ANALIZA PRZEPROWADZONYCH BADAŃ

Przeprowadzone badania wykazały znacznie większe wartości odkształceń, zwłaszcza deformacji radialnych, niż wynikałoby to z uwzględnienia współczynnika Poissona  ustalanego poprzez porównanie badań modułów odkształcenia objętościowego gruntu K wykonywanych w aparacie trójosiowego ściskania firmy GDS Instruments Ltd. (trójosiowy stan odkształcenia próbki gruntu) oraz edometycznych modułów ściśliwości gruntu (ustalonych w jednoosiowym stanie odkształcenia).

Opis przeprowadzonych badań służących wyznaczeniu współczynnika Poissona  autor przedstawił we wcześniejszej pracy [7]. Zaznaczyć należy, iż uzyskane w wyniku wspomnianych analiz wartości parametrów odkształceniowych nie mogą być porównywane

z wielkościami charakteryzującymi nieskonsolidowane spoiste podłoże zawartymi w ogólnodostępnym piśmiennictwie [8], [9].

Określone we wcześniejszych badaniach [7] wartości  okazały się zależne od wartości naprężenia, którym poddano badane próbki gruntu, a zwłaszcza od historii obciążenia.

W związku z powyższym ustalono średnią wartość współczynnika Poissona  z uwzględnieniem zakresów kolejnych stopni obciążenia pierwotnego 0 – 100 kPa. Wartość ta wyniosła 0,296 i zdaniem autora jest najbardziej właściwa dla analizowanych w niniejszej pracy przypadków.

Wartość modułu odkształcenia objętościowego gruntu K, ustalono na poziomie 2932 kPa. W oparciu o powyższe wyniki określono moduł pierwotnego odkształcenia

objętościowego E0 jako równy 3587 kPa.

Posłużenie się wyżej wymienioną wartością  oraz odpowiadnią wartością modułu pierwotnego odkształcenia objętościowego E0 pozwoliło na oszacowanie teoretycznych odkształceń badanych próbek gruntu dla określonych warunków badania.

W analizowanym zakresie dewiatora naprężeń zależność jednostkowych odkształceń osiowych (_ac i _am) i radialnych (_rc i _rm) próbek gruntu od wartości q okazała się liniowa (Rys. 1.). Przy przyjęciu liniowo proporcjonalnych powiązań (zarówno w odniesieniu do obliczonych, jak i pomierzonych deformacji) kwadraty współczynników korelacji R² przyjęły największe wartości. Zwrócić należy uwagę na znacznie bardziej intensywny (ponad dziesięciokrotnie) wzrost odkształceń pomierzonych w trakcie testów względem zmian dewiatora naprężenia, niż wynikałoby to z obliczeń wykonanych w oparciu o wcześniej ustalone parametry odkształceniowe [7].

Rys. 1. Wykres zależności obliczonych i pomierzonych odkształceń osiowych (ac i am) i radialnych (rc i rm) od dewiatora naprężenia q.

Charakter zależności przy wzajemnym porównaniu odkształceń obliczonych względem pomierzonych (Rys. 2.) najlepiej odzwierciedlają równania: wykładnicze – w odniesieniu do deformacji osiowych oraz logarytmiczne – w odniesieniu do odkształceń radialnych. Wraz z obliczoną teoretyczną zmianą wysokości próbek ac następuje nieliniowy wzrost intensywności odpowiadających im wartości pomierzonych am. W przypadku zmian wymiarów poprzecznych próbek sytuacja okazała się odwrotna, tzn. zwiększenie obliczonych wartości rc ograniczało intensywność przyrostu zmierzonych zmian radialnych próbek gruntu rm. Kwadrat współczynnika skorelowania R² wyników badań przedstawionych na Rys. 2. z opisującymi je liniami trendu należy uznać za wystarczający dla badanego gruntu.

Rys. 2. Wykres zależności obliczonych odkształceń osiowych ac i radialnych rc od odpowiadających im pomierzonych w badaniach odkształceń osiowych am i radialnych rm.

Oprócz scharakteryzowanych wyżej zależności za istotne dla opisu lokalnych odkształceń próbek gruntu uznano przedstawienie wzajemnych powiązań pomiędzy stosunkiem pomierzonych i obliczonych odkształceń osiowych (am/ac) oraz analogicznie odkształceń radialnych (_rm/_rc) uwarunkowanych wartością dewiatora naprężenia q (Rys. 3.). Rozbieżności pomiędzy pomierzonymi i obliczonymi wartościami zmian wysokości próbek gruntu sięgają kilkuset procent, a stosunek ten zwiększa się nieliniowo wraz ze wzrostem dewiatora naprężenia q. Niezgodności odnoszące się do odpowiednich odkształceń w kierunku prostopadłym do osi badanych próbek są jeszcze większe, przy czym w ich przypadku zaobserwowany został trend zmniejszania się stosunku _rm/_rc przy większych wartościach dewiatora q.

