CECHY MECHANICZNE GRUNTÓW
CECHY MECHANICZNE GRUNTÓW
Właściwościami mechanicznymi gruntu
nazywamy te cechy, które decydują
o wielkości i czasie odkształceń ośrodka gruntowego
Podstawowe cechy mechaniczne gruntu:
" ściśliwość
" wytrzymałość na ścinanie
MG - w 5 1
MG - w 5 1
ODKSZTAA
CALNOŚĆ GRUNTÓW
ODKSZTAA
CALNOŚĆ GRUNTÓW
" Każdy ośrodek poddanym obciążeniom ulega
odkształceniu
" W gruntach, które są ośrodkami rozdrobnionym,
odkształcenia są stosunkowo duże i rozłożone w
długim okresie czasu
" Ta właściwość gruntu wymaga wprowadzenia
odpowiednich metod badań i obliczeń odkształceń
gruntu
MG - w 5 2
MG - w 5 2
Odkształcalność podłoża gruntowego
jest to jego zdolność
do odkształceń objętościowych i postaciowych
w wyniku oddziaływania
czynników zewnętrznych i wewnętrznych
zasadnicze czynniki zewnętrzne:
obciążenia konstrukcją nośną obiektu budowlanego
MG - w 5 3
MG - w 5 3
Ściśliwość gruntu
jego zdolność do zmniejszania objętości pod wpływem
oddziaływań zewnętrznych, zwłaszcza przyłożonego
obciążenia zewnętrznego
Odprężenie gruntu
zwiększenie jego objętości pod wpływem zmniejszenia
obciążenia zewnętrznego
MG - w 5 4
MG - w 5 4
Krzywe ściśliwości i odprężenia
Wysokość próbki [mm]
20,000
19,800
1
19,600
3
2
19,400
4
19,200
6
5
19,000
18,800
9
11 7
18,600
8
10
18,400
0,0 0,05 0,10 0,15 0,20
Obciążenie [MPa]
1, 4, 7 - krzywe ściśliwości pierwotnej
3, 6, 9, 11 - krzywe ściśliwości wtórnej
2, 5, 8, 10 - krzywe odprężenia
MG - w 5 5
MG - w 5 5
Czynniki wpływające na ściśliwość gruntu:
" skład granulometryczny gruntu
" porowatość gruntu
" skład mineralny gruntu
" stopień mineralizacji wody gruntowej
" tekstura gruntu
Miara ściśliwości gruntu
E [MPa]  moduł odkształcalności liniowej
MG - w 5 6
MG - w 5 6
Cykliczne obciążanie-odciążanie
Po każdym cyklu obciążenie-odciążenie gruntu
następuje częściowo trwałe i częściowo sprężyste
odkształcenie, wynikiem tego po wielokrotnym przejściu
tych cykli grunt nabiera właściwości ciała idealnie
sprężystego
Jakie zjawiska fizyczne zachodzÄ… w gruncie w czasie
tych procesów obciążenie-odciążenie?
przyjmując, że grunt jest ośrodkiem deformującym się
liniowo można stosować do niego prawa i wzory
ośrodka idealnie sprężystego
MG - w 5 7
MG - w 5 7
Edometryczny moduł ściśliwości gruntu
określa ściśliwość gruntu
przy obciążeniu
równomiernie rozłożonym na powierzchni nieograniczonej.
Grunt inaczej zachowuje się pod obciążeniem powtórnie
przyłożonym, a inaczej pod obciążeniem przekraczającym
największe dotychczas występujące.
