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