BADANIA LABORATORYJNE 
GRUNTÓW
              BADANIE W APARACIE     
 

BEZPOŚREDNIEGO 

ŚCINANIA                

           Opracowane na podstawie normy:          

                      PKN-CEN 17892-10:2004

TERMINY I DEFINICJE ZASTOSOWANE 

W OPRACOWANIU

Badanie metodą bezpośredniego ścinania: badanie, podczas 

którego próbkę gruntu- w postaci pryzmy o podstawie kołowej, 
kwadratowej lub pierścienia poddaną obciążeniu normalnemu 
do płaszczyzny ścinania, podpartą poziomo na obwodzie-ścina 
się wzdłuż płaszczyzny poziomej

Badanie w aparacie skrzynkowym: Badanie metodą 

bezpośredniego ścinania ,w którym próbka jest umieszczona w 
sztywnej skrzynce(aparacie skrzynkowym), kwadratowej lub 
okrągłej i podzielonej poziomo na pół

Badanie metoda ścinania okrętnego: badanie metodą 

bezpośredniego ścinania, w którym pierścieniowa próbka 
poddawana jest ścinaniu okrętnemu przy naprężeniu pionowym

Kąt tarcia wewnętrznego [φ]: kąt  tarcia oznaczony z naprężeń 

efektywnych

Kohezja(spójność) [c’]: spójność oznaczona z naprężeń 

efektywnych

SPRZĘT: APARAT SKRZYNKOWY



Skrzynka aparatu powinna być kwadratowa lub kołowa i podzielona 

na połowy zapobiegające poziomym odkształceniom



Oprzyrządowanie powinno być takie, aby po uwolnieniu 

zabezpieczenia jedna połowa skrzynki przemieszczała się 

równolegle do drugiej



Pokrywa skrzynki powinna być nieco mniejsza niż wewnętrzne 

wymiary skrzynki  i odpowiednio sztywna oby równomiernie 

przenosiła obciążenie pionowe



Pokrywa obciążeniowa powinna być prowadzona przez łożysko, by 

zapobiec przechyleniu się podczas ścinania



Skrzynkę aparatu należy umieścić w pojemniku(karetka) tak aby 

była zanurzona w wodzie



Karetka powinna być oparta na łożysku o niskim tarciu 

dopuszczającym przemieszczenia poziome



Aby uzyskać jednorodny rozkład naprężeń oraz aby umożliwić 

swobodny drenaż wody przez próbkę na górnej i dolnej powierzchni 

próbki należy umieścić płytki z szorstkim porowatym filtrem o 
10-krotnie większej przepuszczalności niż próbka gruntu  

APARAT DO ŚCINANIA OKRĘTNEGO



Aparat powinien być skonstruowany tak, żeby 

występowały w nim jedynie siły ścinające



Pierścienie powinny być na tyle sztywne, aby 

zapobiegały promienistej deformacji próbki



Pierścienie pojemnika na próbkę powinny być 

połączone w kąpieli wodnej, umożliwiającej 

zanurzenie próbki w wodzie podczas badania



Do pierścienia dolnego i górnego mocuje się 

porowate płytki( kamienie filtracyjne) o takich 

samych właściwościach jak w aparacie 

skrzynkowym



Aparat ścinania okrętnego powinien zawierać 

urządzenie do zadawania naprężeń pionowych

SPOSÓB OBCIĄŻENIA PRÓBKI



Podczas ścinania należy utrzymywać stałe 
obciążenie normalne



Ścięcie powinno być osiągnięte przy stałym 
przemieszczeniu poziomym lub obrotowym



Gdy chcemy zbadać maksymalne naprężenie 
ścinające, ścinania można dokonać poprzez 
stałe zwiększanie obciążenia ścinającego



 Minimalne poziome przemieszczenie próbki 
powinno być równe około 20% długości lub 
średnicy próbki lub 30 mm przemieszczenie 
skrętne

