ĆWICZENIE nr 4

Badanie wytrzymałości gruntu na ścinanie

Wytrzymałością gruntu na ścinanie

τ

f

– nazywamy opór, jaki stawia grunt

naprężeniom ścinającym, po pokonaniu, którego następuje zniszczenie struktury gruntu.
Wytrzymałość na ścinanie jest funkcją naprężenia normalnego

σ oraz parametrów

wytrzymałościowych gruntu, czyli:

c

tgφ

σ

τ

f

+

⋅

=

gdzie:

ϕ – kąt tarcia wewnętrznego

c – spójność gruntu

Parametry wytrzymałościowe gruntu c i

ϕ wyznacza się najczęściej na podstawie

badań wykonywanych w aparacie bezpośredniego ścinania lub w aparacie trójosiowego
ściskania.

ĆWICZENIE nr 4a

Badanie wytrzymałości gruntu w aparacie bezpośredniego ścinania

(skrzynkowym)

Badanie to polega na pomiarze wartości naprężenia ścinającego

τ przy różnych

wartościach naprężenia normalnego

σ.

Przyrządy:

- aparat bezpośredniego ścinania,
- suwmiarka.

Przebieg badania:

Za pomocą suwmiarki określamy wymiary skrzynki, w celu wyznaczenia pola przekroju
poziomego F.

PDF created with pdfFactory trial version

www.pdffactory.com

Do dolnej części skrzynki wkładamy płytkę oporową a na niej umieszczamy bibułę

filtracyjną. Następnie nakładamy górną część skrzynki mocując ją dwiema śrubami
montażowymi.

Grunt przeznaczony do badania wkładamy do skrzynki lekko ubijając do poziomu

około 1 cm poniżej górnej krawędzi skrzynki. Na powierzchni gruntu kładziemy bibułę
filtracyjną a następnie płytkę oporową wraz z tłokiem.

Skrzynkę z gruntem umieszczamy w aparacie, przykładając poprzez wieszak

obciążenie wywołujące średnie naprężenie normalne:

kPa

100

σ

=

(

≈

1,0 kg/cm

2

)

Po dwóch minutach uruchamiamy aparat i obserwujemy odkształcenie dynamometru

mierzącego siłę ścinającą. Za moment ścięcia przyjmujemy maksymalne odkształcenie
dynamometru

ε

d

wskazane przez czujnik zegarowy. Po wyłączeniu aparatu zdejmujemy

obciążenie pionowe a górną część skrzynki cofamy do położenia pierwotnego. Badanie
powtarzamy przy kolejnych wartościach naprężenia pionowego

σ = 50, 100, 150 i 200 kPa

odczekując zawsze 2 minuty od chwili przyłożenia obciążenia pionowego.

Obliczanie wyników:

Dla każdego badania określamy wartość naprężenia normalnego

σ oraz naprężenia

ścinającego

τ

f

. Uzyskane wartości nanosimy na wykres

τ – σ w postaci punktów. Przez

punkty odpowiadające poszczególnym badaniom przeprowadzamy linię prostą stanowiącą
obwiednię wytrzymałości na ścinanie, jak to pokazano na rysunku.

Z położenia linii odczytujemy spójność c i kąt tarcia wewnętrznego

ϕ.

50

100

200

300

400

0

σ

[kPa]

τ

[kPa]

50

100

150

c

u

ϕ

PDF created with pdfFactory trial version

www.pdffactory.com

ĆWICZENIE nr 4b

Badanie wytrzymałości gruntu w aparacie trójosiowego ściskania

Badanie to polega na pomiarze wartości największego naprężenia głównego

σ

1

przy

różnych wartościach najmniejszego naprężenia głównego

σ

3

.

Przyrządy:

- aparat trójosiowego ściskania
- suwmiarka

Przebieg badania:

W celu określenia średnicy próbki D

p

dokonujemy pomiaru wewnętrznej średnicy

foremki. Mierzymy również średnicę tłoku D

t

, przekazującego pionowe obciążenie na próbkę.

Na podstawę nakładamy krążek bibuły filtracyjnej a następnie zakładamy osłonę gumową,
uszczelniając ją pierścieniami gumowymi. Po nałożeniu foremki i obciągnięciu osłony
gumowej formujemy próbkę układając partiami grunt i lekko go ubijając. Na gruncie
umieszczamy krążek bibuły filtracyjnej a następnie górny tłoczek, na którym uszczelniamy
osłonę gumową. Zdejmujemy foremkę i nakładamy komorę przekręcając ją do podstawy.
Komorę wypełniamy wodą a po odpowietrzeniu ustalamy ciśnienie w komorze na poziomie

σ

3

= 100 kPa (

≈

1,0 kg/cm

2

). Uruchamiając silnik powodujemy wzrost obciążenia pionowego,

które określamy na podstawie odkształcenia dynamometru pierścieniowego. Ścinanie
prowadzimy do chwili ustabilizowania się odkształcenia czujnika dynamometrycznego

ε

d

.

Badanie takie powtarzamy przy kolejnych wartościach ciśnienia w komorze

σ

3

= 150, 200,

250 i 300 kPa.

Obliczanie wyników:

Dla każdej wartości ciśnienia w komorze

σ

3

obliczamy naprężenie

σ

1

ze wzoru:

(

)

p

3

t

p

d

1

F

σ

F

F

ε

k

σ

⋅

−

+

⋅

=

gdzie: k – stała dynamometru; [kN/mm]

ε

d

– odkształcenie dynamometru w chwili ścięcia; [mm]

F

p

– pole przekroju próbki; [cm

2

]

F

t

– pole przekroju tłoka; [cm

2

]

PDF created with pdfFactory trial version

www.pdffactory.com

Dla każdej pary wartości

σ

1

i

σ

3

wykreślamy koło naprężeń Mohra, jak to pokazano na

rysunku. Linia prosta, styczna do kół Mohra stanowi obwiednię wytrzymałości na ścinanie, na
podstawie której określamy kąt tarcia wewnętrznego

ϕ i spójność gruntu c.

c

u

0

σ

[kPa]

τ

[kPa]

ϕ

σ

3

σ

1

PDF created with pdfFactory trial version

www.pdffactory.com