ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΟΚΙΜΕΣ

Transcript

1 ΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΟΜΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ Ε ΑΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΟΚΙΜΕΣ Σύνταξη σηµειώσεων : Πλαστήρα Β. Εργαστηριακός συνεργάτης ΑΙΓΑΛΕΩ, 2011

2 2

3 3 Τ.Ε.Ι. ΠΕΙΡΑΙΑ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΟΜΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ Ε ΑΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΟΚΙΜΕΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι σηµειώσεις του εργαστηρίου της εδαφοµηχανικής συντάχθηκαν µε σκοπό την εξοικείωση των σπουδαστών µε την εργαστηριακή µεθοδολογία, µε την απλούστερη δυνατή ανάπτυξη και σύµφωνα µε τις διεθνείς προδιαγραφές (A.S.T.M, A.A.S.H.O, κ.λ.π.). Κάθε κεφάλαιο το οποίο αναφέρεται σε κάποια εργαστηριακή δοκιµή, αποτελείται από τις εξής ενότητες : α) περίληψη της θεωρίας στην οποία βασίζεται η δοκιµή (η πλήρης ανάπτυξη γίνεται στο µάθηµα της θεωρίας), β) περιγραφή της πορείας της δοκιµής, του απαιτούµενου εξοπλισµού και των µεθόδων υπολογισµού των ανάλογων παραµέτρων, γ) λυµένο παράδειγµα για την καλύτερη κατανόηση της µεθοδολογίας και δ) έτοιµους πίνακες διαµορφωµένους, στο παράρτηµα που διανέµεται µαζί µε τις σηµειώσεις, που χρησιµεύουν στην άµεση καταγραφή των µετρήσεων που λαµβάνονται από τους σπουδαστές, στη διάρκεια της διεξαγωγής µιας δοκιµής στο εργαστήριο, στην επεξεργασία αυτών και στην κατασκευή των ανάλογων διαγραµµάτων. Το παρόν σύγγραµµα θα πρέπει απαραίτητα να το έχει µαζί του ο κάθε σπουδαστής στο εργαστήριο, για την καλύτερη διεξαγωγή του µαθήµατος.

4 4

5 5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σελ. 1. Περιεχόµενη υγρασία εδαφών Ειδικά βάρη εδαφών Όρια Atterberg οκιµή Proctor Κοκκοµετρική ανάλυση εδαφών Κατάταξη εδαφών ιαπερατότητα Συµπιεσόµετρο οκιµή ανεµπόδιστης θλίψης Τριαξονική δοκιµή οκιµή άµεσης διάτµησης Βιβλιογραφία

6 6 - µη συνεκτικό έδαφος- - συνεκτικό έδαφος- κοκκώδης δοµή (άµµοι, χαλίκια) κυψελωτή δοµή (άργιλοι, ιλύες) - δοµή σε αδιατάρακτη άργιλο- -δοµή αναζυµωµένης αργίλου- -Προσανατολισµός µορίων αργίλο

7 7 -Γεωτρύπανο µε ελικοειδή πτερύγια- -Κρουστικό γεωτρύπανο-

8 8 -περιστροφική διάτρηση- -περιστροφική πυρηνοληψία-

9 9 ΣΗΜΕΙΩΣΗ ΓΙΑ ΤΙΣ ΜΟΝΑ ΕΣ (Ε ΑΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗ Αρχές και εφαρµογές, G.E. Barnes) Μάζα, δύναµη και βάρος Η µάζα αντιπροσωπεύει την ποσότητα της ύλης ενός σώµατος και είναι ανεξάρτητη από τη δύναµη της βαρύτητας. Το βάρος αντιπροσωπεύει τη δύναµη της βαρύτητας που ασκείται σε µία µάζα. Μοναδιαία δύναµη (1Ν) προσδίδει µοναδιαία επιτάχυνση (1m/s 2 ) σε µοναδιαία µάζα (1 kg). Ο Νόµος του Νεύτωνα δίνει : Βάρος = µάζα X επιτάχυνση της βαρύτητας Η επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας στην επιφάνεια της γης (g) συνήθως λαµβάνεται ίση µε 9,81 m/s 2, οπότε 1 kg µάζας δίνει δύναµη 9,81 Ν 10 Ν. Η µονάδα της δύναµης είναι το Newton (N) µε πολλαπλάσια τα KiloNewton (kn) = 1000 N MegaNewton (MN) = 10 6 N (Οι ζυγαριές σε ένα εργαστήριο ανταποκρίνονται σε δύναµη, αλλά δίνουν µετρήσεις σε γραµµάρια ή κιλά, δηλ. σε µονάδες µάζας). Τάση Μονάδα δύναµης ανά µονάδα επιφάνειας (N/m 2 ). Στο σύστηµα µονάδων SI η µονάδα είναι το Pascal (Pa). 1 N/m 2 = 1 Pa 1 kn/m 2 = 1 kpa Πυκνότητα και ειδικό βάρος Πυκνότητα είναι η ποσότητα της µάζας σε δεδοµένο όγκο και περιγράφεται καλύτερα ως πυκνότητα µάζας (ρ). Η µονάδα του συστήµατος SI είναι το χιλιόγραµµο ανά κυβικό µέτρο (kg/m 3 ). Η πυκνότητα χρησιµοποιείται συχνά στην εδαφοµηχανική επειδή οι εργαστηριακοί ζυγοί µετρούν µάζα. Ειδικό βάρος είναι η δύναµη που ασκείται σε µοναδιαίο όγκο (γ), όπου : γ = ρ.g Η συνήθης µονάδα για το ειδικό βάρος γ είναι το kn/m 3. Οπότε αν δεχθούµε ότι g 10 m/s 2 τότε ισχύει ότι : 1 gr/cm 3 = 10 k /m 3 1 kgr/cm 2 = 100 k /m 2

10 10 ΟΡΙΣΜΟΙ Αέρας Νερό Στερεό Vk Vs Vολ Βνερ = βάρος νερού στο δείγµα Βξηρ = βάρος ξηρού εδάφους στον κλίβανο Βυγρ = βάρος υγρού δείγµατος Vk = όγκος κενών Vs = όγκος κόκκων Vολ = Vk +Vs = ολικός όγκος δείγµατος W = Bνερ/ Βξηρ γ s = Βξηρ/Vs γ = Βυγρ/Vολ γd = Βξηρ/Vολ περιεχόµενη υγρασία ειδικό βάρος στερεών συστατικών υγρό φαινόµενο ειδικό βάρος ξηρό φαινόµενο ειδικό βάρος n =Vk/Vολ e = Vk/Vs πορώδες δείκτης κενών (Ισχύει ότι : n = e/1+e, e = n/1 n ) Sr = Vw/Vκ βαθµός κορεσµού Επίσης ισχύει ότι : Sr = γs.w / γ w.e Βυγρ Β ξηρ = 1 + w, n γ d = 1 γ s γ γ d = 1 + w, e γ s = 1 γ d

11 11 Αποδείξεις τύπων : e Vk Vk Vk Vολ n = = = = V V V s Vολ Vκ ολ κ 1 n V V ολ ολ e Vk Vk Vk Vολ n = = = = V V V s Vολ Vκ ολ κ 1 n V V ολ ολ

12 12 1. ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΗ ΥΓΡΑΣΙΑ Ε ΑΦΩΝ Γενικά Το έδαφος στη φυσική του κατάσταση είναι υγρό. Οι µορφές νερού που συναντάµε στο έδαφος είναι : - νερό βαρύτητας - νερό τριχοειδές - νερό υγροσκοπικό Το νερό βαρύτητας και το τριχοειδές αποµακρύνονται από το έδαφος στους 20 0 C περίπου. Το υγροσκοπικό νερό, που εξαρτάται κυρίως από την µοριακή έλξη, στους 110± 5 0 C. Σκοπός Με τη δοκιµή αυτή θα προσδιορίσουµε την αναλογία του νερού µέσα στο έδαφος. Η αναλογία αυτή επιδρά σηµαντικά στις µηχανικές ιδιότητες ορισµένου τύπου εδαφών. Τέτοια εδάφη είναι τα λεγόµενα συνεκτικά, τα οποία µπορούν να µεταβούν µε την αύξηση της αναλογίας του νερού, από την ξηρή και ανθεκτική κατάσταση στην υδαρή και δίχως αντοχές κατάσταση. Ορισµός Περιεχόµενη υγρασία εδάφους είναι ο λόγος του βάρους του νερού που περιέχεται στο έδαφος (Β νερ ), προς το βάρος του ξηρού εδάφους (Β ξ.εδ.) W = Β B νερ ξηρ. εδ Ακολουθούµενες µέθοδοι: - µέθοδος των διαδοχικών ζυγίσεων - µέθοδος του ανθρακασβεστίου 1α) Μέθοδος των διαδοχικών ζυγίσεων Το δείγµα του εδάφους πρέπει να είναι αντιπροσωπευτικό και από αδιατάρακτο δείγµα, εφ όσον θέλουµε να υπολογίσουµε τη φυσική υγρασία (φυσική είναι η υγρασία την οποία έχει το έδαφος επί τόπου, δηλ. εκεί από όπου πήραµε το δείγµα). Το βάρος του µπορεί να είναι από 10 gr έως 1000 gr περίπου. Όσο πιο λεπτόκοκκο είναι το έδαφος τόσο λιγότερη ποσότητα χρειάζεται.

