ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΕΔΑΦΩΝ

Transcript

1 ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΟ ΕΤΟΣ : ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΔΟΚΙΜΗΣ: ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΕΔΑΦΩΝ 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

2 Στοιχείο φυσικού εδάφους Απλοποιημένη παράσταση στοιχείου ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΦΑΣΕΩΝ Κενά μεταξύ κόκκων Εδαφικοί κόκκοι Μερικώς κορεσμένο έδαφος Πλήρως κορεσμένο έδαφος Ξηρό έδαφος

3 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΦΑΣΕΩΝ Vt = συνολικός όγκος Va= όγκος αέρα Vw = όγκος νερού Vs=όγκος στερεών Wt = συνολικό βάρος Wa= βάρος αέρα (=0) Ww =βάρος νερού Ws=βάρος στερεών

4 ΒΑΣΙΚΟΙ ΟΡΙΣΜΟΙ ΦΥΣΙΚΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΕΔΑΦΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ

5 ΣΚΟΠΟΣ: O προσδιορισμός της κατανομής των διαφόρων μεγεθών των κόκκων των εδαφικών υλικών. 5

6 ΧΡΗΣΙΜΟΤΗΤΑ: Κατάταξη των εδαφών σύμφωνα με το Ενιαίο Σύστημα Ταξινόμησης Εδαφών (USCS). Προσδιορισμός της ομοιομορφίας του εδάφους και εκτίμηση του εύρους της σχετικής πυκνότητας των χονδρόκοκκων κυρίως εδαφών. Εκτίμηση της υδραυλικής διαπερατότητας του εδάφους (Εξάγονται συμπεράσματα για την ευκολία κίνησης του νερού μέσα από τα εδαφικά κενά). 6

7 ΑΝΑΛΥΣΗ ME KOΣΚΙΝΑ (χονδρόκοκκα υλικά) (άμμοι-χάλικες) ΑΝΑΛΥΣΗ ME ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ (λεπτόκοκκα υλικά) (ιλύς και άργιλος) ΣΥΝΘΕΤΗ ΑΝΑΛΥΣΗ 7

8 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΚΟΣΚΙΝΑ ΚΑΠΑΚΙ ΚΟΣΚΙΝΑ ΣΥΛΛΕΚΤΗΣ ΔΟΝΗΤΙΚΗ ΤΡΑΠΕΖΑ (ΣΕΙΣΤΡΟ) 8

9 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΚΟΣΚΙΝΑ ΠΡΟΤΥΠΑ ΜΕΓΕΘΗ ΚΟΣΚΙΝΩΝ (ASTM) ΝΟΥΜΕΡΟ ΚΟΣΚΙΝΟΥ ΔΙΑΜΕΤΡΟΣ ΟΠΗΣ (mm) ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΕΔΑΦΟΥΣ 3 75 ΚΡΟΚΑΛΕΣ 1 1/2 37,5 3/4 19 ΧΑΛΙΚΕΣ ΧΟΝΔΡΟΙ ΚΟΣΚΙΝΟ Νο ΛΕΠΤΟΙ Νο ΧΟΝΔΡΗ Νο ΑΜΜΟΣ ΜΕΣΗ Νο ΛΕΠΤΗ 9

10 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΚΟΣΚΙΝΑ Απαραίτητες Συσκευές και Υλικά: 1. Συσκευή διαχωρισμού δειγμάτων (τετραμερισμός) 2. Σειρά κοσκίνων τετραγωνικών οπών, συλλέκτης και καπάκι για τα κόσκινα 3. Δονητική τράπεζα (σείστρο) 4. Ζυγαριά ευαισθησίας 0,1% του βάρους του δείγματος 5. Κλίβανος (σταθερή θερμοκρασία 110 ο C) 6. Ελαστικό σφυρί, Βούρτσα, τριβείο. 10

