MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

1

1

WYTRZYMA

WYTRZYMA

Ł

Ł

O

O

ŚĆ

ŚĆ

GRUNTU na

GRUNTU na

Ś

Ś

CINANIE

CINANIE

Nośność podłoża gruntowego

pod fundamentem obiektu budowlanego

zależna jest od

wytrzymałości na ścinanie

τ

f

warstw gruntów podłoża

obci

ąż

enie fundamentem

obci

ąż

enie ci

ęż

arem gruntu ponad

poziomem posadowienia

σ

τ

f

q

τ

σ

1

σ

1

σ

3

σ

3

Linie wyznaczające powierzchnie ścinania w podłożu gruntowym

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

2

2

Grunty niespoiste

wytrzymałość na ścinanie wynika tylko z występowania siły

tarcia na powierzchni ścinania

σ

Φ

u

τ

f

τ

f

=

σ

*

tgΦ

u

tg Φ

u

– współczynnik kąta tarcia wewnętrznego

Φ

u

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

3

3

Grunty spoiste

wytrzymałość na ścinanie wynika z występowania:

siły tarcia

na

powierzchni ścinania i

sił spójności

pomiędzy cząsteczkami

c

u

– reprezentuje siły spójności (oporu) pomiędzy cząsteczkami

Φ

u

σ

τ

f

=

σ

⋅

tgΦ

u

+ c

u

c

u

τ

f

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

4

4

aparat do bezpo

aparat do bezpo

ś

ś

redniego

redniego

ś

ś

cinania

cinania

Q

T

Filtry

Próbka gruntu

schemat

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

5

5

aparat do bezpo

aparat do bezpo

ś

ś

redniego

redniego

ś

ś

cinania

cinania

1- aparat bezpośredniego ścinania
2- górna część skrzynki badawczej
3- próbka po badaniach

1

2

3

Q

– siła pionowa

konsolidująca próbkę

T

– siła powodująca

ś

cięcie próbki

τ

f

(Q, T)

Φ

u

, c

u

Wykres
wytrzymałości gruntu

stanowisko laboratoryjne

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

6

6

aparat do tr

aparat do tr

ó

ó

josiowego

josiowego

ś

ś

ciskania

ciskania

schemat

Woda

Spr

ęż

one

powietrze

Q

Grunt

σ

3

Szklana

oslona

A

Q

σ

σ

+

=

3

1

A

–

pole przekroju próbki

NNS

σ

1

σ

3

σ

1

σ

3

α

σ

n

τ

f

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

7

7

aparat do tr

aparat do tr

ó

ó

josiowego

josiowego

ś

ś

ciskania

ciskania

stanowisko laboratoryjne

NNS

– próbki do badań

σ

3

– ciśnienie wody

Q

– siła powodująca

ś

cięcie próbki

1

2

3

1- podstawa aparatu
2- szklana osłona
3- próbki po badaniach

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

8

8

wyznaczanie wytrzyma

wyznaczanie wytrzyma

ł

ł

o

o

ś

ś

ci gruntu na

ci gruntu na

ś

ś

cinanie

cinanie

Naprężenia

σ

1

oraz

σ

3

są

naprężeniami głównymi

dla badanej próbki gruntu.

Mając wartości naprężeń głównych i wykorzystując

koła Mohra

wyznaczamy wartości:

•

naprężenia normalnego

σ

n

•

naprężenia stycznego

τ

Przeprowadzając oznaczenia dla kilku wartości σ

3

otrzymujemy linię styczną do kół Mohra

wyznaczającą

wartość wytrzymałości gruntu na ścinanie t

f

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

9

9

„

„

Ko

Ko

ł

ł

a Mohra

a Mohra

”

”

