Współczynnik ściśliwości gruntu: obrazuje zależność zmiany wskaźnika porowatości od zmiany obciążenia gruntu, w warunkach niemożliwej jego rozszerzalności bocznej. Takie zjawisko zachodzi w EDOMETRZE.

A_i=De_i/Ds_i [MPa^-1]

Ds_i -zmiany naprężenia w gruncie.;De_i -zmiany wskaźnika porowatości gruntu.

Ściśliwość gruntów makroporowatych: grunty spoiste mające bardziej luźny układ cząstek spowodowany warunkami powstawania (np. less) mogą wykazać po zamoczeniu znaczne dodatkowe osiadanie (osiadania zapadowe).

Ściśliwość gruntów makroporowatych bada się początkowo bez wypełniania edometru wodą. Po uzyskaniu nacisku równemu projektowanemu i zakończeniu konsolidacji edometr wypełnia się wodą, przepuszczając ją przez próbkę od dołu i powodując całkowite nasycenie gruntu wodą (S_r=1).

Wskaźnik osiadania zapadowego: i_mp=(h'-h”)/h₀

W zależności od i_mp wyróżniamy grunty o strukturze: trwałej i_mp Ł0,01; nietrwałej (zapadowej) i_mp>0,01. Ciśnienie przy którym i_mp=0,01 nazywa się początkowym ciśnieniem zapadowym.

Wskaźnik i ciśnienie pęcznienia:

Badania pęcznienia przeprowadza się też w edometrze. Po skonsolidowaniu próbki przy nacisku równym projektowanemu s_qz edometr zalewa się wodą i prowadzi pomiar pęcznienia do czasu zakończenia przyrostu wysokości próbki. Następnie próbkę obciąża się jeszcze o jeden lub dwa stopnie obciążenia i odciąża do 0. Badanie pęcznienia prowadzi się przy nacisku 0,25 s_qz;0,5 s_qz; s_qz.

Wskaźnik pęcznienia: V_P=Dh_P/h_P

h_P -wysokość próbki przed zalaniem; Dh_P -przyrost wysokości próbki w czasie pęcznienia

Ciśnienie pęcznienia: ciśnienie jakie wykazuje próbka gruntu po zalaniu wodą w warunkach uniemożliwionego odkształcenia. Dh_P=0

Wytrzymałość gruntu na ścinanie: nazywamy opór jaki stawia grunt naprężeniom stycznym w rozpatrywanym punkcie ośrodka. Po pokonaniu oporu ścinania następuje poślizg pewnej części gruntu w stosunku do pozostałej. Poślizg ten może być jedno-powierzchniowy albo strefowy (obejmujący pewną strefę gruntu przeciążonego). W każdym przypadku warunkiem wystąpienia poślizgu jest osiągnięcie przez naprężenia styczne t wartości naprężenia stycznego ścinającego t_f. (t_f< t -ścięcie; t_f= t -stan równowagi).

Hipoteza wytrzymałości Coulomba-Mohra:

t=s ×tgf×c grunty spoiste

t=s ×tgf grunty sypkie

f -kąt tarcia wewnętrznego(kąt stoku naturalnego) grunty sypkie -duża wartość.

c -opór spójności (kohezja, spójność gruntu) tylko w gruntach spoistych.

tgf -opór tarcia wewnętrznego; zależy od kształtu ziaren i jak te ziarna oddziaływają na siebie.

Opór właściwy tarcia wewnętrznego: w przypadku ścinania gruntów o strukturze ziarnistej mamy doczynienia z oporem tarcia sównego i z oporem tarcia obrotowego, gdyż przy poślizgu strefowym, jednej warstwy o drugą, występuje opór nie tylko w powierzchniach poślizgu ale również opór wynikający z obrotu ziarn w stosunku do warstw sąsiednich. Opór gruntu powstały w wyniku tarcia sównego i obrotowego nazywamy oporem tarcia wewnętrznego.. opór ten nie jest wartością stałą lecz zależy od wymiaru i kształtu ziarn, a także od ich wzajemnej odległości i od naprężeń efektywnych w szkielecie gruntowym (pochodzenie i uziarnienie gruntów).

Oporem właściwym tarcia wewnętrznego nazywa się opór tarcia jaki stawia dany grunt po zakończeniu konsolidacji, przy określonym e_k (wskaźnik porowatości) oraz konsolidacyjnym naprężeniu efektywnym t_f.

Opór spójności właściwej: za spójność właściwą uważa się ciśnienie wewnątrz strukturalne wynikające z sił wzajemnego przyciągania cząstek gruntowych zrównoważonego przez redukcję sił odpychających w warunkach zakończonej konsolidacji gruntu. Opór tarcia pochodzący od ciśnienia spójności właściwej nazywany jest kohezją właściwą.

