ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ: ΕΔΑΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΒΑΡΟΥΣ ΣΥΝΕΚΤΙΚΩΝ ΕΔΑΦΩΝ

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Α.Σ.ΠΑΙ.Τ.Ε ΑΝΩΤΑΤΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΙΔΑΓΩΓΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΕΔΡΑ: ΑΜΑΡΟΥΣΙΟ (ΣΤΑΘΜΟΣ «ΕΙΡΗΝΗ» ΗΣΑΠ) ΤΑΧ.Δ/ΝΣΗ: ΗΡΑΚΛΕΙΟ ΑΤΤΙΚΗΣ Τ.Κ ΤΜΗΜΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΩΝ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ: ΕΔΑΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΒΑΡΟΥΣ ΣΥΝΕΚΤΙΚΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 1. ΟΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΔΟΚΙΜΗΣ Φαινόμενο βάρος (Unit weight) ενός εδαφικού δείγματος καλείται ο λόγος του βάρους του δείγματος (B t ) προς τον όγκο του (V t ) και δίνεται από τη σχέση: B t mt * g γ= (kn/m 3 ) Vt Vt Πολλές φορές το φαινόμενο βάρος συγχέεται με την πυκνότητα (ρ=m/v=μάζα/όγκος, gr/cm 3 ). Πρόκειται για έννοιες παραπλήσιες, οι οποίες συνδέονται με τον τύπο γ=ρ*g (όπου g, η επιτάχυνση βαρύτητας). Και οι δυο έννοιες δείχνουν το πόσο πυκνό είναι ένα υλικό. Όσο πυκνότερο είναι ένα υλικό, τόσο λιγότερα κενά έχει (μικρότερο πορώδες). Το φαινόμενο βάρος επηρεάζει άμεσα τα μηχανικά χαρακτηριστικά του εδάφους για αυτό είναι σημαντικός ο υπολογισμός του. Παρατηρείται αύξηση των παραμέτρων αντοχής του εδάφους όταν αυξάνεται το φαινόμενο βάρος (αύξηση πυκνότητας). 2. ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Τα εδάφη, όπως και οι βράχοι αποτελούνται από τη στερεή ύλη και τα κενά (πόροι). Τα κενά αυτά μπορεί να είναι γεμάτα με αέρα (τελείως ξηρό έδαφος), ή με νερό, ή να περιέχουν εν μέρει νερό και εν μέρει αέρα (συνηθέστερη περίπτωση). Στο Σχήμα 2.1 φαίνονται ενδεικτικά οι τρεις φάσεις που αποτελούν το έδαφος και οι συμβολισμοί των όγκων και των μαζών τους αντίστοιχα. Σχήμα 2.1 Ο λόγος n=v v /V t ονομάζεται πορώδες (Porosity) και ΔΙΑΜΑΝΤΗΣ Κ, ΚΑΛΑΝΤΖΑΚΗΣ Π, ΜΠΕΛΑΣ Σ (2010) 1

2 Ο λόγος e=v v /V s ονομάζεται λόγος κενών ή δείκτης πόρων (void ratio), Όπου : V t =ολικός όγκος του εδάφους (δείγματος) V v =όγκος κενών (δείγματος) V s =όγκος στερεών (δείγματος) Στον Πίνακα 2.1 δίδεται το πορώδες κάποιων χαρακτηριστικών τύπων εδαφών Πίνακας 2.1 Εδαφικοί σχηματισμοί Ποσοστά Πορώδους (%) Νεογενής ιζηματογενής άργιλος, ιλύς, τύρφη % Μαλακή άργιλος % Πλαστική άργιλος % Σκληρή άργιλος % Σχιστολιθική άργιλος 15-5 % Αργιλικός