KATEDRA GEOTECHNIKI, GEOLOGII I BUDOWNICTWA MORSKIEGO 8. Badanie kÄ…ta tarcia wewnÄ™trznego i spójnoÅ›ci metodÄ… bezpoÅ›redniego Å›cinania Badanie parametrów wytrzymaÅ‚oÅ›ciowych gruntu metodÄ… bezpoÅ›redniego Å›cinania polega na pomiarze wartoÅ›ci siÅ‚ potrzebnych do przesuniÄ™cia jednej części próbki gruntu wzglÄ™dem drugiej przy różnych poziomach naprężenia normalnego do powierzchni Å›cinania. PróbkÄ™ umieszcza siÄ™ w ramce aparatu skrzynkowego i poddaje naprężeniu normalnemu Ãn. Po osiÄ…gniÄ™ciu wstÄ™pnej konsolidacji lub bez konsolidacji uruchamia siÄ™ mechanizm przesuwu ramek wzglÄ™dem siebie ze staÅ‚Ä… prÄ™dkoÅ›ciÄ… odksztaÅ‚cenia. W trakcie przesuwania ramek mierzy siÄ™ wartość siÅ‚y Å›cinajÄ…cej i przemieszczenia poziomego. Na podstawie wyników kilku badaÅ„ (co najmniej trzech) możemy wyznaczyć prostÄ… Coulomba, którÄ… opisuje wzór (1). Ä = à Å" tgĆ + c (1) f Gdzie: Äf wytrzymaÅ‚ość gruntu na Å›cinanie [kPa], à naprężenie normalne w gruncie [kPa], Ć kÄ…t tarcia wewnÄ™trznego gruntu [°], c spójność gruntu [kPa]. Rys.8.1. Prosta Coulomba Na podstawie badania w aparacie skrzynkowym można wyznaczyć nastÄ™pujÄ…ce parametry wytrzymaÅ‚oÅ›ciowe: Powolne Å›cinanie próbek skonsolidowanych a) - wÅ‚aÅ›ciwy kÄ…t tarcia wewnÄ™trznego [°], Ćs i z odpÅ‚ywem wody z próbki b) c - spójność wÅ‚aÅ›ciwa [kPa], s c) Ćus - kÄ…t tarcia wewnÄ™trznego bez drenażu Szybkie Å›cinanie próbek bez wstÄ™pnej i konsolidacji, konsolidacji d) cus - spójność bez drenażu i konsolidacji, Wybór metody badania należy dobrać odpowiednio do warunków, które bÄ™dÄ… panowaÅ‚y w gruncie pod budowlÄ…. Indeks s oznacza, że parametry sÄ… okreÅ›lone w aparacie skrzynkowym. 8.1 SprzÄ™t do badania a) Aparat skrzynkowy: 1a dolna ramka, 1b podstawa skrzynki, 2 górna ramka, 3 badana próbka, 4 filtr dolny, 5 pÅ‚ytka oporowa, 6 pÅ‚ytka przekazujÄ…ca obciążenie normalne, 7 Å›ruby Å‚Ä…czÄ…ce obie ramki (wykrÄ™cane przed Å›cinaniem), 8 Å›ruby do regulacji odstÄ™pu miÄ™dzy ramkami, Rys. 8.2. Schemat aparatu skrzynkowego. b) System przykÅ‚adania obciążenia: - obciążenie prostopadÅ‚e powinno być staÅ‚e podczas Å›cinania, - Å›cinanie musi być osiÄ…gniÄ™te przez staÅ‚e poziome przemieszczanie ramek wzglÄ™dem siebie, - w aparacie skrzynkowym powinno być możliwe osiÄ…gniÄ™cie przemieszczenia poziomego o wartoÅ›ci 25% dÅ‚ugoÅ›ci próbki. 8.2 Przygotowanie gruntu do badaÅ„ 8.2.1 Badanie należy przeprowadzić na próbce NNS lub przygotowanej w sposób odzwierciedlajÄ…cy najlepiej jak to możliwe warunki in situ. 8.2.2 Należy przygotować minimum trzy próbki do badaÅ„ dla różnych stopni obciążenia normalnego. 8.2.3 DÅ‚ugość boku kwadratowej próbki powinna wynosić 60 mm natomiast wysokość nie powinna być mniejsza niż 10 mm. NajwiÄ™kszy rozmiar ziaren w próbce nie powinien przekraczać 1/5 wysokoÅ›ci próbki. 8.3 Wykonanie badania 8.3.1 PróbkÄ™ należy umieÅ›cić w aparacie bezpoÅ›redniego Å›cinania. 8.3.2 W zależnoÅ›ci od programu badaÅ„ możemy poddać próbkÄ™ wstÄ™pnej konsolidacji. W tym celu zadajemy naprężenie konsolidacji, które jest równe naprężeniu pionowemu Ãn. Po ustabilizowaniu siÄ™ osiadaÅ„ możemy przejść do Å›cinania próbki. 8.3.3 Przed Å›cinaniem ramkÄ™ górnÄ… nad dolnÄ… należy unieść o 0,5 mm dla gruntów drobnoziarnistych lub 1 mm dla gruntów piaszczystych. 8.3.4 PróbkÄ™ należy Å›cinać przy staÅ‚ej prÄ™dkoÅ›ci przemieszczania siÄ™ ramki wzglÄ™dem skrzynki. 8.3.5 Podczas Å›cinania należy dokonać przynajmniej 20 odczytów przemieszczenia poziomego i pionowego próbki oraz siÅ‚y Å›cinajÄ…cej. 8.3.6 Można uznać, że próbka ulegÅ‚a Å›ciÄ™ciu gdy: - w trzech kolejnych odczytach siÅ‚a Å›cinajÄ…ca jest taka sama bÄ…dz maleje, - poziome odksztaÅ‚cenie osiÄ…gnęło 20% wymiaru poziomego próbki, 8.3.7 Po wykonaniu Å›cinania próbkÄ™ należy zważyć i oznaczyć jej wilgotność. 8.4 Wyniki badaÅ„ Maksymalne naprężenie Å›cinajÄ…ce na powierzchni Å›cinania Äf należy obliczyć ze wzoru (2). Q Ä = [kPa] (2) f A gdzie: Q najwiÄ™ksza wartość poziomej siÅ‚y Å›cinajÄ…cej [N], A pierwotne pole przekroju poziomego próbki [cm2], W celu okreÅ›lenia parametrów wytrzymaÅ‚oÅ›ciowych Ć i c należy nanieść wyniki badania na wykres zależnoÅ›ci naprężenia Å›cinajÄ…cego Äf od naprężenia normalnego Ãn. Punkty aproksymujemy do funkcji liniowej. Parametry Ć i c odczytujemy z wykresu w sposób przedstawiony na rysunku 8.1. Parametry te można oszacować również w sposób analityczny, stosujÄ…c metodÄ™ najmniejszych kwadratów: N N N N N N N N Ãi - )2 - Ä "Ä fi "à i"Ä fi "(à i "Ä fi "à i"à i fi i=1 i=1 i=1 i=1 i=1 i=1 i=1 Ćs = arctg ; cs = (3, 4) N N N N N )2 - ( )2 N )2 - ( )2 "(Ãi "Ãi "(à i "à i i=1 i=1 i=1 i=1 2