ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΣΚΛΗΡΩΝ ΕΔΑΦΩΝ - ΜΑΛΑΚΩΝ ΒΡΑΧΩΝ ΑΜΜΩΔΟΥΣ ΚΑΙ ΑΡΓΙΛΟΜΑΡΓΑΪΚΗΣ ΣΥΣΤΑΣΗΣ ΤΟΥ Ν. ΑΧΑΪΑΣ.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ «ΓΕΩΕΠΙΣΤΗΜΕΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ» ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ: ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΣΚΛΗΡΩΝ ΕΔΑΦΩΝ - ΜΑΛΑΚΩΝ ΒΡΑΧΩΝ ΑΜΜΩΔΟΥΣ ΚΑΙ ΑΡΓΙΛΟΜΑΡΓΑΪΚΗΣ ΣΥΣΤΑΣΗΣ ΤΟΥ Ν. ΑΧΑΪΑΣ. ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΟΣ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ ΣΥΝΤΑΞΗ: ΕΛΕΝΗ ΣΠΗΛΙΩΤΟΠΟΥΛΟΥ ΕΠΙΒΛΕΠΟΝΤΕΣ ΚΑΘΗΓΗΤΕΣ Γ. ΚΟΥΚΗΣ Ν. ΣΑΜΠΑΤΑΚΑΚΗΣ ΠΑΤΡΑ 2008

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η εργασία αυτή πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια του Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών «Γεωεπιστήμες και Περιβάλλον» του Τμήματος Γεωλογίας του Πανεπιστημίου Πατρών στη κατεύθυνση «Εφαρμοσμένη και Περιβαλλοντική Γεωλογία». Για τη πραγματοποίηση της παρούσας διπλωματικής εργασίας θα ήθελα να ευχαριστήσω: Τον καθηγητή Τεχνικής Γεωλογίας κ. Γεώργιο Κούκη για την καθοδήγηση και συμπαράστασή του καθ όλη τη διάρκεια αυτής της εργασίας καθώς επίσης και τον επίκουρο καθηγητή κ. Νικόλαο Σαμπατακάκη για τις πολύτιμες συμβουλές και υποδείξεις του. Επίσης τον καθηγητή κ. Ν. Λαμπράκη για τη συμμετοχή του στην εξεταστική επιτροπή. Θα ήθελα επιπλέον να ευχαριστήσω τον υποψήφιο διδάκτορα του τομέα της τεχνικής γεωλογίας κ. Σπύρο Κουλούρη και τον προπτυχιακό φοιτητή Αντώνη Μαρκαντώνη για την άψογη συνεργασία τους. Ευχαριστώ τέλος την συμφοιτήτριά μου Χριστίνα Παπαχρήστου για την πολύτιμη συνεργασία στα πλαίσια των εργασιών της υπαίθρου και του εργαστηρίου.

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1. ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ - ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ ΤΗΣ ΕΥΡΥΤΕΡΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΤΗΣ ΠΟΛΗΣ ΤΩΝ ΠΑΤΡΩΝ ΣΕΙΣΜΙΚΟΤΗΤΑ 2.1. ΓΕΩΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ 3 2.2. ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΟΜΗ 4 2.2.1. ΥΠΟΒΑΘΡΟ 4 2.2.2. ΝΕΟΓΕΝΕΙΣ ΤΕΤΑΡΤΟΓΕΝΕΙΣ ΑΠΟΘΕΣΕΙΣ 9 2.3. ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ 11 2.4. ΣΕΙΣΜΙΚΟΤΗΤΑ 13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΣΚΛΗΡΑ Ε ΑΦΗ ΜΑΛΑΚΟΙ ΒΡΑΧΟΙ 3.1. ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΩΝ «ΣΚΛΗΡΩΝ Ε ΑΦΩΝ ΜΑΛΑΚΩΝ ΒΡΑΧΩΝ» ΣΤΑ ΤΕΧΝΙΚΑ ΕΡΓΑ 16 3.2. ΟΙ «ΜΑΡΓΑÏΚΟΙ» ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΕΜΠΕΙΡΙΕΣ ΑΠΟ ΤΟΝ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΧΩΡΟ 19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑ 4.1. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΘΕΣΕΩΝ ΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑΣ 23 4.2. ΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΕΙΓΜΑΤΩΝ 37 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΟΚΙΜΕΣ ΚΑΙ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΕΙΓΜΑΤΩΝ 5.1. ΦΥΣΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ 41 5.1.1. ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΑΡΑΙΟΜΕΤΡΟ 41 5.1.2. ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙ ΙΚΟΥ ΒΑΡΟΥΣ Ε ΑΦΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΛΕΠΤΟΤΕΡΟΥ ΤΩΝ 2 mm 46 5.1.3. ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΡΙΟΥ Υ ΑΡΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΤΗ ΣΥΣΚΕΥΗ CASAGRANDE 48 5.1.4. ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΡΙΟΥ ΠΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ 49 5.1.5 ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΒΑΡΟΥΣ ΣΥΝΕΚΤΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 50 5.1.6. ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΣΥΡΡΙΚΝΩΣΗ 51 5.1.7. ΑΝΘΡΑΚΙΚΑ ΑΛΑΤΑ 53 5.1.8. ΟΚΙΜΗ ΕΛΕΥΘΕΡΗΣ ΙΟΓΚΩΣΗΣ 55 5.1.9. ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΤΗ ΧΑΛΑΡΩΣΗΣ (SLAKE DURABILITY INDEX) 56 5.2. ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ 59 5.2.1. ΟΚΙΜΗ ΑΠΕΥΘΕΙΑΣ ΙΑΤΜΗΣΗΣ 59 5.2.2. ΤΡΙΑΞΟΝΙΚΗ ΟΚΙΜΗ ΧΩΡΙΣ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗ ΚΑΙ ΑΠΟΣΤΡΑΓΓΙΣΗ (UU) 60

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΟΙΚΙΜΩΝ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 6.1. ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ 61 6.2. ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ 75 6.3. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 80 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1 1.1 Αντικείμενο Σκοπός της εργασίας Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει σαν αντικείμενο μελέτης την αποτίμηση των φυσικών και μηχανικών παραμέτρων των μαλακών βράχων σκληρών εδαφών. Η περιοχή μελέτης τοποθετείται στον Ν. Αχαΐας και εκτείνεται στην ευρύτερη περιοχή της Πάτρας έως την Αιγείρα. Η περιοχή αυτή λόγω της μεγάλης έκτασής της περιλαμβάνει δύο διαφορετικές ζώνες. Συγκεκριμένα περιλαμβάνει τις εξής γεωτεκτονικές ζώνες : -Ζώνη Γαβρόβου- Τριπόλεως -Ζώνη Ωλονού- Πίνδου Οι ιδιαιτερότητες των φυσικών και μηχανικών χαρακτηριστικών των σχηματισμών αυτών απαιτούν τη συστηματική τους διερεύνηση. Για το λόγο αυτό η μελέτη τους αποκτά μεγάλο ενδιαφέρον. Η εργασία περιλαμβάνει τα παρακάτω στάδια: -Περιγραφή των γεωλογικών συνθηκών σε ευρεία κλίμακα και συγκέντρωση τεκτονικών, σεισμικών και υδρομετεωρολογικών στοιχείων της ευρύτερης περιοχής μελέτης. -Λεπτομερής εξέταση, διαχωρισμός και ακριβής προσδιορισμός των θέσεων δειγματοληψίας της περιοχής μελέτης. - ειγματοληψία από τους σχηματισμούς που απαντώνται στην περιοχή και εκτέλεση εργαστηριακών δοκιμών -Προσδιορισμός των φυσικών και μηχανικών παραμέτρων των υπό εξέταση υλικών Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 1

Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή -Στατιστική επεξεργασία των τιμών των εργαστηριακών δοκιμών με σκοπό την εξαγωγή διαφόρων συμπερασμάτων για τη μηχανική συμπεριφορά των μαλακών βράχων σκληρών εδαφών. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 2

Κεφάλαιο 3 Σκληρά εδάφη Μαλακοί βράχοι ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΣΚΛΗΡΑ Ε ΑΦΗ-ΜΑΛΑΚΟΙ ΒΡΑΧΟΙ 3 3.1 ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΩΝ «ΣΚΛΗΡΩΝ Ε ΑΦΩΝ- ΜΑΛΑΚΩΝ ΒΡΑΧΩΝ» ΣΤΑ ΤΕΧΝΙΚΑ ΕΡΓΑ Στη γεωτεχνική μηχανική σε πολλές περιπτώσεις εξελισσόμενοι σχηματισμοί, όπως είναι οι μάργες, οι ιλυόλιθοι, ιζηματογενή πετρώματα με υψηλά ποσοστά αργίλου, σχηματισμοί που περιέχουν ανυδρίτη, καθώς και άλλα αποσαρθρωμένα πετρώματα με υψηλά ποσοστά ευδιάλυτων συστατικών και σμεκτίτη, αντιμετωπίζονται προκαταβολικά ως εν δυνάμει προβληματικά, με αποτέλεσμα τη λήψη προληπτικών μέτρων κατά το σχεδιασμό των έργων. Οι Božinović et al (1993) αναφέρουν ότι εξαιτίας της πολυπλοκότητας της δομής των ρωγματωμένων στιφρών αργίλων και μαργών παρουσιάζονται συχνά κατολισθήσεις, σε όλες σχεδόν τις λιθοστρωματογραφικές ενότητες, ανεξάρτητα από τη θέση αυτών ή τη κλίση των πρανών. Ιδιαίτερη επικινδυνότητα επιδεικνύουν οι ανώτερες άργιλοι του Μειοκαίνου, κυρίως όταν βρίσκονται σε εναλλαγές με αμμώδεις ορίζοντες και ιδιαίτερα τα ανώτερα αποσαθρωμένα τμήματα αυτών, τα οποία έχουν αισθητά μειωμένες μηχανικές ιδιότητες. Αυτό οφείλεται στη διακοπή της διαγένεσης για τα ιζήματα αυτά μέσω της διάβρωσης, με αποτέλεσμα την αποσυμπίεσή τους (με ταυτόχρονη δράση ρηγμάτων και ρωγματώσεων), που επέδρασε στα φυσικά και μηχανικά χαρακτηριστικά τους. Οι κατολισθήσεις προκαλούνται κατά βάση στην επιφάνεια του αποσαθρωμένου υλικού. Η ζώνη αποσάθρωσης παρουσιάζει μια συγκεκριμένη στρωμάτωση στην επιφάνεια του αναγλύφου εξαιτίας των θερμοκρασιακών μεταβολών που επιδρούν σε διαφορετικά διαστήματα, Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 16

Κεφάλαιο 3 Σκληρά εδάφη Μαλακοί βράχοι ευνοώντας έτσι τη συσσώρευση νερού και δημιουργώντας συχνά τις συνθήκες για την εκδήλωση κατολίσθησης. Ο Vaughan (1993) θεωρεί ότι σχεδόν όλοι οι ασθενείς γεωλογικοί σχηματισμοί δεν αποτελούν μία καθαρά ξεχωριστή κατηγορία, καθώς ενώ έχουν κάποια χαρακτηριστικά του πετρώματος, δεν μπορούν να ταξινομηθούν με επιτυχία ως συγκεκριμένα υλικά. Παρατηρεί βέβαια ότι η πλειοψηφία των σχηματισμών που περιγράφονται ως «εδάφη» έχουν μία δομή που περικλύει κάποιο βαθμό διαγένεσης. Το χαρακτηριστικό αυτό ελέγχει τη συμπεριφορά αυτών των σχηματισμών, καθώς μπορεί να οδηγήσει σε υλικά με μεγαλύτερο πορώδες, από ότι θα ήταν υπό άλλες συνθήκες δυνατό (Leroueil and Vaughan, 1990). Έτσι, εάν τα μοντέλα που έχουν αναπτυχθεί για συγκεκριμένες κατηγορίες υλικών στην Εδαφομηχανική τροποποιηθούν για να συμπεριλάβουν και τη πετρογένεση, τότε είναι δυνατή η κατάρτιση ενός λογικά απλού πλαισίου, μέσα στο οποίο οι ιδιότητες μεγάλου εύρους φυσικών υλικών μπορεί να περιγραφούν και από τις οποίες μπορεί να γίνουν ικανοποιητικές προγνώσεις. Σύμφωνα και με τα όσα αναφέρθηκαν ανωτέρω είναι σαφές ότι οι γεωτεχνικές έρευνες θα πρέπει να εκτελούνται με στόχο την καλύτερη κατανόηση των γεωτεχνικών χαρακτηριστικών των σχηματισμών αυτών, σε σχέση με τις τεχνικές κατασκευές, η έκταση δε αυτών εξαρτάται από τον τύπο της κατασκευής, τη σημασία αυτής και τη κλίμακα του έργου. Η πληροφόρηση που αποκτάται από τη γεωτεχνική έρευνα χρησιμοποιείται για τη δημιουργία του σχετικού γεωτεχνικού μοντέλου, πάνω στο οποίο στηρίζεται ο σχεδιασμός και η κατασκευή (Akai, 1993). Στη γεωτεχνική πρακτική τα υλικά της μεταβατικής ζώνης συχνά διερευνώνται με τα γνωστά κριτήρια και συσκευές για εδάφη και βράχους. Χαρακτηριστικά παραδείγματα έργων μεγάλης κλίμακας που πραγματοποιούνται διεθνώς τις τελευταίες δεκαετίες και σε σχηματισμούς της μεταβατικής ζώνης είναι οι σήραγγες. Οι εργαστηριακές και επιτόπου δοκιμές που εκτελούνται κατά το σχεδιασμό και μελέτη των υπόγειων αυτών έργων (όπως και όλων των έργων γενικότερα) θα πρέπει να έχουν ως στόχο τον όσο το δυνατόν ακριβέστερο και ρεαλιστικότερο προσδιορισμό των φυσικών και μηχανικών χαρακτηριστικών των σχηματισμών αυτών. Ένας από τους κύριους παράγοντες που επηρεάζουν την κατανομή των τάσεων στη βραχομάζα κοντά στο μέτωπο μιας σήραγγας και ιδιαίτερα στη Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 17

