MECHANIKA GRUNTÓW I GEOTECHNIKA

MECHANIKA GRUNTÓW I GEOTECHNIKA Sprawozdanie Nr 5 Temat: Badanie spójności gruntów i wytrzymałość na ściskanie. Kowalczyk Weronika

Oznaczanie spójności gruntu za pomocą penetrometra tłoczkowego Cel ćwiczenia: Określenie spójności gruntu. Penetrometr tłoczkowy - to przyrząd, który umożliwia nam uzupełnić badania makroskopowe o wyznaczenie liczbowe spójność gruntu. W naszym przypadku określa się ją w umownych warunkach pomiaru siły granicznej Q f, przy założeniu że, kąt tarcia wewnętrznego wynosi 0. Spójność oznaczana symbolem C jest jednym ze składników wytrzymałości na ścinanie skał i gruntów. Kolejnym składnikiem jest tarcie wewnętrzne szkieletu gruntowego. Rzeczywista spoistość jest tworzona przez siły elektrostatyczne w gruntach spoistych, czyli zawierających znaczną ilość materiałów ilastych. Siły te mogą być zmniejszone poprzez wietrzenie lub zmianę własności chemicznych. Cementacja przez związki takie jak : tlenki wodorotlenki, węglany i siarczany, żelaza, krzemu, sodu jest uznawana za kolejny składnik spoistości rzeczywistej. Przebieg ćwiczenia 1. Wyrównać powierzchnię gruntu. 2. Podczas badania w laboratorium wycięta próbkę gruntu kładzie się na twardej, poziomej powierzchni. 3. Pierścień wskaźnikowy penetrometru przesuwa się do góry aż do oparcia go o rękojeść. 4. Końcówkę trzpienia przykłada się do powierzchni gruntu, ustawiając penetrometr prostopadle do tej powierzchni. 5. Wolno i równomiernie wciska się końcówkę penetrometru w grunt, aż do momentu zagłębienia się jej do wyznaczonej na niej kreski na głębokość 6,35mm. 6. Zwalnia się nacisk i wyciąga penetrometr z gruntu. 7. Odczytuje się wskazania na podziałce pomiarowej, wyznaczone krawędzią pierścienia od strony rękojeści penetrometru. 8. Należy wykonać co najmniej pięć pomiarów dla każdej próbki. Miejsca wciskania końcówki powinny być oddalone od siebie nie mniej niż 1 cm.

Obliczanie wyników 1. Za wartość graniczną siły wciskania Qf uznaje się średnią arytmetyczną z co najmniej pięciu odczytów. Jedna podziałka skali penetrometru wynosi zazwyczaj 20 kpa, a dokładność odczytu szacunkowego powinna być ok 10 kpa. 2. Spójność gruntu oblicza się na podstawie wartości Qf w sposób właściwy dla danego penetrometru. 3. Według instrukcji OBRTG na podstawie wskazań penetrometru oznacza się stopień plastyczności danego gruntu, posługując się krzywą. Wyniki pomiarów: Kolejno zmierzone wartości oporu penetracji Qf: 1,1 [Kg/cm2] = 110 kpa Średnia Qf = 110 kpa = 1,1 [Kg/cm2] 1,0 = [Kg/cm2] = 100 kpa Spójność: Cu = Qf * 0,5 = 110 * 0,5 = 55 [kpa] 1,1 = [Kg/cm2] = 110 kpa 1,2 = [Kg/cm2] = 120 kpa 1,1 = [Kg/cm2] = 110 kpa Stopień plastyczności: IL = 0,038 * Qf2 0,312 * Qf + 0,666 = 0,038 * (1,1)2 0,312 * 1,1 + 0,666 = 0,04598 0,3432 + 0,666 = 0,36878 = 0,37 Badany grunt jest miękkoplastyczny (mpl).

