WYTRZYMAA
OŚĆ GRUNTU na ŚCINANIE
WYTRZYMAA
OŚĆ GRUNTU na ŚCINANIE
Nośność podłoża gruntowego
pod fundamentem obiektu budowlanego
zależna jest od
wytrzymaÅ‚oÅ›ci na Å›cinanie Ä warstw gruntów podÅ‚oża
f
obciążenie fundamentem
obciążenie ciężarem gruntu ponad
poziomem posadowienia
Linie wyznaczające powierzchnie ścinania w podłożu gruntowym
MG - w 6 1
MG - w 5 1
MG - w 6
MG - w 5
Ã
q
Ä
f
Ã
1
Grunty niespoiste
wytrzymałość na ścinanie wynika tylko z występowania siły
tarcia na powierzchni ścinania
Ä
f
Åš
u
Ã
tg Śu  współczynnik kąta tarcia wewnętrznego Śu
MG - w 6 2
MG - w 5 2
MG - w 6
MG - w 5
u
Åš
g
t
*
Ã
=
f
Ä
Grunty spoiste
wytrzymałość na ścinanie wynika z występowania: siły tarcia na
powierzchni ścinania i sił spójności pomiędzy cząsteczkami
Äf
Åš
u
c
u
Ã
c  reprezentuje siły spójności (oporu) pomiędzy cząsteczkami
u
MG - w 6 3
MG - w 5 3
MG - w 6
MG - w 5
u
c
+
u
Åš
g
t
Å"
Ã
=
f
Ä
aparat do bezpośredniego ścinania
aparat do bezpośredniego ścinania
schemat
Q
Próbka gruntu
Filtry
T
MG - w 6 4
MG - w 5 4
MG - w 6
MG - w 5
aparat do bezpośredniego ścinania
aparat do bezpośredniego ścinania
stanowisko laboratoryjne
Q  siła pionowa
1
konsolidująca próbkę
T  siła powodująca
ścięcie próbki
Ä (Q, T) Åš , c
f u u
2
3
Wykres
wytrzymałości gruntu
1- aparat bezpośredniego ścinania
2- górna część skrzynki badawczej
3- próbka po badaniach
MG - w 6 5
MG - w 5 5
MG - w 6
MG - w 5
aparat do trójosiowego ściskania
aparat do trójosiowego ściskania
schemat
Ã1
Sprężone
powietrze
Ãn
Q
Äf
Szklana
Ã3 Ã3
oslona
Ä…
Ã1
Grunt
Woda
Ã3
Q
Ã1 = Ã3 +
A
A  pole przekroju próbki NNS
MG - w 6 6
MG - w 5 6
MG - w 6
MG - w 5
aparat do trójosiowego ściskania
aparat do trójosiowego ściskania
stanowisko laboratoryjne
3
1- podstawa aparatu
2- szklana osłona
3- próbki po badaniach
NNS  próbki do badań
1
2
Ã3  ciÅ›nienie wody
Q  siła powodująca
ścięcie próbki
MG - w 6 7
MG - w 5 7
MG - w 6
MG - w 5
wyznaczanie wytrzymałości gruntu na ścinanie
wyznaczanie wytrzymałości gruntu na ścinanie
Naprężenia Ã1 oraz Ã3 sÄ… naprężeniami głównymi
dla badanej próbki gruntu.
Mając wartości naprężeń głównych i wykorzystując
koła Mohra wyznaczamy wartości:
" naprężenia normalnego Ãn
" naprężenia stycznego Ä
PrzeprowadzajÄ…c oznaczenia dla kilku wartoÅ›ci Ã3
otrzymujemy linię styczną do kół Mohra
wyznaczajÄ…cÄ…
wartość wytrzymałości gruntu na ścinanie tf
MG - w 6 8
MG - w 5 8
MG - w 6
MG - w 5
 Koła Mohra
 Koła Mohra
Ä
Åšu
Ä 2Ä…
cu
Ã3 Ãn Ã1
Ã
Ã1 , Ã3  naprężenia główne dla badanej próbki
Ãn , Ä  naprężenie normalne i styczne
MG - w 6 9
MG - w 5 9
MG - w 6
MG - w 5
Zależności korelacyjne
Zależności korelacyjne
PN  81/B  03020
przy ustalaniu parametrów geotechnicznych podłoża
gruntowego metodą B, posługujemy się zależnościami
korelacyjnymi
tzn.