13 13 Εξοπλισµός - διάφορα δοχεία (κάψες αλουµινένιες) - ζυγός ευαισθησίας 1/10 του γραµµαρίου - κλίβανος ξήρανσης ρυθµιζόµενος στους 110± 5 0 C Τρόπος εργασίας Λαµβάνεται αντιπροσωπευτικό δείγµα του εδάφους. Ζυγίζεται η κάψα (Βκ) Ζυγίζεται η κάψα µε το υγρό έδαφος (Βκ+υ) Η ζύγιση πρέπει να γίνεται γρήγορα για να µην έχουµε επιφανειακή ξήρανση του δείγµατος. Το δείγµα µε την κάψα τοποθετείται µέσα στον κλίβανο που είναι ρυθµισµένος στους 110± 5 0 C (για υλικά που περιέχουν οργανικές ύλες σε 60 0 C µέγιστη). Παραµένει στον κλίβανο µέχρι να σταθεροποιηθεί το βάρος του (γίνονται διαδοχικές ζυγίσεις µέχρις ότου οι δύο τελευταίες να είναι ίδιες). Αυτή η τελευταία ζύγιση σηµειώνεται ως βάρος κάψας και ξηρού δείγµατος (Βκ+ξ). - κλίβανος-

14 14 Η δοκιµή µπορεί να επαναληφθεί και να βρεθεί ο µέσος όρος των αποτελεσµάτων για τη µείωση του σφάλµατος. Α Βάρος κάψας gr Βκ Β Βάρος κάψας + υγρού gr Βκ+υ δείγµατος Γ Βάρος κάψας +ξηρού gr Βκ+ξ δείγµατος Βάρος περιεχόµενου gr Βν = Β Γ νερού Ε Βάρος ξηρού gr Βξ Ε = Γ - Α δείγµατος Ζ Περιεχόµενη υγρασία W Ζ = /Ε β) οκιµή ανθρακασβεστίου Η δοκιµή αυτή γίνεται όταν θέλουµε να έχουµε έναν γρήγορο υπολογισµό της υγρασίας. εν δίνει µεγάλη ακρίβεια όπως η µέθοδος των διαδοχικών ζυγίσεων. Από τη χηµεία είναι γνωστή η αντίδραση : CaC 2 + 2H 2 O Ca(OH) 2 + C 2 H 2 Τοποθετείται µία ποσότητα εδαφικού δείγµατος µέσα στη συσκευή ανθρακασβεστίου µαζί µε µία ποσότητα ανθρακασβεστίου. Το νερό που περιέχεται στο δείγµα αντιδρά µε το ανθρακασβέστιο και δίνει καθορισµένη ποσότητα αιθυλενίου C 2 H 2 µε πίεση P, όπου κατά τη σχέση P.V/T = σταθ. (V ο όγκος της συσκευής). Το βάρος του δείγµατος που λαµβάνεται, είναι συνάρτηση της εκτιµώµενης υγρασίας : Εκτιµώµενη υγρασία (%) Βάρος δείγµατος (gr)

15 15 2. ΕΙ ΙΚΑ ΒΑΡΗ Ε ΑΦΩΝ 2α) ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΕΙ ΙΚΟΥ ΒΑΡΟΥΣ ΣΤΕΡΕΩΝ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ (γ ς ) (για λεπτόκοκκα ) Ορισµός : Ειδικό βάρος στερεών συστατικών γ ς είναι ο λόγος του ξηρού βάρους του εδαφικού δείγµατος, προς τον όγκο των κόκκων του γ s = Βξηρ Vs Το ειδικό βάρος στερεών συστατικών γ ς ενός εδάφους, χρησιµοποιείται για τον συσχετισµό του βάρους του εδάφους προς τον όγκο του. Συνήθως οι τιµές κυµαίνονται από 2,2 gr/cm 3-2,9 gr/cm 3 Εργαστηριακός εξοπλισµός: - Κλίβανος - Κάψες αλουµινένιες - Γουδί, γουδοχέρι - Ζυγός ακριβείας 0,01 gr - Κόσκινο Ν Πυκνόµετρο χωρητικότητας 100 ml ή λήκυθος χωρητικότητας 50 ml. - Απεσταγµένο νερό - Αντλία κενού - Ζυγός ακριβείας 0,01 gr Τρόπος εργασίας Λαµβάνεται αντιπροσωπευτικό δείγµα του εδάφους. Ξηραίνεται στον κλίβανο και κατόπιν τρίβεται στο γουδί µε το γουδοχέρι. Το υλικό αυτό κατόπιν κοσκινίζεται στο κόσκινο Ν 0 10 (2 mm). Από το διερχόµενο από το κόσκινο υλικό (που θεωρείται λεπτόκοκκο), λαµβάνουµε δείγµα περίπου 50 gr. Αυτή η ποσότητα θα χρησιµοποιηθεί για τον προσδιορισµό του ειδικού βάρους. (Το συγκρατούµενο υλικό στο N 0 10 θεωρείται χοντρόκοκκο και ο υπολογισµός του ειδικού βάρους γίνεται µε άλλη µέθοδο. Αν το έδαφός µας περιέχει και χοντρόκοκκο και λεπτόκοκκο υλικό, προσδιορίζονται χωριστά τα δύο ειδικά βάρη και κατόπιν υπολογίζεται ο µέσος όρος)

16 16 Το πυκνόµετρο καθαρίζεται, ξηραίνεται και ζυγίζεται (Β π ). Στη συνέχεια τοποθετείται το ξηρό εδαφικό δείγµα, (τα 50 gr του λεπτόκοκκου), µέσα στο πυκνόµετρο και το ξαναζυγίζουµε µαζί µε το πυκνόµετρο (Β π+ξ ). Κατόπιν προστίθεται απεσταγµένο νερό περίπου µέχρι τα ¾ της φιάλης. Ο αέρας που έχει παγιδευτεί στο µίγµα νερού εδάφους αποµακρύνεται µε τη βοήθεια µιάς αντλίας κενού. Στη συνέχεια συµπληρώνουµε µε απεσταγµένο νερό µέχρι τη χαραγή της φιάλης και ζυγίζουµε ξανά (Β π+ξ+ν ). Ξεπλένουµε καλά το πυκνόµετρο και το γεµίζουµε µόνο µε απεσταγµένο νερό µέχρι τη χαραγή, και το ξαναζυγίζουµε (Β π+ν ). Το ειδικό βάρος υπολογίζεται από τον τύπο : γ ς = Β ξ + Β ξ ( Β Β π+ ν π + ξ+ ν ) ή από τον πίνακα που ακολουθεί :

17 17 ΕΛΤΙΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΥ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΥ ΕΙ ΙΚΟΥ ΒΑΡΟΥΣ ΣΤΕΡΕΩΝ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ Α) Για Λεπτόκοκκα Εδάφη Α Βάρος Πυκνοµέτρου Β Βάρος (Πυκνοµέτρου + Ξηρού είγµατος) Γ Βάρος Ξηρού είγµατος Βάρος (Πυκνοµέτρου + Ξ. είγµατος + Νερού) Ε Όγκος Συνολικού Νερού Ζ Βάρος Πυκνοµέτρου + Νερού Η Όγκος Πυκνοµέτρου Θ Όγκος είγµατος Βπ Βπ+ξ Βξ Βπ+ξ+w Vw Βπ+w Vπ Vs gr gr gr gr cm³ gr cm³ cm³ Γ=Β-Α Ε= -Β Η=Ζ-Α Θ=Η-Ε Ι Ειδικό Βάρος Στερεών Συστατικών γs= Ι =

18 18 2β) ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΥΓΡΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΒΑΡΟΥΣ ΣΥΝΕΚΤΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ (γ) Ορισµός: Υγρό φαινόµενο βάρος εδάφους είναι ο λόγος του βάρους του υγρού εδαφικού δείγµατος προς τον συνολικό του όγκο. γ = Εξοπλισµός: -Ζυγός ακριβείας 0,01 gr -Ογκοµετρικός σωλήνας 200 ml - οχείο τήξεως παραφίνης -Παραφίνη ή κερί Β V υγρ ολ Τρόπος εργασίας : Καθαρίζουµε καλά τον ογκοµετρικό σωλήνα και τον γεµίζουµε κατά τα ¾ περίπου µε απεσταγµένο νερό, καταγράφοντας ακριβώς τη στάθµη του νερού (αρχική ένδειξη). Παίρνουµε ένα κοµµάτι του εδαφικού δείγµατος βάρους περίπου 100 gr και σχήµατος που να χωράει στον ογκοµετρικό σωλήνα. Το ζυγίζουµε µε ακρίβεια (Β υγρ ) και στη συνέχεια το βαπτίζουµε στο δοχείο µε τη λειωµένη παραφίνη (στους 60 0 C) µέχρι να επικαλυφθεί όλη η επιφάνεια του δείγµατος µε µια λεπτή φλούδα παραφίνης. Στη συνέχεια ζυγίζεται παραφινωµένο το δείγµα και εισάγεται µε προσοχή µέσα στον ογκοµετρικό σωλήνα µε το νερό. Καταγράφουµε κατόπιν την νέα ένδειξη της στάθµης του νερού (τελική ένδειξη). Από τη διαφορά της αρχικής και της τελικής ανάγνωσης της στάθµης του νερού µέσα στο σωλήνα, βρίσκουµε τον όγκο του παραφινωµένου δείγµατος. Από τον όγκο αυτό αφαιρούµε τον όγκο της παραφίνης που βρίσκουµε, διαιρώντας το βάρος της µε το ειδικό της βάρος (0,89 gr/cm 3 ). Με αυτό τον τρόπο προσδιορίζεται ο όγκος του εδαφικού δείγµατος (V ολ ). Στη περίπτωση που το εδαφικό δείγµα έχει κανονικό σχήµα (όπως για παράδειγµα στις περιπτώσεις που έχουµε ένα διαµορφωµένο δοκίµιο, που έχει σχήµα κυλίνδρου), ο υπολογισµός του όγκου είναι απλός και δεν χρειάζεται η διαδικασία της µεθόδου της παραφίνης.

19 19 2γ) ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΞΗΡΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΒΑΡΟΥΣ ΣΥΝΕΚΤΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ (γ d ) Ορισµός: Ξηρό φαινόµενο βάρος εδάφους είναι ο λόγος του βάρους του ξηρού εδαφικού δείγµατος προς τον συνολικό του όγκο. Βξηρ γ = = d Vολ Τρόπος εργασίας : Αφού προσδιοριστεί το υγρό φαινόµενο βάρος του δείγµατος µε την παραπάνω µέθοδο, λαµβάνουµε ένα κοµµάτι από το εδαφικό δείγµα που χρησιµοποιήσαµε στη δοκιµή, και υπολογίζουµε την περιεχόµενη υγρασία ( w ) µε τη γνωστή µέθοδο των διαδοχικών ζυγίσεων. Κατόπιν µε τη βοήθεια του τύπου : γ d γ = 1 + w υπολογίζουµε το ξηρό φαινόµενο βάρος του εδάφους. -κοπή αδιατάρακτου δείγµατος-

