«γεωλογικοί σχηματισμοί» - «γεωϋλικά» όρια εδάφους και βράχου

Transcript

1 «γεωλογικοί σχηματισμοί» - «γεωϋλικά» έδαφος (soil) είναι ένα φυσικό σύνολο ορυκτών κόκκων που μπορούν να διαχωριστούν με απλές μηχανικές μεθόδους (π.χ. ανακίνηση μέσα στο νερό) όλα τα υπόλοιπα φυσικά υλικά μπορούν να ταξινομηθούν σαν βράχος (rock). Στην περίπτωση του βράχου οι κόκκοι συνδέονται με ισχυρές και μόνιμες δυνάμεις καθώς επίσης και με την ύπαρξη συγκολλητικής ύλης. όρια εδάφους και βράχου F αντοχή σε μοναξονική (ανεμπόδιστη) θλίψη του γεωλογικού υλικού 1 ΜΡa S σκληρά εδάφη μαλακοί βράχοι με εύρος αντοχών 0.5 μέχρι 25 ΜΡa Τάση - φόρτιση P = F / S N/m 2 = Pa kn/m 2 = kpa MN/m 2 = MPa= 10kg/cm 2

2 η γεωλογική ιστορία μιας εδαφικής απόθεσης επηρεάζει σημαντικά τη μηχανική της συμπεριφορά βασικοί παράγοντες διαχωρισμού εδαφών Μέγεθος «κόκκων» Σχήμα «κόκκων» Δομή - μικροδομή

3 1. ογκόλιθοι (Βoulders) >300 mm, 2. κροκάλες (Cobbles) 75 mm 300 mm, 3. χαλίκια (Gravels) 4.75 mm 75 mm, (19 mm 75 mm χονδρά, mm λεπτά), 4. άμμος (Sand) mm 4.75 mm (2.0 mm 4.75 mm χονδρόκοκκη, mm μεσόκκοκη, mm λεπτόκοκκη). 5. ιλύς (silt) και άργιλος (clay) <0.075 mm (ιλύς mm 0.075mm και άργιλος <0.002 mm). <0.002mm αργιλικά ορυκτά (ιλλίτης, μοντμοριλλονίτης, καολινίτης)

4 κοκκώδη μη συνεκτικά λεπτόκκοκα συνεκτικά Ογκόλιθοι κροκάλες χαλίκια άμμος ιλύς άργιλος mm

5 σφαιρικό - πεπλατυσμένο σφαιροειδείς κόκκοι κοκκώδη εδάφη (αμμοχάλικα, άμμοι) και ιλύες, στατικά φορτία με μικρές παραμορφώσεις δυναμικά φορτία συμπύκνωση πεπλατυσμένοι κόκκοι άργιλοι συνολική επιφάνεια των κόκκων μιας εδαφικής μάζας συνολικό βάρος ή όγκο άμμος 100 cm 2 /gr άργιλος cm 2 /gr. διαφοροποίηση στην ικανότητα προσρόφησης νερού κ.λπ.

6 Η δομή (structure) των εδαφών αναφέρεται (a) στη γεωμετρική τοποθέτηση των τεμαχιδίων ή των ορυκτών κόκκων στο χώρο και (b) στις δυνάμεις που μπορεί να επενεργούν μεταξύ αυτών. κοκκώδη ή μη συνεκτικά εδάφη οι δυνάμεις που Στα αναπτύσσονται μεταξύ των τεμαχιδίων είναι πολύ μικρές στα λεπτόκοκκα συνεκτικά εδάφη οι δυνάμεις είναι σχετικά μεγάλες και ισχυρές

7 σφαιροειδούς σχήματος κόκκοι

8 αποτελούνται κυρίως από πεπλατυσμένα τεμαχίδια (πλακίδια) μεγέθους mm, παρουσιάζουν πλαστικότητα και είναι συνεκτικά (αργιλικά ορυκτά - clay minerals) Η προέλευση των εδαφών αυτών οφείλεται στη χημική αποσάθρωση και μεταφορά σωματιδίων κολλοειδών διαστάσεων (<0.002mm) που έχουν τα παρακάτω κύρια χαρακτηριστικά: 1. δεν έχουν την ίδια ακριβώς σύσταση με το μητρικό πέτρωμα 2. η μία διάσταση (πάχος) των σωματιδίων είναι σχεδόν μηδενική σε σχέση με τις άλλες δύο ("πλακοειδούς" μορφής) 3. έχουν μεγάλη ειδική επιφάνεια (δηλ. λόγο επιφάνειας προς μάζα). 4. οι επιφάνειές τους είναι ηλεκτρικά φορτισμένες

9 Van der Waals - Coulomb Πεπλατυσμένα τεμαχίδια - πλακίδια Διόγκωση συρρίκνωση Συμπιεστότητα - στερεοποίηση Μικρή διαπερατότητα

10 Ονομασία Μορφή Τυπικό πάχος (nm) Τυπική διάμετρος (nm) Ειδική επιφάνεια (m 2 /gr) Μοντμοριλονίτης Ιλλίτης Χλωρίτης Καολινίτης (100) (1000) 15

11 1. λόγος κενών (e), 2. πορώδες (n), 3. βαθμό κορεσμού (S), 4. ποσοστό περιεχόμενης υγρασίας (w), 5. φαινόμενο βάρος (γ) 6. ειδικό βάρος κόκκων (G s ) 7. σχετική πυκνότητα (D r ). 1. Κοκκομετρική διαβάθμιση 2. Συνεκτικότητα (πλαστικότητα)

