ÂÚÈÂ fiìâó Πρόλογος...xi Κατάλογος συµβόλων...xiii Σηµείωση για τις µονάδες...xvii Κατάλογος µελετών πραγµατικών περιπτώσεων...xviii 1 ËÌ ÙÈÛÌfi Î È Ê ÛË ÙÔ Â ÊÔ Στόχοι...1 Σχηµατισµός του εδάφους...1 Τεχνητά εδάφη...1 Ρυπαρά και µολυσµένα εδάφη...2 Εδάφη φυσικά σχηµατισµένα...2 Αυτόχθονα εδάφη αποσαρθρωµένοι βράχοι...2 Αυτόχθονα εδάφη τύρφη...3 Προσχωσιγενή εδάφη...4 Παγετώδεις αποθέσεις...4 Εδάφη από αιολική διάβρωση...5 Εδαφικοί κόκκοι...7 Φύση των κόκκων...7 Αργιλικά ορυκτά...7 οµή του εδάφους...10 Κοκκώδη εδάφη...10 Σχετική πυκνότητα...12 Συνεκτικά εδάφη...13 Περίληψη...13 2 ÂÚÈÁÚ Ê Î È Ù ÍÈÓfiÌËÛË ÙˆÓ Â ÊÒÓ Στόχοι...14 Περιγραφή του εδάφους...14 Ταξινόµηση των εδαφών...14 Σκοπός της περιγραφής...14 Τεχνητό έδαφος...15 Επιφανειακό έδαφος...16 Λεπτόκοκκα...16 Άργιλος...16 οµή της µάζας...17 Ιλύς...18 Άµµος και χαλίκι...19 Κροκάλες και λατύπες...20 Τύρφη και οργανικά εδάφη...21 Τύποι περιγραφών...23 Κατάταξη του εδάφους...23 Πυκνότητα κόκκων...23 Σχήµα κόκκων...24 Κοκκοµετρική διαβάθµιση...24 Χαρακτηριστικά της διαβάθµισης...27 Πυκνότητα...28 Ποσοστό υγρασίας ή νερού...29 Συνεκτικότητα και όρια Atterberg...32 Ενεργότητα...35 Όριο συρρίκνωσης...35 Προσοµοίωµα εδάφους...38 Περίληψη...39 Λυµένα παραδείγµατα...40 Ασκήσεις...45 3 È appleâú ÙfiÙËÙ Î È È ıëûë Στόχοι...47 ιαπερατότητα...47 Εισαγωγή...47 Υπόγειο νερό...47 Προβλήµατα ροής...48 Ροή µέσα σε εκσκαφές...48 Ροή γύρω από προφράγµατα...48 Αποστράγγιση...49 Ροή διαµέσου γεωκατασκευών...49 Προβλήµατα ευστάθειας κινούµενη άµµος...49 Κοχλασµός ή ανύψωση σε προφράγµατα...49 Υδραυλική υποσκαφή (διασωλήνωση)...50 Ανύψωση κάτω από αργιλικό στρώµα...50 Πιέσεις άνωσης...50 Κενά εδάφους...51 Πίεση και ολικό υδραυλικό ύψος...51 Νόµος του Darcy...52 Επίδραση της θερµοκρασίας...53 Εµπειρικές σχέσεις για το k...53
vi - ƒπ à ª ιαστρωµατωµένα εδάφη...54 Εργαστηριακή δοκιµή διαπερατόµετρο σταθερού υδραυλικού ύψους...56 Εργαστηριακή δοκιµή διαπερατόµετρο µεταβλητού υδραυλικού ύψους...56 Εργαστηριακή δοκιµή υδραυλική κυψέλη κατακόρυφη διαπερατότητα...57 Εργαστηριακή δοκιµή υδραυλική κυψέλη οριζόντια διαπερατότητα...58 οκιµές γεωτρήσεων ανοιχτές γεωτρήσεις.59 οκιµές γεωτρήσεων δοκιµές εισπίεσης µε αεροθάλαµο σφράγισης...61 οκιµές γεωτρήσεων πιεζόµετρα...63 οκιµές άντλησης...64 ιήθηση...66 Θεωρία της διήθησης...66 ίκτυα ροής...67 Κατασκευή δικτύου ροής...68 Μεγέθη που αφορούν στη διήθηση...70 Ολικό υδραυλικό ύψος, ύψος θέσης, και ύψος πίεσης...72 Πίεση πόρων και πίεση άνωσης...73 ύναµη διήθησης...73 Κατάσταση ρευστοποίησης και υδραυλική θραύση (κοχλασµός, ανάβλυση)...73 Υδραυλική υποσκαφή (διασωλήνωση) σε επαφή µε πασσαλότοιχο...74 ιήθηση µέσω χωµάτινων φραγµάτων...75 ιήθηση µέσω αντιπληµµυρικών αναχωµάτων, χαµηλά αναχώµατα...76 Εδαφικά φίλτρα...77 Περίληψη...79 Πραγµατική περίπτωση...80 Λυµένα παραδείγµατα...82 Ασκήσεις...90 4 ÓÂÚÁfi Ù ÛË Î È apple ÂÛË applefiúˆó Στόχοι...93 Ολική τάση...93 Πίεση πόρων κάτω από τον υδροφόρο ορίζοντα...93 Ενεργός τάση...94 Ενεργός τάση στο έδαφος...94 Ιστορικό τάσεων...94 Κανονικά στερεοποιηµένη άργιλος...95 Υπερστερεοποιηµένη άργιλος...98 Αποξηραµένος φλοιός...100 Παρούσα εντατική κατάσταση στο έδαφος...101 Κύκλος τάσεων του Mohr...102 Επιτόπου οριζόντιες και κατακόρυφες τάσεις..102 Μεταβολές των τάσεων λόγω κατασκευών...105 Παράµετροι πίεσης νερού πόρων θεωρία...107 Παράµετροι Α και Β πίεσης πόρων...109 Τριχοειδής ανύψωση πάνω από τον υδροφόρο ορίζοντα...110 Ενεργοί τάσεις επάνω από τον υδροφόρο ορίζοντα...112 Αποξήρανση αργιλικών εδαφών...112 ράση του παγετού στα εδάφη...116 Περίληψη...119 Πραγµατική περίπτωση...120 Λυµένα παραδείγµατα...123 Ασκήσεις...128 5 ÂÛË Âapple Ê Î È Î Ù ÓÔÌ ÙˆÓ Ù ÛÂˆÓ Στόχοι...130 Πίεση επαφής...130 Πίεση επαφής οµοιόµορφη φόρτιση...130 Πίεση επαφής σηµειακή φόρτιση...131 Κατανοµή τάσεων...132 Τάσεις κάτω από σηµειακό και γραµµικό φορτίο...132 Παραδοχές...132 Τάσεις κάτω από οµοιόµορφα φορτισµένες επιφάνειες...138 Ισοτασικές ή βολβοί πίεσης...138 Τάσεις κάτω από εύκαµπτη ορθογωνική επιφάνεια...138 Αρχή της υπέρθεσης...138 Τάσεις κάτω από εύκαµπτη επιφάνεια οιουδήποτε σχήµατος...138 Τάσεις κάτω από εύκαµπτη ορθογωνική επιφάνεια πεπερασµένο πάχος εδάφους..139 Τάσεις κάτω από άκαµπτη ορθογωνική επιφάνεια...139 Περίληψη...140 Λυµένα παραδείγµατα...141 Ασκήσεις...144 6 ÌappleÈÂÛÙfiÙËÙ Î È ÛÙÂÚÂÔappleÔ ËÛË Στόχοι...145 Εισαγωγή...145 Συµπιεστότητα...145 είκτης πόρων/διάγραµµα ενεργού τάσης...145 Καµπύλες επαναφόρτισης...146 Πίεση προστερεοποίησης p c ' και λόγος υπερστερεοποίησης OCR...147