20 20 3. ΟΡΙΑ ATTERBERG Γενικά Η µηχανική συµπεριφορά των συνεκτικών αργιλωδών εδαφών επηρεάζεται από την περιεχόµενη υγρασία. Με τη βαθµιαία µείωση της περιεχόµενης υγρασίας, ενώ αυτό βρίσκεται στην υδαρή κατάσταση, µεταπίπτει στην πλαστική, µετά στην ηµιστερεή και τελικά στη στερεή κατάσταση. Οι τιµές της περιεχόµενης υγρασίας για τις οποίες τα διάφορα είδη αργιλωδών εδαφών µεταπίπτουν από τη µία κατάσταση στην άλλη ποικίλουν σηµαντικά. Αυτή η υγρασία για την οποία αλλάζει κατάσταση το έδαφος, µπορεί να χρησιµεύσει για τη διάκριση και τη σύγκριση των διαφόρων αργίλων. Σύµφωνα µε το σύστηµα ATTERBERG καθορίστηκαν αυθαίρετα τέσσερεις καταστάσεις. Ρευστή (υδαρή) : το έδαφος δεν έχει διατµητική αντοχή Πλαστική : Παραµορφώνεται χωρίς θραύση και διατηρεί το σχήµα του και µετά την αποµάκρυνση του αιτίου Ηµιστερεή : Θραύεται ενώ παραµορφώνεται Στερεή : Συµπεριφέρεται σα στερεό σώµα και έχει αυξηµένη διατµητική αντοχή. ρευστή W% LL (όριο υδαρότητας) Πλαστική LP (όριο πλαστικότητας) ηµιστερεή SW (όριο συρρίκνωσης) στερεή IP = LL - LP IP : είκτης πλαστικότητας Οι περιεχόµενες υγρασίες οι οποίες αντιστοιχούν στα όρια µεταξύ των διαφόρων καταστάσεων συνεκτικότητας ονοµάζονται όρια Atterberg : 1. Όριο υδαρότητας (LL) 2. Όριο πλαστικότητας (LP) 3. Όριο συρρίκνωσης (SW) Το φάσµα των υγρασιών για τις οποίες το έδαφος παραµένει σε πλαστική κατάσταση καλείται δείκτης πλαστικότητας IP και είναι η διαφορά του ορίου υδαρότητας µείον το όριο πλαστικότητας IP = LL LP

21 21 Η κατάταξη των εδαφών κατά τον ATTERBERG, µε βάση την πλαστικότητα, είναι η παρακάτω: Βαθµός πλαστικότητας είκτης πλαστικότητας (I p ) Έδαφος µικρής πλαστικότητας < 5 «µέσης «5 µέχρι 15 «µεγάλης «> 15 Σχέσεις µεταξύ όγκου και περιεχόµενης υγρασίας εδάφους στα όρια Atterberg Όγκος Στερεή Μισοστερεή Πλαστική Ρευστή W S W P W L Περιεχόµενη υγρασία

22 22 Σκοπός : Ο προσδιορισµός των ορίων Atterberg έχει σαν σκοπό την κατάταξη των λεπτόκοκκων εδαφών. 3α) ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΟΡΙΟΥ Υ ΑΡΟΤΗΤΑΣ (LL) (A. A. S. H. O.: T 89) (µέθοδος των τριών σηµείων) Ορισµός Όριο υδαρότητας είναι η περιεχόµενη υγρασία κατά την οποία το έδαφος, αφού χάσει νερό, µεταφέρεται από την υδαρή κατάσταση στην πλαστική. Εργαστηριακός εξοπλισµός οχείο από πορσελάνη µε διάµετρο 12 cm Σπάτουλα µε διαστάσεις: 8 cm x 2 cm Συσκευή CASAGRANDE µε προδιαγεγραµµένες διαστάσεις Όργανο για τη χάραξη οχεία Ζυγαριά µε ανάγνωση 0,1 gr Κλίβανος 110 ο C, κάψες αλουµινένιες Κόσκινο Ν 0 40 (0,42 mm) -το έδαφος στη συσκευή Casagrande, πριν και µετά τη δοκιµή-

23 23 Τρόπος εργασίας Το αντιπροσωπευτικό δείγµα: ξεραίνεται σε θερµοκρασία µικρότερη από 60 ο C, κατατρίβεται προσεκτικά ώστε να µη µειωθεί το µέγεθος των κόκκων, τετραµερίζεται, και κοσκινίζεται µε το κόσκινο Νο 40 Παίρνουµε 100 gr περίπου από το υλικό που περνάει από το κόσκινο Νο 40 και το υλικό αυτό το αναµιγνύουµε µε απεσταγµένο νερό. Η ποσότητα του νερού που θα χρησιµοποιήσουµε, εξαρτάται από το έδαφος το οποίο υποβάλλουµε σε δοκιµή. Όσο πιο πλαστικό είναι, τόσο περισσότερο νερό µπορεί να απορροφήσει πριν φτάσει στη ρευστή κατάσταση. Από την εµπειρία µας ξεκινάµε µε µια ποσότητα νερού, ώστε η περιεχόµενη υγρασία του να είναι µικρότερη από το όριο υδαρότητάς του. Η ανάµειξη γίνεται µε τη σπάτουλα. Αν χρειαστεί περισσότερο νερό, προσθέτουµε νερό σε ποσότητες από 1 µέχρι 3 ml. Όταν ολοκληρωθεί η ανάµιξη και σχηµατιστεί οµοιόµορφη πηχτή µάζα, το µείγµα τοποθετείται στον υγραντήρα για µισή ώρα περίπου. Κατόπιν τοποθετείται στο κύπελλο της συσκευής, -περιγραφή συσκευής Casagrande-

24 24 -περιγραφή εργαλειών χάραξης- πιέζεται και απλώνεται µε αργές, κατά το δυνατό κινήσεις της σπάτουλας και µε φροντίδα ώστε να µην εγκλειστούν φυσαλίδες αέρα µέσα στη µάζα. Η µάζα πρέπει να έχει βάθος 1 cm στο σηµείο µέγιστου πάχους. Η µάζα χωρίζεται, µε το όργανο χάραξης, σε δυο τµήµατα κατά τον άξονα της συσκευής. Η χαραγή πρέπει να είναι καθαρή, απότοµη και να φτάνει µέχρι τον πυθµένα. Για τη χαραγή επιτρέπονται µέχρι έξι πλήρεις (µπροστά πίσω) χειρισµοί. Ο στρόφαλος της συσκευής στρέφεται µε δύο στροφές το δευτερόλεπτο.

25 25 Οι στροφές καταµετρούνται µέχρι που τα δύο τµήµατα του εδάφους έρθουν σε επαφή σε µήκος 1,27 cm. Ο αριθµός των στροφών που πραγµατοποιήθηκε καταγράφεται. Τµήµα εδάφους κάθετα προς τη χαραγή: αφαιρείται µε τη σπάτουλα, ζυγίζεται, ξεραίνεται (110 ο C), ξαναζυγίζεται και προσδιορίζεται η υγρασία του (W%) µε τη µέθοδο των διαδοχικών ζυγίσεων.

26 26 Η εργασία αυτή επαναλαµβάνεται σε δύο ακόµα τµήµατα του εδάφους µας προσθέτοντας κάθε φορά µικρή ποσότητα νερού (1 3 ml). Γίνεται προσπάθεια ώστε σε κάθε µία από τις δοκιµές να ενώνονται κατά 1,27 cm σε αριθµό κτύπων, που ανήκουν στις παρακάτω περιοχές : 1 η δοκιµή : κτύπους 2 η δοκιµή : κτύπους 3 η δοκιµή : κτύπους

27 27 Σε ένα ηµιλογαριθµικό χαρτί, απεικονίζουµε τα ζεύγη των τιµών των κτύπων µε τις αντίστοιχες περιεχόµενες υγρασίες. Στον άξονα των τετµηµένων τοποθετούµε τον αριθµό των κτύπων και στον άξονα των τεταγµένων τις τιµές των υγρασιών. Σχεδιάζεται ένα ευθύγραµµο τµήµα, όσο το δυνατόν πλησιέστερα προς τις ανωτέρω συντεταγµένες Η υγρασία που αντιστοιχεί στο σηµείο εκείνο του ευθυγράµµου τµήµατος που έχει τετµηµένη τους 25 κτύπους, είναι το όριο υδαρότητας του εδάφους. (Προσοχή! Αυτός είναι ο πειραµατικός προσδιορισµός του ορίου υδαρότητας και όχι ο ορισµός)

28 28 3β) ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΟΡΙΟΥ ΠΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ (Lp) (A. A. S. H. O.: T 90-61) Ορισµός Όριο πλαστικότητας είναι η πιο χαµηλή περιεχόµενη υγρασία για την οποία το έδαφος παραµένει πλαστικό. Εργαστηριακός εξοπλισµός οχείο από πορσελάνη µε διάµετρο 12 cm Σπάτουλα 8 cm x 2 cm Γυάλινη επιφάνεια για κυλίνδρωση οχεία Ζυγαριά που να ζυγίζει 0,1 gr Τρόπος εργασίας Το αντιπροσωπευτικό δείγµα: ξεραίνεται σε θερµοκρασία µικρότερη από 60 ο C, κατατρίβεται προσεκτικά ώστε να µη µειωθεί το µέγεθος των κόκκων, τετραµερίζεται, και κοσκινίζεται µε το κόσκινο Νο 40 (0,42 mm). Παίρνουµε 20 gr περίπου από το υλικό που περνάει από το κόσκινο Νο 40 και το υλικό αυτό το αναµιγνύουµε καλά µε αποσταγµένο νερό ώστε να σχηµατιστεί αρκετά πλαστική µάζα που να µορφώνεται εύκολα σβόλος. Από αυτή την πλαστική µάζα παίρνουµε δείγµα 8 gr και του δίνουµε σχήµα ελλειψοειδές. Το δείγµα κυλινδρώνεται ανάµεσα στα δάχτυλα και στη γυάλινη πλάκα, µε πίεση ώστε να σχηµατιστεί ραβδίσκος (µακαρόνι) µε ίδια διάµετρο σε όλο το µήκος του. Πραγµατοποιούνται 80 µε 90 κυλινδρώσεις το λεπτό. Η πλήρης κυλίνδρωση συµπληρώνεται µε την επιστροφή του χεριούραβδίσκου στην αρχική θέση.

29 29 Όταν η διάµετρος του ραβδίσκου γίνει 3 mm χωρίς ρηγµατώσεις, ο ραβδίσκος τεµαχίζεται σε 6 ή 8 τεµάχια. Τα τεµάχια συµπιέζονται µε τα δάχτυλα σε οµοιόµορφη µάζα µε ελλειψοειδές σχήµα και επαναλαµβάνεται η κυλίνδρωση για το σχηµατισµό νέου ραβδίσκου 3 mm. Όταν, κάποτε, ο ραβδίσκος θρυµµατιστεί σε διάµετρο µεγαλύτερη ή ίση µε 3 mm, η διαδικασία σταµατάει. Ο θρυµµατισµός εµφανίζεται διαφορετικός σε διάφορους εδαφικούς τύπους. Η µάζα του θρυµµατισµένου ραβδίσκου τοποθετείται στον κλίβανο σε αλουµινένια κάψα, αφού ζυγιστεί και προσδιορίζεται η περιεχόµενη υγρασία µε τη µέθοδο των διαδοχικών ζυγίσεων. Η υγρασία αυτή θα είναι το όριο πλαστικότητας του εδάφους. Γίνονται δύο δοκιµές και σαν όριο πλαστικότητας υπολογίζεται ο µέσος όρος. εν είναι πάντα δυνατός ο προσδιορισµός του ορίου πλαστικότητας σε ένα έδαφος. Μπορεί το έδαφος να θρυµµατίζεται πολύ πριν φτάσει τα 3 mm διάµετρο, να µην µπορεί να γίνει εύπλαστη µάζα. Σε αυτή τη περίπτωση χαρακτηρίζεται σαν µη πλαστικό non plastic ( P).

