Ściśliwość gruntów

Ściśliwością gruntu nazywa się zdolność gruntu do zmniejszenia swojej objętości pod wpływem obciążenia . Grunt poddany obciążeniu , bez możliwości bocznego rozszerzenia, odkształca się , zmniejszając swoja objętość na skutek :

◊ Usuwania z gruntu wody wolnej i kapilarnej.

◊ Przesuwania się cząsteczek gruntu względem siebie i zajmowania przez nie bardziej

statecznego położenia.

◊ Usuwania z gruntu pęcherzyków powietrza.

◊ Zgniatania niektórych ziarenek gruntu.

◊ Sprężystego odkształcenia powłoki wody błonkowej.

◊ Sprężystego odkształcenia cząstek gruntu.

◊ Sprężystego zmniejszania objętości powietrza zamkniętego w porach gruntu.

Odkształcenia powstałe na skutek obciążenia można podzielić na:

* odkształcenia trwałe nieodwracalne -powstające na skutek :

◊ Usuwania z gruntu wody wolnej i kapilarnej.

◊ Przesuwania się cząsteczek gruntu względem siebie i zajmowania przez nie bardziej

statecznego położenia.

◊ Usuwania z gruntu pęcherzyków powietrza.

◊ Zgniatania niektórych ziarenek gruntu.

• odkształcenia sprężyste odwracalne- powstające na skutek:

◊ Sprężystego odkształcenia powłoki wody błonkowej.

◊ Sprężystego odkształcenia cząstek gruntu.

◊ Sprężystego zmniejszania objętości powietrza zamkniętego w porach gruntu.

Grunt poddany obciążeniu będzie się odkształcał zmieniając swoją objętość . Po usunięciu obciążenia nastąpi odprężenie gruntu i zwiększenie wysokości próbki, nie wróci jednak do pierwotnej wysokości, ponieważ została usunięta część wody znajdującej się w porach gruntu, część pęcherzyków powietrza, nastąpiło częściowe zgniecenie ziarenek i wzajemne przesunięcie się poszczególnych cząstek. Zjawiskom tym towarzyszy zagęszczenie gruntu, a tym samym zmniejszenie porowatości i wskaźnika porowatości.

Krzywe ściśliwości pierwotnej , odprężenia i ściśliwości wtórnej.

Do wyznaczania krzywej ściśliwości pierwotnej, krzywej odprężenia i krzywej ściśliwości wtórnej gruntu służy aparat zwany edometrem. Jeżeli próbkę umieszczoną w edomerze poda się kolejnym, coraz to większym stopniom obciążenia, dokonując jednocześnie pomiaru zmiany wysokości próbki przed każdorazową zmianą obciążenia, to uzyska się zależność zmiany wysokości próbki od wielkości obciążenia. Nanosząc dokonane pomiary na układ współrzędnych prostokątnych i odkładając w skali na osi poziomej obciążenie przypadające na jednostkę powierzchni próbki, a na osi pionowej wysokość próbki przed każdorazową zmianą obciążenia , uzyska się kilka punktów układających się w postaci krzywej logarytmicznej, którą nazywa się Krzywą ściśliwości pierwotnej.

Przez stopniowe zmniejszanie obciążenia gruntu będzie się odprężał, zwiększając swoją wysokość ( objętość) , nie uzyskując jednak tej wysokości (objętości), jaką miał podczas zwiększania obciążenia. Pomiary wysokości próbki po każdej zmianie odciążenia, naniesione na wykres dają nową gałąź krzywej , którą nazywa się krzywą odprężenia. Uzyskana krzywa odprężenia przechodzi poniżej krzywej ściśliwości pierwotnej.

Obciążając stopniowo powtórnie tę samą próbkę i po naniesieniu dokonanych pomiarów na wykres, uzyska się druga krzywą ściśliwości , która początkowo będzie przebiegać ponad krzywą przebiegać ponad krzywą odprężenia, potem przetnie ją, następnie pokryje się z krzywą ściśliwości pierwotnej, tworząc jej przedłużenie przy zwiększonych wartościach obciążeń. Krzywą tę nazywa się krzywą ściśliwości wtórnej.

Ściśliwość gruntu jest charakteryzowana przez moduł ściśliwości. Moduł ściśliwości jest to stosunek przyrostu naprężeń do jednakowego zmniejszania wysokości próbki, wywołanego tymi naprężeniami.

Δ б_i * h_i

Mi = ---------------

Δh_i

Gdzie:

Mi- endometryczny moduł ściśliwości dla

Δ б_i = б_i+1 - б_i - przyrost obciążenia próbki

Δh_i = h_i - h_i-1 - zmniejszenie wysokości próbki

Endometryczny moduł ściśliwości pierwotnej - jest to stosunek przyrostu naprężenia normalnego ( +dб ) do przyrostu całkowitego odkształcenia względnego (+dεo) mierzonego w kierunku działania naprężeń б ( w jednoosiowym stanie odkszczałceń do umownej konsolidacji gruntu):

dб

Mo= -------------

dεo

Korzystając z wartości pomiarów ściśliwości gruntu w edometrze, edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej ( Moi) określa się ze wzoru:

Δ б_i * h_i Δ б_i

Mi = --------------- * k = --------- * k

Δh_i εi

Gdzie:

Δ б_i - przyrost naprężenia

hi- wysokość próbki przed zwiększeniem naprężenia

Δh_i - zmniejszenie wysokości próbki na skutek zwiększenia naprężenia o Δ б_i

εi - odkształcenie jednostkowe próbki.

h_i - h _i+1 Δh_i

εi = ----------------- = ---------

h_i h_i

k- współczynnik poprawkowy redukujący błędy badania.

Laboratoryjnie moduł ściśliwości wyznacza się za pomocą edometru

Proces zmiany objętości gruntu w czasie , zachodzący w wyniku wypływania wody z porów pod wpływem przyłożonego obciążenia nazywamy konsolidacją. Czas trwania konsolidacji zależy głównie od przepuszczalności gruntu. Grunty o niskiej przepuszczalności (np. grunty spoiste) wymagają dłuższego czasu na zakończenie konsolidacji. Dlatego grunty te osiadają znacznie wolniej niż grunty niespoiste, i, co za tym idzie, proces ten trwa znacznie dłużej. Proces ten ilustruje krzywa konsolidacji.

Współczynnik ściśliwości

Ściśliwość gruntów można określać również za pomocą współczynnika ściśliwości. Współczynnikiem ściśliwości gruntu nazywa się stosunek przyrostu wskaźnika porowatości do przyrostu naprężeń, które spowodowały przyrost wskaźnika porowatości.

Współczynnik ściśliwości oznacza się symbolem a, w cm²/N ( cm²/kG). Współczynnik ściśliwości określa się na podstawie krzywej ściśliwości, wyrażającej zależność pomiędzy przyrostem naprężenia Δ б a zmniejszeniem się wskaźnika porowatości Δe, wywołanego przyrostem naprężenia.

Δe_i

a = -----------------

Δбi

Δe_i - = e_i - e_i+1 - przyrost wskaźnika porowatości na skutek przyrostu naprężeń o Δбi. Δбi = б_i+1 - б_i - przyrost obciążenia próbki.

---