ƒπ Ã ª - vii Μέθοδος Casagrande για το p c '...147 Επίδραση της διατάραξης του δείγµατος...148 Καµπύλη για κανονικά στερεοποιηµένη άργιλο στη φυσική θέση...148 Καµπύλη για υπερστερεοποιηµένη άργιλο στη φυσική θέση...149 Επίδραση των βηµάτων αύξησης του φορτίου...149 Επίδραση της διάρκειας φόρτισης...150 Ισότροπη συµπίεση...150 Ανισότροπη συµπίεση...151 Στερεοποίηση...151 Η θεωρία του Terzaghi για τη µονοδιάστατη στερεοποίηση...151 Λύση της εξίσωσης στερεοποίησης...153 Μέσος βαθµός στερεοποίησης...156 οκιµή συµπιεσοµέτρου...157 Συντελεστής στερεοποίησης c v µέθοδος της τετραγωνικής ρίζας του χρόνου...159 Συντελεστής στερεοποίησης c v µέθοδος του λογαρίθµου του χρόνου...160 Επιτόπου τιµές του c v...162 Κυψέλη στερεοποίησης Rowe...162 ισδιάστατη και τρισδιάστατη στερεοποίηση..164 ιόρθωση για την περίοδο κατασκευής...165 Προσυµπίεση µε προφόρτιση...166 Ακτινική στερεοποίηση για κατακόρυφα στραγγιστήρια...168 Περίληψη...171 Πραγµατικές περιπτώσεις...172 Λυµένα παραδείγµατα...176 Ασκήσεις...185 7 È ÙÌËÙÈÎ ÓÙÔ Στόχοι...187 Εισαγωγή...187 Τάσεις και παραµορφώσεις στα εδάφη...188 Αναπαράσταση των τάσεων...188 Πόλος...188 Κύριες τάσεις...188 Αξονική συµµετρία...189 Επίπεδη παραµόρφωση...189 Κατάσταση Κ ο...189 Ορθές και διατµητικές παραµορφώσεις...190 Ο κύκλος παραµορφώσεων του Mohr...191 Παραµορφώσεις όγκου...192 ιατµητική αντοχή...193 Επίδραση της παραµόρφωσης...193 Εξιδανικευµένες σχέσεις τάσεωνπαραµορφώσεων...196 ιαρροή και πλαστικότητα...196 Κανόνας ροής και καθετότητα...197 Κριτήριο αστοχίας...197 Αστοχία εδάφους...197 Τροχιές τάσεων...199 Επίδραση της αποστράγγισης...200 ιαδικασίες δοκιµών...203 ιατµητική αντοχή της άµµου...205 Σχέση τάσης παραµόρφωσης...205 οκιµή άµεσης διάτµησης...206 Επίδραση της συσσώρευσης και της φύσης των κόκκων...208 Κατάσταση σταθερού όγκου...209 Επίδραση της πυκνότητας...209 ιατµητική αντοχή της αργίλου...210 Επίδραση της δειγµατοληψίας...210 Αστράγγιστη συνοχή, c u...210 οκιµή ανεµπόδιστης θλίψης...210 οκιµή πτερυγίου...211 Τριαξονική δοκιµή...212 Τριαξονική δοκιµή χωρίς στερεοποίηση, χωρίς στράγγιση (UU)...214 οκιµή UU σε πολλά στάδια...215 Επίδραση του ποσοστού της αργίλου και της ορυκτολογικής σύστασης...216 Μερικώς κορεσµένες άργιλοι...216 Άργιλοι µε ρηγµατώσεις...217 Μεταβολές µε το βάθος...217 Χαρακτηριστικά τριβής...219 ιαδικασίες δοκιµών...220 Τριαξονική δοκιµή µε στερεοποίηση χωρίς αποστράγγιση (CU)...220 Τριαξονική δοκιµή στερεοποίησης µε στράγγιση (CD)...223 Θεωρία κρίσιµης κατάστασης...223 Συνοριακή επιφάνεια κατάστασης...223 Ο ελαστικός τοίχος...229 Πραγµατικά εδάφη...230 Παραµένουσα αντοχή...231 Περίληψη...232 Πραγµατική περίπτωση...233 Λυµένα παραδείγµατα...235 Ασκήσεις...241 8 ıâ ıâìâïèòûâè Â ÛÙ ıâè Στόχοι...243 Αβαθείς θεµελιώσεις...243
viii - ƒπ Ã ª Επιφανειακές θεµελιώσεις...243 Απαιτήσεις σχεδιασµού...243 Τύποι θεµελιώσεων...244 Βάθος θεµελιώσεων...248 Φέρουσα ικανότητα...254 Τρόποι αστοχίας...254 Φέρουσα ικανότητα µόνο κατακόρυφη φόρτιση...255 Συντελεστές σχήµατος και βάθους...256 Φέρουσα ικανότητα ανατροπή...257 Έκκεντρη φόρτιση...257 Κεκλιµένο φορτίο...258 ιάφορες περιπτώσεις αντοχής του εδάφους...258 Επίδραση του υδροφόρου ορίζοντα...258 Καθαρή οριακή φέρουσα ικανότητα...259 Ολικός συντελεστής ασφαλείας...259 Επίδραση της συµπιεστότητας του εδάφους...260 Ολίσθηση...261 Επιτρεπόµενη φέρουσα πίεση της άµµου...262 Όριο καθίζησης...262 Επιτρεπόµενη φέρουσα πίεση...262 Σχεδιασµός οριακής κατάστασης...264 Οριακές καταστάσεις...264 Τιµές σχεδιασµού...265 Χαρακτηριστικές τιµές...265 Επιµέρους συντελεστές...267 Παράρτηµα Β (πληροφοριακό) του Ευρωκώδικα 7...268 Υπόδειγµα αναλυτικής µεθόδου για τον υπολογισµό της φέρουσας αντίστασης...268 Περίληψη...270 Πραγµατικές περιπτώσεις...271 Λυµένα παραδείγµατα...275 Ασκήσεις...284 9 ıâ ıâìâïèòûâè Î ıè ÛÂÈ Στόχοι...286 Άµεση καθίζηση...286 Γενική µέθοδος...286 H αρχή της υπέρθεσης...288 Η αρχή της διαστρωµάτωσης...289 ιόρθωση για την ακαµψία...289 ιόρθωση για το βάθος...290 Μέση καθίζηση...290 Μέτρο ελαστικότητας αυξανόµενο µε το βάθος...292 Επίδραση της τοπικής διαρροής...293 Εκτίµηση του µέτρου ελαστικότητας Ε u υπό αστράγγιστες συνθήκες...293 Καθίζηση λόγω στερεοποίησης...295 Γενικά...295 Μέθοδος του δείκτη συµπίεσης C c...295 Μέθοδος συµπιεσοµέτρου ή m v...296 Συνολική καθίζηση...296 Μέθοδος των Skempton Bjerrum...296 Ελαστική µέθοδος υπό συνθήκες στράγγισης..297 Υπολογισµός