POMIARY SIŁY I PRZEMIESZCZENIA 

SIŁA 

Siłę pionową należy zmierzyć z dokładnością 3% lub 

2,5N w zależności która wartość większa(jeżeli 
tarcie między dwiema połowami aparatury jest 
większe niż 3% siły ścinającej w momencie 
zniszczenia, należy dokonać odpowiedniej poprawki 
na siłę ścinającą)

Odczytu dokonujemy z zegara, stała stalowej obręczy 

podana jest na aparacie i wynosi np. 113,56kG/mm 
tak więc jeśli obręczy wygnie się o 0,05mm to 
zadziałaliśmy siłą 5,86kG

Przemieszczenia

Przemieszczenia poziome i pionowe należy zmierzyć z 

dokładnością odpowiednio 0,02 i 0,002mm

PRÓBKI

Typy próbek



Badanie należy przeprowadzać na próbce 

jednorodnej wyciętej z próby o nienaruszonej 

strukturze lub przygotowanej z materiału 

gruntowego możliwie najlepiej 

odzwierciedlającego warunki in situ



Należy przygotować trzy podobne próbki z gruntu 

spoistego o nienaruszonej strukturze



Grunty niespoiste powinny być odpowiednio duże, 

by można było uzyskać z nich trzy osobne próbki



Gdy wytrzymałość na ścinanie materiału 

niespoistego(gruboziarnistego) ma być oznaczona 

w funkcji wskaźnika porowatości e, należy 

wykonać przynajmniej 5 badań ze stałym 

prostopadłym naprężeniem σ’ oraz różnymi 

wstępnymi wskaźnikami porowatości ℮o 

WYMIARY PRÓBKI

Aparat skrzynkowy



W przypadku próbek kwadratowych szerokość 

próbki powinna wynosić 60mm, a w przypadku 

cylindrycznych średnica D 70mm



Minimalna wysokość próbki 10mm. Największy 

wymiar ziaren mniejszy niż 1/5H próbki 



H/a lub H/d nie powinien przekraczać 1/3

Aparat do ścinania okrętnego



Minimalna zewnętrzna średnica powinna wynosić 

Da=90mm



Minimalny stosunek średnicy wewnętrznej do 

zewnętrznej Di/Da=0,5



Stosunek wysokości(H=10mm) do szerokości 

pierścieniowej próbki powinien wynosić 
H/((Da-Di)/2)≤1

PRZYGOTOWANIE PRÓBKI



Podczas przygotowania próbki górna i dolna część 

aparatu skrzynkowego lub aparatu do ścinania 

okrętnego powinna być przymocowana, by uniknąć 

przemieszczeń tych dwóch części względem siebie. Aby 

zapobiec naprężeniom ścinającym na wewnętrznych 

powierzchniach i tarciu pomiędzy dwiema połowami 

aparatu skrzynkowego, należy zastosować cienką 

warstw smaru silikonowego lub żel ropopochodny na 

wewnętrzne powierzchnie aparatu skrzynkowego lub 

ramę oraz na powierzchnie kontaktu między dwiema 

połowami skrzynki lub ramy



Próbkę należy przyciąć i umieścić w aparacie 

skrzynkowym, tak aby zminimalizować jej naruszenie 

oraz uniemożliwić utratę lub przyrost wilgoci



Należy przygotować homogeniczną próbkę z materiału 

przebudowanego tak, aby jak najlepiej odzwierciedlić 

warunki in situ, czyli gęstość, wilgotność i strukturę 

gruntu



Próbkę należy zważyć z dokładnością do 0,01g

PROCEDURA BADANIA



Konsolidacja

-Naprężenia pionowe σ należy zadawać bez 

zakłóceń i tak szybko jak to możliwe  

-Stoper należy włączyć natychmiast po zadaniu 

obciążenia, a odkształcenia pionowe zanotować w 

takich odstępach czasu aby pozwoliły na 

sporządzenie wykresu odkształceń pionowych od 