Rozróżnia się dwa różne edometryczne moduły ściśliwości:
M0  edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej
M  edometryczny moduł ściśliwości wtórnej
MG - w 5 8
MG - w 5 8
Badanie edometrycznych modułów ściśliwości
Czujniki
Przyłożone obciążenie
przemieszeczeń ("h)
zewnętrzne P
Nasadka górna Próbka gruntu
Filtry
Podstawa
Nieodksztacalny
pierścień
Edometr
MG - w 5 9
MG - w 5 9
Stanowisko edometru
3
1 - podstawa
2 - nasadka górna
1
3 - czujniki pomiarowe
4 - pierścień edometryczny
5 - wieszak do przykładania obciążenia
6- obciążniki
5
2
4
6
MG - w 5 10
MG - w 5 10
Badania edometryczne
Edometryczne moduły ściśliwości M0i lub Mi
"Ãi Å" hi
Mi,M =
0i
"hi
gdzie: "Ãi  przyrost naprężenia
"Ãi = Ãi+1 - Ãi [kPa]
hi  wysokość próbki w edometrze przed zwiększeniem
obciążenia w [mm]
"hi  zmniejszenie wysokości próbki w pierścieniu po
zwiÄ™kszeniu obciążenia o "Ãi
"hi= hi  hi+1 [mm]
MG - w 5 11
MG - w 5 11
Wyniki badania edometrycznego gruntu
wysokość próbki
h [mm]
20,00
Grunt:
19,50
pył miękkoplastyczny
19,00
18,50
18,00
17,50
Krzywa ściśliwości pierwotnej
17,00
Krzywa ściśliwości wtórnej
16,50
Krzywa ściśliwości pierwotnej
16,00
Krzywa odprężenia
15,50
przyożone ciśnienie
[MPa]
0,025 0,05 0,1 0,2 0,4 0,8
MG - w 5 12
MG - w 5 12
Wskaz
nik skonsolidowania gruntu ²
M0
² =
M
Grunty niespoiste Grunty spoiste
Typ
gruntu
Å», Po Pr, Ps Pd, PÄ„ A B C D
Ä„
Ä„
Ä„
² 1,00 0,90 0,80 0,90 0,75 0,60 0,80
²
²
²
MG - w 5 13
MG - w 5 13
ÅšCIÅšLIWOÅšC GRUNTU
ÅšCIÅšLIWOÅšC GRUNTU
w warunkach bocznej rozszerzalności
w warunkach bocznej rozszerzalności
"Ãi
d
0
ho' hi'
di
"Ã Å" h0 '
i
E, E0 =
"Ãi
"hi '
Próbka jednoosiowo ściskana (płaski stan odkształceń)
Eo  moduł pierwotnej (ogólnej) odkształcalności gruntu
E  moduł wtórnej (sprężystej) odkształcalności gruntu
MG - w 5 14
MG - w 5 14
naprężenia w próbce gruntu badanej w edometrze
(bez obecności naprężeń ścinających)
Ãz
Ãx = Ãy = ¾ Å"Ãz
Ãy
Ãx Ãx
Ãy
¾ - współczynnik rozporu
bocznego
Ãz
MG - w 5 15
MG - w 5 15
Odkształcenie boczne próbki
jest sumą odkształceń od składowych naprężeń
Ãz Ãy
Ãx Ãx
oÅ› x - x
Ãz Ãy
MG - w 5 16
MG - w 5 16
składowe odkształceń próbki w kierunku x  x
od poszczególnych naprężeń składowych
½ Å" Ã
½ Å" Ãz
Ãx
y
x''' = -
x' =
x'' = -
E
E
E
gdzie:
½  współczynnik rozszerzalnoÅ›ci bocznej
E  moduł odkształcenia
MG - w 5 17
MG - w 5 17
Uwzględniając,
że w edometrze boczne odkształcenie próbki jest równe zeru
(niemożliwa rozszerzalność boczna próbki), otrzymujemy:
x' + x'' + x''' = 0
Ãx ½ Å" Ã y ½ Å" Ãz
/ ·E
- - = 0
E E E
Korzystając z proporcjonalności naprężeń uzyskujemy:
½
¾ =
¾ Å"Ãz -½Å"¾ Å"Ãz -½Å"Ãz = 0
1- ½
MG - w 5 18
MG - w 5 18
Zależność pomiędzy
Edometrycznym modułem ściśliwości M
a
Modułem odkształcenia gruntu E
uzyskuje się przez porównanie
odkształcenia próbki (zmiany jej wysokości) w edometrze
z odkształceniem próbki z uwzględnieniem rozszerzalności
bocznej
"hi
"hi
=
w z uwzględnieniem
edometrze bocznej rozszerzalności
gdzie:
E = ´ Å" M
(1+ ½)Å"(1- 2½)
´ =
(1-½)
E0 = ´ Å" M
0
19
MG - w 5 19
MG - w 5
Wyznaczanie modułów E0 i M0
PN 81/B 03020
Moduły odkształcenia gruntu E0