του µέτρου ελαστικότητας Ε' σε συνθήκες στράγγισης...299 Αναλογία άµεσης προς συνολική καθίζηση...299 ευτερογενής συµπίεση...300 Εισαγωγή...300 Γενική µέθοδος...301 Εκτίµηση των τιµών C α και ε α...301 Άµµοι...302 Μέθοδοι εκτίµησης των καθιζήσεων...303 Μέθοδος Schmertmann...303 Μέθοδος Burland και Burbridge...304 Επιτρεπόµενες καθιζήσεις...306 Ορισµοί των κινήσεων εδάφους και θεµελίωσης...306 Κριτήρια για τις µετακινήσεις...308 Συνήθη όρια καθιζήσεων...309 Περίληψη...310 Πραγµατικές περιπτώσεις...311 Λυµένα παραδείγµατα...317 Ασκήσεις...324 10 ÂÌÂÏÈÒÛÂÈ ÌÂ apple ÛÛ ÏÔ Στόχοι...326 Θεµελιώσεις µε πασσάλους...326 Συνθήκες φόρτισης...326 Είδη πασσάλων...326 Σχεδιασµός µεµονωµένων πασσάλων...327 οκιµές φόρτισης πασσάλων...327 Φέρουσα ικανότητα µεµονωµένων πασσάλων...328 Έγχυτοι πάσσαλοι σε άργιλο...329 Αντίσταση αιχµής q b...329 Συνάφεια c a...329 Πάσσαλοι έµπηξης σε άργιλο...330 Αντίσταση αιχµής q b...330 Συνάφεια c a επιδράσεις της εγκατάστασης...330 Συνάφεια c a τιµές...332 Υπολογισµός της συνάφειας µε βάση την ενεργό τάση...334 Πάσσαλοι έµπηξης σε άµµο...334 Επιδράσεις της τοποθέτησης...334
ƒπ Ã ª - ix Αντίσταση αιχµής q b...335 Κρίσιµο βάθος...335 Επιφανειακή τριβή f s...337 Έγχυτοι πάσσαλοι σε άµµο...338 Συντελεστής ασφαλείας...338 Σχεδιασµός οριακής κατάστασης...339 Οριακή φέρουσα αντίσταση από δοκιµαστικές φορτίσεις του πασσάλου...340 Οριακή φέρουσα αντίσταση από εδαφικές δοκιµές...340 Αρνητική επιφανειακή τριβή...341 Αιτίες της αρνητικής επιφανειακής τριβής...341 Προσδιορισµός της αρνητικής τριβής...342 Οµάδες πασσάλων...343 Απόσταση των πασσάλων...343 Φορτιζόµενη ζώνη...343 ιακύµανση φορτίου...343 Απόδοση...344 Οριακή ικανότητα...345 Λόγος καθίζησης...346 Καθίζηση οµάδων πασσάλων...347 Περίληψη...349 Πραγµατικές περιπτώσεις...350 Λυµένα παραδείγµατα...353 Ασκήσεις...357 11 ÏÂ ÚÈÎ Â ÊÈÎ appleè ÛÂÈ Î È Î Ù ÛÎÂ ÓÙÈÛÙ ÚÈÍË Στόχοι...359 Πλευρικές εδαφικές πιέσεις...359 Επίδραση της οριζόντιας κίνησης...359 Επίδραση ευκαµψίας και αντιστήριξης του τοίχου...363 Επίδραση της τριβής στον τοίχο...364 Θεωρία Coulomb ενεργητική ώθηση...364 Θεωρία Coulomb παθητική ώθηση...366 Περιορισµοί της θεωρίας Coulomb...366 Συντελεστές ωθήσεων γαιών...366 Επίδραση της τεταγµένης συνοχής c'...368 Eλάχιστη ισοδύναµη πίεση ρευστού...370 Επίδραση του υδροφόρου ορίζοντα...370 Αστράγγιστες συνθήκες...371 Εδαφικές πιέσεις αστράγγιστες συνθήκες...372 Εφελκυστικές ρωγµές...372 Φορτία ασκούµενα στην επιφάνεια του εδάφους...373 Εδαφικές πιέσεις λόγω συµπύκνωσης...374 Κατασκευές αντιστήριξης...376 Εισαγωγή...376 Τοίχοι υπογείων...376 Βάθρα γεφυρών...378 Συρµατοκυβώτια (σαραζανέτια) και ξύλινοι τοίχοι...378 Σχεδιασµός τοίχων βαρύτητας...378 Οριακές καταστάσεις λειτουργικότητας...379 Οριακές καταστάσεις αντοχής...379 Αστοχία λόγω ολίσθησης...379 Αστοχία λόγω ανατροπής ή περιστροφής...380 Φέρουσα πίεση κάτω από τον πόδα...380 Φέρουσα ικανότητα...381 Ολίσθηση...381 Εσωτερική ευστάθεια...382 ιαφραγµατικοί τοίχοι...382 ιαφραγµατικοί τοίχοι εν προβόλω γενικά..382 ιαφραγµατικοί τοίχοι εν προβόλω σχεδιασµός...383 ιαφραγµατικοί τοίχοι µε απλή αγκύρωση ή διαδοκίδα γενικά...383 ιαφραγµατικοί τοίχοι µε απλή αγκύρωση ή διαδοκίδα σχεδιασµός...383 Μέθοδοι σχεδιασµού...383 Μέθοδος συνολικών πιέσεων...384 Μέθοδος της καθαρής διαθέσιµης παθητικής ώθησης...384 Μέθοδος του συντελεστή αντοχής...385 Μέθοδος του BS 8002...385 Αγκυρώσεις για διαφραγµατικούς τοίχους...385 Εκσκαφές µε αντηρίδες...386 Εισαγωγή...386 Φορτία αντηρίδων...387 Οπλισµένο έδαφος...389 Τοίχοι οπλισµένου εδάφους κατασκευή...389 Επιρροή του οπλισµού...390 Τοίχοι από οπλισµένο έδαφος σχεδιασµός..390 Εξωτερική ευστάθεια...391 Εσωτερική ευστάθεια γενικά...392 Εφελκυστική διάρρηξη...393 Αντίσταση συνάφειας ή συνάφεια...394 Εσωτερική ευστάθεια µέθοδος της αγκυρωµένης σφήνας εδάφους...394 Μέθοδος του πρίσµατος βαρύτητας...396 Περίληψη...398 Παράρτηµα σχεδιασµός οριακής κατάστασης..399 Πραγµατική περίπτωση...402 Λυµένα παραδείγµατα...404 Ασκήσεις...413
