Politechnika Wrocławska Wydz. BLiW
Instytut Geotechniki i Hydrotechniki
Zakład Mechaniki Gruntów
Wytrzymałość gruntów na ścinanie.
Prowadzący: Wykonał:
dr inż. Krystyna Szcześniak. Juliusz Bonczak
Wytrzymałością gruntu na ścinanie nazywamy maksymalny opór jednostkowy, jaki stawia grunt naprężeniom ścinającym w chwili nastąpienia ścięcia (poślizgu w płaszczyźnie ścinania).
Określenie powyższej wytrzymałości sprowadza się do określenia kąta tarcia wewnę trznego i spójności.
1.Naprężenie σ działające w dowolnym punkcie ośrodka możemy rozłożyć na dwie składowe tj. σn - naprężenie normalne do powierzchni oraz τ - naprężenie styczne. Opór gruntu τf działa w tej samej powierzchni co naprężenie styczne lecz w przeciwnym kierunku. Wartość oporu wyznaczamy ze wzoru Coulomba:
τf = σn tgφ+c
gdzie:
σn tgφσn tgφ+ - opór tarcia wewnętrznego
c - opór spójności gruntu
φ - kąt tarcia wewnętrznego w stopniach
2. Dla gruntów sypkich powyższy wzór ma postać:
τf = σn tgφ
gdyż w gruntach sypkich c = 0.
Opór gruntu powstały wskutek tarcia suwnego i obrotowego nazywamy oporem tarcia wewnętrznego. Opór tarcia wewnętrznego gruntu nie jest wartością stałą, lecz zależy od wymiaru i kształtu ziarn ich wzajemnej odległości i od naprężeń efektywnych w szkielecie gruntu, a więc od pochodzenia i uziarnienia gruntu, jego wskaźnika porowatości oraz od ciśnienia wody w porach, wpływającego na wartość naprężeń efektywnych.
ZA spójność właściwą gruntu możemy przyjąć wewnątrz - strukturalne ciśnienie, wynikające z sił wzajemnego przyciągania się cząstek gruntowych, zrównoważonego przez reakcję sił odpychających w warunkach zakończonej konsolidacji gruntu przy danym obciążeniu konsolidującym (gdy ciśnienie porowe u = 0).
3. Laboratoryjne metody wyznaczania kąta tarcia wewnętrznego i kohezji.
Badania laboratoryjne wykonuje się w aparatach bezpośredniego ścinania lub aparatach trójosiowego ściskania.
W aparacie bezpośredniego ścinania próbkę gruntu umieszcza się w dwu leżących nad sobą skrzynkach, następnie konsoliduje się próbkę przy określonym nacisku Q i ścina się przykładając siłę poziomą T. Ścinając kilka próbek przy różnych naciskach pionowych oraz nanosząc wyniki na wykres otrzymuje się prostą Coulomba, która odetnie na osi rzędnych wartość kohezji c ,a nachylenie linii da kąt tarcia wewnętrznego φ.
Uzyskane wartości można przyjąć za parametry właściwe c i φ dla danego e, uzyskanego w warunkach całkowitej konsolidacji gruntu.
Badania w aparacie trójosiowego ściskania zaleca się przeprowadzać również na kilku próbkach tego samego gruntu.
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, która spręża się do roboczego ciśnienia. Robocze ciśnienie przyjmujemy odpowiednio do warunków pracy gruntu pod budowlą.
Po wstępnej konsolidacji przeprowadza się ścinanie dając dodatkowy pionowy nacisk z góry, który zwiększa się do chwili przezwyciężenia oporu ścinania gruntu. Próbka ścina się pod kątem α do poziomu, wartość naprężenia normalnego i stycznego wyznacza się za pomocą koła Mohra. Otrzymane koło Mohra jest kołem granicznym, a uzyskane naprężenie styczne jest dla danego naprężenia normalnego, naprężeniem maksymalnym.
Przeprowadzając kilka badań na kilku próbkach tego samego gruntu przy różnym ciśnieniu otrzymujemy kilka kół granicznych Mohra. Styczna do tych granicznych kół będzie prostą Coulomba która wyznacza na osi rzędnych opór spójności c , a nachylenie jej daje kąt tarcia wewnętrznego.