Κεφάλαιο 3 Σκληρά εδάφη Μαλακοί βράχοι περιοχή της οροφής αυτής είναι η μεταβολή της φυσικής κατάστασης (Ďurove et al, 1993). Έτσι, η παραμόρφωση της διατομής λόγω της εκσκαφής εξαρτάται περισσότερο από την αντοχή και τη φυσική κατάσταση της βραχομάζας, παρά από το βάθος της ίδιας της σήραγγας. Οι υδρογεωλογικές συνθήκες της περιοχής διάνοιξης επηρεάζουν τις αναπτυσσόμενες τάσεις και συνεπώς τις ελαστικές και ελαστοπλαστικές παραμορφώσεις της βραχομάζας. Ο Attewell (1993) αναφέρει ότι οι «ασθενείς» βράχοι με αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη 1.25 έως 5 MPa χρειάζονται σχεδόν πάντα ασπίδα ή άλλη προσωρινή υποστήριξη κατά τη διάνοιξη της σήραγγας, ιδιαίτερα όταν εκτίθενται σε ατμοσφαιρικές επιδράσεις και στο υπόγειο νερό. Ο Hoek (1999) αναφέρει ότι κατά τη διάνοιξη σηράγγων μία βραχομάζα θα πρέπει να θεωρείται «ασθενής», όταν η επιτόπου αντοχή της σε ανεμπόδιστη θλίψη είναι μικρότερη του ενός τρίτου της τάσης που ασκείται σε αυτή, καθώς ο παράγοντας που φαίνεται να παίζει σημαντικό ρόλο στην ευστάθεια των υπόγειων εκσκαφών είναι ο λόγος της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη προς τη μέγιστη επιτόπου επιβαλλόμενη τάση. Στη περίπτωση που η επιτόπου επιβαλλόμενη τάση υπερβεί μία οριακή τιμή τότε παρατηρείται η δημιουργία μιας ζώνης πλαστικής αστοχίας στη βραχομάζα. Η διάμετρος της ζώνης αυτής και η παραμόρφωση της διατομής εξαρτώνται από τον ανωτέρω λόγο. Έτσι, ο σχεδιασμός της υποστήριξης μιας σήραγγας θα πρέπει να έχει ως στόχο τη μείωση αυτής της οριακής τιμής. Η πίεση που επιβάλλει η υποστήριξη στη βραχομάζα εξαρτάται από την ακαμψία της ίδιας της υποστήριξης, τη φέρουσα ικανότητά της και την απόσταση εφαρμογής της από το μέτωπο. Σύμφωνα με τον Hoek (1999) η υποστήριξη ενεργεί περίπου σαν ένα σύστημα ελατηρίων και η πίεση που ασκεί αυξάνεται με την αύξηση της παραμόρφωσης, μέχρι την υπέρβαση της φέρουσας ικανότητας του συστήματος. Στο μέτωπο της εκσκαφής έχει ήδη συντελεστεί περίπου το ένα τρίτο των συνολικών παραμορφώσεων. Ιδιαίτερη προσοχή θα πρέπει να δίνεται στη περίπτωση όπου ο «μαλακός» βράχος παρουσιάζει ρηγματώσεις και ζώνες διάρρηξης. Για την εξασφάλιση της ευστάθειας της εκσκαφής σε τέτοιες περιπτώσεις χρειάζεται η εφαρμογή ενός συνδυασμού μέτρων υποστήριξης, όπως εκτοξευόμενου σκυροδέματος, πλαισίων, αγκυρίων και δοκών προπορείας. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 18

Κεφάλαιο 3 Σκληρά εδάφη Μαλακοί βράχοι Η Επιτροπή Εργασίας ISSMFE ERTC9 (1997) προτείνει ότι για την εκσκαφή σηράγγων σε «μαλακούς βράχους» θα πρέπει να προηγείται μία πλήρης και ενδελεχής γεωτεχνική έρευνα. Η έρευνα αυτή θα πρέπει να στοχεύει στη γεωλογική κατάταξη των σχηματισμών αυτών, στον προσδιορισμό της ορυκτολογικής και πετρογραφικής σύστασης, των τυχόν συστημάτων ασυνεχειών, του βαθμού αποσάθρωσης, των ρηγμάτων, της σκληρότητας, της θλιπτικής αντοχής, της διαβρωσιμότητας και της φθοράς, της αντίστασης στις ατμοσφαιρικές και θερμοκρασιακές μεταβολές και της αποδυνάμωσης κατά την προσρόφηση νερού. Επιπρόσθετα, για το σχεδιασμό της άμεσης υποστήριξης των σχηματισμών αυτών θα πρέπει να προσδιορίζεται η πυκνότητα, η παραμορφωσιμότητα, η αντοχή, λαμβάνοντας υπόψη και τις ασυνέχειες, καθώς και η διογκωσιμότητα. 3.2 ΟΙ «ΜΑΡΓΑÏΚΟΙ» ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΕΜΠΕΙΡΙΕΣ ΑΠΟ ΤΟΝ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΧΩΡΟ. Όσον αφορά στους μαργαϊκούς σχηματισμούς ειδικότερα, οι μηχανικές τους ιδιότητες επηρεάζονται σημαντικά από την ορυκτολογική τους σύσταση και το βαθμό συγκόλλησης, αλλά και από το βαθμό αποσάθρωσης και διάρρηξης που υφίστανται. Οι δεσμοί συγκόλλησης που αναπτύσσουν προέρχονται από την απόθεση ανθρακικών ορυκτών, γεγονός που τους προσδίδει υψηλή διατμητική αντοχή, η οποία συνήθως δεν αντιστοιχεί στον επιτόπου λόγο κενών. Χαρακτηριστικό των υλικών αυτών είναι η απότομη μείωση της δυσκαμψίας τους μετά το όριο διαρροής (λόγω διάσπασης των δεσμών) και η κατάρρευσή τους σε κατάσταση διαρροής, λόγω σημαντικής μείωσης της διατμητικής αντοχής τους. Βέβαια, η εκτίμηση της συμπεριφοράς τους θα πρέπει να βασίζεται τόσο στη φυσική τους αδυναμία, όσο και σε δευτερεύοντα φαινόμενα, που σχετίζονται με τις εξωτερικές επιδράσεις (θερμοκρασιακές μεταβολές, μεταβολές περιεχόμενης υγρασίας και καθεστώτος τάσεων κτλ.). Σύμφωνα με τον Καβουνίδη (1985) οι μάργες ανήκουν στη κατηγορία των αργιλικών ημιβράχων και είναι συνήθως ρωγματωμένες (με μικρορωγματώσεις ή στιλπνές επιφάνειες), με χαμηλή παραμένουσα αντοχή σε σχέση με τη μέγιστη, μεγάλη ψαθυρότητα και άρα επικινδυνότητα για προοδευτική αστοχία. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 19

Κεφάλαιο 3 Σκληρά εδάφη Μαλακοί βράχοι Ένα από τα βασικότερα προβλήματα που προκύπτει στη προσπάθεια ταξινόμησης των μαργαϊκών σχηματισμών είναι η δυσκολία ένταξης της συμπεριφοράς τους σε γενικευμένους κανόνες, καθώς αυτή εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη γεωλογική ιστορία τους και τη παρούσα κατάστασή τους. Για το λόγο αυτό, τα δεδομένα που προκύπτουν από τις εργαστηριακές και επιτόπου δοκιμές συνήθως παρουσιάζουν μεγάλη διασπορά, δυσκολεύοντας την ορθή και ρεαλιστική εκτίμηση των παραμέτρων σχεδιασμού τους (Dounias et al, 1993). Σε πολλές περιπτώσεις «μαλακών βράχων» παρατηρείται επίσης το φαινόμενο της μεταβολής του όγκου τους, λόγω της ορυκτολογικής σύστασης και δομής τους (Bell et al, 1993). Τέτοια φαινόμενα παρατηρούνται συνήθως σε αργιλικούς σχηματισμούς (κυρίως σε διογκούμενες αργίλους και ειδικότερα αυτές της οικογένειας των σμεκτιτών), με τις διαδικασίες της ενυδάτωσης και της ξήρανσης και δημιουργούν πολλές φορές μεγάλες ζημίες σε κατασκευές. Όσον αφορά στον Ελληνικό χώρο, στη κατηγορία των «σκληρών εδαφώνμαλακών βράχων» εντάσσονται τα ιζήματα των νεογενών λεκανών (μεταλπικοί σχηματισμοί), με συχνές εναλλαγές των επιμέρους φάσεών τους, όπως είναι οι μάργες, οι ψαμμίτες και τα κροκαλοπαγή. Τα ιζήματα αυτά συναντώνται σε όλο τον Ελληνικό χώρο, παρόλα αυτά όμως η συμπεριφορά τους γενικότερα και ειδικότερα στα μεγάλα τεχνικά έργα σε σχέση με τα φυσικά και μηχανικά χαρακτηριστικά τους και την ορυκτολογική σύσταση και δομή τους δεν έχει πλήρως αποτυπωθεί και κατανοηθεί. Κύριο χαρακτηριστικό όλων των μαργαϊκων σχηματισμών είναι η σημαντική παρουσία των ανθρακικών ορυκτών, χωρίς ωστόσο να υπάρχει διεθνώς καθορισμένο εύρος διακύμανσης του περιεχόμενου ποσοστού αυτών. Έτσι, ενώ ο Pettijohn (Bell, 1983 από Dounias et al 1993) αναφέρει ότι το ανθρακικό ασβέστιο στις μάργες θα πρέπει να κυμαίνεται από 35 έως 65%, υπάρχουν και μαργαϊκά υλικά με πολύ χαμηλότερα ποσοστά (όπως η μάργα Keuper, με ποσοστό ανθρακικών 20%). Οι Sabatakakis et al (1993) αναφέρουν πως οι ιζηματογενείς μάργες της Αθήνας παρουσιάζουν στις περισσότερες περιπτώσεις καλή συμπεριφορά λόγω του αυξημένου ποσοστού σε ανθρακικό ασβέστιο. Ανάμεσα στα πρώτα νεογενή ιζήματα του Ελληνικού χώρου που μελετήθηκαν ήταν η μάργα του Πειραιά, για την οποία η Επιστημονική Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 20

