Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny
Wydział Budownictwa i Architektury
Sprawozdanie z ćwiczenia laboratoryjnego
z mechaniki gruntów
Ćwiczenie numer 3
Badanie ściśliwości gruntu
Rok II
Semestr I
Grupa 7
Wykonali:
Katarzyna Smentek
Grzegorz Skorupiński
WZORY:
Moduł ściśliwości pierwotnej gruntu $\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }M_{0} = \frac{\sigma}{\varepsilon}$
Przyrost obciążenia jednostkowego próbki σ = σi − σi − 1
Odkształcenie względne próbki $\varepsilon = \frac{h_{i - 1} - h_{i}}{h_{i - 1}}$
OBLICZENIA:
Moduł ściśliwości pierwotnej:
σ1 = 12, 5kPa − 0kPa = 12, 5kPa
$$\varepsilon_{01} = \ \frac{20 - 18,90}{20} = 0,055$$
$$M_{0} = \frac{{\sigma}_{1}}{\varepsilon_{01}} = \frac{12,5kPa}{0,055} = 227,27kPa$$
σ2 = 25kPa − 12, 5kPa = 12, 5kPa
$$\varepsilon_{02} = \frac{18,90 - 18,36}{18,90} = 0,029$$
$$M_{0} = \frac{{\sigma}_{2}}{\varepsilon_{02}} = \frac{12,5kPa}{0,029} = 431,03kPa$$
σ3 = 50kPa − 25kPa = 25kPa
$$\varepsilon_{03} = \frac{18,36 - 17,65}{18,36} = 0,039$$
$$M_{0} = \frac{{\sigma}_{3}}{\varepsilon_{03}} = \frac{25kPa}{0,039} = 641,03kPa$$
σ4 = 100kPa − 50kPa = 50kPa
$$\varepsilon_{04} = \frac{17,65 - 16,79}{17,65} = 0,049$$
$$M_{0} = \frac{{\sigma}_{4}}{\varepsilon_{04}} = \frac{50kPa}{0,049} = 1020,41kPa$$
Moduł ściśliwości wtórnej:
σ2 = 25kPa − 12, 5kPa = 12, 5kPa
$$\varepsilon_{2} = \frac{17,12 - 17,01}{17,12} = 0,006$$
$$M = \frac{{\sigma}_{2}}{\varepsilon_{2}} = \frac{12,5kPa}{0,006} = 2083,33kPa$$
σ3 = 50kPa − 25kPa = 25kPa
$$\varepsilon_{3} = \frac{17,01 - 16,94}{17,01} = 0,004$$
$$M = \frac{{\sigma}_{3}}{\varepsilon_{3}} = \frac{25kPa}{0,004} = 6250kPa$$
σ4 = 100kPa − 50kPa = 50kPa
$$\varepsilon_{4} = \frac{16,94 - 16,73}{16,94} = 0,012$$
$$M = \frac{{\sigma}_{4}}{\varepsilon_{4}} = \frac{50kPa}{0,012} = 4166,67kPa$$
WNIOSKI:
Po dokonaniu analizy makroskopowej, jesteśmy w stanie stwierdzić, iż badanie było przeprowadzanie na torfie. Był to grunt o dużej wilgotności, barwy czarnej, bez widocznych szczątków organicznych. W trakcie badania łatwo dało się zauważyć, że wcześniej obciążona próbka, po odciążeniu, nie wraca już do swojej pierwotnej objętości. Spowodowane jest to trwałym naruszeniem konstrukcji szkieletu gruntu i wzajemnym przesunięciem się cząstek gruntu w szkielecie. Wyniki uzyskane w edometrze przedstawiono w tabeli - na ich podstawie obliczono moduł ściśliwości pierwotnej i wtórnej oraz sporządzono krzywą ściśliwości gruntu, wykresy konsolidacji. Ściśliwość pierwotną obserwowano począwszy od wysokości próbki h=20mm (z dokładnością do 0,01mm) i obciążenia 12,5 kPa. Przy takim obciążeniu, w czasie 8 minut odczyt na czujniku zmienił się o 1,10mm. Przy kolejnych obciążeniach 25kPa, 50kPa, 100 kPa- po czasie 8 minut wysokości próbki zmniejszały się wolniej tj. o 0,54mm; 0,71mm; 0,86mm. Tempo spadku odczytów dla różnych obciążeń, lecz po tym samym czasie od momentu obciążenia inną masą była bardzo zbliżona (zmiany najczęściej o 0,02 lub 0,03mm). Po całkowitym obciążeniu pierwotnym uzyskano wynik 16,79 mm. Gdy zaczęto odciążać układ, odczyty zaczęły minimalnie się zwiększać, lecz nie osiągnęły oczywiście wartości początkowej 20 mm. Obciążenie wtórne natomiast spowodowało spadek wysokości gruntu z wartości 17,12mm do 16,73mm.
Wyznaczone moduły nie są w stu procentach zgodne z wartościami „książkowymi”, dlatego należy przyjąć, że badanie nie było wykonane w sposób gwarantujący wiarygodność wyników. Rozbieżności te mogą wynikać zarówno ze stanu technicznego aparatury, jak i naruszonej struktury próbki.
UWAGI:
Zgodnie z zapisem w tabeli w książce „Grunty budowlane cz.3 – laboratoryjne badania mechanicznych cech gruntów”, wyd. Politechniki Krakowskiej, Kraków 1999, dla torfu o wilgotności mniejszej niż 100% stosunek M/Mo powinien wynosić 2/0,5 . Niestety wskutek niedokładności pomiarowych wyniki odbiegają nieco od wartości z tablicy „Orientacyjne wartości modułów ściśliwości gruntów E i M”. Spowodowane jest to niedokładnościami pomiarowymi związanymi z pomiarem czasu oraz wysokości. Wykresy są zbliżone do oczekiwanych, zatem można je przyjąć za wiarygodne.