mechanika ATS i ABS-lab2, Politechnika, Mechanika gruntów


Politechnika Wrocławska

Laboratorium Mechaniki Gruntów

Wrocław, 3 I 2000

Wytrzymałość Gruntu: Badanie Ats i Abs

Wykonał:

Andrzej Kuszell

sprawdził:

dr M. Hawrysz

1. Badanie w aparacie bezpośredniego ścinania

    1. Opis teoretyczny i metoda badawcza

Opór tarcia w odniesieniu do jednostki powierzchni ścinania gruntów sypkich (piasków suchych) w stanie równowagi granicznej wyraża się wzorem Coulomba:

t =  = σn⋅tg 

Dla gruntów spoistych, mających opór tarcia i spójności, wzór przybiera postać:

t =  = σn⋅tg  + c,

w którym:

t - opór tarcia wewnętrznego i spójności [Pa],

 - naprężenie ścinające [Pa],

tg  - współczynnik tarcia wewnętrznego,

 - kąt tarcia wewnętrzego [°],

σn - naprężenie normalne do powierzchni ścięcia [Pa],

c - spójność [Pa].

Aby nastąpiło ścięcie gruntu, naprężenia ścinające muszą być większe od oporu tarcia wewnętrznego i spójności, czyli musi być spełniony warunek  > t.

Na podstawie powyższych wzorów można stwierdzić, że wytrzymałość gruntu na ścinanie jest funkcją kąta tarcia wewnętrznego, spójności i naprężenia normalnego do płaszczyzny ścinania.

Znajomość wytrzymałości gruntu na ścinanie jest niezbędna podczas wyznaczania wartości normowych obciążeń jednostkowych podłoża na podstawie naprężeń granicznych, przy projektowaniu skarp wykopów lub nasypów, do obliczania parcia gruntu na mury oporowe itp.

Wytrzymałością gruntu na ścinanie nazywa się maksymalny opór jednostkowy, jaki stawia grunt naprężeniom ścinającym w chwili nastąpienia ścięcia (poślizgu w płaszczyźnie ścinania). Określenie wytrzymałości gruntu na ścinanie sprowadza się do określenia kąta tarcia wewnętrznego i spójności. Laboratoryjnie wielkości te wyznacza się za pomocą:

1) aparatu bezpośredniego ścinania (ABS)

2) aparatu trójosiowego ściskania (ATS).

Ad. 1:

Do badania należy stosować próbki w stanie jak najbardziej zbliżonym do stanu, w jakim grunt będzie pracował w naturze (NNS). Z gruntu wycina się co najmniej 5 próbek za pomocą szablonu o wymiarach ramki aparatu (6 x 6 cm). Po wciśnięciu foremki w grunt odcina się pobraną próbkę od pozostałego gruntu i wyrównuje powierzchnie przez ścięcie nożem nadmiaru gruntu równo z krawędziami foremki. Część tego gruntu należy zostawić do oznaczenia wilgotności - dla każdej próbki po dwa oznaczenia (jedno z góry foremki, drugie z dolnej powierzchni próbki).

