«ΣΥΣΤΗΜΑ ΟΡΙΩΝ ATTERBERG»

Transcript

1 ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ: ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΥΠΟΔΟΜΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕ ΘΕΜΑ : «ΣΥΣΤΗΜΑ ΟΡΙΩΝ ATTERBERG» ΦΟΙΤΗΤΕΣ : ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ : ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ κ. ΚΟΝΙΤΟΠΟΥΛΟΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2013

2 ΘΕΜΑ ΠΤΥΧΙΑΚΗΣ: «ΣΥΣΤΗΜΑ ΟΡΙΩΝ ATTERBERG» ΦΟΙΤΗΤΕΣ : ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2013 ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 1

3 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Γενικά ΙΣΤΟΡΙΚΑ ΓΙΑ ΤΟΝ ATTERBERG ΟΡΙΣΜΟΣ ΕΔΑΦΟΥΣ Σχέσεις κατ όγκων Σχέσεις κατά το βάρος Βαθμός κορεσμού ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ Διαχωρισμός εδαφών με βάση τις εδαφικές αποθέσεις ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΕΔΑΦΩΝ Γενικά Κατάταξη των εδαφών με βάση τις ιδιότητες τους Κατάταξη εδαφών κατά AASHTO Κατάταξη εδαφών κατάuscs Κατάταξη με βάση την κοκκομετρική σύνθεση του εδάφους Κατάταξη με την χρήση λογισμικού (Classification of Soils.xls) ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΔΟΚΙΜΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑ ATTERBERG Γενικά Ιστορική ανασκόπηση Αλληλεπιδράσεις νερού και εδαφικών κόκκων Όρια και δείκτες Αtterberg Δοκιμή ορίου υδαρότητας εδαφών ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 2

4 8.6 Προσδιορισμός ορίου υδαρότητας εδαφών Πρότυπος μηχανική μέθοδος ή μέθοδος με τρία σημεία Μηχανική μέθοδος προσδιορισμού του ορίου υδαρότητος κατά εναλλαγή η μέθοδος με ένα σημείο Προσδιορισμός του ορίου υδαρότητας με ένα σημείο. Μέθοδος της μέσης κλίσης Προσδιορισμός ορίου υδαρότητας με ένα σημείο. Μέθοδος πολλαπλών καμπυλών (γραφική μέθοδος) Προσδιορισμός ορίου υδαρότητας με ένα σημείο. Μέθοδος λογαριθμικού κανόνα Προσδιορισμός ορίου υδαρότητας με ένα σημείο. Μέθοδος δείκτη ροής Πρότυπη μέθοδος προσδιορισμού του ορίου υδαρότητας με το χέρι Προσδιορισμός ορίου πλαστικότητας εδάφους Υπολογισμός δείκτη πλαστικότητας μίγματος εδαφών Έρευνα για τον προσδιορισμό του ορίου υδαρότητας Γενικά Μέθοδος διεισδυσιομέτρων με κώνο Σουηδική μέθοδος κώνου Ρώσικη μέθοδος κώνου Ινδική μέθοδος κώνου Αμερικανική μέθοδος κώνου του ινστιτούτου της Georgia Γαλλική μέθοδος κώνου του L.C.P.C Γενικές παρατηρήσεις επί των μεθόδων διείσδυσης μετά κώνου Προσδιορισμός του ορίου υδαρότητας εδαφών με την μέθοδο του διεισδιομέτρου με κώνο Έρευνες επί του προσδιορισμού του ορίου πλαστικότητας ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 3

5 8.11 Ακρίβεια προσδιορισμού του δείκτη πλαστικότητας Δοκιμή ορίου συρρικνώσεως εδαφών Προσδιορισμός των παραγόντων συρρικνώσεως των εδαφών Δοκιμή ισοδύναμης άμμου Προσδιορισμός της ισοδύναμης άμμου Εφαρμογές της ισοδύναμης άμμου Συντελεστής δραστικότητας του φίλλερ ΕΠΙΛΟΓΟΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 4

6 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Γενικά Η μηχανική αποτελούσε πάντα μέρος των φυσικών επιστημών και πραγματεύεται την μελέτη των δυνάμεων ή των δράσεων που ασκούνται στα σώματα. Χωρίζεται σε διάφορους κλάδους όπως: Στατική: μηχανική των στερεών σωμάτων που βρίσκονται σε ηρεμία (στατική). Δυναμική: μηχανική των στερεών σωμάτων όταν βρίσκονται εν κινήσει. Υδραυλική: μηχανική των υδάτων. Αεροδυναμική: μηχανική των αερίων. Θερμοδυναμική: μηχανική μεταφοράς της θερμικής ενέργειας. Κβαντομηχανική: μηχανική των quanta κ.α. Ομοίως, ο κλάδος που ασχολείται με τις δυνάμεις που ασκούνται σε εδαφικές μάζες ονομάζεται εδαφομηχανική. Συγκεκριμένα, η εδαφομηχανική είναι η επιστήμη που ασχολείται με τις φυσικομηχανικές ιδιότητες του εδάφους ως υλικό αλλά και με την γεωτεχνική συμπεριφορά του σε φυσικές δομές και τεχνητές κατασκευές που θεμελιώνονται ή δομούνται εντός εδαφικών σχηματισμών καθώς και αυτών που κατασκευάζονται από εδαφικά υλικά. Όλα τα τεχνικά έργα κατασκευάζονται στην επιφάνεια του εδάφους ή κάτω από αυτήν. Επίσης υπάρχουν περιπτώσεις στις οποίες το έδαφος χρησιμοποιείται ως κατασκευαστικό υλικό για την κατασκευή επιχωμάτων, φραγμάτων, αναχωμάτων, ως υπόβαθρο για την κατασκευή οδοστρωμάτων κ.α.. Επομένως, απαιτείται η σωστή και κατά συνέπεια ασφαλή θεμελίωσή τους η οποία προϋποθέτει καλή γνώση των φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων του υποβάθρου θεμελίωσής τους, που αποκτάται με έρευνα (δειγματοληψία, γεωλογικές και άλλες θεματικές χαρτογραφήσεις σε διάφορες κλίμακες, επιτόπου και εργαστηριακές ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 5

7 δοκιμές) του εκάστοτε χώρου και διαπίστωση των συνθηκών καταλληλότητάς του για την θεμελίωση του συγκεκριμένου έργου. Στη θέση αυτή συνεξετάζονται και μελετώνται ο τύπος του πετρώματος που θα αποτελέσει το υπόβαθρο θεμελίωσης του τεχνικού έργου, οι φυσικές, μηχανικές και υδραυλικές του ιδιότητες, όπως και η επιφανειακή του κατανομή και η στρωματογραφική του σχέση με τα περιβάλλοντα πετρώματα. Σημαντικό ρόλο παίζει η παρουσία του νερού στο έδαφος το οποίο μεταβάλει την αντοχή αυτού με αποτέλεσμα να επηρεάζει και την κατασκευή του εκάστοτε έργου. Στις περιπτώσεις των υπόγειων κατασκευών (υπόνομοι, σήραγγες, οχετοί, τοίχοι αντιστηρίξεως) το έδαφος εκτός από τον ρόλο του ως υλικό θεμελίωσης λαμβάνεται υπόψη στην μελέτη της κατασκευής και ως φορτίο το οποίο θα φέρει αυτή. Λόγω της ιδιαιτερότητας του εδάφους πρέπει να μελετάται πειραματικώς και αυτό αποτελεί το κύριο αντικείμενο της εφαρμοσμένης εδαφομηχανικής. Ανάλογα με το πεδίο εφαρμογής (εκάστοτε έργο) διαχωρίζεται σε τρεις κύριους τομείς που είναι: οι θεμελιώσεις τεχνικών έργων, οι χωματουργικές εργασίες και η κατασκευή οδών/αεροδρομίων. Σε κάθε μια από αυτές τις περιπτώσεις η εφαρμοσμένη εδαφομηχανική θα πρέπει να ορίσει τους εκάστοτε απαραίτητους αριθμητικούς συντελεστές οι οποίοι θα χαρακτηρίζουν την συμπεριφορά του εδάφους. Αφού το έδαφος αναγνωρισθεί και χαρακτηριστεί μέσα από τους αριθμητικούς συντελεστές στην συνέχεια εκτελούνται κάποιοι υπολογισμοί βασιζόμενοι στην θεωρία της ελαστικότητας. Ο εργαστηριακός προσδιορισμός των διάφορων συντελεστών του εδάφους απαιτεί ερευνητική εργασία από εξειδικευμένο τεχνικό προσωπικό ώστε να εκτιμηθούν σωστά οι φυσικές και μηχανικές ιδιότητες του εδάφους και να οδηγήσουν στην εκτέλεση των απαραίτητων εργαστηριακών και εργοταξιακών δοκιμών έτσι ώστε να περιοριστεί και η δαπάνη στις ερευνητικές εργασίες. Οι βασικοί επιστημονικοί κλάδοι στους οποίους βασίζονται οι αρχές και οι εφαρμογές της εδαφομηχανικής, είναι: η γεωλογία, η πεδολογία, η φυσική και η χημεία του εδάφους, η υδραυλική, η αντοχή υλικών, η μηχανική, η τεχνολογία κατασκευών, η βραχομηχανική (μηχανική των πετρωμάτων) και η οικονομολογία. ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 6

8 Ειδικότερες περιοχές Χωματουργικές εργασίες Πόλεων Βιομηχανικών εγκαταστάσεων Κατασκευές Υδραυλικών έργων Οδοποιίας Έργων παραγωγής ενέργειας Επιφανειακές και υπόγειες εργασίες στο βράχο Σύνθετη αξιολόγηση των τεχνικογεωλογικών ιδιοτήτων και της καταλληλότητας θεμελίωσης μεγάλων επιφανειών, αναχωμάτων, επιχωμάτων κλπ. Υψηλές και βαθιές θεμελιώσεις οικοδομών και οικοδομικών συγκροτημάτων Υψηλές και βαθιές θεμελιώσεις, σωληνώσεις ταμιευτήρες συλλογής λυμάτων Φραγμάτων, αρδευτικώναποστραγγιστικών έργων, έργων προστασίας ακτών, λιμάνια, τάφροι, εκτροπές ποταμών κλπ Δρόμοι, γέφυρες, σιδηροδρομικές γραμμές σήραγγες, πίστες αεροδρομίων κλπ. Δίκτυο διανομής ηλεκτρικού ρεύματος, αγωγοί μεταφοράς, ταμιευτήρες, στοές κλπ. Ασφάλεια πρανών, βυθίσματα βράχων, επιφανειακές αστοχίες, αποστραγγίσεις βραχόμαζας κλπ Πίνακας 1.1: Περιοχές εφαρμογής του αντικειμένου της εδαφομηχανικής. Πηγές: Εδαφομηχανική Τόμος I των Χριστοδ. Λαγιώτη και Κωνστ. Σπηλιωτοπούλου, Εδαφολογία ΤΕΙ Κρήτης Κων. Σινάνης, Τεχνική Γεωλογία Γεώργιος Δημόπουλος. ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 7

9 2. ΙΣΤΟΡΙΚΑ ΓΙΑ ΤΟΝ ATTERBERG Το 1911 ο σουηδός επιστήμων Albert Atterberg δημοσίευσε μια εκτεταμένη μελέτη για την πλαστικότητα που παρουσιάζουν οι άργιλοι. Κατά τον Atterberg πλαστικότητα σήμαινε η δυνατότητα της αργίλου να παραμορφώνεται και η καλύτερη ένδειξη της δυνατότητας αυτής ήταν ο σχηματισμός κυλινδρικών δοκιμίων. Κατά την εποχή εκείνη τα γεωργικά εγχειρίδια ανέφεραν πέντε ομάδες εδαφών οι οποίες ήταν: α) αργιλώδες έδαφος, β) ιλυοαργιλώδες έδαφος, γ) αμμώδες έδαφος, δ) ασβεστούχο έδαφος και ε) οργανικό έδαφος. Ο Atterberg παρατήρησε ότι: Τα αργιλικά εδάφη όταν περιέχουν υγρασία είναι πλαστικά ενώ όταν ξηραθούν καθίστανται πολύ σκληρά. Τα ιλυοαργιλώδη δεν είναι τόσο πλαστικά και καθίστανται λιγότερο σκληρά μετά την ξήρανση τους. Τα αμμώδη εδάφη μετά την ξήρανσή τους είναι χαλαρά. Η παρουσία οργανικής ύλης στο έδαφος επηρεάζει την πλαστικότητα του. Η προσοχή του Atterberg αρχικά στράφηκε στα αργιλικά εδάφη, διότι παρουσίαζαν μεγαλύτερη πλαστικότητα, καθώς επίσης και στα μη πλαστικά εδάφη. Την εποχή εκείνη ήταν γνωστές πολλές μέθοδοι για την μέτρηση της πλαστικότητας και για τον προσδιορισμό της σχετικής τιμής. Ο Atterberg μελέτησε τις είκοσι από αυτές, συμπέρανε ότι καμία από αυτές δεν ήταν ικανοποιητική και κατέληξε στις ακόλουθες ομάδες: 1. Μέθοδοι στις οποίες η άργιλος που χρησιμοποιείται είναι σε πλαστική μορφή 2. Μέθοδοι με τις οποίες καθορίζεται η πλαστικότητα της αργίλου μέσα από την αντοχή αυτής όταν έχει ξηρανθεί. ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 8

