Badanie edometryczne gruntu (ćw. 9)
Wiadomości wstępne:
Ściśliwość gruntu – zjawisko, gdy grunt ulega ściśnięciu na skutek wzrostu (lub
spadku) naprężenia efektywnego w związku z rozproszeniem nadwyżki ciśnienia
wody w porach przy stałym naprężeniu, któremu towarzyszy odprowadzanie wody z
porów.
Zjawisko ściśliwości bada się w aparacie zwanym edometrem którego schemat
jest przedstawiony poniżej (rys.1).
Badanie ściśliwości w edometrze polega na stopniowym obciążaniu próbki gruntu
w warunkach uniemożliwiających jej boczną rozszerzalność. Obciążony grunt
odkształca się tylko w kierunku działania siły. Założenie jest zgodne w przybliżeniu z
rzeczywistymi warunkami, w jakich znajduje się grunt w podłożu pod dużym
fundamentem, gdzie jego boczna rozszerzalność jest również znacznie ograniczona
sąsiednimi elementami gruntu.
1. Badany grunt
2. Pierścień edometru
3. Płytki porowate
4. Pokrywa obciążeniowa
Rys.1. Schemat ogólny typowego edometru
Sprzęt niezbędny do wykonania badania:
- waga o dokładności do 0,01 [g]
- przyrządy miernicze (linijka, suwmiarka)
- metalowy pierścień
- pierścień tnący
- nóż, nożyczki
- edometr
- parowniczka
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (
http://www.novapdf.com
)
Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego:
1. Zależy zacząć od zwarzenia pustego pierścienia edometru – m
t
[g],
zmierzenia jego wysokości h [cm] oraz średnicę wewnętrzną d [cm];
dodatkowo z papieru należy wyciąć dwa filtry o średnicy wewnętrznej
pierścienia.
2. Próbkę gruntu o nienaruszonej strukturze umieścić pierścieniu edometru
przy pomocy pierścienia tnącego; pozostałe z wycinania skrawki gruntu
użyć do oznaczenia początkowej wilgotności.
3. Zważyć pustą parowniczkę m
t(p)
[g], nałożyć skrawki gruntu i ponownie
zważyć parowniczkę z gruntem m
mt(p)
[g]. Tak przygotowaną próbkę
wysuszyć i zważyć m
st(p)
[g].
4. Napełniony pierścień oczyścić z zewnątrz, wyrównać grunt równo z
krawędziami pierścienia; zważyć pierścień z gruntem - m
mt
[g].
5. Pierścień z próbką umieścić na podstawie edometru, nałożyć pokrywę
obciążeniową.
6. Na brzegach pokrywy ustawić czujniki edometru i odczytać ich wskazania
(wysokość początkowa próbki H
o
[mm]).
7. Przyłożyć obciążenie przenoszone poprzez ramkę (pierwszy stopień
obciążenia 12.5 [kPa]).
8. Notować
wskazania
czujników
po
upływie
założonego
czasu
(np. 1, 2, 3, 5 [min]).
9. Po wykonaniu odczytów pkt.8 powtórzyć dla kolejnych obciążeń (25, 50,
100, 200, 400 [kPa]).
10. Po wykonaniu ostatniego stopnia obciążenia próbkę stopniowo odciążać
(czyli: 400, 200, 100, 50, 25, 12.5 [kPa]), w przewidzianych odstępach
czasowych ( jeden odczyt po 2 [min]).
11. W celu określenia ściśliwości wtórnej gruntu po odciążeniu próbkę obciąża
się ponownie kolejnymi stopniami wg pkt 9 jeden odczyt po 2 [min].