Edometryczne moduły ściśliwości M0
wyznaczane sÄ… w powiÄ…zaniu ze
" stopniem zagęszczenia ID dla gruntów niespoistych
" stopniem plastyczności IL dla gruntów spoistych
MG - w 5 20
MG - w 5 20
Grunty niespoiste Grunty spoiste
Typ
gruntu
Å», Po Pr, Ps Pd, PÄ„ A B C D
Ä„
Ä„
Ä„
½ 0,20 0,25 0,30 0,25 0,29 0,32 0,37
½
½
½
´ 0,90 0,83 0,74 0,83 0,76 0,70 0,565
´
´
´
² 1,00 0,90 0,80 0,90 0,75 0,60 0,80
²
²
²
E0
E (1+½)Å"(1-2Å"½)
´ = = =
½  współczynnik Poissona
M0 M (1-½)
E0 M
0
² = = - wskaz
nik skonsolidowania gruntu
E M
PN 81/B 03020
MG - w 5 21
MG - w 5 21
PN 81/B 03020
Grunty niespoiste:
Grunty spoiste:
A  mało spoiste:
Ż  żwir
Pg, p, 
Po  pospółka
B  średnio spoiste:
Pr  piasek gruby
Gp, G, GÄ„
Ps  piasek średni
C  zwięzłe:
Gpz, Gz, GÄ„z
Pd  piasek drobny
D  bardzo spoiste:
P  piasek pylasty




Ip, I, IÄ„
MG - w 5 22
MG - w 5 22
PN 81/B 03020
Eo[kPa] Mo[kPa]
260000
260000
GRUNT
M0 [kPa]
GRUNT
E0 [kPa]
2
240000 67745ID +134271ID +68898
240000 Å», Po
2
62500ID +117308ID +63270
Å», Po
2
112982ID +51922ID +40481
Pr
, Ps
2
68541ID +51920ID +32308
220000
Pr, Ps
220000
2
90485ID +25072ID +26751
Ä„
Ä„
Ä„
Pd, PÄ„
62497ID2 +23080ID +19038
Ä„
Ä„
Ä„
Ä„
Pd, P
200000
200000
Å», Po
180000
180000
160000
160000
Å», Po
140000
140000
Pr, Ps
120000
120000
100000
100000
Ä„
Ä„
Ä„
Pd, PÄ„
Pr, Ps
80000
80000
60000
60000
Ä„
Ä„
Ä„
Ä„
Pd, P
40000
40000
20000
20000
0
0
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 ID
ID
MG - w 5 23
MG - w 5 23
D
Grunty niespoiste (
I
 stopie
Å„
zag
Ä™
szczenia)
PN 81/B 03020
Mo[kPa]
Eo[kPa]
70000
80000
GRUNT M0 [kPa]
GRUNT E0 [kPa]
75000
65000
37747
31330
- 198004
A
A - 16434
IL+0,376
IL+0,376 70000
60000
26725
19776,5 - 12375
B
B - 9157,5
IL+0,342
65000
IL+0,342
55000
29407
20584,9 - 14754
C
C - 10327,8
IL+0,466
60000
IL+0,466
30605
50000
17291,83 - 16826
D
D - 9506,69 IL+0,545
55000
IL+0,545
45000
50000
40000
45000
35000
40000
A
35000
30000
A
30000
B
25000
25000
B
C
20000
20000
D
C
15000
15000
D
10000
10000
5000
5000
0 0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 IL 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 IL
MG - w 5 24
MG - w 5 24
L
Grunty spoiste (
I
 stopie
Å„
plastyczno
Å›
ci)
OSIADANIE ZAPADOWE GRUNTU
OSIADANIE ZAPADOWE GRUNTU
Grunty zapadowe
występuje zmiana objętości pod wpływem zawilgocenia, bez
zmiany przyłożonego obciążenia
Kryterium służące do oceny zapadowości gruntów:
stopień wilgotności: Sr d" 0,6
eL - en
porowatość:
d" 0,1
1+ en
gdzie: eL  wskaz
nik porowatości na granicy płynności
en  wskaz
nik porowatości naturalnej
MG - w 5 25
MG - w 5 25
Jeżeli są spełnione oba kryteria przeprowadza się oznaczenie
wskaz
nika osiadania zapadowego imp
za pomocÄ… edometru
h' - h''
imp =
h0
imp d" 0,02  grunt uważa się za ośrodek o stałej strukturze
nie wrażliwej na działanie wody
imp > 0,02  grunt jest traktowany jako zapadowy
MG - w 5 26
MG - w 5 26
Badanie wskaz
nika osiadania zapadowego
Postępowanie:
" wyznacza się wysokość próbki h0 pod obciążeniem wywołującym
naprężenia pierwotne ÃzÁ dla badanego gruntu (odpowiadajÄ…ce ciężarowi
Á
Á
Á
gruntu na głębokości pobrania próbki).