Oznaczanie wytrzymałości gruntów na ścinanie za pomocą ścinarki obrotowej Cel ćwiczenia: Oznaczenie wytrzymałości na ścinanie. Ścinarka obrotowa - ścinarka obrotowa jest przeznaczona do szybkiego badania wytrzymałości gruntu na ścinanie w warunkach maksymalnego naprężenia. Pozwala na zastosowanie różnych przedziałów siły ścinającej oraz różnych kształtek. Minimalny przedział na tarczy pomiarowej wynosi 0,05 kg/cm2 co pozwala na odczytanie wyników badania z dokładnością do 0,01 kg/m2. Badanie ścinarką obrotową możemy wykonać tylko na powierzchni gruntu, na ścianach i dnach wykopów, a w warunkach laboratoryjnych musimy posiadać próbkę NNS, aby otrzymane wyniki były wiarygodne. Przebieg ćwiczenia: 1. Wyrównuje się powierzchnię gruntu. 2. W przypadku badania w laboratorium wymiary powierzchni tych próbek powinny być nie mniejsze niż podwójna średnica stosowanej końcówki. 3. Wskazówkę na tarczy pomiarowej ścinarki ustawia się w pozycji 0. 4. Ustawiając końcówkę prostopadle do powierzchni gruntu wciska się ją na głębokość równą wysokości skrzydełek. 5. Obraca się wolno i równomiernie pokrętłem w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, z szybkością ok 1 działki na sekundę, aż do ścięcia gruntu. 6. Według wskazań wskazówki na tarczy górnej ścinarką odczytuje się wartość momentu granicznego Mf (Kg x cm lub kn x m).

Obliczanie wyników: Wartość oporu na ścinanie otrzymuje się poprzez pomnożenie odczynu na tarczy przez odpowiednią wartość współczynnika KTV, zgodnie ze wzorem. W warunkach w jakich są wykonywane badania ścinarką obrotową przy założeniu, że kąt tarcia wewnętrznego = 0, można przez: τmax = Cu τmax = Mf KTV KTV = 12 1 π * D 2 (D + 6H ) gdzie: τmax - wytrzymałość na ścinanie[ Kg cm -2 ] Mf moment graniczny KTV współczynnik przeliczeniowy w którym: D- średnica końcówki [cm] H - wysokość skrzydełek [cm] Cu spójność gruntu (kg x cm2, Pa) W przypadku badań za pomocą ścinarki gruntów o dużej zawartości frakcji piaszczystej i żwirowej uzyskane wyniki mogą być obarczone błędem wynikającym z powstawania szczelin w gruncie w trakcie wciskania i obrotu końcówki skrzydełkowej. Przy badaniu gruntów warstwowanych składających się z warstw iłu i pyłu jest zalecane wykonywanie ścinania pod kątem 45 stopni w stosunku do powierzchni warstw, gdyż przeważnie pod takim kątem rozchodzą się linie ścinania podłoża pod fundamentem. Wyniki pomiarów:

Kolejno zmierzone wartości momentu granicznego Mf: Mf1 = 0,65 [Kg/cm2] Mf2 = 0,55 [Kg/cm2] Mf3 = 0,53 [Kg/cm2] Średnia Mf = 0,578 [Kg/cm2] Mf4 = 0,54 [Kg/cm2] Mf5 = 0,62 [Kg/cm2] τmax = Mf KTV KTV = 1 Mf moment graniczny KTV współczynnik przeliczeniowy τmax - wytrzymałość na ścinanie [ Kg cm -2 ] τmax = 0,578 [Kg/cm2] * 1 = 57,8 kpa Spuność (pozorna): Cu = τmax = 57,8 kpa Wnioski: Z analizy końcowej wynika, że badane grunty są gruntami miekkoplastycznymi. Otrzymane wyniki pomiarów uśredniono, otrzymując wartość 55 [kpa]. W ćwiczeniu wykonano badania gruntu za pomocą ścinarki obrotowej. Uzyskano wyniki: Spuność (pozorna): Cu = τmax = 57,8 kpa, τmax = 0,578 [Kg/cm2] * 1 = 57,8 kpa. W pomiarach i obliczeniach dopuszcza się niewielką skalę błędów.

