Politechnika Krakowska

Wydział Inżynierii Środowiska

Specjalność: Inżynieria Sanitarna

Badanie edometryczne gruntów.

Badanie w aparacie bezpośredniego ścinania na podstawie PKN-CEN ISO/TS 17892-10.

Politechnika Krakowska Wydział Inżynierii Środowiska.	Nazwisko i imię: Makota Klaudia Romanowski Piotr Sufryd Mikołaj	Grupa: 5	Nr projektu: 3
Data wykonania:	Data zaliczenia:	Ocena:	Uwagi:

1. Badanie w aparacie bezpośredniego ścinania.

Przebieg ćwiczenia :

Badanie w aparacie AB polega na ścinaniu próbek gruntu w dwudzielnej skrzynce. Ćwiczenie rozpoczęto od zwarzenia skrzynki aparatu. Po umieszczeniu w niej badanej próbki gruntu całość ponownie zwarzono. Otrzymano wyniki:

Waga skrzynki aparatu AB [g]	Waga skrzynki aparatu AB z próbką [g]
4377,8	4514,2

Następnie za pomocą suwmiarki zmierzono w trzech różnych miejscach wysokość próbki H.

Lp.	Wysokość próbki H [cm]
1	2,9
2	3,1
3	3,0
Średnia wysokość: 3,0

Po dokonaniu powyższych pomiarów skrzynkę umieszczono w mechanizmie aparatu, przyłożono stałe naprężenie normalnego σ_n = 25 kPa i rozpoczęto ścinanie próbki przy stałej prędkości przemieszczania dolnej skrzynki względem górnej 1mm/min. Wskazania czujnika dynamometru notowano co 0,5 mm. Odczyty z badania przedstawia tabela:

Pomiar	σn [kPa]	s [mm]	a [-]	Średnia wysokość gruntu [cm]
1	25	0	0	3,0
	25	0,5	7
	25	1,0	7
	25	1,5	8
	25	2,0	8
	25	2,5	9
	25	3,0	9
	25	3,5	8

gdzie:

σ_n – naprężenie normalne w płaszczyźnie ścięcia [kPa]

s – przesunięcie poszczególnych części skrzynki względem siebie [mm]

a – wskazania dynamometru [-]

P – siła ścinająca pozioma [kN]

Pomiary przerywano w momencie gdy wartość siły ścinającej w 3 kolejnych odczytach pozostała stała lub zmniejszyła się. Do obliczeń przyjęto maksymalną wartość siły ścinającej odniesionej do powierzchni ścinania w momencie, w którym ta siła wystąpiła po raz pierwszy. Wskazania z czujnika dynamometru zamieniono zgodnie z przelicznikiem 1 działka = 0,0043 kN. Analogiczne badanie przeprowadzono jeszcze dwukrotnie. Wyniki pomiarów zamieszczono w tabelach:

• Pomiar drugi:

Lp.	Wysokość próbki H [cm]
1	2,7
2	2,7
3	2,4
Średnia wysokość: 2,6

Pomiar	σn [kPa]	s [mm]	a [-]	Średnia wysokość gruntu [cm]
2	25	0	0	2,6
	25	0,5	5
	25	1,0	6
	25	1,5	6
	25	2,0	7
	25	2,5	8
	25	3,0	8
	25	3,5	10
	25	4,0	10
	25	4,5	10

• Pomiar trzeci:

Lp.	Wysokość próbki H [cm]
1	2,5
2	2,4
3	2,6
Średnia wysokość: 2,5

Pomiar	σn [kPa]	s [mm]	a [-]	Średnia wysokość gruntu [cm]
1	25	0	0	3,0
		0,5	7
		1,0	7
		1,5	8
		2,0	8
		2,5	9
		3,0	9
		3,5	10
		4,0	9

Po wykonaniu wszystkich pomiarów badaną próbkę gruntu przesypano do ważącej 275,2 g parowniczki i całość zważono. Otrzymano wartość 404,6 g. Następnie wysuszono i ponownie zważono próbkę z parowniczką uzyskując wynik 395,7 g.

Obliczenia:

• początkowa gęstość szkieletu gruntowego ρ_d:

$$\rho_{d} = \frac{m_{d}}{A \bullet H_{0}\ }$$

gdzie:

A – pole próbki [cm²] – 36 cm²

H₀ – początkowa wysokość próbki [cm] – 3cm

m_d – masa szkieletu gruntowego [g] – 120,49g

$$\rho_{d1} = \frac{395,7\ g - 275,2\ g}{36\ \text{cm}^{2} \bullet 3\ cm\ } = 1,12\ g/\text{cm}^{3}$$

$$\rho_{d2} = \frac{395,7\ g - 275,2\ g}{36\ \text{cm}^{2} \bullet 2,6\ cm\ } = 1,29\ g/\text{cm}^{3}$$

$$\rho_{d3} = \frac{395,7\ g - 275,2\ g}{36\ \text{cm}^{2} \bullet 2,5\ cm\ } = 1,34\ g/\text{cm}^{3}$$

• początkowa gęstość objętościowa ρ:

$$\rho = \frac{m_{0}}{A \bullet H_{0}\ }$$

gdzie:

m₀ – początkowa masa próbki [g]

$$\rho_{1} = \frac{4514,2\ g - 4377,8\ g}{36\ \text{cm}^{2} \bullet 3\ cm\ } = 1,26\ g/\text{cm}^{3}$$

$$\rho_{2} = \frac{4514,2\ g - 4377,8\ g}{36\ \text{cm}^{2} \bullet 2,6\ cm\ } = 1,46g/\text{cm}^{3}$$

$$\rho_{3} = \frac{4514,2\ g - 4377,8\ g}{36\ \text{cm}^{2} \bullet 2,5\ cm\ } = 1,52\ g/\text{cm}^{3}$$

• początkowy wskaźnik porowatości e₀:

$$e_{0} = \frac{\rho_{s}}{\rho_{d}} - \ 1$$

gdzie:

ρ_s – gęstość właściwa gruntu wynosząca 2,64$\ \lbrack\frac{g}{\text{cm}^{3}}\rbrack$

$$e_{01} = \frac{2,64\ g/\text{cm}^{3}}{1,12\ g/\text{cm}^{3}} - \ 1 = 1,36$$

$$e_{02} = \frac{2,64\ g/\text{cm}^{3}}{1,29\ g/\text{cm}^{3}} - \ 1 = 1,05$$

$$e_{03} = \frac{2,64\ g/\text{cm}^{3}}{1,34\ g/\text{cm}^{3}} - \ 1 = 0,97$$

• naprężenie ścinające τ:

$$\tau = \frac{P}{A}$$

gdzie:

P – siła ścinająca pozioma [kN]

A – pole próbki [m²]

$$\tau_{1} = \frac{38,7\ N}{36\ m^{2}} = 1,075\ Pa$$

$$\tau_{2} = \frac{43\ N}{36\ m^{2}} = 1,19\ Pa$$

$$\tau_{3} = \frac{43\ N}{36\ m^{2}} = 1,19\ Pa$$

Z otrzymanych wartości obliczeń wykonano wykres zależności wytrzymałości na ścinanie τ względem początkowego wskaźnika porowatości e₀ oraz wyznaczono kąt tarcia wewnętrznego

Φ w funkcji wskaźnika porowatości e.