Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa
w Suwałkach
Instytut Poltechniczny
Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych
Temat ćwiczenia:
Oznaczanie kąta tarcia wewnętrznego i spójności gruntów
w aparacie bezpośredniego ścinania
Numer ćwiczenia: 8
Laboratorium z przedmiotu:
Mechanika gruntów
Studia stacjonarne
Kod: BS5093
Suwałki 2013
1. WPROWADZENIE - DEFINICJE
1.1. Wytrzymałość gruntu jest to graniczna wartość naprężenia, przy którym następuje jego
zniszczenie lub pojawiają się nieograniczone odkształcenia.
1.2. Graniczna wytrzymaÅ‚ość gruntu na Å›cinanie Ä okreÅ›lona jest warunkiem Coulomba-
f
Mohra:
- w gruntach spoistych Ä = ÃtgĆ + cu , kPa,
f u
- w gruntach niespoistych Ä = ÃtgĆ , kPa,
f u
gdzie: à - naprężenia normalne do pÅ‚aszczyzny Å›cinania w momencie Å›ciÄ™cia, kPa,
Ć - kÄ…t tarcia wewnÄ™trznego gruntu, °,
u
cu - spójność gruntu, kPa.
Rys. 1. Wytrzymałość gruntu na ścinanie
1.3. Kąt tarcia wewnętrznego gruntu Ć - wielkość charakteryzująca łączne opory
u
składowe: tarcia posuwistego i potoczystego, zazębiania się ziaren i opór materiału ziaren.
1.4. Spójność gruntu cu - wielkość charakteryzująca powiązania wewnątrzstrukturalne,
wynikające z sił wzajemnego przyciągania się cząstek gruntowych.
1.5. Parametry wytrzymałościowe Ć ;cu danego gruntu nie mogą być uważane za parametry
u
stałe; zależą one min. od: sposobu obciążenia, warunków konsolidacji, historii obciążenia,
przestrzennego układu cząstek, wytrzymałości strukturalnej. Warunki badań laborato -
ryjnych powinny możliwie dokładnie odwzorowywać warunki pracy gruntu w terenie.
1.6. Metody wyznaczania kąta tarcia wewnętrznego i spójności gruntu:
a) metoda penetrometru stożkowego - badanie wytrzymałości na ścinanie gruntów spoistych,
b) w aparacie bezpośredniego ścinania (skrzynkowym) - dla każdego ścięcia po wymuszonej
płaszczyz
nie ścinania określa się naprężenia w płaszczyz
nie ścięcia według wzorów:
P
- naprężenia normalne do pÅ‚aszczyzny Å›ciÄ™cia: à = , kPa
A
Q
- naprężenia styczne do pÅ‚aszczyzny Å›ciÄ™cia: Ä = , kPa
f
F
gdzie: P - siła normalna do płaszczyzny ścięcia , kN,
A = a2 - pole powierzchni próbki , m2 ; a - bok próbki , m,
1
 Q - maksymalna siła ścinająca lub siła ścinająca ( Q10 ) przy odkształceniu próbki
równym 10% a , kN,
F - pole powierzchni płaszczyzny ścięcia równe: F = a(a - r) lub F = 0,9a2 , m2,
r - przesunięcie ramki aparatu w stosunku do skrzynki w momencie ścięcia, m,
c) w aparacie trójosiowego ściskania - dla każdego ścięcia określa się naprężenia główne
à ;à a naprężenia w pÅ‚aszczyz
nie Å›ciÄ™cia Ã;Ä wyznacza siÄ™ za pomocÄ… kół Mohra.
1 3 f
2. CEL i ZAKRES ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO
Celem ćwiczenia laboratoryjnego jest opanowanie umiejętności przeprowadzania
badania przy użyciu aparatu bezpośredniego ścinania, w celu określenia wytrzymałości
gruntu na ścinanie i wyznaczenia kąta tarcia gruntu niespoistego lub kąta tarcia wewnętrznego
i spójności gruntu spoistego.
Badanie w aparacie bezpośredniego ścinania wykonuje się dla próbek NNS gruntu spoistego,
można badanie to wykonywać także dla próbek gruntu niespoistego.
3. METODYKA BADAC
- według PN-88/B-04481
3.1. metodÄ… penetrometru stożkowego - badanie Ä - p-t 7.1.1.
f
3.2. w aparacie skrzynkowym - badanie Ć ,cs - p-t 7.2.2.
s
3.3. w aparacie trójosiowego ściskania - badanie Ć,c - p-t 7.2.3.
4. WYMAGANIA BHP
- należy zachować ostrożność przy obciążaniu próbki - obciążniki na wieszak aparatu
bezpośredniego ścinania należy zawieszać naprzemianlegle podłużnymi szczelinami, by
zapobiec ich zsunięciu się,
- należy pozostawić porządek na stanowisku badawczym.
