Akademia Górniczo-Hutnicza
im. Stanisława Staszica w Krakowie

Oznaczanie wytrzymałości na ścinanie gruntu ścinarką obrotową

Michał Burtan

Przemysław Bochenek
Bartłomiej Więcek

Wydział Wiertnictwa Nafty i Gazu

Kierunek Górnictwo i Geologia

Rok studiów II

Rok akademicki 2011/2012

1. Wstęp teoretyczny.

Badanie Ścinawką obrotową jest bardzo proste i podobne do wgłębnego badania spójności gruntu przez ścinanie krzyżakiem. Zasada pomiaru polega więc na badaniu siły potrzebnej do wykonania obrotu zagłębionej w gruncie końcówki skrzydełkowej ścinarki. Pomiary ścinarką obrotową można przeprowadzić jednak tylko na powierzchni gruntu, na ścianach i w dnach wykopów, na próbkach o strukturze nienaruszonej. Ścinarkę obrotową można stosować do badań gruntów spoistych charakteryzujących się oporem na ścinanie w granicach 0-250 kPa.

1. Dobór sprzętu:

Ścinarka ma 3 wymienne koncówki skrzydełkowe (kształtki łopatkowe): TV1- mała, TV2-normalna, TV3—duża. Końcówki dobiera się w zależności od stanu gruntu warunkującego opór ścinania. Dla gruntów półzwartych i twardoplastycznych stosuje się końcówkę małą, dla gruntów w stanie twardoplastycznym i plastycznym końcówkę średnią, dla gruntów w stanie miękkoplastycznym i płynnym końcówkę dużą.

1. Przebieg zadania.

• Wyrównuje się powierzchnię gruntu

• W przypadku badania próbek w laboratorium wymiary powierzchni tych próbek powinny być nie mniejsze niż podwójna średnica stosowanej końcówki. Wyjątek mogą stanowić grunty miękkoplastyczne i płynne, których próbki mogą mieć wymiar tylko o 2cm większy niż średnica koncówki.

• Wskazówkę na tarczy pomiarowej ścinarki ustawia się w pozycji 0

• Ustawiając końcówkę prostopadle do powierzchni gruntu wciska się ją na głębokość równą wysokości skrzydełek

• Obraca się wolno i równomiernie pokrętłem w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, z szybkością około 1 działki na sekundę, aż do ścięcia gruntu(moment uzyskania największego oporu)

• Według wskazań wskazówki na tarczy górnej ścinarki odczytuje się wartość momentu granicznego M_f

1. Obliczenia:

Wartość oporu na ścinanie otrzymuje się przez pomnożenie odczytu na tarczy przez odpowiednią wartość współczynnika K_TV, zgodnie ze wzorem

τ_max=M_fK_TV

gdzie:

τ_max – wytrzymałość na ścinanie (kG*cm^-2)

M_f – moment graniczny (kG*cm, N*m)

K_TV- współczynnik przeliczeniowy = $\frac{12}{\pi}\frac{1}{D^{2}D + 6H}$

w którym: D- średnica końcówki(cm)

H-wysokość skrzydełek (cm)

• Pomiar 1.

τ_max=1,05*1=1,05 [kG*cm^-2]=0,000105 Pa

• Pomiar 2.

τ_max=0,2*1=0,2 [kG*cm^-2]=0,00002 Pa

• Pomiar 3.

τ_max=0,075*2,5=0,188 [kG*cm^-2]=0,0000188 Pa

• Pomiar 4.

τ_max=0,125*2,5=0,313 [kG*cm^-2]=0,0000313 Pa

• Pomiar 5.

Opór gruntu był za duży i nie byliśmy w stanie go ściąć.

1. Wnioski

Uzyskane przez nas wyniki czterech pomiarów różnią się między sobą. W przypadku pomiaru 1. wynik znacząco odbiega od pozostałych. Może to być spowodowane niedokładnym umieszczeniem próbki w pierścieniu. Dodatkowo, po każdym ścięciu gruntu nie możliwe jest umieszczenie go ponownie w pierścieniu identycznie jak przed ścięciem

Jeśli chodzi o wyniki 2,3,4 można przyjąć że z pewnym błędem są one zgodne. Wytrzymałość na ścinanie dla badanej przez nas próbki waha się w granicach ~0,2-0,3 kG*cm^-2.

Pomiar 5 dokonywany był sprawdzająco przy użyciu końcówki do gruntów w stanie miękkoplastycznym, natomiast nasz grunt był w stanie twardoplastycznym i nie byliśmy w stanie go ściąć.