P O L I T E C H N I K A G D A C
S K A
Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska
Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego
80-233 Gdańsk, ul. G. Narutowicza 11/12
8. Badanie kąta tarcia wewnętrznego i spójności metodą bezpośredniego ścinania.
Badanie parametrów wytrzymałościowych gruntu metodą bezpośredniego ścinania polega na pomiarze
wartości sił potrzebnych do przesunięcia jednej części próbki gruntu względem drugiej przy różnych
poziomach naprężenia normalnego do powierzchni ścinania. Próbkę umieszcza się w ramce aparatu
skrzynkowego i poddaje naprężeniu normalnemu. Po osiągnięciu wstępnej konsolidacji lub bez
konsolidacji uruchamia się mechanizm przesuwu ramek względem siebie ze stałą prędkością
odkształcenia. W trakcie przesuwania ramek mierzy się wartość siły ścinającej i przemieszczenia
poziomego. Na podstawie wyników kilku badań (co najmniej trzech) możemy wyznaczyć prostą
Coulomba-Mohra, którą opisuje wzór (1).
� = � �" tgĆ + c (1)
f
Gdzie:
�f  wytrzymałość gruntu na ścinanie [kPa],
�  naprężenie normalne w gruncie [kPa],
Ć  kąt tarcia wewnętrznego gruntu [�],
c  spójność gruntu [kPa]. Rys.1. Prosta Coulomba-Mohra.
Na podstawie badania w aparacie skrzynkowym można wyznaczyć następujące parametry
wytrzymałościowe:
Powolne ścinanie próbek skonsolidowanych
a) - właściwy kąt tarcia wewnętrznego [�],
Ćs
i z odpływem wody z próbki
b) c - spójność właściwa [kPa],
s
c) Ćus - kąt tarcia wewnętrznego bez drenażu
Badanie w warunkach bez odpływu wody z
i konsolidacji,
próbki oraz bez wstępnej konsolidacji
d) cus - spójność bez drenażu i konsolidacji,
Wybór metody badania należy dobrać odpowiednio do warunków, które będą panowały w gruncie pod
budowlą. Indeks  s oznacza, że parametry są określone w aparacie skrzynkowym.
8.1 Sprzęt do badania.
a) Aparat skrzynkowy:
1a  dolna ramka,
1b  podstawa skrzynki,
2  górna ramka,
3  badana próbka,
4  filtr dolny,
5  płytka oporowa,
6  płytka przekazująca obciążenie
normalne,
7  śruby łączące obie ramki
(wykręcane przed ścinaniem),
8  śruby do regulacji odstępu
między ramkami,
Rys. 2. Schemat aparatu skrzynkowego.
b) System przenoszenia obciążenia:
- obciążenie prostopadłe powinno być stałe podczas ścinania,
- ścinanie musi być osiągnięte przez stałe poziome przemieszczanie ramek względem siebie,
- w aparacie skrzynkowym powinno być możliwe osiągnięcie przemieszczenia poziomego o wartości
25% długości próbki.
8.2 Przygotowanie gruntu do badań.
8.2.1 Badanie należy przeprowadzić na próbce NNS lub przygotowanej w sposób odzwierciedlający najlepiej
jak to możliwe warunki in situ.
8.2.2 Należy przygotować trzy próbki do badań przy trzech różnych stopniach obciążenia.
8.2.3 Długość boku kwadratowej próbki powinna wynosić 60 mm natomiast wysokość nie powinna być
mniejsza niż 10 mm. Największy rozmiar ziaren w próbce nie powinien przekraczać 1/5 wysokości
próbki.
8.3 Wykonanie badania.
8.3.1 Próbkę należy umieścić w aparacie bezpośredniego ścinania.
8.3.2 W zależności od programu badań możemy poddać próbkę wstępnej konsolidacji. W tym celu zadajemy
naprężenie konsolidacji, które jest równe naprężeniu pionowemu �. Po ustabilizowaniu się osiadań
możemy przejść do ścinania próbki.
8.3.3 Przed ścinaniem ramkę górną od dolnej należy odsunąć o 0,5 mm dla gruntów drobnoziarnistych lub
1 mm dla gruntów piaszczystych.
8.3.4 Próbkę należy ścinać przy stałej prędkości przemieszczania się ramki względem skrzynki.
8.3.5 Podczas ścinania należy dokonać przynajmniej 20 odczytów przemieszczenia poziomego i pionowego
próbki oraz siły ścinającej.
8.3.6 Próbkę można uznać za ściętą gdy:
- w trzech kolejnych odczytach siła ścinająca jest taka sama bądz
maleje,
- poziome odkształcenie osiągnęło 20% wymiaru poziomego próbki,
8.3.7 Próbkę należy zważyć i oznaczyć jej wilgotność.
8.4 Wyniki badań.
Naprężenie ścinające na powierzchni ścinania � przedstawia równanie (2).
P
�f= (2)
A
Gdzie:
P  największa siłą ścinająca pozioma [kN],
A  pierwotne pole przekroju podłużnego próbki [cm2],
W celu określenia parametrów wytrzymałościowych Ś i c należy nanieść wyniki badania na wykres
zależności naprężenia ścinającego �f od naprężenia normalnego �. Punkty aproksymujemy do funkcji
liniowej. Parametry Ś i c odczytujemy z wykresu w sposób przedstawiony na rysunku 1. Parametry te
można oszacować również w sposób analityczny. Stosując metodę najmniejszych kwadratów
otrzymujemy:
N N N N N N N
N �i- )2 - �
"� fi "�i"� fi "(�i "� fi "�i"�i fi
i=1 i=1 i=1
Ćs=arctg ; cs=i=1 i=1 i=1 i=1
N N N N
N )2-( )2 N )2-( )2
"(�i "�i "(�i "� i
i=1 i=1 i=1 i=1
2