Ερώτηση: τι αξίζει να διδαχθεί σε όλους από την Εδαφομηχανική; (αντικείμενο πολιτικού μηχανικού) Απάντηση: Τι συμβαίνει όταν συμπιέζεται 1 το έδαφος

Transcript

1 Ερώτηση: τι αξίζει να διδαχθεί σε όλους από την Εδαφομηχανική; (αντικείμενο πολιτικού μηχανικού) Απάντηση: Τι συμβαίνει όταν συμπιέζεται 1 το έδαφος ΜΕΡΟΣ 3 ο 1 συμπιέζω: ασκώ πίεση σε κάτι και ελαττώνω τον όγκο του πρέπει να συμπιεστούν τα ρούχα για να χωρέσουν στη βαλίτσα (λεξικό Τριανταφυλλίδη)

2 Στόχος παρουσίασης σε 3 μέρη + επίλογο να περιγράψουμε τι συμβαίνει όταν συμπιέζεται το έδαφος να συνδέσουμε την περιγραφή του φαινομένου της καθίζησης με την ποσοτική πρόβλεψη της καθίζησης (αυτό ενδιαφέρει τον πολιτικό μηχανικό) ΜΕΡΟΣ 3 ο ΟΤΑΝ ΤΟ ΕΔΑΦΟΣ ΣΥΜΠΙΕΖΕΤΑΙ ΑΥΞΑΝΕΤΑΙ Η ΕΝΕΡΓΟΣ ΤΑΣΗ, ΔΗΛΑΔΗ Η ΤΑΣΗ ΠΟΥ ΝΙΩΘΕΙ Ο ΕΔΑΦΙΚΟΣ ΣΚΕΛΕΤΟΣ ΜΕ ΤΗΝ ΕΝΕΡΓΟ ΤΑΣΗ ΜΠΟΡΩ ΝΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΩ ΤΟ ΜΕΓΕΘΟΣ ΤΗΣ ΚΑΘΙΖΗΣΗΣ 2

3 Καθίζηση: ποσοτική πρόβλεψη START Ο Μηχανικός Κατανοεί μηχανισμό καθίζησης Plan B Προβλέπει ποσοτικά την καθίζηση αν όχι Αποφασίζει: είναι ανεκτή; 3

4 Καθίζηση: από την κατανόηση μηχανισμού στον ποσοτικό υπολογισμό Ποσοτικός υπολογισμός START Κατανόηση φαινομένου Συνδυασμός μεγεθών σε μαθηματική εξίσωση Ρωτάμε διαδοχικά γιατί: από τι, από ποια μεγέθη, εξαρτάται το φαινόμενο; 4

5 Συμπίεση από φόρτιση συμπίεση από άντληση: ίδιοι μηχανισμοί ή όχι; ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ: ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΚΤΗΡΙΟΥ ΑΝΤΛΗΣΗ ΝΕΡΟΥ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ: ΚΑΘΙΖΗΣΗ ΚΑΘΙΖΗΣΗ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ? Φόρτιση κατ αναλογία με σφουγγάρι Διάφορες ιδέες με ποσότητα νερού 5

6 Κοινός ο μηχανισμός συμπίεσης λόγω φόρτισης ή άντλησης ΚΑΘΙΖΗΣΗ Μια πιθανή οπτική γωνία: συνδέεται με φόρτιση Καρλ Τερζάκι (Karl von Terzaghi, ): οπτική γωνία του εδαφικού σκελετού Ο Τερζάκι στο Μετσόβιο Πολυτεχνείο το

7 Εδαφομηχανική = «παιδί» της Μηχανικής συνδέει τάσεις με παραμορφώσεις (δύναμη) (αλλαγή σχήματος) Τερζάκι για συμπαγή υλικά εφαρμογή Μηχανικής σε σωματιδιακό υλικό 7

8 Η ΜΕΓΑΛΗ ΙΔΕΑ της Εδαφομηχανικής Ο Τερζάκι ξεχωρίζει τάση* που επιβάλλεται εξωτερικά στο έδαφος, σ σ = ολική τάση * τάση = δύναμη/επιφάνεια τάση που νιώθει ο εδαφικός σκελετός, σ σ = ενεργός τάση βρίσκει πώς συνδέονται: σ = σ u u πίεση νερού εδαφικών πόρων 8

9 Η ΜΕΓΑΛΗ ΙΔΕΑ της Εδαφομηχανικής, συνέχεια σ = σ = σ u τάση λόγω τάση λόγω βάρους εδάφους 1 + φορτίων από κτήρια 2 (W 1 ) (W 2 ) u = πίεση νερού, συχνά υδροστατική 1 σαν το βάρος μας, που το κουβαλάμε πάντα 2 σαν το επιπλέον βάρος όταν κουβαλάμε ψώνια Η ενεργός τάση σ περιγράφει τη συμπεριφορά του εδάφους 9

