Uniwersytet Technologiczno – Przyrodniczy

im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich

w Bydgoszczy

Kierunek: Budownictwo

Semestr: III

Rok akademicki: 2013/14

POPRAWA

Ćwiczenie nr 5. Oznaczenie ściśliwości gruntu.

gr. 5

Zespół nr 2

Górka Milena

Kołodziej Sonia

Kwiatkowska Anna

Mazur Justyna

Data wykonania ćwiczenia: 21.11.2013

1. OPIS TEORETYCZNY

Ściśliwość gruntu oznacza jego zdolność do zmniejszania objętości pod wpływem obciążenia. Badanie ściśliwości gruntu o nienaruszonej strukturze przeprowadzono w edometrze poprzez umieszczenie próbki w metalowym pierścieniu, dzięki czemu próbka obciążana od góry nie ma możliwości rozszerzania się na boki i możliwe jest zmierzenie pionowego odkształcenia próbki. Cykl badania polega na obciążaniu próbek gruntu lub odciążaniu ich stopniowo, przy czym każde kolejne obciążenie jest dwa razy większe od poprzedniego lub dwa razy mniejsze – przy odciążaniu. Zmiany obciążeń w obu przypadkach przeprowadza się po umownym ustabilizowaniu się wysokości badanej próbki.

Miarą ściśliwości gruntu jest moduł ściśliwości, który jest w pewnym sensie odpowiednikiem modułu sprężystości ciał sprężystych, przy czym dla gruntów zależności między obciążeniem a odkształceniem wyraża się zawsze w postaci krzywoliniowej. Wartość modułu ściśliwości pierwotnej (Mo) uzyskuje się w pierwszym procesie obciążenia, tzn. przy wzroście σ_i, wartość modułu ściśliwości wtórnej (M) odpowiada natomiast drugiemu (lub n-temu) cyklowi obciążenia poprzedzonego odciążaniem badanej próbki.

Zmniejszanie się objętości gruntu pod wpływem obciążenia jest wynikiem wielu procesów zachodzących w gruntach takich jak: zmniejszenie się objętości porów na skutek wzajemnego przesuwania się cząstek gruntu, zmniejszenie się grubości warstwy podwójnej (wskutek jej zagęszczenia i usuwania części wody), zagęszczenie lub usunięcie powietrza, odkształcanie się cząstek.

Badania ściśliwości gruntu są konieczne przy rozpatrywaniu zachowania się gruntu po obciążeniu go budowlami, zwłaszcza przy obliczaniu wielkości osiadania oraz przy określaniu dopuszczalnych obciążeń na dany grunt.

1. WYNIKI BADAŃ

Makroskopowe określenie badanego gruntu

1. Rodzaj gruntu

Grunt średnio spoisty – grunt pozwala się wałeczkować, od początku do końca wałeczkowania powierzchnia wałeczka bez połysku, wałeczek pęka poprzecznie.

1. Grupa

Grupa I , grunty piaszczyste – podczas wykonywania próby w wodzie między palcami wyczuwalna duża ilość ziarn piasku

1. Nazwa gruntu

Glina piaszczysta Gp

1. Liczba wałeczkowań

2

1. Konsystencja gruntu

Plastyczna, stan na pograniczu plastycznego z twardoplastycznym – można uformować dwa wałeczki, wałeczek rozpada się przy trzecim wałeczkowaniu

1. Wilgotność gruntu

Grunt mało wilgotny – grudka gruntu przy zgniataniu odkształca się plastycznie, lecz dłoń przyłożona do gruntu nie staje się wilgotna

1. Barwa gruntu

Zielono- brązowa

1. OPRACOWANIE WYNIKÓW BADAŃ

1. Wykres ściśliwości ( zależność zmian wysokości próbki od przyłożenia obciążenia)

2. Edometryczne moduły ściśliwości

M_oi = $\frac{\sigma}{\varepsilon} = \ \frac{\sigma\ \bullet \ h_{i - 1}}{h_{i}}$ kPa

σ - przyrost naprężenia jednostkowego próbki [kPa]

σ =  σ_i  −  σ_i − 1

ε – odkształcenie jednostkowe próbki przy danym naprężeniu

$$\varepsilon = \ \frac{h_{i - 1} - \ h_{i}}{h_{i - 1}} = \ \frac{h}{h_{i - 1}}$$

OBCIĄŻANIE
Czas odczytu [min]
0,5
1
2
4
6
8
0,5
1
2
4
6
8
0,5
1
2
4
6
8
0,5
1
2
4
6
8