" próbkę gruntu obciąża się
20,00
do uzyskania przewidywanych
h0
naprężeń całkowitych po
19,00
wzniesieniu projektowanego
h'
obiektu budowlanego Ãzt i
h''
18,00
odczytuje się wysokość próbki h .
" nasyca się próbkę wodą do
Ã=ÃzÁ
Ã=Ãzt
naprężenie [kPa]
uzyskania stopnia wilgotności
Sr = 1,0.
" po uzyskaniu konsolidacji próbki odczytujemy jej wysokość h  .
MG - w 5 27
MG - w 5 27
wysoko
ść
próbki [mm]
P
CZNIENIE GRUNTÓW
P
CZNIENIE GRUNTÓW
Zwiększanie objętości wskutek wchłaniania wody
w
gruntach spoistych
Pęcznienie powoduje:
" zmniejszania się parametrów wytrzymałościowych gruntu
" zwiększania się odkształcalności gruntu
MG - w 5 28
MG - w 5 28
Miary zdolności gruntów do pęcznienia
µp - wskaz
nik pęcznienia
µ
µ
µ
Pc - ciśnienie pęcznienia
Ciśnienie pęcznienia wywołuje:
" podnoszenie się fundamentów
" zwiększenie się sił parcia na konstrukcje oporowe
Grunt uważa się za pęczniejący, gdy Pc e" 10 kPa
(PN  88/B  04481)
MG - w 5 29
MG - w 5 29
Pomiar wskaz
nika pęcznienia za pomocą edometru
Postępowanie
12,50
" pierścień edometru z próbką
h''
12,00
zanurzamy w wodzie,
11,50
" dokonujemy pomiaru wysokości
próbki w określonych odstępach
11,00
czasu od momentu zalania jej
wodÄ…, uzyskujÄ…c wykres
10,50
pęcznienia gruntu,
h'
10,00
1 2 3 4 5 7 10 20 30 50 100 200 300 500 1000 2000 4000 10000
Czas [min]
" z wykresu wyznaczamy wskaz
nik
pÄ™cznienia gruntu µp
µ
µ
µ
h'' - h'
[%]
µp = Å"100
h'
" wyznaczamy ciśnienie pęcznienia
gdzie:
dokonując pomiaru siły, przy
h  wysokość próbki gruntu przed zalaniem
której próbka gruntu umieszczona
jej wodÄ…;
h 
w edometrze nie wykazuje zmian  wysokość próbki gruntu po maksymalnym
spęcznieniu.
wysokości w warunkach dostępu
wody
MG - w 5 30
MG - w 5 30
Wysoko
ść
próbki [mm]
CECHY MECHANICZNE GRUNTÓW
CECHY MECHANICZNE GRUNTÓW
oznaczenia
oznaczenia
M0  edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej
M  edometryczny moduł ściśliwości wtórnej
E0  moduł pierwotnej (ogólnej) odkształcalności gruntu
E  moduł wtórnej (sprężystej) odkształcalności gruntu
²  wskaz
nik skonsolidowania gruntu
²
²
²
MG - w 5 31
MG - w 5 31
½  współczynnik rozszerzalnoÅ›ci bocznej
½
½
½
¾  współczynnik rozporu bocznego
¾
¾
¾
imp  wskaz
nik osiadania zapadowego
µp  wskaz
nik pęcznienia
µ
µ
µ
Pc  ciśnienie pęcznienia
MG - w 5 32
MG - w 5 32