x - ƒπ à ª 12 ÛÙ ıâè appleú ÓÒÓ Στόχοι...415 Φυσικά και τεχνητά πρανή...415 Είδη κίνησης της µάζας...415 Φυσικά πρανή...415 Τεχνητά πρανή ή γαιώδεις κατασκευές...417 Βραχυχρόνιες και µακροχρόνιες συνθήκες...418 Μέθοδοι ανάλυσης...422 Επίπεδη µεταφορική ολίσθηση γενικά...422 Επίπεδη µεταφορική ολίσθηση ειδικές περιπτώσεις...423 Επίπεδη µεταφορική ολίσθηση επιµέρους συντελεστές...424 Ανάλυση κυκλικού τόξου αστράγγιστες συνθήκες ή ανάλυση φ u = 0 ο...425 Εφελκυστική ρωγµή...426 ιαγράµµατα ανάλυσης της ευστάθειας υπό αστράγγιστες συνθήκες µέθοδος Taylor..427 Ανάλυση ενεργών τάσεων...427 Ανάλυση ενεργών τάσεων µέθοδος των λωρίδων...428 Μέθοδος Fellenious...430 Η απλοποιηµένη µέθοδος Bishop...430 Λόγος πίεσης πόρων r u...430 Ανάλυση ενεργών τάσεων συντελεστές ευστάθειας...431 Βυθισµένα πρανή...434 Ταχεία πτώση στάθµης...435 Μη κυκλικές επιφάνειες ολίσθησης µέθοδος Janbu...435 Μέθοδος της σφήνας ένα επίπεδο...436 Μέθοδος της σφήνας πολλά επίπεδα...437 Συντελεστής ασφαλείας...437 Περίληψη...439 Πραγµατικές περιπτώσεις...440 Λυµένα παραδείγµατα...445 Ασκήσεις...453 13 ÃˆÌ ÙÔ ÚÁÈÎ ÂÚÁ Û Â Î È Û Ìapple ÎÓˆÛË Â ÊÔ Στόχοι...456 Χωµατουργικές εργασίες...456 Εξοπλισµός εργοταξίου...456 Σκοπός και τύποι υλικών...457 Απαιτήσεις που πρέπει να πληρούν τα υλικά...458 Καταλληλότητα του υλικού επίχωσης...360 Καταλληλότητα κοκκωδών εδαφών...461 Καταλληλότητα συνεκτικών εδαφών...461 Αποδοτικότητα των χωµατουργικών εργασιών...464 Προβλήµατα στα υλικά...465 Χαλάρωση (µαλάκωµα)...465 ιόγκωση...466 Συµπύκνωση εδαφών...468 Παράγοντες που επηρεάζουν τη συµπύκνωση..468 Συµπύκνωση στο πεδίο...470 Μηχανήµατα συµπύκνωσης...470 Προδιαγραφές απαιτήσεων συµπύκνωσης...472 Έλεγχος της συµπύκνωσης στο πεδίο...476 Συµπύκνωση στο εργαστήριο...476 Εργαστηριακές δοκιµές...477 Καµπύλες κενών µε αέρα...478 ιόρθωση για το ποσοστό λίθων...478 οκιµή CBR (California Bearing Ratio)...479 Σταθεροποίηση µε άσβεστο...480 Σταθεροποίηση µε τσιµέντο...481 Περίληψη...482 Πραγµατική περίπτωση...483 Λυµένα παραδείγµατα...485 Ασκήσεις...490 14 ÈÂÚ ÓËÛË appleâ Ô Στόχοι...491 ιερεύνηση πεδίου...491 Στάδια της διερεύνησης...492 Μελέτη γραφείου...492 Αναγνώριση της τοποθεσίας...493 Επιτόπου γεωτεχνική έρευνα...493 Έκταση της επιτόπου γεωτεχνικής έρευνας...493 Βάθος της διερεύνησης...494 Επιλογή της µεθόδου διερεύνησης...495 Μέθοδοι επιτόπου γεωτεχνικής έρευνας...496 Αδιατάρακτη δειγµατοληψία ποιότητα δειγµατοληψίας...500 Τύποι δειγµάτων...501 Μέθοδοι επιτόπου δοκιµών...505 Παρατηρήσεις υπογείων υδάτων...509 ιερεύνηση µολυσµένης περιοχής...512 Εκθέσεις διερεύνησης πεδίου...513 Έκθεση τεκµηρίωσης...515 Ερµηνευτική έκθεση...516 Περίληψη...519 Λύσεις των ασκήσεων...520 Γλωσσάρι...522 Βιβλιογραφία...524 Ευρετήριο...536
º π 4 ÓÂÚÁfi Ù ÛË Î È apple ÂÛË applefiúˆó à π Î Ù ÓÔËıÂ Ë ıâìâïèò Ë ÛËÌ Û ÙˆÓ ÂÓÂÚÁÒÓ Ù ÛÂˆÓ ÛÙË ÌÂÏ ÙË ÙË Â ÊÔÌË ÓÈÎ. appleúôû ÈÔÚÈÛÙÔ Ó ÔÈ ÙÈÌ ÙË ÔÏÈÎ Ù ÛË, ÙË apple ÂÛË ÙÔ ÓÂÚÔ ÙˆÓ applefiúˆó, Î È ÙË ÂÓÂÚÁÔ Ù ÛË. ÂÎÙÈÌËıÔ Ó ÔÈ ÂappleÈ Ú ÛÂÈ ÙÔ ÁˆÏÔÁÈÎÔ ÈÛÙÔÚÈÎÔ Î È ÙÔ ÈÛÙÔÚÈÎÔ Ù ÛÂˆÓ ÛÙË Û ÌappleÂÚÈÊÔÚ ÂÓfi  ÊÔ, Î È Ë È ÊÔÚ ÌÂÙ Í Î ÓÔÓÈÎ ÛÙÂÚÂÔappleÔÈËÌ ÓˆÓ Î È appleâúûùâúâôappleôèëì ÓˆÓ Â ÊÒÓ. Î Ù ÓÔËıÂ Ë ÂÓÙ ÙÈÎ Î Ù ÛÙ ÛË appleô ÌappleÔÚÂ Ó apple ÚÍÂÈ ÛÙÔ ÊÔ Î È appleò ÌÂÙ ÏÏÂÙ È applefi ÙÈ Î Ù ÛΠÛÙÈÎ ÂÚÁ Û Â. ÂÈÛ ÁˆÁ ÛÙË ıâˆú ÙˆÓ apple Ú Ì ÙÚˆÓ apple ÂÛË ÙˆÓ applefiúˆó. ÂÎÙÈÌËıÂ Ë apple ÂÛË ÙˆÓ applefiúˆó Î È Ë ÂÓÂÚÁfi Ù ÛË Âapple Óˆ applefi ÙÔÓ ÚÔÊfiÚÔ ÔÚ ÔÓÙ. ÂÎÙÈÌËıÔ Ó ÔÈ ÂappleÈ Ú ÛÂÈ ÙË appleôí Ú ÓÛË ÙË ÚÁ ÏÔ Û ÌÂÚÈÎ Â ÊË. ÂÓËÌÂÚÒÛÂÈ ÁÈ ÙÔ appleúfi ÏËÌ ÙË Ó ˆÛË ÏfiÁˆ apple ÁÂÙÔ. ÏÈÎ Ù ÛË ( Ì 4.1) Ολική τάση είναι η τάση που δρα σε ένα επίπεδο, µε την παραδοχή ότι το έδαφος είναι στερεό υλικό. Για το µικρό εδαφικό στοιχείο που φαίνεται στο Σχήµα 4.1 σε βάθος z κάτω από την επιφάνεια του εδάφους, η κατακόρυφη τάση σ v είναι η τάση που ενεργεί στην οριζόντια επιφάνεια του στοιχείου. Αυτό το εδαφικό στοιχείο θα ισορροπεί στο έδαφος (δε θα συµβαίνει στερεοποίηση ή διατµητική αστοχία) λόγω µιας οριζόντιας ολικής τάσης σ Η που ενεργεί στην κατακόρυφη επιφάνεια του στοιχείου. Οι τάσεις στο έδαφος δεν είναι ισότροπες, δηλαδή συνήθως η σ V και η σ Η δεν είναι ίσες. Σε αυτό το κεφάλαιο, οι τάσεις που λαµβάνονται κυρίως υπόψη είναι οι κατακόρυφες τάσεις, αλλά δεν πρέπει να λησµονείται ότι δρουν και οριζόντιες. Πάνω από τον υδροφόρο ορίζοντα, οι ολικές τάσεις εξάγονται από το φαινόµενο ειδικό βάρος γ b για ένα µερικώς κορεσµένο έδαφος, δηλαδή πιθανόν µε κάποια ποσότητα αέρα στα κενά των πόρων. Κάτω από τον υδροφόρο ορίζοντα χρησιµοποιείται το κορεσµένο ειδικό βάρος, επειδή όλα τα κενά διαστήµατα είναι πλήρως κορεσµένα µε νερό. ΕΙΤΕ ΤΟ ΛΥΜΕΝΟ ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ 4.1 ÂÛË applefiúˆó Î Ùˆ applefi ÙÔÓ ÚÔÊfiÚÔ ÔÚ ÔÓÙ ( Ì 4.2) Πρόκειται για την πίεση στο νερό των κενών διαστη- µάτων ή πόρων, που υπάρχουν µεταξύ και γύρω από τους κόκκους του ορυκτού. Στο έδαφος, το επίπεδο στο οποίο η πίεση του