Κεφάλαιο 3 Σκληρά εδάφη Μαλακοί βράχοι Επιτροπή Εδαφομηχανικής και Θεμελιώσεων του ΤΕΕ πραγματοποίησε Ημερίδα, τα πρακτικά της οποίας περιέχονται στο τόμο «Γεωτεχνικά προβλήματα της μάργας του Πειραιά», ΤΕΕ, 1985. Χαρακτηριστικό των μαργών αυτών είναι η παρουσία διάφορων μεταβατικών λιθολογικών τύπων, οι οποίοι προκύπτουν κυρίως από τη μεταβολή του ποσοστού της άμμου και των ανθρακικών κλασμάτων (ασβεστίτη δολομίτη). Παράλληλα βέβαια εκδηλώνονται και δευτερογενείς μεταβολές, που οφείλονται στη δράση παραγόντων εξαλλοίωσης και αποσάθρωσης (Ανδρονόπουλος,1985). Οι μηχανικές τους ιδιότητες και συμπεριφορά επηρεάζονται από τη δευτερογενή αυξημένη διαγένεση λόγω υπερκειμένων (τεταρτογενείς αποθέσεις), τη δράση του υπόγειου νερού, τη στρωσιγένεια, το αραιό δίκτυο διαρρήξεων και τη παρουσία ενστρώσεων αργιλοϊλύος ή χαλαρής άμμου. Πιο συγκεκριμένα, η μάργα του Πειραιά εκπροσωπεί ως συνολικός όρος μία ακολουθία εναλλασσόμενων στρώσεων ασβεστιτικής μάργας, μαργαϊκού ασβεστολίθου, ασβεστιτικού ή/και μαργαϊκου ψαμμίτη, κροκαλοπαγούς με ενστρώσεις ιλυολίθου, αργιλοϊλύος, κιμωλίας, αργίλου κλπ.(κωστόπουλος, 1985). Οι μαργαϊκοί ψαμμίτες και οι μάργες χαρακτηρίζονται από διαφορές που προέκυψαν κατά την ιζηματογένεση και οφείλονται στην επικράτηση, κατά χρονικά διαστήματα, των περισσότερο ή λιγότερο λεπτομερών υλικών. Αντιθέτως, οι μάργες και οι μαργαϊκοί ασβεστόλιθοι χαρακτηρίζονται από διαφορές που προέκυψαν κατά την αποσάθρωση και οφείλονται στο εναπομένον κατά τη διάλυση ανθρακικό ασβέστιο. Το ποσοστό του ανθρακικού ασβεστίου παρατηρήθηκε ότι αυξάνεται με το βάθος, κυρίως στα ανώτερα 15 m από την επιφάνεια, ενώ ο βαθμός συγκόλλησης καθώς και ο βαθμός διάλυσης λόγω αποσάθρωσης ελέγχουν τη συμπεριφορά των σχηματισμών αυτών. Στους υψομετρικά ανώτερους ορίζοντες, όπου και η ουσιαστική ζώνη αποσάθρωσης, το υλικό παρουσιάζεται γεωτεχνικά ως ενδιάμεσο μεταξύ «εδάφους» και «βράχου», με μεταβαλλόμενο και τοπικά εξαρτώμενο βαθμό συγκόλλησης και υπερστερεοποίησης. Σύμφωνα με τα ανωτέρω, η μάργα του Πειραιά θα μπορούσε να αντιμετωπίζεται γεωτεχνικά ως μαλακός βράχος, ως υλικό δηλαδή του οποίου η συμπεριφορά δεν ελέγχεται ουσιαστικά από τη δρώσα τάση και με αυξανόμενη Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 21

Κεφάλαιο 3 Σκληρά εδάφη Μαλακοί βράχοι τη σημασία των ασυνεχειών, για μία «τιμή σύμβασης» της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη της τάξης των 4 MPa. Όσον αφορά στους μαργαϊκούς σχηματισμούς του Νομού Αχαΐας, γεωγραφικό χώρο στον οποίο εκπονήθηκε και η διατριβή αυτή, έχουν έντονη συνδετική ύλη από άργιλο και ασβεστίτη, η οποία περιβάλλει τους συνήθως μικρού μεγέθους κόκκους των σύνδρομων ορυκτών ( Koukis and Rozos και Rozos and Koukis, 1993). Ο τύπος της αργίλου και των ορυκτών, καθώς και η διάταξη στο σκελετό των υλικών φαίνεται να επηρεάζουν τα φυσικά χαρακτηριστικά αυτών, με αποτέλεσμα να χαρακτηρίζονται τόσο σαν πολύ στιφρά έως σκληρά εδάφη, όσο και σαν ασθενείς έως μέτρια σκληροί βράχοι. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 22

Κεφάλαιο 4 Δειγματοληψία ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑ 4 4.1 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΘΕΣΕΩΝ ΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑΣ Στο παρόν Κεφάλαιο περιγράφονται οι σχηματισμοί από τους οποίους ελήφθησαν δείγματα για τις μετέπειτα εργαστηριακές και ερευνητικές δοκιμές. Τα δείγματα αυτά χωρίζονται σε δυο κατηγορίες. Η Α κατηγορία περιλαμβάνει τα πρώτα 7 δείγματα τα οποία πάρθηκαν απ την ευρύτερη περιοχή του νομού Αχαΐας καθώς και του νομού Κορινθίας και η Β τα υπόλοιπα τα οποία είναι απ την περιοχή της μικρής περιμετρικής Πατρών. Η περιγραφή των πρώτων 7 σχηματισμών έγινε στο πεδίο και εκτός των άλλων περιλαμβάνει τις ακριβείς συντεταγμένες x, y των θέσεων δειγματοληψίας, σύμφωνα με το σύστημα συντεταγμένων Ε.Γ.Σ.Α. 87. Τα υπόλοιπα δείγματα προσκομίστηκαν στο εργαστήριο κατά τη διάρκεια εκσκαφών της μικρής περιμετρικής (βλέπε χάρτη στο παράρτημα). Αυτό είχε σαν συνέπεια την αδυναμία της επί τόπου περιγραφής καθώς και φωτογράφησης. Εν συνεχεία παρατίθεται η περιγραφή των σχηματισμών της Α κατηγορίας: είγμα 1: Η θέση δειγματοληψίας ορίζεται από τις γεωγραφικές συντεταγμένες χ:0343161 και y:4223612. Πρόκειται για υπόλευκο μαργαϊκό ασβεστόλιθο. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 23