30 30 4. ΠΡΟΤΥΠΗ ΜΕΘΟ ΟΣ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΣΧΕΣΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ Ε ΑΦΩΝ (Α.Α.S.H.O. : Τ 99 61) ΟΚΙΜΗ PROCTOR Γενικά Το έδαφος χρησιµοποιείται στα τεχνικά έργα : - σα βάση έδρασης των έργων (θεµελίωση) - σαν υλικό δοµής έργων (αναχώµατα, επιχώµατα, φράγµατα) Παρατηρείται ότι κάτω από την επίδραση των φορτίων το έδαφος µπορεί να υποστεί : - καθιζήσεις - ρηγµατώσεις - ολισθήσεις και γενικώς µετακινήσεις που βάζουν σε κίνδυνο τις κατασκευές. Συνεπώς η ασφάλεια των κατασκευών εξαρτάται σε µεγάλο βαθµό από την ευστάθεια του εδάφους. Γι αυτό το λόγο αναπτύχθηκαν οι παρακάτω γενικές µέθοδοι για την αύξηση της ευστάθειας του εδάφους : α) η µέθοδος της συµπύκνωσης µε τα κατάλληλα µηχανήµατα (π.χ. οδοστρωτήρες) β) φυσικοχηµικές µέθοδοι (ενέσεις συνδετικών υλικών, πρόκληση χηµικών αντιδράσεων) ιαπιστώνεται ότι, η συµπύκνωση εδάφους εξαρτάται : - από την προσφερόµενη ενέργεια - από την περιεχόµενη υγρασία ιαπίστωση PROCTOR : Με την ίδια ενέργεια συµπύκνωσης για κάθε έδαφος υπάρχει µία σταθερή, περίπου παραβολική σχέση που συνδέει την περιεχόµενη υγρασία και την πυκνότητα που προκύπτει µε την συµπύκνωση. Η υγρασία που αντιστοιχεί στη µέγιστη ξηρή πυκνότητα (γd max ) λέγεται βέλτιστη υγρασία (Wβ)

31 31 (Σχήµα 1.) Απλό διάγραµµα Proctor Με τη συµπύκνωση εξασφαλίζεται : - µείωση της διαπερατότητας - αύξηση της ικανότητας φόρτισης - αύξηση της διατµητικής αντοχής Όταν η υγρασία στο έδαφος είναι πιο µικρή από τη βέλτιστη (W β ) το νερό λειτουργεί σα λιπαντικό και διευκολύνει την ολίσθηση των κόκκων του εδάφους, που κάτω από την προσφερόµενη ενέργεια, µετακινούνται µε αποτέλεσµα τη µείωση του όγκου των κενών. Αυτό συµβαίνει µέχρι τη βέλτιστη υγρασία. Η αύξηση της υγρασίας πέραν της βέλτιστης αποµακρύνει τους κόκκους και η πυκνότητα µειώνεται µε την συµπύκνωση. Ενδεικτικά δίνονται τιµές της (W β ) για διάφορα εδάφη : αµµώδη : 7 14% ιλυώδη : 12 30% αργιλώδη : 15 28%

32 32 Σκοπός : Σκοπός της δοκιµής Proctor είναι ο προσδιορισµός : - της βέλτιστης υγρασίας (W β ) για την παραγωγή εδαφικών µαζών µεγάλης πυκνότητας µε την ελάχιστη δαπάνη ενέργειας συµπύκνωσης. - της µέγιστης ξηρής πυκνότητας (γ dmax ) για τον έλεγχο της πυκνότητας στο έργο µετά τη συµπύκνωση. Εφαρµοζόµενες µέθοδοι : Υπάρχουν δύο εργαστηριακές µέθοδοι Proctor, η πρότυπη και η τροποποιηµένη. Κάθε µία από αυτές περιλαµβάνει τέσσερεις παραλλαγές Α,Β,Γ, στις οποίες διαφέρουν το µέγεθος της µήτρας, η ποσότητα του εδάφους και το κόσκινο που χρησιµοποιείται για την κοσκίνηση του δείγµατος. Η πρότυπη προβλέπει : - τρεις στρώσεις εδάφους - βάρος κόπανου 2,5 kgr - ύψος πτώσης κόπανου 30,48 cm Η τροποποιηµένη προβλέπει : - πέντε στρώσεις εδάφους - βάρος κόπανου 4,54 kgr - ύψος πτώσης κόπανου 45,72 cm Η πρότυπη δοκιµή εφαρµόζεται για επιχώµατα και η τροποποιηµένη για διαδρόµους αεροδροµίων.

33 33 Εργαστηριακός εξοπλισµός Πρότυπη µέθοδος Παραλλαγή Α - γουδί, γουδοχέρι για το διαχωρισµό των κόκκων - µεταλλικός κύλινδρος (µήτρα Proctor) µε εσωτερική διάµετρο 10,2 cm και ύψος 11,46 cm - µεταλλικός δακτύλιος µε ύψος 6,36 cm - µεταλλικός κόπανος µε διάµετρο 5,03 cm, ύψος πτώσης 30,48 cm και βάρος 2,5 kgr - εξολκέας για την εξαγωγή του δείγµατος από τη µήτρα - ζυγαριές µε δυνατότητα ανάγνωσης 5 gr και 0,1 gr - κλίβανος, κάψες αλουµινένιες - κόσκινο Νο 4 (0,476 mm) - µυστρί, σπάτουλα, λεκάνη, δοχεία, χάρακας. -Χρησιµοποιούµενα όργανα για την εργαστηριακή συµπύκνωση ενός συνεκτικού εδάφους-

34 34 Τρόπος εργασίας : Το δείγµα ξεραίνεται στον αέρα ή σε θερµοκρασία µικρότερη από 60 0 C, κατατρίβεται προσεκτικά µε το γουδί ώστε να µη ελαττωθεί το φυσικό µέγεθος των κόκκων. Μετά την κονιοποίηση κοσκινίζεται αρκετή ποσότητα από το αντιπροσωπευτικό δείγµα, µε το κόσκινο Νο 4. Το συγκρατούµενο υλικό αποµακρύνεται. Παίρνουµε 3 kgr από το κοσκινισµένο έδαφος. Το δείγµα των 3 kgr ανακατεύεται καλά µε νερό ώστε η υγρασία του να είναι 4 µονάδες (στα % του βάρους) κάτω από την πιθανή βέλτιστη (W β ). Το δείγµα τοποθετείται στον τύπο (µήτρα) σε τρεις στρώσεις ώστε να προκύψει ύψος δοκιµίου 12,70 cm. Κάθε στρώση δέχεται 25 οµοιόµορφα χτυπήµατα µε τον κόπανο κυκλικά, µε τέτοιο τρόπο ώστε, ο ένας κτύπος να περιέχει τον προηγούµενο. Ο τύπος πρέπει να στηρίζεται σε σταθερό βάθρο βάρους µεγαλύτερου από 90 kgr. Μετά τη συµπύκνωση αφαιρείται ο δακτύλιος και µε τον κανόνα αποµακρύνεται το υλικό που εξέχει από τον τύπο. Ζυγίζονται ο τύπος και το περιεχόµενο δείγµα.

35 35 Με τη βοήθεια του εξολκέα εξάγεται το δείγµα από τον τύπο. Το δοκίµιο τέµνεται κάθετα προς τον άξονά του µε επίπεδο που περνάει από το κέντρο του. Από τη καρδιά του δοκιµίου παίρνεται δείγµα και προσδιορίζεται αµέσως η υγρασία του. Το βάρος του δείγµατος για την υγρασία πρέπει να είναι τουλάχιστον 100 gr. Το υπόλοιπο υλικό τρίβεται και προστίθεται σε αυτό που δεν χρησιµοποιήθηκε στη συµπύκνωση. Προστίθεται νερό ώστε η υγρασία του δείγµατος να αυξηθεί κατά µία ή δύο µονάδες στα % και επαναλαµβάνεται η ίδια διαδικασία. Είναι προτιµότερο σε κάθε νέα δοκιµή να χρησιµοποιείται νέο υλικό, γιατί : - µε τη συµπύκνωση, συχνά, αλλοιώνεται η κοκκοµετρική σύνθεση του εδάφους. - είναι δύσκολο να γίνει σωστός καταµερισµός στο νερό που προστίθεται. Η παραπάνω διαδικασία συνεχίζεται µέχρι να ελαττωθεί το υγρό βάρος του συµπυκνωµένου δείγµατος. Κατασκευή του απλού διαγράµµατος Proctor : Από κάθε µία δοκιµή παίρνουµε : - την περιεχόµενη υγρασία Wi και - τη ξηρή πυκνότητα (γdi),από τη σχέση γd = γ/1+w Από τα σηµεία Αi = (Wi, γdi) προσδιορίζεται η καµπύλη. Το υψηλότερο σηµείο της αντιστοιχεί στη βέλτιστη υγρασία (wβ) και στη µέγιστη ξηρή πυκνότητα (γdmax) (Σηµείο Κ στο σχήµα 1.) Σηµείωση : Αν µεταβληθεί ο αριθµός κρούσεων του κόπανου ή το βάρος του (δηλ. η προσφερόµενη ενέργεια ) τότε θα πάρουµε µία σειρά από καµπύλες που περιβάλλουν η µία την άλλη. Αυτό είναι το πλήρες διάγραµµα Proctor

36 36

37 37

38 38 ΣΧΕΣΗ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΚΑΙ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΙΕΙΣ ΥΣΗΣ ΤΟΥ ΠΕΝΕΤΡΟΜΕΤΡΟΥ ΓΙΑ Ε ΑΦΗ 1. Συµπυκνώνουµε το έδαφος σύµφωνα µε τη δοκιµή Proctor. 2. Πιέζουµε τη βελόνα του πενετροµέτρου µε ταχύτητα 13 mm/sec σε βάθος περίπου ίσο µε 7,6 cm. Η απόσταση της βελόνας από το εσωτερικό του µήτρας Proctor θα πρέπει να είναι περίπου 4 φορές η διάµετρος της βελόνας. Επαναλαµβάνουµε 3 τουλάχιστον φορές, χωρίς οι διεισδύσεις να επικαλύπτουν η µία την άλλη. Κάθε φορά σηµειώνουµε την αναγραφόµενη τιµή σε kgr στο πενετρόµετρο (Ρ). 3. ιαιρούµε τα kgr (Ρ) µε την επιφάνεια της βελόνας (cm 2 ) και υπολογίζουµε την τάση σ (kgr/cm 2 ). Το Ρ θα είναι ο µέσος όρος των τιµών. 4. Κατασκευάζουµε το διάγραµµα υγρασίας αντίστασης διείσδυσης (w σ). Μπορεί η κλίµακα της υγρασίας να είναι ίδια µε εκείνη του διαγράµµατος Proctor για λόγους σύγκρισης