νερού είναι ίση µε την ατµοσφαιρική ονοµάζεται υδροφόρος ορίζοντας. Αν εισαχθεί ένας σωλήνας κάτω από τον υδροφόρο ορίζοντα (και δεν υπάρχει διήθηση), το νερό θα ανυψωθεί στο σωλήνα µέχρι τη στάθµη του υδροφόρου ορίζοντα. είτε το Κεφάλαιο 3 για περαιτέρω ανάπτυξη του θέ- µατος του υδροφόρου ορίζοντα και των συνθηκών της πίεσης των πόρων. Οι πόροι στο έδαφος κάτω από τον υδροφόρο ορίζοντα είναι πλήρως κορεσµένοι µε νερό, και έτσι αυτό το έδαφος συχνά αναφέρεται και ως ζώνη κορεσµού. Το νερό κάτω από τον υδροφόρο ορίζοντα λέγεται υπόγειο ύδωρ, και έτσι ένας άλλος όρος για τον υδροφόρο ορίζοντα είναι φρεάτια στάθµη. Αν δεν υπάρχει διήθηση, δρουν µόνον οι δυνάµεις βαρύτητας στο νερό των πόρων, οπότε η υδροστατική πίεση µέσα σε αυτό δίνεται από τη σχέση: u w = ρ gh w ή γ w h w (4.1) 93
94 - º ª à π ƒã π º ƒª ΕΙΤΕ ΤΟ ΛΥΜΕΝΟ ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ 4.1 ÓÂÚÁfi Ù ÛË ( Ì 4.3) Η αρχή της ενεργού τάσης εφαρµόζεται αυστηρά µόνο σε πλήρως κορεσµένα εδάφη. Εξισώνει την ολική τάση (η οποία µπορούµε να φανταστούµε ότι δρα στο εξωτερικό ενός στοιχείου εδάφους) µε τις τάσεις στα δύο συστατικά του εδάφους, δηλαδή στην κοκκώδη δοµή του ορυκτού (ενεργός τάση) και στο νερό των πόρων (πίεση νερού πόρων). Γι αυτό, η ενεργός τάση είναι ένα µέτρο της τάσης µέσα στην κοκκώδη δοµή του ορυκτού. ηµιουργείται από τις δυνάµεις των κόκκων, είτε µεταξύ των κόκκων από απευθείας επαφή όπως στις άµµους, είτε ως ηλεκτροχηµικές δυνάµεις µεταξύ λεπτότερων αργιλικών κόκκων µε τους οποίους τα ορυκτά στοιχεία δεν είναι σε άµεση επαφή. Η ενεργός τάση δεν είναι ακριβώς η άµεση τάση επαφής µεταξύ των εδαφικών κόκκων, όπως φαίνεται στο Σχήµα 4.3, αλλά αντιπροσωπεύει τη συνεισφορά της εδαφικής δοµής ή του εδαφικού σκελετού στην ανάληψη της ολικής τάσης. Αυτή η αρχή έχει θεµελιώδη σηµασία, επειδή τα σπουδαιότερα φαινόµενα της εδαφοµηχανικής (διατµητική αντοχή, στερεοποίηση) εξαρτώνται από τη δοµή του εδάφους. Ì 4.1 ÏÈÎ Ù ÛË όπου h w είναι το βάθος κάτω από τον υδροφόρο ορίζοντα. Η πίεση του νερού των πόρων u w είναι υδροστατική, δηλαδή έχει την ίδια τιµή σε όλες τις διευθύνσεις και αυξάνεται οµοιόµορφα, ή υδροστατικά, µε το βάθος κάτω από τον υδροφόρο ορίζοντα. Για τους σκοπούς της µηχανικής, η πίεση του νερού των πόρων επάνω από τον υδροφόρο ορίζοντα συνήθως θεωρείται µηδενική, επειδή αυτό είναι µια συντηρητική και απλοποιητική προσέγγιση. Όµως, η πίεση του νερού των πόρων πάνω από τον υδροφόρο ορίζοντα µπορεί να έχει σηµαντική αρνητική τιµή και εξετάζεται στη συνέχεια του κεφαλαίου. ÓÂÚÁfi Ù ÛË ÛÙÔ ÊÔ ( Ì 4.4) Πάνω από τον υδροφόρο ορίζοντα, οι πιέσεις του νερού των πόρων συνήθως θεωρούνται µηδέν (αντί αρνητικές) και τότε οι ολικές τάσεις είναι ίσες µε τις ενεργούς τάσεις. Κάτω από τον υδροφόρο ορίζοντα, η ενεργός τάση προκύπτει από την ολική τάση µείον την πίεση του νερού των πόρων, ή απευθείας µε τη χρήση του βυθισµένου ειδικού βάρους, όπως φαίνεται στο Σχήµα 4.4. Ολική τάση = ενεργός τάση + πίεση νερού πόρων σ = σ' + u w (4.2) ΕΙΤΕ ΤΟ ΛΥΜΕΝΟ ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ 4.1 πûùôúèîfi Ù ÛÂˆÓ Οι τάσεις, τις οποίες έχει υποστεί ένα έδαφος από το σχηµατισµό του µέχρι σήµερα, αναφέρονται ως ιστορικό τάσεων. Κατά τη διάρκεια της απόθεσης, οι ενεργοί τάσεις στο έδαφος αυξάνονται, καθώς εναποτίθενται περισσότεροι εδαφικοί κόκκοι, ενώ κατά
E NEƒ T π π ƒø - 95 Ì 4.2 ÂÛË ÓÂÚÔ applefiúˆó τη διάβρωση, οι ενεργοί τάσεις µειώνονται, καθώς αφαιρείται έδαφος. Τα εδάφη τα οποία υπάρχουν σήµερα στα ποτάµια και τις εκβολές τους µπορεί να έχουν ηλικία µόνον αιώνων ή ακόµη και δεκαετιών, και έχουν πλήρως γνωστά ιστορικά τάσεων µόνο των αποθέσεων. Παλαιότερες άργιλοι, όπως η άργιλος του Λονδίνου, έχουν ηλικία εκατοµµυρίων ετών και έχουν υποστεί πιο πολύπλοκα ιστορικά τάσεων, ειδικά αν έχει αφαιρεθεί σηµαντικό πάχος λόγω διάβρωσης. Ì 4.3 Ú ÙË ÂÓÂÚÁÔ Ù ÛË ÓÔÓÈÎ ÛÙÂÚÂÔappleÔÈËÌ ÓË ÚÁÈÏÔ ( Ì 4.5) Αυτή είναι άργιλος η οποία έχει υποστεί µόνο τις τάσεις των αποθέσεων. Στο Σχήµα 4.5 φαίνονται δύο στάδια κατά τη διάρκεια της απόθεσης επάνω από ένα εδαφικό στοιχείο. Υποτίθεται ότι η στάθµη του νερού στη θάλασσα ή τις λίµνες παραµένει επάνω από τη στάθµη του εδάφους. Καθώς γίνεται η απόθεση, η κατακόρυφη (και η οριζόντια) ενεργός τάση στο στοιχείο του εδάφους
