1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego

Celem ćwiczenia laboratoryjnego nr 6 jest opanowanie umiejętności badania modułów ściśliwości gruntów, potrzebnych m.in. n. do sprawdzania II stanu granicznego gruntów pod fundamentami budowli.

Badania edometryczne przeprowadza się dla próbek NNS gruntów spoistych oraz gruntów organicznych. Dla innych gruntów moduły ściśliwości bada się metodami polowymi lub odczytuje z PN-81/B-03020

2. Opis stanowiska badawczego i przebieg realizacji eksperymentu

Oznaczania edometrycznych modułów ściśliwości dokonuje się na próbkach gruntów spoistych o naturalnej strukturze. Wymiary przygotowanych próbek powinny wynosić: średnica więcej niż 50 mm; zaś stosunek ø do h powinien mieścić się w granicach 3-4. Wysokość początkowa próbki powinna równać się mieszczącemu ją pierścieniowi. Oś prób­ki powinna pokrywać się z kierunkiem siły ciężkości w miejscu jej pobrania z podłoża. Obie powierzchnie czołowe próbki powinny być płaskie, wzajemnie równoległe i prostopadłe do osi. Badanie ściśliwości polega na wykorzystaniu zdolności gruntu do zmniejszenia objętości na skutek przyłożonego obciążenia, natomiast badanie odprężenia polega na wykorzystaniu przyrostu objętości po zmniejszeniu obciążenia.

Istnieją dwie metody przykładania i zdejmowania obciążeń: - metoda I polega na obciążaniu lub odciążaniu próbki gruntu stopniowo ; przy czym każde kolejne obciążenie lub odciążenie jest 2 razy większe lub mniejsze od poprzedniego, - metoda II, w której stosuje się określoną szybkość przykładania lub zdejmowania obciążeń.

Wartość modułu ściśliwości pierwotnej (M_o) uzyskuje się w pierwszym procesie obciążenia, tzn. przy wzroście natomiast wartość modułu ściśliwości wtórnej (M) odpowiada drugiemu lub n-temu cyklowi obciążenia poprzedzonego obciążaniem badanej próbki. Moduły ściśliwości i odprężenia są wielkościami zależnymi od sposobu prowadzenia badania i od zakresu naprężeń.

Wartości odkształceń próbek gruntów są miarodajne do obliczeń modułów ściśliwości, gdy:

• odkształcenia własne odnośnego edometru nie przekraczają 50% odkształceń badanej próbki gruntu,

• różnica wartości Δh_i2 oznaczonych przed i po badaniu ściśliwości danej próbki nie przekracza 50% wartości średniej. W przypadkach gdy M_o,M> 20 MPa należy wykonać co najmniej 2 badania edometryczne danego gruntu.

Przyrządami do badań są:

• edometr wyposażony w pierścień zasadniczy, podstawę, nasadkę górną, urządzenie do obciążania i odciążania próbki oraz co najmniej 2 czujniki,

• 2 pierścienie pomocnicze ,

• próbka zastępcza wykonana z metalu o równolegle oszlifowanej płaszczyźnie czołowej.

Edometry o mechanicznym grawitacyjnym systemie obciążenia próbek powinny być wyposażone w urządzenia aretażowe , pozwalające na przykładanie obciążeń bez powodowania wstrząsów. Dla ograniczenia wpływu wstrząsów edometry osadza się na stabilnych podstawach w pomieszczeniach nie sąsiadujących bezpośrednio z ruchem ulicznym, warsztatami itp. o możliwie małych wahaniach temperatury 10-15°C.

Cechowanie edometru przeprowadza się przed i po badaniu każdej próbki gruntu. W pierścieniu edometru między dwoma krążkami bibuły do sączenia, które bezpośrednio przed pomiarem należy zwilżyć wodą, umieszcza się próbkę zastępczą. Obciążania i odciążania metalowej próbki zastępczej dokonuje się w sposób analogiczny do stosowanego w przypadku próbek gruntu.

Przed osadzeniem pierścienia z próbką w edometrze, dla wykonania oznaczeń modułów ściśliwości gruntów, obie jej ściskane powierzchnie pokrywa się lekko zwilżonymi krążkami bibuły do sączenia o średnicy mniejszej o l mm od średnicy próbki. Następnie ustawia się czujniki do pomiaru wysokości próbki i odczytuje ich wskazania.

Jako pierwszy stopień obciążenia (jeśli nie ma specjalnego programu postępowania) przyjmuje się 10,0 kPa lub 12,5 kPa, zaś następne kolejno 25, 50, 100, 400 i 800 kPa. W przypadku gruntów o dużej ściśliwości podany wyżej zakres obciążeń ogranicza się. np. do 200 kPa. Jeżeli program przewiduje stabilizację osiadań przy obciążeniu jednostkowym równym naprężeniu pierwotnemu , to obliczaną wartość zaokrągla się do najbliższego z podanych stopni obciążeń. Po każdorazowej zmianie obciążenia notuje się wskazania czujników po 1, 2, 5, 15 i 30 min. oraz po 1, 2, 4, 19, 24, 28, 72 h od chwili zmiany obciążenia i w razie potrzeby dalej co 24 h.

Każdorazową zmianę obciążenia można przeprowadzać jedynie po uzyskaniu umownej stabilizacji wysokości badanej próbki. Można uważać, że ta umowna stabilizacja nastąpiła, gdy zmiany wysokości próbki w okresie od l do 4 h od momentu zmiany obciążenia lub od 4 do 19 h nie przekroczyły 0,001 mm. W przypadku szczególnie wysokiej dokładności jako wysokości próbki należy przyjąć wartości odpowiadające asymptotom krzywych konsolidacji.

Przedstawiony powyżej sposób postępowania do oznaczania modułów ściśliwości dotyczy metody I. W przypadku metody II obowiązuje postępowanie podane przez projektanta budowy lub autora dokumentacji geotechnicznej.

Równolegle z oznaczaniem edometrycznym modułów ściśliwości należy wykonać badania pomocnicze:

• oznaczyć wilgotność gruntu przylegającego do konsolidowanej próbki od góry i od dołu, pobranego w czasie zakładania próbki do pierścienia edometru,

• oznaczyć wilgotność całej próbki po badaniu,

• oznaczyć gęstość objętościową i gęstość właściwą szkieletu, jeśli jest wymagane sporządzenie wykresu e = f( ),

• oznaczyć stan i rodzaj gruntu metodą makroskopową.

Ponadto należy wykonać wykres ściśliwości badanej próbki oraz obliczenia wartości modułów ściśliwości i odprężenia i obliczenia odkształceń własnych stosowanego edometru.

3. Zestawienie wyników badań

Badanie makroskopowe rodzaju gruntu:

i stan gruntu X= stan

I_L= -

Wyniki badań próbki w edometrze gruntu pobranego w terenie:

PROCES	б [kPa]	Wskazania czujnika odkształceń osiowych* [mm] po czasach t				Wysokość próbki h; [mm] po czasach t
				0	1'	2,5'	5'	0	1	2,5'	5'
	I OBCIĄ- ŻENIE	0,0		-	-	-	20,00	-	-	-
		12,5	-				-
		25,0	-				-
		50,0	-				-
		100,0	-				-
		200,0	-				-
	ODCIĄ- ŻENIE	50,0	-				-
		12,5	-				-
	II OBCIĄ- ŻENIE	25,0	-				-
		50,0	-				-
		100,0	-				-
		200,0	-				-

*Uwaga: Nie uwzględniono odkształceń własnych edometru.

4. Wnioski

---