Υπολογισμός Ορίων ATTERBERG

Transcript

1 ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΔΟΚΙΜΗΣ: Υπολογισμός Ορίων ATTERBERG Επιστημονικός Συνεργάτης: Δρ. Αλέξανδρος Βαλσαμής, Πολιτικός Μηχανικός Εργαστηριακός Υπεύθυνος: Παναγιώτης Καλαντζάκης, Καθηγητής Εφαρμογών Εργαστηριακοί Συνεργάτες: Δρ. Κωνσταντίνος Θωμάς, Πολιτικός Μηχανικός Δρ. Άννα Μάμου, Πολιτικός Μηχανικός Φωτεινή Λυραντζάκη, Πολιτικός Μηχανικός MSc, Υ.Δ. Πανεπιστημίου Πατρών ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΟ ΕΤΟΣ :

2 ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΑ ΕΔΑΦΗ Διερχόμενα από το κόσκινο #200, με μέγεθος κόκκων <0.075mm ΙΛΥΕΣ ΑΡΓΙΛΟΙ Αργιλος Χαρακτηριστικές γυαλιστερές επιφάνειες

3 ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΑ ΕΔΑΦΗ Αργιλος Εκσκαφή κωπηλατοδρομίου Σχοινιά Ιλύς (διατηρεί κατακόρυφο πρανές)

4 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΩΝ ΕΔΑΦΩΝ Τα λεπτόκοκκα εδάφη προέρχονται κυρίως από την χημική αποσάθρωση πλαγιοκλάστων (feldspars) και μαρμαρυγία (mica) τα οποία έχουν φυλλώδη δομή λόγω της δι-διάστατης ανάπτυξης των κρυστάλλων τους Φύλλο πυριτίου : ΚΑΤΟΨΗ ΠΛΑΓΙΑ ΟΨΗ

5 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΩΝ ΕΔΑΦΩΝ Δημιουργία αργιλικών ορυκτών με συγκόλληση αργιλικών φύλλων Το συνολικό πάχος είναι μικρό (2-3 φύλλα) Αντιθέτως, οι άλλες δύο διαστάσεις των φύλλων είναι αρκετά μεγάλες Αργιλικό ορυκτό πάχος t (μm) Μήκος / πάχος Καολινίτης Ιλλίτης Μοντμοριλλονίτης

6 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΩΝ ΕΔΑΦΩΝ Πλακοειδής δομή του καολινίτη Πλακοειδής δομή του μοντμοριλλονίτη

7 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΩΝ ΕΔΑΦΩΝ Τα αργιλικά πλακίδια εμφανίζουν : θετικά ηλεκτρικά φορτία στις αιχμές και αρνητικά ηλεκτρικά φορτία στις μεγάλες επιφάνειες Το συνολικό φορτίο του πλακιδίου είναι μηδέν Τα πλακίδια έλκονται και συγκολλώνται μέσω των ισχυρών ηλεκτρικών δυνάμεων Για παράδειγμα, η ξηρή άργιλος έχει μεγάλη αντοχή λόγω της συγκόλλησης των πλακιδίων

8 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΩΝ ΕΔΑΦΩΝ Οι επιφανειακές (ηλεκτρικές) δυνάμεις μεταξύ των κόκκων υπερτερούν των δυνάμεων βαρύτητας (δηλαδή του βάρους), αφού : Οι ηλεκτρικές δυνάμεις (Ε) είναι ανάλογες της επιφάνειας ( d 2 ) Οι δυνάμεις βαρύτητας (W) είναι ανάλογες του όγκου (d 3 ) Αρα ο λόγος (Ε / W) είναι ανάλογος του ( 1 / d ) Παράδειγμα: άμμος (d=1mm) και άργιλος (d=0.001 mm) E W 1000 E W Στην άργιλο οι ηλεκτρικές δυνάμεις είναι 1000 φορές μεγαλύτερες απ ότι το βάρος σε σχέση με την άμμο

9 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΩΝ ΕΔΑΦΩΝ Με την παρουσία νερού, τα μόρια του νερού (ηλεκτρικά δίπολα) έλκονται από τα αργιλικά πλακίδια και προσκολλώνται επ αυτών (προσροφημένο νερό ή διπλή στρώση νερού)