σ

τ

σ

1

σ

3

2α

σ

n

τ

c

u

Φ

u

σ

1

,

σ

3

– naprężenia główne dla badanej próbki

σ

n

,

τ

– naprężenie normalne i styczne

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

10

10

Z

Z

ale

ale

ż

ż

no

no

ś

ś

ci korelacyjne

ci korelacyjne

PN – 81/B – 03020

przy ustalaniu parametrów geotechnicznych podłoża

gruntowego

metodą B,

posługujemy się zależnościami

korelacyjnymi

tzn.

parametry:

Φ

u

– dla gruntów niespoistych i spoistych

(

kąt tarcia wewn

.)

c

u

– dla gruntów spoistych

(

współczynnik spójności

– kohezji)

ustalamy na podstawie badań laboratoryjnych

parametrów kierunkowych:

- stopnia zagęszczenia

I

D

dla gruntów niespoistych

- stopnia plastyczności

I

L

dla gruntów spoistych

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

11

11

Ż

– żwir

Po – pospółka

Pr, Ps, Pd, Pπ – piaski

28

30

32

34

36

38

40

42

44

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Ż

, Po

Pr , Ps

Pd , P

ππππ

Ż

, Po

Pr , Ps

Pd , P

ππππ

GRUNT

7,239I

D

+34,8379

6,2116I

D

+29,8910

4,9271I

D

+27,9479

Φ

Φ

Φ

Φ

u

[

O

]

Φ

Φ

Φ

Φ

u

(n)

I

D

kąt tarcia wewnętrznego dla gruntów niespoistych

PN – 81/B – 03020

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

12

12

A, B, C, D – grunty spoiste

0

5

10

15

20

25

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

A

B

C

D

Φ

Φ

Φ

Φ

u

(n)

GRUNT

-17,3333I

L

+25

-18,6667I

L

+22

-16,0I

L

+18

A

B

C

D

-13,3333I

L

+13

Φ

Φ

Φ

Φ

u

[

O

]

I

L

kąt tarcia wewnętrznego dla gruntów spoistych

PN – 81/B – 03020

A

– mało spoiste:

Pg, Πp, Π

B

– średnio spoiste:

Gp, G, G

π

C

– zwięzłe:

Gpz, Gz, G

π

z

D

– bardzo spoiste:

Ip, I, I

π

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

13

13

A, B, C, D – grunty spoiste

0,000

10,000

20,000

30,000

40,000

50,000

60,000

70,000

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

D

A

B

C

I

L

c

u

[kPa]

Grunt

c

u

[kPa]

A

B

C

D

0,000647

L

I

0,001294

0,00023394

0,047645

⋅

+

−

0,000768

L

I

0,001536

0,00041616

0,05112

⋅

+

−

7,5

0,375

L

I

14,0625

−

+

0,00025714

L

I

0,00051428

0,00028658

0,03257

⋅

+

−

współczynnik spójności

(kohezji)

dla

gruntów spoistych

PN – 81/B – 03020

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

14

14

W

W

yznaczanie no

yznaczanie no

ś

ś

no

no

ś

ś

ci gruntu

ci gruntu

METOD

METOD

Ą

Ą

CBR

CBR

CBR

California Bearing Ratio – Kalifornijski wskaźnik nośności

· w 1938 r. oficjalnie uznany za metodę oznaczania

nośności podłoża gruntowego

· dostosowano go do warunków polskich

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

15

15

―

ideą metody był

pomiar oporu gruntu

przy wciskaniu w

grunt trzpienia stalowego przez nawierzchnię

―

ideę tę starano się zachować w konstrukcji aparatu i

metodzie badania

―

metoda

CBR

służy do

wyznaczania grubości nawierzchni

w zależności od nośności podłoża gruntowego

―

jest

wykorzystywany przy projektowaniu podatnych

nawierzchni dróg i mostów

―

szeroko stosowany w budownictwie drogowym i kolejowym

ze względu na swoje zalety

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

16

16

definicja

definicja

K

K

alifornijskiego

alifornijskiego

W

W

ska

ska

ź

ź

nika

nika

N

N

o

o

ś

ś

no

no

ś

ś

ci

ci

P –

obciążenie, które trzeba zastosować, aby trzpień w kształcie

wydłużonego sworznia o powierzchni 3 cale kwadratowe wcisnąć
w odpowiednio przygotowaną próbkę gruntu do głębokości 0,1” z
prędkością 0,05” na minutę

