SPÓJOŚĆ I KĄTA TARCIA WEWNĘTRZNEGO

NajwaŜniejszym z parametrów charakteryzujących stan graniczny gruntów jest wytrzymałość na ścinanie (opór ścinania). Wytrzymałość gruntów na ścinanie w naturalnym stanie jest wypadkową wielu czynników działających na grunt obecnie bądź w przeszłości geologicznej.

W mechanice gruntów wytrzymałość na ścinanie traktuje się jako wielkość

składającą się zasadniczo z dwóch parametrów:

składowej spójności - c

składowej tarcia wewnętrznego - Φ

Najstarszą i do dzisiaj stosowaną formułą określającą zjawisko ścięcia gruntu jest warunek podany przez Coulomba w 1773 r.:

τ

σ

f

= c + tn Φ

g

gdzie:

τf - wytrzymałość na ścinanie,

σn - napręŜenie normalne do płaszczyzny ścinania w momencie ścięcia, c - spójność,

Φ - kąt tarcia wewnętrznego.

W gruntach sypkich, gdzie c = 0, wzór ten przybiera postać: τ

σ

f

= t Φ

g

n

BADANIE W APARACIE SKRZYNKOWYM (PROSTYM) AB

Aparat skrzynkowy pozwala na wyznaczenie parametrów wytrzymałości na ścinanie określonych przez napręŜenia całkowite. Sam aparat składa się z dwudzielnej skrzynki metalowej (karetki), w której umieszczana jest próbka gruntu, urządzenia do przykładania normalnego obciąŜenia (ramy obciąŜającej), przyrządu do pomiaru siły ścinającej (dynamometru) oraz silnika elektrycznego wywołującego przemieszczenia ramek skrzynki.

Z uwagi na konstrukcję aparatu ścinanie prowadzone jest w dwuosiowym (tzw.

płaskim) stanie napręŜeń.

- jako kryterium ścięcia najczęściej przyjmuje się sytuację, gdy w kolejnych odczytach wystąpi zatrzymanie lub spadek wartości wskazywanej przez czujnik dynamometru,

- za moment ścięcia - do obliczeń – przyjmuje się najwyŜszą wartość wskazania czujnika dynamometru przed ścięciem.

Przebieg oznaczenia:

1. zmontować obie połówki karetki aparatu, włoŜyć na dno płytkę ząbkowaną. Napełnić karetkę przygotowanym do badania gruntem. Na górną powierzchnię próbki połoŜyć drugą płytkę ząbkowaną i tłoczek. ZałoŜyć na górny tłoczek ramę obciąŜającą, 2. załoŜyć obciąŜenie pionowe tak aby uzyskać początkowe napręŜenie σn [kG/cm2]. Po załoŜeniu obciąŜenia odczekać 5 minut,

3. przesunąć trzpień aparatu do styku z karetką i wyjąć śruby łączące obie połówki karetki, włączyć silnik aparatu,

4. odczyty czujnika dynamometru naleŜy prowadzić w równych odstępach czasu (np. co 30 sekund) odczytując wskazanie w działkach. Wyniki zapisywane są w kolumnach 1, 2 i 3 tabeli: Tabela wyników badania w aparacie AB

σn

Czas

Odczyt czujnika

Obliczona siła

NapręŜenie ścinające

[kG/cm2]

τ

[sek]

[działki]

ścinająca F

f

[kG]

[kG/cm2 ]

1

2

3

4

5

5. po uzyskaniu ścięcia wyłączyć aparat, wycofać trzpień silnika Zdjąć obciąŜenie z ramy, przesunąć ramę, rozmontować karetkę i usunąć z niej grunt, 6. powtórzyć ścinanie kilkakrotnie, stosując za kaŜdym razem coraz to wyŜsze napręŜenie normalne σn [kG/cm2],

SPRAWOZDANIE:

- powierzchnia A przekroju poziomego próbki wynosi 36 cm2,

- całość przeliczeń naleŜy prowadzić w kG/cm2 , z dokładnością do 2 miejsc po przecinku

- dane do sprawozdania zawierają przeliczoną juŜ wartość siły Fmax dla poszczególnych ścięć,

- obliczenia napręŜenia ścinającego τ f dla poszczególnych ścięć naleŜy wykonać według poniŜszego wzoru:

F

napręŜenie ścinające:

τ = max [ kG / cm 2]

f

A

- w sprawozdaniu naleŜy zamieścić tabelę według poniŜszego wzoru: Lp

σn

Siła ścinająca

NapręŜenie

[kG/cm2]

Fmax

ścinające τf

τ

σ 2

f٠σn

n

[kG]

[kG/cm2]

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

Σ

------

- dla wartości τ f i σ n z poszczególnych ścięć, naleŜy w układzie współrzędnych τ f =

f(σ n) nanieść punkty ścięć i wykonać wykres prostej wytrzymałości,

- obliczyć metodą najmniejszych kwadratów wartości spójności c i kąta tarcia wewnętrznego Φ na podstawie uzyskanych z kolejnych ścięć wartości τ f i odpowiadających im wartości σ n, N ⋅ ∑ (τ

σ )

τ

σ

f ⋅

n

− ∑ f ⋅ ∑

Φ =

(

[o]

2

2

)

arctg

n

- kąt tarcia wewnętrznego:

N ⋅ ∑ σ

(

σ )

n −

∑ n

∑ τ ⋅ ∑ σ 2 − ∑ σ ⋅ ∑ (τ ⋅σ

- spójno

ść:

)

c

f

n

n

f

n

=

N ⋅ ∑ σ 2 − (∑ σ

2

)

[kG/cm2]

n

n

gdzie: N - liczba uwzględnianych w obliczeniach ścięć (4).

- obliczyć spójność w kPa (1 kPa ≈ 98,1 kG/cm2)