LAB4 DOC

PODSTAWY TEORETYCZNE

Ściśliwość gruntów

Ściśliwość - zdolność gruntu do zmniejszania swojej objętości pod wpływem obciążenia.

Przyczyny ściśliwości gruntów:

usunięcie z gruntu wody wolnej i kapilarnej

przesunięcie cząstek gruntu (bardziej stateczne położenie)

usunięcie z gruntów pęcherzyków powietrza

zgniecenie niektórych ziarn gruntu

sprężyste odkształcenie powłoki wody błonkowej

sprężyste odkształcenie cząstek gruntu

sprężyste zmniejszenie się objętości powietrza zamkniętego w porach gruntu

W wyniku obciążenia gruntu powstają odkształcenia trwałe nieodwracalne i sprężyste odwracalne. Całkowite odkształcenie gruntu jest sumą odkształceń od obciążenia trwałego i sprężystego. W wyniku obciążania gruntu zachodzą w nim zjawiska wypunktowane powyżej a objętość gruntu się pomniejsza. Po zdjęciu obciążenia następuje odprężenie,(nastąpi przyrost objętości) jednakże grunt nie wróci do swojego pierwotnego stanu, gdyż z gruntu została usunięta część powietrza i wody oraz nastąpiło częściowe przesunięcie i zgniecenie niektórych ziarn. Procesom tym towarzyszy zagęszczenie gruntu (zmniejszenie porowatości i wskaźnika porowatości).

Krzywa ściśliwości - linia przedstawiająca zależność pomiędzy obciążeniem (ciśnieniem) a odkształceniem (zmianą objętości) gruntu. Do wyznaczania krzywych ściśliwości służy edometr.

Rozróżniamy krzywe :

ściśliwości pierwotnej

próbkę gruntu umieszcza się w edometrze i stopniowo obciąża, mierząc każdorazowo jej wysokość

odprężenia

stopniowo zmniejsza się obciążenie, mierząc każdorazowo jej wysokość

ściśliwości wtórnej

ponownie zwiększa się obciążenie i mierzy wysokość próbki

Wyznaczanie parametrów ściśliwości gruntów

Moduł ściśliwości( pierwotnej i wtórnej)

Moduł ten określa się laboratoryjnie przy użyciu edometru. Do badania używa się próbek NNS (naturalnej wilgotności i nienaruszonej strukturze). Badanie ściśliwości przy użyciu edometru sprowadza się do stopniowego obciążania próbki gruntu umieszczonej w pierścieniu edometru i zapisywaniu zmian jej wysokości. Wielkości odczytywane są bezpośrednio z edometru. Dokładny przebieg pomiarów oraz warunki techniczne aparatu podaje PN75/B4481.

Po wykonaniu badania w edometrze należy oznaczyć wilgotność, gęstość objętościową i gęstość szkieletu gruntowego próbki.

Uzyskane w badaniu wyniki służą do wykonania krzywych ściśliwości (wykres o współrzędnych prostokątnych, w którym oś odciętych obrazuje naprężenia a oś rzędnych wysokości próbki).

Edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej

Jest to moduł ściśliwości wyznaczony w edometrze i definiowany jest jako stosunek przyrosty naprężenia normalnego do przyrostu całkowitego odkształcenia względnego (mierzonego w kierunku działania naprężeń )

Korzystając z uzyskanych wartości pomiarów ściśliwości gruntu wykonanych w edometrze, edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej (M0i) określa się ze wzoru:

w którym : i - przyrost naprężenia w Pa

hi - wysokość próbki przed zwiększeniem naprężenia

hi - zmniejszenie wysokości próbki na skutek zwiększenia naprężenia o i

i - odkształcenie jednostkowe próbki

= (hi - hi+1)/hi = hi / hi

- współczynnik poprawkowy

Edometryczny moduł ściśliwości wtórnej

Określa się tak samo jak pierwotnej przy czym wartości do wzoru podstawia się z krzywej ściśliwości wtórnej.

Współczynnik ściśliwości ( a )

Definiuje się go jako stosunek przyrostu wskaźnika porowatości do przyrostu naprężeń, które spowodowały ten przyrost.

Znak (-) oznacza że przyrostowi naprężeń odpowiada zmniejszenie wskaźnika porowatości.

Praktyka wykazała, że dla małego przyrosty naprężeń (100 - 400 kPa) współczynnik ściśliwości można obliczyć ze wzoru:

Dla danego gruntu wartość współczynnika ściśliwości jest zmienna i zależy od naprężeń.

Znając współczynnik ściśliwości można obliczyć edometryczny moduł ściśliwości gruntu:

Wielkości we wzorze podobnie jak poprzednio.

Zależność pomiędzy współczynnikiem ściśliwości a wysokością próbki określa wzór:

Wodoprzepuszczalność

Wodoprzepuszczalność - zdolność gruntów do przepuszczania wody pod ciśnieniem.