Κεφάλαιο 4 Δειγματοληψία 6m υπόλευκος μαργαϊκος ασβεστόλιθος. Σχ.4.1: Περιγραφική σχεδίαση της στρωματογραφίας του πρανούς. Το βέλος δείχνει τον ορίζοντα δειγματοληψίας του δείγματος 1. 0m Φωτ 4.1: Το ακριβές σημείο δειγματοληψίας (δείγμα 1). Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 24

Κεφάλαιο 4 Δειγματοληψία Φωτ 4.2: Το πρανές δειγματοληψίας (δείγμα 1) Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 25

Κεφάλαιο 4 Δειγματοληψία είγμα 2: Η θέση δειγματοληψίας ορίζεται από τις γεωγραφικές συντεταγμένες χ:0306631 και y:4232954. Πρόκειται για κίτρινες σκληρές αργιλοϊλίες σε εναλλαγές με ερυθροκάστανες έως τεφρές αργίλους. κιτρινοκάστανες αμμοϊλύες τεφρή - ερυθρή άργιλος κιτρινότεφρες λεπτόκοκκες αμμοϊλύες κιτρινότεφρες αργιλοϊλύες 6m κίτρινες σκληρές αργιλοϊλύες σε εναλλαγές με ερυθροκάστανες έως τεφρές αργίλους Σχ.4.2: Περιγραφική σχεδίαση της στρωματογραφίας του πρανούς. Το βέλος δείχνει τον ορίζοντα δειγματοληψίας του δείγματος 2. 0 Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 26

Κεφάλαιο 4 Δειγματοληψία Φωτ 4.3: Το πρανές δειγματοληψίας (δείγμα 2). Φωτ 4.4: Το ακριβές σημείο δειγματοληψίας (δείγμα 2). Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 27

Κεφάλαιο 4 Δειγματοληψία είγμα 3: Η θέση δειγματοληψίας ορίζεται από τις γεωγραφικές συντεταγμένες χ:0350424 και y:4221988. Πρόκειται για καστανό έως τεφροκίτρινο ιλυόλιθο που περιέχει φακούς κροκαλοπαγών. κορήματα υλικά κατολισθήσεων καστανό συνεκτικό ψηφιτο-κροκαλοπαγές clast supported 6m καστανό έως τεφροκίτρινο ιλυόλιθο που περιέχει φακούς κροκαλοπαγών Σχ.4.3: Περιγραφική σχεδίαση της στρωματογραφίας του πρανούς. Το βέλος δείχνει τον ορίζοντα δειγματοληψίας του δείγματος 3. 0 Φωτ 4.5: Το ακριβές σημείο δειγματοληψίας (δείγμα 3). Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 28

Κεφάλαιο 4 Δειγματοληψία Φωτ 4.6: Το πρανές δειγματοληψίας (δείγμα 3). Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 29

Κεφάλαιο 4 Δειγματοληψία είγμα 4: Η θέση δειγματοληψίας ορίζεται από τις γεωγραφικές συντεταγμένες χ:0349932 και y:4218707. Πρόκειται για καστανό εύθρυπτο ψαμμίτη. καστανός εύθρυπτος ψαμμίτης 6m εύθρυπτος αδρόκοκκοςνψαμμίτης καστανή άργιλος 0 Σχ.4.4: Περιγραφική σχεδίαση της στρωματογραφίας του πρανούς. Το βέλος δείχνει τον ορίζοντα δειγματοληψίας του δείγματος 4. Φωτ 4.7: Το ακριβές σημείο δειγματοληψίας (δείγμα 4) Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 30

Κεφάλαιο 4 Δειγματοληψία Φωτ 4.8: Το πρανές δειγματοληψίας (δείγμα 4). Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 31

Κεφάλαιο 4 Δειγματοληψία είγμα 5: Η θέση δειγματοληψίας ορίζεται από τις γεωγραφικές συντεταγμένες χ:0350932 και y:4218284. Πρόκειται για καστανό εύθρυπτο ψαμμίτη. συνεκτικά κροκαλοπαγή εναλλαγές αμμοϊλύων με τις αδρές υποκείμμενες άμμους καστανή αδρή πυκνή άμμο συνεκτικά κροκαλοπαγή με ενστρώσεις άμμου καστανός εύθρυπτοσ ψαμμίτης με λεπτές ενστρώσεις χαλίκων 6m καστανές πυκνές άμμοι με λεπτά στρώματα αργίλου 0 Σχ.4.5: Περιγραφική σχεδίαση της στρωματογραφίας του πρανούς. Το βέλος δείχνει τον ορίζοντα δειγματοληψίας του δείγματος 5. Φωτ 4.9: Το ακριβές σημείο δειγματοληψίας (δείγμα 5). Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 32

Κεφάλαιο 4 Δειγματοληψία Φωτ 4.10: Το πρανές δειγματοληψίας (δείγμα 5). Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 33

Κεφάλαιο 4 Δειγματοληψία είγμα 6: Η θέση δειγματοληψίας ορίζεται από τις γεωγραφικές συντεταγμένες χ:0359876 και y:4218532. Πρόκειται για καστανό λεπτόκοκκο ψαμμίτη. συνεκτικά κροκαλοπαγή matrix supported καστανός ψαμμίτης λευκές έως κιτρινοφαιές ασβεστιτικές μάργες 6m καστανός λεπτόκοκκος ψαμμίτης λευκές έως κιτρινοφαιές ασβεστιτικές μάργες Σχ.4.6: Περιγραφική σχεδίαση της στρωματογραφίας του πρανούς. Το βέλος δείχνει τον ορίζοντα δειγματοληψίας του δείγματος 6. 0 Φωτ 4.11: Το πρανές δειγματοληψίας (δείγμα 6). Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 34

Κεφάλαιο 4 Δειγματοληψία είγμα 7: Η θέση δειγματοληψίας ορίζεται από τις γεωγραφικές συντεταγμένες χ:0350989 και y:4218176. Πρόκειται για εύθρυπτο λεπτόκοκκο ψαμμίτη. μαζώδεις ψαμμίτες με ενστρώσεις αργίλου λεπτές εναλλαγές κυανότεφρων - καστανοκίτρινων μαργών λεπτόκοκκος συνεκτικός ψαμμίτης λεπτές εναλλαγές κυανότεφρων μαργών λεπτόκοκκος συνεκτικός ψαμμίτης λεπτές εναλλαγές κυανότεφρων - καστανοκίτρινων μαργών λεπτόκοκκος εύθρυπτος ψαμμίτης 6m λεπτές εναλλαγές κυανότεφρων - καστανοκίτρινων μαργών Σχ.4.7: Περιγραφική σχεδίαση της στρωματογραφίας του πρανούς. Το βέλος δείχνει τον ορίζοντα δειγματοληψίας του δείγματος 7. 0 Φωτ 4.12: Το ακριβές σημείο δειγματοληψίας (δείγμα 7). Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 35

Κεφάλαιο 4 Δειγματοληψία Φωτ 4.13: Το πρανές δειγματοληψίας (δείγμα 7). Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 36