5. SPRAWOZDANIA STUDENCKIE
5.1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego
Celem ćwiczenia laboratoryjnego jest:
- zbadanie wytrzymałości na ścinanie gruntu niespoistego,
- określenie kąta tarcia wewnętrznego gruntu niespoistego.
5.2. Opis stanowiska badawczego i przebieg realizacji eksperymentu
- należy zaplanować i wypisać kolejność czynności (w punktach) oraz symbole wyników,
otrzymanych z kolejnych czynności.
2
5.3. Zestawienie wyników badań
5.3.1. Badanie makroskopowe rodzaju gruntu niespoistego ..............................................
5.3.2. Wyniki badania w aparacie skrzynkowym próbki pobranej w terenie:
Nr
Ã
Ä [kPa]
f
obciążenia
[kPa] Odczyt z czujnika Siła Q* Bok a Przesunięcie Pole pow. Wartość
dynamom. [mm] [kN] [ m ] skrzynki r [m] F [m2]
Ä [kPa]
f
* cechowanie odczytu na czujniku dynamometru: & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & .
5.4. Wnioski
5.4.1. MajÄ…c 5 par danych (Ã;Ä ) (lub dla gruntów niespoistych- 6 par - z punktem 0 o
f
współrzÄ™dnych (0,0)) sporzÄ…dzić w skali wykres zależnoÅ›ci Ä = f (à ) w postaci
f
prostej typu y=ax+b. Z wykresu odczytać wartości Ć i c (kąta tarcia wewnętrznego i
s
s
spójności, oznaczone metodą bezpośredniego ścinania w aparacie skrzynkowym).
5.4.2. Obliczyć wartości Ć i c ze wzorów na aproksymację punktów prostą:
s
s
a) dla gruntów spoistych:
1 / 2
îÅ‚ Å‚Å‚
N N N N
ïÅ‚ śł
N Ã Ä - " " "
Ã Ä "2
"
i fi i fi i
N
i=1 i=1 i=1 ïÅ‚ i=1 śł
tgĆs = a = ; Sa =
2 ïÅ‚ 2 śł
N N N - 2 N N
ëÅ‚ öÅ‚ ëÅ‚ öÅ‚
2 2
ïÅ‚ śł
Ã
N à - ìÅ‚ " ÷Å‚ "
à N à - ìÅ‚ " ÷Å‚
"
i i i i
ïÅ‚ śł
i=1 íÅ‚i=1 Å‚Å‚ i=1 íÅ‚i=1 Å‚Å‚
ðÅ‚ ûÅ‚
180
Ć = arctga ,° ; SĆ = Sa cos2 Ć , °
s s
s
Ä„
1 / 2
N N N N N
îÅ‚ Å‚Å‚
2 2
Ã Ä Ã Ã Ä
" " - " "
i fi i i fi
ïÅ‚i"1à i śł
i=1 i=1 i=1 i=1
cs = b = , kPa; Scs = Sb = Sa = , kPa
ïÅ‚ śł
2
N
N N
ïÅ‚ śł
ëÅ‚ öÅ‚
2
N à - ìÅ‚ " ÷Å‚
Ã
"
i i ïÅ‚ śł
ðÅ‚ ûÅ‚
i=1 íÅ‚i=1 Å‚Å‚
gdzie: "i = Ä - Ã tgĆ - cs , kPa,
fi i s
b) dla gruntów niespoistych (c =b=0):
u
1 2
N N
îÅ‚
Ã Ä (Ä
" " - aà )2 łł
i fi
ïÅ‚ fi i śł
1
i=1 i=1
tgĆs = a = ; Sa = ïÅ‚ śł ,
N N
N -1
2 2
ïÅ‚ śł
à Ã
" "
i i
ïÅ‚ śł
i=1 ðÅ‚ i=1 ûÅ‚
180
Ć = arctga , ° ; SĆ = Sa cos2 Ć , ° .
s s
s
Ä„
3
5.4.3. Porównać wyniki otrzymane z wzorów i wykresu.
5.4.4. Sprawdzić rząd wielkości otrzymanych wyników według PN-81/B-03020 Rys.3. lub
Rys.4. i 5.
6. LITERATURA
PN-88/B-04481 Grunty budowlane. Badania próbek gruntu.
PN-81/B-03020 Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli. Obliczenia
statyczne i projektowanie.
Myślińska E.: Laboratoryjne badania gruntów. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa
1992.
Pisarczyk S., Rymsza B.: Badania laboratoryjne i polowe gruntów. Wydawnictwa
Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1990.
Steckiewicz R., Karska Z.: Laboratorium z mechaniki gruntów. Wydawnictwa Politechniki
Białostockiej, Białystok 1981.
4