11 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΚΟΣΚΙΝΑ (επιλογή κοσκίνων ASTM D ) Πορεία Εργασίας 1. Εκλογή κοσκίνων κατάλληλων διαστάσεων, για το υλικό που εξετάζεται. Τα κόσκινα τοποθετούνται διαδοχικά το ένα επί του άλλου με μειούμενη τη διάσταση της πλευράς του βρόγχου προς τα κάτω, αφού πρώτα ζυγιστούν. 2. Συγκέντρωση της απαιτούμενης ποσότητας του εδαφικού υλικού, όπως αυτή ορίζεται από τις «Προδιαγραφές Εργαστηριακών Δοκιμών Εδαφομηχανικής» (Ε , Κεφ. 8). 3. ΞΗΡΑΝΣΗ. Όλα τα δείγματα πρέπει να ξηραίνονται ουσιαστικά μέχρι σταθερού βάρους σε θερμοκρασία που να μην υπερβαίνει τους 110 ο C. 4. Τοποθετείται το υλικό στα κόσκινα, ασφαλίζεται το καπάκι και ακολουθεί 11 κοσκίνισμα από 3 έως 5 λεπτά.

12 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΚΟΣΚΙΝΑ (επιλογή κοσκίνων ASTM D ) Πορεία Εργασίας 5. Ζυγίζεται το υλικό και αναγράφονται τα βάρη στο φύλλο δοκιμών. 6. Καθαρισμός συσκευών που χρησιμοποιήθηκαν. 12

13 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΚΟΣΚΙΝΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ 1. Συγκρατούμενο ποσοστό σε κάθε κόσκινο: βάρος συγκρατούμενου εδάφους στο κόσκινο προς το συνολικό βάρος εδάφους 2. Αθροιστικό συγκρατούμενο ποσοστό σε κάθε κόσκινο: άθροισμα των ποσοστών που συγκρατήθηκαν στο υπόψη κόσκινο και σε όλα τα κόσκινα που έχουν άνοιγμα βρόγχου μεγαλύτερο από αυτό 3. Ποσοστό λεπτότερο από κάθε μέγεθος κοσκίνου: 100% - αθροιστικό συγκρατούμενο ποσοστό, αναφέρεται συνήθως ως Διερχόμενο ποσοστό 13

14 ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΚΟΣΚΙΝΑ Ε , Κεφ. 7 ASTM D421 D422 ΑΡΙΘΜΟΣ ΚΟΣΚΙΝΟΥ ΒΑΡΟΣ ΣΥΓΚΡΑΤ. ΕΔΑΦΟΥΣ ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΟ ΣΥΓΚΡΑΤ. ΒΑΡΟΣ ΕΔΑΦΟΥΣ ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΟ ΣΥΓΚΡΑΤΟΥΜΕΝΟ ΠΟΣΟΣΤΟ, % ΔΙΕΡΧΟΜΕΝΟ ΠΟΣΟΣΤΟ, % [1] W 1 W1 W1/ Wολ 100 [W1/ Wολ] [2] W 2 W1+W2 [W1+W2] / Wολ [W1+W2] / Wολ [3] W 3 W1+W2+W3 [W1+W2+W3] / Wολ 100 [W1+W2+W3] /Wολ [n] Wn W1+W2+W3+ Wn [W1+W2+W3+ Wn] /Wολ 100 [W1+W2+W3+ Wn] /Wολ ΒΑΡΟΣ ΞΗΡΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ (gr) : Wολ = W 1 + W 2 + W Wn + W συλλέκτη ΦΥΛΛΟ ΔΟΚΙΜΩΝ 14

15 15

16 ΠΟΣΟΣΤΟ ΔΙΕΡΧΟΜΕΝΩΝ (%) ,01 0,10 1,00 10,00 100,00 ΜΕΓΕΘΟΣ ΚΟΚΚΟΥ (mm) 16

17 ΠΟΣΟΣΤΟ ΔΙΕΡΧΟΜΕΝΩΝ (%) ,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 ΜΕΓΕΘΟΣ ΚΟΚΚΟΥ (mm) 17

18 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ ΟΓΚΟΜΕΤΡΙΚΟΣ ΣΩΛΗΝΑΣ ΑΠΕΣΤΑΓΜΕΝΟ ΝΕΡΟ ΔΙΑΣΠΟΡΑ ΕΔΑΦΟΥΣ 18

19 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ ΤΡΟΠΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟΥ Η ανάλυση με πυκνόμετρο βασίζεται στο Νόμο του Stokes για τον υπολογισμό της ταχύτητας μιας σφαίρας που πέφτει ελεύθερα μέσα στο νερό. Το πυκνόμετρο δείχνει την πυκνότητα του εν αιώρηση στερεού υλικού μέσα σε ένα υγρό μέσο. Αποτελείται από ένα κυλινδρικό σώμα και ένα στέλεχος. Το στέλεχος έχει υποδιαιρέσεις που οι τιμές του αυξάνονται από το ανώτερο προς το κατώτερο τμήμα του στελέχους. Οι υποδιαιρέσεις είναι από 0 60 gr/lt. Η βαθμονόμησή του γίνεται σε αποσταγμένο νερό στους 20 o C.Το ειδικό βάρος του εδάφους που βρίσκεται σε διασπορά είναι 2,65 gr/cm 3. 19