10 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΩΝ ΕΔΑΦΩΝ Οταν το νερό είναι άφθονο, οι διπλές στρώσεις έχουν μεγάλο πάχος και συνεπώς δεν υπάρχει επαφή μεταξύ των αργιλικών πλακιδίων Αρα: Η αντοχή της αργίλου είναι μικρή (μικρή τριβή νερού με νερό) και η άργιλος γλυστράει Η συμπιεστότητα είναι μεγάλη (με τη συμπίεση φεύγει το νερό και οι κόκκοι έρχονται πιο κοντά)

11 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΩΝ ΕΔΑΦΩΝ Οταν το νερό είναι λίγο, οι διπλές στρώσεις έχουν μικρό πάχος και συνεπώς υπάρχει ηλεκτρική έλξη μεταξύ των αργιλικών πλακιδίων Αρα : Η αντοχή της αργίλου αυξάνει η συμπιεστότητα μειώνεται όσο μειώνεται η ποσότητα του νερού και οι κόκκοι έρχονται πιο κοντά

12 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΩΝ ΕΔΑΦΩΝ Παραδείγματα : Η ξηρή άργιλος έχει μεγάλη αντοχή Εάν βραχεί η αντοχή μειώνεται καθώς τα πλακίδια απορροφούν νερό, οι διπλές στρώσεις διογκώνονται, τα πλακίδια απομακρύνονται και οι μεταξύ τους ηλεκτρικές έλξεις μειώνονται. Το τούβλο (άργιλος ψημένη σε μεγάλη θερμοκρασία) έχει πολύ μεγάλη αντοχή. Το νερό έχει φύγει τελείως, και τα πλακίδια έχουν καλή επαφή. Οι έλξεις μεταξύ των πλακιδίων είναι τόσο μεγάλες που δεν αφήνουν το νερό να εισέλθει και να δημιουργήσει διπλές στρώσεις. Τα καλά ψημένα τούβλα δεν επηρεάζονται από το νερό.

13 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΠΕΡΙΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΝΕΡΟ Ανάλογα με την περιεκτικότητα σε νερό το έδαφος χαρακτηρίζεται ως: Στερεό: το υλικό θεωρείται ότι συμπεριφέρεται ελαστικά Ημιστερεό: ενδιάμεση κατάσταση Πλαστικό: το έδαφος μπορεί να υποστεί συνεχή παραμόρφωση υπό σταθερό φορτίο και να μην επανέλεθει στην αρχική του μορφή όταν αφαιρεθεί το φορτίο Ρευστό: το έδαφος στην κατάσταση αυτή δεν μπορεί να δεχθεί κανένα φορτίο Τα περισσότερα λεπτόκοκκα εδάφη βρίσκονται συνήθως σε πλαστική κατάσταση

14 ΟΡΙΑ ATTERBERG Οι περιεκτικότητες σε νερό που αντιστοιχούν στα όρια μεταξύ των διαφόρων καταστάσεων ονομάζονται όρια Atterberg Κατάσταση εδάφους Ρευστή Πλαστική Ημι-στερεή Στερεή Περιεκτικότητα σε νερό LL=WL=όριο υδαρότητας PL=WP=όριο πλαστικότητας SL=όριο συρρίκνωσης 0 όριο συρρίκνωσης όριο πλαστικότητας όριο υδαρότητας Περιεκτικότητα σε νερό Στερεή Ημι-στερεή Πλαστική Ρευστή

15 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΩΝ ΕΔΑΦΩΝ συνήθεις καταστάσεις

16 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΩΝ ΕΔΑΦΩΝ Άργιλος υψηλής πλαστικότητας Άργιλος χαμηλής πλαστικότητας

17 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΩΝ ΕΔΑΦΩΝ Αργιλος μετά την ξήρανση

18 ΟΡΙΑ ATTERBERG Το όριο συρρίκνωσης δεν παρουσιάζει ενδιαφέρον στην Εδαφομηχανική Το όριο υδαρότητας και το όριο πλαστικότητας χρησιμοποιούνται συστηματικά ειδικά για το χαρακτηρισμό και την ταξινόμηση των λεπτόκοκκων εδαφών

19 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΡΙΟΥ ΠΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Ο προσδιορισμός του ορίου πλαστικότητας γίνεται με βάση το πρότυπο ASTM D4318 και με βάση τις διαδικασίες που περιγράφονται στις Προδιαγραφές Εργαστηριακών Δοκιμών Εδαφομηχανικής (Ε105-86, Κεφ. 6) Ορισμός Το όριο πλαστικότητας είναι η περιεκτικότητα σε νερό στην οποία το έδαφος αρχίζει να σχηματίζει ρωγμές όταν πλάθεται σε λεπτούς κυλίνδρους καθορισμένου μεγέθους (διαμέτρου 3mm)

