Ćwiczenie laboratoryjne nr 10

OZNACZENIE WYTRZYMAŁOŚCI GRUNTU NA

OZNACZENIE WYTRZYMAŁOŚCI GRUNTU NA

OZNACZENIE WYTRZYMAŁOŚCI GRUNTU NA

OZNACZENIE WYTRZYMAŁOŚCI GRUNTU NA

ŚCIANANIE W APARACIE BEZPOŚREDNIEGO

ŚCIANANIE W APARACIE BEZPOŚREDNIEGO

ŚCIANANIE W APARACIE BEZPOŚREDNIEGO

ŚCIANANIE W APARACIE BEZPOŚREDNIEGO

ŚCINANIA.

ŚCINANIA.

ŚCINANIA.

ŚCINANIA.

Data wykonania

Data oddania

1. Wprowadzenie/Definicje:

Wytrzymałością gruntu na ścinanie nazywamy opór, jaki stawia grunt naprężeniom stycznym w
rozpatrywanym punkcie ośrodka. .Po pokonaniu oporu ścinania następuje poślizg pewnej części gruntu
w stosunku do pozostałej. Najstarszą i do dzisiaj stosowaną formułą określającą zjawisko ścięcia gruntu
jest warunek podany przez Coulomba w 1773:

τ

f

= σ

n

tgФ + c

gdzie:
τ

f

- wytrzymałość na ścinanie [kPa]

σ

n

- naprężenia normalne do płaszczyzny ścinania [kPa]

Ф

– kąt tarcia wewnętrznego

c – spójność [kPa]

W przypadku ścinania gruntów strukturze ziarnistej mamy do czynienia z oporem tarcia suwnego i
obrotowego. Opór ten nazywamy oporem tarcia wewnętrznego. Wielkość ta zależy od rodzaju gruntu.
Dla danego gruntu wartość tarcia wewnętrznego zależy od: porowatości, wilgotności, ciśnienia wody w
porach.

Spójność gruntu jest to opór gruntu stawiany siłom zewnętrznym wywołany wzajemnym
przyciąganiem się cząstek składowych gruntu. Występuje w gruntach spoistych.

2. Cel oznaczenia:

Oznaczenie wytrzymałości gruntu na ścinanie w aparacie bezpośredniego ścinania.

3. Przyrządy wykorzystane w oznaczeniu stopnia wytrzymałości gruntu
na ścinanie:

Do oznaczenia wytrzymałość na ścinanie może być
stosowany dowolny aparat skrzynkowy. Urządzenie składa
się ze skrzynki, zbudowanej z dwóch ześrubowanych części i
ramki.

Badana próbka jest umieszczona do połowy swojej

wysokości w skrzynce na filtrze dolnym i dolnej płytce
oporowej. Górna połowa próbki wchodzi w ramkę, a na niej
spoczywa górna płytka oporowa oraz płytka przenosząca
obciążenia normalne. Do łączenia ramki ze skrzynką, w
trakcie konsolidowania, próbek służą śruby. Przed
rozpoczęciem ścinania powinny być one wykręcone i wyjęte
na zewnątrz. Druga para śrub służy do podnoszenia ramki w
stosunku do skrzynki przed rozpoczęciem ścinania. Obie
płytki oporowe powinny być tak umieszczone, aby płytka
górna skierowana była przeciwprostokątnymi powierzchniami
ż

eberek w kierunku działania siły ścinającej, zaś położenie

ż

eberek płytki dolnej było odwrotne.

W przypadku grawitacyjnego przykładania obciążenia

normalnego należy zapewnić poziome prowadzenie skrzynki,
przesuwanej przez układ napędowy aparatu.

3. Wykonanie oznaczenia:

Oznaczenie wykonano w aparacie bezpośredniego ścinania na trzech próbkach gruntu. Na każdej z nich
dokonano wstępnej konsolidacji. Następnie obciążono każdą z próbek, aby naprężenie podczas
kolejnych ścięć wyniosło:
25kPa, 50kPa, 100kPa, 200kPa.

