grunt sprawko 4

  1. Ściśliwość gruntu

Jest to jego zdolność do zmniejszania objętości pod wpływem obciążenia. Osiadanie gruntu jest procesem zachodzącym między innymi w wyniku ściśliwości. Zmniejszenie się objętości gruntu pod wpływem obciążenia jest wynikiem procesów takich jak zmniejszenie się objętości porów, zmniejszenie grubości warstwy podwójnej, zagęszczenie, usunięcie powietrza czy odkształcenie się cząstek. Ściśliwość zależy od wielu czynników, ale najważniejsze to skład granulometryczny gruntu, porowatość, wilgotność i skład mineralny.

Ściśliwość bada się w edometrach a zależność między obciążeniem a odkształceniem wyraża się zawsze w postaci linii krzywej, zwanej krzywą ściśliwości i jest to jedna z charakterystyk ściśliwości gruntu. Pozostałe to tzw. moduł ściśliwości i krzywe konsolidacji.

Krzywa ściśliwości charakteryzuje zależność zmian wysokości próbki od przyłożonego obciążenia, rozróżnia się krzywą ściśliwości pierwotnej i wtórej oraz krzywą odprężenia. Przebieg krzywych wskazuje, że grunt po każdym obciążeniu i odciążeniu odkształca się częściowo sprężyście i częściowo trwale. Z każdym kolejnym obciążeniem grunt jest coraz mniej ściśliwy, a krzywa staje się coraz mniej nachylona.

Moduł ściśliwość, nazywany także edometrycznym modułem ściśliwości określa się za pomocą wzoru przyjętego z Prawa Hooke’a:


$$\mathbf{M}_{\mathbf{0}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{\sigma}}{\mathbf{\varepsilon}}$$

Gdzie: M0 – edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej

σ przyrost obciążenia jednostkowego próbki

ε −  odkształcenie jednostkowe próbki

Analogicznie mówi się o module ściśliwości wtórnej M i module odprężenia .

Badania ściśliwości w edometrach przeprowadza się na próbkach gruntu o strukturze nienaruszonej lub naruszonej w zależności od naturalnych warunów pracy gruntu. Obciąża się je stopniowo, zwiększając obciążenie za każdym razem dwukrotnie w stosunku do poprzedniego. Przy każdej zmianie obciążenia wykonuje się odczyty na czujniku po określonym czasie od przyłożenia danego obciążenia. Odczyty te służą do wykonania krzywej konsolidacji.

Wskaźnik ściśliwości gruntu normalnie skonsolidowanego Cc

Określa się go na postawie nachylenia pierwotnej krzywej ściśliwości narysowanej w skali półlogarytmicznej


$$C_{c} = \frac{e_{1} - e_{2}}{\log\frac{\sigma_{2}'}{\sigma_{1}'}}$$

Wskaźnik ściśliwości gruntu gruntu prekonsolidowanego Cr


$$C_{r} = \frac{e_{1} - e_{2}}{\log\frac{\sigma_{p}'}{\sigma_{1}'}}$$

σp – naprężenie prekonsolidacji

  1. Przebieg badania w edometrze

  1. Z odpowiednio przygotowanego gruntu (w stanie nienaruszonym – próbkę o określonych wymiarach, w stanie naruszonym – jako pastę o odpowiedniej wilgotności) wycina się pierścieniem edometrycznym próbkę o średnicy 20mm i wyrównuje powierzchnię nożem.

  2. Waży się pierścień edometru wraz z gruntem po czym pobiera się dwie próbki do oznaczenia wilgotności.

  3. Na dolnym filtrze edometru umieszcza się zwilżony sączek z bibuły filtracyjnej, stawia się na nim pierścień z gruntem i przykrywa górną powierzchnię gruntu kolejnym sączkiem.

  4. Na pierścień nakłada się oprawkę edometru, którą mocuje się śrubami, oraz górny filtr. Na to nakłada się gumową osłonę, chroni ona próbkę przed wysychaniem.

