spojność gruntów

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 Qf, 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
1,0 = [Kg/cm2] = 100 kPa
1,1 = [Kg/cm2] = 110 kPa
1,2 = [Kg/cm2] = 120 kPa
1,1 = [Kg/cm2] = 110 kPa
Średnia Qf = 110 kPa = 1,1 [Kg/cm2]
Spójność: Cu = Qf * 0,5 = 110 * 0,5 = 55 [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
=
π
1
* D2 (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]
•
Mf4 = 0,54 [Kg/cm2]
•
Mf5 = 0,62 [Kg/cm2]
Średnia Mf = 0,578 [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
Spuność (pozorna):
obrotowej. Uzyskano wyniki:
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 1000 [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:
Zi =
mi
ms
*100%
ms – masa całej próbki (szkieletu gruntowego), g
mi - masa danej frakcji pozostałej na sicie, g
Zi - 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.
Z1 =
0,1
1000
*100%
.=. 0,025%
Z2 =
1,48
1000
*100%
.=. 0,37%
Z3 =
2,64
1000
*100%
.=. 0,66 %
Z4 =
11,88
1000
*100%
.=. 2,97%
Z5 =
62,40
1000
*100%
.=. 15,6%
Z6 =
127,71
1000
*100%
.=. 31,95%
Z7 =
130,99
1000
*100%
.=. 32,75%
Z8 =
47,54
1000
*100%
.=. 11,85%
Z9 =
14,47
1000
*100%
.=. 3,62%
Zestawienie wyników analizy sitowej:
Zawartość
frakcji %
Zawartość
frakcji w
zaokrągleniu
w %
Suma zawartości
frakcji %
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
Wymiar
oczek sit
[mm]
Masa
pozostałości
na sicie [g]
16
Razem
399,17
99,7925 [%]
99,7 [%]
100 [%]
Wykres krzywej uziarnienia:
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10,00%
0
0
0,125
0,25
0,5
1,0
2,0
4,0
8,0
16,0
Rozmiar sit w [mm]
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.