Woda pod ciśnieniem ma możliwość przepływu dzięki sieci kanalików utworzonych z porów gruntu. Objętość przepływającej przez grunt wody jest wprost proporcjonalna do współczynnika filtracji, powierzchni przekroju przepływu, ciśnienia wody i czasu trwania ruchu wody, a odwrotnie proporcjonalna do grubości gruntu (drogi).

Objętość wody przepływającej przez grunt (cm3) opisuje wzór Darcy'ego:

gdzie: k - współczynnik filtracji (cm/s)

T - czas przepływu (s)

A - powierzchnia przekroju próbki prostopadła do kierunku przepływu (cm2)

H - wysokość słupa wody (różnica poziomów) (cm)

h - długość drogi filtracji (cm)

H/h - gradient hydrauliczny

Wodoprzepuszczalność danego gruntu charakteryzuje współczynnik filtracji.

Współczynnik filtracji zależy od:

uziarnienia

wielkości porów (zagęszczenia)

temperatury wody (lepkości)

składu mineralnego gruntu

i wyznacza się go przede wszystkim dla gruntów sypkich (aby ocenić ich przydatność na podsypkę pod nawierzchnie dróg lub jako sączki odwadniające itp.), laboratoryjnie lub w badaniach polowych (próbne pompowanie).

Wyznaczanie współczynnika filtracji

Do oznaczenia tego współczynnika potrzebna jest następująca aparatura:

aparat do filtracji

suszarka

odpowietrzacz wody

waga

termometr

stoper

Grunty niespoiste o nienaruszonej strukturze

Kolejność wykonywania czynności:

wcześniejsze oznaczenie gęstości właściwej, gęstości objętościowej w stanie naturalnym oraz wilgotności oraz obliczenie porowatości i wskaźnika porowatości naturalnej.

pomiar geometrii i wagi pierścienia oraz obliczenie jego objętości

wyznaczenie gęstości objętościowej gruntu o naturalnej strukturze i wilgotności

dokładnie wyrównać powierzchnię próbki (nożem) zważyć ją i wysuszyć

wmontować pierścień do aparatu i poddać grunt obciążeniu roboczemu

do filtracji należy używać wody przegotowanej lub odpowietrzonej

dopływ wody powinien być powolny tak aby wyprzeć powietrze z gruntu

ustala się kierunek filtracji od dołu i po ustabilizowaniu się gradientu hydraulicznego przystępuje się do właściwego pomiaru filtracji

do wylewu podstawia się menzurkę i mierzy czas jej napełnienia (lub części)

pomiar wykonuje się pięciokrotnie , następnie zmienia bieg filtracji na od góry i powtarza czynności

dla każdej serii badań mierzy się temperaturę

Po wykonaniu pomiarów współczynnik filtracji oblicza się ze wzoru:

a następnie redukuje do temperatury 10 stopni Celsjusza

w którym t oznacza temperaturę pomiaru

Grunty sypkie o naruszonej strukturze i grunty spoiste

Sposób oznaczenia współczynnika filtracji dla tych gruntów niczym nie odbiega od opisanego powyżej. Różnice zachodzą głównie w sposobie interpretacji wyników oraz przygotowania próbek. Dodatkowo w przypadku gruntów spoistych należy użyć specjalnego aparatu do filtracji ze względu na większy gradient hydrauliczny.

Współczynnik filtracji a uziarnienie i porowatość

Istnieje również możliwość wyznaczenia współczynnika filtracji gruntów sypkich ze wzorów empirycznych (mając dane uziarnienie i porowatość).

Wzór Hazena

k10 = 1,16 d210

Wzór Seelhaima

k10 = 0,357 d250

Określenie w ten sposób wskaźnika filtracji jest korzystne wówczas gdy wystarczy znać jego orientacyjną wartość.

PRZEBIEG ĆWICZENIA

Na zajęciach laboratoryjnych wykonaliśmy następujące ćwiczenia:

konsolidację próbki gruntu

próbę pęcznienia próbki gruntu

badanie filtracji gruntu

dodatkowo dostaliśmy wyniki badania ściśliwości próbki

Wyniki pomiarów (oraz wykresy i obliczenia) zamieszczone zostały umieszczone w tabelach na kolejnych stronach.

Badanie konsolidacji gruntu.

Tabela pomiarowa:

siła obciążająca	czas	odczyt [mm]
88,6 [kPa] (30 kg)	0''	0,000
	6''	brak
	15''	0,390
	30''	0,405
	1'	0,420
	2'	0,440
	3'	0,452
	4'	0,462
	5'	0,470
	10'	0,502
	15'	0,530
	20'	0,550

Wykres konsolidacji w skali logarytmicznej:

0x01 graphic

Skala podłużna log 10 1 = 4 cm , skala poprzeczna 55m = 1 cm

Badanie pęcznienia gruntu.