P

s

–

obciążenie standardowe

P

s

– jest wartością stałą, odpowiadającą obciążeniu, jakie było

potrzebne, aby taki sam trzpień, z taką samą prędkością i na tę
samą głębokość wcisnąć w materiał wzorcowy, którym jest
tłuczeń standardowo zagęszczony.

CBR = ( P / P

s

)

⋅⋅⋅⋅

100

[%]

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

17

17

Penetracja

Znormalizowany

nacisk

Sił

łł

ła działłłłająąąąca na

trzpień

ńń

ń o powierzchni

3 cale kwadratowe

cale

mm

funt/cal

2

MN/m

2

funty

kN

0,1

2,54

1000

7,0

3000

13,60

0,2

5,08

1500

10,5

4500

20,41

0,3

7,62

1900

13,4

5700

25,85

0,4

10,16

2300

16,2

6900

31,29

0,5

12,70

2600

18,2

7800

35,38

Standardowe naciski CBR dla ubitego tłucznia

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

18

18

Zalety metody CBR:

• grubości wyznaczana metodą CBR są zgodne z grubościami

istniejących nawierzchni w dobrym stanie technicznym

• jest metodą stosunkowo szybką, wymaga prostych

przyrządów i może być zastosowany dla każdego gruntu

• określa nośność gruntu w niekorzystnych warunkach

nasycenia wodą

(próbka jest nasycana wodą w ciągu 4 dni)

• badania modelowe przeprowadza się w warunkach

zbliżonych do pracy podłoża

• służy do wymiarowania nowych, jak również do obliczania

wzmocnienia istniejących nawierzchni

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

19

19

METODA CBR dostosowana do

METODA CBR dostosowana do

warunk

warunk

ó

ó

w

w

POLSKICH

POLSKICH

CBR = ( p / p

p

)

⋅⋅⋅⋅

100

[%]

p

–

ciśnienie jakie jest potrzebne, aby zagłębić trzpień

ze znormalizowaną prędkością (1,25 mm/min) w odpowiednio
przygotowaną próbkę gruntu na głębokość 2,5 mm lub 5,0 mm,

p

p

–

ciśnienie porównawcze, które wynosi:

•

przy wgłębianiu trzpienia na 2,5 mm - 70 kG/cm

2

(~7 MN/m

2

),

•

przy wgłębieniu na 5,0 mm - 100 kG/cm

2

(~10 MN/m

2

).

Wartości

liczbowe wskaźnika

CBR

gruntu podłoża nawierzchni

należy

ustalić laboratoryjnie

– zgodnie z obowiązującymi normami

i przepisami – a w przypadku braku takich badań

można przyjmować

z dostateczną dokładnością z

zestawienia tabelarycznego

.

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

20

20

LABORATORYJNA METODA OZNACZANIA

LABORATORYJNA METODA OZNACZANIA

CBR

CBR

Współczynnik CBR określony jest w obowiązujących
normach jako wskaźnik nośności gruntu w

noś

•

w celu jego określenia należy wyznaczyć wilgotność

optymalną badanego gruntu – próba Proctora,

•

następnie grunt przygotowuje się do prób penetracji

według ustalonej procedury,

•

w czasie przeprowadzania próby penetracji odnotowuje

się wielkość siły powodującej zagłębianie trzpienia na
odpowiednią głębokość i po odpowiednim czasie.