10 3. Μέθοδοι στις οποίες χρησιμοποιείται η ικανότητα της αργίλου να απορροφά νερό ως μέτρο για την πλαστικότητά της. 4. Μέθοδοι στις οποίες υπολογίζεται η πλαστικότητά της με βάση «την δύναμη συγκόλλησης» 5. Μέθοδοι με τις οποίες υπολογίζεται η πλαστικότητα της αργίλου από την αποσάθρωσή της, όταν βρίσκεται στο νερό 6. Μέθοδοι μέσα από τις οποίες γίνεται εμφανές ότι το ποσοστό περιεκτικότητας κολλοειδών στην άργιλο επηρεάζει την πλαστικότητά της. Οι μισές και παραπάνω μελέτες που προϋπήρχαν του Atterberg υπάγονται στην πρώτη ομάδα. Σε όλες τις μεθόδους αυτές παρασκευάζεται ζύμη αργίλου «κανονικής συνεκτικότητας». Εν συνεχεία η αργιλική αυτή ζύμη διαμορφώνεται σε δοκίμια τα οποία έχουν κυλινδρικό, σφαιρικό σχήμα ή σχήμα δακτυλίου και υποβάλλονται σε δοκιμές αντοχής, εφελκυσμού, θλίψης, κάμψης και διείσδυσης με την βελόνα Vicat. Ο Atterberg κατέληξε στο συμπέρασμα ότι όλες οι μέθοδοι της πρώτης ομάδας προσδιόριζαν κυρίως την ανθεκτικότητα της αργίλου και όχι την πλαστικότητά της. Οι μέθοδοι των υπόλοιπων ομάδων δεν παρείχαν αξιόπιστα αποτελέσματα διότι το μέτρο πλαστικότητας προσδιορίζεται στη μη πλαστική κατάσταση της αργίλου. Ο Atterberg ξεκίνησε το 1902 να μελετάει την πλαστικότητα των εδαφών. Αρχικά, χρησιμοποίησε πλυμένους μικροσκοπικούς κόκκους άμμου και αφού κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το συγκεκριμένο υλικό δεν εμφανίζει πλαστικότητα, προχώρησε στην μελέτη της αργίλου. Κατά την διάρκεια των δοκιμών ο Atterberg παρατήρησε ότι η κονιοποιημένη άργιλος, δηλαδή η αναμιγνυόμενη με μεγάλες ποσότητες νερού σχημάτιζε ρευστό μίγμα, με μικρότερες ποσότητες νερού το ρευστό μίγμα αργίλου γινόταν ιξώδες ενώ με ακόμη μικρότερες ποσότητες νερού η άργιλος έπαιρνε την μορφή μιας κολλώδους μάζας η οποία έχει υφή σαν αλοιφή. Μετά την ξήρανσή της η κολλώδης ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 9

11 αυτή ιδιότητα που είχε αποκτήσει η άργιλος, λόγω της περιεκτικότητάς της σε νερό, εξαφανιζόταν και ήταν αδύνατον να παραμορφωθεί κατά βούληση. Για να πετύχει την ακριβή μελέτη των ιδιοτήτων των εδαφών, ο Atterberg καθόρισε πέντε όρια: 1. Το ανώτερο όριο ρευστότητας στο οποίο το μίγμα εδάφους - νερού είναι τόσο υδαρές ώστε το έδαφος συμπεριφέρεται σχεδόν σαν το νερό. 2. Το κατώτερο όριο ρευστότητας ή όριο ροής. 3. Το όριο συγκολλητικότητας είναι το όριο κατά το οποίο η άργιλος δεν είναι πλέον κολλώδης. 4. Το όριο κυλινδρώσεως στο οποίο η ζύμη της αργίλου δεν μπορεί να πάρει περαιτέρω την μορφή ενός επιμηκούς κυλινδρικού σχήματος (ράβδος). 5. Το όριο συνοχής είναι το όριο στο οποίο η υγρή άργιλος δεν επιδέχεται πλέον συμπίεση. Επίσης, ο Atterberg προσδιόρισε την θέση του ορίου συρρικνώσεως σε σχέση με το όριο κυλινδρώσεως, το πρώτο βρίσκεται πάντα κάτω από το δεύτερο, και βρήκε μια σταθερή σχέση μεταξύ αυτών. Τα όρια εκφράζονται σε σχέση με την περιεχόμενη υγρασία (%) επί του βάρους του δοκιμίου μετά την ξήρανση του. Ωστόσο, παρατήρησε πως η ικανότητα κυλινδρώσεως της αργίλου είναι η καλύτερη ένδειξη της πλαστικότητάς της και έτσι προέβη στην μελέτη αυτής και σε εδάφη που ανήκουν σε άλλες κατηγορίες. Δεδομένου ότι, τα εδάφη στο όριο ρευστότητας και συνοχής δεν μπορούν να κυλινδρωθούν, δεν εξετάστηκαν στα όρια αυτά. Η εκτέλεση των δοκιμών είχε ως εξής: Ξήρανση του δείγματος του εδάφους και διαχωρισμός αυτού σε δυο κλάσματα Κοσκίνισμα του δείγματος σε κόσκινο με οπή 0,2 (mm). Τα 5 (gr) από το διερχόμενο έδαφος θα αποτελούσαν και το δείγμα εδάφους με το οποίο θα πραγματοποιούνταν η δοκιμή. ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 10

12 Τοποθέτηση του δείγματος μέσα σε μικρή κάψα διαμέτρου (cm) αφού πρώτα έχει αναμιχθεί με νερό μέχρι να σχηματιστεί πολτός. Άσκηση πίεσης στο μίγμα της αργίλου μέχρι να έχει πάχος 1 (cm) και διαχωρισμός του μίγματος σε δυο μέρη Επανειλημμένα χτυπήματα της κάψας, η οποία βρίσκεται μέσα στην παλάμη, μέχρι να ενωθούν τα δυο μέρη του μίγματος. Το όριο ροής επιτυγχάνεται όταν ενωθούν τα δυο τμήματα του μίγματος λόγω των χτυπημάτων. Στην συνέχεια γίνεται ξήρανση ενός μέρους του μίγματος για να προσδιοριστεί η περιεχόμενη υγρασία του. Το όριο συγκολλητικότητας ήταν εκείνη την εποχή η κανονική συνεκτικότητα της αργίλου. Η άργιλος ανακτούσε την κανονική συνεκτικότητα όταν αυτή έπαυε να κολλάει σε μια μεταλλική επιφάνεια. Ο Atterberg θεώρησε αρχικά το όριο αυτό ως το ανώτατο όριο πλαστικότητας αργότερα όμως, μετά από μια σειρά δοκιμών κατέληξε πως το όριο ροής είναι το ανώτερο όριο πλαστικότητας. Μελέτησε την μέθοδο πλαστικότητας του Bischoff, κατά την οποία το κονιοποιημένο αργιλικό έδαφος μετά από 1-15 μέρες αναμειγνύονταν με άμμο και σχηματιζόταν κυλινδρικά δοκίμια. Ακολουθούσε ξήρανση του κυλινδρικού δοκιμίου. Ο Atterberg σκέφτηκε ότι η μελέτη του Bischoff θα έδινε σαφέστερα αποτελέσματα αν ο προσδιορισμός της πλαστικότητας γινόταν όταν το έδαφος θα βρισκόταν σε υγρή μορφή. Κατέληξε ότι όταν το έδαφος στο οποίο δεν έχει προστεθεί άμμο δεν μπορεί να κυλινδρωθεί σε ράβδους βρίσκεται στο όριο ροής και όταν το όριο ροής και το όριο κυλινδρώσεως συμπέσουν τότε το έδαφος χαρακτηρίζεται ως μη πλαστικό. Τελικά ο Atterberg κατέληξε στα ακόλουθα συμπεράσματα: Το όριο ροής και το όριο κυλινδρώσεως είναι τα πραγματικά όρια πλαστικότητας. Όταν η περιεχόμενη υγρασία της αργίλου κυμαίνεται μεταξύ των δυο αυτών ορίων τότε αυτή βρίσκεται σε πλαστική κατάσταση. ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 11

13 Το έδαφος χαρακτηρίζεται ως πλαστικό και βρίσκεται στο όριο ροής ή πιο κάτω από αυτό όταν μπορεί να κυλινδρωθεί σε ράβδους. Το καλύτερο μέτρο του βαθμού ή της κατηγορίας πλαστικότητας ενός εδάφους είναι η αριθμητική διαφορά μεταξύ των τιμών των ορίων ροής και κυλινδρώσεως, δηλαδή ο αριθμός πλαστικότητας. Σήμερα χρησιμοποιούνται οι ακόλουθοι όροι: όριο υδαρότητας αντί του ορίου ροής, όριο πλαστικότητας αντί του ορίου κυλινδρώσεως και ο δείκτης πλαστικότητας αντί του αριθμού πλαστικότητας. Η διαδικασία εκτελέσεως της δοκιμής του ορίου υδαρότητας τροποποιήθηκε,τελειοποιήθηκε και συντάχθηκε ένα πρότυπο μοντέλο της μεθόδου αυτής ώστε να μπορεί να εκτελείται από διάφορους ερευνητές με τον ίδιον τρόπο. Η διαδικασία του προσδιορισμού του ορίου πλαστικότητας παρέμεινε σχεδόν ίδια με αυτή που όρισε ο Atterberg με την διαφορά ότι οι ράβδοι θα πρέπει να έχουν διάμετρο μέχρι 3 (mm). Πηγές: Εδαφομηχανική Τόμος I των Χριστοδ. Λαγιώτη και Κωνστ. Σπηλιωτοπούλου, Εδαφολογία ΤΕΙ Κρήτης Κων. Σινάνης, Τεχνική Γεωλογία Γεώργιος Δημόπουλος. ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 12

14 3. ΟΡΙΣΜΟΣ ΕΔΑΦΟΥΣ Έδαφος είναι το επιφανειακό μέρος του στερεού φλοιού της Γης, το οποίο προήλθε από την αλλοίωση που υπέστησαν τα μητρικά εδάφη από την επίδραση βιολογικών και ατμοσφαιρικών παραγόντων. Συνεπώς το έδαφος είναι ένα µήσυµπαγές πολυφασικό υλικό, το οποίο αποτελείται από ασύνδετους ή ελαφρά συνδεδεμένους στερεούς κόκκους ιζημάτων, οι οποίοι μπορεί να είναι πυριτικοί, ανθρακούχοι, αργιλικοί κλπ, οργανικές ουσίες(χούμους), ανόργανα συστατικά, νερό και αέρα.τα κενά που δημιουργούνται μεταξύ των κόκκων ονομάζονται πόροι και περιέχουν υγρά (συνήθως νερό) ή και αέρα. Η ποσοστιαία κατ όγκων συμμετοχή των παραπάνω συστατικών σε ένα «ιδανικό» έδαφος είναι κατά προσέγγιση η εξής: 45% ανόργανα συστατικά, 5% οργανική ουσία, 25% νερό και 25% αέρας. Σε ένα μέσης σύστασης έδαφος ο αέρας και το νερό συμμετέχουν με ίδιο ποσοστό 25%. Εικόνα 3.1: Η ποσοστιαία κατ όγκων συμμετοχή των παραπάνω συστατικών σε ένα «ιδανικό» έδαφος. ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 13

15 3.1 Σχέσεις κατ όγκων ΣΥΣΤΗΜΑ ΟΡΙΩΝ ATTERBERG Εάν θεωρηθεί ότι (V S ) είναι ο όγκος των στερεών μιας εδαφικής μάζας, (V W ) ο όγκος του νερού και (Va) ο όγκος του αέρα τότε ο ολικός όγκος (V T ) της εδαφικής μάζας θα είναι: V T = V S +V W +Va Εικόνα 3.2: Διάγραμμα στο οποίο φαίνονται οι σχέσεις των βαρών και των όγκων των στερεών, του νερού και του αέρα μιας εδαφικής μάζας. Ο χώρος μεταξύ των στερεών τεμαχίων (πόροι), ο οποίος καλύπτεται όπως προαναφέρθηκε από νερό και αέρα ονομάζεται όγκος κενών (V V ) και ισχύει: V V = V W + Va Ο λόγος του όγκου των κενών προς τον όγκο των στερεών ονομάζεται λόγος κενών, παρίσταται με το (e) και ισχύει: ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 14

16 Ο λόγος κενών εκφράζεται με την μορφή δεκαδικού αριθμού. Η σχέση μεταξύ των κενών και των στερεών δίνεται και από το πορώδες, (n) το οποίο ορίζεται ως εξής: και εκφράζεται επί τοις (%). Επίσης ισχύει: Όπου n a, n w και n s τα κενά αέρος επί τοις (%), τα κενά νερού επί τοις (%) και τα κενά των κόκκων επί τοις (%) αντίστοιχα. Από τις τρεις παραπάνω σχέσεις προκύπτει ότι : n s + n = n s + n a + n w = 100, και 3.2 Σχέσεις κατά το βάρος Εάν συμβολιστεί με (Ws) το βάρος των στερεών μιας εδαφικής μάζας, με (Ww) το βάρος του νερού και το συνολικό βάρος αυτής με (Wt), (το βάρος του αέρα θεωρείται αμελητέο) τότε ισχύει: Ο λόγος βάρους του νερού προς το βάρος των στερεών, ονομάζεται περιεχόμενη υγρασία, παρίστανεται με το γράμμα (w) και εκφράζεται επί τοις εκατό (%). ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 15

17 Προκύπτει από τον τύπο: Το φαινόμενο βάρος της εδαφικής μάζας είναι ο λόγος του βάρους της μάζας (Wt) προς τον όγκο (Vt) και παριστάνεται με το γράμμα (γ), εκφράζεται σε (gr/cm 3 ) και προκύπτει από τον τύπο : Το φαινόμενο βάρος του νερού είναι 1 (gr/cm 3 ) Το ξηρό φαινόμενο βάρος της εδαφικής μάζας, είναι ο λόγος του βάρους των κόκκων της εδαφικής μάζας (Ws) προς το συνολικό όγκο αυτής, (Vt) και προκύπτει από τον τύπο: Το ειδικό βάρος G ενός υλικού είναι ο λόγος του βάρους αυτού προς ίσο όγκο νερού και προκύπτει από τον εξής τύπο: Όπου το φαινόμενο βάρος των στερεών τεμαχίων της εδαφικής μάζας αναφέρεται στον απόλυτο όγκο (Vs) αυτών. Το γξ συναρτήσει των (G) και (e) παρέχεται από τον τύπο : και ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 16

18 Το φαινόμενο ειδικό βάρος μιας εδαφικής μάζας G a είναι ο λόγος του φαινόμενου ξηρού βάρους προς το φαινόμενο βάρος του νερού: 3.3 Βαθμός κορεσμού Το έδαφος είναι κορεσμένο όταν όλοι οι πόροι αυτού είναι γεμάτοι με νερό. Η περιεχόμενη υγρασία ενός εδάφους ποικίλει από 0% ( όταν το έδαφος είναι τελείως ξηρό) μέχρι μιας μέγιστης τιμής (όταν το έδαφος είναι κορεσμένο). Ο βαθμός κορεσμού S εδάφους εκφράζει την πραγματική περιεχόμενη υγρασία του εδάφους ως ποσοστό της μέγιστης ποσότητας νερού που θα μπορούσε να περιέχει εάν ήταν κορεσμένο. Ο βαθμός κορεσμού εκφράζεται κατά όγκο ή κατά βάρος ως εξής: ή Η περιεχόμενη υγρασία εκφράζεται επί τοις (%) του βάρους των κόκκων του εδάφους και είναι προφανές ότι υπάρχει η δυνατότητα της υπέρβασης του 100 (%) σε κατάσταση κορεσμού. Σε ισόκοκκα εδάφη είναι δυνατόν να υπάρχει περιεχόμενη υγρασία κυμαινόμενη από 0 έως 20 (%) ή και 30 (%), ενώ σε ιλυοαργιλώδη υπάρχει η πιθανότητα να ανέλθει σε κατάσταση κορεσμού 100 (%) ή και παραπάνω. Σε αργιλώδη εδάφη δύναται να ανέλθει σε 200 (%) ή και 300 (%) ακόμα και σε 600 (%) όταν περιέχονται σε αυτά οργανικά συστατικά και υφίστανται έντονη διόγκωση. ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 17

