1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego

Celem ćwiczenia laboratoryjnego nr 8 jest opanowanie umiejętności przeprowadzenia badania przy użyciu aparatu bezpośredniego ścinania, w celu określenia wytrzymałości gruntu na ścinanie i wyznaczenie kąta tarcia gruntu niespoistego lub kąta tarcia wewnętrznego i spójności gruntu spoistego.

Badanie w aparacie bezpośredniego ścinania wykonuje się dla próbek NNS gruntu spoistego, można to badanie wykonywać dla próbek gruntu niespoistego.

Celem ćwiczenia laboratoryjnego jest:

• zbadanie wytrzymałości na ścinanie gruntu niespoistego

• zbadanie wytrzymałości na ścinanie gruntu spoistego

• określenie kąta tarcia wewnętrznego gruntu niespoistego

• określenie kąta tarcia wewnętrznego i spójności gruntu spoistego

2. Opis stanowiska badawczego i przebieg realizacji eksperymentu

Aparat skrzynkowy umożliwia badanie prostopadłościennych próbek o przekroju kwadratowym w płaszczyźnie ścinania. Wymiary boku próbki powinny być 60 mm lub 100 mm, wysokość zaś odpowiednio 15 - 18 mm lub 25 - 30 mm. Kierunek siły ścinającej powinien być prostopadły do jednej z płaszczyzn bocznych próbki oraz prostopadły do kierunku działania siły normalnej do płaszczyzny A - B. Płaszczyzna ścinania A - B powinna przebiegać w połowie wysokości próbki. Aparat powinien mieć urządzenie do pomiaru przemieszczenia skrzynki w stosunku do ramki aparatu oraz mieć urządzenie do określenia zmian wysokości próbek. Aparat ma napęd mechaniczny przesuwu skrzynki, który zapewnia stałą prędkość przemieszczania (V_S) wynoszącą:

• 0,05 mm/min dla próbek o boku 60 mm,

• 0,10 mm/min dla próbek o boku 100 mm .

W przypadku badania gruntów mało spoistych można stosować prędkość przesuwu 1-1,2 mm/min. Konstrukcja aparatu powinna umożliwiać ścinanie próbek pod wodą. Skrzynki i ramki o boku 60 mm mogą być stosowane w przypadku gruntów zawierających nie więcej niż 5% ziarn w stosunku do masy o średnicy 2-4 mm. W przypadku skrzynek i ramek o boku 100 mm dopuszczalna wartość ziarn o średnicy 4-8 mm nie powinna być większa niż 5% w stosunku do masy. Grunty nie spełniające tych warunków bada się w aparatach pozwalających na stosowanie większych próbek.

Aparat bezpośredniego ścinania składa się z dwóch części i ramki aparatu skrzynkowego. Badaną próbkę umieszcza się w skrzynce, w której na dole jest filtr i płytka oporowa. Górna połowa próbki wchodzi w ramkę. Na górnej połowie próbki znajduje się płytka oporowa, a na niej płytka przenosząca obciążenie pionowe normalne. Śruby służą do łączenia ramki ze skrzynką w trakcie konsolidowania próbek i przed rozpoczęciem ścinania powinny być wykręcone i wyjęte na zewnątrz. Druga para śrub służy do podnoszenia ramki w stosunku do skrzynki przed rozpoczęciem ścinania. Płytki oporowe należy tak umieścić, aby górna płytka była skierowana przeciwprostokątnymi powierzchniami żeberek w kierunku działania siły ścinającej a dolna miała położenie żeberek odwrotne.

Próbkę gruntu wycina się odpowiednim szablonem. Równolegle z tym oznaczeniem pobiera się dwie próbki do oznaczeń wilgotności, z których jedna powinna być z części gruntu przylegającego do górnej powierzchni ścinania, druga zaś z części przylegającej do części dolnej. W przypadku monolitu próbki od i = 2 do i = 7 nie mogą być ścinane przy wzrastających od 50 kPa do 400 kPa naprężeniach normalnych, lecz przy przemiennych naprężeniach.

Próbki l i 8 traktuje się jako mające naruszoną strukturą i wykorzystuje się je dla ochrony przed wysychaniem próbek poddawanych ścinaniu.

Próbkę gruntu umieszczoną w aparacie skrzynkowym obciąża się aż do osiągnięcia umownej stabilizacji, o ile wstępną stabilizację przewiduje program badań. W tym więc przypadku dla jednego oznaczania c_s oraz Ø_S wszystkie próbki obciąża się jednakowo i przeprowadza obserwację osiadań. W okresie konsolidacji należy próbki zabezpieczyć przed wysychaniem.

Następnie próbki gruntu obciąża się dodatkowo do wielkości, przy których podlegać mają ścinaniu, przy czym muszą być spełnione warunki:

• najniższa wielkość naprężenia 6 powinna być większa o co najmniej 25 kPa od naprężenia konsolidującego,

• przy najniższej wielkości 6 przyrost wysokości próbki podczas ścinania nie powinien być większy niż 0,1 nim,

• przy najwyższej wielkości 6 grunt nie powinien być wypierany w przestrzeń między:

-ramkę i skrzynkę aparatu,

-ramkę i górną płytkę obciążającą,

• zakres wielkości 6 powinien być duży, np. 50 - 400 kPa.

Po wykręceniu i wyjęciu śrub przykłada się obciążenie normalne. W 5 minut po przyłożeniu tego obciążenia uruchamia się mechanizm powodujący wzajemne przemieszczanie się ramki i skrzynki aparatu.

Prędkość odkształceń powinna wynosić 1-1,2 mm/min w przypadku badania gruntów mało spoistych, dla pozostałych gruntów spoistych prędkość ta nie powinna przekraczać 0,05 mm/min. Po uruchomieniu aparatu notuje się:

-wzajemne przemieszczenie ramki i skrzynki aparatu, tzn. odkształcenie względne (ε) próbki w kierunku działania siły ścinającej,

-wielkość siły ścinającej (odczyt s_i, na czujniku dynamometru),

-zmiany wysokości próbki.

Gdy w trzech kolejnych momentach odczytów wielkość siły ścinającej jest stała lub zmniejsza się, aparat należy wyłączyć i bezpośrednio po tym wyjąc próbkę a następnie oznaczyć jej wilgotność

3. Zestawienie wyników badań

Badanie makroskopowe rodzaju gruntu:

i stan gruntu X= stan:

Wyniki badań w aparacie skrzynkowym próbki pobranej w terenie:

Nr obciążenia	[kPa]	σ [kPa]
				Odczyt z czujnika Dynamometru [mm]	Siła Q* [kPa]	Bok a [m]	Przesunięcie skrzynki r [m]	Pole powierzchni F [m^2]	Wartość τ [kPa]

*cechowanie odczytu na czujniku: 1mm=58kG=58x9,81N=568,98N=568kN

4. Wnioski

---