Top Banner
1 Właś ciwo ciwoś ci mechaniczne grunt ci mechaniczne gruntów Ściśliwość Wytrzymałość na ścinanie Ś ci ciś liwo liwo ść ść grunt gruntów definicja, podstawowe informacje o zjawisku, podstawowe informacje z teorii sprężystości, parametry ściśliwości, laboratoryjne i polowe badania ściśliwości, orientacyjne wartości modułów ściśliwości, znaczenie ściśliwości w zagadnieniach inżynierii (po co jest to nam potrzebne?).
10

Właściwości mechaniczne gruntówkarnet.up.wroc.pl/~kajewski/dydaktyka/mechgrun/wyk_3.pdf3 -płyta sztywna 4 -zasypka z piasku 5 -dynamometr 6 -bloki oporowe 7 -belka obciążająca

Feb 28, 2019

Download

Documents

lamduong
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Właściwości mechaniczne gruntówkarnet.up.wroc.pl/~kajewski/dydaktyka/mechgrun/wyk_3.pdf3 -płyta sztywna 4 -zasypka z piasku 5 -dynamometr 6 -bloki oporowe 7 -belka obciążająca

1

WWłłaaśściwociwośści mechaniczne gruntci mechaniczne gruntóóww

• Ściśliwość• Wytrzymałość na ścinanie

ŚŚciciśśliwoliwośćść gruntgruntóóww

• definicja, podstawowe informacje o zjawisku,• podstawowe informacje z teorii sprężystości,• parametry ściśliwości,• laboratoryjne i polowe badania ściśliwości,• orientacyjne wartości modułów ściśliwości,• znaczenie ściśliwości w zagadnieniach inżynierii

(po co jest to nam potrzebne?).

Page 2: Właściwości mechaniczne gruntówkarnet.up.wroc.pl/~kajewski/dydaktyka/mechgrun/wyk_3.pdf3 -płyta sztywna 4 -zasypka z piasku 5 -dynamometr 6 -bloki oporowe 7 -belka obciążająca

2

Ściśliwością gruntu nazywamy zdolność gruntu do zmniejszania swojej objętości pod wpływem obciążenia. W przypadku rozdrobnionych gruntów mineralnych zmniejszanie się objętości gruntu pod wpływem obciążenia jest wynikiem zmniejszania się objętości porów wskutek wzajemnego przesuwania się ziaren i cząstek gruntu. W procesie tym następuje wyciskanie wody i powietrza wypełniających pory gruntowe.

Ściśliwość gruntu zależy głównie od składu granulometrycznego gruntu,porowatości, wilgotności, składu mineralnego (zwłaszcza frakcji iłowej).Miarą ściśliwości gruntu jest moduł ściśliwości, który jest w pewnym sensieodpowiednikiem modułu sprężystości ciał sprężystych. Grunt nie jest jednakciałem w pełni sprężystym i odkształcenia zachodzące w nim pod wpływemprzyłożonych obciążeń są sumą odkształceń sprężystych i trwałych, dlategowykres ściśliwości nie pokrywa się z wykresem odprężenia. Jest wielemożliwości badania ściśliwości gruntu zarówno w terenie jak i w laboratorium.Badanie ściśliwości w laboratorium wykonuje się w aparacie zwanymedometrem, dlatego też parametr uzyskany w wyniku tego badania nazywasię edometrycznym modułem ściśliwości. Zależność między obciążeniem aodkształceniem jest funkcją wyższego rzędu, ilustracją której jest krzywaściśliwości.

σ

ε

HOOKE ROBERT (1635 -1703) – fizyk, biolog i matematyk angielski.

YOUNGE THOMAS (1773 -1829) – fizyk, fizjolog i lekarz angielski

Prawo Hooke’a (1660) i moduł Younge’a

F

F σ

σ ∆L

L1

σ

σ

LGranica proporcjonalności

Page 3: Właściwości mechaniczne gruntówkarnet.up.wroc.pl/~kajewski/dydaktyka/mechgrun/wyk_3.pdf3 -płyta sztywna 4 -zasypka z piasku 5 -dynamometr 6 -bloki oporowe 7 -belka obciążająca

3

σ

ε

εt

εs

Krzywe odkształcalności przy ściskaniu „prostym”

b

h

∆h

∆b/2

σ

σ

b

h

σ

σ

∆h

∆b/2

Ściskanie w warunkach możliwości bocznego odkształcenia próbki

b

h

σz

σz

σx σx

Ściskanie w warunkach niemożliwego bocznego odkształcenia próbki

Współczynnik odkształcenia bocznego (współczynnik Poissona)

z

x

εε

ν =ν

νσσ

−==

1z

xoK

Współczynnik naprężenia bocznego Współczynnik rozporu bocznegoWspółczynnik parcia spoczynkowego