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

21

21

Stanowisko laboratoryjne do oznaczania

Stanowisko laboratoryjne do oznaczania

CBR

CBR

1) prasa,

2) pierścień dynamometryczny z

czujnikiem,

3) znormalizowany trzpień CBR,

4) wkładka wyrównująca,

5) cylinder (o pojemności 2,2 dm

3

),

6) nadstawa cylindra,

7) badanie pęcznienia gruntu,

8) krążki o ciężarze 2,25 kg każdy,

służące jako nadwaga

MG

MG

-

-

w 6

w 6

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

1,65

1,70

1,75

1,80

1,85

1,90

1,95

2,00

2,05

2,10

2,15

Wilgotno

ść

[%]

ρρρρ

d

[

g

/c

m

3

]

ρρρρ

ds

w

opt

MG

MG

-

-

w 5

w 5

22

22

N

N

o

o

ś

ś

no

no

ść

ść

gruntu

gruntu

CBR

–

Kalifornijski wskaźnik nośności

– znany w obowiązujących normach jako

wskaźnik nośności gruntu w

noś

– wyznaczony laboratoryjnie dla

wszystkich gruntów budowlanych

– wykres

w

noś

gruntów w zależności od

ich wilgotności

(warunków

hydrologicznych, w jakich znajdować

się będzie badany grunt)

miarodajna wartość w

noś

w

m

w

1

w

2

w

3

w

opt

wilgotno

ść

[%]

miarodajny

w

no

ś

wska

ź

nik

no

ś

no

ś

ci

Próba Proctora

wyznaczanie

w

opt

0,96·

ρρρρ

ds

MG

MG

-

-

w 6

w 6

23

23

Okre

Okre

ś

ś

lanie

lanie

„

„

Miarodajnego Wska

Miarodajnego Wska

ź

ź

nika No

nika No

ś

ś

no

no

ś

ś

ci

ci

”

”

CBR

CBR

Liczba próbek:

• grunty sypkie lub mało spoiste –

3 próbki

,

• grunty średnio i bardzo spoiste –

4 próbki

.

Kolejność czynności:

•

pierwszą z próbek poddaje się próbie penetracji w aparacie

CBR przy

wilgotności optymalnej

,

• pozostałe próbki gruntu poddaje

nasycaniu wodą

.

MG

MG

-

-

w 6

w 6

24

24

Na cylindry próbek poddanych nasycaniu wodą:

•

nakłada się czujnik na trójnogu w celu zbadania pęcznienia gruntu,

•

powierzchnię próbek

obciąża się tak

, aby wygenerowane

ciśnienie

miało taką wartość jaką na badany grunt

wywierać będą górne

warstwy konstrukcji nawierzchni

,

•

pomiarów pęcznienia próbki dokonuje się co 24 godziny,

•

cylindry do próby penetracji wyjmuje się z wody:

• pierwszy – po

2 dobach

,

• drugi – po

4 dobach

,

• trzeci – po

6 dobach

, ale nie wcześniej niż po zakończeniu

pęcznienia gruntu. (pęcznienie uznaje się za zakończone, jeżeli
dwa kolejne odczyty czujnika w okresie 24 godzin nie wykazują
większej różnicy niż 0,03 mm).

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

25

25

Wartość wskaźnika nośności gruntu oblicza się dla sił,

które odpowiadają zagłębieniu trzpienia na 2,5 mm i 5,0 mm

i charakteryzują badany grunt.

100

5

2

5

2

,

S

,

noś

p

p

w

=

100

0

5

0

5

,

S

,

noś

p

p

w

=

gdzie:

p

2,5

; p

5,0

– ciśnienie jakie jest potrzebne, aby zagłębić trzpień

odpowiednio na głębokość 2,5 mm i 5,0 mm;

p

S2,5

; p

S5,0

– ciśnienie porównawcze (tab. – slide 18)