σ =  12, 5 − 0 = 12, 5 kPa

$$\varepsilon = \frac{20 - 19,780}{20} = 0,011\ $$

M_oi = $\frac{\sigma}{\varepsilon} = \frac{12,5}{0,011}\ = 1136,36$ kPa

σ =  25 − 12, 5 = 12, 5 kPa

$$\varepsilon = \frac{19,780 - 19,729}{19,780} = 0,00257\ $$

M_oi = $\frac{\sigma}{\varepsilon} = \ \frac{12,5}{0,00257} = 4863,81$ kPa

σ =  50 − 25 = 25 kPa

$$\varepsilon = \frac{19,729 - 19,664}{19,729} = 0,00329\ $$

M_oi = $\frac{\sigma}{\varepsilon} = \ \frac{25}{0,00329} = 7598,78$ kPa

σ =  100 − 50 = 50 kPa

$$\varepsilon = \frac{19,664 - 19,588}{19,664} = 0,00386\ $$

M_oi = $\frac{\sigma}{\varepsilon} = \ \frac{50}{0,00386}\ = 12953,37$ kPa

ODCIĄŻANIE
Czas odczytu [min]
2
2
2

σ = 50 − 100 = −50 kPa

$$\varepsilon = \frac{19,588 - 19,604}{19,588} = - 0,00082\ $$

$\overset{\overline{}}{M}\mathbf{\ }$= $\frac{\sigma}{\varepsilon} = \ \frac{- 50}{- 0,00082}\ = 60975,61\ $kPa

σ = 25 − 50 =   − 25 kPa

$$\varepsilon = \frac{19,604 - 19,621}{19,604} = - 0,00087\ $$

$\overset{\overline{}}{M}\mathbf{\ }$ = $\frac{\sigma}{\varepsilon} = \ \frac{- 25}{- 0,00087} = 28735,63\ $kPa

σ = 12, 5 − 25 = − 12, 5 kPa

$$\varepsilon = \frac{19,621 - 19,642}{19,621} = - 0,00107\ $$

$\overset{\overline{}}{M}$ = $\frac{\sigma}{\varepsilon} = \ \frac{- 12,5}{- 0,00107} = 11682,24$ kPa

OBCIĄŻANIE WTÓRNE
Czas odczytu [min]
2
2
2
2

σ =  25 − 12, 5 = 12, 5 kPa

$$\varepsilon = \frac{19,642 - 19,638}{19,642} = 0,00020\ $$

M = $\frac{\sigma}{\varepsilon} = \frac{12,5}{0,0002} = 62500$ kPa

σ =  50 − 25 = 25 kPa

$$\varepsilon = \frac{19,638 - 19,620}{19,638} = 0,00092\ $$

M = $\frac{\sigma}{\varepsilon} =$ $\frac{25}{0,00092} =$ 27173, 91 kPa

σ =  100 − 50 = 50 kPa

$$\varepsilon = \frac{19,620 - 19,584}{19,620} = 0,00183\ $$

M_oi = $\frac{\sigma}{\varepsilon} = \ \frac{50}{0,00183} = \ 27322,40$ kPa

1. Wykres krzywych konsolidacji ( przebieg osiadania w czasie)

1. WNIOSKI

W gruntach o niskiej przepuszczalności, takich jak grunty spoiste, wyciekanie wody z porów wymaga dłuższego czasu i dlatego grunty te osiadają znacznie wolniej niż grunty sypkie, których osiadanie kończy się prawie bezpośrednio po ich obciążeniu.

Po zakończeniu pierwszego obciążania próbka gliny piaszczystej mierzyła 19,588mm. Przy zmniejszaniu obciążenia grunt zwiększył swoją objętość odprężając się, jednak nie odzyskując swojej pierwotnej objętości. Przy ponownym przyłożeniu obciążeń grunt osiadł do praktycznie takiej samej wielkości jak za pierwszy razem uzyskując wysokość 19,584mm.

Grunt nie jest ciałem sprężystym i odkształcenia zachodzące w nim pod wpływem przyłożonych obciążeń są sumą odkształceń sprężystych i plastycznych. Tak, więc krzywa ściśliwości gruntu nie pokrywa się z krzywą odprężania.

Ściśliwość gruntu zależy od wielu czynników takich jak: skład granulometryczny gruntu, porowatość, wilgotność, skład mineralny - zwłaszcza frakcji iłowej, skład chemiczny czy stopień mineralizacji wody porowej.

Wyniki enometrycznego modułu ściśliwości zależą przede wszystkim od rodzaju gruntu oraz wartości przykładanego do próbki obciążenia σ.

Dla próbki gliny piaszczystej moduły ściśliwości pierwotnej wynoszą kolejno:
dla σ = 12, 5 kPa M_oi = 1136, 36 kPa

dla σ = 25kPa M_oi = 4863, 81 kPa

dla σ = 50kPa M_{oi =} 7598, 78 kPa

dla σ = 100kPa M_{oi =} 12953, 37 kPa

Wartości uzyskane w badaniu mogą nie być miarodajne, ze względu na niedokładność ludzkich zmysłów przy zmienianiu kolejnych obciążeń oraz odczytywania i notowania wyników w odpowiednim czasie.