20 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ Απαραίτητες Συσκευές και Υλικά: 1. Αποσταγμένο νερό 2. Ζυγαριά ακριβείας 3. Δοχεία ανάμιξης 4. Αντιθρομβωτικό πρόσμικτο 5. Αναμικτήρας 6. Ογκομετρικό σωλήνα (χωρητικότητας 1 lt) 7. Πυκνόμετρο 8. Θερμόμετρο 9. Χρονόμετρο 20

21 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ (ASTM D ) Πορεία Εργασίας 1. Συλλογή ξηρού εδάφους βάρους 50gr 100gr. (Λαμβάνεται από το υλικό που περιέχεται στο συλλέκτη.) 2. Τοποθέτηση του εδάφους σε δοχείο ανάμιξης που περιέχει 125 ml αντιθρομβωτικό διάλυμα περιεκτικότητας 45,7 gr / lt. 3. Τοποθέτηση του μίγματος στoν αναμικτήρα και προσθήκη νερού έως ότου καλυφθεί το μισό τουλάχιστον μεταλλικό κύπελλο. 4. Τοποθέτηση του δείγματος σε ογκομετρικό σωλήνα. Εφόσον χρειάζεται προστίθεται νερό έως την συμπλήρωση 1 lt. 5. Ανά καθορισμένα χρονικά διαστήματα λαμβάνονται μετρήσεις με χρήση του πυκνόμετρου. 21

22 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ 1. Λήψη ανάγνωσης πυκνόμετρου (R actual ) 22

23 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ 2. Διόρθωση ανάγνωσης (R): Λαμβάνεται από πίνακα (περιλαμβάνει διορθώσεις για: επιρροή αντιθρομβωτικού πρόσμικτου στην ειδική πυκνότητα του νερού, σφάλμα λόγω μηνίσκου, θερμοκρασία αιωρήματος διάφορη από 20 o C). 3. Διορθωμένη ανάγνωση πυκνόμετρου (Rc): R c = R actual - R 23

24 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ 4. Διάμετρος κόκκων (d) σε mm: d 30nw 980( G G s w ) L t όπου, d : διάμετρος κόκκου, mm n w : συντελεστής ιξώδους νερού, P G w : ειδική πυκνότητα νερού σε θερμοκρασία δοκιμής G s : ειδική πυκνότητα στερεών κόκκων εδάφους L : ενεργό βάθος (απόσταση επιφάνειας αιωρήματος από το βάθος στο οποίο γίνονται οι μετρήσεις), cm t :χρόνος από την αρχή της δοκιμής, min 24

25 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ 5. Για το πυκνόμετρο τύπου 152 Η ο υπολογισμός του διερχόμενου ποσοστού βρίσκεται από τον παρακάτω τύπο : P s a R W s c 100% όπου, P s : ποσοστό κόκκων μικρότερων σε διάμετρο από την συγκεκριμένη α : λόγος του G s προς το 2,65 R c : διορθωμένη ανάγνωση πυκνόμετρου W s : βάρος ξηρού εδάφους, gr 25

26 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ Διάμετρος κόκκων (d) σε mm: Υπολογισμός Διερχόμενου %: d 30nw 980( G G s w ) L t Ps a R Ws 100% 26

27 27

28 ΣΥΝΘΕΤΗ ΑΝΑΛΥΣΗ 1. Περιλαμβάνει ανάλυση με κόσκινα και ανάλυση με πυκνόμετρο. 2. Όταν γίνεται σύνθεση των αποτελεσμάτων των δύο δοκιμών, οι αναλογίες των κόκκων που είναι μεγαλύτεροι και μικρότεροι από το κόσκινο Ν ο 200 πρέπει να λαμβάνονται υπόψη. a R Ps % Διερχόμενο από Ν Ws ο