Page 4: Właściwości mechaniczne gruntówkarnet.up.wroc.pl/~kajewski/dydaktyka/mechgrun/wyk_3.pdf3 -płyta sztywna 4 -zasypka z piasku 5 -dynamometr 6 -bloki oporowe 7 -belka obciążająca

4

Odpływ wody

Q

Filtr górny

Filtr dolny

Grunt

Obudowa

Pierścieńedometru

d

24dQ

πσ =

Schemat konstrukcji edometru

Widok aparatu

1 - rama2 - filtr górny z płytą obciążającą3 - cylinder z gruntem4 - cylinder z wodą5 - filtr dolny6 - siłownik hydrauliczny7 - czujnik przemieszczeń8 - podnośnik łańcuchowy9 - łańcuch

Edometr wielkowymiarowy

Page 5: Właściwości mechaniczne gruntówkarnet.up.wroc.pl/~kajewski/dydaktyka/mechgrun/wyk_3.pdf3 -płyta sztywna 4 -zasypka z piasku 5 -dynamometr 6 -bloki oporowe 7 -belka obciążająca

5

Krzywe konsolidacji

1 10 100 1000 100002 3 5 20 30 50 200 300 500 2000 3000 5000

Czas [min]

18.0

18.5

19.0

19.5

20.0

18.1

18.2

18.3

18.4

18.6

18.7

18.8

18.9

19.1

19.2

19.3

19.4

19.6

19.7

19.8

19.9

Wys

okoś

ć pr

óbki

[m

m]

KRZYWA KONSOLIDACJI50 - 100 kPa

0 1000 2000 3000500 1500 2500

Czas [min]

18.0

18.5

19.0

19.5

20.0

18.1

18.2

18.3

18.4

18.6

18.7

18.8

18.9

19.1

19.2

19.3

19.4

19.6

19.7

19.8

19.9

Wys

okoś

ć pr

óbki

[m

m]

KRZYWA KONSOLIDACJI50 - 100 kPa

Dwa sposoby przedstawienia krzywej konsolidacji

oś czasu w skali logarytmicznej oś czasu w skali liniowej

Page 6: Właściwości mechaniczne gruntówkarnet.up.wroc.pl/~kajewski/dydaktyka/mechgrun/wyk_3.pdf3 -płyta sztywna 4 -zasypka z piasku 5 -dynamometr 6 -bloki oporowe 7 -belka obciążająca

6

Krzywe ściśliwości

Wartości parametrów geotechnicznych zależne od rodzaju gruntuwg PN-81/B-03020

Typ Grunty niespoiste Grunty spoistegruntu Ż, Po Pr, Ps Pd, Pπ A B C D

ν 0,20 0,25 0,30 0,25 0,29 0,32 0,37

δ 0,90 0,83 0,74 0,83 0,76 0,70 0,565

β 1,00 0,90 0,80 0,90 0,75 0,60 0,80

Ko* 0,25 0,33 0,43 0,33 0,41 0,47 0,59

* Obliczono na podstawie podanych wyżej wartości współczynników Poissona

ν - współczynnik odkształcenia bocznego (współczynnik Poissona)

)1()21()1(

0

0

ννν

δ−

−⋅+===

ME

ME

MM

EE 00 ==β (wskaźnik skonsolidowania gruntu)

Ko – współczynnik rozporu bocznego (współczynnik parciaspoczynkowego)

νν−

=1oK

Grupy konsolidacyjne gruntów spoistych:

A – grunty spoiste morenowe skonsolidowane

B – grunty morenowe nieskonsolidowane orazinne grunty spoiste skonsolidowane

C – inne grunty spoiste nieskonsolidowane

D – iły, niezależnie od pochodzenia geologicznego

Page 7: Właściwości mechaniczne gruntówkarnet.up.wroc.pl/~kajewski/dydaktyka/mechgrun/wyk_3.pdf3 -płyta sztywna 4 -zasypka z piasku 5 -dynamometr 6 -bloki oporowe 7 -belka obciążająca

7

0 50 100 150 200 250 300 350 400Naprężenia normalne [kPa]

17.00

17.50

18.00

18.50

19.00

19.50

20.00

Wys

okość

prób

ki [m

m]

WYNIKI BADAŃ ŚCIŚLIWOŚCI (KRZYWE ŚCIŚLIWOŚCI)

h2

21

1

0201

01

00

hhhM

hhhM

−⋅==

−⋅==

σ∆εσ∆

σ∆εσ∆

Wyznaczenie modułów ściśliwości

∆σ

h01 = 18,17 mm

h02 = 17,62 mm

M0 = 3,303 MPa

h1 = 18,00 mm

h2 = 17,57 mm

M0 = 4,100 MPa

dla przedziału ∆σ0 = 100 kPa

M0 = 1,092 MPa

M = 4,100 MPa

dla przedziału ∆σ = 100 kPa

M0 = 3,303 MPa

M = 4,1187 MPa

∆σ0

Próbne obciążenie gruntu płytą sztywną

1 - obudowa wykopu badawczego2 - podsypka piaskowa3 - płyta sztywna4 - zasypka z piasku5 - dynamometr6 - bloki oporowe7 - belka obciążająca8 - obciążniki betonowe9 - czujniki zegarowe10 - belka układu odniesienia