96 - º ª à π ƒã π º ƒª Ì 4.4 ÓÂÚÁfi Ù ÛË ÛÙÔ ÊÔ αυξάνεται και, λόγω της διαδικασίας στερεοποίησης, ο δείκτης πόρων του εδάφους µειώνεται. Το διάγραµµα του δείκτη πόρων συναρτήσει της τάσης σε µια λογαριθµική κλίµακα είναι συνήθως ευθεία γραµµή. Αυτή αναφέρεται ως γραµµή απόθεσης ή, επειδή δεν έχει συµβεί άλλη διαδικασία, ως καµπύλη παρθενικής συµπίεσης. είτε το Κεφάλαιο 6 που αφορά στη στερεοποίηση για την κατανόηση της διαδικασίας, η οποία προκαλεί µεταβολή του όγκου, και για τη σχέση µεταξύ του δείκτη πόρων και της ενεργού τάσης. Κατά τη διάρκεια της απόθεσης, η ορυκτή κοκκώδης δοµή του στοιχείου του εδάφους προσαρµόζεται στις αλλαγές του δείκτη πόρων, κυρίως µε δοµική αναδιάταξη των κόκκων. Αυτή η διαδικασία, κατά την οποία οι κόκκοι πλησιάζουν µεταξύ τους, είναι
E NEƒ T π π ƒø - 97 Ì 4.5 ÓÔÓÈÎ ÛÙÂÚÂÔappleÔÈËÌ ÓË ÚÁÈÏÔ µη αναστρέψιµη. Έτσι, ακόµη και αν αφαιρεθούν οι τάσεις, δε θα ανακτηθεί η αρχική διάταξη των κόκκων. Είναι επίσης προφανές ότι µερικές από τις αλλαγές όγκου του εδαφικού σκελετού οφείλονται σε παράγοντες όπως οι ελαστικές παραµορφώσεις στους ίδιους τους κόκκους και η συµπίεση των στρώσεων των µορίων του νερού που έλκονται γύρω από τους κόκκους. Αυτές οι µεταβολές όγκου είναι αναστρέψιµες. Από το στάδιο 1 µέχρι το στάδιο 2 του Σχήµατος 4.5α, από το αρχικό στάδιο του ιστορικού της απόθεσης µέχρι ένα µεταγενέστερο, ο δείκτης πόρων µειώνεται µέσα στην απόθεση καθώς αυξάνονται οι ενεργοί τάσεις. Σηµειώστε ότι οι ενεργοί τάσεις αυξάνουν µόνον όσο οι εδαφικοί κόκκοι απoτίθενται, ενώ η πίεση των πόρων παραµένει υδροστατική και εξαρτάται από τη στάθµη του νερού. Πρέπει να γίνει κατανοητό ότι, ακόµη και αν η στάθµη του νερού κυ- µαίνεται, αυτό από µόνο του δε µεταβάλλει την ενεργό τάση, µε την προϋπόθεση ότι η στάθµη του νερού παραµένει πάνω από τη στάθµη του εδάφους. Σε κάποιο συγκεκριµένο στάδιο, το οποίο εξαρτάται από το γεωλογικό περιβάλλον, η απόθεση, και άρα η στερεοποίηση, σταµατάει και το έδαφος, αν δε συµβούν άλλες γεωλογικές διαδικασίες παραµένει για πάντα σε αυτή την κατάσταση δείκτη πόρων και
98 - º ª à π ƒã π º ƒª Ì 4.6 ÀappleÂÚÛÙÂÚÂÔappleÔÈËÌ ÓË ÚÁÈÏÔ ενεργού τάσης. Η ενεργός τάση σε αυτό το στάδιο είναι η µέγιστη τάση που ασκήθηκε στο έδαφος, p c 'και είναι επίσης η παρούσα τάση υπερκειµένων ή πίεση p 0 '. Άρα: p 0 ' = p c ' (4.3) Αν σε κάποια χρονική στιγµή µετά το πέρας της απόθεσης ληφθεί ένα δείγµα του εδάφους στη στάθ- µη του εδαφικού στοιχείου, για παράδειγµα από µια γεώτρηση µε ελάχιστη διατάραξη, τοποθετηθεί σε µια εργαστηριακή διάταξη στερεοποίησης, και υποβληθεί σε κατακόρυφη τάση p 0 ', θα βρίσκεται στο σηµείο Α του Σχήµατος 4.5β. Αν στη συνέχεια αυξηθεί η πίεση στο δείγµα, η γραµµή φόρτισης θα συνεχιστεί από το σηµείο Α της αρχικής γραµµής απόθεσης και αναµένεται να ακολουθήσει τη γραµµή απόθεσης. Αυτός είναι επίσης ο κανόνας για την εδαφική απόθεση επιτόπου, όταν υποβάλλεται σε αύξηση τάσης από µια κατασκευή ή ένα επίχωµα. Μια πραγµατικά κανονικά στερεοποιηµένη άργιλος µπορεί να υπάρξει µόνο σε ένα πρόσφατο περιβάλλον απόθεσης όπως ένα ποτάµι, µια εκβολή, µια λίµνη, ή µια παράκτια περιοχή, όπου η στάθµη του νερού παραµένει επάνω από τη στάθµη του εδάφους και όπου δε θα έχει επηρεαστεί από καµία άλλη διαδικασία, η οποία θα µπορούσε να δηµιουργήσει υπερστερεοποίηση. ÀappleÂÚÛÙÂÚÂÔappleÔÈËÌ ÓË ÚÁÈÏÔ ( Ì 4.6) Αυτή είναι άργιλος η οποία έχει υποβληθεί σε ενεργό τάση p c ' στο προηγούµενο ιστορικό φόρτισής της, µεγαλύτερη από την παρούσα ενεργό τάση p 0 '. Η πιο κοινή αιτία της υπερστερεοποίησης είναι η διάβρωση, αλλά µπορεί να δηµιουργηθεί και από άλλες διαδικασίες, όπως περιγράφεται στη συνέχεια. Με την αφαίρεση της τάσης, ο εδαφικός σκελετός διογκώνεται αλλά ανακτώνται µόνον οι αναστρέψιµες συνιστώσες της µεταβολής του όγκου, και έτσι οι αυξήσεις στο δείκτη πόρων είναι µικρότερες και η γραµ- µή διάβρωσης ακολουθεί τροχιά µε µικρότερη κλίση. Ο υπάρχων δείκτης πόρων και η κατάσταση πίεσης για υπερστερεοποιηµένη άργιλο φαίνονται ως σηµείο Β στο Σχήµα 4.6. Αν σε κάποια χρονική στιγ- µή µετά το πέρας της διάβρωσης ληφθεί από µια γεώτρηση ένα δείγµα από αυτό το έδαφος και ξαναφορτιστεί από το p 0 ', θα ακολουθήσει µια αρκετά επίπεδη γραµµή επαναφόρτισης, µε εξουδετέρωση των ελαστικών συνιστωσών της µεταβολής όγκου, µέχρι την προηγούµενη µέγιστη πίεση (την πίεση προστερεοποίησης p c '). Τότε το δείγµα θα ακολουθήσει την πιο απότοµη γραµµή απόθεσης, (γραµµή παρθενικής συµπίεσης) όταν αρχίσουν οι µη αναστρέψιµες αναδιατάξεις. Σε επίπεδα τάσης µικρότερα από την πίεση προστερεοποίησης, το έδαφος είναι σε υπερστερεοποιη-
