Politechnika Krakowska - Instytut Geotechniki
Zakład Mechaniki Gruntów
i Budownictwa Ziemnego
WYKONANIE OZNACZENIA SPÓJNOŚCI I K
TA TARCIA
WEWN
TRZNEGO W APARACIE BEZPOÅšREDNIEGO ÅšCINANIA  AB
Wprowadzenie
WytrzymaÅ‚ość gruntu na Å›cinanie Äf jest to maksymalny opór, jaki stawia oÅ›rodek
gruntowy naprężeniom ścinającym występującym w rozpatrywanym punkcie ośrodka po
powierzchni zwanej powierzchnią poślizgu.
Zgodnie z hipotezą Coulomba - Mohra wytrzymałość gruntów na ścinanie wyraża
równanie:
Äf = Ãn Å" tg Ć + c
gdzie: Äf  wytrzymaÅ‚ość gruntu na Å›cinanie [kPa],
Ãn - naprężenie normalne do pÅ‚aszczyzny Å›ciÄ™cia [kPa],
Ć - kÄ…t tarcia wewnÄ™trznego [º],
c  spójność gruntu (kohezja) [kPa].
W przypadku gruntów niespoistych, gdzie kohezja c = 0 wzór przybiera postać:
Äf = Ãn Å" tg Ć
Äf [kPa]
b
a
Ć2
c
Ć1
0
Ãn[kPa]
Rys. 1. Zależność wytrzymaÅ‚oÅ›ci gruntu na Å›cinanie (Äf) od naprężenia normalnego (Ãn):
a - dla gruntów spoistych, b - dla gruntów niespoistych.
Znajomość parametrów charakteryzujących wytrzymałość gruntów na ścianie jest
niezbędna przy projektowaniu fundamentów, obliczaniu parcia na konstrukcje oporowe,
sprawdzaniu stateczności skarp i zboczy, projektowaniu zakotwień, itp.
VIII/1
Przebieg badania
PrzyrzÄ…dy:
a. aparat skrzynkowy AB (rys. 2)
Aparat skrzynkowy AB służy do wyznaczania parametrów wytrzymałościowych
gruntu: kąta tarcia wewnętrznego oraz kohezji. Aparat składa się z dwudzielnej skrzynki
metalowej (rys.2) w której umieszczona jest próbka gruntu NNS o wymiarach 6,0 x 6,0 x 2,0
cm.
SIA
A
PIONOWA
P
2
3
4
1
SIA
A
SIA
A ÅšCINAJ
CA
ÅšCINAJ
CA F
GRUNT
F
5
6
Rys. 2. Schemat skrzynki aparatu bezpośredniego ścinania: 1  płytki oporowe, 2  śruba mocująca,
3  płytka przenosząca obciążenia normalne, 4  filtr górny, 5  filtr dolny, 6  ramka dolna.
Badanie w aparacie AB polega na ścinaniu próbek gruntu w dwudzielnej skrzynce.
Badanie należy uznać za zakończone, gdy wartość wskazania czujnika siły zmniejszy się lub
nie zmieni siÄ™ w trzech kolejnych odczytach (max przesuw 6 mm).
Wykonanie oznaczenia:
1 - połączyć dwie części skrzynki metalowej za pomocą śrub, na dnie umieścić płytkę
oporowÄ…;
2 - próbkę gruntu umieścić w skrzynce aparatu, a następnie przyłożyć drugą płytkę oporową;
3 - na samej górze umieścić płytkę przenoszącą obciążenie pionowe, a następnie nałożyć
ramę obciążającą z wieszakiem (25 kPa);
4 - przesunąć skrzynkę tak, aby stykała się z trzpieniem dynamometru;
5 - całkowicie wykręcić śruby łączące skrzynkę;
6 - uruchomić aparat z prędkością przemieszczania dolnej skrzynki względem górnej 1,0
mm/min; co 0,5 mm przesunięcia (co 30 s) notować wskazania czujnika dynamometru;
7 - jako kryterium ścięcia należy przyjąć sytuację, gdy wskazanie czujnika dynamometru
spadnie lub nie zmieni siÄ™ w trzech kolejnych odczytach;
8 - po ścięciu próbki należy wyłączyć aparat;
9 - badanie należy powtórzyć dla kolejnych obciążeń normalnych (50, 100, 200 kPa).
VIII/2
Schemat obliczeniowy
1. Odczyty z czujników umieścić w tabeli:
Ãn s a Af = b Å" (b - s) F = aÅ" 0,0051 Äf=Fmax/A
[kPa] [mm] [-] [m2] [kN] [kPa]
gdzie: Ãn  naprężenie normalne w pÅ‚aszczyz
nie ścięcia [kPa],
s  przesunięcie poszczególnych części skrzynki względem siebie [mm],
a  wskazania dynamometru [-],
Af  powierzchnia ścinania próbki [m2],
b  długość boku skrzynki = 6 cm,
F  siła ścinająca [kN],
Äf - wytrzymaÅ‚ość gruntu na Å›cinanie [kPa].
Do obliczeń należy przyjąć maksymalną wartość siły ścinającej odniesionej do
powierzchni ścinania w momencie, w którym ta siła wystąpiła po raz pierwszy.
2. Dla otrzymanych wyników sporządzić wykres zależności wytrzymałości gruntu na ścinanie
(Äf) od obciążenia (Ãn).
3. Spójność badanego gruntu c obliczyć w [kPa] wg wzoru:
N N N N
)2 - Ä
"(Ã i "Ä fi "Ã i"Ã i fi
i=1 i=1 i=1 i=1
c = [kPa]
2
N N
ëÅ‚ öÅ‚
N )2 - ìÅ‚ ÷Å‚
"(Ã i "Ã i
i=1 íÅ‚ i=1 Å‚Å‚
4. KÄ…t tarcia wewnÄ™trznego Ć obliczyć w [º] wg wzoru:
N N N
N Å"Ä -
"Ã i f "Ã i"Ä fi
i
i=1 i=1 i=1
Ć = arc tg [°]
2
N N
ëÅ‚ öÅ‚
2
N ) - ìÅ‚ ÷Å‚
"(Ã i "Ã i
i=1 íÅ‚ i=1 Å‚Å‚
gdzie:
Ãni - naprężenia normalne w poszczególnych badaniach [kPa],
Äfi  wartoÅ›ci wytrzymaÅ‚oÅ›ci na Å›cinanie odpowiadajÄ…ce naprężeniom Ãni [kPa],
N  liczba wykonanych ścięć.
VIII/3
Ãn s a Af = b Å" (b - s) F = aÅ" 0,0051 Äf=Fmax/A
[kPa] [mm] [-] [m2] [kN] [kPa]
VIII/4