Niezbędne wzory:
Gęstość objętościową szkieletu gruntowego ρ
d
wyznaczamy ze wzoru:
=
∙
+
[
]
gdzie:
ρ – gęstość objętościowa gruntu [g/cm
3
]
w – wilgotność [%]
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (
http://www.novapdf.com
)
Początkową gęstość objętościową ρ wyznaczamy ze wzoru:
=
−
[
]
gdzie:
m
mt
– masa pierścienia z gruntem wilgotnym [g]
m
t
– masa pierścienia [g]
V – objętość próbki w pierścieniu [cm
3
]
Wskaźnik porowatości początkowej e
0
wyznaczamy ze wzoru:
=
− [−]
gdzie:
ρ
d
– gęstość szkieletu gruntowego [g/cm
3
]
ρ
s
– gęstość właściwa [g/cm
3
]
Równoważnik początkowy cząstek stałych H
s
wyznaczamy ze wzoru:
=
+
[
]
gdzie:
H
o
– pierwotna wysokość próbki (równa wysokości pierścienia [mm]
e
o
– wskaźnik porowatości początkowej [-]
Wskaźnik porowatości e
f
wyznaczamy ze wzoru:
=
−
[−]
gdzie:
H
s
– równoważnik początkowy cząstek stałych [mm]
H
5min
– wysokość próbki na końcu przyrostu obciążenia [mm]
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (
http://www.novapdf.com
)
Edometryczny moduł ściśliwości E
oed
wyznaczamy ze wzoru:
=
∆
∆
[
]
gdzie:
Δσ’
v
– różnica naprężeń po i prze zmianą obciążenia [kPa]
Δε
v
– różnica wysokości próbki po i przed zmianą naprężenia [-]
Różnicę naprężeń Δσ’
v
wyznaczamy ze wzoru:
∆
=
−
[
]
gdzie:
σ’
v2
– naprężenie po zmianie naprężenia [kPa]
σ’
v1
– naprężenie przed zmianą naprężenia [kPa]
Różnicę wysokości Δε
v
wyznaczamy ze wzoru:
∆
=
−
[−]
gdzie:
H
1min
– wysokość próbki na początku przyrostu naprężeń [mm]
H
5min
– wysokość próbki na końcu przyrostu naprężeń [mm]
Wysokość próbki H
i
wyznaczamy ze wzoru:
=
− (
ś
−
ś
) [
]
gdzie:
C
śro
– średnia wartość z dwóch odczytów czujnika dla wysokości początkowej [mm]
C
śri
– średnia wartość z dwóch odczytów czujnika dla kolejnych wysokości [mm]
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (
http://www.novapdf.com
)
Współczynnik ściśliwości objętościowej m
v
wyznaczamy ze wzoru:
=
−
∙
−
[
]
Odkształcenia pionowe ε
v
wyznaczamy ze wzoru:
=
−
∙
% [%]
Sporządzić wykres zależności wskaźnika porowatości e
f
od naprężenia σ’
v
(rys.2).
Rys.2. Wykres zależności naprężenia od wskaźnika porowatości.
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (
http://www.novapdf.com
)
Sporządzić wykres krzywej ściśliwości gruntu (rys.3), zależność zmian wysokości
próbki gruntu (H) od obciążenia (σ’
v
).
Rys.3. Wykres zależności naprężenia od wysokości próbki.
Sporządzić wykres krzywych konsolidacji dla wszystkich przedziałów obciążeń
(rys.4), zależność zmian wysokości próbki gruntu (H) od czasu trwania obciążeń (t).
Rys.4. Wykres krzywych konsolidacji, zależność wysokości próbki od czasu trwania obciążenia.
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (
http://www.novapdf.com
)
Sporządzić wykres zależności naprężenie (σ’
v
) – odkształcenie (ε
v
) w skali
półlogarytmicznej
(rys.5).
Na
podstawie
wykresu
wyznaczyć
naprężenie
prekonsolidacyjne σ’
p
[kPa]
Rys.5. Zależność naprężenie (w skali logarytmicznej) – odkształcenie (w skali liniowej).
A,B,C – krzywa ściśliwości pierwotnej
C,D – krzywa odprężenia
D,E,C’ – krzywa ściśliwości wtórnej
C’,F – krzywa ściśliwości pierwotnej c.d.
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (
http://www.novapdf.com
)
Formularz do ćwiczenia nr. 9
Rok; grupa; termin zajęć; data;
…………………………………………………………………………………………………..
Skład zespołu:
1…………………………..
2…………………………..
3…………………………..
4…………………………..
Dane:
m
t
=……….. m
mt
=………… m
t(p)
=…………. m
mt(p)
=………..
m
st(p)
=………… ρ
s
=…………. h=H
o
………… d=………….
Przykładowe obliczenia dla naprężenia 200 [kPa] w czasie 5 [min]:
H
=
………..
V=………….
m=………….
w=………...
ρ =………….
ρ
d
=…………
e
o
=………….
H
s
=………….
e
f
=………….
Δσ’
v=
………..
Δε’
v
=………….
E
oed
=………….
m
v
=………...
ε
v
=………….
Podpis prowadzącego
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (
http://www.novapdf.com
)
Tabela odczytu wartości z czujników i wysokości próbki:
Podpis prowadzącego
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (
http://www.novapdf.com
)
Przykładowa tabela wyników końcowych:
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (
http://www.novapdf.com
)