Wartość kohezji zależy od liczby cząstek w jednostce objętości gruntu, a więc od wskaźnika porowatości. Grunty sypkie, ziarniste, bez cząstek iłowych, mają spójność bliską zero. W miarę wzrostu cząstek iłowych spójność wzrasta gdyż wzrasta równocześnie liczba cząstek, a tym samym liczba punktów kontaktowych na jednostce powierzchni ścinania. Opór spójności właściwej zależy od składu mineralnego cząstek i od jakości stężenia elektrolitów w roztworze wodnym w porach gruntu.

Aparat bezpośredniego ścinania: aparat skrzynkowy pozwalający na wyznaczenie parametrów wytrzymałości na ścinanie określonych przez naprężenia całkowite.

Aparat składa się z dwudzielnej skrzynki metalowej w której umieszcza się próbkę gruntu. Do skrzynki metalowej przykładamy tzw. normalne obciążenie. Do skrzynki przymocowany jest też dynamometr służący do pomiaru wzajemnego przemieszczania się górnej i dolnej ramki skrzynki, oraz do pomiaru odkształceń pionowych (do pomiaru odkształceń pionowych wykorzystuje się czujniki zegarowe). Przemieszczenie ramek skrzynki jest wywołane przez silnik elektryczny ze sprzęgłem kołowym. Zasadniczą częścią aparatu jest kwadratowa skrzynka dwudzielna. Stanowi ją ramka górna i dolna które mogą przemieszczać się względem siebie. W celu zabezpieczenia próbki przed ślizganiem się po powierzchniach kontaktowych skrzynka jest zaopatrzona w płytki oporowe. W aparacie bezpośredniego ścinania próbkę gruntu umieszcza się w leżących nad sobą przesuwnych wzajemnie skrzyneczek. Następnie poddaje się konsolidacji przy określonym nacisku Q, oraz poddaje się ściskaniu przykładając siłę poziomą. Zasadniczą cech tej metody jest to że płaszczyzna ścięcia jest narzucona konstrukcją samego aparatu, a nie wynika z samego gruntu.

Przy różnych pionowych naciskach otrzymujemy kilka odpowiadających wartości naprężeń ścinających t. Nanosimy punkty na wykres który pozwala określić wartość kohezji c i kąt tarcia wewnętrznego j.

Bezpośrednio przed przystąpieniem do właściwego badania przygotowywujemy (wycinamy) za pomocą szablonu pięć próbek z przeznaczonego do badania gruntu. Próbki przeznaczone do badania powinny być zorientowane przestrzennie tzn. tak wycięte aby płaszczyzna ścinania była równoległa do powierzchni terenu w miejscu ich zalegania w podłożu. W celu określenia kąta tarcia wewnętrznego i spójności badanego gruntu ustala się dla każdej próbki wartość naprężenia normalnego s_n i naprężenia ścinającego t_f, w momencie zniszczenia próbki. Naprężenia normalne oblicza się ze stosunku wynikającego z ciężaru obciążników i pola przekroju poprzecznego próbki SP/F₀ [kPa]. Wartość wytrzymałości na ścinanie wyznacza się ze wzoru t_f=Q_max/F₀. Q_max -największa wartość siły ścinającej.

Po obliczeniu wytrzymałości na ścinanie dla co najmniej pięciu próbek dla przyjętych wartości obciążeń normalnych nanosi się uzyskane wartości, odpowiadające poszczególnym punktom, na wykres (t_f, s_n).

Aparat trój-osiowego ściskania:

Badanie w aparacie trójosiowym przeprowadza się na kilku próbkach tego samego gruntu. Stosuje się próbki gruntu kształtu cylindrycznego o wysokości co najmniej wyższej od średnicy. Następnie naciąga się na próbkę szczelną pochewkę gumową łącząc próbkę z górnym i dolnym filtrem. Po ustawieniu celi wpuszcza się do niej wodę którą następnie sprężamy do roboczego ciśnienia s₃. Robocze ciśnienie przyjmuje się odpowiednio do warunków pracy gruntów pod budowlą. Po wstępnej konsolidacji przeprowadza się ścinanie dając dodatkowy pionowy nacisk Q od góry który zwiększa się do chwili przezwyciężenia oporów ściskania gruntu.

Naprężenia s₁ i s₃ są naprężeniami głównymi, próbka ścina się pod kątem a. Wartość naprężenia normalnego s_n oraz stycznego t wyznacza się na podstawie kół Mohra. Otrzymane koło Mohra jest granicznym, a uzyskane naprężenia styczne t są dla danego s_n maksymalnymi t_f=Q_max/F₀. Styczną do granicznych kół Mohra nazywa się prostą Coulomba która wyznacza na osi rzędnych wartość spójności c, a kąt nachylenia tej stycznej jest tarcia wewnętrznego j. Naprężenia s₁ i s₃ naprężenia główne (1 -większe, 2 -mniejsze).

Próbka gruntu w wyniku przekroczenia wytrzymałości na ścinanie ulega ścięciu pod kątem a. Następuje to w miejscu gdzie naprężenie styczne przekroczyło opór siły tarcia oraz spójności.

