MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

1

1

CECHY

CECHY

MECHANICZNE

MECHANICZNE

GRUNT

GRUNT

Ó

Ó

W

W

Właściwościami mechanicznymi

gruntu

nazywamy te

cechy

, które

decydują

o wielkości i czasie

odkształceń ośrodka gruntowego

Podstawowe cechy mechaniczne gruntu:

• ściśliwość

• wytrzymałość na ścinanie

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

2

2

ODKSZTA

ODKSZTA

Ł

Ł

CALNO

CALNO

ŚĆ

ŚĆ

GRUNT

GRUNT

Ó

Ó

W

W

• Każdy ośrodek poddanym obciążeniom ulega

odkształceniu

• W gruntach

, które są ośrodkami rozdrobnionymi,

odkształcenia

są

stosunkowo duże

i

rozłożone w

długim okresie czasu

• Ta właściwość gruntu wymaga wprowadzenia

odpowiednich metod badań i obliczeń odkształceń
gruntu

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

3

3

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 SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

4

4

jego

zdolność

do

zmniejszania objętości

pod wpływem

oddziaływań zewnętrznych, zwłaszcza przyłożonego

obciążenia zewnętrznego

Ś

ciśliwość gruntu

Odprężenie gruntu

zwiększenie

jego

objętości

pod wpływem zmniejszenia

obciążenia zewnętrznego

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

5

5

Krzywe ściśliwości i odprężenia

20,000

19,800

19,600

19,400

19,200

19,000

18,800

18,600

18,400

0,0

0,05

0,10

0,15

0,20

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1, 4, 7 - krzywe

ś

ci

ś

liwo

ś

ci pierwotnej

3, 6, 9, 11 - krzywe

ś

ci

ś

liwo

ś

ci wtórnej

2, 5, 8, 10 - krzywe odpr

ęż

enia

Obci

ąż

enie [MPa]

Wysoko

ść

próbki [mm]

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

6

6

Czynniki wpływające na ściśliwość gruntu

:

•

skład granulometryczny gruntu

•

porowatość gruntu

•

skład mineralny gruntu

•

stopień mineralizacji wody gruntowej

•

tekstura gruntu

Miara ściśliwości gruntu

E

[M Pa] – moduł odkształcalności liniowej

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

7

7

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 zachodzą 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 SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

8

8

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

:

M

0

– edometryczny

moduł ściśliwości pierwotnej

M

– edometryczny

moduł ściśliwości wtórnej

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

9

9

Badanie edometrycznych modułów ściśliwości

Edometr

Czujniki
przemieszecze

ń

(

∆

h)

Filtry

Próbka gruntu

Podstawa

Nasadka górna

Przyło

ż

one obci

ąż

enie

zewn

ę

trzne P

Nieodksztacalny
pier

ś

cie

ń

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

10

10

Stanowisko edometru

1 - podstawa

2 - nasadka górna

3 - czujniki pomiarowe

4 - pierścień edometryczny

5 - wieszak do przykładania obciążenia

6- obciążniki

1

2

3

4

5

6

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

11

11

Badania edometryczne

Edometryczne moduły ściśliwości

M

0i

lub

M

i

gdzie:

∆σ

i

–

przyrost naprężenia

∆σ

i

= σ

i+1

- σ

i

[kPa]

h

i

–

wysokość próbki w edometrze przed zwiększeniem
obciążenia w [mm]

∆h

i

–

zmniejszenie wysokości próbki w pierścieniu po

zwiększeniu obciążenia

o ∆σ

i

∆h

i

= h

i

– h

i+1

[mm]

i

i

i

i

i

∆h

h

∆σ

,M

M

⋅

=

0

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

12

12

Wyniki badania edometrycznego gruntu

0,025 0,05

0,1

0,2

0,4

0,8

17,00

20,00

19,50

19,00

18,50

18,00

17,50

16,50

16,00

15,50

Krzywa

ś

ci

ś

liwo

ś

ci pierwotnej

Krzywa

ś

ci

ś

liwo

ś

ci pierwotnej

Krzywa

ś

ci

ś

liwo

ś

ci wtórnej

Krzywa odpr

ęż

enia

Grunt:
pył mi

ę

kkoplastyczny

wysoko

ść

próbki

h [mm]

przyo

ż

one ci

ś

nienie

[MPa]