20 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΡΙΟΥ ΠΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Απαραίτητες Συσκευές και Υλικά Γυάλινη πλάκα Σπάτουλα Δοχείο ανάμιξης Δοχεία ξήρανσης Φούρνος Ζυγαριά (ευαισθησία 0.1gr) Νερό

21 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΡΙΟΥ ΠΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Διαδικασία Εκτέλεσης 1. Λαμβάνεται ποσότητα ξηρού εδάφους 20gr (διερχόμενο από το κόσκινο Νο 40) 2. Τοποθέτηση δείγματος σε κάψα και ανάμιξη με νερό μέχρι το έδαφος να γίνει αρκετά πλαστικό ώστε να μπορεί να μορφώνεται σε βώλο 3. Λαμβάνεται τμήμα του δείγματος και κυλινδρώνεται πάνω στη γυάλινη πλάκα 4. Οταν η διάμετρος του ραβδίσκου γίνει 3mm και παρατηρηθεί θρυμματισμός του σε επιμέρους τμήματα θεωρείται ότι η περιεκτικότητα σε νερό του συγκεκριμένου δείγματος αντιστοιχεί στο όριο πλαστικότητας 5. Τα μέρη του θραυσθέντος εδάφους συγκεντρώνονται σε δοχείο ξήρανσης, ξηραίνονται και ξαναζυγίζονται (υπολογισμός περιεκτικότητας σε νερό) 6. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται συνολικά τρεις (3) φορές

22 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΡΙΟΥ ΠΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ

23 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΡΙΟΥ ΠΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Υπολογισμοί Προσδιορισμός της περιεκτικότητας σε νερό όλων των δειγμάτων Ο μέσος όρος των τιμών της περιεκτικότητας σε νερό είναι το όριο πλαστικότητας Δείκτης πλαστικότητας Ο δείκτης πλαστικότητας (PI) του εδάφους είναι η διαφορά μεταξύ του ορίου υδαρότητας (LL) και του ορίου πλαστικότητας (PL): PI=LL-PL

24 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΡΙΟΥ ΥΔΑΡΟΤΗΤΑΣ Ο προσδιορισμός του ορίου υδαρότητας γίνεται με βάση το πρότυπο ASTM D4318 και με βάση τις διαδικασίες που περιγράφονται στις Προδιαγραφές Εργαστηριακών Δοκιμών Εδαφομηχανικής (Ε105-86, Κεφ. 5) εφαρμόζοντας τη μηχανική μέθοδο Ορισμός Το όριο υδαρότητας είναι η περιεκτικότητα σε νερό στην οποία το έδαφος έχει τόσο μικρή διατμητική αντοχή που ρέει για να κλείσει μια εγκοπή πρότυπου πλάτους όταν δονείται με προκαθορισμένο τρόπο

25 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΡΙΟΥ ΥΔΑΡΟΤΗΤΑΣ Απαραίτητες Συσκευές και Υλικά Συσκευή ορίου υδαρότητας και εργαλείο διαμόρφωσης εγκοπής Γυάλινη πλάκα Σπάτουλα Δοχείο ανάμιξης Δοχεία ξήρανσης Φούρνος Ζυγαριά (ευαισθησία 0.1gr) Νερό

26 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΡΙΟΥ ΥΔΑΡΟΤΗΤΑΣ

27 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΡΙΟΥ ΥΔΑΡΟΤΗΤΑΣ Διαδικασία Εκτέλεσης 1. Λαμβάνεται δείγμα ξηρού εδάφους βάρους 100gr (διερχόμενο από το κόσκινο Νο 40) 2. Ρύθμιση συσκευής ορίου υδαρότητας 3. Τοποθέτηση δείγματος σε κάψα και ανάμιξη με νερό (15-20cm 3 ) 4. Τοποθέτηση δείγματος σε υγραντήρα για ωρίμανση (30min) 5. Το εδαφικό μείγμα απλώνεται με σπάτουλα στο κύπελλο της συσκευής του ορίου υδαρότητας (χωρίς εγκλεισμό φυσαλίδων). Το μέγιστο πάχος του εδαφικού δείγματος πρέπει να είναι 1cm 6. Το έδαφος μέσα στο κύπελλο διαιρείται με το εργαλείο διαμόρφωσης εγκοπής 7. Περιστρέφεται ο στρόφαλος της συσκευής (οπότε το κύπελλο ανυψώνεται και πέφτει) μέχρι να ενωθούν οι δύο πλευρές του δείγματος στον πυθμένα της χαραγής σε μήκος 13.0mm, περίπου