Odkształcalność ośrodków ciągłych i rozdrobnionych:

Każdy grunt odkształca się pod wpływem działających na niego sił. Ośrodki ciągłe odkształcają się stosunkowo niewiele ale szybko (skały lite). Odkształcenia tych ośrodków są całkowicie odkształcalne , zatem można je uważać za sprężyste. Ośrodki rozdrobnione odkształcają się dużo ale wolno (skały spękane, grunty). Odkształcenia te zależą od spękania, porowatości, spoistości oraz wielu sił działających na dany ośrodek. Odkształcenia te są tylko częściowo odwracalne.

`zasadniczą cechą ośrodka ciągłego jest bardzo ścisłe ułożenie molekuł (ośrodek praktycznie bez porów). Istnieją w nim bardzo duże siły wewnętrzne, co powoduje że może on być poddany działaniu sił zewnętrznych bez zakłócania układu elementów. Stąd wynika liniowość i sprężystość odkształceń.

Ośrodek rozdrobniony charakteryzuje się istnieniem dużych porów między ziarnami, małymi siłami wewnętrznymi. To powoduje że przy czystym ściskaniu (równomierne ze wszystkich stron) cząstki trwale przemieszczają się, co prowadzi do nieliniowych i najczęściej nieodwracalnych odkształceń ośrodka rozdrobnionego.

Jednoosiowy stan naprężeń:

występuje ono przy ściskaniu prostym. Pomiędzy odkształceniem jednostkowym e i naprężeniem ściskającym s zachodzi prawo Hocka.

e=Dh/h, s=e×E ; E -moduł sprężystości liniowej.

e_X=Db/b, e_X/e=v; v -współczynnik bocznej rozszerzalności.

Przy czystym ściskaniu pojawia się pojęcie tzw. jednostkowego odkształcenia objętościowego.

e₀=DV/V=(V-V')/V;

e₀= e_x+ e_y+ e_z -suma odkształceń we wszystkich kierunkach działania sił na próbkę.

Ściśliwość gruntu: zdolność gruntu do zmniejszania objętości po wpływem przyłożonego obciążenia. Zmniejszenie to polega na zmniejszeniu się objętości porów wskutek wzajemnego przesunięcia się cząstek gruntu względem siebie i zmniejszenia odległości między cząstkami. W przypadku gruntu całkowicie nawodnionego, spoistego, bezpośrednio po obciążeniu, woda przejmuje prawie cały przyrost obciążenia po czym następuje stopniowe wyciskanie jej z miejsc o wyższym ciśnieniu do miejsc o niższym ciśnieniu i przejmowanie obciążenia przez szkielet gruntowy. W gruntach o małej przepuszczalności wyciskanie wody wymaga długiego okresu czasu i dlatego ich osiadanie trwa dłużej niż w gruntach sypkich, które odkształcają się prawie natychmiast po przyłożeniu obciążenia. W przypadku zmniejszenia obciążenia grunt ulega odprężeniu i ponownie zwiększa swoją objętość, ale nie do pierwotnej wielkości, gdyż odkształcenia w gruncie przebiegają częściowo sprężyście.

Badanie ściśliwości gruntu w laboratorium przeprowadza się w edometrach. W przyrządach tych próbka gruntu znajduje się w metalowym pierścieniu, wobec tego nie ma możliwości rozszerzania się na boki. Badanie w edometrze polega na stopniowym obciążeniu gruntu, zwiększając za każdym razem obciążenie dwukrotnie 12,5kPa, 25kPa do 400kPa. Zwiększając obciążenie jednocześnie obserwujemy wysokość próbki. Odczyty wykonujemy z częstotliwością 1; 2,5; 15; 30 minut, a następnie po 1,2,4,6,24 h. Zmiana wysokości w tym przypadku jest wprost proporcjonalna do zmiany objętości. W niektórych przypadkach kiedy zachodzi konieczność zbadania gruntu poniżej zwierciadła wody oraz określenia pęcznienia gruntu to dodatkowo zalewa się próbkę wodą.

Ściśliwość gruntu można scharakteryzować przez:

moduł ściśliwości

krzywą konsolidacji

krzywą ściśliwości

- charakterzuje zależność zmian wysokościróbki od przyłożonego obciążenia.

I -krzywa ściśliwości pierwotnej

II -krzywa odprężenia

III -krzxywaściśliwości wtórnej

Przy obciążeniu wtórnym grunt jest mniej ściśliwy niż przy obcążeniu pierwotnym.

Moduły ściśliwości: jest uzyskiwany na podstawie badań w edometrze i nazywamy go edometrycznym modułem ściśliwości.

Obciążenie pierwotne: M₀=Ds/e; Ds=s_i-s_i-1; M₀= Ds×h_i-1/Dh

Obliczenia przeprowadza się kolejno dla określonego zakresu obciążeń jednostkowych próbki poczynając od: s_i-1h_i-1 do s_ih_i. Edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej.

Obciążenia wtórne: M. przeprowadza się analogicznie do obliczenia M₀, przyjmując dane otrzymane przy wtórnym obciążeniu próbki. Edometryczny moduł ściśliwości wtórnej.

---