39 39 5. ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ Ε ΑΦΩΝ Γενικά : Κοκκοµετρική ανάλυση είναι ο προσδιορισµός της σχέσης του µεγέθους του ανοίγµατος των βροχίδων διαφόρων κοσκίνων και του ποσοστού κατά βάρος της εδαφικής ποσότητας που διέρχεται από τα κόσκινα αυτά. Στην πράξη χρησιµοποιούµε µία κατακόρυφη στήλη κοσκίνων µε βαθµιαία µειούµενη βροχίδα από πάνω προς τα κάτω. Το προς έλεγχο υλικό (ξηρό στον κλίβανο) ρίχνεται στο υψηλότερο κόσκινο και ακολουθεί η κοσκίνηση. Ζυγίζονται τα συγκρατούµενα βάρη και υπολογίζονται τα διερχόµενα από το κάθε κόσκινο. Σκοπός : Σκοπός της κοκκοµετρικής ανάλυσης είναι η κατάταξη των εδαφών. Προετοιµασία του υλικού : Γίνεται ξήρανση του εδαφικού δείγµατος στους 60 0 C, και λαµβάνεται αντιπροσωπευτικό δείγµα µετά από τεταρτοµερισµό ή διαχωρισµό, τόσο ώστε : α) το διερχόµενο βάρος από το κόσκινο 2 mm (No 10) να έχει βάρος 110 gr για αµµώδες έδαφος και 60 gr για αργιλώδες ή ιλυώδες έδαφος και β) το κατακρατούµενο ελάχιστο βάρος στο κόσκινο Νο 10 θα πρέπει να είναι σύµφωνα µε τον πιο κάτω πίνακα : ΙΑΜΕΤΡΟΣ ΤΟΥ ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΟΥ ΚΟΚΚΟΥ mm (inch.) ΕΛΑΧΙΣΤΟ ΒΑΡΟΣ (kgr) 9,5 (3/8) 0,5 25,0 (1) 2,0 50,0 (2) 4,0 75,0 (3) 5,0 Κατόπιν κατατρίβεται για να διαχωριστούν οι κόκκοι, σε συσκευές κονιοποίησης, όπως γουδί µε γουδοχέρι. Μετά ζυγίζουµε το ξηρό στους 60 0 C και αυτή θα είναι η συνολική ποσότητα W που θα χρησιµοποιηθεί για τη δοκιµή. Η ποσότητα όµως αυτή περιέχει υγροσκοπική υγρασία γιατί δεν έχει ξηρανθεί στο κλίβανο στους 110± 5 0 C µέχρι σταθεροποιήσεως του βάρους του.

40 40 Η ανωτέρω ποσότητα W χωρίζεται σε δύο ποσότητες χρησιµοποιώντας το κόσκινο Νο 10 (2 mm). Το συγκρατούµενο στο Νο 10 κατατρίβεται και επαναλαµβάνεται η κοσκίνηση. Η ποσότητα που θα συγκρατηθεί τελικά στο κόσκινο Νο 10 είναι το χοντρόκοκκο υλικό του συνολικού δείγµατος και το συµβολίζουµε µε Wx. Η ποσότητα που πέρασε από το κόσκινο Νο 10 είναι το λεπτόκοκκο υλικό και το συµβολίζουµε µε Wλ και θα είναι : Wλ = W - Wχ Οι ανωτέρω ποσότητες πρέπει να αναχθούν σε ξηρές στο κλίβανο χωρίς υγροσκοπική υγρασία, γιατί τα ποσοστά τα διερχόµενα, που λαµβάνονται σαν τελικό αποτέλεσµα, υπολογίζονται στο συνολικό ξηρό δείγµα. Το χοντρόκοκκο υλικό Wχ λόγω του ότι η υγροσκοπική υγρασία του θεωρείται αµελητέα, εκλαµβάνεται ως ξηρό Wχ = Wχξ. (Οι κόκκοι είναι µεγαλύτεροι από 2 mm, συνεπώς το βάρος της υγροσκοπικής υγρασίας είναι αµελητέο). Η ξηρή ποσότητα του λεπτόκοκκου Wλξ υπολογίζεται, αφού υπολογιστεί η περιεχόµενη υγρασία w του λεπτόκοκκου υλικού από ένα αντιπροσωπευτικό δείγµα περίπου 10 gr, µε τη γνωστή µέθοδο των διαδοχικών ζυγίσεων. ηλαδή : Wλξ = Wλ / 1 + w. Συνεπώς η συνολική ξηρή ποσότητα που θα χρησιµοποιηθεί για την ανάλυση θα είναι : Wξ = Wχξ + Wλξ ΣΥΝΟΠΤΙΚΑ Η ΠΑΡΑΠΑΝΩ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ ΕΧΕΙ ΩΣ ΕΞΗΣ - Υγρό δείγµα - Ξήρανση στους 60 0 C - Ποσότητες ελάχιστες σύµφωνα µε τις προδιαγραφές - Αντιπροσωπευτικό δείγµα τεταρτοµερισµός διαχωρισµός - ιαχωρισµός κόκκων (γουδί και γουδοχέρι) κονιοποίηση - Ζύγιση της συνολικής ποσότητας µε υγροσκοπική υγρασία (w) - Κοσκίνισµα στο Νο 10 (2 mm) - Τρίψιµο του συγκρατούµενου στο κόσκινο Νο 10 - Κοσκίνισµα στο Νο 10 - Ζύγισης της συγκρατούµενης στο κόσκινο ποσότητας Wχ - Υπολογισµός Wλ = W - Wχ - Εύρεση υγροσκοπικής υγρασίας w

41 41 - Υπολογισµός Wλξ = Wλ / (1 + w). - Συνολική ποσότητα Wξ = Wχξ + Wλξ - Προσδιορισµός του % διερχόµενου λεπτόκοκκου Pλ και του % συγκρατούµενου Pχ στο κόσκινο Ν0 10. Pλ = (Wλξ / Wξ )x 100, Pχ = (Wχξ / Wξ )x 100 -κοσκίνιση- -κόσκινο µε κάλυµα και υποδοχέα-

42 42 ΑΜΕΡΙΚΑΝΙΚΑ ΠΡΟΤΥΠΑ ΚΟΣΚΙΝΑ ΤΕΤΡΑΓΩΝΙΚΗΣ ΟΠΗΣ κατά Α.S.T.M. Αριθµός κοσκίνου Μέγεθος οπής κοσκίνου σε (mm) 4 - in 101,60 3 1/2 - in 88, in 76,20 2 1/2 - in 68, in 50,80 1 3/4 -in 44,40 1 1/2 - in 38,10 1 1/4 - in 31,70 1- in 25,40 7/8 -in 22,20 3/4 -in 19,10 5/8 -in 15,90 1/2 -in 12,70 1/10 -in 11,10 3/8 -in 9,52 5/10 -in 7,93 1/4 -in o 3 6,35 o 3 1/2 5,66 o 4 4,76 o 5 4,00 o 6 3,36 o 7 2,83 o 8 2,38 o 10 2,00 o 12 1,68 o 14 1,41 o 16 1,19 o 18 1,00 o 20 0,84 o 25 0,71 o 30 0,59 o 35 0,50 o 40 0,42 o 45 0,35 o 50 0,297 o 60 0,250 o 70 0,210 o 80 0,177 o 100 0,149 o 120 0,125 o 140 0,105 o 170 0,088 o 200 0,074 o 230 0,062

43 43 Η κοκκοµετρική ανάλυση γίνεται σε τρείς φάσεις : Α) στην κοσκίνιση του χοντρόκοκκου υλικού (συγκρατούµενου στο Νο 10 κόσκινο) Β) στη φάση της καθίζησης (ανάλυση δια αραιοµέτρου). Αναλύεται το υλικό που διέρχεται από το κόσκινο Νο 200 (δηλ. ιλύς και άργιλος). Γ) στη κοσκίνηση του λεπτόκοκκου.κοσκινίζεται το υλικό ανάµεσα στο κόσκινο Νο 10 και Νο 200, δηλ. η άµµος. Α)Κοσκίνηση χοντρόκοκκου : Τοποθετούνται κόσκινα µεγαλύτερα από το Νο 10 σε ανάλογη σειρά πάνω από αυτό (π.χ. 3 in, 2 in, 1 in, 3/8 in, No 4 ). Κοσκινίζεται το υλικό που έχει συγκρατηθεί στο Νο 10. Ζυγίζεται και καταγράφεται το συγκρατούµενο βάρος σε κάθε κόσκινο µετά την κοσκίνηση. Τα βάρη αυτά µε τους κατάλληλους υπολογισµούς µετατρέπονται σε ποσοστά διερχόµενα από το αντίστοιχο κόσκινο, επί του ξηρού βάρους του συνολικού δείγµατος (Wξ). Στους υπολογισµούς αυτούς χρησιµοποιούνται τα ποσοστά Ρχ και Ρλ που υπολογίστηκαν αρχικά.