Analizie poddane zostały również proporcje pomiędzy lokalnymi odkształceniami osiowymi i radialnymi określonymi w wyniku pomiarów i obliczeń. Stosunek pomierzonych wartości _am/_rm jest ogólnie mniejszy niż odpowiednich obliczonych _ac/_rc, zaś charakterystyka trendu zmian wspomnianych proporcji względem wielkości dewiatora naprężenia q opisana została na wykresie – Rys. 4. Skorelowanie wyników dla tych zależności nie okazało się zbyt duże.

Rys. 3. Wykres zależności wzajemnej proporcjonalności pomierzonych i obliczonych odkształceń osiowych (eam/eac) i radialnych (erm/erc) od dewiatora naprężenia q.

Rys. 4. Wykres zależności wzajemnej proporcjonalności pomierzonych odkształceń osiowych i radialnych (am/rm) oraz obliczonych odkształceń osiowych i radialnych (ac/rc) od dewiatora naprężenia q.

Wobec niezbyt dużych zgodności uzyskanych w przypadku zależności zobrazowanych na wykresie powyżej (Rys. 4.), przeprowadzono dodatkowe wnioskowanie uwzględniające wpływ średnich naprężeń efektywnych p' (Rys. 5.). Kształt linii trendu, a przede wszystkim wartości kwadratu współczynnika korelacji R² w sytuacji, gdy weźmiemy pod uwagę p', świadczą o istotnym wpływie tego parametru na odkształcenia próbek gruntu.

Rys. 5. Wykres zależności wzajemnej proporcjonalności pomierzonych odkształceń osiowych i radialnych (am/rm) oraz obliczonych odkształceń osiowych i radialnych (ac/rc) z uwzględnieniem wpływu średniego naprężenia efektywnego p' od dewiatora naprężenia q.

4. PODSUMOWANIE

Pomiar lokalnych deformacji próbek gruntu badanych w aparacie trójosiowego ściskania jest zagadnieniem bardzo złożonym i trudnym. Pojawiają się przy tej okazji problemy techniczne związane z właściwym mocowaniem czujników przemieszczeń, ale również związane z samą procedurą badań, doborem optymalnych obciążeń, którym poddany zostanie grunt. Na wspomniane elementy badacz może jednak w pewnym stopniu wpływać. Podczas tego typu badań mamy również do czynienia z trudnościami wynikającymi ze specyfiki badanego gruntu, jego anizotropią, a dalej idąc ze zróżnicowanymi właściwościami fizycznymi i mechanicznymi, wynikającymi ze złożonych procesów kształtujących podłoże. Nie ma dwóch identycznych próbek, w związku z powyższym wyniki przeprowadzonych na nich badań również w pewnym stopniu będą od siebie odbiegać.

Powyższe stwierdzenie ma podstawowe znaczenie przy określaniu właściwości podłoża madowego, powstałego w wyniku szczególnych procesów geologicznych.

Pomimo obiektywnych trudności studiując wyniki przeprowadzonych wcześniej analiz należy stwierdzić, że udało się na ich podstawie określić pewne trendy, którym podlegają lokalne deformacje próbek gruntów madowych. Ze względu na statystycznie niewielką liczbę

wykonanych badań, ich rezultatów nie można w chwili obecnej ekstrapolować na inne grunty.

Stanowić mogą one jednak przyczynek do poszerzenia zakresu prowadzonych badań, jak również stanowić pewne źródło porównawcze dla innych badaczy. Jako główny komentarz odnośnie różnic w wartościach pomierzonych i obliczonych odkształceń radialnych należy wskazać, iż współczynnik Poissona  nie jest parametrem odzwierciedlającym miejscowe zmiany kształtu próbek gruntu badanych aparacie trójosiowego ściskania.

Piśmiennictwo

[1] Jaremski J., Wilk K.: Influence of fen soils moisture changes on the strength parameters and applied foundation solutions. Proc. of the 10-th International Congress of the IAEG, Nottingham, 2006.

[2] Polska Norma PN-88/B-04481 Grunty budowlane. Badania próbek gruntów.

[3] Jaremski J., Wilk K.: O niektórych badaniach gruntów madowych w aparacie GDS.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej Nr 211, Budownictwo i Inżynieria Środowiska, z.37, Rzeszów, 2004, s. 119-126.

[4] Myślińska E.: Grunty organiczne i laboratoryjne metody ich badania. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2001.

[5] Clayton C.R.I., Khratush S.A., Bica A.V.D., Siddique A.: The use of Hall effect semiconductors in geotechniczal instrumentation. Geotechnical Testing Journal, Vol. 12, No. 1, March 1989, s. 69-76.

[6] Świdziński W.: Kilka uwag odnośnie lokalnego pomiaru przemieszczeń w systemach trójosiowych. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej nr 1756, budownictwo z. 111, Gliwice 2007, s. 411-418

[7] Wilk K.: Badania odkształcalności gruntów madowych. Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej Nr 276, Budownictwo i Inżynieria Środowiska z.58 (nr 3/2011/II), Rzeszów, 2011, s. 93-100.

[8] Polska Norma PN-81/B-03020 Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli.

[9] Wiłun Z.: Zarys geotechniki. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa, 2000.