Większa wartość –

miarodajna wartość wskaźnika nośności gruntu

Warunki hydrologiczne

Wilgotność miarodajna

Miejsca suche

wilgotność odpowiadająca 0,96

ρ

ds

wg próby Proctora

Miejsca wilgotne z okresowym dopływem wody

wilgotność odpowiadająca 0,94

ρ

ds

wg próby Proctora

Miejsca wilgotne ze stałym dopływem wody

wilgotność odpowiadająca 0,92

ρ

ds

wg próby Proctora

Dane do ustalenia wilgotności miarodajnej gruntu

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

26

26

Lp

Nazwa i pochodzenie gruntu

CBR [%]

1

Pospółki i żwiry oraz rumosze skaliste o wskaźniku piaskowym WP > 30

≥ 15

2

Piaski gruboziarniste WP > 30

13 ÷ 14

3

Piaski średnioziarniste WP > 30

12 ÷ 13

4

Piaski drobnoziarniste WP > 30

10 ÷ 11

5

Rumosze gliniaste, żwiry gliniaste i pospółki gliniaste zawierające (5 ÷ 10)
% ziaren mniejszych od 0,02 mm

7 ÷ 9

6

Piaski pylaste WP > 25

9 ÷ 10

7

Piaski pylaste, piaski gliniaste, pyły piaszczyste itp. zawierające (5 ÷ 10) %
ziaren mniejszych od 0,02 mm

5 ÷ 7

8

Mineralne pyły, pyły piaszczyste, piaski gliniaste, gliny i iły zawierające
więcej niż 10 % cząstek mniejszych od 0,02 mm o głębokim zaleganiu
zwierciadła wody gruntowej ≤ 2,0 m i przy dobrym uwodnieniu

3 ÷ 5

9

Mineralne pyły piaszczyste, piaski gliniaste, gliny i iły zawierające > 10 %
cząstek < 0,02 mm, o głębokości zalegania wody gruntowej ≤ 2,0 m

2 ÷ 3

10

Grunty organiczne

≤ 2

Orientacyjne

Orientacyjne

miarodajne

miarodajne

warto

warto

ś

śś

ś

ś

śś

ś

ci

ci

CBR

CBR

pod

pod

ł

łł

ł

ł

łł

ł

o

o

ż

żż

ż

ż

żż

ż

a gruntowego

a gruntowego

MG

MG

-

-

w 6

w 6

MG

MG

-

-

w 5

w 5

27

27

Nomogram do wyznaczania grubości warstw

nawierzchni drogowej wg CBR

Liczba pojazdów

porównawczych

na dobę

Oznaczenie krzywej

A

B

C

D

E

F

Liczba pojazdów na dobę

o nacisku koła 3 tony

0

÷

15

15

÷

45

45

÷

150

150

÷

450

450

÷

1500

1500

÷

4500

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22
24

26

28

30

32

2

3

4

5 6 7 8 10

15

20

30

40 50 60

80 100

150

10

15

5

20
25
30

35

40

45

50

0

55
60

65

70

75

80

CBR - kalifornijski wska

ź

nik no

ś

no

ś

ci w [%]

G

ru

b

o

ś

ć

n

a

w

ie

rz

c

h

n

i

d

ro

g

o

w

y

c

h

z

p

o

d

b

u

d

o

w

ą

[cal]

[cm]

A

B

C

D

E

F

krzywe

A, ... F,

oznaczają

liczbę pojazdów

porównawczych

zgodnie z tablicą

MG

MG

-

-

w 6

w 6

28

28

Grupy no

Grupy no

ś

ś

no

no

ś

ś

ci pod

ci pod

ł

ł

o

o

ż

ż

a gruntowego

a gruntowego

G4

CBR < 3%

G3

3% ≤ CBR < 5 %

G2

5 % ≤ CBR < 10 %

G1

10 % ≤ CBR

Grupa nośności

podłoża

Wskaźnik nośności CBR

(po 4 dobach nasycania wodą)

MG

MG

-

-

w 6

w 6

29

29

Grupy no

Grupy no

ś

ś

no

no

ś

ś

ci pod

ci pod

ł

ł

o

o

ż

ż

a gruntowego

a gruntowego