12 W w w (%) = x 100 W s W w : W s : βάρος νερού (απώλεια βάρους μετά την ξήρανση) βάρος ξηρών στερεών συστατικών του δείγματος Γενικά στα περισσότερα εδάφη, w <50% Για τα κοκκώδη συνήθως, w : 0 40% Για ευαίσθητες αργίλους & οργανικά εδάφη πιθανόν w 500%

13 εκφράζει το ποσοστό του όγκου των πόρων ενός εδάφους που πληρούται με νερό (V w ) σε σχέση με το συνολικό όγκο των πόρων (V v ) S = V w / V v 0% (ξηρό έδαφος) 100% (κορεσμένο έδαφος). Κατάσταση της άμμου Βαθμός Κορεσμού (%) Ξηρή 0 Ύφυγρη 1-25 Υγρή Πολύ Υγρή Διαβρεγμένη Κορεσμένη 100

14 ο λόγος του βάρους εδάφους προς το συνολικό του όγκο (στερεών και κενών). γ b = W t V t W t = ολικό βάρος και V t = ολικός όγκος του δείγματος. gr/cm 3, KN/m 3 ή Mg/m 3 Ολικό ή υγρό φαινόμενο βάρος γ d = W s V t W s = βάρος στερεών V t = ολικός όγκος του δείγματος. γ d = γ b /(1 + w) Ξηρό φαινόμενο βάρος

15 Φαινόμενο βάρος κορεσμένου εδάφους, γ sat (δηλ. S = 100%) γ sat = W s + W w V t Φαινόμενο βάρος βυθισμένου εδάφους (υπό άνωση), γ sub γ sub = γ sat γ w γ w 10 kn/m 3 ή 1Mg/m 3

16 Τυπικές τιμές φαινόμενου βάρους εδαφικών υλικών Εδαφικός Φαινόμενο βάρος (kn/m 3 ) Τύπος γ sat γ d γ sub Άμμοι χάλικες Ιλύες άργιλοι Παγετώδεις αποθέσεις Αποσαθρωμένο πέτρωμα Τύρφη Οργανικές ιλύες άργιλοι

17 ο λόγος του βάρους στον αέρα δεδομένου όγκου κόκκων από το εδαφικό υλικό προς το βάρος στον αέρα ίσου όγκου απεσταγμένου νερού θερμοκρασίας 4 ο C. G s = W s V s γ w γ w : πυκνότητα νερού στους 4 ο C = 1 Mg/m 3 αδιάστατη παράμετρος Διαχωρισμός εδαφικού υλικού Νο10 (2mm) Ειδικό βάρος ορυκτών Ορυκτό Ειδικό βάρος G s Χαλαζίας 2.65 Καολινίτης 2.6 Ιλλίτης 2.8 Μοντμοριλλονίτης Αλλοϋσίτης Καλιούχος άστριος 2.57 Νατριούχος & ασβεστούχος άστριος Χλωρίτης Βιοτίτης Μοσχοβίτης Κεροστίλβη Λειμωνίτης

18 e = V v / V s Λόγος κενών: εκφράζει τη σχέση μεταξύ του όγκου των κενών (V v ) και του όγκου των στερεών (V s ) μέσα στον όγκο του συνόλου της εδαφικής μάζας Πορώδες: n (%) = V v / V t x 100 Επίσης: e = n / (1-n) ή n = e / (1+e) άμμοι: 30 μέχρι 50% άργιλοι: 20 μέχρι 60% (και υψηλότερα) άμμοι: άργιλοι: (και υψηλότερα) (π.χ. άργιλος της πόλης του Μεξικού e : 3 μέχρι 6).

19 Χαρακτηρισμός εδάφους n (%) e w (%) γ b (gr/cm 3 ) 1 Ομοιόμορφη άμμος, χαλαρή 2 Ομοιόμορφη άμμος, πυκνή 3 Διαβαθμισμένη άμμος, χαλαρή 4 Διαβαθμισμένη άμμος, πυκνή 5 Παγετώδες έδαφος, ευρείας διαβάθμισης 6 Παγετώδης άργιλος, μαλακή 7 Παγετώδης άργιλος, στιφρή 8 Ελαφρά οργανική άργιλος, μαλακή 9 Πολύ οργανική άργιλος, μαλακή Μπεντονίτης, Καθηγητής Ν. μαλακός Σαμπατακάκης Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών

20 D r e e m a x m a x e e m i n e: ο πραγματικός λόγος κενών της άμμου e max : ο λόγος κενών που αντιστοιχεί στην ελάχιστη συμβατική πυκνότητα (π.χ. με απλή απόθεση του υλικού) e min : ο λόγος κενών που αντιστοιχεί στη μέγιστη συμβατική πυκνότητα (π.χ. μετά από συμπύκνωσή της κτλ.). e = e max D r = 0 e = e min D r = 1 (ή 100%) Συνήθως στη φύση τα κοκκώδη εδάφη έχουν D r = Ταξινόμηση κοκκωδών εδαφών D r (%) Περιγραφή 0-15 Πολύ χαλαρό Χαλαρό Μέσης πυκνότητας Πυκνό Πολύ πυκνό