Analiza granulometryczna Cel i zadania ćwiczenia: określenie rodzaju gruntu niespoistego określenie stopnia różnoziarnistości badanego gruntu wyznaczenie procentowej zawartości występujących w gruncie poszczególnych frakcji wykreślenie krzywej uziarnienia ustalenie rodzaju gruntu i nazwy badanego gruntu Badanie uziarnienia (składu granulometrycznego) gruntu polega na określeniu zawartości w nim poszczególnych frakcji. Badanie uziarnienia gruntów niespoistych wykonuje się metodą sitową, a w gruntach spoistych najczęściej stosuje się metodą areometryczną. Pozwala to na wykreślenie krzywej uziarnienia, ustalenie rodzaju i nazwy badanego gruntu. Znajomość rodzaju badanego gruntu pozwala na prognozowanie jego właściwości oraz ustalenie zakresu dalszych badań. Przebieg ćwiczenia:

Grunt przeznaczony do badania wysuszyć do stałej masy w temp. 105 110 stopni. Z próbki przeznaczonej do badania usunąć ziarna o średnicy powyżej 40 [mm]. Zważyć około [g] gruntu. Komplet czystych i suchych sit należy zestawić w ten sposób, aby najwyżej znalazło się sito o największym wymiarze oczek, tj. 25 [mm], a następnie kolejne sita o coraz mniejszych oczkach. Spód stanowi płaskie naczynie do zebrania pozostałości przesiewanego gruntu. Wsypać próbkę gruntu na sito górne, a następnie przykryć je szczelnym wieczkiem i przymocować uchwytami. Uruchomić wstrząsarkę na 5 minut. Po zakończeniu przesiewania pozostałości na poszczególnych sitach zważyć. Wyniki zapisać w tabeli. Sprzęt pomocniczy: komplet sit wstrząsarka parowniczki o średnicy 5-7 cm szczotka do czyszczenia sit waga techniczna naczynia pomocnicze Obliczanie wyników: Z i = m i m s *100% ms masa całej próbki (szkieletu gruntowego), g mi - masa danej frakcji pozostałej na sicie, g Z i - procentowa zawartość danej frakcji w % Wyniki pomiarów:

Wymiar oczek sit[mm] Masa pozostałości na sicie [g] 16,0 0,1 8,0 1.48 4,0 2.64 2,0 11,88 1,0 62,4 0,50 127,71 0,25 130,99 0,125 47,54 O 14,47 Razem 399,17 g Różnica mas pomiędzy masą próbki wziętą do analizy ms, a sumą mas wszystkich frakcji nie powinna przekroczyć 0,5 % wartości ms. (400,0g 399,17 ) 100 % = 0,083 % Otrzymany wynik mieści się w granicy dopuszczalnego błędu. Z 1 = 0,1 *100%.=. 0,025% Z 2 = 1,48 *100%.=. 0,37% Z 3 = 2,64 *100%.=. 0,66 %

Z 4 = 11,88 *100%.=. 2,97% Z 5 = 62,40 *100%.=. 15,6% Z 6 = 127,71 *100%.=. 31,95% Z 7 = 130,99 *100%.=. 32,75% Z 8 = 47,54 *100%.=. 11,85% Z 9 = 14,47 *100%.=. 3,62% Zestawienie wyników analizy sitowej: Wymiar oczek sit [mm] Masa pozostałości na sicie [g] Zawartość frakcji % Zawartość frakcji w zaokrągleniu w % Suma zawartości frakcji % 16 0,1 0,025% 0,02% O 8 1.48 0,37% 0,3% 8 4 2.64 0,66 % 0,6 % 13 2 11,88 2,97% 2,9% 19 1 62,40 15,6% 15,6% 33 0,5 127,71 31,95% 31,9% 90 0,25 130,99 32,75% 32,7% 96 0,125 47,54 11,85% 11,8% 99 O 14,47 3,62% 3,6% 100

Razem 399,17 99,7925 [%] 99,7 [%] 100 [%] Wykres krzywej uziarnienia: 0 0,125 0,25 0,5 1,0 2,0 4,0 8,0 16,0 Rozmiar sit w [mm] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10,00% 0 Wnioski: Analizując otrzymane wyniki, a przede wszystkim wykres uziarnienia badanego gruntu, należy stwierdzić, że użyty grunt składa się głównie z frakcji piaskowej w przedziale 0.5 do 0,083 [mm]. Pozostałe składniki to frakcje pyłowe w granicy 0,01 do 0,4 [mm], a także gruboziarniste pow. 2mm. Wyniki mieszczą się w granicach normy, obliczenia mogą zawierać nie znaczną ilość popełnionych błędów co mogło być spowodowane przez aparaturę oraz zbyt duże przybliżenia wyników.