σχιστόλιθος 5 0,5 % Ισοδιαμετρική φυσική άμμος % Ανισοδιαμετρικό αμμοχάλικο % Ως βαθμός κορεσμού του εδάφους S r (degree of saturation) ορίζεται ο λόγος V w /V v εκφρασμένος % S r =(V w *100%)/V v όπου: V w =o όγκος των κενών που είναι γεμάτα με νερό V v =ο συνολικός όγκος των κενών. Ανάλογα με τον βαθμό κορεσμού τα εδάφη χαρακτηρίζονται σαν (Πίνακας 2.2): Πίνακας 2.2 Διάκριση Εδαφών Βαθμός Κορεσμού (%) Ξηρά ( Dry ) Για Sr=0 Υγρά ( Humid ) Για Sr=1 25 Πολύ υγρά ( Damp ) Για Sr=25 50 Διαποτισμένα ( Moist ) Για Sr=50 75 Άκρως διαποτισμένα ( Wet ) Για Sr=75 99 Κορεσμένα (Saturated ) Για Sr=100 Το φαινόμενο βάρος παρουσιάζει μεγίστη τιμή γ κορ. (κορεσμένο φαινόμενο βάρος, saturated unit weight) όταν όλα τα κενά είναι γεμάτα με νερό (κορεσμένο έδαφος): γ κορ. =(1 n )G s +nγ w Το φαινόμενο βάρος παρουσιάζει ελαχίστη τιμή γ ξ (ξηρό φαινόμενο βάρος, dry unit weight) όταν όλα τα κενά είναι γεμάτα με αέρα (ξηρό έδαφος): γ ξ =(1 n )G s ΔΙΑΜΑΝΤΗΣ Κ, ΚΑΛΑΝΤΖΑΚΗΣ Π, ΜΠΕΛΑΣ Σ (2010) 2

3 Εάν το έδαφος είναι βυθισμένο στο νερό, τότε το φαινόμενο βάρος υπό άνωση γ (buoyant unit weight) είναι: όπου: γ =γ κορ. γ w G s =το ειδικό βάρος των στερεών κόκκων (particle specific gravity), γ w =το ειδικό βάρος του νερού. Στον παρακάτω πίνακα (Πίνακας 2.3) δίδονται τα φαινόμενα βάρη χαρακτηριστικών εδαφών σε kn/m 3. Πίνακας 2.3 Χαρακτηριστικά εδάφη Φαινόμενα βάρη εδαφών που βρίσκονται στις παρακάτω καταστάσεις Ξηρή κορεσμένη Υπό άνωση Αμμός χαλαρή Αμμοχάλικο πυκνό Παγετώδες έδαφος ευρείας διαβάθμισης Πλαστική άργιλος Ξηρή σκληρή άργιλος Τύρφη ή ιλύς με φυσική περιεκτικότητα σε νερό ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΒΑΡΟΥΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΟΓΚΟΜΕΤΡΙΚΟΥ ΣΩΛΗΝΑ 3.1 Εργαστηριακός εξοπλισμός 1. Ογκομετρικός (σωλήνας) κύλινδρος 200ml 2. Δοχείο τήξης παραφίνης 3. Ζυγός ακριβείας 0.01gr 4. Παραφίνη ή κερί 5. Αποσταγμένο νερό 6. Υποδοχείς (κάψες) 7. Κλίβανος ξήρανσης, ρυθμιζόμενης θερμοκρασίας 105 ο ο C. 8. Ηλεκτρικό μάτι ή γκαζάκι 3.2 Τρόπος Εργασίας (Πορεία) 1. Καθαρίζεται καλά και ξηραίνεται ο ογκομετρικός κύλινδρος. 2. Γεμίζουμε τον ογκομετρικό κύλινδρο με αποσταγμένο νερό κατά τα 3 4 δηλαδή 200*3 4 =150ml. ΔΙΑΜΑΝΤΗΣ Κ, ΚΑΛΑΝΤΖΑΚΗΣ Π, ΜΠΕΛΑΣ Σ (2010) 3