pierwiastka kwadratowego czasu

-Odczyty należy kontynuować aż nanoszone na 

wykres odczyty wykażą, że wstępna konsolidacja 

zakończyła się. Dla suchych i nawodnionych 

piasków nie dokonujemy odczytów

-Wykres pierwiastka kwadratowego czasu należy 

stosować do rozciągnięcia w przybliżeniu liniowej 

części wykresu(która znajduje się zaraz po czasie 

zero do 50% wstępnej konsolidacji) ku dołowi

-Należy oznaczyć przecięcie się tej linii z prawie poziomą linia  
   przechodzącą przez  punkty końcowe krzywej konsolidacji 
wstępnej oraz odczytać wartość (√t100)na osi pierwiastka 
kwadratowego



Minimalny czas do zniszczenia, czyli do mobilizacji 
maksymalnej wytrzymałości na ścinanie przez 

próbkę tf, należy obliczyć ze wzoru:

 

t

f=12,7*

t

100



Maksymalny przyrost przemieszczenia przy ścinaniu 
należy obliczyć ze wzoru:

V

=

S

f

/t

f

V-maksymalny przyrost przemieszczenia przy ścinaniu
Sf- oszacowane poziome odkształcenie w chwili 

zniszczenia

t

f- czas do zniszczenia 

W przypadku gruntów nasyconych przyrost 

przemieszczenia nie powinien przekraczać tego 
oznaczonego według wzoru, dla gruntów 
nienasyconych nie powinien przekraczać 0,5mm/min



Ścinanie

-

Przed ścinaniem należy utworzyć prześwit miedzy 

połówkami aparatu, aby zapobiec tarciu(grunty 

drobnoziarniste 0,5mm, piaszczyste 1mm)

-

 Próbkę należy ścinać przy stałej prędkości 

poprzez przemieszczenie jednej połówki aparatu 

skrzynkowego lub pierścienia względem drugiej 

połowy

-

Podczas ścinania przemieszczenie, zmiana 

wysokości i siła ścinająca lub skrętna powinny być 

oznaczone tak, by możliwe było przynajmniej 20 

odczytów do momentu obciążenia 

maksymalnego.

-

Badanie należy zakończyć, gdy:
-widoczne jest przekroczenie odkształcenia przy 

obciążeniu szczytowym

lub

- gdy poziome przemieszczenie osiągnęło 20% 

średnicy lub szerokości próbki



Aby oznaczyć resztkową wytrzymałość na ścinanie 
τ stosuje się następujące kryteria:
-dla badania w aparacie skrzynkowym, kiedy po 
powtarzającym się odwróceniu kierunku ścinania, 
nie notuje się spadku wytrzymałości na ścinanie 
pomiędzy dwoma subiektywnymi etapami ścinania.
-dla badania w aparacie do ścinania okrętnego, 
poruszający się  okrągły pierścień jest przekręcany 
stale do momentu gdy nie obserwuje się spadku 
wytrzymałości na ścinanie. Przyrost 
przemieszczenia można zwiększyć trzykrotnie po 
osiągnięciu maksymalnego ścinającego. 



Próbkę należy przenieść z aparatu skrzynkowego 
na małą tace, tak aby nie utracić gruntu



Próbkę należy zważyć i wysuszyć. Wilgotność 
końcową wyznaczyć zgodnie z CEN ISO/TS 17892-1

WYNIKI BADANIA



Wilgotność



Wilgotność początkową należy obliczyć 
zgodnie z CEN ISO/TS 17892-1 z początkowej 
masy próbki 

mo[g] 

i z końcowej masy 

szkieletu gruntowego 

md[g]



Początkowa gęstość szkieletu gruntowego 



 

 ρ=md/A*Ho



A-Pole próbki



Ho-początkowa wysokość próbki



Początkowa gęstość objętościowa  [ρ]

ρ=m/A*Ho



Początkowy wskaźnik porowatości [℮o]

℮o=ρs/ρd-1



Początkowy wskaźnik nasycenia (jeśli 
wymagany)

