Στερεοποίηση Στερεοποίηση Όταν ένα κορεσμένο έδαφος φορτίζεται με κάποιο εξωτερικό φορτίο, αυτό σε πρώτη φάση παραλαμβάνεται από το νερό το οποίο λόγου της υπερπίεσης που εμφανίζεται απομακρύνεται σταδιακά. Συνέπεια : ο όγκος του εδάφους μειώνεται με αποτέλεσμα την εμφάνιση καθιζήσεων. Η ολοκλήρωση του φαινομένου μπορεί να διαρκέσει μεγάλο διάστημα, εξαρτώμενο από την διαπερατότητα του εδάφους. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται στερεοποίηση. 1
Στερεοποίηση Στάδια του φαινομένου : t=0 : Κορεσμένο έδαφος φόρτιση με εξωτερικό φορτίο P. Παραλαβή του φορτίου από το νερό > αύξηση πίεσης νερού πόρων κατά P και έναρξη εκτόνωσης της υπερπίεσης. (Έναρξη του φαινομένου της στερεοποίησης). Στερεοποίηση t=t 1 : συνέχιση εκτόνωσης της υπερπίεσης του νερού των πόρων με στράγγιση του νερού από το έδαφος. Η υπερπίεση μειώνεται σταδιακά και μέρος του εξωτερικού φορτίου παραλαμβάνεται από το έδαφος. Συνέπεια της στράγγισης του νερού είναι η συνεχιζόμενη μείωση του όγκου του εδάφους, το έδαφος συνεχίζει να καθιζάνει. (συνέχεια του φαινομένου της στερεοποίησης) 2
Στερεοποίηση t=t 2 : η εκτόνωση της υπερπίεσης του νερού των πόρων ολοκληρώνεται. Η πίεση που έχει το νερό είναι η υδροστατική πίεση. Το εξωτερικό φορτίο παραλαμβάνεται πλήρως από το έδαφος. Από εδώ και πέρα δεν παρατηρείται άλλη μείωση του όγκου του εδάφους. Το έδαφος δεν καθιζάνει άλλο. Οι καθιζήσεις έχουν ολοκληρωθεί. Το φαινόμενο της στερεοποίησης ολοκληρώθηκε. Στερεοποίηση Η διάρκεια εκδήλωσης του φαινομένου εξαρτάται από την κοκκομετρική σύσταση του εδάφους. Το φαινόμενο της στερεοποίησης εμφανίζεται σε λεπτόκοκκα εδάφη, τα οποία παρουσιάζουν μικρή διαπερατότητα. (t 2 ) Στα χονδρόκοκκα εδάφη το νερό στραγγίζει γρήγορα και η εκδήλωση του φαινομένου είναι στιγμιαία. (t 2 0) 3
Πρότυπο ASTM D2435 (ASTM : American Society of Testing Materials) Η εργαστηριακή δοκιμή βασίζεται στην θεωρία της μονοδιάστατης στερεοποίησης. Παραδοχή : οι εδαφικές παραμορφώσεις και η ροή του νερού γίνονται μόνο κατά την κατακόρυφη διεύθυνση. 4
Η δοκιμή στερεοποίησης μας δίνει πληροφορίες σχετικά με : τις συνολικές καθιζήσεις που θα υποστεί το έδαφος επιβάλλοντας σε αυτό συγκεκριμένο εξωτερικό φορτίο. τον συνολικό χρόνο ολοκλήρωσης του φαινομένου της στερεοποίησης για συγκεκριμένο εξωτερικό φορτίο και κατά συνέπεια της εμφάνισης των συνολικών καθιζήσεων. Συσκευές και υλικά Κυψέλη δείγματος Μηκυνσιόμετρο Χρονόμετρο Εξοπλισμός διαμόρφωσης δείγματος 5
Εργαστηριακή διαδικασία Εργαστηριακή διαδικασία 6
Εργαστηριακή διαδικασία Εργαστηριακή διαδικασία 7
Συντελεστής Στερεοποίησης με την Μέθοδο Λογαρίθμου του Χρόνου κατά Casagrande Πρωτεύουσα στερεοποίηση Δευτερεύουσα στερεοποίηση log (t) ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΣΥΜΠΙΕΣΗΣ log (t) 8
Συντελεστής Στερεοποίησης με την Μέθοδο Τετραγωνικής Ρίζας του Χρόνου κατά Taylor ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΣΥΜΠΙΕΣΗΣ SQR (t) από το a 100 κάθε φορτιοβαθμίδας e=e o Δe (διαδρομή στράγγισης) =1/2 μέσου ύψους δείγματος Δe=ΔΗ/Ηs =H o (ΔH i 1 +ΔH i )/2 Από διάγραμμα συμπίεσης log (t) 9
ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΔΕΙΚΤΗ ΚΕΝΩΝ e log(p) 2 ο βήμα : φέρουμε την εφαπτομένη BB στο σημείο Α B Γ Α Ε Γ 3 ο βήμα : φέρουμε την παράλληλη ΓΓ από το σημείο Α προς τον άξονα x. 1 ο βήμα : Εντοπίζουμε το σημείο μέγιστης καμπής του κλάδου φόρτισης (σημείο Α) B Δ 4 ο βήμα : φέρουμε τη διχοτόμο της γωνίας ΓΑΒ 6 ο βήμα : το σημείο τομής των ευθειών ΑΔ και ΕΕ ορίζει το Po. 5 ο βήμα : προεκτείνουμε το ευθύγραμμο χαμηλότερο τμήμα του κλάδου φόρτισης προς τη διχοτόμο. Ε Po log(p) Po (τάση προστερεοποίησης) : η μέγιστη κατακόρυφη ενεργή τάση που έχει δεχτεί το έδαφος καθόλη την διάρκεια της χρονοϊστορίας του. ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΔΕΙΚΤΗ ΚΕΝΩΝ e log(p) Δείκτης συμπίεσης Cc Δe P 1 P 2 log(p) 10
ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΔΕΙΚΤΗ ΚΕΝΩΝ e log(p) Δείκτης διόγκωσης Cs Δe P 1 P 2 log(p) ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΔΕΙΚΤΗ ΚΕΝΩΝ e P a v = συντελεστής συμπιεστότητας a v =Δe/ΔP (kpa 1 ) m v = συντελεστής συμπιεστότητας όγκου m v =a v /(1+e o ) (kpa 1 ) 11
ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Cv log(p) Υπολογισμοί Συντελεστής διαπερατότητας k k=0.31 x 10 9 x C v x m v (m/sec), όπου C v : συντελεστής στερεοποίησης (m 2 /έτος) m v : συντελεστής συμπιεστότητας όγκου (m 2 /MN) 12
Βιβλιογραφία βοηθήματα Εργαστηριακός προσδιορισμός Γεωτεχνικών ιδιοτήτων Εδάφους, Ι. Μάρκου, ΔΠΘ, 2005 : Στοιχεία Εδαφομηχανικής, Μ. Καββαδάς, ΕΜΠ, 2005 : Κεφάλαιο 7 Στερεοποίηση των εδαφικών υλικών 13