28 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΡΙΟΥ ΥΔΑΡΟΤΗΤΑΣ Διαδικασία Εκτέλεσης (συνέχεια) 8. Καταγράφεται ο αριθμός των κτύπων που απαιτήθηκαν για να κλείσει η χαραγή 9. Τμήμα του εδάφους (από την περιοχή της χαραγής) τοποθετείται σε δοχείο ξήρανσης, ζυγίζεται, ξηραίνεται και ζυγίζεται πάλι μετά την ξήρανση (υπολογισμός περιεκτικότητας σε νερό) 10. Επαναλαμβάνεται η ίδια διαδικασία σε δύο ακόμα δείγματα στα οποία έχει προστεθεί αρκετό νερό για να γίνει το δείγμα περισσότερο ρευστό 11. Επιθυμητό είναι η επίτευξη δειγμάτων με τέτοια περιεκτικότητα σε νερό έτσι ώστε ο αριθμός κτύπων (για να κλείσει η χαραγή) να βρίσκεται εντός των ακόλουθων ορίων: 25-35, 20-30, 15-25

29 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΡΙΟΥ ΥΔΑΡΟΤΗΤΑΣ

30 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΡΙΟΥ ΥΔΑΡΟΤΗΤΑΣ Υπολογισμοί Προσδιορισμός της περιεκτικότητας σε νερό όλων των δειγμάτων Σχεδίαση διαγράμματος περιεκτικότητας σε νερό-αριθμού κτύπων σε ημιλογαριθμικό διάγραμμα. Σχεδίαση ευθείας γραμμής που ταιριάζει καλύτερα στα σημεία του διαγράμματος Προσδιορισμός του ορίου υδαρότητας από το διάγραμμα που σχεδιάστηκε. Το όριο υδαρότητας είναι η περιεκτικότητα σε νερό που αντιστοιχεί σε 25 κτύπους

31 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΡΙΟΥ ΥΔΑΡΟΤΗΤΑΣ Διάγραμμα: περιεκτικότητα σε νερό-αριθμός κτύπων

32 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΔΕΙΚΤΗ ΠΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Δείκτης πλαστικότητας Ο δείκτης πλαστικότητας (PI) του εδάφους είναι η διαφορά μεταξύ του ορίου υδαρότητας (LL) και του ορίου πλαστικότητας (PL): PI=LL-PL 0 όριο συρρίκνωσης όριο πλαστικότητας όριο υδαρότητας Περιεκτικότητα σε νερό

33 ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Οταν το όριο υδαρότητας ή το όριο πλαστικότητας δεν μπορούν να προσδιοριστούν αναφέρεται ο δείκτης πλαστικότητας ως NP (nonplastic, μη-πλαστικό) Οταν το έδαφος είναι αρκετά αμμώδες, η δοκιμή για τον προσδιορισμό του ορίου πλαστικότητας πρέπει να προηγείται της δοκιμής του ορίου υδαρότητας. Αν το όριο πλαστικότητας δεν μπορεί να προσδιοριστεί τότε αναφέρονται και τα δύο όρια ως NP (non-plastic, μη-πλαστικό) Στις τιμές του ορίου υδαρότητας (LL), του ορίου πλαστικότητας (PL) και του δείκτη πλαστικότητας (PI) γίνεται στρογγυλοποίηση στον πλησιέστερο ακέραιο αριθμό. Για εδαφικά υλικά με δείκτη πλαστικότητας (PI) μικρότερο από 10 (PI<10) οι παραπάνω τιμές εκφράζονται με ακρίβεια 0.1

34 ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΕΔΑΦΩΝ ΣΥΜΦΩΝΑ ΜΕ ΤΟ ΕΝΙΑΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ

35 ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΕΔΑΦΩΝ ΣΥΜΦΩΝΑ ΜΕ ΤΟ ΕΝΙΑΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ

36 ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΕΔΑΦΩΝ ΣΥΜΦΩΝΑ ΜΕ ΤΟ ΕΝΙΑΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