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

13

13

Wskaźnik skonsolidowania gruntu β

M

M

β

0

=

Typ

gruntu

Grunty niespoiste

Grunty spoiste

Ż, P

o

P

r

, P

s

P

d

, P

ππππ

A

B

C

D

ββββ

1,00

0,90

0,80

0,90

0,75

0,60

0,80

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

14

14

Ś

Ś

CI

CI

Ś

Ś

LIWO

LIWO

Ś

Ś

C GRUNTU

C GRUNTU

w

w

warunkach bocznej rozszerzalno

warunkach bocznej rozszerzalno

ś

ś

ci

ci

Próbka jednoosiowo ściskana

(płaski stan odkształceń)

'

'

,

0

0

i

i

h

h

E

E

∆

⋅

∆

=

σ

E

o

–

moduł pierwotnej

(ogólnej)

odkształcalności gruntu

E

–

moduł wtórnej

(sprężystej)

odkształcalności gruntu

h

i

'

h

o

'

∆σ

i

∆σ

i

d

i

d

0

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

15

15

σ

z

σ

x

σ

y

σ

y

σ

z

σ

x

naprężenia w próbce gruntu badanej w edometrze

(bez obecności naprężeń ścinających)

z

y

x

σ

ξ

σ

σ

⋅

=

=

ξ

-

współczynnik rozporu

bocznego

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

16

16

Odkształcenie boczne próbki

jest sumą odkształceń od składowych naprężeń

σ

x

σ

x

σ

z

σ

z

σ

y

σ

y

o

ś

x - x

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

17

17

E

σ

'

λ

x

x

=

E

σ

ν

''

λ

y

x

⋅

−

=

E

σ

ν

'''

λ

z

x

⋅

−

=

gdzie:

ν

–

współczynnik rozszerzalności bocznej

E

–

moduł odkształcenia

składowe odkształceń próbki w kierunku x – x

od poszczególnych naprężeń składowych

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

18

18

Uwzględniając,

ż

e w

edometrze boczne odkształcenie próbki jest równe zeru

(niemożliwa rozszerzalność boczna próbki)

, otrzymujemy:

0

=

+

+

'''

λ

''

λ

'

λ

x

x

x

0

=

⋅

−

⋅

−

E

σ

ν

E

σ

ν

E

σ

z

y

x

/ ·E

Korzystając z proporcjonalności naprężeń uzyskujemy:

0

=

⋅

−

⋅

⋅

−

⋅

z

z

z

σ

ν

σ

ξ

ν

σ

ξ

ν

ν

ξ

−

=

1

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

19

19

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

∆h

i

∆h

i

w

edometrze

z uwzględnieniem
bocznej rozszerzalności

=

0

0

M

δ

E

M

δ

E

⋅

=

⋅

=

gdzie:

( ) (

)

( )

ν

ν

ν

δ

−

−

⋅

+

=

1

2

1

1

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

20

20

Wyznaczanie modułów E

0

i M

0

PN–81/B–03020

Moduły odkształcenia gruntu

E

0

Edometryczne moduły ściśliwości

M

0

wyznaczane są w powiązaniu ze

•

stopniem zagęszczenia

I

D

dla

gruntów niespoistych

•

stopniem plastyczności

I

L

dla

gruntów spoistych

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

21

21

PN–81/B–03020

ν

–

współczynnik Poissona

( ) (

)

( )