  5. Ustawia się czujnik, który będzie rejestrował zmiany wysokości próbki, stawiając jego nóżkę na specjalnej podstawce opartej o filtr poprzez kulkę przekaźnikową i trzpień. Zaciska się śrubę dociskową trzpienia.

  6. Odczytuje się wskazanie trzpienia i przyjmuje tę wartość jako zerową, na trzpień nakłada się ramę obciążającą z wieszakiem, w ten sposób uzyskuje się obciążenie 12,5 kPa.

  7. Odkręca się śrubę dociskową trzpienia i notuje odczyty na czujniku po upływie 1,2,5,15 i 30 minut, 1,2,4,6,24 godzin a potem co 24 godziny, do chwili osiągnięcia stabilzacji osiadań ( dla gruntów mało, średnio i zwięzło spoistych – przez 1-4 godziny zmiana wysokości próbki nie przekroczyła 0,001mm, dla gruntów bardzo spoistych i organicznych czas ten wynosi 4-24 h).

  8. Po osiągnięciu stabilizacji osiadań przykłada się kolejne obciążenia: 25, 50, 100, 200, 400 kPa. Przy każdym notuje się wskazanie czujnika jak wyżej.

  9. Po osiągnięciu stabilizacji osiadań przy maksymalnym obciążeniu odciąża się próbkę do wartości 12,5 kPa prowadząc pomiary jej odkształceń.

  10. Gdy badanie przewiduje określenie ściśliwości wtórnej należy powtórzyć obciążanie zgodnie z p. 7 i 8. Jak nie, badaną próbkę odciąża się całkowicie, wyjmuje pierścień z edometru i waży. Próbkę należy wyjąc z pierścienia i oznaczyć jej wilgotność.

Obliczanie wyników

  1. Wykonuje się wykres zależności naprężenia od wysokości próbki. Sporządza się go dla stanów umownej stabilizacji.

  2. Edometryczne moduły ściśliwości oblicza się korzystając z zależności:


$$\mathbf{M}_{\mathbf{0}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{\sigma}}{\mathbf{\varepsilon}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{\sigma \times}\mathbf{h}_{\mathbf{i - 1}}}{\mathbf{h}}$$


h=hi1hi

  1. Konsolidacja

Konsolidacją gruntu nazywamy odkształcenie gruntu spoistego powstające wskutek obciążenia i związane z odpływem wody z gruntu. Zależy ona od właściwości filtracyjnych gruntu. Proces konsolidacji przedstawiane są na wykresach konsolidacji (krzywe konsolidacji), które przedstawiają przebieg osiadania w czasie. Są to wykresy zależności wysokości próbki od czasu działającego obciążenia kolejno dla każdego z przyłożonych obciążeń. Można wyróżnić ściśliwość natychmiastową, pierwotną i wtórną.

Do opisu konsolidacji stosuje się teorię Terzaghiego wg której


$$\frac{\text{δU}}{\text{δt}} = C_{v}\frac{\delta^{2}U}{\delta^{2}z}$$

Zmienna ciśnienia U w czasie t na głębokości z

$C_{V} = \frac{k}{m_{v}\gamma_{w}}$ – współczynnik konsolidacji

Kolejny parametr – stopień konsolidacji U:


$$U = \frac{e_{0} - e}{e_{0} - e_{1}}$$

e0,  e1 – wskaźnik porowatości przed i po konsolidacji

e− wskaźnik porowatości w momencie wyznaczenia U

Do opisu ściśliwość wtórnej stosuje się współczynnik wtórnej ściśliwości


$$C_{\alpha} = \frac{e}{bt}$$

W tym przypadku odkształcenie próbki przebiega po rozproszeniu się nadwyżki ciśnienia wody w porach, odkształcenie zachodzi powoli, przy stałym naprężeniu efektywnym.


Wyszukiwarka