parametry:
Śu  dla gruntów niespoistych i spoistych (kąt tarcia wewn.)
cu  dla gruntów spoistych (współczynnik spójności  kohezji)
ustalamy na podstawie badań laboratoryjnych
parametrów kierunkowych:
- stopnia zagęszczenia ID dla gruntów niespoistych
- stopnia plastyczności IL dla gruntów spoistych
MG - w 6 10
MG - w 5 10
MG - w 6
MG - w 5
kąt tarcia wewnętrznego dla gruntów niespoistych
(n)
PN  81/B  03020
Åš
Åš
Åš
Åš
u
44
Åšu O
Åš
Åš
GRUNT Åš [ ]
Å», Po
7,239ID+34,8379
42
Pr , Ps
6,2116ID +29,8910
Ż  żwir
Å», Po
40 Ä„
Ä„
Ä„
Pd , P Ä„
4,9271ID+27,9479
Po  pospółka
38
Pr, Ps, Pd, PÄ„  piaski
36
Pr , Ps
34
32
Ä„
Ä„
Ä„
Ä„
Pd , P
30
ID
28
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
MG - w 6 11
MG - w 5 11
MG - w 6
MG - w 5
kąt tarcia wewnętrznego dla gruntów spoistych
PN  81/B  03020
Åšu(n)
Åš
Åš
Åš
Åšu
Åš
Åš
GRUNT Åš [O]
25
-17,3333I +25
A
L
-18,6667I +22
B
L
-16,0I +18
A, B, C, D  grunty spoiste
C L
-13,3333I +13
D
L
20
A
A  mało spoiste: Pg, p, 
15
B
B  średnio spoiste: Gp, G, GĄ
C
10
C  zwięzłe: Gpz, Gz, G Ąz
D
D  bardzo spoiste: Ip, I, IÄ„
5
0
IL
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
MG - w 6 12
MG - w 5 12
MG - w 6
MG - w 5
współczynnik spójności (kohezji) dla gruntów spoistych
c [kPa]
PN  81/B  03020
u
70,000
60,000
A, B, C, D  grunty spoiste
50,000
D
40,000
Grunt cu [kPa]
+ Å"
0,047645 - 0,00023394 0,001294 I
A
L
A
30,000
0,000647
+ Å"
0,05112 - 0,00041616 0,001536 I
B L
B
0,000768
20,000
14,0625
- 7,5
C
+
I 0,375
L
+ Å"
0,03257 - 0,00028658 0,00051428 I
L
C
D
10,000
0,00025714
I
0,000
L
0 0,1 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
0,2
13
13
MG - w 6
MG - w 5
MG - w 6
MG - w 5
Wyznaczanie nośności gruntu METOD
CBR
Wyznaczanie nośności gruntu METOD
CBR
CBR
California Bearing Ratio  Kalifornijski wskaz
nik nośności
·w 1938 r. oficjalnie uznany za metodÄ™ oznaczania
nośności podłoża gruntowego
·dostosowano go do warunków polskich
MG - w 6 14
MG - w 5 14
MG - w 6
MG - w 5
 ideą metody był pomiar oporu gruntu przy wciskaniu w
grunt trzpienia stalowego przez nawierzchniÄ™
 ideę tę starano się zachować w konstrukcji aparatu i
metodzie badania
 metoda CBR służy do wyznaczania grubości nawierzchni
w zależności od nośności podłoża gruntowego
 jest wykorzystywany przy projektowaniu podatnych
nawierzchni dróg i mostów
 szeroko stosowany w budownictwie drogowym i kolejowym
ze względu na swoje zalety
MG - w 6 15
MG - w 5 15
MG - w 6
MG - w 5
definicja Kalifornijskiego Wskaz
nika Nośności
definicja Kalifornijskiego Wskaz
nika Nośności
CBR = ( P / Ps ) Å" 100 [%]
Å"
Å"
Å"
P  obciążenie, które trzeba zastosować, aby trzpień w kształcie
wydłużonego sworznia o powierzchni 3 cale kwadratowe wcisnąć
w odpowiednio przygotowaną próbkę gruntu do głębokości 0,1 z
prędkością 0,05 na minutę
Ps  obciążenie standardowe
Ps  jest wartością stałą, odpowiadającą obciążeniu, jakie było
potrzebne, aby taki sam trzpień, z taką samą prędkością i na tę
samą głębokość wcisnąć w materiał wzorcowy, którym jest
tłuczeń standardowo zagęszczony.
