KATEDRA GEOTECHNIKI, GEOLOGII
I BUDOWNICTWA MORSKIEGO
9. Badanie kąta tarcia wewnętrznego i spójności w aparacie trójosiowego ściskania
Oznaczenie parametrów wytrzymałościowych gruntu w aparacie trójosiowego ściskania polega na
osiowym Å›ciskaniu cylindrycznej próbki gruntu (naprężenie główne Ã1), przy staÅ‚ym ciÅ›nieniu bocznym
(Ã3=Ã2) i okreÅ›lonej prÄ™dkoÅ›ci odksztaÅ‚cenia (vs), aż do momentu osiÄ…gniÄ™cia stanu granicznego bÄ…dz

umownego stanu granicznego. MajÄ…c wyniki badania (wartoÅ›ci naprężeÅ„ głównych Ã1 i Ã3 w momencie
osiągnięcia stanu granicznego) możemy wyznaczyć prostą graniczną wytrzymałości gruntu na ścinanie
wyrażoną wzorem (1).
Ä = Ã Å" tgĆ + c
(1)
n
gdzie:
Ä  wytrzymaÅ‚ość gruntu na Å›cinanie [kPa],
Ãn  naprężenie w gruncie normalne do
Ãn
powierzchni ścinania [kPa],
Ć  kÄ…t tarcia wewnÄ™trznego gruntu [°],
c  spójność gruntu [kPa]. Rys.9.1. Prosta Coulomba-Mohra.
Na podstawie badania w aparacie trójosiowego ściskania można wyznaczyć następujące parametry
wytrzymałościowe:
Badanie bez drenażu i bez konsolidacji
a) - całkowity kąt tarcia wewnętrznego [deg],
Ću
próbki
b) cu - spójność całkowita [kPa],
Badanie bez drenażu i bez konsolidacji lub
c) Ć' - efektywny kąt tarcia wewnętrznego [kPa],
z konsolidacją, ale z pomiarem ciśnienia
wody w porach gruntu (u)
d) c' - spójność efektywna [kPa],
Badanie metodą uproszczoną z drenażem i z
e) Ć - kąt tarcia wewnętrznego [kPa],
konsolidacją próbki, polegające na ścinaniu
tej samej próbki przy coraz wiÄ™kszych Ã3
f) c - spójność [kPa],
Wybór metody badania należy dobrać odpowiednio do warunków gruntowych oraz stanu naprężenia,
jakie będą panowały w podłożu pod budowlą.
9.1 Sprzęt do badania
Aparat trójosiowego ściskania:
1  urządzenie do pomiaru siły pionowej,
2  odpowietrzenie komory,
3  urządzenie do pomiaru odkształcenia osiowego
próbki,
4  trzpień,
5  tłok wywierający nacisk pionowy na próbkę,
6  próbka gruntu,
7  osłonka próbki z cienkiej gumy,
8  podstawa pod próbkę,
9  urządzenie do pomiaru i kontroli ciśnienia
wody w komorze,
10  komora aparatu trójosiowego,
11  przewody odwadniające próbkę gruntu,
12  czujnik ciśnienia wody w porach próbki,
13  czujnik zmiany objętości próbki, Rys. 9.2. Schemat aparatu trójosiowego.
14  urządzenie do pomiaru i kontroli ciśnienia wstecznego,
9.2 Przygotowanie próbki gruntu do badań
9.2.1 Badanie należy przeprowadzić na próbce NNS lub przygotowanej w sposób odzwierciedlający warunki
in situ najlepiej jak to możliwe.
9.2.2 W przypadku badania parametrów całkowitych bądz
efektywnych dla różnych ciÅ›nieÅ„ Ã3 powinno siÄ™
za każdy razem przygotować nową próbkę. Kiedy stosujemy metodę uproszczoną, możemy kolejne
Å›cinania przeprowadzać na tej samej próbce, podnoszÄ…c jedynie wartość Ã3.
9.2.3 Próbka do badania powinna mieć kształt cylindryczny, średnicę nie mniejszą niż 35 mm i wysokość od
1,85 do 2,25 krotności średnicy. Największa średnica ziaren nie powinna przekraczać 1/6 średnicy
próbki.
9.3 Wykonanie badania
9.3.1 Próbkę gruntu należy umieścić w aparacie trójosiowego ściskania i osłonić od zewnątrz szczelną
membranÄ… z cienkiej gumy.
9.3.2 Następnie należy zamknąć komorę aparatu i napełnić ją cieczą (wodą destylowaną) tak aby wewnątrz
komory nie pozostały pęcherze powietrza.
9.3.3 W zależności od programu badań możemy poddać próbkę wstępnej konsolidacji. W tym celu zadajemy
ciÅ›nienie konsolidacji Ã3, które dziaÅ‚a izotropowo na próbkÄ™. W czasie konsolidacji powinien być
otwarty odpływ wody z próbki. Po ustabilizowaniu się odkształceń możemy przejść do ścinania próbki.
9.3.4 Próbkę należy ścinać zwiększając na nią nacisk pionowy ze stałą prędkością odkształcenia.
9.3.5 Podczas ścinania należy dokonać przynajmniej 15 odczytów odkształcenia pionowego próbki oraz siły
pionowej P. Ponadto należy na bieżąco kontrolować ciÅ›nienie Ã3 w komorze.
9.3.6 Można uznać, że próbka uległa ścięciu gdy:
- w trzech kolejnych odczytach siła pionowa P jest taka sama bądz
maleje,
- pionowe odkształcenie osiągnęło 15% wysokości próbki,
9.4 Wyniki badań
Z badania w aparacie trójosiowego Å›ciskania otrzymujemy naprężenie główne Ã3 oraz maksymalnÄ… siÅ‚Ä™
ścinającą Pmax. Znając powierzchnię przekroju poprzecznego próbki A możemy wyznaczyć nacisk pmax,
przy którym następuje ścięcie próbki:
Pmax
pmax =
A
MajÄ…c pmax i Ã3 możemy wyznaczyć Ã1:
Ã1 = Ã + pmax
3
W celu określenia parametrów wytrzymałościowych Ć i c należy nanieść wyniki badania na wykres
zależnoÅ›ci naprężenia Å›cinajÄ…cego Ä od naprężenia normalnego Ã. Na osi odciÄ™tych zaznaczamy
naprężenia główne Ã1 i Ã3 (Ã1 > Ã3) i kreÅ›limy półokrÄ…g o Å›rodku w punkcie O, przechodzÄ…cy przez
punkty Ã1 i Ã3. Tak samo postÄ™pujemy z wynikami Å›cinania tego samego gruntu przy coraz wiÄ™kszych
ciÅ›nieniach Ã3. Prosta styczna do powstaÅ‚ych w ten sposób kół Mohra jest prostÄ… Coulomba. Parametry
Ć i c odczytujemy z wykresu w sposób przedstawiony na rysunku 9.3 lub obliczamy ze wzorów
podanych w normie.
2
Rys. 9.3. Wyznaczenie parametrów Ć i c na podstawie badania w aparacie trójosiowego ściskania.
3