44 44 Β) Φάση καθίζησης : Από το λεπτόκοκκο δείγµα Wλ (διερχόµενο από το Νο 10) παίρνουµε αντιπροσωπευτικό δείγµα gr, ανάλογα το είδος του εδάφους. Όσο πιο λεπτόκοκκο είναι τόσο λιγότερη ποσότητα επιλέγεται. Αυτό το δείγµα θα χρησιµοποιηθεί για τη φάση της καθίζησης (κοκκοµετρική ανάλυση µε αραιόµετρο). Αναλυτικά η διαδικασία αναφέρεται παρακάτω. Τα ποσοστά που προκύπτουν από την ανάλυση ανάγονται σε ποσοστά % επί του συνολικού ξηρού δείγµατος (Wξ) χρησιµοποιώντας το ποσοστό Ρλ. Γ) Κοσκίνηση λεπτόκοκκου: Μετά το πέρας της ανάλυσης µε το αραιόµετρο, το δείγµα που βρίσκεται µέσα στο ογκοµετρικό κύλινδρο (άµµος, ιλύς και άργιλος) αδειάζεται πάνω στο κόσκινο Νο 200 και ξεπλένοντας καλά το δείγµα, αποµακρύνονται η ιλύς και η άργιλος που διέρχονται από το αντίστοιχο κόσκινο και έχουν ήδη αναλυθεί. Με αυτό τον τρόπο παραµένει η άµµος πάνω στο κόσκινο Νο 200, που είναι το υλικό που θα χρησιµοποιηθεί στη κοσκίνηση. Αφού ξηρανθεί στο κλίβανο η άµµος, ακολουθεί η κοσκίνηση. Χρησιµοποιούνται κόσκινα ανάµεσα στο Νο 10 και στο Νο 200. Τα ποσοστά που προκύπτουν, µε τους κατάλληλους υπολογισµούς, ανάγονται σε ποσοστά % επί του συνολικού ξηρού δείγµατος (Wξ) χρησιµοποιώντας το ποσοστό Ρλ. Τέλος από τα διερχόµενα ποσοστά % επί του συνολικού ξηρού δείγµατος, που έχουν υπολογιστεί και από τις τρεις φάσεις της κοκκοµετρικής ανάλυσης, και τις αντίστοιχες διαµέτρους των κόκκων, σχεδιάζεται το διάγραµµα της κοκκοµετρικής καµπύλης του εδάφους που αναλύσαµε. Κοκκοµετρική ανάλυση µε αραιόµετρο (πυκνόµετρο) Η µέθοδος αυτή περιγράφει τον τρόπο εργασίας για τον προσδιορισµό της κατά µέγεθος κατανοµής των κόκκων στα λεπτόκοκκα εδάφη (Β φάση καθίζησης ) Εργαστηριακός εξοπλισµός - Ζυγός ακριβείας 0,1 gr. - Γυάλινο ποτήρι 250 ml. - Παράγοντας διασποράς - Συσκευή ανάδευσης, µηχανική - Αραιόµετρο (Πυκνόµετρο) - Γυάλινοι ογκοµετρικοί κύλινδροι των 1000 ml.

45 45 - Θερµόµετρο ακριβείας 0,5 0 C. - Κόσκινο Ν 0 10 (2 mm). - Υδατόλουτρο ή χώρος σταθερής θερµοκρασίας. Τρόπος εργασίας: Από το δείγµα που διέρχεται από το κόσκινο Ν 0 10, λαµβάνονται περίπου 50 gr.για τα περισσότερα εδάφη ή 100 gr για τα αµµώδη. Το δείγµα ζυγίζεται, τοποθετείται µέσα σε ποτήρι των 250 ml, καλύπτεται µε 125 ml από το έτοιµο διάλυµα του παράγοντα διασποράς, που έχει επιλεγεί, αναδεύεται καλά µε γυάλινη ράβδο και αφήνεται να διαβραχεί επί 12 τουλάχιστον ώρες. Σαν παράγοντας διασποράς µπορεί να χρησιµοποιηθεί οποιοσδήποτε από τους τέσσερεις που δίνονται στον πίνακα παρακάτω. Το έτοιµο διάλυµα παρασκευάζεται µε διάλυση της καθορισµένης ποσότητας άλατος όπως δίνεται στον πίνακα,σύµφωνα µε τον παράγοντα διασποράς που έχει επιλεγεί, σε απεσταγµένο νερό, ώστε να παρασκευαστεί 1lt διαλύµατος. Χηµική ένωση Εξαµεταφωσφορικό νάτριο µε Ανθρακικό Νάτριο ως ρυθµιστικό (1) Πολυφωσφορικό Νάτριο Τριφωσφορικό Νάτριο Τετραφωσφορικό Νάτριο (2) (1) Εµπορική ονοµασία Calgon (2) Εµπορική ονοµασία Quadrofos Γραµµάρια άλατος ανά λίτρο έτοιµου διαλύµατος 45,7 21,6 18,8 35,1 Χηµικός τύπος NaPO 3 ή (NaPO 3 )6 Na 12 P 10 O 31 Na 5 P 3 O 10 Na 6 P 4 O 13 Μετά τη διαβροχή, το περιεχόµενο του ποτηριού µεταφέρεται µε επίπλυση µέσα σε ένα κύπελλο διασποράς, προστίθεται απεσταγµένο νερό µέχρις ότου πληρωθεί το κύπελλο περισσότερο από το µισό και το περιεχόµενο αναδεύεται µε τη µηχανική συσκευή ανάδευσης επί 1 min, ώστε να επιτευχθεί διασπορά.

46 46 Στη συνέχεια το µείγµα µεταφέρεται στο γυάλινο ογκοµετρικό κύλινδρο, όπου προστίθεται απεσταγµένο νερό, της ίδιας θερµοκρασίας µε το υδατόλουτρο, µέχρι τελικού όγκου 1000 ml. Τότε ο ογκοµετρικός κύλινδρος τοποθετείται µέσα στο υδατόλουτρο σταθερής θερµοκρασίας. Όταν το εδαφικό αιώρηµα αποκτήσει τη θερµοκρασία του υδατόλουτρου, εξάγεται ο κύλινδρος και το περιεχόµενό του αναταράσσεται επί 1 min, κλείνοντάς τον µε την παλάµη µας. Σηµειώνεται ο χρόνος περάτωσης της ανατάραξης, τοποθετείται ο κύλινδρος µέσα στο υδατόλουτρο και διαβάζεται η ένδειξη του αραιοµέτρου στο τέλος των 2 min. Παράλληλα παίρνουµε µέτρηση και της θερµοκρασίας του αιωρήµατος. Οι επόµενες ενδείξεις παίρνονται στα 5, 15, 30, 60, 250, 1440 min. Μετά το πέρας της κάθε µέτρησης, το αραιόµετρο αποµακρύνεται προσεκτικά από το εδαφικό αιώρηµα και τοποθετείται µε περιστροφική κίνηση µέσα σε ογκοµετρικό κύλινδρο γεµάτο καθαρό νερό. Περίπου 25 ή 30 sec πριν την επόµενη ανάγνωση, το αραιόµετρο από το καθαρό νερό βυθίζεται αργά µέσα στο εδαφικό αιώρηµα έτσι ώστε να εξασφαλιστεί η ακινητοποίησή του πριν από τον καθορισµένο χρόνο ανάγνωσης. Μετά την τελική ανάγνωση του αραιοµέτρου, το αιώρηµα πλένεται πάνω σε κόσκινο Ν Το κλάσµα που συγκρατείται στο κόσκινο Ν ξηραίνεται και εκτελείται κοκκοµετρική ανάλυση µε κόσκινα ανάµεσα στο Ν 0 10 και στο Ν (Φάση Γ : κοσκίνηση λεπτόκοκκου). ΑΚΟΛΟΥΘΕΙ ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ :

47 47 Px =33,9 %, Pλ = 66,1% ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΧΟΝ ΡΟΚΟΚΚΟΥ ΚΛΑΣΜΑΤΟΣ Αριθµός κοσκίνου Ολικό βάρος: 410,3 Συγκρατού- µενο (gr) ιερχόµενο (gr) (%) Αναγωγή επί του συνολικού δείγµατος ιερχό- µενο (%) 3/4 - in 0 410,3 100 (100*33,9 / 100) + 66, /8 - in 0 410,3 100 (100*33,9 / 100) + 66,1 100 No ,0 230,3 56 (56*33,9 / 100) + 66,1 85 No ,3 0,0 0 (0*33,9 / 100) + 66,1 66 Ηµερ. Ωρα Χρόνος (min) Μέγιστη διάµετρος κόκκων (mm) ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟ Θερµοκρασία ( o C) Ενδείξεις πυκνοµέτρου (Ri) Σύνθετη διόρθωση ένδειξης πυκνοµέτρου ( c ) ιορθωµένη ένδειξη πυκνοµέτρου R=Ri+c Παράγοντας R - 1 Ποσοστόν κόκκων σε αιώρηση(p%) Ποσοστόν επί του συνολικού δείγµατος (Pa%) ,0340-0, ,0329 0, ,0 35, , ,0300-0, ,0289 0, ,4 31, , ,0255-0, ,0244 0, , , ,0220-0, ,0209 0, ,3 22, , ,0195-0, ,0189 0, ,5 20, , ,0140-0, ,0135 0, ,2 14, , ,0090-0, ,0079 0, ,6 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ D ΕΚ ΤΟΥ ΤΥΠΟΥ D=D' * K L * K G * K N Χρόνος (min) D' K L K G K N D(mm) ,041 0,69 0,99 0,95 0, ,026 0,74 0,99 0,95 0, ,015 0,78 0,99 0,95 0, ,011 0,81 0,99 0,95 0, ,007 0,84 0,99 0,94 0, ,004 0,89 0,99 0,93 0, ,002 0,93 0,99 0,95 0,0013

48 48 ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΟΥ ΚΛΑΣΜΑΤΟΣ Βάρος ξηρού δείγµατος W=97,2 gr Αναγωγή επί του ιερχόµεν Συγκρατούµενο συνολικού ο (gr) δείγµατος (gr) (%) Αριθµός κοσκίνου ιερχόµενο (%) No , *66,1 / No , *66,1 / No ,2 84, *66,1 / ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Κόκκοι µικρότεροι των 0,02 32% mm Άργιλος : Κόκκοι µικρότεροι 19% των 0,005 mm Κολλοειδή : Κόκκοι 7% µικρότεροι των 0,001 mm Κόκκοι µεγαλύτεροι των 2 mm 34% Χοντρή άµµος : 2 έως 0,42 3% mm Λεπτή άµµος : 0,42 έως 0,074 6% mm Ιλύς: 0,074 mm έως 0,005 mm 35%