4 3. Καταγράφουμε την ένδειξη της στάθμης του νερού μέσα στον ογκομετρικό κύλινδρο, δηλαδή 150ml (Αρχική ανάγνωση της στάθμης του νερού). 4. Λαμβάνουμε ένα τεμάχιο του εδαφικού δείγματος (αδιατάρακτο), μάζας περίπου 150gr και καταλλήλου σχήματος ώστε να μπορεί να τοποθετείται με μεγάλη ευκολία μέσα στον κυλινδρικό σωλήνα. 5. Ζυγίζουμε το εδαφικό δείγμα με ακρίβεια 0.01gr (m υγρού εδαφ. δειγμ. ). 6. Τοποθετούμε την παραφίνη στο δοχείο τήξεως και την λιώνουμε πάνω από το ηλεκτρικό μάτι (ή γκαζάκι). 7. Βαπτίζουμε το εδαφικό δείγμα στο δοχείο με την λιωμένη παραφίνη μέχρις ότου γίνει επικάλυψη όλης της επιφάνειάς του με λεπτό υμένα παραφίνης. 8. Ζυγίζουμε το παραφινομένο εδαφικό δείγμα (m υγρού εδάφ. δειγμ. + m παραφίνης ). Αρα η μάζα της παραφίνης που υπάρχει στο δείγμα μας είναι : m παρ. = (m υγρού εδάφ. δειγμ. + m παραφίνης ) m υγρού εδάφ. δειγμ.. 9. Εισάγουμε το παραφινομένο εδαφικό δείγμα με προσοχή μέσα στον ογκομετρικό σωλήνα που περιέχει το νερό. 10. Καταγράφουμε την νέα ένδειξη της στάθμης του νερού στον ογκομετρικό σωλήνα (τελική ανάγνωση της στάθμης του νερού). 11. Λαμβάνουμε μικρή ποσότητα εδαφικού δείγματος από την περιοχή μελέτης για τον προσδιορισμό της περιεχόμενης υγρασίας w. 12. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται τρεις φορές, επί νέου εκάστοτε δείγματος και παίρνουμε το μέσο όρο. Από την διαφορά της αρχικής και τελικής ανάγνωσης της στάθμης του νερού στον ογκομετρικό κύλινδρο, βρίσκεται ο όγκος του παραφινομένου δείγματος (V παραφ. δειγμ. ). Αφαιρείται ο όγκος της παραφίνης (V παραφ. =μάζα παραφίνης/ειδικό βάρος παραφίνης) και τελικά προσδιορίζεται ο όγκος του εδαφικού δείγματος V t. Στη συνέχεια υπολογίζεται το φαινόμενο βάρος του εδαφικού δείγματος από τον τύπο που προαναφέραμε. Για να υπολογίσουμε το ξηρό φαινόμενο βάρος χρησιμοποιούμε το παρακάτω τύπο: γ ξ =γ/(1+w) (εδώ το w είναι καθαρός αριθμός και όχι %) Από τον παραπάνω τύπο με πράξεις μπορούμε να υπολογίσουμε τη μάζα του ξηρού δείγματος, δηλαδή τη μάζα των στερεών του κόκκων (m s ). Διαιρώντας την με την πυκνότητα των στερεών κόκκων (ρ s ) που μας δίνεται (=2.7gr/cm 3 ) υπολογίζουμε τον όγκο των στερεών κόκκων του δείγματος (V s ). Ο όγκος των κενών του δείγματος (V v ) δίνεται από τον παρακάτω τύπο: V v = V t V s Ο όγκος των κενών που είναι γεμάτα με νερό υπολογίζεται με τη βοήθεια της πυκνότητας του νερού. Η πυκνότητα του νερού είναι ίση με 1gr/cm 3. Τελικά, προσδιορίζονται ο δείκτης των κενών, το πορώδες και ο βαθμός κορεσμού του εδάφους. 3.3 Υπολογισμοί-Αποτελέσματα Ο προσδιορισμός του υγρού και ξηρού φαινόμενου βάρους, του πορώδους, του λόγου των κενών και του βαθμού κορεσμού δίνεται στον Πίνακα 2.4. ΔΙΑΜΑΝΤΗΣ Κ, ΚΑΛΑΝΤΖΑΚΗΣ Π, ΜΠΕΛΑΣ Σ (2010) 4