19 4. ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ Η δημιουργία των εδαφικών υλικών προέρχεται από τη μηχανική ή και χηµική αποσάθρωση των ορυκτών και των πετρωμάτων (μητρικό υλικό) σε συνδυασμό με την δράση φυσικών, χημικών και βιολογικών παραγόντων. Αποτέλεσμα της δράσης των εδαφογεννητικών αυτών παραγόντων στο μητρικό υλικό είναι η δημιουργία ενός χαλαρού υλικού που ονομάζεται ρεγόλιθος από τον οποίο ουσιαστικά προκύπτει το έδαφος είτε στην ίδια θέση είτε αλλού, σε περίπτωση που μετακινηθεί με οποιοδήποτε τρόπο. Η μηχανική αποσάθρωση, που είναι και η πιο κοινή, προκαλείται από την επίδραση φυσικών δυνάμεων όπως ο άνεμος, το νερό, οι τεκτονικές δυνάμεις, οι απότομες μεταβολές θερμοκρασίας που έχει ως συνέπεια τον κατατεμαχισμό και θρυμματισμό των βράχων. Κατά την μηχανική αποσάθρωση καταστρέφεται η συνοχή των ορυκτολογικών συστατικών των πετρωμάτων, υφίστανται δηλαδή μηχανική καταστροφή, χωρίς να μεταβάλλεται η ορυκτολογική τους δομή ή η χημική τους σύσταση. Εκδηλώνεται με την επίδραση της πίεσης του νερού το οποίο παγώνει μέσα στις διάφορες ρωγμές του βράχου, της διογκώνει και τελικά τις διευρύνει. Επίσης, όταν οι θερμοκρασιακές μεταβολές είναι μεγάλες μεταξύ ημέρας και νύχτας, όπως συμβαίνει στις ερήμους, είναι δυνατόν να προκαλέσουν μηχανική αποσάθρωση καθώς η θερμοκρασία του τμήματος του βράχου που βρίσκεται πιο κοντά στην επιφάνεια είναι μεγαλύτερη ενώ πιο βαθιά είναι μικρότερη, με αποτέλεσμα την δημιουργία ζωνών παράλληλες προς την επιφάνεια του πετρώματος οι οποίες έχουν ίση θερμοκρασία, συστέλλονται και διαστέλλονται με διαφορετικό ρυθμό αυξάνοντας έτσι το εύρος των ρωγμών των πετρωμάτων. Επιπλέον, οι ρίζες των φυτών διευρύνουν τις ρωγμές των πετρωμάτων καθώς έχουν την ικανότητα να διεισδύουν σε αυτά. Τέλος, ο άνεμος έχει την ικανότητα να διαβρώνει πετρώματα, να μεταφέρει και να αποθέτει τα κατάλοιπά τους. Η αιολική διάβρωση γίνεται με ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 18

20 δύο τρόπους, με την αποφύσηση όπου ο αέρας σηκώνει και απομακρύνει χαλαρά και ξηρά ιζήματα ή αποσαρθρώματα όπως άμμος, σκόνη και το loess, και με απορρίνιση όπου ο αέρας με το φέρον φορτίο που μεταφέρει προσπίπτει στα πετρώματα και προκαλεί διάβρωση στα πετρώματα μέσω της τριβής. Όσο πιο δυνατός είναι ο άνεμος τόσο πιο δραστικός είναι, το ίδιο ισχύει και για το νερό. Τα τεμάχια που έχουν προκύψει από τον θρυμματισμό των βράχων μεταφέρονται δια μέσω του νερού ή των παγετώνων προς χαμηλότερα σημεία, κατά την μεταφορά λόγω της τριβής μεταξύ τους και με το έδαφος τεμαχίζονται ακόμη περισσότερο. Η μηχανική αποσάθρωση συμβάλει στην κυρίως εδαφών όπως χαλίκια και άμμοι. δημιουργία των χονδρόκοκκων Αντίστοιχα η χημική αποσάθρωση προκαλεί την αποσύνθεση των πετρωμάτων και τη μεταβολή της χημικής σύστασής τους, δηλαδή προκαλεί τον σχηματισμό διαφορετικών πετρωμάτων έχοντας διαφορετικές φυσικές και χημικές ιδιότητες. Οφείλεται στα νερά που περιέχουν ενώσεις, κυρίως στο νερό της βροχής που περιέχει CO 2, και στα οργανικά οξέα τα οποία προέρχονται από την αποσύνθεση των φυτών, όπου τα παραπάνω αντιδρούν με τα ορυκτά των πετρωμάτων και αλλοιώνουν την σύσταση τους. Οι χημικές δράσεις που συμβαίνουν κατά την χημική αποσύνθεση είναι οι εξής: διάλυση, κρυστάλλωση, ενανθράκωση, υδρόλυση, ενυδάτωση κ.α.. Η χημική αποσάθρωση συμβάλει κυρίως στην δημιουργία των λεπτόκοκκων εδαφών όπως η ιλύς και η άργιλος. Τα πετρώματα που προκύπτουν από την αποσάθρωση, χημική ή και μηχανική, ανάλογα με την ορυκτολογική τους σύσταση διακρίνονται σε : Ο χαλαζίας δεν αλλοιώνεται και δύσκολα συντρίβεται λόγω της σκληρότητας και της ανθεκτικότητας που εμφανίζει. Αποτελεί συστατικό της φυσικής άμμου υπό μορφή μικρών ή μεγάλων κόκκων. Οι άστριοι υπόκεινται τόσο σε μηχανική όσο και σε χημική αποσάθρωση. Η χημική αποσάθρωση είναι πιο σύνηθες φαινόμενο και γι αυτό το λόγο σπάνια θα ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 19

21 υπάρξουν αναλλοίωτοι κόκκοι αστρίων στα εδάφη. Τα αδιάλυτα προϊόντα της αποσάθρωσης των αστρίων ονομάζονται αργιλικά ορυκτά. Οι ιδιότητες των αργιλικών ορυκτών διαφέρουν από αυτές των αστρίων αλλά και μεταξύ τους. Οι μαρμαρυγίες υφίστανται τόσο μηχανική όσο και χημική αποσάθρωση, επειδή όμως παρουσιάζουν μεγάλη αντοχή στην χημική αποσάθρωση συνήθως τεμαχίζονται με την μηχανική αποσάθρωση και καταλήγουν στο έδαφος υπό την μορφή μικρών φυαλιδίων. Κατά την χημική τους αποσάθρωση σχηματίζουν αργιλικά ορυκτά και οξείδια του σιδήρου. Τα οξείδια του σιδήρου είναι αυτά που προσδίδουν στο έδαφος το κίτρινο ή το ερυθρό χρώμα. Τα υπόλοιπα σιδηρομαγνησιούχα ορυκτολογικά συστατικά των πετρωμάτων αποσυνθέτονται μηχανικώς σε τεμάχια των αρχικών ορυκτών έχοντας πλέον πιο σκούρο χρώμα και χημικώς σε αργιλικά ορυκτά και οξείδια του σιδήρου. Κατά την μηχανική και χημική αποσάθρωση των ασβεστόλιθων και δολομιτών, ο ασβεστίτης ως ευδιάλυτος απομακρύνεται και παραμένουν οι προσμίξεις των αρχικών πετρωμάτων (οξείδια σιδήρου, αργιλικά ορυκτά και χαλαζίας) επί τόπου. Πηγές: Εδαφομηχανική Τόμος I των Χριστοδ. Λαγιώτη και Κωνστ. Σπηλιωτοπούλου Διαχωρισμός εδαφών με βάση τις εδαφικές αποθέσεις Ένας πρώτος διαχωρισμός των εδαφών γίνεται σε σχέση με τον τρόπο που μεταφέρονται και αποθέτονται τα προϊόντα της αποσάθρωσης. Έτσι προκύπτουν δυο κατηγορίες, τα αυτόχθονα και τα ιζηματογενή εδάφη. Τα πρώτα προέρχονται από την αποσάθρωση των πετρωμάτων και δεν μεταφέρονται μακριά από την ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 20

22 αρχική τους θέση ενώ αντίθετα τα ιζηματογενή εδάφη προέρχονται από την μεταφορά των προϊόντων αποσάθρωσης, με τα νερά των ποταμών, μακριά από την αρχική τους θέση και γίνεται η απόθεση τους στις εκβολές τους. Τα αυτόχθονα εδάφη διακρίνονται σε : 1. Σε εδάφη τα οποία προέρχονται από την αποσάθρωση πυριγενών και μεταμορφωσιγενών πετρωμάτων (γρανίτες, γνευσιών, σχιστόλιθοι) τα οποία δεν χάνουν την αρχική τους τεκτονική, των μητρικών πετρωμάτων. 2. Σε εδάφη τα οποία προέρχονται από χημική αποσάθρωση των ιζηματογενών και ασβεστόλιθων πετρωμάτων. Τα αυτόχθονα αυτά εδάφη είναι άργιλοι, αμμώδη και χαλικώδη αφού πρώτα έχουν διαλυθεί και απομακρυνθεί τα κύρια συστατικά από τα οποία αποτελούνται : (CaCO 3 ) και (MgCO 3 ). Χαρακτηριστικό των εδαφών αυτών είναι το κόκκινο χρώμα λόγω της περιεκτικότητάς τους σε οξείδια του σιδήρου. 3. Σε εδαφικές λεπτές στρώσεις οι οποίες σπάνια μπορούν να διαχωριστούν από το μητρικό πέτρωμα λόγω της προέλευσής τους από πετρώματα, ασβεστόλιθους και δολομίτες, τα οποία έχουν υποστεί χημική αποσάθρωση. Τα ιζηματογενή εδάφη διακρίνονται σε: 1. Σε εδάφη τα οποία έχουν σχηματιστεί με τη μεταφορά των υλικών αποσαθρώσεως λόγω της βαρύτητας. Τα υλικά αυτά κυλούν στις πλαγιές των βουνών και σχηματίζουν εδαφικές στρώσεις σε χαμηλότερες θέσεις. Οι κατασκευές οι οποίες θεμελιώνονται σε τέτοια εδάφη και η θεμελίωση τους είναι αβαθής κινδυνεύουν να μετατοπιστούν μαζί με το έδαφος καθώς αυτό θα μετακινείται, ενώ αν η θεμελίωση τους είναι βαθειά τότε πάλι οι κατασκευές φέρουν τον κίνδυνο να υποστούν σοβαρές βλάβες λόγω των δυνάμεων, της ώθησης, που ασκείται από την επιφανειακή στρώση του εδάφους στην κατασκευή, καθώς αυτή έχει την τάση να μετακινηθεί λόγω της βαρύτητας. Στις βάσεις των απότομων πλαγιών συγκεντρώνονται μεγάλα και ακανόνιστου σχήματος τεμάχια λίθων σχηματίζοντας τις λεγόμενες «σάρρες». Όταν υπάρχει ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 21

23 μικρή κλίση τότε παρατηρείται ροή χαλαρού εδάφους, αργιλοαμμώδους ή ιλυοαργιλοαμμώδους συστάσεως, όταν αυτό κορεσθεί από το νερό. 2. Σε εδάφη τα οποία έχουν σχηματιστεί με τη μεταφορά υλικών αποσαθρώσεως, από τα ψηλότερα σημεία προς τα χαμηλότερα, από το νερό των ρυακιών, των ποταμών ή των χειμάρρων καθώς επίσης και από τους ανέμους και τους παγετώνες. Όσο η ταχύτητα και η παροχή των υδάτινων ρευμάτων μειώνεται τόσο ελαττώνεται και η μεταφορική τους ικανότητα, έχοντας σαν αποτέλεσμα την απόθεση των υλικών αποσάθρωσης σε όχθες των ποταμών, στις καμπές της κοίτης τους, στα μέρη όπου ένα ορεινό ρεύμα εισέρχεται σε μια επίπεδη πεδιάδα και στις εκβολές των ποταμών. Πρώτα αποτίθενται τα χονδρόκοκκα υλικά με το μεγαλύτερο ειδικό βάρος (χαλίκια) και έπειτα τα λεπτόκοκκα με το μικρότερο ειδικό βάρος (άμμος, άργιλος κ.α.), με αποτέλεσμα το σχηματισμό διάφορων στρώσεων ανάλογα με την απόσταση των προσχώσεων από τα πρωτογενή κοιτάσματα. Γίνεται δηλαδή μια μηχανική διαλογή κατά την οποία τα χονδρόκοκκα υλικά αποτίθενται κοντά στα πρωτογενή κοιτάσματα ενώ όσο η απόσταση μεγαλώνει αποτίθενται τα λεπτόκοκκα υλικά (αλλουβιακοί σχηματισμοί). Στις πεδιάδες λόγω πλημμύρων οι αλλουβιακές αποθέσεις καταλαμβάνουν μεγάλες εκτάσεις και έχουν μεγάλη σπουδαιότητα καθώς είναι κατάλληλες για την κατασκευή αυτοκινητοδρόμων αεροδρομίων και πόλεων. 3. Σε εδάφη που έχουν σχηματιστεί στο εσωτερικό των λιμνών (λιμναίες αποθέσεις). Τα υλικά αποσάθρωσης αποτίθενται σε στρώσεις στο εσωτερικό των λιμνών ή εντός στάσιμων νερών. Στα δέλτα και στις όχθες των λιμνών αποτίθεται η άμμος, ενώ η ιλύς και η άργιλος στο πυθμένα των λιμνών κατά στρώσεις. 4. Σε εδάφη τα οποία σχηματίζονται στο εσωτερικό των θαλασσών (θαλάσσιες αποθέσεις). Υπάρχουν δυο κατηγορίες εδαφών τα οποία σχηματίστηκαν από θαλάσσιες αποθέσεις, αυτά που σχηματίστηκαν μακριά από τις ακτές και αυτά που σχηματίστηκαν κοντά σε αυτές. Τα πρώτα μοιάζουν με τα εδάφη των λιμναίων αποθέσεων καθώς σχηματίζουν οριζόντιες στρώσεις από άργιλο και ιλύς. Κάποιες φορές η ιλύς η οποία αποτίθεται περιέχει ανθρακικό ασβέστιο και ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 22