Sro=(wo*ρs)/(℮o*ρd)



Wskaźnik porowatości podczas badania 
Wskaźnik porowatości ℮ należy obliczyć pod 
koniec konsolidacji i na końcu ścinania (jeśli 
wymagany)

℮=℮o-(∆H/Ho)(1+℮o)



Naprężenia ścinające 
Dla każdego zbioru danych uzyskanego 
podczas ścinania , naprężenia ścinające na 
powierzchni ścinania τ można obliczyć ze 
wzoru

τ=P/A

P- siła ścinająca pozioma 
A- początkowe pole próbki



Kumulacyjna deformacja pionowa
Kumulacyjna deformacja pionowa powinna 
być obliczona dla każdego zbioru odczytów w 
odniesieniu do danych odpowiadających 
pierwotnej wysokości próbki

SPORZĄDZANIE WYKRESÓW



Dla każdej próbki przy pojedynczym badaniu 
należy sporządzić następujące wykresy:



Wykres zależności τ na osi rzędnych od 
przemieszczenia poziomego na osi odciętych



Wykres zmiany wysokości na osi rzędnych 
względem przemieszczenia poziomego na osi 
odciętych 



Dla każdego badania ścinania,  wykres 
maksymalnego naprężenia ścinającego τf na osi 
rzędnych względem odpowiadającego 
naprężenia konsolidacji  σ, oba w takiej samej 
skali liniowej



Aby oznaczyć kat tarcia φ’ w funkcji wskaźnika 

porowatości, należy sporządzić wykres zależności 

wytrzymałości  na ścinanie względem  początkowego 

wskaźnika porowatości  dla badań przeprowadzonych 

przy różnych początkowych wskaźnikach porowatości, 

ale przy tych samych naprężeniach konsolidacji.

SPRAWOZDANIE  Z BADANIA 

Sprawozdanie z badania powinno potwierdzać, że badanie 

przeprowadzono zgodnie z normą CEN ISO/TS 17892-10:2004 

oraz:



dane identyfikacyjne próby poddanej badaniu



lokalizację i orientacje badanej próbki w próbie oryginału



Metodykę przygotowania próbki



Użytą metodę



Początkowe wymiary próbki



Początkową wilgotność, gęstość objętościową i gęstość właściwą 

szkieletu gruntowego 



Początkową porowatość i stopień nasycenia 



Tabelaryczne dane dla każdej próbki o zadanym naprężeniu, 

maksymalnym naprężeniu ścinającym i odpowiadającym mu 

przemieszczeniu poziomemu



Tempo przemieszczania poziomego



Wykresy graficzne



Kąt tarci φ’(resztkowy kąt tarcia φr’ gdy oznaczony) oraz 

spójność  c’

PODSUMOWUJĄC

OPERAT DO BADANIA

Nr 

obciążenia

σ

[kPa]

τ

f

 

[kPa]

Odczyt z 

czujnika

Dynamom

etru

[mm]

Siła Q*

[kN]

Bok 

[m]

Przesunięc
ie skrzynki 

r

[m]

Pole 

powierzch

ni F [m

2

]

Wartość

Tf

 

[kPa]

*cechowanie odczytu na czujniku: 

1mm=58kG=58x9,81N=568,98N=568kN

Wyniki badań w aparacie skrzynkowym próbki pobranej w terenie:

Przykład 

Nr 

obciążenia

σ

[kPa]

τ

f

 

[kPa]

Odczyt z 

czujnika

Dynamom

etru

[mm]

Siła Q*

[kN]

Bok a

[m]

Pole 

powierzch

ni F [m

2

]

Wartość

τ

f

 

[kPa]

1

100

0.05

0.64

0.08

0.0064

81

2

150

0.07

0.96

0.08

0.0064

109

3

200

0.09

1.28

0.08

0.0064

145

4

250

0.11

1.60

0.08

0.0064

173

          5

        300

         0.13         1.92

               
0.08

             
0.0064

         201