5 Πίνακας 2.4 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΔΑΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ Α.Σ.ΠΑΙ.Τ.Ε ΔΕΛΤΙΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΥ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΟΥ ΥΓΡΟΥ ΚΑΙ ΞΗΡΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΒΑΡΟΥΣ, ΠΟΡΩΔΟΥΣ, ΛΟΓΟΥ ΚΕΝΩΝ, ΚΑΙ ΒΑΘΜΟΥ ΚΟΡΕΣΜΟΥ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: Ο Πραγματοποιήσας τη Δοκιμή ΠΕΡΙΟΧΗ: Α/Α Α Συμβολισμοί Μάζα δείγματος (gr) m υγρού εδάφ. δειγμ Μετρήσεις - υπολογισμοί Β Μάζα (δείγματος +παραφίνης) (gr) m υγρού εδάφ. δειγμ. + m παραφίνης. Γ Μάζα παραφίνης=b-a (gr) m παραφ Δ Ειδ. Βάρος-πυκνότητα παραφίνης ρ παραφίνης =0.89gr/cm 3 Ε Όγκος παραφίνης=γ/δ (ml) V παραφ. Ζ Αρχική ένδειξη ογκομετρικού σωλήνα 150ml (ml) Η Τελική ένδειξη ογκομετρικού σωλήνα (ml) - Θ Όγκος (δείγματος +παραφίνης)=h-z(ml) V t+παραφ. Ι Όγκος δείγματος=θ-ε (ml) V t Κ Φαινόμενο βάρος υγρό=a*g/i (kn/m 3 ) γ Λ Περιεχόμενη υγρασία δείγματος (%) W Μ Φαινόμενο βάρος ξηρό (kn/m 3 ) γ ξ =γ/(1+w) Ν Μάζα στερεών δείγματος (gr) m s =m υγρ /(1+W) Ξ Πυκνότητα στερεών κόκκων εδάφους ρ s =2.7 gr/cm 3 Ο Όγκος στερεών κόκκων δείγματος=n/ξ (ml) Π Όγκος κενών δείγματος=ι-ο (ml) V v Ρ Πορώδες=Π/Ι (%) n Σ Δείκτης κενών=π/ο e Τ Βαθμός κορεσμού (%) S r =V w /V v ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ : V s ΔΙΑΜΑΝΤΗΣ Κ, ΚΑΛΑΝΤΖΑΚΗΣ Π, ΜΠΕΛΑΣ Σ (2010) 5

6 3.4 Παρατηρήσεις 1) Το φαινόμενο βάρος εκφράζεται σε μονάδες kn/m 3, το πορώδες και ο βαθμός κορεσμού σε % (επί τοις εκατό), ενώ ο λόγος των κενών είναι καθαρός αριθμός (χωρίς μονάδες). Και οι τέσσερις παράμετροι παρουσιάζονται με 2 δεκαδικά ψηφία. 2) Υπάρχει κίνδυνος θραύσης του εδαφικού δείγματος κατά την διοχέτευσή του στον ογκομετρικό κύλινδρο και επομένως λανθασμένων μετρήσεων (π.χ. εύθρυπτοι άμμοι). ΑΣΚΗΣΗ Με βάση τις τιμές που πήρατε από τις μετρήσεις που έγιναν στο εργαστήριο και με τη χρήση του ογκομετρικού σωλήνα να προσδιοριστούν το υγρό και ξηρό φαινόμενο βάρος, το πορώδες, ο λόγος των κενών και ο βαθμός κορεσμού σύμφωνα με τις οδηγίες που έχουν δοθεί, για το εδαφικό δείγμα που εξετάστηκε. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALS, (ΑASHTO), pt 1 specifications. 2. (Ε ). «Προδιαγραφές Εργαστηριακών δοκιμών εδαφομηχανικής». Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε. / Κ.Ε.Δ.Ε. ΔΙΑΜΑΝΤΗΣ Κ, ΚΑΛΑΝΤΖΑΚΗΣ Π, ΜΠΕΛΑΣ Σ (2010) 6