Wykres próbnego obciążenia płytą

Schemat obciążenia gruntu

( ) ( )s

B1KB1E 22

0 ∆σ∆

ωνων −=−=

ν - współczynnik Poissonaω - współczynnik kształtu płyty; ω=0.79 dla płyty kołowej i ω=0.84 dla płyty kwadratowejB - średnica płytyK = ∆s/ ∆σ zasypka z piasku

Page 8: Właściwości mechaniczne gruntówkarnet.up.wroc.pl/~kajewski/dydaktyka/mechgrun/wyk_3.pdf3 -płyta sztywna 4 -zasypka z piasku 5 -dynamometr 6 -bloki oporowe 7 -belka obciążająca

8

Płyta VSS

Badanie określa zagęszczenie warstwynasypu, nośność i zagęszczenie podłoża orazniektórych typów podbudów. Oznaczeniewykonujemy płytą statyczną ( zwaną VSS ) ozakresie 100 kN, uzyskując wynik modułuodkształcenia pierwotnego E0, wtórnego E iwskaźnika odkształcenia Io. Badaniecharakteryzuje strefę do głębokości 30-50 cmponiżej płyty.Cykl pomiarowy w terenie trwa około dwóchgodzin.

Badania presjometryczne

Schemat presjometru

Zależność odkształcenia objętościowego ściany otworu wiertniczego V od ciśnienia p

VpKEp ∆

∆= Ep – presjometryczny moduł odkształcenia

K – stały współczynnik presjometru [cm3]

αp

0E

M = α – współczynnik struktury gruntu (α = 0.25 ÷ 1.0)

Page 9: Właściwości mechaniczne gruntówkarnet.up.wroc.pl/~kajewski/dydaktyka/mechgrun/wyk_3.pdf3 -płyta sztywna 4 -zasypka z piasku 5 -dynamometr 6 -bloki oporowe 7 -belka obciążająca

9

Zależność modułu ściśliwości pierwotnej M0 oraz modułu odkształcenia pierwotnego E0 od ID dla gruntów niespoistych(wykresy z normy PN-B/81-03020)

Zależność modułu ściśliwości pierwotnej M0 oraz modułu odkształcenia pierwotnego E0 od IL dla gruntów spoistych(wykresy z normy PN-B/81-03020)

Grupy konsolidacyjne gruntów spoistych

A – grunty spoiste morenowe skonsolidowane

B – grunty morenowe nieskonsolidowane orazinne grunty spoiste skonsolidowane

C – inne grunty spoiste nieskonsolidowane

D – iły, niezależnie od pochodzenia geologicznego

Page 10: Właściwości mechaniczne gruntówkarnet.up.wroc.pl/~kajewski/dydaktyka/mechgrun/wyk_3.pdf3 -płyta sztywna 4 -zasypka z piasku 5 -dynamometr 6 -bloki oporowe 7 -belka obciążająca

10

Po co to jest potrzebne?

• Obliczanie spodziewanego osiadania projektowanych obiektów budowlanych.

• Analiza przebiegu procesu konsolidacji podłoża pod projektowanymi obiektami budowlanymi.

Podsumowanie• Ściśliwością gruntu określa się jego zdolność do zmniejszania objętości pod

wpływem obciążenia.• Parametrami charakteryzującymi ściśliwość gruntu są moduły ściśliwości i

moduły odkształcenia.• Parametry ściśliwości wyznacza się na podstawie badań eksperymentalnych w

laboratorium (badania edometryczne – moduły ściśliwości) lub w warunkach polowych (badania presjometryczne, próbne obciążenia gruntu – moduły odkształcenia).

• Na podstawie literatury należy stwierdzić, że na ściśliwość gruntów niespoistychdecydujący wpływ posiada rodzaj gruntu i jego zagęszczenie (ID).

• Decydujący wpływ na ściśliwość gruntów spoistych wywiera jego „przeszłośćgeologiczna” (grupa konsolidacyjna) oraz jego stan (IL).

• Orientacyjnie moduł ściśliwości pierwotnej dla gruntów niespoistych wynosiMo = 120 MPa, zaś dla gruntów spoistych Mo = 40 MPa. Rzeczywiste wartości dla konkretnych przypadków mogą się nawet bardzo istotnie różnić od podanych wartości orientacyjnych.