Następnie próbkę umieszcza się w ramce aparatu, wykonuje „czynności przygotowujące do badania” (np. założenie bibułki filtracyjnej na oba filtry) i poddaje próbkę konsolidacji za pomocą wieszaka z odważnikami tarczowymi. Ścięcia próbki należy dokonać po osiągnięciu stabilizacji osiadań, tj. po zakończeniu osiadania przy danym stopniu obciążenia - można uznać, że nastąpiła stabilizacja osiadań, jeżeli różnica dwóch ostatnich odczytów czujnika nie przekracza 0,002 mm, pomiaru zmiany wysokości próbki dokonuje się po 1, 2, 5, 15, 30 minutach oraz po 1, 2, 4, 6 i 24 godzinach od momentu założenia obciążenia. Po zakończeniu konsolidacji od wstępnego obciążenia należy próbkę obciążyć dodatkowym obciążeniem jednostkowym normalnym o innej wielkości dla każdej z próbek. Należy stosować obciążenia wynoszące 100, 150, 200, 300 oraz 400 kPa. Po 5 minutach działania obciążenia dodatkowego należy przystąpić do ścinania próbki. W wyniku kolejnych „czynności przygotowujących”, a głównie dzięki włączeniu motorka, nastąpi przesuwanie ramek w przeciwnych kierunkach względem siebie, powodujące ścinanie próbki gruntu. Podczas ścinania co minutę należy dokonywać odczytów czujnika dynamometru, czujnika wskazującego poziome przesunięcie ramki dolnej oraz czujnika wskazującego pionowe odkształcenie próbki. Po dokonaniu ścięcia i wyjęciu próbki gruntu z aparatu należy wyznaczyć jej wilgotność i gęstość objętościową. Uzyskane wyniki wytrzymałości na ścinanie

    1. Dokumentacja badań

Wielkość siły ścinającej, przypadającej na jednostkę powierzchni, oblicza się stosując wzór:

f = a⋅b / F,

gdzie: a - wielkość odkształcenia pierścienia dynamometru [mm]

b - skala dynamometru, czyli siła wywołująca odkształcenie równe 1 mm, [N/mm]

F - pole płaszczyzny ścięcia próbki.

Dane: b = 500 N/mm, F = 6 x 6 = 36 cm2

mm⋅(N/mm)/cm2 = N/cm2 = 1000N/(1000⋅0,0001m2) = 10 kPa

obciążenie pionowe próbki σn [kPa]

wskazanie czujnika dynamometru [mm]

f [kPa]

100

0,17

23,61111

200

0,24

33,33333

300

0,35

48,61111

400

0,49

68,05556

500

0,56

77,77778

Regresję liniową wyników wykonałem za pomocą kalkulatora TI-92 PLUS, używając następujących komend:

{100,200,300,400,500}sigma ↵

{23.61111,33.33333,48.61111,68.05556,77.77778}tau ↵

LinReg sigma,tau ↵

0x08 graphic
ShowStat ↵

Regeq(x)y1(x) ↵

NewPlot 1,1,sigma,tau ↵

0x08 graphic
[♦] + [GRAPH]

tak więc tg u = 0,143056 u = arctg 0,143056 = 8,14127 °, cu = 7,361107 kPa.

Można było dojść do takich samych wyników licząc metodą najmniejszych kwadratów:

0x01 graphic
,

gdzie: f - wartości wytrzymałości gruntu na ścinanie [kPa],

σ - całkowite obciążenie jednostkowe próbek [kPa],

N - liczba uwzględnionych punktów na wykresie.

0x01 graphic

Średnie odchylenie kwadratowe wytrzymałości na ścinanie:

σ [kPa]

f [kPa]

'f [kPa]

(f-'f)2 [kPa2]

100

23,61111

21,66671

3,780703

200

33,33333

35,97231

6,9642

300

48,61111

50,27791

2,778212

400

68,05556

64,58351

12,05515

500

77,77778

78,88911

1,235048

(f - 'f) =

26,81331

0x01 graphic

gdzie: f - wartości wytrzymałości gruntu na ścinanie [kPa],

'f - wartości wytrzymałości gruntu na ścinanie określone ze wzoru:

'f = σ⋅tg u + cu [kPa],

N - liczba uwzględnionych punktów na wykresie.

2. Badanie w aparacie trójosiowego ściskania

2.1 Opis teoretyczny i metoda badawcza

Badania w aparacie trójosiowego ściskania zaleca się przeprowadzać również na kilku próbkach tego samego gruntu (NW). Stosuje się próbki gruntu kształtu cylindrycznego o wysokości co najmniej dwukrotnie większej niż średnica. Po wycięciu próbki naciąga się na nią szczelną pochewkę gumową, łączącą próbkę z dolnym i górnym filtrem. Po ustawieniu kosza wpuszcza się do niego wodę, którą następnie spręża się do roboczego ciśnienia σ3. Robocze ciśnienie przyjmuje się odpowiednio do warunków pracy gruntu pod budowlą.