24 άργιλο με αποτέλεσμα την δημιουργία της μάργας. Τα δεύτερα εδάφη αποτελούνται από άμμο και χαλίκια. 5. Σε εδάφη τα οποία σχηματίζονται με την μεταφορά των υλικών αποσάθρωσης από τον άνεμο (αιολική απόθεση). Ο άνεμος μεταφέρει λεπτούς και ξηρούς κόκκους λεπτής άμμου και ιλύος σε μεγάλες αποστάσεις σχηματίζοντας τις θίνες. Οι αποθέσεις loess (λαίς) είναι αιολικές αποθέσεις οι οποίες αποτελούνται κυρίως από μικρότερους κόκκους χαλαζιακής ιλύος και αργίλου, οι οποίοι κάποιες φορές συνδέονται με ασβεστολιθική ύλη και οξείδια του σιδήρου, τα οποία προσδίδουν στο έδαφος ένα ωχροκίτρινο χρώμα. Τα εδάφη αυτά είναι αρκετά ασταθή και δεν συνίστανται για θεμελιώσεις. Τα εδάφη τα οποία προέρχονται από ηφαίστειες εκρήξεις, θηραϊκή γη, ηφαίστειες γαίες, κατατάσσονται στην κατηγορία αυτή. 6. Σε εδάφη τα οποία σχηματίστηκαν από την μεταφορά των υλικών αποσάθρωσης από τους παγετώνες (παγετωνικές αποθέσεις). Τα υλικά τα οποία μεταφέρονται χαρακτηρίζονται από την ανομοιομορφία των κόκκων τους, καθώς περιλαμβάνονται μεγάλα τεμάχια βράχων αλλά και πολύ λεπτοί αργιλικοί κόκκοι. Η μεταφορά των υλικών αυτών γίνεται αρκετά αργά. Οι λιθώνες που έχουν σχηματιστεί από τη παγετωνική απόθεση ονομάζονται μοραίνες. Τα ιζηματογενή εδάφη τα οποία αποτελούν σχεδόν το σύνολο των εδαφικών σχηματισμών διαχωρίζονται με βάση το μέγεθος των κόκκων τους, τη μορφή τους, την πυκνότητά της απόθεσής τους και την περιεκτικότητά τους σε νερό, που επηρεάζει τις πλαστικές και τις μηχανικές ιδιότητες, δηλαδή την αντοχή και τις καθιζήσεις που θα εμφανίσει όταν σε αυτό ασκηθούν δυνάμεις σε: μη συνεκτικά ή αλλιώς χονδρόκοκκα και συνεκτικά ή αλλιώς λεπτόκοκκα εδάφη. Υπάρχουν άλλες δύο κατηγορίες στις οποίες κατατάσσονται τα εδάφη, τα οργανικά και τα τεχνικά. Τα οργανικά χαρακτηρίζονται από την περιεκτικότητά τους σε οργανικές ουσίες και σχηματίζονται στις εκβολές και στα παράλια των ποταμών ή σε έλη και χερσαίες βαλτώδεις περιοχές, λόγω του νερού και των οργανικών καταλοίπων. Τα μη συνεκτικά εδάφη δεν παρουσιάζουν ελκτικές δυνάμεις μεταξύ των κόκκων τους ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 23

25 (χαλίκια, άμμοι) ενώ στα δεύτερα αναπτύσσονται δυνάμεις συνοχής μεταξύ των εδαφικών τους κόκκων (ίλης, άργιλοι). Κατηγορία εδάφους 1 Συνεκτικά 2 Μη συνεκτικά Ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του εδάφους Όριο υδαρότητας πλαστικότητα, πορώδες, δείκτης πόρων, συμπιεστότητα Κοκκομετρική διαβάθμιση, πυκνότητα, περιεκτικότητα, υγρασία 3 Οργανικά εδάφη Περιεκτικότητα οργανικών ουσιών 4 Τεχνικά εδάφη Σύνθεση των επιμέρους υλικών Πίνακας 4.1: Τυπική ταξινόμηση εδαφών στην Τεχνική Γεωλογία Το μέγεθος των κόκκων και η κατανομή τους μέσα στο έδαφος αποτελούν ουσιώδεις παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν την συμπεριφορά τους. Με βάση το μέγεθος των ανόργανων συστατικών από τα οποία όπως προαναφέρθηκε αποτελούνται τα εδάφη και ανεξάρτητα από τη χημική και ορυκτολογική τους σύσταση, κατατάσσονται σε κατηγορίες οι οποίες ονομάζονται μηχανικά κλάσματα του εδάφους. Πηγές: Εδαφομηχανική Τόμος I των Χριστοδ. Λαγιώτη και Κωνστ. Σπηλιωτοπούλου, ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 24

26 5. ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΕΔΑΦΩΝ 5.1 Γενικά Τα εδάφη όπως έχει προαναφερθεί είναι ετερογενή μίγματα διαφόρων στερεών (χαλίκια, άμμος, ίλυς, άργιλο ή οργανικές ουσίες), υγρών και αερίων συστατικών. Λόγω των ανεξέλεγκτων φυσικών συνθηκών κάτω από τις οποίες σχηματίστηκαν, δημιουργήθηκαν πολλά διαφορετικά εδάφη. Έτσι η κατάταξη των εδαφών γίνεται με βάση κάποια χαρακτηριστικά τους. Οι ιδιότητες όμως του εδάφους δεν είναι προδιαγεγραμμένες, σε αντίθεση με τα υλικά που χρησιμοποιούνται στις κατασκευές τα οποία είναι βιομηχανικής και ελεγχόμενης επεξεργασίας. Τα γεωτεχνικά υλικά χρησιμοποιούνται όπως ακριβώς υπάρχουν, στο φυσικό τους περιβάλλον, έχοντας υποστεί απλές κατεργασίες, όπως θραύση αδρανών υλικών σε κάποιες περιπτώσεις (κατασκευή φραγμάτων, επιχωμάτων κ.λπ.). Επέμβαση στις ιδιότητες των γεωτεχνικών υλικών γίνεται όταν αυτά αποτελούν τελικό φορέα σε κατασκευές όπως εδάφη θεμελιώσεων, εδάφη σηράγγων κ.α., και αυτό αποτελεί κύριο κριτήριο για την ταξινόμηση και την ονοματολογία των υλικών ώστε να είναι η επικοινωνία μεταξύ των ειδικών επιστημόνων που ασχολούνται με την γεωτεχνική. Η σπουδαιότητα της κατάταξης των εδαφών γίνεται αντιληπτή σε ένα μεγάλου μήκους έργο (συγκοινωνιακά έργα, οδοί, αεροδρόμια, σιδηροδρομικές γραμμές) όπου θα πρέπει να ληφθούν πολλά δοκίμια κατά μήκος της προτεινόμενης ζώνης διελεύσεως, το οποίο σημαίνει ότι οι ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά του εδάφους ποικίλουν κατά την οριζόντια και κατακόρυφη διεύθυνση και η εκτίμηση των δοκιμίων αυτών, θα ήταν αδύνατο χωρίς την ταξινόμηση του εδάφους. Μια πρώτη προσέγγιση της ταξινόμησης του εδάφους μπορεί να γίνει από έναν έμπειρο γεωλόγο ή μηχανικό. Από τη λήψη δοκιμίων μπορεί ένας μηχανικός ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 25

27 να κατατάξει το έδαφος με βάση την όραση, την όσφρηση και την αφή. Για την πλήρη κατάταξη των εδαφών γίνονται εργαστηριακές δοκιμές. 5.2 Κατάταξη των εδαφών με βάση τις ιδιότητες τους Η διάταξη των εδαφών γίνεται με βάση τις ιδιότητές τους. Οι ιδιότητες αυτές διακρίνονται σε δύο κατηγορίες : εδαφικών κόκκων και εδάφους ως άθροισμα κόκκων, οι σπουδαιότερες αναφέρονται στον παρακάτω πίνακα. Ιδιότητες εδαφικών κόκκων Ιδιότητες του εδάφους ως άθροισμα κόκκων Χρώμα Δομή Υφή και διαβάθμιση Φυσική περιεχόμενη υγρασία Σχήμα κόκκων Λόγος κενών ή πορώδες Ορυκτολογική σύσταση Διαπερατότητα και τριχοειδές Δυνατότητα αλλαγής ιόντων Συνεκτικότητα Οσμή και περιεχόμενη οργανική ύλη Αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη Ειδικό βάρος εδαφικών κόκκων Συνοχή Όριο υδαρότητας Αντοχή Όριο ελαστικότητας Γωνία εσωτερικής τριβής Δείκτης πλαστικότητας Καλιφορνιακός λόγος φέρουσας ικανότητας (C.B.R) Όριο συρρικνώσεως Μέτρο αντιδράσεως υπεδάφους Λόγος συρρικνώσεως Αντίσταση στη διείσδυση Χημική σύσταση τιμή πρότυπης διείσδυσης Τιμή PH Ελαστικότητα Διαστολή Δείκτης συμπιέσεως ή διογκώσεως Σκληρότητα Πίνακας 5.1: Ιδιότητες εδαφών οι οποίες χρησιμοποιούνται για την κατάταξή τους. ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 26

28 Γενικά, οι ιδιότητες των εδαφικών κόκκων είναι μονίμου φύσεως, σε αντίθεση με αυτές του εδάφους σαν άθροισμα κόκκων, οι οποίες μεταβάλλονται αναλόγως με τις συνθήκες. Για την ολοκληρωμένη απόκτηση πληροφοριών προτιμάται να προσδιορίζονται οι ιδιότητες του εδάφους σαν σύνολο σε αδιατάραχτα εδαφικά δείγματα. Ο τρόπος αυτός είναι ο πιο δαπανηρός αλλά μέσα από αυτόν προκύπτει μια ολοκληρωμένη εικόνα για το έδαφος. Τα πιο σημαντικά συστήματα κατάταξης εδαφών τα οποία εφαρμόζονται στην εδαφομηχανική είναι τα εξής: 1. Κατάταξη εδαφών με βάση την κοκκομετρική σύνθεση 2. Κατάταξη εδαφών κατά AASHTO 3. Κατάταξη με την χρήση λογισμικού (Classification of Soils.xls) 4. Κατάταξη εδαφών κατά USCS Πηγές: Εδαφομηχανική Τόμος I των Χριστοδ. Λαγιώτη και Κωνστ. Σπηλιωτοπούλου, Γραμματικόπουλος Γ., Μάνου Ανδρεάδου Ν., Χατζηγώγος ttp://users.ntua.gr/ 5.3 Κατάταξη εδαφών κατά AASHTO American Association of State Highway (AASHTO) είναι ένα σύστημα κατάταξης εδαφών το οποίο βασίζεται στην κατανομή των σωματιδίων του εδάφους και στα όρια Atterberg (όριο υδαρότητας και όριο πλαστικότητας). Χρησιμοποιείται για την κατασκευή έργων οδοποιίας (αναχώματα, βάσεις, υποβάσεις, θεμελιώσεις). Από το AASHTO σύστημα προκύπτουν τρεις κατηγορίες εδάφους : 1. Χονδρόκοκκα εδάφη 2. Αμμοχάλικο 3. Άργιλος (Λάσπη Clay) ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 27

29 Πηγές: Γραμματικόπουλος Γ., Μάνου Ανδρεάδου Ν., Χατζηγώγος 5.4 Κατάταξη εδαφών κατά USCS Unified Soil Classification System (USCS), αρχικά το σύστημα αυτό δημιουργήθηκε από τον καθηγητή Casagrande κατά τον δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο, για την κατασκευή αερολιμένων. Είναι ένα σύστημα κατάταξης εδαφών το οποίο βασίζεται στην κατανομή των σωματιδίων του εδάφους, στα επικρατέστερα συστατικά από τα οποία αποτελείται και στα όρια Atterberg (όριο υδαρότητας και όριο πλαστικότητας). Χρησιμοποιείται περισσότερο από κάθε άλλο σύστημα στην γεωτεχνική. Οι μηχανικοί το εφαρμόζουν συνήθως στις κατασκευές φραγμάτων και θεμελίων. Οι τέσσερεις βασικές κατηγορίες εδάφους σύμφωνα με το USCS είναι: 1. Λεπτόκοκκα εδάφη 2. Οργανικά εδάφη 3. Τύφρη 4. Αδρομερής άμμος Πηγές: Εδαφομηχανική Τόμος I των Χριστοδ. Λαγιώτη και Κωνστ. Σπηλιωτοπούλου Τσότσος Στ. (1991), Εδαφομηχανική - Θεωρία Μέθοδοι Εφαρμογές ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 28

30 5.5 Κατάταξη με βάση την κοκκομετρική σύνθεση του εδάφους Η κοκκομετρική ανάλυση είναι από τις πιο βασικές μεθόδους κατάταξης εδαφών και χρησιμοποιείται διεθνώς. Η καταλληλότητα ενός εδάφους ως υλικό θεμελίωσης ή ως δομικό υλικό για έργα οδοποιίας, συγκοινωνιακά έργα, κατασκευή φραγμάτων, αναχωμάτων, προσχώσεων κλπ., εξαρτάται από τον προσδιορισμό των διαμέτρων των κόκκων, ως ποσοστού του συνολικού όγκου του θεωρούμενου εδάφους. Οι πληροφορίες που προκύπτουν από την κοκκομετρική ανάλυση διευκολύνουν την πρόβλεψη της συμπεριφοράς του εκάστοτε εδάφους, δηλαδή την αντοχή στην παραμόρφωση και το ποσοστό διήθησης. Εικόνα 5.1: Διάταξη κοκκομετρικής δοκιμής ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 29

31 Στην πραγματικότητα προσδιορίζεται το εύρος των διαφόρων μεγεθών κόκκων από το οποίο αποτελείται ένα δείγμα και όχι κάθε διαφορετικό κοκκομετρικό μέγεθος. Αυτό συμβαίνει λαμβάνοντας την ποσότητα του υλικού που διέρχεται μέσα από ένα κόσκινο συγκεκριμένου ανοίγματος και συγκρατείται στο αμέσως μικρότερου ανοίγματος κόσκινο της σειράς. Στη συνέχεια συσχετίζεται η ποσότητα αυτή με το συνολικό δείγμα. Τα κόσκινα είναι κατασκευασμένα από σύρμα πλεγμένο σε τετραγωνικά ανοίγματα τα οποία κυμαίνονται από (mm) έως (mm). Μια σειρά κοσκίνων αποτελείται συνήθως από έξι με εφτά κόσκινα η κατάταξη των οποίων γίνεται με βάση το άνοιγμα τους, το οποίο διπλασιάζεται από το κατώτερο προς το ανώτερο (6, 12, 24 mm) έτσι ώστε να απεικονίζονται στο λογαριθμικό διάγραμμα σε ίσες αποστάσεις. Εικόνα 5.2: Μεγέθη κοσκίνων ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 30