10 Κατασκευή κτηρίου αυξάνει φορτίο αυξάνει ενεργό τάση έδαφος συμπιέζεται πριν W2 W2 μετά σ πριν = σπριν u σ μετά = σμετά u u W1 W1 Ε Ε W1 u Ίδια πίεση πόρων u αφού φύγει το νερό Ε σ μετά σ πριν = σμετά σπριν > 0 αύξηση τάσης που νιώθει ο εδαφικός σκελετός, αφού φύγει το νερό αύξηση τάσης λόγω κατασκευής κτηρίου 10

11 Άντληση μειώνει πίεση νερού αυξάνει ενεργό τάση έδαφος συμπιέζεται πριν μετά σ πριν = σ u πριν W 1 W 1 σ μετά = σ u μετά σ μετά σ πριν = u πριν u μετά > 0 άντληση u u πριν μετά Μείωση πίεσης! αύξηση ενεργού τάσης συμπίεση διαφορά πίεσης νερού πόρων 11

12 Έλεγχος κατανόησης & ποσοτική πρόβλεψη Πόσο θα συμπιεστούν τα εδάφη 1 και 2; Ίδια καθίζηση; Διαφορετική καθίζηση; Εξαρτάται από το πόσο μαλακό ή σκληρό είναι το καθένα Δοκίμιο εδάφους Πείραμα στο εργαστήριο μείωση ύψους δοκιμίου σ έδαφος1 = σ έδαφος2 ίδια μείωση u λόγω άντλησης σ έδαφος1 = σ έδαφος2 πιο σκληρό (λιγότερο συμπιεστό) ποσοτική πρόβλεψη καθίζησης αλλαγή σ 12

13 Βενετία: λίγο συμπιεστό έδαφος, καθίζηση 13 εκατοστά 13

14 Πόλη του Μεξικού: πάρα πολύ συμπιεστό έδαφος, καθίζηση 7-10 μέτρα η καθίζηση οφείλεται κυρίως στη συμπίεση αργιλικών στρωμάτων άντληση από άμμο μείωση πίεσης λόγω άντλησης αρχική πίεση νερού 14

15 Ολλανδία: ίδιο φαινόμενο, ίδιο αποτέλεσμα, διαφορετικός μηχανισμός Φαινόμενο: άντληση (ξεκινάει πριν από 1000 χρόνια!) Αποτέλεσμα: καθίζηση Μηχανισμός; Ρηχή άντληση για να αποξηρανθεί και να γίνει καλλιεργήσιμο το πλούσιο οργανικό έδαφος (τύρφη), όχι από βαθειά στρώματα για ύδρευση πέφτει η στάθμη του νερού Η τύρφη έρχεται σε επαφή με τον αέρα οξειδώνεται συρρικνώνεται συμπιέζεται Συμπίεση πάλι νερό κοντά στην επιφάνεια απαιτείται κι άλλη άντληση (και με ανεμόμυλους) προκαλείται κι άλλη συμπίεση κ.ο.κ 15

16 Κατ οίκον εργασία : εξηγήστε σε έναν φίλο ή μια φίλη γιατί ενδιαφέρει η συμπίεση του εδάφους στην Πόλη του Μεξικού, στην Ολλανδία, στη Βενετία. 16

17 Για την κατ οίκον εργασία: το μνημείο της φωτογραφίας στην Πόλη του Μεξικού έχει πολύ βαθειά θεμέλια (πασσάλους) που φτάνουν σε ανθεκτικό έδαφος που δεν συμπιέζεται. Έτσι μένει στη θέση του (όπως και ο σωλήνας στο προηγούμενο μάθημα), ενώ η στάθμη του εδάφους γύρω του υποχωρεί. Όταν χτίστηκε το 1910, ο δρόμος ήταν στο ίδιο επίπεδο με το μνημείο. Για να μην προεξέχει το μνημείο, έχουν προστεθεί σκαλοπάτια ως το νέο επίπεδο του δρόμου (διαφορά 2.5 μέτρα). 17

18 Πηγές υλικού διαφανειών Διαφάνειες 11, 13, 14, 15, 16, 17: φωτογραφίες με άδειες Creative Commons, Διαφάνεια 12, αριστερή φωτογραφία: DeJong, J. and Boulanger, R. W., 2000, An introduction to drilling and sampling in geotechnical practice -- 2nd Edition (online), δεξιά φωτογραφία: Mark Jaksa, 2015, Interactive learning modules for Geotechnical Engineering (online). Διαφάνεια 14: Zeevaert, L., 1953, Pore pressure measurements to investigate the main source of subsurface subsidence in Mexico City, Proceedings of the III International Conference on Soil Mechanics, Zurich. 18