4. Analiza makroskopowa/Wyniki dokonanego oznaczenia:

A.

Analiza makroskopowa:

-

grunt niespoisty,

-

wilgotny,

-

barwa brązowa,

-

piasek drobny.

B. Dane – wyniki odczytów po kolejnym obciążaniu próbek:

nr obciążenia

1

2

3

4

σ

kPa

25

50

100

200

Odczyt na
czujnika

mm 0,120 0,210 0,345 0,635

5. Opracowanie otrzymanych wyników:

Obliczenie pola poprzecznego próbki:
F

0

= 0,0599 x 0,0599 = 3,59 x 10

-3

Obliczenie największej wartości siły ścinającej dla każdej z próbek:
Skorzystano ze wzoru:

Q

i

= R

i

C

d

gdzie:
Q

i

– wartość siły ścinającej [kN]

R

i

– odczyt czujnika dynamometru [mm]

C

d

– stała dynamometru – 1kN/mm

Q

1

= 0,120mm x 1kN/mm = 0,120 kN

Q

2

= 0,210mm x 1kN/mm = 0,210 kN

Q

3

= 0,345mm x 1kN/mm = 0,345 kN

Q

4

= 0,635mm x 1kN/mm = 0,635 kN

Obliczenie wartości wytrzymałości gruntu na ścinanie:
Skorzystano ze wzoru:

τ

fi

=

0

F

Q

i

τ

f1

=

3

10

59

,

3

120

,

0

−

⋅

= 33,426 kPa

τ

f2

=

3

10

59

,

3

210

,

0

−

⋅

= 58,496 kPa

τ

f3

=

3

10

59

,

3

345

,

0

−

⋅

= 96,100 kPa

τ

f4

=

3

10

59

,

3

635

,

0

−

⋅

= 176,880 kPa

Wyznaczenie kąta tarcia wewnętrznego metodą analityczną:
Skorzystano ze wzoru:

Ф

s

=arctg

2

2

)

(

n

n

n

f

n

f

N

N

σ

σ

σ

τ

σ

τ

∑

−

∑

⋅

∑

⋅

∑

−

⋅

∑

⋅

Ф

s

= arctg

140625

53125

4

25

,

136868

45

,

48746

4

−

⋅

−

⋅

= 38,96

º

Wyznaczenie spójności gruntu metodą analityczną:

Skorzystano ze wzoru:

c

s

=

2

2

2

)

(

n

n

n

f

n

n

f

N

σ

σ

σ

τ

σ

σ

τ

∑

−

∑

⋅

⋅

∑

⋅

∑

−

∑

⋅

∑

c

s =

140625

53125

4

75

,

18279918

75

,

19385418

−

⋅

−

=

15,38

6. Wnioski:

1. W oznaczeniu zabrakło wyników obciążania nr5 przy

σ

=300kPa, co było wynikiem

przekroczenia wymaganego czasu na to ćwiczenie przez grupę dokonującą pomiarów.

2. Różnice wyników pochodzących z obu metod wynikają z mniejszej dokładności metody

graficznej (skutek błędu ludzkiego oka, niedokładności dokonania aproksymacji prostej, itp.).

3. Badany grunt ma kąt tarcia wewnętrznego :

- według metody analitycznej: Фs=38,96

º

- według metody graficznej: Фs=38

º

4. Spójność gruntu wynosi:

- według metody graficznej: c

s

= 15,38

- według metody graficznej: c

s

= 15

5. Po porównaniu otrzymanych wyników/ kształtu otrzymanego w metodzie graficznej wykresu

dokonano próby klasyfikacji badanego gruntu i winno się uznać badane próbki za grunt spoisty,
co kłóci się z dokonaną wcześniej analizą makroskopową. Rozbieżność ta może wynikać z
błędów pomiarów dokonywanych w trakcie badania, braku piątego punktu, który mógłby
zmienić przebieg linii aproksymującej.

7. Załączniki:

a. notatki z zajęć laboratoryjnych b. wykres metody graficznej dla tego oznaczenia.

XEROX

malfunction