32 Εικόνα 5.3: Τυποποιημένα ανοίγματα κοσκίνων για την εκτέλεση της δοκιμής κοκκομετρικής διαβαθμίσεως. Το αποτέλεσμα της κοκκομετρικής δοκιμής παρουσιάζεται σε διάγραμμα με την μορφή καμπύλης. Στο διάγραμμα χρησιμοποιείται λογαριθμική κλίμακα καθώς η λεπτόκοκκη μάζα έχει κλάσματα της τάξης των 2.00 (mm), και μεγαλύτερο, έως και (mm) και έτσι απαιτείται μεγάλη κλίμακα για να αποδοθούν όλα τα μεγέθη με την ίδια ακρίβεια. Επίσης χρησιμοποιώντας την λογαριθμική κλίμακα επιτυγχάνεται η επίτευξη καλύτερης εποπτείας της κατανομής του εδάφους και η δυνατότητα σύγκρισής του με άλλα εδάφη. Η παρουσίαση των αποτελεσμάτων της κοκκομετρικής δοκιμής γίνεται ως εξής : οι τιμές στον κατακόρυφο άξονα αντιπροσωπεύουν το διερχόμενο ποσοστό κόκκων ενώ στον οριζόντιο άξονα προβάλλεται η διάμετρος των κοσκίνων. Επίσης, τα μεγέθη των κόκκων αυξάνονται από αριστερά προς τα δεξιά. ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 31

33 Υπάρχουν τρεις κατηγορίες με βάση τις οποίες αξιολογούνται οι καμπύλες που προκύπτουν από την κοκκομετρική δοκιμή, όπου στην συνέχεια γίνεται ο προσδιορισμός του εδάφους. Οι κατηγορίες είναι οι εξής: 1. Ομοιόμορφο έδαφος: η καμπύλη έχει ισχυρή κλίση, δείχνει ότι οι κόκκοι του εδάφους είναι περίπου ίδιου μεγέθους. 2. Καλά διαβαθμισμένο έδαφος: η καμπύλη έχει ομαλή κλίση, δείχνει ευρεία σειρά μεγέθους. 3. Μίγμα δύο ή περισσοτέρων ομοιόμορφων υλικών : η καμπύλη παρουσιάζει τμήμα διάφορης καμπυλότητας. Από την θέση της καμπύλης μέσα στο διάγραμμα προσδιορίζεται ο τύπος του εδάφους π.χ. αργλιλώδης ιλύς, ενώ από την μορφή της κοκκομετρικής καμπύλης προσδιορίζονται οι διαφορετικές συνθήκες ιζηματογένεσης. Στα παρακάτω διαγράμματα παρουσιάζονται τρεις διαφορετικοί τύποι διαγραμμάτων ανάλογα με την διαβάθμιση των κόκκων του εδάφους. Σχήμα 5.1: Άμμος καλής διαβάθμισης με χαλίκια και άργιλο (C u = 21.4, C c = 1.1) ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 32

34 Σχήμα 5.2: Άμμος κακής διαβάθμισης (C u =1.8, C c =0.9). Κυριαρχεί το υλικό με διάμετρο 0.85 mm (μέγιστη συγκράτηση υλικού στο κόσκινο Νο20). Σχήμα 5.3: Χαλίκια με άμμο, κακής διαβάθμισης (C u =57.3, C c =0.3). Απουσιάζουν τα μεγέθη κόκκων μεταξύ 4.75 mm και 0.85 mm. (δεν συγκρατείται υλικό στα κόσκινα Νο10 και Νο20). ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 33

35 Σχήμα 5.4: Κοκκομετρικές καμπύλες διαφόρων εδαφικών σχηματισμών Σχήμα 5.5: Κοκκομετρικές καμπύλες διαφόρων εδαφικών σχηματισμών ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 34

36 Το διάγραμμα αυτό συγκεντρώνει τα τρία παραπάνω διαγράμματα όπου μπορούμε να σχηματίζουμε μια ολοκληρωμένη εικόνα και να τα συγκρίνουμε. Το διάγραμμα αυτό απεικονίζει κοκκομετρικές καμπύλες τριών εδαφών. Το έδαφος 1 είναι ένα καλά διαβαθμισμένο έδαφος το οποίο συνεπάγεται ότι οι λεπτοί κόκκοι εισχωρούν στα κενά μεταξύ των μεγαλύτερων κόκκων με αποτέλεσμα το έδαφος να έχει αντοχή στην διάβρωση, να παραμορφώνεται λίγο. Η καμπύλη 2 αντιστοιχεί σε ένα έδαφος το οποίο έχει κακή διαβάθμιση καθώς επικρατεί ένα μέγεθος κόκκου (με την ίδια διάμετρο) με συνέπεια αυτό, να εμφανίζει μεγάλα κενά. Τέλος το 3 έδαφος είναι κακής διαβάθμισης καθώς στερείται κόκκων με διαμέτρους που να καλύπτουν μεγάλο εύρος. Γενικά, οι κατηγορίες στις οποίες κατατάσσονται είναι τρεις : άμμος (0.5mm), ιλύς (0.05mm) και άργιλος (<0.002mm). Φυσικά στο έδαφος μπορεί να περιέχονται και κόκκοι με μεγαλύτερο μέγεθος όπως χαλίκια ή πέτρες. Η παρουσία τους είναι ανεπιθύμητη στις περισσότερες περιπτώσεις καθώς παρεμποδίζουν την μηχανική σύσταση του εδάφους. Η περιεκτικότητα των εδαφών σε άμμο, ιλύς και άργιλο προσδίδουν στο έδαφος τις ιδιότητες και η αναλογία που υπάρχει, χαρακτηρίζει την κοκκομετρική (μηχανική) σύσταση του εδάφους, η οποία είναι αυτή που καθορίζει το μέγεθος και το σχήμα των κενών (πόροι) μέσα στα οποία θα κινηθεί το νερό και ο αέρας. Το μέγεθος των κόκκων των χονδρόκοκκων εδαφών κυμαίνονται μεταξύ των τιμών 2 (mm) (mm) και των λεπτόκοκκων εδαφών μεταξύ 0.06 (mm) (mm) και οι άργιλοι έχουν μέγεθος μικρότερο από (mm). Πιο αναλυτικά: ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 35

37 Όρια διαμέτρων σε (mm) Κλάσματα μηχανικής Αμερικανική Διεθνής σύστασης κλίμακα κλίμακα Πολύ χονδρή άμμος 2,00-1,00 2,00-0,20 Μέση άμμος 1,00-0,50 Λεπτή άμμος 0,50-0,25 0,20-0,02 Πολύ λεπτή άμμος 0,10-0,05 Ιλύς 0,05-0,002 0,02-0,002 Άργιλος < 0,002 < 0,002 Λεπτή άργιλος < 0,0002 < 0,0002 Πίνακας 5.2 :Κατάταξη των εδαφικών κλασμάτων σε ομάδες κατά το Αμερικάνικο και Διεθνές σύστημα. Άργιλοι Ίλυς Άμμοι Χάλικες Κροκάλες Λεπτές Μέσες Χονδρές Λεπτές Μέσες Χονδρές Λεπτές Μέσες Χονδρές Διαστάσεις κόκκων (mm) Πίνακας 5.3: Όρια μεγεθών κόκκων εδαφικών υλικών Πηγές: ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 36

38 Η ακρίβεια της ανάλυσης αυτής θα μπορούσε να αμφισβητηθεί κυρίως για δείγματα με μεγάλη περιεκτικότητα σε λεπτόκοκκο υλικό. Η ορθότητα των αποτελεσμάτων εξαρτάται από το δείγμα, δηλαδή αν αυτό είναι αντιπροσωπευτικό και περιέχει συσσωματώματα κόκκων και όχι τα πιο στοιχειώδη κομμάτια. 5.6 Κατάταξη με την χρήση λογισμικού (Classification of Soils.xls) Με την βοήθεια του λογισμικού φύλλου υπολογισμών ClassificationOFSoils.xls (Microsoft Excel) πραγματοποιείται ταξινόμηση των εδαφών. Το φύλλο βασίζεται στους πίνακες ταξινόμησης (ASTM) και με το πρόγραμμα VBA (Visual Basic for Applications) γίνεται η ταξινόμηση. ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 37

39 Τα δεδομένα εισόδου για το λογισμικό είναι: 1. τα δεδομένα από την κοκκομετρική δοκιμή 2. η πλαστικότητα των λεπτόκοκκων υλικών 3. παρουσία τυχόν οργανικών υλικών Πηγές: ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 38

40 6. ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ Κάθε εδαφική απόθεση εμφανίζει χαρακτηριστική τομή η οποία ονομάζεται τομή του εδάφους. Σχηματίζεται λόγω της επιφανειακής διάβρωσης και της ενέργειας εκπλύσεως του νερού καθώς αυτό διεισδύει στο έδαφος. Στα τοιχώματα της τομής του εδάφους διακρίνονται διαφορετικού πάχους στρώματα τα οποία ονομάζονται εδαφικοί ορίζοντες. Οι εδαφικοί ορίζοντες διαφέρουν μεταξύ τους ως προς το χρώμα, το μέγεθος, τη σύσταση εδαφικών σωματιδίων καθώς και ως προς τον τρόπο που ενώνονται τα σωματίδια μεταξύ τους. Υπάρχουν τρεις κύριοι εδαφικοί ορίζοντες A,B και C όπως φαίνεται και στο ακόλουθο σχήμα. Εικόνα 6.1: Κύριοι εδαφικοί ορίζοντες ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 39

41 Ο ορίζοντας Ο ουσιαστικά είναι ένα στρώμα το οποίο δημιουργείται στην επιφάνεια του εδάφους από οργανικά υλικά τα οποία έχουν αρχίσει να αποσυντίθενται χωρίς όμως να έχει ολοκληρωθεί η αποσύνθεσή τους, υλικά όπως φύλλα, κλαδιά και άλλα φυτικά υπολείμματα. Το στρώμα αυτό συναντάται σε εδάφη που είναι ακαλλιέργητα και γενικά σε ώριμα εδάφη. Ο ορίζοντας Α είναι ο ανώτερος ορίζοντας. Εκτίνεται σε βάθος (cm), είναι πλούσιος σε οργανικές ουσίες στις οποίες οφείλεται το σκουρόχρωμο χρώμα, περιέχει μερικά ανόργανα ορυκτά, ζωντανούς οργανισμούς και χημικά οξέα. Αποτελεί την ζώνη από την οποία διεισδύουν τα υλικά στα χαμηλότερα στρώματα και γι αυτό ονομάζεται αποπλυμένος. Επίσης ο ορίζοντας Α έχει την μεγαλύτερη βιολογική δραστικότητα από τις άλλες στρώσεις. Ο ορίζοντας Β είναι το υπέδαφος στο οποίο καταλήγουν τα υλικά που στραγγίζει ο ορίζοντας Α. Αποτελείται από αργιλικά υλικά καθώς και από οξείδια σιδήρου (Fe), αργιλίου (Al), μαγγανίου (Mn), γι αυτό ονομάζεται εμπλουτισμένος. Οι ρίζες των φυτών διεισδύουν εύκολα στον ορίζοντα Β και αντλούν θρεπτικά συστατικά. Τέλος ο ορίζοντας C αποτελείται από τα υλικά του μητρικού πετρώματος, δηλαδή από ορυκτά συστατικά του κύριου εδάφους, γι αυτό ονομάζεται μητρικός ορίζοντας. Στο ανώτερο τμήμα του, τα υλικά συνήθως είναι θρυμματισμένα. Η ανάπτυξη μιας τομής εδάφους με τους διαφορετικούς ορίζοντες της δεν αποτελεί τυχαίο γεγονός. Οι ορίζοντες των εδαφών τα οποία έχουν σχηματισθεί από το μητρικό πέτρωμα, στο οποίο έχουν επιδράσει όμοιες εξωτερικές κλιματολογικές συνθήκες και βλάστηση, παρουσιάζουν συγκεκριμένο πάχος και χαρακτηριστικά. Αυτά αποτελούν την συγκεκριμένη σειρά εδάφους όπου και αν βρίσκονται, σε αντίθεση με τα εδάφη τα οποία σχηματίστηκαν από παρόμοια υλικά τα οποία υπέστησαν επίδραση από διαφορετικούς παράγοντες κατά είδος και κατά ένταση. Αυτά τα εδάφη δεν έχουν την ίδια τομή και ούτε συνιστούν την ίδια σειρά εδάφους. Οι περιοχές οι οποίες συνιστούν την ίδια σειρά εδάφους χαρτογραφούνται, κάτι το οποίο έχει μεγάλη σημασία για την σταθεροποίηση του εδάφους με την ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 40

42 κατάλληλη ποσότητα τσιμέντου καθώς και για το ποσοστό αυτού που θα χρησιμοποιηθεί για την επαρκή σκλήρυνσή του. Αν προσδιοριστεί μέσω εργαστηριακών δοκιμών η απαιτούμενη ποσότητα τσιμέντου για μια δεδομένη σειρά εδάφους δεν απαιτούνται περαιτέρω δοκιμές οπουδήποτε και αν συναντηθεί αυτό το έδαφος αποτελούμενο από τους ίδιους ορίζοντες. Το έδαφος αποτελείται από στέρεα συστατικά (στερεή φάση), από νερό (υγρή φάση) και από αέρα, όπως προαναφέρθηκε. Σε ένα ιδανικό έδαφος ο όγκος που καταλαμβάνουν τα στέρεα συστατικά είναι 50 (%), ενώ το υπόλοιπο 50 (%) του όγκου του εδάφους είναι οι πόροι που γεμίζουν ισόποσα περίπου, με 25 (%) νερό και 25 (%) αέρα. Η στερεή φάση του εδάφους καταλαμβάνει περίπου το μισό του όγκου του και αποτελείται από ανόργανα και οργανικά συστατικά. Τα ανόργανα συστατικά ανάλογα με το μέγεθος των κόκκων τους χαρακτηρίζονται σαν άμμος, άργιλος και ιλύς ή κόκκους με μεγαλύτερο μέγεθος όπως χαλίκια ή πέτρες. Τα οργανικά συστατικά ή αλλιώς χούμους τα οποία συναντάμε στο μεγαλύτερο μέρος τους στην άργιλο, αντιπροσωπεύουν ένα πολύ μικρό ποσοστό της στερεής φάσης του εδάφους που όμως αποτελεί ένα πολύ σημαντικό συστατικό. Αποτελούνται από οργανικές ενώσεις που προέρχονται κυρίως από φυτικά υπολείμματα κατά τη σταδιακή αποσύνθεσή τους. Η σταδιακή αποσύνθεσή τους γίνεται με τη βοήθεια μικροοργανισμών που οδηγεί στην απελευθέρωση θρεπτικών στοιχείων και στο σχηματισμό ενός σχετικά σταθερού προϊόντος που ονομάζεται χούμους του εδάφους. Η παρουσία του χούμου στο έδαφος του δίνει την δυνατότητα να συγκρατεί περισσότερο νερό. Η υγρή φάση του εδάφους αποτελείται από νερό το οποίο εισέρχεται στο έδαφος μετά από βροχή ή άρδευση. Στην πραγματικότητα είναι ένα αραιό διάλυμα ηλεκτρονίων το οποίο ονομάζεται εδαφικό διάλυμα. Η ποσότητα του νερού στο έδαφος εξαρτάται από τη μηχανική σύσταση και τη φύση της αργίλου και παίζει σημαντικό ρόλο στη διαμόρφωση ορισμένων φυσικών ιδιοτήτων του. ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 41