MG - w 6 16
MG - w 5 16
MG - w 6
MG - w 5
Sił łają
ła dział ąca na
Å‚ Å‚ Ä…
Å‚ Å‚ Ä…
Znormalizowany
Penetracja
trzpień o powierzchni
Å„
Å„
Å„
nacisk
3 cale kwadratowe
cale mm funt/cal2 MN/m2 funty kN
0,1 2,54 1000 7,0 3000 13,60
0,2 5,08 1500 10,5 4500 20,41
0,3 7,62 1900 13,4 5700 25,85
0,4 10,16 2300 16,2 6900 31,29
0,5 12,70 2600 18,2 7800 35,38
Standardowe naciski CBR dla ubitego tłucznia
MG - w 6 17
MG - w 5 17
MG - w 6
MG - w 5
Zalety metody CBR:
" grubości wyznaczana metodą CBR są zgodne z grubościami
istniejÄ…cych nawierzchni w dobrym stanie technicznym
" jest metodÄ… stosunkowo szybkÄ…, wymaga prostych
przyrządów i może być zastosowany dla każdego gruntu
" określa nośność gruntu w niekorzystnych warunkach
nasycenia wodą (próbka jest nasycana wodą w ciągu 4 dni)
" badania modelowe przeprowadza siÄ™ w warunkach
zbliżonych do pracy podłoża
" służy do wymiarowania nowych, jak również do obliczania
wzmocnienia istniejÄ…cych nawierzchni
MG - w 6 18
MG - w 5 18
MG - w 6
MG - w 5
METODA CBR dostosowana do
METODA CBR dostosowana do
warunków POLSKICH
warunków POLSKICH
CBR = ( p / pp ) Å" 100 [%]
Å"
Å"
Å"
p  ciśnienie jakie jest potrzebne, aby zagłębić trzpień
ze znormalizowaną prędkością (1,25 mm/min) w odpowiednio
przygotowaną próbkę gruntu na głębokość 2,5 mm lub 5,0 mm,
pp  ciśnienie porównawcze, które wynosi:
" przy wgłębianiu trzpienia na 2,5 mm - 70 kG/cm2 (~7 MN/m2),
" przy wgłębieniu na 5,0 mm - 100 kG/cm2 (~10 MN/m2).
Wartości liczbowe wskaz
nika CBR gruntu podłoża nawierzchni
należy ustalić laboratoryjnie  zgodnie z obowiązującymi normami
i przepisami  a w przypadku braku takich badań można przyjmować
z dostateczną dokładnością z zestawienia tabelarycznego.
MG - w 6 19
MG - w 5 19
MG - w 6
MG - w 5
LABORATORYJNA METODA OZNACZANIA
LABORATORYJNA METODA OZNACZANIA
CBR
CBR
Współczynnik CBR określony jest w obowiązujących
normach jako wskaz
nik nośności gruntu wnoś
" w celu jego określenia należy wyznaczyć wilgotność
optymalną badanego gruntu  próba Proctora,
" następnie grunt przygotowuje się do prób penetracji
według ustalonej procedury,
" w czasie przeprowadzania próby penetracji odnotowuje
się wielkość siły powodującej zagłębianie trzpienia na
odpowiednią głębokość i po odpowiednim czasie.
