1. WSTĘP  TEORETYCZNY

Pojęcia i definicje

Wytrzymałość gruntu na ścinanie τf jest to maksymalny opór, jaki stawia ośrodek gruntowy naprężeniom ścinającym występującym w rozpatrywanym punkcie ośrodka po powierzchni zwanej powierzchnią poślizgu.

Zgodnie z hipotezą Coulomba - Mohra wytrzymałość gruntów na ścinanie wyraża równanie:

τf = σn ⋅ tg φ + c

gdzie: τf – wytrzymałość gruntu na ścinanie [kPa],

σn - naprężenie normalne do płaszczyzny ścięcia [kPa],

φ - kąt tarcia wewnętrznego [º],

c – spójność gruntu (kohezja) [kPa].

W przypadku gruntów niespoistych, gdzie kohezja c = 0 wzór przybiera postać:

τf = σn ⋅ tg φ

Znajomość parametrów charakteryzujących wytrzymałość gruntów na ścianie jest niezbędna przy projektowaniu fundamentów, obliczaniu parcia na konstrukcje oporowe, sprawdzaniu stateczności skarp i zboczy, projektowaniu zakotwień, itp.

Wartości te można wyznaczać dwiema metodami:
- w aparacie bezpośredniego ścinania (aparacie skrzynkowym),
- w aparacie trójosiowego ściskania.

Zasadniczą częścią aparatu jest dwudzielna skrzynka, której części górna i dolna mogą się wzajemnie przemieszczać. W celu zabezpieczenia próbki przed ślizganiem się po powierzchniach kontaktowych i przenoszenia siły ścinającej zaopatrzona jest ona od dołu i od góry w płytki oporowe.
Badanie polega na eksperymentalnym określeniu siły T, przy pomocy której staramy się przesunąć górną część skrzynki po dolnej. Ruchowi temu przeciwstawia się mobilizujący się, w wymuszonej płaszczyźnie ścinania, opór gruntu na ścinanie. Siła T nie może wzrosnąć ponad wartość ogólnej wytrzymałości na ścinanie badanego gruntu. Maksymalna siła zarejestrowana na dynamometrze jest wielkością poszukiwaną. Wartość siły T dla danego gruntu zależy od wartości siły pionowej P. Przynajmniej pięciokrotne poszukiwanie siły T dla różnych wartości siły P pozwoli wyznaczyć prostą Coulomba, a tym samym określić wartości szukanych parametrów.
Zakładamy, że siła P przyłożona do próbki poprzez sztywną pokrywę rozkłada się na powierzchni próbki na tyle równomiernie, że w wymuszonej płaszczyźnie ścinania panuje naprężenie normalne .

Podobnie uważamy, że siła T podzielona przez powierzchnię skrzynki A określa, stałą w całym przekroju ścinania, wartość naprężenia ścinającego.

Przyłożyć obciążenie pionowe równe 50 kPa. Do kontroli obciążenia pionowego służy dynamometr pionowy. Żądane odkształcenie dynamometru dla zadanego obciążenia pionowego obliczyć wzorem:

w którym:
s - zadawane obciążenie pionowe [kPa],
A - powierzchnia ścięcia [m2],
c2 - stała dynamometru pionowego [kN/mm].

Usunąć luzy w poziomym systemie ścinającym.
Wykonać ścięcie obserwując zachowanie czujnika odkształceń dynamometru poziomego.
Za moment ścięcia przyjmuje się chwilę, w której następuje jedno z poniższych:
- wyraźne zwolnienie tempa wzrostu siły ścinającej,
- zatrzymanie wzrostu siły ścinającej, - zmniejszenie się siły ścinającej,
- przesunięcie górnej części skrzynki o 10% długości jej boku.

Zatrzymać i cofnąć poziomy napęd ścinający, zdjąć obciążenie pionowe. Wyrównać obie części skrzynki aparatu.
Wykonać następne ścięcia dla kolejnych wartości obciążenia pionowego: 100; 150; 200 i 300 kPa