43 Ο αέρας του εδάφους καταλαμβάνει ένα μέρος του πορώδους της στερεής φάσης. Η σχέση του με το νερό είναι αντιστρόφως ανάλογη, δηλαδή όσο πιο πολύ νερό υπάρχει στο έδαφος τόσο λιγότερο αέρα περιέχει αυτό, και αντίστροφα. Η κίνηση του αέρα μέσα στο έδαφος εξαρτάται από το μέγεθος των πόρων που επικρατούν στην στερεή φάση και την ποσότητα υγρής φάσης που παραμένει σ αυτήν. Οι μέσου μεγέθους πόροι είναι εκείνοι που εξασφαλίζουν ίση συμμετοχή κατ όγκων της υγρής και της αέριας φάσης στο έδαφος. Τέλος, το έδαφος περιλαμβάνει μια πληθώρα βιολογικών δραστηριοτήτων στις περισσότερες από τις οποίες συμμετέχουν και πλήθος ζωντανών οργανισμών (βακτήρια, τρωκτικά, σκουλήκια). Ο αριθμός και το είδος των ζώντων οργανισμών μεταβάλλονται με το βάθος του εδάφους, την περιεκτικότητα του σε οξυγόνο και την οργανική ουσία. Πηγές: Εδαφομηχανική Τόμος I των Χριστοδ. Λαγιώτη και Κωνστ. Σπηλιωτοπούλου ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 42

44 7. ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΔΟΚΙΜΩΝ Ο κλάδος της εφαρμοσμένης μηχανικής που μελετάει την συμπεριφορά και τις μηχανικές ιδιότητες του εδάφους, όπως έχει προαναφερθεί, είναι η εδαφομηχανική. Πραγματεύεται την αντοχή του εδάφους, τη συμπεριφορά του σύμφωνα με την περιεχόμενη υγρασία, τις μεθόδους σχεδιασμού τεχνικών έργων που εδράζονται και αλληλεπιδρούν με αυτό, όπως θεμελιώσεις κτηρίων και γεφυρών, οδοστρώματα, σήραγγες καθώς και των κατασκευών από έδαφος όπως χωμάτινα φράγματα, επιχώματα οδοποιίας κ.α. Οι ιδιότητες του εδάφους προσδιορίζονται με τις δύο μεθοδολογίες που ακολουθούν: Επί τόπου δοκιμές. Κατά την διαδικασία αυτή οι δοκιμές γίνονται στην τοποθεσία, το έδαφος, δηλαδή, κατασκευής του έργου (εργοτάξιο), αν και δεν διαθέτουν την ακρίβεια των εργαστηριακών δοκιμών όσον αφορά τον προσδιορισμό γεωτεχνικών παραμέτρων. Πολλές φορές χρειάζεται να προσδιοριστούν μόνο αυτές για να σχηματιστεί εικόνα για τις ιδιότητες του εδάφους. Για παράδειγμα, ο προσδιορισμός της αντοχής της άμμου με εργαστηριακές δοκιμές είναι δύσκολος καθώς προκαλείται έντονη διατάραξη κατά την δειγματοληψία, γι αυτό η συνήθης επί τόπου δοκιμή για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων της άμμου είναι η δοκιμή διείσδυσης (SPT Standard Penetration Test). Εργαστηριακές δοκιμές. Στην περίπτωση αυτή γίνεται δειγματοληψία με την χρήση συνήθως γεωτρύπανων με την χρήση των οποίων λαμβάνονται εδαφικά δείγματα και μεταφέρονται στο εργαστήριο όπου προσδιορίζονται οι μηχανικές και φυσικές τους ιδιότητες (γεωτεχνικοί παράμετροι), με εργαστηριακές μεθοδολογίες. Οι εργαστηριακές δοκιμές έχουν τυποποιηθεί από διάφορους φορείς ώστε να υπάρχει η δυνατότητα αναπαραγωγής των εργαστηριακών δοκιμών και η εξαγωγή ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 43

45 συμβατών αποτελεσμάτων μεταξύ διαφορετικών εργαστηρίων. Τέτοιοι φορείς είναι η ΕΛΟΤ για την Ελλάδα αλλά και διεθνείς φορείς όπως οι ISO, ASTM, UCS, BST, DIN κ.α. Οι προδιαγραφές του ΕΛΟΤ για τις εργαστηριακές και επιτόπου δοκιμές εδαφομηχανικής εκδίδονται από το ΚΕΔΕ (Κέντρο Ελέγχου Δημοσίων Έργων) σε έντυπα που περιγράφουν τις μεθόδους διεξαγωγής και επιπλέον αποτελούν νόμο του κράτους (ΦΕΚ - Τεχνικές προδιαγραφές δοκιμών εδαφομηχανικής). Η τήρηση αυτών των προδιαγραφών είναι υποχρεωτική από τα εργαστήρια, προκειμένου τα αποτελέσματα των δοκιμών να χρησιμοποιηθούν στον σχεδιασμό έργων. Παρουσιάζεται η ονοματολογία των πιο συνηθισμένων δοκιμών εδαφομηχανικής και βραχομηχανικής μαζί με προδιαγραφές που εφαρμόζονται: Πίνακας 7.1: Εργαστηριακές δοκιμές εδαφομηχανικής Α/Α ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ 1 Προπαρασκευή σε ξηρή κατάσταση Ε105-86, παρ. 1 διαταραγμένου δείγματος. 2 Προσδιορισμός φυσικής υγρασίας εδάφους. Ε105-36, παρ. 2, ASTM D Προσδιορισμός φαινόμενου βάρους, συν. E105-86, παρ. 3 υλικού. 4 Προσδιορισμός ειδικού βάρους εδαφών. Ε105-36, παρ. 4, ASTM D Προσδιορισμός ορίων υδαρότητας, πλαστικότητας. Ε105-36, παρ.5.6, ASTM D Προσδιορισμός κόκκου, αναλ. ξηράς μεθόδου. E105-36, παρ.7, ASTM C Προσδιορισμός υλικού λεπτότερου του Νο 200 E105-36, παρ.8, ASTM C Κοκκομετρική ανάλυση με αραιόμετρο. E105-36, παρ. 9, ASTM C ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 44

46 9 Προσδιορισμός σχέσης υγρασίας E105-36, παρ , πυκνότητας εδαφών (Proctor test Standard και ASTM D 1557 Modified). 10 Προσδιορισμός καλιφ. Λόγου φερ. ικανότητας E105-36, παρ. 125, CBR. ASTM D Δοκιμή μονοδιάστατης στερεοποιήσεως. E105-36, παρ. 13, ASTM D Δοκιμή ανεμπόδιστης θλίψης. E105-36, παρ. 14, ASTM D Τριαξονική δοκιμή. Ε105-86, παρ , ASTM D Τριαξονική δοκιμή CUPP. Ε105-86, παρ , ASTM D Τριαξονική δοκιμή CD. E105-86, παρ Δοκιμή ταχείας διάτμησης χωρίς Ε105-86,παρ στερεοποίηση (UU). 2.1,ASTM D Δοκιμή ταχείας διάτμησης με στερεοποίηση. Ε105-86,παρ ,ASTM D Δοκιμή βραδείας διάτμησης με στερεοποίηση. Ε105-86,παρ ,ASTM D Δοκιμή υδατοπερατότητας σταθερού ύψους. E105-86, παρ. 17, Ε-13 USBR Δοκιμή υδατοπερατότητας μεταβλητού ύψους. E105-86, παρ. 18, Ε-13 USBR Προσδιορισμός συντελεστή υδατοπερατότητας E105-86, παρ. 19, Ε-13 στην συσκευή στερεοποίησης. USBR Δοκιμή Vane. ASTM D Δοκιμή συμπύκνωσης HARVARD. S.P. WILSON 24 Δοκιμή PIN-HOLE. J.O.G.E.D., p /76 25 Προσδιορισμός οργανικών ουσιών. AASHTO T ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 45

47 26 Προσδιορισμός ανθρακικού ασβεστίου. ASTM D Προσδιορισμός θειικών αλάτων και ιόντων. ASTM C Πίνακας 7.2: Εργαστηριακές δοκιμές βραχομηχανικής Α/Α ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ 1 Προετοιμασία κυλινδρικού δοκιμίου βραχώδους δείγματος. 2 Φυσική υγρασία δείγματος πετρώματος. 3 Προσδιορισμός πορώδους και πυκνότητας. 4 Προσδιορισμός αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη. 5 Προσδιορισμός αντοχής σε σημειακή φόρτιση. 6 Προσδιορισμός αντοχής σε τριαξονική θλίψη. 7 Προσδιορισμός σκληρότητας, με την σφύρα Schmidt. - E103-84, παρ. 1 E103-84, παρ. 3 E103-84, παρ. 4, ASTM D E103-84, παρ. 5 E103-84, παρ. 6, ASTM D E103-84, παρ. 7, ISRM Suggested ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 46

48 8. ΣΥΣΤΗΜΑ ATTERBERG 8.1 Γενικά Οι φυσικές ιδιότητες και η συμπεριφορά των αργιλικών και των οργανικών εδαφών επηρεάζονται σημαντικά από την μεταβολή της περιεχόμενης σε αυτά, υγρασίας. Ο όρος συνεκτικότητα χρησιμοποιείται για την περιγραφή της κατάστασης ενός εδάφους, όσον αφορά την υγρασία του. Για τα πλαστικά υλικά, η συνεκτικότητα έχει έννοια ανάλογη με το ιξώδες των ρευστών και με την σκληρότητα των στερεών. Ο βαθμός πλαστικότητας των αργιλικών εδαφών είναι το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό τους. Ως πλαστικό υλικό χαρακτηρίζεται το υλικό που έχει την δυνατότητα να σχηματοποιείται, εντός μιας ορισμένης περιοχής περιεχόμενης υγρασίας, και να διατηρεί αυτό το σχήμα όταν παύει να υφίσταται η πίεση που προκάλεσε την παραμόρφωση ή να παραμορφώνεται συνεχώς χωρίς να θραύεται καθώς εφαρμόζεται διατμητική τάση, χωρίς παράλληλα να μεταβάλλεται σε μεγάλο βαθμό ο όγκος του. Οι μηχανικές ιδιότητες των εδαφών μεταβάλλονται καθώς αλλάζει η συνεκτικότητά τους, επομένως η κατάταξη ενός εδάφους μόνο βάσει της υφής του δεν είναι επαρκής, αλλά είναι αναγκαίο να λαμβάνεται υπόψη και η συνεκτικότητά του για τις εφαρμογές της εδαφομηχανικής. Καθώς η συνεκτικότητα μεταβάλλεται με την μεταβολή της υγρασίας και τον βαθμό κορεσμού, είναι δυνατόν στις περισσότερες περιπτώσεις να χρησιμοποιείται η περιεκτικότητα ενός εδάφους σε νερό, ως δείκτης της συνεκτικότητάς του. Πάντως, έχει διαπιστωθεί ότι με την ίδια ποσότητα περιεχόμενης υγρασίας ένα εδαφικό δείγμα αργίλου δύναται να είναι σχετικά μαλακό ενώ ένα άλλο δείγμα αργίλου να είναι σκληρό. Επίσης, μία μικρή μεταβολή στην περιεκτικότητα της υγρασίας ενός δείγματος είναι δυνατόν να επιφέρει ελάχιστη αλλαγή στην σύστασή του, ενώ η ίδια μεταβολή σε άλλο δείγμα δύναται να μετατρέψει την ρευστή άργιλο σε στερεή. Επομένως, συνάγεται το συμπέρασμα ότι από μόνη της η ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 47

49 περιεκτικότητα της υγρασίας δεν είναι επαρκές δεδομένο για τον προσδιορισμό του δείκτη της συνεκτικότητας. Για τον λόγο αυτό ο Atterberg εισήγαγε σύστημα τυποποίησης της κατάταξης των πλαστικών εδαφών, ως προς την συνεκτικότητά τους, το οποίο σύστημα υιοθετήθηκε καθολικά και χρησιμοποιείται εκτεταμένα στην εδαφομηχανική. Με βάση το σύστημα Atterberg καθορίστηκαν τέσσερις καταστάσεις συνεκτικότητας για λεπτόκοκκα εδάφη : η ρευστή, η πλαστική, η ημιστερεή και η στερεή. 8.2 Ιστορική ανασκόπηση Το έτος 1911 ο σουηδός επιστήμονας Albert Atterberg, ανακοίνωσε την μελέτη του για την πλαστικότητα της αργίλου. Προσδιόρισε την πλαστικότητα ως την δυνατότητα σχηματοποίησης της αργίλου και η καλύτερη ένδειξη για αυτήν την δυνατότητα ήταν η ικανότητα σχηματισμού κυλίνδρων. Κατά την εποχή εκείνη στα γεωργικά εγχειρίδια αναγράφονταν πέντε κατηγορίες εδαφών : αργιλώδες, ιλυοαργιλώδες, αμμώδες, ασβεστούχο και οργανικό. Ο Atterberg παρατήρησε ότι : Τα αργιλικά εδάφη σε υγρή κατάσταση είναι πλαστικά και όταν ξηραθούν καθίστανται πολύ σκληρά. Τα ιλυοαργιλώδη εδάφη δεν είναι τόσο πλαστικά και καθίστανται λιγότερο σκληρά μετά την ξήρανση. Η άμμος σε ξηρή κατάσταση είναι χαλαρή Η παρουσία οργανικής ύλης στο έδαφος επιδρά στην πλαστικότητά του. Η προσοχή του Atterberg αρχικά στράφηκε στα αργιλικά εδάφη που έχουν γενικά την μεγαλύτερη πλαστικότητα. Μέχρι τότε ήταν γνωστές πολλές μέθοδοι μετρήσεως της πλαστικότητας και προσδιορισμού της τιμής της. O Atterberg αφού μελέτησε και σχολίασε περίπου είκοσι μεθόδους, ανακοίνωσε κατόπιν ότι καμία δεν ήταν αρκετά ικανοποιητική, και τις κατηγοριοποίησε ως εξής: ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 48