49 49

50 50 6. ΚΑΤΑΤΑΞΗ Ε ΑΦΩΝ Με τον όρο κατάταξη εδαφών αναφερόµαστε στην ταξινόµηση των εδαφών σε οµάδες, σύµφωνα µε ορισµένα κοινά χαρακτηριστικά. Η ταξινόµηση των εδαφών είναι απαραίτητη σε ορισµένα µεγάλα τεχνικά έργα, όπως έργα οδοποιίας, θεµελιώσεων κ..α. Επιπλέον είναι απαραίτητη σε όσες περιπτώσεις απαιτείται ολοκληρωµένη εδαφοτεχνική έρευνα, οπότε και δίνεται ο γενικός χαρακτηρισµός του εδάφους και καθορίζει ποιες δοκιµές θα γίνουν στη συνέχεια. Οι µέθοδοι ταξινόµησης που χρησιµοποιούνται περισσότερο είναι αυτές που διαχωρίζουν τα εδάφη σε οµάδες, που µπορεί εύκολα να τις θυµάται κανείς, που έχουν παρόµοιες φυσικές και µηχανικές ιδιότητες και που µπορούν να προσδιοριστούν εύκολα µε απλές και οικονοµικές δοκιµές. Συνήθως οι δοκιµές αυτές είναι η κοκκοµετρική ανάλυση και τα όρια Atterberg (για τα λεπτόκοκκα). Συνεπώς τα κριτήρια ταξινόµησης είναι: 1) τα διερχόµενα ποσοστά από τα αντίστοιχα κόσκινα και 2) τα αποτελέσµατα των ορίων Atterberg, συνήθως το όριο υδαρότητας LL και ο δείκτης πλαστικότητας IP. Η περιγραφή των εδαφών στις οµάδες στις οποίες ταξινοµούνται, γίνονται µε συµβολισµούς που βασίζονται στο λατινικό αλφάβητο, έτσι ώστε να µπορούµε εύκολα και γρήγορα να τα περιγράψουµε γραπτώς. Π.χ. η άργιλος συµβολίζεται µε C, η άµµος µε S, η άργιλος µε χαµηλό όριο υδαρότητας µε CL κ.λ.π. Τα δύο περισσότερο συνήθη συστήµατα ταξινόµησης είναι : Α) το σύστηµα Α.Α.S.H.O. (American Association of State Highway Officials) που χρησιµεύει στην οδοποιία και Β) το σύστηµα A.S.T.M. (American Society for Testing and Materials)

51 51

52 52

53 53

54 54

55 55 7. ΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ ΤΟΥ Ε ΑΦΟΥΣ Η διαπερατότητα του εδάφους εκφράζεται µε ένα συντελεστή, ο οποίος καλείται συντελεστής διαπερατότητας κ, και εκφράζει την ταχύτητα µε την οποία περνάει το νερό µέσα στο έδαφος. Γενικά Το νερό διαπερνά όλα τα εδάφη διότι ανάµεσα στους κόκκους υπάρχουν κενά τα οποία επικοινωνούν µεταξύ τους. εν περνά όµως µε την ίδια ταχύτητα σε όλα τα εδάφη. Στα χοντρόκοκκα (άµµοι, χαλίκια ) η ταχύτητα είναι σχετικά µεγάλη, ενώ στα λεπτόκοκκα (ιλύες, άργιλοι) είναι πολύ µικρή και γι αυτό θεωρούνται πρακτικά αδιαπέρατα. Νόµος του Darcy Η ροή του νερού µέσα στο έδαφος όταν είναι στρωτή εκφράζεται από το νόµο του Darcy, σύµφωνα µε τον οποίο : Η ταχύτητα ροής του νερού (U) µέσα στο έδαφος είναι ανάλογη του συντελεστή διαπερατότητας του εδάφους (κ) και της υδραυλικής κλίσης του συστήµατος (i). U = k.i

56 56 όπου η υδραυλική κλίση (i) ορίζεται : ο λόγος του υδραυλικού φορτίου (h ) που προκαλεί τη ροή, προς τη διαδροµή (l) του νερού µέσα στο έδαφος. i = h/l Η τιµή του ( Κ ) εξαρτάται από : - το ιξώδες του ρευστού - το βαθµό κορεσµού - τη θερµοκρασία - το πορώδες - τη µορφή και διάταξη των πόρων.

57 57

58 58 Σκοπός Σκοπός της δοκιµής είναι ο προσδιορισµός της τιµής του ( Κ ). Τα πρακτικά αδιαπέρατα υλικά ( άργιλοι ) µπορούν να χρησιµοποιηθούν σαν αδιαπέρατοι πυρήνες στα φράγµατα. Τα πολύ διαπερατά υλικά ( χαλίκι ) συνήθως χρησιµοποιούνται σαν φίλτρα. Μέθοδοι µέτρησης του (Κ) Ο ( Κ) µετριέται µε δοκιµές στο εργαστήριο ή µε δοκιµές επιτόπου. Εκφράζεται δε, σε µονάδες ταχύτητας και συχνά σε: ( cm / sec). Μετρήσεις στο εργαστήριο. Στο εργαστήριο χρησιµοποιούµε διαπερατόµετρα: - σταθερού υδραυλικού φορτίου ( σταθερού υδραυλικού ύψους ) για αρκετά διαπερατά εδάφη ( άµµος, χαλίκι ). - µεταβλητού υδραυλικού φορτίου για εδάφη χαµηλής διαπερατότητας (άργιλοι). ιαπερατόµετρο σταθερού υδραυλικού φορτίου Το νερό, µε σταθερό ύψος, διατρέχει το δοκίµιο και συλλέγεται στο δοχείο ( δ ). Η ποσότητα του νερού ( v ) που περνάει το έδαφος σε χρόνο ( Τ ) µε σταθερή υδραυλική κλίση ( i ) µετριέται στο δοχείο και δίνεται από τη σχέση: v = υ. Α. Τ οπότε Κ = v / ( i. A. T ) Το v εκφράζεται σε µονάδες όγκου, συχνά σε cm³.

59 59

60 60 -σύστηµα παροχής νερού (διαπ/τρο σταθερού υδραυλικού φορτίου)- -κυψέλη µε εδαφικό δείγµα-

61 61 ιαπερατόµετρο µεταβλητού υδραυλικού φορτίου Το διαπερατόµετρο µεταβλητού υδραυλικού φορτίου αποτελείται από µία µήτρα Proctor, όπου το δείγµα του εδάφους µπορεί να εξεταστεί µε διαφορετικούς βαθµούς συµπύκνωσης, και ένα µανόµετρο µε ενδείξεις σε εκατοστά για τη µέτρηση των Η 1 και Η 2. Το νερό διαρρέει το δείγµα µε αρχικό πιεζοµετρικό ύψος ( H1) και τελικο ( Η2 ). Οι αντίστοιχοι χρόνοι είναι ( Τ1 ) και ( Τ2 ). Μετά από χρόνο ( Τ ) από την έναρξη της δοκιµής η απώλεια ύψους θα είναι ( Η ) και θα ισχύουν οι σχέσεις: V = -α. Η και V = Κ. (H/L). Α. Τ οπότε: -α. Η = Κ/( H/ L). A. Τ που µετά από ολοκλήρωση δίνει: Κ=2,3(α/Α). (L/(T2-T1). LOG10(H1/H2) Όπου (α) η διατοµή του µανοµέτρου, (Α) η διατοµή της µήτρας και (L )το ύψος του δείγµατος.

62 62 Μετρήσεις επι τόπου Οι τιµές του Κ που προσδιορίζονται στο εργαστήριο δεν είναι ίδιες µε αυτές που παρουσιάζει το έδαφος επί τόπου, γιατί το δοκίµιο είναι πάντα διαταραγµένο. Εποµένως η πυκνότητά του είναι διαφορετική, γιατί η ροή του νερού κατα µήκος των παρειών του δοχείου είναι µεγαλύτερη από τη µέση ροή διαµέσου του δοκιµίου. Μέσα σε γεωτρήσεις γίνεται άντληση νερού ώστε να χαµηλώσει η στάθµη του κατά Η µέτρα και προσδιορίζεται η παροχή Q που αντιστοιχεί σε αυτή την ταπείνωση. Σε ξηρό έδαφος, αντίθετα εισάγεται µέσα στις γεωτρήσεις νερό µε σταθερή πίεση Η και προσδιορίζεται η αντίστοιχη παροχή Q.Και στις δύο περιπτώσεις εφαρµόζεται σχέση της µορφής : Κ= Q / ( C. H ) όπου C σταθερά ιαστρωµατωµένα εδάφη Πρόκειται για πολύ συνηθισµένα εδάφη, ειδικά αν έχουν αποτεθεί σε λίµνες, εκβολές ποταµών, όπου στρώσεις αργίλου, ιλύος και άµµου αποτίθενται είτε εναλλάξ, είτε µε ένα λεπτό στρώµα από υλικό ενός είδους, ανάµεσα σε παχύτερη απόθεση ενός άλλου είδους εδάφους. Τότε η ολική οριζόντια διαπερατότητα, µπορεί να αυξηθεί σηµαντικά από µία απόθεση άµµου, η οποία µπορεί να παρεµβάλλεται σε µια στρώση αργίλου. Στην περίπτωση αυτή ο συνολικός συντελεστής διαπερατότητας, δίνεται από τη σχέση : k H n = n στρώµατος και k i ο συντελεστής διαπερατότητάς του. Liki 1, όπου L i το ύψος του κάθε 1 Η ολική κατακόρυφη διαπερατότητα αντίθετα µπορεί να µειωθεί σηµαντικά µε µια λεπτή στρώση αργίλου που παρεµβάλλεται σε µια απόθεση άµµου µεγάλου ύψους. Στην περίπτωση αυτή ο συνολικός συντελεστής διαπερατότητας, δίνεται από τη σχέση : = n ο συντελεστής διαπερατότητάς του. k v L L i i 1, όπου L n L i το ύψος του κάθε στρώµατος και k i i k 1 i

63 63 -διαπερατόµετρο µεταβλητού υδραυλικού φορτίου -

64 64 8. ΟΚΙΜΗ ΣΥΜΠΙΕΣΤΟΤΗΤΑΣ (ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ) CONSOLIDATION TEST ( AASHATO T ) Γενικά Σε πολλές περιπτώσεις έχουµε µετατοπίσεις και καθιζήσεις του εδαφικού στρώµατος µε την πάροδο του χρόνου και υπό την επίδραση της επιφόρτισης των τεχνικών έργων. Οι τάσεις και οι ανηγµένες παραµορφώσεις δεν συνδέονται, πάντα, γραµµικά όπως ορίζει ο νόµος της ελαστικότητας (ε Ε = σ ) Οι καθιζήσεις αυτές, πιθανόν να είναι επικίνδυνες για το έργο (κτίριο, αυτοκινητόδροµος κ.λ.π.) Μηχανισµός της στερεοποίησης. Στερεοποίηση είναι το φαινόµενο της βαθµιαίας µείωσης της περιεκτικότητας σε νερό σε ένα έδαφος, όταν επιβάλλεται σε αυτό σταθερό (µόνιµο) φορτίο. Είναι δε πιο έντονο στα αργιλώδη εδάφη, γιατί το νερό αποµακρύνεται πολύ αργά από αυτά (πολύ µικρός συντελεστής διαπερατότητας k ). Αν S είναι η καθίζηση στο χρόνο που χρειάζεται, για να ολοκληρωθεί η στερεοποίηση, για ένα συγκεκριµένο φορτίο και St η καθίζηση σε χρόνο t, η στερεοποίηση χαρακτηρίζεται µε το βαθµό στερεοποίησης ( U t) : Ut(%) = ( St / S ) 100 Με την εφαρµογή της τάσης (σ ) στη συσκευή της στερεοποίησης, επέρχεται καθίζηση του δοκιµίου µε ταυτόχρονη αποστράγγιση νερού και µεταβίβαση των τάσεων από το νερό, που τις παρέλαβε αρχικά, στους εδαφικούς κόκκους. Αναλυτικά : Πρωτεύουσα (κύρια) στερεοποίηση. Αν σε αργιλικό έδαφος εφαρµοστεί τάση (σ), ένα µέρος της µεταφέρεται στο νερό του εδάφους και η πίεσή του αυξάνει στιγµιαία και αποκτά τιµή µεγαλύτερη της υδροστατικής, που είχε πριν την επιβολή του φορτίου. Η υπερπίεση αυτή είναι η ουδέτερη πίεση και συµβολίζεται µε ( U).

