Politechnika Koszalińska 14.12.2011

W.B.I.i Ś.

Kierunek: Budownictwo

LABORATORIUM Z MECHANIKI GRUNTÓW

I FUNDAMENTOWANIA

TEMAT: Wyznaczanie wytrzymałości gruntu na ścinanie w aparacie skrzynkowym

Wykonał:

1. ……………..……

2. ……………..……

3. ……………..……

CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Oznaczanie spójności (c_u) i kąta tarcia wewnętrznego (φ_u) gruntu.

Wytrzymałością gruntu na ścinanie τ_f – nazywamy opór, jaki stawia grunt naprężeniom ścinającym, po pokonaniu którego następuje zniszczenie struktury gruntu. Wytrzymałość na ścinanie jest funkcją naprężenia normalnego σ oraz parametrów wytrzymałościowych gruntu, czyli:

τ_f=σ*tgϕ+c

gdzie:

ϕ - kąt tarcia wewnętrznego

c- spójność gruntu

Parametry wytrzymałościowe gruntu c i ϕ wyznacza się m.in. w aparacie bezpośredniego ścinania (skrzynkowym) oraz w aparacie trójosiowym.

Spójność właściwa gruntu jest to wewnątrz-strukturalne ciśnienie, wynikające z sił wzajemnego przyciągania się cząstek gruntowych, zrównoważonego przez reakcję sił odpychających w warunkach zakończonej konsolidacji gruntu przy danym obciążeniu konsolidacyjnym. Grunty sypkie ziarniste bez cząstek iłowych mają spójność równą zero.

W przypadku ścinania gruntów o strukturze ziarnistej występuje opór tarcia suwnego i obrotowego, gdyż przy poślizgu strefowym jednej warstwy gruntu po drugie występuje opór nie tylko w powierzchniach poślizgu, lecz i opór wynikający z obrotu ziaren w stosunku do ziaren sąsiednich. Opór gruntu powstały wskutek tarcia suwnego i obrotowego nazywamy oporem tarcia wewnętrznego. Wartość kąta tarcia wewnętrznego ϕ zależy od wymiaru ziaren i od ich kształtu oraz od stopnia zagęszczenia gruntu. Im grubsze są ziarna, tym szersza jest strefa ogarnięta tarciem wewnętrznym ziaren. Im bardziej ostre są krawędzie ziaren, tym większy jest opór ich tarcia przy wzajemnym obrocie, gdyż większy jest opór z ich wzajemnego zaklinowania się. Im bardziej grunt jest zagęszczony tym mniej swobody mają poszczególne ziarna przy obrocie i tym większy jest ich opór przy ścinaniu gruntu.

Przebieg ćwiczenia

1. W celu przygotowania aparatu do badania obie ramki skrzynki dwudzielnej łączy się za pomocą śrub. Na dno skrzynki wkłada się dolny filtr a na nim kwadrat bibuły filtracyjnej. Na bibule umieszcza się ząbkowaną płytkę oporową.

2. Na zagęszczoną i włożoną do skrzynki próbkę nakłada się górną płytkę oporową, bibułę filtr i tłok z kulką przekaźnikową.

3. Po ustawieniu skrzynki na prowadnicach podstawy aparatu zakłada się ramę z wieszakiem.

4. Następnie obciąża się próbkę przez zawieszenie odważników.

5. Następnie ścinamy próbkę. Ścianie następuje wskutek przesuwania się ruchomej części ramki skrzynki względem części nieruchomej ze stałą prędkością.

6. W trakcie badania odczytuje się na czujnikach wartości odkształceń dynamometru.

Dla obliczenia spójności (c _u) i kąta tarcia wewnętrznego Φ _u wstępnie obliczamy współczynniki a i b wg wzorów:

gdzie:

τ _fi – wartość wytrzymałości na ścinanie poszczególnych próbek [kPa],

σ _i – naprężenia normalne [kPa],

N – liczba ściętych próbek uwzględniona w obliczeniach (liczba punktów na wykresie).

DANE TABELARYCZNE

Powierzchnia próbki F=36cm²

Stała dynamometru K=49,675 kG/mm

Ob. pionowe	Q	kG	18	36	54	72	90	108
odkszt.dynam.	Ed	mm	0,08	0,23	0,35	0,47	0,6	0,69
Siła ścinająca	Tf=Ed⋅K	kG	3,73	10,74	16,34	21,94	28,01	32,21
Naprężenia	σ=Q/F	kG/cm^2	0,50	1,00	1,50	2,00	2,50	3,00
normlane		kPa	50,0	100,0	150,0	200,0	250,0	300,0
Naprężenia	Τf=Tf/F	kG/cm^2	0,10	0,30	0,45	0,61	0,78	0,89
ścinające		kPa	10,4	29,8	45,4	60,9	77,8	89,5

CZĘŚĆ OBLICZENIOWA

c _u = b = 3,1981

Φ _u = arctg a = arctg 0,3070 = 17,59°

tgΦ _u = 0,3170

WNIOSKI

Badaniu poddany został piasek gruboziarnisty Na podstawie otrzymanych wyników sporządzono wykres τ − σ . Z wykresu odczytano, że kąt tarcia wewnętrznego φ_u = 17, 59.

Otrzymano również wartość spójności C_u = 3, 19 kPa. Piasek jest gruntem niespoistym nie powinien wykazywać spójności. Otrzymana wartość jest wynikiem zawilgocenia próbki.

Badanie wytrzymałości gruntu na ścinanie przeprowadza się w celu określenia możliwości wykorzystywania gruntu do usytuowania na nim obiektów budowlanych.