Ściśliwość gruntów (parametry charakteryzujące ściśliwość, metody ich wyznaczania)

Ściśliwość - zdolność gruntu do zmniejszania swojej objętości pod wpływem obciążenia, przyczyny ściśliwości:

a) usuwanie z gruntu wody wolnej i kapilarnej

b) przesuwanie się ziarn i cząstek względem siebie i zajmowanie przez nie bardziej statecznego położenia

c) usuwanie z gruntu pęcherzyków powietrza

d) zgniatanie niektórych ziaren gruntu

e) sprężyste odkształcenie powłoki wody błonkowej

f) sprężyste odkształcenie ziarn i cząstek gruntu

g) zmniejszenie objętości powietrza zamkniętego w porach gruntu

Odkształcenie gruntu powstałe na skutek obciążenia można podzielić na odkształcenie trwałe (nieodwracalne) i sprężyste (odwracalne). O.trwałe powstają z pkt `a-d', o.sprężyste - pkt `e-g'. Odkształcenie gruntu jest sumą odkształceń trwałych i sprężystych.

Moduł ściśliwości - miara ściśliwości gruntu. Dla gruntów niesk. min i org oraz nasypowych bada w edometrach określając ściśliwość przez edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej M_o i wtórnej M.

M₀,M=∆σ/ε; ∆σ - przyrost obciążenia jednostkowego próbki [kPa] ∆σ= σ_i- σ_i-1

ε - odkształcenie jednostkowe próbki ε=∆h/h=(h_i-1-h_i)/h_i-1

h_i-1-wysokośc próbki przed zwiększeniem obciążenia; h_i - po zwiększeniu

W badaniach terenowych ściśliwość przeprowadza się za pomocą próbnych obciążeń i badań presjometrycznych określając moduł ściśliwości właściwej.

W edometrze próbkę gruntu obciąża się wzdłuż osi pionowej uniemożliwiając odkształcenia w kierunkach poziomych, próbka znajduje się w trójosiowym stanie naprężeń i jednoosiowym stanie odkształceń - odkształcenie osiowe = odkształcenie objętościowe.

Stosunek napr. poprzecznego do bocznego - K_o - współczynnik naprężeń poprzecznych w spoczynku (współczynnik rozporu bocznego)

Badanie polega na wykorzystaniu zdolności gruntu do zmniejszania obj. na skutek przyłożonego obciążenia.

Edometr: wieszak na obciążniki, pierścień zewn,. czujniki, śruba dociskowa, ramka, filtr górny

Najpierw wykonuje się sprawdzanie odkształceń własnych edometru:

Do pierścienia (między dwoma sączkami z bibuły filtracyjnej) wkłada się metalowy krążek (próbka zastępcza). Na górnej pow. krążka ustawić górny filtr z kulką przekaźnikową , ustawić czujniki edometru i zanotować wskazania pierwotne. (próbkę zastępczą obciążać odpowiednio... i notować wskazania czujników)

Badanie: w grunt o NNS wciskamy pierścień, wyrównujemy, obie ściskane powierzchnie gruntu przykrywamy bibuła filtracyjną, pierscien z próbką umieścić w dolnym filtrze edometru, nałożyć oprawkę, filtr górny, skręcić śrubami, ustawić czujniki, kulkę przekaźnikową i trzpień. Odpowiednio obciążać i później odciążać i znów obciążać : )) (12,5;25;50;100;200;100;50;25;12.5;25;50,100;200)

Obliczenia: Wyniki spisujemy do tabeli i obliczamy moduły ściśliwości pierw. i wtórnej M₀,M=∆σ/∆ε.

Sporządzamy wykres konsolidacji gruntu (zależność h próbki od czasu działania obciążenia przy tej samej wartości obciążenia). Wykres ściśliwości gruntu (zależność h próbki od jej pionowego obciążenia σ.)

Parametry ściśliwości

Współczynnik ściśliwości - stosunek przyrostu porowatości do przyrostu naprężeń, które spowodowały przyrost wskaźnika porowatości w wyniku niemożliwości bocznej rozszerzalności

a_i=∆e_i /∆ σ _i = (e_i - e_i+1) / (σ _i+1 - σ_i) [m²/MN], gdzie ∆e_i - zmiana wskaźnika porowatości przy zmianie napr. w gruncie o ∆ σ _i. WŚ określa się w oparciu o krzywą ściśliwości.

Wskaźnik ściśliwości C_C - tangens kąta nachylenia prostej naprężenia w warunkach niemożności bocznej rozszerzalności. Nachylenie prostej odprężenia daje wartości wskaźnika odprężania C_C.

e_i+1 = e_i - C_Clogσ _i, gdzie e_i - wskaźnik porowatości, σ _i - naprężenie pionowe. Do tego wyznaczamy jeszcze największe naprężenie pierwotne konsolidacji.

Moduł odkształcenia gruntu pierwotnego E₀ i wtórnego E - wyznacza się w warunkach swobodnej bocznej rozszerzalności. E₀,E=∆ σ_z / ε_z. Podczas badania ściśliwości w edometrze próbka nie może odkształcać się poprzecznie (pierścień) więc w próbce powstają naprężenia poziome σ_X= σ_Y które są proporcjonalne do naprężenia pionowego σ_Z. σ_X= σ_Y=K₀ σ_Z, gdzie K₀ wsp.rozporu bocznego

Z prawa Hooke'a : σ_X/E₀ - σ_Yν/E₀ - σ_Zν/E₀ =0 (w edometrze suma odkształceń musi = 0), gdzie po podstawieniach otrzymujemy K₀= ν / 1-ν, gdzie ν - wsk. Poissona (bocznej rozszerzalności)

Zależność między E₀ a M₀ dla gruntów izotropowych E₀=δM₀, gdzie δ=(1 + ν) (1 - 2 ν) / (1- ν)

---