65 65 To υπόλοιπο µέρος της εφαρµοσµένης τάσης (σ) παραλαµβάνεται από το στερεό σκελετό του εδάφους και συµβολίζεται µε (σ ). Είναι η ενεργός τάση και ισχύει: σ = σ + U (όπου U είναι η συνολική πίεση του νερού των πόρων, είτε αυτή είναι απλά η υδροστατική, ή είναι η υδροστατική συν την υπερπίεση U από το φορτίο, εφ όσον δεν έχει ολοκληρωθεί η στερεοποίηση). Η υπερπίεση ( U) στα αργιλώδη εδάφη οφείλεται στην αργοπορία του νερού να αποµακρυνθεί. Στα αργιλώδη εδάφη η υπερπίεση του νερού ( U) δηµιουργεί υδραυλική βαθµίδα και το νερό µπαίνει σε κίνηση, οπότε διαφεύγει προς τα εκεί που µπορεί. Στη δοκιµή του συµπιεσοµέτρου η αποστράγγιση γίνεται και από πάνω και από κάτω από το δοκίµιο.. Μ ε την αποστράγγιση, η περιεκτικότητα σε νερό µικραίνει σταδιακά, και τα κενά των πόρων γεµίζουν µε κόκκους κάτω από την επίδρασή της (σ ). Η καθίζηση του εδάφους συνεχίζεται µέχρι τη στιγµή που θα συµβεί: U = 0 και σ = σ - U Οπότε επέρχεται ισορροπία, σε ότι αφορά την κίνηση του νερού των πόρων και η πίεση γίνεται και πάλι ίση µε την υδροστατική. Εκεί θεωρούµε ότι έχει γίνει το 100% της στερεοποίησης (Ut = 100 %) για το συγκεκριµένο φορτίο. ευτερεύουσα συµπίεση Με το τελείωµα της κύριας στερεοποίησης ( U=0), οι κόκκοι του εδάφους τακτοποιούνται υπό την επίδραση του φορτίου. Είναι η δευτερεύουσα συµπίεση, της οποίας ο µηχανισµός δεν είναι γνωστός. Τα αµµώδη εδάφη έχουν µεγάλη διαπερατότητα (Κ) και γι αυτό αποστραγγίζονται αµέσως.η δοκιµή εκτελείται, κύρια, σε µαλακά αργιλικά εδάφη.

66 66

67 67 Σκοπός Σκοπός της δοκιµής είναι να καθορίσει, εργαστηριακά, το µέγεθος των µελλοντικών καθιζήσεων και το χρόνο στον οποίο θα συµβούν. Εργαστηριακός εξοπλισµός - Συσκευή συµπιεσοµέτρου αποτελούµενη : -από το σύστηµα φόρτισης -την κυψέλη, που δέχεται το δοκίµιο, η οποία περιέχει ένα δακτύλιο και δύο πορολίθους. -µηκυνσιόµετρο για την µέτρηση των καθιζήσεων - εξολκέας - µορφωτής δοκιµίου - ζυγός ακριβείας 0,1 gr. - Κλίβανος ξήρανσης - ιάφορα άλλα, όπως : σπάτουλες, µαχαίρια, συρµατοπρίονο, που χρησιµοποιούνται για την προετοιµασία του δοκιµίου -συµπιεσόµετρο-

68 68

69 69 Τρόπος εργασίας : 1. Προετοιµασία του δοκιµίου : Υγραίνουµε τις εσωτερικές επιφάνειες του δακτυλίου και όλης της κυψέλης µέσα στην οποία θα τοποθετηθεί το δοκίµιο. Γίνεται κορεσµός των πορολίθων έτσι ώστε να µην απορροφούν νερό από το δοκίµιο. Κόβουµε προσεκτικά ένα κοµµάτι από το δειγµατοληπτικό σωλήνα αδιατάρακτου δείγµατος αναλόγων διαστάσεων µε το δακτύλιο της κυψέλης. Ζυγίζεται ο δακτύλιος και κατόπιν εφαρµόζεται το εδαφικό δείγµα στο εσωτερικό του κόβοντας τα περιττά κοµµάτια µε το συρµατοπρίονο, έτσι ώστε οι δύο ελεύθερες επιφάνειες του δείγµατος να είναι επίπεδες. Ζυγίζεται ξανά ο δακτύλιος µε το εδαφικό δείγµα. Τα περιττά κοµµάτια χρησιµοποιούνται για την εύρεση τα περιεχόµενης υγρασίας του εδάφους (w) και τον προσδιορισµό του ειδικού βάρους στερεών συστατικών (γς) του εδάφους. 2. Το αδιατάρακτο συνεκτικό δοκίµιο µε το δακτύλιο, τοποθετείται µε προσοχή στο δοχείο της κυψέλης και µεταξύ των πορολίθων. Το δοκίµιο πληµµυρίζεται µε απεσταγµένο νερό, έτσι ώστε η δοκιµή να γίνεται σε κορεσµένο περιβάλλον. 3. Τακτοποιείται η συσκευή, εφαρµόζεται το κατακόρυφο µηκυνσιόµετρο και τοποθετείται η πρώτη βαθµίδα φορτίου. 4. Παίρνονται ενδείξεις του µηκυνσιοµέτρου καθιζήσεων στις παρακάτω χρονικές στιγµές, από την τοποθέτηση της βαθµίδας:0,2,4,9,15,20,40 δευτερόλεπτα, 1, 1.30, 2.15, 3.20, 4.00, 6.40, 9.00, 12.15, 16.00, 25.00, 33.20, 36.00, 49.00, 1 ώρα 6.40, 2 ώρες 30.00, 5 ώρες 33.40, 24 ώρες. 5. Μετά παρέλευση 24 ωρών τοποθετείται η επόµενη βαθµίδα φορτίου και καταγράφονται οι ενδείξεις του µηκυνσιοµέτρου στους χρόνους που αναφέρονται παραπάνω (4) για τη νέα τούτη βαθµίδα. Οι βαθµίδες φορτίων που εφαρµόζονται συνήθως είναι αυτές που προκαλούν τις παρακάτω τάσεις στο δείγµα: 0,125-0, , 125 Kgr / cm². Το φορτίο που επιφέρει τάση 16 Kgr / cm², εφαρµόζεται σε εξαιρετικά σκληρά δείγµατα.

70 70 ιαγράµµατα Κατασκευάζονται τα παρακάτω διαγράµµατα : 1. ιάγραµµα λογάριθµος χρόνου καθίζησης (logt - Η) για κάθε βαθµίδα. Από εδώ προσδιορίζεται η αρχή και το τέλος της πρωτεύουσας στερεοποίησης (D 0, D 100 D 50, t 50, t 100, που είναι οι καθιζήσεις και οι χρόνοι για τους αντίστοιχους βαθµούς στερεοποίησης) καθώς και ο συντελεστής στερεοποίησης (Cv).

71 71 2. ιάγραµµα λογάριθµος τάσης µέσος λόγος κενών (log p - e). Για όλες µαζί τις βαθµίδες προσδιορίζεται ο δείκτης συµπιεστότητας (Cc).

72 72 Ορισµοί και σχέσεις 1) Συντελεστής στερεοποίησης (Cv) : 2 H =, όπου Η η τροχιά Cv Tu t u αποστράγγισης στο δοκίµιο, T U ένας συντελεστής που εξαρτάται από το βαθµό στερεοποίησης U και t ο χρόνος στερεοποίησης (για το συγκεκριµένο βαθµό στερεοποίησης U). Με τον συντελεστή στερεοποίησης Cv µπορούµε να υπολογίσουµε το χρόνο στον οποίο θα ολοκληρωθούν οι καθιζήσεις στο στρώµα που εξετάζουµε. Για παράδειγµα : ο συντελεστή στερεοποίησης Cv για 50 % 2 H στερεοποίηση είναι : C = 0,196 (Στο δοκίµιο το Η είναι το v t50 µισό του ύψους, που έχει τη συγκεκριµένη στιγµή, λόγω του οτι η αποστράγγιση γίνεται από πάνω και από κάτω µέσω των πορολίθων) e 2) είκτης συµπιεστότητας (Cc) : C c = : όπου e ο δείκτης κενών log p του εδάφους και p η τάση που εφαρµόζεται κάθε φορά στο δοκίµιο. Ο δείκτης συµπιεστότητας προσδιορίζεται από το διάγραµµα (log p- e) και είναι η κλίση του ευθυγράµµου τµήµατος του διαγράµµατος. Είναι µοναδικός για ένα συγκεκριµένο έδαφος, κυµαίνεται κοντά στη µονάδα, είναι καθαρός αριθµός, όσο µεγαλύτερος είναι τόσο πιο συµπιεστό είναι το έδαφος. Με το δείκτη συµπιεστότητας Cc µπορούµε να υπολογίσουµε το ύψος της καθίζησης στο στρώµα που εξετάζουµε. 3) είκτης κενών (e) : e = H H H s s, όπου Η το ύψος του δοκιµίου τη δεδοµένη στιγµή που υπολογίζεται ο δείκτης κενών e και Hs το ύψος των κόκκων του δοκιµίου, το οποίο είναι σταθερό στη διάρκεια της δοκιµής. Ο τύπος αυτός προκύπτει από τον γνωστό τύπο ορισµού του Vk δείκτη κενών ( e = ) σε σχέση µε το αρχικό ύψος του δοκιµίου Η 0 και τη καθίζηση Σ Η. V s 4) Ύψος κόκκων (Ης) : Είναι θεωρητικό µέγεθος και εκφράζει το ύψος που θα είχε το δοκίµιο χωρίς τα κενά, µόνο µε τους κόκκους. Wξ Υπολογίζεται µε τον τύπο Η ς = όπου Wξ είναι το ξηρό βάρος Α γ ς