E NEƒ T π π ƒø - 99 µένη κατάσταση αλλά, όταν τα επίπεδα τάσεων είναι υψηλότερα από το p c ', επιστρέφει σε µια κανονικά στερεοποιηµένη κατάσταση. ΕΙΤΕ ΤΟ ΛΥΜΕΝΟ ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ 4.2 fiáô appleâúûùâúâôappleô ËÛË Είναι ένα µέτρο του βαθµού υπερστερεοποίησης στην οποία έχει υποβληθεί το έδαφος στο παρελθόν, όπως φαίνεται στο Σχήµα 4.6 Ο λόγος υπερστερεοποίησης δίνεται από τη σχέση: p c ' OCR = p0 ' (4.4) Παρατηρήστε ότι είναι λόγος κατακορύφων τάσεων. Τα αποτελέσµατα της διάβρωσης και της αφαίρεσης της τάσης στην οριζόντια διεύθυνση αναπτύσσονται στη συνέχεια. Τυπικές τιµές του λόγου υπερστερεοποίησης (OCR) είναι οι εξής: Τύπος εδάφους OCR Κανονικά στερεοποιηµένο 1 Ελαφρά υπερστερεοποιηµένο 1.5 3 Έντονα υπερστερεοποιηµένο > 4 Μερικές έντονα υπερστερεοποιηµένες άργιλοι µπορεί να έχουν τιµές του OCR µεγαλύτερες από 50, που δείχνει ότι µέχρι σήµερα έχουν αφαιρεθεί λόγω διάβρωσης πολλές δεκάδες µέτρα από έδαφος. ΕΙΤΕ ΤΟ ΛΥΜΕΝΟ ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ 4.3 fiáô appleâúûùâúâôappleô ËÛË ÛÙÔ ÊÔ ( Ì 4.7) Για µια κανονικά στερεοποιηµένη άργιλο, η παρούσα πίεση από τα υπερκείµενα φορτία είναι ίδια όπως η προηγούµενη µέγιστη πίεση, γι αυτό ο λόγος υπερστερεοποίησης παραµένει σταθερός µε το βάθος και είναι OCR = 1. Ì 4.7 fiáô appleâúûùâúâôappleô ËÛË appleúô ıô
100 - º ª à π ƒã π º ƒª Ì 4.8 È Î Ì ÓÛÂÈ ÙÔ ÚÔÊfiÚÔ ÔÚ ÔÓÙ Î È appleôíëú Ì ÓÔ ÊÏÔÈfi Για υπερστερεοποιηµένη άργιλο, ο λόγος υπερστερεοποίησης δεν έχει σταθερή τιµή. Μειώνεται µε το βάθος αν η υπερστερεοποίηση οφείλεται στη διάβρωση, όπως φαίνεται στο Σχήµα 4.7, και έτσι ένα έδαφος µπορεί να είναι έντονα υπερστερεοποιηµένο στα ανώτερα τµήµατά του αλλά σε κανονικά στερεοποιηµένη κατάσταση σε κάποιο βάθος. Ο λόγος υπερστερεοποίησης ποικίλει επίσης ανάλογα µε άλλες διεργασίες, τις οποίες µπορεί να έχει υποστεί το έδαφος µετά την απόθεση. Αυτές µπορεί να περιλαµβάνουν: διακυµάνσεις του υδροφόρου ορίζοντα αποξήρανση λόγω ανάδυσης, εξάτµισης, βλάστησης, ριζών φυσικοχηµικές διεργασίες σιµέντωσης, ανταλλαγής κατιόντων, θιξοτροπίας, έκπλυσης, αποσάθρωσης δευτερογενή συµπίεση και καθίζηση υστέρησης τεκτονικές δυνάµεις, στρώσεις πάγου, υποστηρικτικές δυνάµεις διήθησης appleôíëú Ì ÓÔ ÊÏÔÈfi ( Ì 4.8) Αυτός δηµιουργείται στους ανώτερους ορίζοντες µιας κανονικά στερεοποιηµένης αργίλου, από τον υποβιβασµό του υδροφόρου ορίζοντα από το α στο β και κατόπιν την άνοδό του στο γ, όπως φαίνεται στο Σχήµα 4.8. Οι ενεργοί τάσεις µέσω της απόθεσης αυξάνονται όταν ο υδροφόρος ορίζοντας κατέλθει στη στάθµη β. Οι αναρροφήσεις επάνω από τον υποβιβασµένο υδροφόρο ορίζοντα θα αυξήσουν τις ενεργούς τάσεις και θα δηµιουργήσουν περαιτέρω στερεοποίηση. Σε αυτό το στάδιο, το έδαφος είναι ακόµη κανονικά στερεοποιηµένο επειδή έχει υποστεί µόνο περαιτέρω
E NEƒ T π π ƒø - 101 Ενεργός τάση Ì 4.9 appleèùfiappleô Ù ÛÂÈ φόρτιση. Αν ο υδροφόρος ορίζοντας υψωθεί στη στάθµη γ, οι ενεργοί τάσεις µειώνονται κάτω από αυτή τη στάθµη και πάνω από τη στάθµη β, και το έδαφος µεταξύ των δύο σταθµών γίνεται υπερστερεοποιηµένο. Όταν αυτό συνοδεύεται από ξήρανση λόγω εξάτµισης, διαπνοής των φυτών, και άλλων φυσικοχηµικών διαδικασιών, δηµιουργείται στην ανώτερη στάθµη µιας κατά τα άλλα µαλακής αργίλου µια κρούστα (φλοιός). Αυτή είναι ευεργετική για γεωργικούς σκοπούς και κάποιους σκοπούς οικοδόµησης. Με την αποστράγγιση και την καλλιέργεια φυτών µε βαθιές ρίζες, µπορεί να επιτευχθεί επιτυχής βελτίωση χαµηλών βαλτότοπων, ειδικά για γεωργικούς σκοπούς. ÚÔ Û ÂÓÙ ÙÈÎ Î Ù ÛÙ ÛË ÛÙÔ ÊÔ ( Ì 4.9) Για να παραµείνει σε ισορροπία ένα στοιχείο του εδάφους, απαιτούνται ολικές τάσεις σε τρεις ορθογώνιους άξονες, σ 1, σ 2, και σ 3. Για την απλούστευση της ανάλυσης, αυτές οι τάσεις εκλέγονται συνήθως να δρουν σε επίπεδα (κύρια επίπεδα) στα οποία οι διατµητικές τάσεις είναι µηδενικές, οπότε αυτές οι τάσεις αναφέρονται ως κύριες τάσεις. Γι αυτό, υπάρχουν τρεις ενεργές τάσεις (µέγιστη, ενδιάµεση, και ελάχιστη κύρια τάση) που διατηρούν την ισορροπία στην εδαφική δοµή, και οι οποίες συµβολίζονται µε σ 1 ', σ 2 ', και σ 3 '. Στις περισσότερες µελέτες της εδαφοµηχανικής υποτίθεται ότι σ 2 '= σ 3 ' (αξονοσυµµετρικές συνθήκες), και οι περισσότερες διαδικασίες δοκιµών πραγ- µατοποιούνται µε την προσοµοίωση αυτής της κατάστασης. Υπάρχουν και καταστάσεις όπου σ 2 ' σ 3 ' οπότε ισχύει η συνθήκη της επίπεδης παραµόρφωσης, όπως κάτω ή πίσω από έναν τοίχο αντιστήριξης ή κάτω από ένα πρανές. Αυτές οι καταστάσεις αναπτύσσονται λεπτοµερέστερα στο Κεφάλαιο 7.