ν

ν

ν

M

E

M

E

δ

−

⋅

−

⋅

+

=

=

=

1

2

1

1

0

0

M

M

E

E

β

0

0

=

=

Typ

gruntu

Grunty niespoiste

Grunty spoiste

Ż, P

o

P

r

, P

s

P

d

, P

ππππ

A

B

C

D

νννν

0,20

0,25

0,30

0,25

0,29

0,32

0,37

δδδδ

0,90

0,83

0,74

0,83

0,76

0,70 0,565

ββββ

1,00

0,90

0,80

0,90

0,75

0,60

0,80

-

wskaźnik skonsolidowania gruntu

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

22

22

Grunty niespoiste

:

Ż

– żwir

P

o

– pospółka

P

r

– piasek gruby

P

s

– piasek średni

P

d

– piasek drobny

P

Π

Π

Π

Π

– piasek pylasty

PN–81/B–03020

Grunty spoiste

:

A

– mało spoiste:

P

g

, Π

p

, Π

B

– średnio spoiste:

G

p

, G, G

π

C

– zwięzłe:

G

pz

, G

z

, G

π

z

D

– bardzo spoiste:

I

p

, I, I

π

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

23

23

PN–81/B–03020

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

180000

200000

220000

240000

260000

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Ż

, Po

Pr, Ps

Pd, P

ππππ

E

o

[kPa]

I

D

Ż

, Po

Pr, Ps

Pd, P

ππππ

GRUNT

62500I

D

2

+117308I

D

+63270

68541I

D

2

+51920I

D

+32308

62497I

D

2

+23080I

D

+19038

E

0

[kPa]

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

180000

200000

220000

240000

260000

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

M

o

[kPa]

I

D

Pd, P

ππππ

Pr, Ps

Ż

, Po

Ż

, Po

Pr, Ps

Pd, P

ππππ

GRUNT

67745I

D

2

+134271I

D

+68898

112982I

D

2

+51922I

D

+40481

90485I

D

2

+25072I

D

+26751

M

0

[kPa]

G

ru

n

ty

n

ie

sp

o

ist

e

(

I

D

–

st

o

p

ie

ń

za

g

ęsz

cz

en

ia

)

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

24

24

PN–81/B–03020

G

ru

n

ty

sp

o

ist

e

(

I

L

–

st

o

p

ie

ń

p

la

st

y

cz

n

o

śc

i)

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

55000

60000

65000

70000

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

E

o

[kPa]

I

L

A

B

C

D

GRUNT

31330

I

L

+0,376

- 16434

E

0

[kPa]

B

A

C

D

19776,5

I

L

+0,342

- 9157,5

20584,9

I

L

+0,466

- 10327,8

17291,83

I

L

+0,545

- 9506,69

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

55000

60000

65000

70000

75000

80000

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

A

B

C

D

I

L

M

o

[kPa]

GRUNT

37747

I

L

+0,376

- 198004

M

0

[kPa]

B

A

C

D

26725

I

L

+0,342

- 12375

29407

I

L

+0,466

- 14754

30605

I

L

+0,545

- 16826

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

25

25

OSIADANIE ZAPADOWE

OSIADANIE ZAPADOWE

GRUNTU

GRUNTU

Grunty zapadowe

występuje zmiana objętości pod wpływem zawilgocenia, bez

zmiany przyłożonego obciążenia

Kryterium służące do oceny zapadowości gruntów:

stopień wilgotności:

porowatość:

6

0,

S

r

≤

1

0

1

,

e

e

e

n

n

L

≤

+

−

gdzie:

e

L

– wskaźnik porowatości na granicy płynności

e

n

– wskaźnik porowatości naturalnej

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

26

26

Jeżeli są spełnione oba kryteria przeprowadza się oznaczenie

wskaźnika osiadania zapadowego i

mp

za pomocą

edometru

0

h

h''

h'

i

mp

−

=

i

mp

≤

0,02

–

grunt

uważa się za ośrodek o stałej strukturze

nie wrażliwej na działanie wody

i

mp

> 0,02

–

grunt jest

traktowany jako

zapadowy

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

27

27

Badanie wskaźnika osiadania zapadowego

20,00

19,00

18,00

h

0

h'

h''

