiana osiadań w stosunku do wysokości próbki wynosi najwyżej 0.002mm w ciągu odpowiedniego dla danego gruntu czasu (np. dla gruntów średnio spoistych i zwięzło spoistych - 6 h).

Po osiągnięciu stabilizacji osiadań przy ostatnim stopniu obciążania należy odciążyć próbkę do wartości 12.5 kPa i prowadzić pomiar jej odkształceń aż do momentu stabilizacji. Powtórne obciążanie próbki, dla oznaczenia modułu ściśliwości wtórnej, należy przeprowadzić jak dla poprzednio, a następnie odciążyć.

W niektórych przypadkach ściśliwość gruntu określa się współczynnikiem ściśliwości a, który obrazuje zależność zmiany wskaźnika porowatości od zmiany obciążenia gruntu:

gdzie: a_i - współczynnik ściśliwości,

e_i - zmiana wskaźnika porowatości,

σ'_i - zmiana naprężenia w gruncie.

Zależność zmiany wskaźnika porowatości od zmiany obciążenia w skali półlogarytmicznej daje natomiast możliwość wyznaczenia wskaźnika ściśliwości C_C wg wzoru:

gdzie: C_C - wskaźnik ściśliwości,

e - zmiana wskaźnika porowatości,

lgσ' - zmiana naprężeń w gruncie w skali logarytmicznej.

2. Wyniki badań.

Wyniki z przeprowadzonych oznaczeń umieszczone zostały na dołączonych formularzach.

3. Uwagi i wnioski.

Do oznaczenia wodoprzepuszczalności (grunt sypki) wykorzystaliśmy rurkę Kamińskiego ze stałym spadkiem hydraulicznym. Otrzymany wynik (k=0.037 cm/s) świadczy o dobrej przepuszczalności gruntu i zgadza się z wartością podaną w literaturze (k=10^-1÷10^-2).

Badanie ściśliwości gruntów jest w praktyce inżynierskiej często wykorzystywane gdyż pozwala na wyznaczenie wielkości spodziewanych osiadań projektowanej budowli. Jak widać na wykresie ściśliwości grunt pod obciążeniem odkształca się częściowo plastycznie a częściowo sprężyście. Nachylenie krzywej ściśliwości wtórnej jest znacznie mniejsze niż nachylenie krzywej ściśliwości pierwotnej, co oznacza, że grunt po obciążeniu wtórnym jest mniej ściśliwy niż po obciążeniu po raz pierwszy.

Wartość otrzymanego modułu ściśliwości pierwotnej (M_o=7456kPa) może świadczyć o dużej ściśliwości tego gruntu.

Literatura:

Z. Wiłun „Zarys geotechniki”,

J. Waluk „Laboratorium z mechaniki gruntów”,

E. Myślińska „Laboratoryjne badania gruntów”.

---