MG - w 6 20
MG - w 5 20
MG - w 6
MG - w 5
Stanowisko laboratoryjne do oznaczania CBR
Stanowisko laboratoryjne do oznaczania CBR
1) prasa,
2) pierścień dynamometryczny z
czujnikiem,
3) znormalizowany trzpień CBR,
4) wkładka wyrównująca,
5) cylinder (o pojemności 2,2 dm3),
6) nadstawa cylindra,
7) badanie pęcznienia gruntu,
8) krążki o ciężarze 2,25 kg każdy,
służące jako nadwaga
MG - w 6 21
MG - w 5 21
MG - w 6
MG - w 5
wskaz
nik
Nośność gruntu
Nośność gruntu
nośności
CBR  Kalifornijski wskaz
nik nośności
 znany w obowiÄ…zujÄ…cych normach jako
wskaz
nik nośności gruntu w
noÅ›
 wyznaczony laboratoryjnie dla
miarodajny
w
wszystkich gruntów budowlanych
noÅ›
 wykres w gruntów w zależności od
noÅ›
ich wilgotności (warunków
hydrologicznych, w jakich znajdować
wilgotność
[%]
się będzie badany grunt)
w w w w
w
opt 1 m 3
2
2,15
2,10
Áds
Á
Á
Á
miarodajna wartość w
noÅ›
2,05
2,00 0,96·Áds
Á
Á
Á
1,95
1,90
1,85
Próba Proctora
1,80
1,75
wyznaczanie w
opt
1,70
wopt
MG - w 6 22
MG - w 5 22
MG - w 6
MG - w 5
1,65
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0
Wilgotność [%]
3
d
Á
Á
Á
[g/cm ]
Á
Określanie  Miarodajnego Wskaz
nika Nośności CBR
Określanie  Miarodajnego Wskaz
nika Nośności CBR
Liczba próbek:
" grunty sypkie lub mało spoiste  3 próbki,
" grunty średnio i bardzo spoiste  4 próbki.
Kolejność czynności:
" pierwszą z próbek poddaje się próbie penetracji w aparacie
CBR przy wilgotności optymalnej,
" pozostałe próbki gruntu poddaje nasycaniu wodą.
MG - w 6 23
MG - w 6 23
Na cylindry próbek poddanych nasycaniu wodą:
" nakłada się czujnik na trójnogu w celu zbadania pęcznienia gruntu,
" powierzchnię próbek obciąża się tak, aby wygenerowane ciśnienie
miało taką wartość jaką na badany grunt wywierać będą górne
warstwy konstrukcji nawierzchni,
" pomiarów pęcznienia próbki dokonuje się co 24 godziny,
" cylindry do próby penetracji wyjmuje się z wody:
" pierwszy  po 2 dobach,
" drugi  po 4 dobach,
" trzeci  po 6 dobach , ale nie wcześniej niż po zakończeniu
pęcznienia gruntu. (pęcznienie uznaje się za zakończone, jeżeli
dwa kolejne odczyty czujnika w okresie 24 godzin nie wykazujÄ…
większej różnicy niż 0,03 mm).
MG - w 6 24
MG - w 6 24
Wartość wskaz
nika nośności gruntu oblicza się dla sił,
które odpowiadają zagłębieniu trzpienia na 2,5 mm i 5,0 mm
i charakteryzujÄ… badany grunt.