29 πυκνόμετρο Κόσκινα D 10 (ενεργός διάμετρος) D 50 D 60 29

30 Χαρακτηριστικές Τιμές 1. Διάμετρος D 50 : αντιστοιχεί στο 50% του διερχόμενου εδαφικού υλικού. Μας δίνει το μέσο μέγεθος των κόκκων και χαρακτηρίζει το εδαφικό υλικό. 2. Διάμετρος D 10 : αντιστοιχεί στο 10% του διερχόμενου εδαφικού υλικού. Συνδέεται με την διαπερατότητα του εδάφους. Αναφέρεται και ως ενεργός διάμετρος. 3. Συντελεστής ομοιομορφίας (C u ) : η κλίση της κοκκομετρικής καμπύλης αποτελεί το μέτρο της ανομοιομορφίας του εδάφους και εκφράζεται ποσοτικά με την τιμή του λόγου C u =D 60 / D 10 Αν Cu< 5 τότε, το έδαφος είναι ομοιόμορφο. Αν Cu> 15 τότε, έδαφος χαρακτηρίζεται ως καλά διαβαθμισμένο. 30

31 31

32 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΚΟΣΚΙΝΑ Απαραίτητες Συσκευές και Υλικά: ΚΑΠΑΚΙ ΚΟΣΚΙΝΑ ΣΥΛΛΕΚΤΗΣ ΔΟNΗΤΙΚΗ ΤΡΑΠΕΖΑ (ΣΕΙΣΤΡΟ) 32

33 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΚΟΣΚΙΝΑ Απαραίτητες Συσκευές και Υλικά: ΣΥΣΚΕΥΗ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ 33

34 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΚΟΣΚΙΝΑ Απαραίτητες Συσκευές και Υλικά: ΖΥΓΑΡΙΕΣ 34

35 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΚΟΣΚΙΝΑ Απαραίτητες Συσκευές και Υλικά: ΚΛΙΒΑΝΟΣ 35

36 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΚΟΣΚΙΝΑ Απαραίτητες Συσκευές και Υλικά: ΒΟΥΡΤΣΕΣ ΤΡΙΒΕΙΟ 36

37 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ Απαραίτητες Συσκευές και Υλικά: ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΟΓΚΟΜΕΤΡΙΚΟΣ ΣΩΛΗΝΑΣ ΔΙΑΣΠΟΡΑ ΕΔΑΦΟΥΣ ΑΠΕΣΤΑΓΜΕΝΟ ΝΕΡΟ 37

38 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ Απαραίτητες Συσκευές και Υλικά: ΔΟΧΕΙΑ ΑΝΑΜΙΞΗΣ 38

39 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ Απαραίτητες Συσκευές και Υλικά: ΧΡΟΝΟΜΕΤΡΑ 39

40 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ Απαραίτητες Συσκευές και Υλικά: ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΟΓΚΟΜΕΤΡΙΚΟΣ ΣΩΛΗΝΑΣ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ ΑΝΑΜΙΚΤΗΡΑΣ 40

41 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ Απαραίτητες Συσκευές και Υλικά: ΖΥΓΑΡΙΑ ΑΚΡΙΒΕΙΑΣ 41

42 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ Απαραίτητες Συσκευές και Υλικά: ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ 42

43 43

44 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ Απαραίτητες Συσκευές και Υλικά: Χημική Ένωση Εξαμεταφωσφορικό νάτριο με ανθρακικό νάτριο ως ρυθμιστικό ( εμπορική ονομασία calgon) ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΔΙΑΣΠΟΡΑΣ Γραμμάριο άλατος ανά λίτρο έτοιμου διαλύματος Χημικός Τύπος 45.7 NaPO 3 Πολυφωσφορικό Νάτριο 21.6 Na 12 P 10 O 31 Τριφωσφορικό Νάτριο 18.8 Na 5 P 3 O 10 Τετραφωσφορικό Νάτριο 35.1 Na 6 P 4 O 13 44

45 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ (επιλογή κοσκίνων ASTM D ) Πορεία Εργασίας 45

46 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ (επιλογή κοσκίνων ASTM D ) Πορεία Εργασίας ΧΡΟΝΟΣ (min) ΜΕΓΙΣΤΗ ΔΙΑΜΕΤΡΟΣ ΚΟΚΚΟΥ (mm) 2 0, , , , , , ,