50 Μέθοδοι στις οποίες χρησιμοποιείται η άργιλος σε πλαστική κατάσταση. Μέθοδοι που καθορίζουν την πλαστικότητα από την αντοχή της ξηράς αργίλου. Μέθοδοι που χρησιμοποιούν την ικανότητα απορρόφησης νερού, ως μέτρο της πλαστικότητας. Μέθοδοι που υπολογίζουν την πλαστικότητα από την δύναμη «συγκόλλησης» Μέθοδοι που χρησιμοποιούν την ταχύτητα αποσάθρωσης της αργιλικής μάζας εντός του νερού, ως μέτρο της πλαστικότητας, και μέθοδοι παραδεχόμενοι ότι το περιεχόμενο ποσοστό κολλοειδών της αργίλου παρέχει το μέτρο της πλαστικότητας Περίπου οι μισές μέθοδοι που μελέτησε ο Atterberg υπάγονται στην πρώτη ομάδα. Ο Atterberg έφτασε στο συμπέρασμα ότι όλες οι μέθοδοι της πρώτης ομάδας προσδιόριζαν μάλλον την ανθεκτικότητα της αργίλου παρά την πλαστικότητά της. Για τις μεθόδους των υπόλοιπων ομάδων, ο Atterberg συμπέρανε ότι δεν παρέχουν αξιόπιστα αποτελέσματα καθώς το μέτρο πλαστικότητας προσδιορίζονταν σε μη πλαστική κατάσταση της αργίλου. Ο Atterberg ξεκίνησε την μελέτη του για την πλαστικότητα το έτος 1902, χρησιμοποιώντας αρχικά πλυμένους μικροσκοπικούς κόκκους άμμου συμπεραίνοντας πως δεν έχουν πλαστικότητα. Στην συνέχεια ασχολήθηκε κυρίως με την μελέτη της αργίλου. Κατά την διάρκεια των εργασιών με την άργιλο, παρατήρησε πως η κονιοποιημένη άργιλος όταν αναμειγνύεται με μεγάλη ποσότητα νερού σχηματίζει ρευστό μείγμα. Με την προσθήκη μικρότερης ποσότητας νερού το μείγμα της αργίλου καθίστατο ιξώδες ενώ για ακόμη μικρότερη ποσότητα νερού το μείγμα μεταβάλλονταν σε αλοιφώδη και κολλώδη μάζα. Όταν η ποσότητα νερού του κολλώδους μείγματος άρχιζε να εξατμίζεται τότε αυτό έχανε την αλοιφώδη υφή του και καθίστατο δύσκολη η σχηματοποίησή του. Η περαιτέρω μείωση της περιεκτικότητας σε νερό του μείγματος, είχε ως αποτέλεσμα την εξαφάνιση τελείως της παραπάνω ιδιότητας. ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 49

51 Για να καταστήσει δυνατή την ακριβή μελέτη αυτών των εδαφών ο Atterberg καθόρισε πέντε όρια : Το ανώτατο όριο ρευστότητας, δηλαδή το όριο στο οποίο το μείγμα εδάφους - νερού είναι τόσο υδαρές ώστε συμπεριφέρεται σαν ρευστό. Το κατώτατο όριο ρευστότητας ή όριο ροής, δηλαδή το όριο της περιεκτικότητας νερού κατά το οποίο δύο μικρά τεμάχια του μείγματος που τοποθετούνται εντός της κάψας και υφίστανται κρουστικές δυνάμεις, δεν συνενώνονται μεταξύ τους. Το όριο συγκολλητικότητας, είναι το όριο κατά το οποίο η άργιλος δεν είναι πλέον κολλώδης. Το όριο κυλινδρώσεως, το όριο κατά το οποίο η ζύμη της αργίλου δεν είναι δυνατόν να κυλινδρωθεί περαιτέρω σε ραβδίσκους, και το όριο συνοχής, το όριο στο οποίο η άργιλος δεν επιδέχεται πλέον συμπίεση. Εικόνα 8.1: Όρια Atterberg ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 50

52 Πριν την συμπλήρωση της μελέτης, ο Atterberg προσδιόρισε την θέση του ορίου συρρικνώσεως σε σχέση με το όριο κυλινδρώσεως. Το όριο συρρίκνωσης είναι αυτό κατά το οποίο η εδαφική μάζα παύει να συρρικνώνεται. Το συγκεκριμένο όριο κατά τον Atterberg έχει μεγάλη σημασία για την κεραμική. Παρότι παρατήρησε ότι το όριο συρρίκνωσης ήταν πάντα μικρότερο του ορίου κυλινδρώσεως, παραταύτα δεν βρήκε σταθερή σχέση που να συνδέει τα δύο μεγέθη. Όλα τα παραπάνω όρια εκφράζονταν επί τοις εκατό της περιεχόμενης υγρασίας, επί του βάρους του δείγματος μετά την ξήρανσή του στον κλίβανο. Επειδή ο Atterberg παρατήρησε ότι η ικανότητα κυλίνδρωσης αποτελούσε την καλύτερη ένδειξη της πλαστικότητας ενός δείγματος, προέβη στην μελέτη της ικανότητας κυλινδρώσεως ένα μεγάλο φάσμα κατηγορίας εδαφών. Δεδομένου ότι, τα εδάφη στο όριο ρευστότητας και στο όριο συνοχής δεν ήταν δυνατό να κυλινδρωθούν, δεν εξετάστηκαν σε αυτά τα όρια. Για την εκτέλεση των δοκιμών, ο Atterberg ξήρανε το έδαφος και κονιοποιούσε το συσσωματώματά του, για να χωρίσει στην συνέχεια το μείγμα σε δύο κλάσματα με την χρήση κόσκινου οπής 0,2 (mm). Για την εκτέλεση της δοκιμής ροής, λαμβάνονταν ποσότητα περίπου 5 γραμμαρίων από την ποσότητα μείγματος της παραπάνω δοκιμής, το οποίο τοποθετούνταν μέσα σε μικρή κάψα από πορσελάνη, διαμέτρου (cm), και αναμειγνύονταν με νερό προς σχηματισμό πολτού. Σταδιακά γινόταν προσθήκη επιπλέον ποσότητας αργίλου ανακατεύοντας παράλληλα με σπάτουλα. Με κάθε προσθήκη, η άργιλος εξεταζόταν ως ακολούθως : πραγματοποιούνταν εξάπλωση με την χρήση της σπάτουλας, εντός της κάψας, ώστε να σχηματιστεί στρώση πάχους μικρότερου του 1 (cm). Εν συνεχεία, η στρώση διαιρούνταν σε δύο μέρη με την βοήθεια της σπάτουλας. Έπειτα, η κάψα χτυπιόνταν δυνατά και επανειλημμένα επί της παλάμης του χεριού, με σκοπό την συνένωση των δύο μερών της υγρής αργιλικής στρώσης. Το όριο ροής επιτυγχάνονταν όταν μετά από επανειλημμένες προσθήκες κονιοποιημένης αργίλου, τα δύο μέρη της αργιλικής στρώσης συνέρρεαν, λόγω των χτυπημάτων, μόνο στο κατώτατο μέρος της χαραγής. Στην ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 51

53 συνέχεια γινόταν ο προσδιορισμός της περιεχόμενης υγρασίας της αργίλου, καθώς μέρος του μείγματος εισάγονταν στον κλίβανο για ξήρανση. Το όριο συγκολλητικότητας ήταν εκείνη την εποχή η κανονική συνεκτικότητα του τεχνολόγου της αργίλου. Η άργιλος θεωρούνταν πως είχε κανονική συνεκτικότητα όταν σταματούσε να κολλά στα δάχτυλα των χεριών. Ο Atterberg αντικατέστησε μέσω της εκτέλεσης της δοκιμής του τα δάχτυλα με μεταλλική σπάτουλα. Για τον προσδιορισμό του ορίου συγκολλητικότητας ο Atterberg πρόσθετε και αναμείγνυε κονιοποιημένη άργιλο στην κολλώδη αργιλική μάζα μέχρις ότου η σπάτουλα θα ήταν αδύνατο να συρθεί στην επιφάνεια της αργιλικής ζύμης χωρίς δυσκολία. Αρχικά, ο Atterberg θεώρησε το όριο συγκολλητικότητας ως το ανώτερο όριο πλαστικότητας, όμως έπειτα από σειρά εξετάσεων όλων των μειγμάτων της αργίλου δίχως την προσθήκη άμμου, ως προς την ικανότητα κυλινδρώσεως στα όρια ροής και συγκολλητικότητας, κατέληξε τελικά ότι το όριο ροής αποτελούσε το ανώτερο όριο πλαστικότητας. Για την εκτέλεση της δοκιμής κυλινδρώσεως, μέρος της αργιλικής ζύμης της προηγούμενης δοκιμής, αναμειγνύονταν συχνά με ακόμη λίγη ποσότητα κονιοποιημένης αργίλου και κυλίονταν με την βοήθεια των δαχτύλων πάνω σε κομμάτι χαρτί για τον σχηματισμό ραβδίσκων. Ο ραβδίσκος διπλώνονταν και κυλίονταν ξανά μέχρις ότου επέλθει η θραύση του κατά την κυλίνδρωση. Όταν οι ραβδίσκοι θραύονταν σε μικρά τεμάχια θεωρούνταν ότι αυτό δεν είχε μεγάλη σημασία, αλλά ήταν απαραίτητο τα μικρά αυτά τεμάχια όταν ξαναδιπλώνονταν να επιτρέπουν την συνέχιση της κυλίνδρωσης. Η κυλίνδρωση του ραβδίσκου ήταν απαραίτητο να συνοδεύεται με αύξηση του μήκους του, διότι μόνο κατά αυτόν τον τρόπο ήταν δυνατό να υπερβεί το όριο κυλινδρώσεως. Επίσης, ο Atterberg μελέτησε την μέθοδο προσδιορισμού της πλαστικότητας του Bischoff (την οποία είχε κατατάξει στην κατηγορία Δ των μεθόδων του) και αυτό γιατί ο Bischoff αναμείγνυε το κονιοποιημένο αργιλικό έδαφος με 1 ως 15 μέρη άμμου και απαραίτητης ποσότητας νερού για τον σχηματισμό μικρών κυλίνδρων. Στην συνέχεια, μετά την ξήρανση, το κυλινδρικό δοκίμιο του μείγματος αργίλου και άμμου παρείχε τον βαθμό της πλαστικότητας. Ο Atterberg σκέφτηκε ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 52

54 ότι θα έδινε σαφέστερα αποτελέσματα η μέθοδος Bischoff, αν ο προσδιορισμός της πλαστικότητας βασιζόταν σε έδαφος που βρίσκεται σε υγρή κατάσταση, παρά σε ξηρή. Γι αυτόν τον λόγο, ο Atterberg κατά την μελέτη αυτής της μεθόδου αναμείγνυε μόνο την διπλάσια (2 προς 1 ποσότητα άμμου) και την μισή (1/2 ποσότητα άμμου) ποσότητα άμμου κατά βάρος, για τον προσδιορισμό της ικανότητας κυλινδρώσεως στο όριο ροής. Οι άργιλοι που έχαναν την ικανότητα κυλίνδρωσής τους στο όριο ροής όταν αναμειγνύονταν με δύο μέρη άμμου, κατατάσσονταν στην πρώτη κατηγορία πλαστικότητας. Οι άργιλοι που ήταν αδύνατο να αναμειχθούν με ένα μέρος άμμου κατατάσσονταν στην δεύτερη κατηγορία, ενώ αυτές που δεν μπορούσαν να αναμειχθούν με ½ μέρος άμμου χωρίς να χάσουν την ικανότητα κυλίνδρωσης, στην τρίτη. Όταν το έδαφος χωρίς προσθήκη ποσότητας άμμου δεν κυλινδρωνόταν σε ραβδίσκους στο όριο ροής ή όταν το όριο ροής συνέπιπτε με το όριο κυλινδρώσεως, το έδαφος χαρακτηρίζονταν ως μη πλαστικό. Δεδομένου ότι η προσθήκη άμμου στην άργιλο για τον προσδιορισμό του βαθμού πλαστικότητας φαινόταν ότι παρείχε ικανοποιητικά αποτελέσματα, ο Atterberg πραγματοποίησε μεγάλο αριθμό δοκιμών. Μέσω αυτών των δοκιμών, παρατήρησε πως υπήρχε σχέση που συνέδεε την κατηγορία πλαστικότητας και την αριθμητική διαφορά μεταξύ των ορίων ροής και κυλινδρώσεως ενός εδάφους. Αυτήν την αριθμητική διαφορά την ονόμασε αριθμό πλαστικότητας. Ο Atterberg παρατήρησε επίσης, πως ο αριθμός πλαστικότητας για τις αργίλους της πρώτης κατηγορίας πλαστικότητας κυμαίνεται από 17 μέχρι 27, για αυτές της δεύτερης από 7 μέχρι 15, ενώ για της τρίτης από 4 μέχρι 7. Τελικώς, ο Atterberg εξήγαγε τα εξής συμπεράσματα : 1. Το όριο ροής και το όριο κυλινδρώσεως αποτελούν τα πραγματικά όρια κυλινδρώσεως. Για περιεχόμενη υγρασία που κυμαίνεται ανάμεσα σε αυτά τα όρια, η άργιλος βρίσκεται σε πλαστική κατάσταση. 2. Ένα έδαφος είναι πλαστικό όταν είναι δυνατόν να κυλινδρωθεί σε ραβδίσκους ευρισκόμενο στο όριο ροής ή κάτω από αυτό. ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 53