p2,5
p5,0
wnoÅ› = 100
wnoÅ› = 100
pS 2,5
pS 5,0
gdzie: p2,5; p5,0  ciśnienie jakie jest potrzebne, aby zagłębić trzpień
odpowiednio na głębokość 2,5 mm i 5,0 mm;
pS2,5; pS5,0  ciśnienie porównawcze (tab.  slide 18)
Większa wartość  miarodajna wartość wskaz
nika nośności gruntu
Warunki hydrologiczne Wilgotność miarodajna
Miejsca suche
wilgotność odpowiadajÄ…ca 0,96 Áds wg próby Proctora
Miejsca wilgotne z okresowym dopływem wody
wilgotność odpowiadajÄ…ca 0,94 Áds wg próby Proctora
Miejsca wilgotne ze stałym dopływem wody
wilgotność odpowiadajÄ…ca 0,92 Áds wg próby Proctora
Dane do ustalenia wilgotności miarodajnej gruntu
MG - w 6 25
MG - w 5 25
MG - w 6
MG - w 5
Orientacyjne miarodajne wartości CBR
Å›
Å›
Å›
Orientacyjne miarodajne wartości CBR
Å›
Å›
Å›
podłoża gruntowego
ł ż
ł ż
ł ż
podłoża gruntowego
ł ż
ł ż
ł ż
Lp Nazwa i pochodzenie gruntu CBR [%]
1 Pospółki i żwiry oraz rumosze skaliste o wskaz
niku piaskowym WP > 30 e" 15
2 Piaski gruboziarniste WP > 30 13 ÷ 14
3 Piaski Å›rednioziarniste WP > 30 12 ÷ 13
4 Piaski drobnoziarniste WP > 30 10 ÷ 11
5 Rumosze gliniaste, żwiry gliniaste i pospółki gliniaste zawierajÄ…ce (5÷10) 7 ÷ 9
% ziaren mniejszych od 0,02 mm
6 Piaski pylaste WP > 25 9 ÷ 10
7 Piaski pylaste, piaski gliniaste, pyÅ‚y piaszczyste itp. zawierajÄ…ce (5÷10)% 5 ÷ 7
ziaren mniejszych od 0,02 mm
8 Mineralne pyÅ‚y, pyÅ‚y piaszczyste, piaski gliniaste, gliny i iÅ‚y zawierajÄ…ce 3 ÷ 5
więcej niż 10 % cząstek mniejszych od 0,02 mm o głębokim zaleganiu
zwierciadła wody gruntowej d" 2,0 m i przy dobrym uwodnieniu
9 Mineralne pyÅ‚y piaszczyste, piaski gliniaste, gliny i iÅ‚y zawierajÄ…ce > 10 % 2 ÷ 3
cząstek < 0,02 mm, o głębokości zalegania wody gruntowej d" 2,0 m
10 Grunty organiczne d" 2
MG - w 6 26
MG - w 5 26
MG - w 6
MG - w 5
Nomogram do wyznaczania grubości warstw
nawierzchni drogowej wg CBR
CBR - kalifornijski wskaz
nik nośności w [%]
[cm] [cal]
2 3 4 5 6 7 8 10 15 20 30 40 50 60 80 100 150
0 0
5 2
10
4
krzywe A, ... F,
15
6
20 8
oznaczajÄ…
25 10
30
12
liczbę pojazdów
A
35
14
40
16
B
porównawczych
45
18
C
50
20
zgodnie z tablicÄ…
D
55
22
60
24
E
65
26
70 F
28
75
30
80
32
A B C D E F
Oznaczenie krzywej
Liczba pojazdów
porównawczych
0 15 45 150 450 1500
Liczba pojazdów na dobę
na dobÄ™
÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷
o nacisku koła 3 tony
15 45 150 450 1500 4500
MG w 5
MG w 5
MG --w 6 27
MG --w 6 27
podbudow
Ä…
Grubo
ść
nawierzchni drogowych z
Grupy nośności podłoża gruntowego
Grupy nośności podłoża gruntowego
Wskaz
nik nośności CBR Grupa nośności
(po 4 dobach nasycania wodÄ…)
podłoża
10 % d" CBR G1
5 % d" CBR < 10 % G2
3% d" CBR < 5 % G3
CBR < 3% G4
MG - w 6 28
MG - w 6 28
Grupy nośności podłoża gruntowego
Grupy nośności podłoża gruntowego
MG - w 6 29
MG - w 6 29