Po wstępnej konsolidacji (ew. dekonsolidacji i nasyceniu wodą) przeprowadza się ścinanie, dając dodatkowy pionowy nacisk q od góry, który zwiększa się do chwili przezwyciężenia oporu ścinania gruntu; łączny maksymalny nacisk σ3 + qmax oznaczamy jako σ1.

Naprężenia σ1 i σ3 są naprężeniami głównymi; próbka ścina się pod kątem  do poziomu, wartość naprężenia normalnego σn i stycznego  wyznacza się za pomocą koła Mohra. Otrzymane koło Mohra jest kołem granicznym, a uzyskane naprężenie styczne  jest dla danego σn maksymalnym f.

Przeprowadzając kilka badań na kilku próbkach tego samego gruntu przy różnym ciśnieniu σ3 otrzymuje się kilka granicznych kół Mohra. Obwiednia do granicznych kół Mohra będzie prostą Coulomba.

2.2 Dokumentacja badań

σ0 = 300 kPa

z [%]

0

0,7

1,5

2,4

3,2

4,2

5,2

6,2

7,2

8,4

9,5

q [kPa]

0

126

229

314

375

419

450

465

468

466

458

u [kPa]

24

26

33

40

46

49

50

50

48

47

44

σ3 = σ0 = 300 kPa; σ1i = σ0 + qi; ri = (σ1i - σ3)/2; σ1i' = σ1i - ui

q

[kPa]

σ1

[kPa]

r - promień kół Mohra, [kPa]

u

[kPa]

σ1'

[kPa]

126

426

63

26

400

229

529

114,5

33

496

314

614

157

40

574

375

675

187,5

46

629

419

719

209,5

49

670

450

750

225

50

700

465

765

232,5

50

715

468

768

234

48

720

466

766

233

47

719

458

758

229

44

714

Wykres kół Mohra dla zadanych σ0 i q:

0x01 graphic

0x01 graphic

Sposób wyznaczenia qf = 768 kPa i uf = 48 kPa.

σ1f = σ3 + qf = 300 + 468 = 768 kPa.

0x08 graphic

0x01 graphic



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
mechanika ATS i ABS-lab, Politechnika, Mechanika gruntów
konsystencje, Budownictwo Politechnika Rzeszowska, Rok II, Mechanika Gruntów, Mechanika Gruntów
M gr lab3 ok+éadka, Politechnika, Mechanika gruntów
GRUNTY6-moje, Politechnika Krakowska, Mechanika gruntów
ściaga mech, Politechnika Rzeszowska Budownictwo, IIBD 3sem, Mechanika gruntow i fundamentowanie, do
Analiza makroskopowa1, Politechnika, Mechanika gruntów
GRUNTY10, Politechnika Krakowska, Mechanika gruntów
grunty, Politechnika Rzeszowska Budownictwo, IIBD 3sem, Mechanika gruntow i fundamentowanie, do kolo
mechanika cechy fiz-lab, Politechnika, Mechanika gruntów
grunty ściąga na 2 koło word2003, Politechnika Krakowska, Mechanika gruntów
M gr lab3 wst¦Öp+wnioski, Politechnika, Mechanika gruntów
LAB +Ťcinanie, Politechnika, Mechanika gruntów
Grunty 2, Politechnika, Mechanika gruntów
Teoria2, Budownictwo Politechnika Rzeszowska, Rok III, Mechanika Gruntów, Egzamian, e 1 , grunty, eg
grunty2(1), Budownictwo Politechnika Rzeszowska, Rok II, Mechanika Gruntów, Lab1

więcej podobnych podstron