55 3. Το καλύτερο μέτρο του βαθμού ή της κατηγορίας πλαστικότητας ενός εδάφους, είναι η αριθμητική διαφορά μεταξύ των τιμών των ορίων ροής και κυλινδρώσεως, δηλαδή ο αριθμός πλαστικότητας. 4. Η συγκεκριμένη μέθοδος προσδιορισμού της πλαστικότητας είναι τόσο απλή, ώστε είναι αναγκαίο να τύχει ευρείας εφαρμογής. Οι μηχανικοί που ασχολούνται με την εδαφομηχανική θεωρούν τις δοκιμές προσδιορισμού της πλαστικότητας των εδαφών του Atterberg, δοκιμές μεγάλης χρησιμότητας και τις χρησιμοποιούν εκτεταμένα. Η διαδικασία εκτέλεσης της δοκιμής του ορίου υδαρότητας τροποποιήθηκε και τελειοποιήθηκε, ενώ συντάχθηκε και πρότυπη μέθοδος, ώστε να εκτελείται ομοιόμορφα από τους διάφορους εκτελεστές. Η διαδικασία προσδιορισμού του ορίου πλαστικότητας προτυποποιήθηκε επίσης, αυτή όμως παρέμεινε η ίδια όπως είχε καθοριστεί από τον Atterberg, με μοναδική προσθήκη ότι ο ραβδίσκος θα πρέπει να κυλινδρώνεται μέχρι διαμέτρου 3 (mm). 8.3 Αλληλεπιδράσεις νερού και εδαφικών κόκκων Τα εδάφη μετά την ξήρανσή τους στο αέρα, περιέχουν ακόμα μικρή ποσότητα υγρασίας που λέγεται υγροσκοπική. Αυτή ανέρχεται σε ποσοστό 0,7 (%) περίπου για τις άμμους και 20 (%) για τις παχιές αργίλους. Η υγροσκοπική υγρασία οφείλεται στο προσροφημένο από τους κόκκους του εδάφους νερό, το οποίο όταν βρίσκεται σε θερμοκρασία δωματίου είναι ισχυρά προσκολλημένο στους κόκκους. Η αιτία της προσροφήσεως είναι το αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο επί της επιφάνειας των κόκκων. Το ηλεκτρικό φορτίο εξαρτάται από την χημική σύνθεση των κόκκων και από την επιφανειακή μοριακή δομή τους. Το ολικό ηλεκτρικό φορτίο εξαρτάται επίσης από το μέγεθος της ολικής επιφάνειας των κόκκων. Στα χονδρόκοκκα εδάφη ο λόγος της επιφάνειας προς τον όγκο του κόκκου είναι μικρός, ενώ στα λεπτόκοκκα και ιδιαίτερα στα έχοντα πεπλατυσμένους ή βελονοειδείς κόκκους ο λόγος μπορεί να είναι εξαιρετικά μεγάλος. ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 54

56 Τα μόρια του νερού είναι πολικά και γι αυτό έλκονται από τους εδαφικούς κόκκους, όπως τα ρινίσματα σιδήρου έλκονται από τον μαγνήτη. Το νερό σχηματίζει με πολλούς τρόπους στην επιφάνεια των κόκκων μία προσροφημένη στοιβάδα και εμφανίζει νέες φυσικές ιδιότητες όπως : το νερό που βρίσκεται κοντά στους κόκκους καθίσταται στερεό, τόσο ώστε να αποτελεί μέρος των κόκκων, και απομακρύνεται μόνο έπειτα από ξήρανση στους ( ο C), ενώ το λίγο απομακρυσμένο από τους κόκκους νερό της προσροφημένης στοιβάδας συμπεριφέρεται ως ιξώδες ρευστό ή κόλλα. Ανάλογα του ολικού ηλεκτρικού φορτίου και των διαθέσιμων μορίων του νερού, η προσροφημένη στους κόκκους μεμβράνη νερού, μπορεί να είναι λεπτή ή αρκετά παχειά. Η προσροφημένη μεμβράνη νερού στους χοντρούς κόκκους είναι λεπτή σε σχέση με την διάμετρο αυτών, ενώ στα λεπτόκοκκα εδάφη, η στοιβάδα αυτή του προσροφημένου νερού είναι πολύ πιο παχειά και είναι δυνατόν να υπερβεί την διάμετρο των κόκκων. Οι δυνάμεις που σχετίζονται με την στοιβάδα του προσροφημένου νερού παίζουν σημαντικό ρόλο στον καθορισμό των φυσικών ιδιοτήτων των λεπτόκοκκων εδαφών, ενώ έχουν μικρή επίδραση στα χονδρόκοκκα εδάφη. Εδάφη στα οποία η προσροφημένη στοιβάδα είναι παχειά εν συγκρίσει προς το μέγεθος των κόκκων τους, έχουν ιδιότητες τελείως διαφορετικές σε σχέση με άλλα εδάφη ίδιου μεγέθους κόκκων, αλλά λεπτότερης προσροφημένης στοιβάδας. Το πλέον αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό των πρώτων, είναι η ικανότητα τους προς πλαστική παραμόρφωση άνευ ρυγματώσεως, όταν αναμειχθούν με διάφορες ποσότητες νερού. Αυτό προφανώς οφείλεται στην κίνηση των κόκκων, του ενός επί του άλλου, υποστηριζόμενων από των ιξώδων των εξωτερικών στρώσεων των προσροφημένων στοιβάδων. Αυτά τα εδάφη λέγονται συνεκτικά διότι δεν θρυμματίζονται όταν ασκηθεί σε αυτά πίεση, αλλά έχουν την δυνατότητα να σχηματοποιούνται ή να κυλιδρώνονται σε ραβδίσκους εύκολα. Εκτός του νερού, η προσροφημένη στοιβάδα περιέχει ιόντα υδρογόνου, ασβεστίου, νατρίου και άλλα παρόμοια, τα οποία επίσης έλκονται από τους εδαφικούς κόκκους. Με την εναλλαγή μερικών από τα ιόντα αυτά, είναι δυνατόν να ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 55

57 μεταβληθούν τα χαρακτηριστικά της προσροφημένης στοιβάδας και οι ιδιότητες του εδάφους. Η διαδικασία ενέχει σπουδαιότητα, διότι έτσι καθίσταται δυνατή η σταθεροποίηση μαλακών εδαφών. Τα λεπτόκοκκα εδάφη, τα οποία υφίστανται πλαστικές παραμορφώσεις, καλούνται συνεκτικά. Αυτά καλούνται και άργιλοι γιατί οι ιδιότητές τους οφείλονται κυρίως στο ποσοστό των περιεχόμενων σε αυτά αργιλικών ορυκτών. Οι φυσικές τους ιδιότητες είναι ιδιόμορφες, και οφείλονται στις προσροφημένες στοιβάδες νερού. Τα λεπτόκοκκα εδάφη που δεν παρουσιάζουν μεγάλη πλαστικότητα είναι γνωστά ως ίλυες, ενώ οι φυσικές τους ιδιότητες μοιάζουν με αυτές των άμμων, παρόλη την σμικρότητα των κόκκων τους. Αυτά κατατάσσονται μαζί με τις άμμους και τα αμμοχάλικα στα μη συνεκτικά εδάφη. Το έδαφος, σε αδιατάρακτη κατάσταση στην φύση, εμφανίζει συγκεκριμένη διάταξη των κόκκων του, που καλείται δομή και οφείλεται στον τρόπο σχηματισμού του. Τα μη συνεκτικά εδάφη έχουν γενικά κοκκώδη δομή που μπορεί να είναι πυκνή ή χαλαρή. Ο όγκος των κενών αυτών των κοκκώδων εδαφών (άμμοι, αμμοχάλικα) είναι περίπου 18 (%) σε σχέση με τον συνολικό όγκο εδάφους. Τα συνεκτικά εδάφη έχουν κόκκους διατεταγμένους κατά τέτοιον τρόπο, ώστε τα σχηματιζόμενα κενά έχουν μεγαλύτερες διαστάσεις από τους κόκκους αυτούς. Η δομή αυτή ονομάζεται κυψελώδης. Στα λεπτόκοκκα συνεκτικά εδάφη, κατά τον σχηματισμό τους, οι κόκκοι τους συγκολλούνται μεταξύ τους και σχηματίζουν κροκίδες που με την σειρά τους σχηματίζουν κυψελώδη δομή, η οποία διαφέρει καθώς συνίσταται από κροκίδες (συσσωματώματα κόκκων), αντί απλών κόκκων. Η δομή αυτή, η οποία έχει πολύ μεγαλύτερα κενά, ονομάζεται κροκιδώδης δομή. ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 56

58 Η δομή των αδιατάρακτων εδαφών γενικώς διασπάται κατά την διάταξη και αναζύμωσή τους. Σημειώνεται ότι οι προσδιορισμοί των ορίων του Atterberg εκτελούνται σε αναζυμωθέντα δείγματα. 8.4 Όρια και δείκτες Αtterberg Χαρακτηριστική ιδιότητα των συνεκτικών εδαφών είναι η ικανότητά τους να υφίστανται μεγάλες παραμορφώσεις χωρίς να θραύονται. Αυτή η ιδιότητα, που ονομάζεται και πλαστικότητα οφείλεται αποκλειστικά στα αργιλικά ορυκτά τάξεως μεγέθους κολλοειδών. Αργιλικά ορυκτά με μέγεθος κόκκου μεγαλύτερου από του κολλοειδή δεν εμφανίζουν πλαστικότητα, επίσης άλλα μη αργιλικά ορυκτά μεγέθους κολλοειδών, όπως παράδειγμα λεπτότατη σκόνη χαλαζίου, δεν εμφανίζουν πλαστικότητα. Οπότε, μόνο το μέγεθος των κόκκων δεν αρκεί για να προσδιοριστεί η πλαστικότητα ή μη των λεπτόκοκκων εδαφών. Τα λεπτόκοκκα εδάφη ανάλογα της περιεχόμενης σε αυτά υγρασίας διαχωρίζονται σε τέσσερις καταστάσεις συνεκτικότητας : την ρευστή, την πλαστική, την ημιστερεή και την στερεή. Αργιλικό έδαφος που έχει αναμειχθεί με επαρκή ποσότητα νερού σχηματίζει ρευστό μείγμα, το οποίο παραμορφώνεται ελεύθερα χωρίς να θραύεται. Το συγκεκριμένο έδαφος δεν έχει διατμητική αντοχή, βρίσκεται σε ρευστή κατάσταση. Η περιεκτικότητα του εδάφους σε υγρασία για την οποία το έδαφος μεταπίπτει από την ρευστή (υδαρή) κατάσταση στην πλαστική είναι το όριο υδαρότητας και συμβολίζεται με (W L ή L.L.). Σε αυτή την κατάσταση το έδαφος παρουσιάζει μεγαλύτερη αντοχή στην διάτμηση. Αυτό αποτελεί το όριο μεταξύ της ρευστής και της πλαστικής κατάστασης του εδάφους. Για περαιτέρω μείωση της περιεχόμενης στο έδαφος υγρασίας, ο όγκος και η δυνατότητα του να πλάθεται μειώνονται, ενώ παράλληλα αυξάνεται η διατμητική του αντοχή. Τελικώς, το έδαφος περιέρχεται σε ημιστερεή κατάσταση, ενώ με ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 57

59 περαιτέρω μείωση της υγρασίας επέρχεται μάλλον η θραύση παρά συνεχή παραμόρφωση. Η περιεχόμενη υγρασία σε αυτήν την κατάσταση, καθοριζόμενη αυθαίρετα, ως η μικρότερη τιμή για την οποία ραβδίσκος διαμέτρου 3 (mm) κυλινδρώνεται χωρίς να θραύεται, καλείται όριο πλαστικότητας και συμβολίζεται με (w p ή P.L.). Αυτό αποτελεί το όριο μεταξύ της πλαστικής και της ημιστερεής κατάστασης του εδάφους. Εάν η περιεχόμενη υγρασία μειωθεί κάτω του ορίου πλαστικότητας, λαμβάνει τιμή κάτω από την οποία δεν επέρχεται περαιτέρω μείωση του όγκου του εδάφους. Κάτω από την συγκεκριμένη τιμή υγρασίας, το έδαφος δεν είναι πλέον κορεσμένο, το χρώμα του καθίσταται ανοιχτότερο και ευρίσκεται σε στερεή κατάσταση. Το μικρότερο ποσοστό περιεχόμενης υγρασίας στο οποίο το έδαφος είναι δυνατόν να είναι πλήρως κορεσμένο καλείται όριο συρρικνώσεως και συμβολίζεται με (w L ή S.L.). Αυτό αποτελεί το όριο μεταξύ της ημιστερεής και της στερεής κατάστασης του εδάφους. Τα παραπάνω ορισθέντα όρια είναι γνωστά ως όρια Atterberg, ενώ αναφέρονται και ως όρια συνεκτικότητας, καθώς με αυτά μετριέται η συνεκτικότητα ενός εδάφους, δηλαδή αν το έδαφος είναι μαλακό, στιφρό ή σκληρό. Η περιοχή περιεχόμενης υγρασίας, στην οποία το έδαφος διαθέτει πλαστικές ιδιότητες καλείται δείκτης πλαστικότητας, συμβολίζεται με (I p ή P.I.) και αριθμητικά ισούται με την διαφορά μεταξύ των ορίων πλαστικότητας και υδαρότητας. Ο δείκτης πλαστικότητας καθορίζει την περιοχή της περιεχόμενης υγρασίας της πλαστικής καταστάσεως ενός εδάφους. Ο λόγος του δείκτη πλαστικότητας προς το όριο υδαρότητας καλείται σχετική πλαστικότητα και συμβολίζεται με το γράμμα (α), δηλαδή : ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 58

60 Η περιοχή περιεχόμενης υγρασίας, στην οποία το έδαφος βρίσκεται σε ημιστερεή κατάσταση καλείται δείκτης συρρικνώσεως, συμβολίζεται με (I s ή S.I.) και ισούται αριθμητικά με την διαφορά μεταξύ των ορίων πλαστικότητας και συρρικνώσεως. Εικόνα 8.2: Σχέσεις μεταξύ όγκου και περιεχόμενης υγρασίας εδάφους στα όρια Atterberg. Όριο συγκολλητικότητας είναι η περιεχόμενη υγρασία, κάτω από την οποία, μέρος ορισμένου δείγματος αργιλικής ζύμης, δεν προσκολλάται στην μεταλλική σπάτουλα που εισάγεται εντός του δείγματος. Η γνώση του συγκεκριμένου ορίου έχει ιδιαίτερη σημασία κατά την εκτέλεση χωματουργικών εργασιών προς αποφυγή προσκολλήσεως του εδάφους στα χρησιμοποιούμενα μηχανήματα. Για να επιτευχθεί η εκτίμηση των ιδιοτήτων των συνεκτικών εδαφών, είναι χρήσιμο να συγκρίνεται η περιεχόμενη σε αυτά φυσική υγρασία με τα όρια Atterberg. Για τον λόγο αυτό εισήχθησαν οι έννοιες του δείκτη υδαρότητας και του δείκτη συνεκτικότητας. Ο δείκτης υδαρότητας (I L ή L.I.) προσδιορίζεται από τον τύπο, ΦΑΣΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΑΡΑΛΑΜΠΙΔΟΥ ΦΑΙΔΡΑ Σελίδα 59