σ

=

σ

z

ρ

σ

=

σ

zt

w

y

s

o

k

o

ś

ć

p

ró

b

k

i

[m

m

]

napr

ęż

enie [kPa]

Postępowanie

:

•

wyznacza się wysokość próbki

h

0

pod obciążeniem wywołującym

naprężenia pierwotne

σ

z

ρρρρ

dla badanego gruntu

(odpowiadające ciężarowi

gruntu na głębokości pobrania próbki)

.

•

próbkę gruntu obciąża się

do uzyskania przewidywanych
naprężeń całkowitych po
wzniesieniu projektowanego
obiektu budowlanego

σ

zt

i

odczytuje się wysokość próbki

h’

.

•

nasyca się próbkę wodą do

uzyskania stopnia wilgotności

S

r

= 1,0

.

•

po uzyskaniu konsolidacji próbki odczytujemy jej wysokość

h’’

.

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

28

28

P

P

Ę

Ę

CZNIENIE GRUNT

CZNIENIE GRUNT

Ó

Ó

W

W

Zwiększanie objętości wskutek wchłaniania wody

w

gruntach spoistych

Pęcznienie powoduje:

• zmniejszania się parametrów wytrzymałościowych gruntu

• zwiększania się odkształcalności gruntu

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

29

29

Miary zdolności gruntów do pęcznienia

Ciśnienie pęcznienia wywołuje:

• podnoszenie się fundamentów
• zwiększenie się sił parcia na konstrukcje oporowe

Grunt uważa się za pęczniejący, gdy

P

c

≥

10 kPa

(PN – 88/B – 04481)

εεεε

p

-

wskaźnik pęcznienia

P

c

-

ciśnienie pęcznienia

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

30

30

Pomiar wskaźnika pęcznienia za pomocą edometru

1

2

3

4 5 7 10

20

30

50

100

200 300

500 1000

2000

4000

10000

10,00

10,50

11,00

11,50

12,00

12,50

Czas [min]

W

y

s

o

k

o

ś

ć

p

ró

b

k

i

[m

m

]

h'

h''

Postępowanie

•

pierścień edometru z próbką

zanurzamy w wodzie,

•

dokonujemy pomiaru wysokości

próbki w określonych odstępach
czasu od momentu zalania jej
wodą, uzyskując wykres
pęcznienia gruntu,

•

z wykresu wyznaczamy wskaźnik

pęcznienia gruntu

εεεε

p

•

wyznaczamy ciśnienie pęcznienia

dokonując pomiaru siły, przy
której próbka gruntu umieszczona
w edometrze nie wykazuje zmian
wysokości w warunkach dostępu
wody

100

⋅

−

=

h'

h'

h''

ε

p

[%]

gdzie:

h’

– wysokość próbki gruntu przed zalaniem

jej wodą;

h’’

– wysokość próbki gruntu po maksymalnym

spęcznieniu.

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

31

31

M

0

– edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej

M – edometryczny moduł ściśliwości wtórnej

E

0

– moduł pierwotnej (ogólnej) odkształcalności gruntu

E – moduł wtórnej (sprężystej) odkształcalności gruntu

ββββ

– wskaźnik skonsolidowania gruntu

CECHY

CECHY

MECHANICZNE

MECHANICZNE

GRUNT

GRUNT

Ó

Ó

W

W

oznaczenia

oznaczenia

MG SS

MG SS

–

–

w 5

w 5

32

32

νννν

– współczynnik rozszerzalności bocznej

ξξξξ

– współczynnik rozporu bocznego

i

mp

– wskaźnik osiadania zapadowego

εεεε

p

– wskaźnik pęcznienia

P

c

– ciśnienie pęcznienia