102 - º ª à π ƒã π º ƒª ÎÏÔ Ù ÛÂˆÓ ÙÔ Mohr ( Ì 4.10) Ο κύκλος του Mohr είναι ένας χρήσιµος τρόπος προσδιορισµού της διατµητικής και της ορθής τάσης, που δρουν σε ένα επίπεδο υπό οποιαδήποτε γωνία µέσα στο στοιχείο του εδάφους, αν είναι δεδοµένες οι τιµές των κυρίων τάσεων. Στο Σχήµα 4.10, η διατµητική τάση τ και η ορθή τάση σ Ν, οι οποίες δρουν σε ένα επίπεδο υπό γωνία θ µε ένα από τα κύρια επίπεδα, µπορούν να εξαχθούν ή να σχεδιαστούν από έναν κύκλο Mohr, αν είναι γνωστές οι δύο τιµές των κυρίων τάσεων. Αυτή η µέθοδος µπορεί να απεικονίσει την εντατική κατάσταση για τις ολικές καθώς και για τις ενεργούς τάσεις, µε κύκλους που έχουν την ίδια διάµετρο αλλά διαχωρίζονται οριζόντια από την τιµή της πίεσης του νερού των πόρων u w. Περισσότερες λεπτοµέρειες για τη χρήση αυτής της µεθόδου δίνονται στο Κεφάλαιο 7, που αφορά στη διατµητική αντοχή. appleèùfiappleô ÔÚÈ fióùèâ Î È Î Ù ÎfiÚ Ê ٠ÛÂÈ ( Ì Ù 4.11 Î È 4.12) Η κατάσταση ισορροπίας ενός εδάφους στη φυσική θέση (in situ), χωρίς να αναπτύσσονται κατακόρυφες ή οριζόντιες παραµορφώσεις, αναφέρεται ως κατάσταση ηρεµίας. Ο λόγος της οριζόντιας (σ Η ') προς την κατακόρυφη (σ V ') ενεργό τάση σε αυτή την κατάσταση συµβολίζεται µε Κ ο, που είναι ο συντελεστής της ουδέτερης ώθησης: σ H ' K 0 = σv ' (4.5) Για µια κανονικά στερεοποιηµένη άργιλο µε ισότροπες τάσεις όπου σ Η ' = σ V ', Κ ο = 1 και αυτό φαίνεται ως γραµµή ισότητας στο Σχήµα 4.11α. Για κανονικά στερεοποιηµένη άργιλο µε ανισότροπες τάσεις, δηλαδή σ Η ' < σ V ', ο λόγος των σ Η ' και σ V ' βρέθηκε ότι παραµένει σταθερός, και γι αυτό ο Κ ο είναι σταθερός και απεικονίζεται από τη γραµµή AC στο Σχή- µα 4.11α. Η σ Η ' αυξάνεται οµοιόµορφα µε το βάθος γι αυτό το είδος αργίλου, όπως φαίνεται στο Σχήµα 4.12α. Ο λόγος υπερστερεοποίησης OCR είναι σταθερός και µοναδιαίος σε όλο το βάθος της απόθεσης, αφού η p c ' είναι ίση µε την p 0 '. Για µια υπερστερεοποιηµένη άργιλο, καθώς η κατακόρυφη τάση µειώνεται στο σηµείο Β εξ αιτίας της διάβρωσης, οι οριζόντιες τάσεις δε µειώνονται κατά την ίδια ποσότητα αλλά παραµένουν ακλόνητες. έτσι, η εντατική κατάσταση δεν επιστρέφει στη γραµµή AC του Σχήµατος 4.11α. Ένα υπερστερεοποιηµένο έδαφος θα υπήρξε ως κανονικά στερεοποιηµένο κατά τη διάρκεια της περιόδου απόθεσής του, που απεικονίζεται από τη γραµµή ΑΒ. Το σηµείο Β είναι στο τέλος της απόθεσης, όταν η κατακόρυφη ενεργός τάση είναι η τάση προστερεοποίησης. Κατόπιν, η διάβρωση µειώνει τις τάσεις στο σηµείο D, όπου η κατακόρυφη τάση είναι η παρούσα τάση λόγω υπερκείµενων φορτίων p 0 '. Μπορείτε να διαπιστώσετε ότι, καθώς η εντατική κατάσταση µετακινείται από το Β στο D, ο συντελεστής ουδέτερης ώθησης Κ ο αυξάνεται, και αυξάνεται επίσης και ο λόγος υπερστερεοποίησης OCR. Η µεταβολή των κατακορύφων και οριζοντίων τάσεων µε το βάθος παρουσιάζεται στο Σχήµα 4.12β, όπου µπορείτε να δείτε ότι η τιµή του Κ ο για ένα υπερστερεοποιηµένο έδαφος είναι µεγαλύτερη από τη µονάδα, και µπορεί να έχει µεγάλη τιµή στις ανώτερες στρώσεις της εδαφικής απόθεσης. Κατόπιν µειώνεται βαθµιαία µε το βάθος σε τιµές χαµηλότερες από τη µονάδα. Αν συνεχιστεί η απόθεση ή συµβεί επαναφόρτιση, τότε η κατακόρυφη τάση θα αυξηθεί αλλά η οριζόντια τάση θα αυξηθεί λιγότερο. Η εντατική κατάσταση θα µετακινηθεί από το σηµείο D στο Β του Σχή- µατος 4.11α, µε το Κ ο και το OCR να µειώνονται µέχρι η εντατική κατάσταση να φτάσει στο σηµείο Β όταν το έδαφος επιστρέψει σε κατάσταση κανονικής στερεοποίησης. Όπως αποδεικνύεται αργότερα στο Κεφάλαιο 7, που αφορά στη διατµητική αντοχή, υπάρχουν τιµές της κατακόρυφης και της οριζόντιας τάσης οι οποίες µπορούν να προκαλέσουν κατάσταση αστοχίας στο έδαφος. Αυτές αντιπροσωπεύονται από τις ενεργητικές και παθητικές συνθήκες, πέρα από τις οποίες δεν µπορεί να υπάρχει εντατική κατάσταση, και γι αυτό αποτελούν όρια για τις τιµές του Κ ο. Για την περίπτωση ενός υπερστερεοποιηµένου εδάφους, η µεταβολή των σ Η ' και σ V ' µε το βάθος φαίνεται στο Σχήµα 4.12β, και η επίδρασή τους στο Κ ο και στο OCR παρουσιάζεται στο Σχήµα 4.11β. Όπως φαίνεται στο Σχήµα 4.7, η διάβρωση µειώνει τις κατακόρυφες ενεργές τάσεις στην απόθεση κατά p c ' p 0 '. Αφού οι οριζόντιες τάσεις δε µειώνονται κατά την ίδια ποσότητα, όπως προκύπτει από την
E NEƒ T π π ƒø - 103 Ì 4.10 ÎÏÔ Ù ÛÂˆÓ ÙÔ Mohr Ì 4.11 ÚÈ fióùèâ Î È Î Ù ÎfiÚ Ê ٠ÛÂÈ
104 - º ª à π ƒã π º ƒª Ì 4.12 ÊÈÎ appleè ÛÂÈ Û Π٠ÛÙ ÛË ËÚÂÌ