1. CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie parametrów odkształceniowych gruntów.

1. WSTĘP

Ściśliwość gruntu oznacza jego zdolność do zmniejszania swojej objętości pod wpływem obciążenia. Osiadanie gruntu jest procesem zachodzącym między innymi w wyniku ściśliwości.

Ściśliwość gruntu zależy głównie od składu granulometrycznego gruntu, porowatości, wilgotności, składu mineralnego. Grunty spoiste osiadają znacznie wolniej niż grunty sypkie, których osiadanie kończy się prawie bezpośrednio po ich obciążeniu. Przy zmniejszaniu obciążenia grunt zwiększa swoją objętość- odpręża się, nie odzyskując jednak swojej pierwotnej objętości.

Miarą ściśliwości gruntu jest moduł ściśliwości, który jest w pewnym sensie odpowiednikiem modułu sprężystości ciał sprężystych. Przy czym dla gruntów zależność między obciążeniem a odkształceniem wyraża się zawsze w postaci linii krzywej. Grunt nie jest jednak ciałem w pełni sprężystym i odkształcenia zachodzące w nim pod wpływem przyłożonych obciążeń są sumą odkształceń sprężystych i trwałych, dlatego wykres ściśliwości nie pokrywa się z wykresem odprężenia.

Jest wiele możliwości badania ściśliwości gruntu zarówno w terenie jak i w laboratorium. Badanie ściśliwości w laboratorium wykonuje się w aparacie zwanym edometrem (dlatego też parametr uzyskany w wyniku tego badania nazywa się edometrycznym modułem ściśliwości). W przyrządach tych próbka gruntu znajduje się w metalowym pierścieniu i wobec tego nie ma możliwości rozszerzenia się na boki. W związku z tym obciążenie wywierane na próbkę powoduje tylko odkształcenie pionowe próbki, czyli zmianę wysokości. Zmiana wysokości próbki w tym przypadku (przy stałym jej przekroju w trakcie badania) jest wprost proporcjonalna do zmiany jej objętości. Tak więc ściśliwość gruntu w warunkach zapewnianych w edometrze może być charakteryzowana przez zmianę wysokości próbki. Podstawowy cykl badania w edometrze polega na zwiększeniu obciążenia próbki do określonej wartości, odciążeniu oraz powtórnym obciążeniu.

Zależność między obciążeniem a odkształceniem jest funkcją wyższego rzędu, ilustracją której jest krzywa ściśliwości. Krzywa ściśliwości charakteryzuje zależność zmian w wysokości próbki od przyłożonego obciążenia, przy czym wyróżnia się krzywą ściśliwości pierwotnej i wtórnej oraz krzywą odprężenia. Przebieg krzywej ściśliwości i krzywej odprężenia wskazuje, że grunt po każdym obciążeniu i odciążeniu odkształca się częściowo sprężyście i częściowo trwale, a więc po zdjęciu obciążenia nie wraca do swojej pierwotnej wysokości.

Wartość modułu ściśliwości pierwotnej określamy z krzywej ściśliwości pierwotnej z wzoru, który przyjmuje się według prawa Hooke'a z zastrzeżeniem, że stosuje się go dla niedużych zakresów obciążeń:

w którym:

M₀ - moduł ściśliwości pierwotnej [kPa, MPa],
Δσ - przyrost obciążenia jednostkowego próbki [kPa, MPa],
ε - odkształcenie względne próbki,
Δσ_i - przyrost obciążeń, Δσ_i = σ_i -σ_i-1 , [kPa, MPa],
h_i-1 - wysokość próbki w edometrze przed zwiększeniem naprężenia z σ_i-1 do σ_i [mm],
h_i - wysokość próbki w edometrze po zwiększeniu naprężenia z σ_i-1 do σ_i [mm],
Δh_i - zmniejszenie wysokości próbki w pierścieniu edometru po zwiększeniu obciążenia o Δσ_i; Δh_i = h_i-1 - h_i [mm].

Moduł ściśliwości wtórnej (M) oblicza się w analogiczny sposób przyjmując wartości odkształceń z krzywej ściśliwości wtórnej.

Kolejne parametry ściśliwości:

*współczynniki ściśliwości

Badania ściśliwości w edometrach przeprowadza się na próbkach gruntu o strukturze nienaruszonej bądź naruszonej, w zależności od naturalnych warunków, w jakich dany grunt będzie pracował. W zależności też od tych warunków badania prowadzi się bądź „na sucho”, a więc na próbkach o wilgotności naturalnej, zabezpieczonych przed wysychaniem, bądź też pod wodą, doprowadzaną do próbki w aparacie. Próbki obciąża się stopniowo, zwiększając obciążenie za każdym razem dwukrotnie w stosunku do poprzedniego, zaczynając na ogół od obciążenia 12,5 kPa. Przy odciążeniu nacisk zmniejsza się również dwukrotnie. Przy każdej zmianie obciążenia wykonuje się odczyty na czujniki po określonym czasie, licząc od momentu przyłożenia danego obciążenia.

1. WNIOSKI

Badany grunt w edometrze to piasek średni o wilgotności 7%. Dla takiego gruntu zadano obciążenia w edometrze i otrzymano wynik w postaci enometrycznych modułów ściśliwości pierwotnej i wtórnej (Mo, M) oraz wskaźników ściśliwości (Cc, Cs). Podczas obciążenia pierwotnego Mo wynosi 4,4 MPa i Cc wynosi 0,06. Podczas odciążania Cs wynosi 0,06 i podczas obciążania wtórnego M wynosi 52,45 i Cc wynosi 0,04. Następnie wykonano wykresy zależności wysokości próbki od naprężenia oraz wskaźnika porowatości również od naprężenia. Wykresy te wykazują, że do naprężenia ok. 400kPa grunt uległ ściśnięciu ok. 1mm. Następnie odciążanie nie wpłynęło znacząco na wysokość próbki a kolejne obciążanie wtórne nie powodowało już tak znaczącej zmiany wysokości jak pierwotna. Wraz ze wzrostem naprężenia wskaźnik porowatości ulegał zmniejszeniu, początkowo znacznie, następnie mniej znacznie. Grunt przy obciążeniu wtórnym jest mniej ściśliwy niż przy obciążeniu pierwotnym, na co wskazuje znacznie mniejsze nachylenie krzywej ściśliwości wtórnej w porównaniu z krzywą ściśliwości pierwotnej. Badania ściśliwości gruntu są konieczne przy rozpatrywaniu zachowania się gruntu po obciążeniu go budowlami, zwłaszcza przy obliczaniu osiadania oraz przy określaniu dopuszczalnych obciążeń wywieranych na dany grunt.