Κεφάλαιο 4 Δειγματοληψία 4.2 ΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΕΙΓΜΑΤΩΝ Στην ύπαιθρο προσπαθούμε να βρούμε το κατάλληλο σημείο από το οποίο θα πάρουμε το δείγμα. Αφού επιλέξουμε το σημείο με τη βοήθεια σφυριού και καλεμιού και με μεγάλη προσοχή προσπαθούμε να αποσπάσουμε ένα μεγάλο κομμάτι δείγματος (block) το οποίο να είναι συμπαγές και να έχει όσο το δυνατόν λιγότερες ασυνέχειες. Έτσι καταφέρνουμε να αποσπάσουμε ένα σχεδόν αδιατάρακτο δείγμα. Στη συνέχεια το μεταφέρουμε στο εργαστήριο. Οι παραπάνω διαδικασίες ακολουθήθηκαν για τα δείγματα της Α κατηγορίας. Για τα δείγματα της Β κατηγορίας η διαδικασία ήταν διαφορετική. Για την εξόρυξη των δειγμάτων αυτών, τα οποία προέρχονται από τη μικρή περιμετρική, χρησιμοποιήθηκαν εκσκαπτικά μηχανήματα (εκσκαφέας) κατά τη διάρκεια εκτέλεσης των έργων. Αφού λοιπόν έρθουν στο εργαστήριο (φωτ. 4.14) ένα τμήμα τους χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό των φυσικών ιδιοτήτων. Αφού ξηραθεί στη συνέχεια τρίβεται μέχρι να μην υπάρχουν πια συσσωματώματα. Όταν γίνει αυτό το περνάμε από σειρά κόσκινων και έτσι διαχωρίζονται τα διάφορα κλάσματα (χάλικες, άμμος, ιλύς, άργιλος) τα οποία χρησιμοποιούνται στις διάφορες δοκιμές (βλέπε κεφ 5). Φωτ 4.14: Block δειγμάτων με την μορφή που φτάνουν στο εργαστήριο. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 37

Κεφάλαιο 4 Δειγματοληψία Το υπόλοιπο δείγμα χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό των μηχανικών ιδιοτήτων. Οι ιδιότητες αυτές προσδιορίζονται σε κυλινδρικά δοκίμια με τυπικές διαμέτρους 5.4 7.5 cm τα οποία λαμβάνονται με τη βοήθεια του εργαστηριακού αδαμαντοτρύπανου (φωτ. 4.15, 4.16) για τα μαλακά βράχια και με τη βοήθεια κυλινδρικού σωλήνα μήτρας και κοπιδιού για τα σκληρά εδάφη (φωτ. 4.17, 4.18). Φωτ 4.15: Αδαμαντοτρύπανο για την διαμόρφωση κυλινδρικών δοκιμίων. χρησιμοποιείται για τα μαλακά βράχια. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 38

Κεφάλαιο 4 Δειγματοληψία Φωτ 4.16: ιαμορφωμένα κυλινδρικά δοκίμια βαλακών βράχων. Φωτ 4.17: ιαμόρφωση κυλινδρικών δοκιμίων με τη βοήθεια κυλινδρικού σωλήνα μήτρας. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 39

Κεφάλαιο 4 Δειγματοληψία Φωτ 4.18: ιαμορφωμένα κυλινδρικά δοκίμια σκληρών εδαφών. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 40

Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιμές και ταξινόμηση δειγμάτων ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΟΚΙΜΕΣ 5 ΚΑΙ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΙΓΜΑΤΩΝ 5. ΣΥΝΤΟΜΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΟΚΙΜΩΝ ΤΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ. Για το πέρας της συγκεκριμένης έρευνας χρειάστηκε να γίνουν ορισμένες δοκιμές οι οποίες αποσκοπούσαν στην ταξινόμηση των ληφθέντων εδαφικών δειγμάτων και στον προσδιορισμό κρίσιμων φυσικών και μηχανικών παραμέτρων. Οι δοκιμές αυτές περιγράφονται αναλυτικά πιο κάτω. 5.1 ΦΥΣΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ 5.1.1 ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΑΡΑΙΟΜΕΤΡΟ Η μέθοδος αυτή βασίζεται στην αρχή της διασποράς και καθίζησης των εδαφικών κόκκων στο νερό με διαφορετικές ταχύτητες, που εξαρτώνται από το σχήμα, το μέγεθος και το βάρος τους. Για τις μετρήσεις χρησιμοποιείται αραιόμετρο. Σύμφωνα με τον νόμο του Stokes τα εδαφικά τεμαχίδια είναι σφαιρικά και η ταχύτητα καθίζησης είναι συνάρτηση της διαμέτρου τους. Η σχέση που περιγράφει το νόμο είναι: d 0 = 30nL 980(G -1)t S όπου: Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 41

Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιμές και ταξινόμηση δειγμάτων d 0 : η μέγιστη διάμετρος, σε mm n :συντελεστής ιξώδους, σε poises,του μέσου διασποράς (στη συγκεκριμένη περίπτωση του νερού) L : διαδρομή κόκκων που καθιζάνουν, σε cm t : χρόνος, σε min, περιόδου καθίζησης G s : ειδικό βάρος κόκκων εδάφους Ο νόμος του Stokes εφαρμόζεται σε εδαφικά υλικά που έχουν ισοδύναμη διάμετρο μικρότερη από 0.2 mm και μεγαλύτερη από 0.0002 mm. Εδαφικοί κόκκοι μεγαλύτεροι από 0.2 mm καθιζάνουν με μεγάλη ταχύτητα και προκαλούν ανατάραξη του αιωρήματος. Εδαφικοί κόκκοι μικρότεροι από 0.0002 mm δεν μετριούνται λόγω της κίνησης Brown. Στον Πίνακα 5.1 δίνονται οι μέγιστες διάμετροι των κόκκων σε αιώρηση για διάφορους χρόνους κάτω από δεδομένες συνθήκες. Οι συνθήκες συμφωνά με τις οποίες υπολογίστηκαν οι μέγιστες διάμετροι είναι: Η απόσταση, L, που διατρέχουν οι κόκκοι, σταθερή και ίση προς 17.5 cm. Ο συντελεστής ιξώδους, η, ίσος προς αυτόν του νερού στους 20 C, δηλαδή 0.01005 poises. Το ειδικό βάρος των κόκκων του εδάφους, G s, λαμβάνεται σταθερό και ίσο προς 2.65. Αυτές οι διάμετροι διορθώνονται σύμφωνα με τον τύπο: d =d 0 K L K G K n για συνθήκες διαφορετικές από τις παραπάνω. Οι συντελεστές K L, K G, K n, δίνονται από αντίστοιχους πίνακες. Η ανάλυση με το αραιόμετρο πραγματοποιείται στο εργαστήριο σε ογκομετρικό κύλινδρο των 1000 ml. To δείγμα, που πρέπει να είναι αντιπροσωπευτικό, αποτελείται από 50 gr (ή 100 gr για τα πιο αμμώδη εδάφη) ξηραμένου σε κλίβανο στους 60 C για 24 h ή αεροξηραμένου εδάφους και διερχόμενου από το κόσκινο No 10 (2 mm). Λειοτριβείται σε γουδί με γουδοχέρι καλυμμένο με ελαστικό, προσεκτικά έτσι ώστε να απομονωθούν οι κόκκοι χωρίς να μειωθεί το μέγεθος τους. Κατόπιν παραμένει για 12 h σε ποτήρι των 250 ml καλυπτόμενο με 125 ml από το έτοιμο διάλυμα του παράγοντα διασποράς που έχει επιλεγεί και παρασκευάζεται σύμφωνα με Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 42

Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιμές και ταξινόμηση δειγμάτων τον Πίνακα 5.2. Συνήθως σαν παράγοντας διασποράς χρησιμοποιείται το εξαμεταφω- σφορικό νάτριο. Χρόνος (min) Μέγιστη διάμετρος κόκκων (mm) 2 0.041 5 0.026 15 0.015 30 0.011 60 0.0074 250 0.0037 1440 0.0015 Πίνακας 5.1 Μέγιστη διάμετρος κόκκων σε αιώρημα κάτω από τις δεδομένες συνθήκες Χημική Ένωση Γραμμάρια άλατος ανά λίτρο έτοιμου διαλύματος Χημικός Τύπος Εξαμεταφωσφορικό Νάτριο με 45,7 NaPO 3 ή Ανθρακικό Νάτριο ως ρυθμιστικό (NaPO 3 ) 6 Πολυφωσφορικό Νάτριο 21,6 Na 12 P 10 O 31 Τριφωσφορικό Νάτριο 18,8 Na 5 P 3 O 10 Τετραφωσφορικό Νάτριο 35,1 Na 6 P 4 O 13 Πίνακας 5.2 Παράγοντες διασποράς Μετά τη συμπλήρωση του χρόνου αυτού το δείγμα από το ποτήρι μεταφέρεται με έκπλυση σε κύπελλο διασποράς και αναδεύεται σε μηχανικό αναδευτήρα για 1min. Το εδαφικό αιώρημα στη συνέχεια μεταφέρεται στο σωλήνα των 1000 ml και προστίθεται απεσταγμένο νερό μέχρι τα 1000 ml. Τότε ο ογκομετρικός κύλινδρος τοποθετείται σε υδατόλουτρο σταθερής θερμοκρασίας (περίπου 20 C). Όταν το εδαφικό αιώρημα αποκτήσει τη θερμοκρασία του υδατόλουτρου, εξάγεται ο κύλινδρος και το περιεχόμενο του αναταράσσεται για 1 min (60 περίπου κινήσεις αναστροφής του κυλίνδρου). Σαν πώμα του στομίου του κυλίνδρου χρησιμοποιείται η παλάμη ή ειδικό πλαστικό πώμα. Σημειώνεται ο χρόνος περάτωσης της ανατάραξης, τοποθετείται ο ογκομετρικός κύλινδρος μέσα στο υδατόλουτρο, βυθίζεται το αραιόμετρο στο αιώρημα και διαβάζονται οι Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 43

Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιμές και ταξινόμηση δειγμάτων ενδείξεις αυτού στο τέλος των 2 min ή και νωρίτερα. Οι μετέπειτα ενδείξεις λαμβάνονται κατά χρονικά διαστήματα 5, 15, 30, 60, 250 και 1440min, από την έναρξη της κατακρήμνισης. Αμέσως μετά από κάθε ανάγνωση του αραιόμετρου μετριέται και σημειώνεται η θερμοκρασία του εδαφικού αιωρήματος, με τη χρήση υδραργυρικού θερμομέτρου. Στην περίπτωση που η θερμοκρασία είναι διαφορετική από 20 ο C τότε η ανάγνωση R του αραιομέτρου διορθώνεται ανάλογα με τη θερμοκρασία, βάση ορισμένων πινάκων. Όταν το αραιόμετρο τοποθετείται στον κύλινδρο με το εδαφικό αιώρημα, σε χρόνο t από την αρχή της κατακρήμνισης, μετριέται η ποσότητα σε gr του εδάφους που βρίσκεται ακόμα σε αιώρηση, δηλαδη το διερχόμενο σε gr. Το ποσοστό του διερχόμενου (W %) στο δείγμα των 50 ή 100 gr δίνεται από τον τύπο: αr' W(%)= x100 W s για το αραιόμετρο 152 Η, όπου: R : διορθωμένη ένδειξη του αραιομέτρου, W s : βάρος σε gr του δείγματος των 50 ή 100 gr που χρησιμοποιήθηκε, διορθωμένο ως προς την υγροσκοπική του υγρασία α : συντελεστής διόρθωσης που εξαρτάται από το ειδικό βάρος του με δείγματος G 2,65-1 s α = 2,65 G -1 s G s : ειδικό βάρος κόκκων, λαμβάνοντας υπόψη ότι τα αραιόμετρα είναι βαθμονομημένα για G s = 2,65 G 2,65-1 s α = 2,65 G -1 s Για τη μετατροπή των ποσοστών W (%) του εδάφους "εν αιωρήσει" σε ποσοστό (%) του ολικού προς εξέταση δείγματος, που περιλαμβάνει και το συγκρατούμενο κλάσμα στο κόσκινο No 10, το W % πολλαπλασιάζεται με το συντελεστή W 10 /l00, όπου W 10 είναι το ποσοστό % του ολικού δείγματος διερχόμενου από το No 10. Έτσι έχουμε : Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 44

Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιμές και ταξινόμηση δειγμάτων W αr' W αr' W(%)= 10 x100 W(%)= 10 100Ws Ws Με βάση τα αποτελέσματα της ανάλυσης με αραιόμετρο κατασκευάζεται η κοκκομετρική καμπύλη στο αντίστοιχο διάγραμμα και καλύπτει την περιοχή μέχρι τα 0,075mm (κόσκινο Ν ο 200) ενώ το υπόλοιπο συμπληρώνεται από την ανάλυση με τα κόσκινα. Όταν συνδυάζονται τα αποτελέσματα της κοκκομετρικής ανάλυσης με κόσκινα, με αυτά της ανάλυσης με αραιόμετρο, παρουσιάζεται πολλές φορές κάποια ασυνέχεια στην κοκκομετρική καμπύλη, που οφείλεται στο γεγονός ότι οι εδαφικοί κόκκοι έχουν ακανόνιστο σχήμα. Εάν στο δείγμα που λαμβάνεται για αραιομέτρηση το ποσοστό της οργανικής ύλης είναι μεγαλύτερο του 1 % τότε πριν από το στάδιο της διασποράς η ύλη αυτή επιβάλλεται να απομακρυνθεί. Εάν δε τα εδάφη είναι ασβεστούχα μπορεί επίσης να γίνει απομάκρυνση των ανθρακικών αλάτων πριν από το στάδιο της διασποράς. Σημειώνεται σχετικά, ότι η απομάκρυνση της οργανικής ύλης και των ανθρακικών είναι απαραίτητη γιατί και τα δύο επενεργούν σαν παράγοντες συσσωμάτωσης. Όταν βρίσκονται σε κατάσταση διασποράς, αυξάνουν στις μετρήσεις το ποσοστό του αργιλικού κλάσματος καθόσον τα τεμαχίδια τους έχουν διαστάσεις κολλοειδών. Απομάκρυνση της οργανικής ύλης: χρησιμοποιείται ποτήρι ζέσεως των 400 ml, προστίθενται το εδαφικό δείγμα, 50 ml απεσταγμένου νερού, 20 ml Η 2 Ο 2 30% και αναδεύονται. Για την επιτάχυνση του φαινομένου, προστίθενται επιπλέον 20 ml H 2 O 2, μετά το τέλος της πρώτης αντίδρασης και θερμαίνεται ελαφρά το μίγμα. Ίσως απαιτηθούν και άλλα 20 ml H 2 O 2 με ελαφρύ βράσιμο του αιωρήματος μέχρι διακοπής της αντίδρασης. Σε εδάφη που περιέχουν ΜηΟ 2 είναι απαραίτητο να προστεθούν μερικές σταγόνες οξικού οξέος πριν από την επεξεργασία με Η 2 Ο 2 επειδή το ΜηΟ 2 προκαλεί αυθόρμητη διάσπαση του Η 2 Ο 2. Αν παρατηρούνται πολλές φυσαλίδες ικανές να απομακρύνουν το δείγμα από το ποτήρι, προστίθενται μερικές σταγόνες αμυλικής αλκοόλης. Απομάκρυνση ανθρακικών αλάτων: Προστίθενται 25 ml 0.1 Ν HCl, αναδεύονται και αφήνονται σε ηρεμία για 2 λεπτά. ιηθείται το αιώρημα και Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 45

Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιμές και ταξινόμηση δειγμάτων επαναλαμβάνεται το ίδιο δύο φορές με 25 ml HCl και τρεις φορές με απεσταγμένο νερό. Μετά τις παραπάνω διεργασίες το στερεό δείγμα συλλέγεται με φυγοκέντρηση ή με διήθηση και στη συνέχεια ξηραίνεται σε θερμοκρασία μικρότερη ή ίση των 60 C. Η οργανική ύλη και τα ανθρακικά δεν λαμβάνονται υπόψη στους υπολογισμούς και για το λόγο αυτό το δείγμα (50 gr ή 100 gr) ζυγίζεται μετά την απομάκρυνση τους. 5.1.2 ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΕΙ ΙΚΟΥ ΒΑΡΟΣ Ε ΑΦΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΛΕΠΤΟΤΕΡΟΥ ΤΩΝ 2 mm. Χρησιμοποιείται το πυκνόμετρο, που μπορεί να είναι είτε ογκομετρική φιάλη χωρητικότητας τουλάχιστον 100 ml είτε λήκυθος χωρητικότητας τουλάχιστον 50 ml. Το πυκνόμετρο καθαρίζεται, ξηραίνεται, ζυγίζεται και στη συνέχεια πληρούται μέχρι τη χαραγή με απεσταγμένο νερό πραγματικής θερμοκρασίας δωματίου. Ο εγκλωβισμένος αέρας απομακρύνεται με εφαρμογή μερικού κενού ή με ελαφρύ βρασμό για 10 min και περιστροφή, τοποθετείται σε υδατόλουτρο θερμοκρασίας 20 C, επαναφέρεται η στάθμη του νερού μέχρι τη χαραγή και ζυγίζεται. Το εδαφικό υλικό μπορεί ή να ξηραθεί στον αέρα ή να έχει ξηραθεί σε κλίβανο στους 60 C και κατόπιν ψυχθεί σε ξηραντήρα, ενώ πριν τη χρησιμοποίηση του για τη δοκιμή, είναι απαραίτητο να κονιοποιηθεί πολύ καλά σε γουδί με ράβδο (γουδοχέρι) καλυμμένη με ελαστικό, για την αποσύνδεση των κόκκων από τυχόν συσσωματώματα. Για την εξασφάλιση αντιπροσωπευτικού δείγματος στην απαραίτητη ποσότητα μπορεί να γίνει απλός τετραμερισμός του αρχικού δείγματος ή να χρησιμοποιηθεί συσκευή διαχωρισμού δειγμάτων. Το βάρος του ξηραμένου σε κλίβανο δείγματος πρέπει να είναι τουλάχιστον 25 gr όταν χρησιμοποιείται ογκομετρική φιάλη και 10 gr για τη λήκυθο, ενώ για τα πιο αμμούχα υλικά πρέπει να ληφθεί μεγαλύτερη ποσότητα δείγματος, ήτοι 50 gr περίπου. Το δείγμα τοποθετείτε στο πυκνόμετρο χωρίς απώλεια εδάφους στην περίπτωση που έχει ζυγιστεί και στη συνεχεία το πυκνόμετρο πληρούται με απεσταγμένο νερό (μέχρι τη χαραγή). Ο αέρας που έχει τυχόν παγιδευτεί, απομακρύνεται με εφαρμογή στο περιεχόμενο μερικού Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 46

Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιμές και ταξινόμηση δειγμάτων κενού ή με ελαφρύ βρασμό για τουλάχιστον 10 min και περιστροφή του πυκνόμετρου έτσι ώστε ο αέρας να ανέλθει. Τοποθετείται μετά σε υδατόλουτρο σταθερής θερμοκρασίας 20 C και γίνεται επαναφορά της στάθμης. Στη συνέχεια καθαρίζεται και ξηραίνεται εξωτερικά με καθαρό στεγνό ύφασμα και ζυγίζεται. Ειδικό βάρος (20 c) = w 0 /w 0 +(w α -w β ) Όπου: w 0 : βάρος ξηρού δείγματος εδάφους, σε gr, w α : βάρος πυκνόμετρου με νερό μέχρι τη χαραγή, θερμοκρασίας 20 C, σε gr, w β : βάρος πυκνόμετρου ξηρού δείγματος και νερού, μέχρι τη χαραγή, θερμοκρασίας 20 C, σε gr. Αν οι τιμές w α και w β έχουν ληφθεί σε θερμοκρασία Τ Χ, διαφορετική από 20 C, τότε η τιμή του ειδικού βάρους στους 20 C, προκύπτει από τη σχέση: Ειδικό βάρος (σε 20 C) = Κ x (ειδικό βάρος σε T X C) Όπου: Κ: συντελεστής διόρθωσης που προκύπτει από τη διαίρεση της σχετικής πυκνότητας του νερού θερμοκρασίας Τ Χ με τη σχετική πυκνότητα του νερού στους 20 C. Οι τιμές του Κ προκύπτουν από σχετικούς πίνακες. Για την αναφορά της τιμής του ειδικού βάρους ως προς το νερό θερμοκρασίας 4 C πολλαπλασιάζεται η τιμή του ειδικού βάρους σε θερμοκρασία 20 C με τη σχετική πυκνότητα του νερού σε θερμοκρασία 20 C την οποία βρίσκουμε από σχετικούς πίνακες. Η δοκιμή εκτελείται σε 2 δοκίμια από το ίδιο δείγμα, τα αποτελέσματα εκφράζονται με ακρίβεια 0.01 και εάν διαφέρουν μεταξύ τους περισσότερο από 0.03 η δοκιμή επαναλαμβάνεται. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 47

Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιμές και ταξινόμηση δειγμάτων 5.1.3 ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΡΙΟΥ Υ ΑΡΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΤΗ ΣΥΣΚΕΥΗ CASAGRANDE Για την εκτέλεση της δοκιμής λαμβάνεται διαταραγμένο δείγμα βάρους 100 gr περίπου έπειτα από καλή ανάμειξη, από το κλάσμα του υλικού που είναι διερχόμενο από το κόσκινο Ν ο 40 (0,425mm) και έχει ξηρανθεί στον αέρα ή σε κλίβανο στους 60 C. Τοποθετείται στη συνέχεια σε κάψα και προστίθεται σταδιακά απεσταγμένο νερό. Ανακατεύεται πολύ καλά έτσι ώστε να προκύψει μια εδαφική παχύρρευστη μάζα. Η κάψα με την εδαφική μάζα τοποθετείται στον υγραντήρα 30 min τουλάχιστον για ωρίμανση. Κατόπιν λαμβάνεται μέρος της εδαφικής μάζας και γεμίζεται το κύπελλο της συσκευής (φωτ 5.1), μετά δε την επιπέδωση, το μέγιστο πάχος του πλακούντα που δημιουργήθηκε πρέπει να είναι 1cm. Φωτ 5.1: Συσκευή Cassagrande Ο πλακούντας διαιρείται με σταθερή διαδρομή του οργάνου χάραξης κατά μήκος της διαμέτρου που διέρχεται από το μέσο του στηρίγματος του κυπέλλου, έτσι ώστε να σχηματιστεί καθαρή και απότομη χαραγή κατάλληλων διαστάσεων. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 48

Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιμές και ταξινόμηση δειγμάτων Με ειδικό μηχανισμό υψώνεται και αφήνεται το κύπελλο να πέσει με χτύπο από ύψος 1 cm. Σαν όριο υδαρότητας ορίζεται το ποσοστό της περιεχόμενης υγρασίας που απαιτείται για να κλείσει η χαραγή στο μέσο του πυθμένα της κατά 12,7mm μετά από 25 χτύπους. Εκτελούμε τουλάχιστον 3 δοκιμές στο ίδιο δείγμα με διαφορετικές περιεκτικότητες σε υγρασία, με αποδεκτό αριθμό χτύπων από 15 έως 35 (συγκεκριμένα στις περιοχές 25-35, 20-30, 15-25), δεδομένου ότι με την παραπάνω διαδικασία είναι δύσκολο στους 25 χτύπους να κλείσει η χαραγή κατά 12,7mm στον πυθμένα διότι δεν μπορεί να προσδιοριστεί επακριβώς η υγρασία. Το ποσοστό περιεχόμενης υγρασίας και ο αντίστοιχος αριθμός κτύπων απεικονίζεται σε ημιλογαριθμικό διάγραμμα με τα ποσοστά υγρασίας σε γραμμική κλίμακα (τετμημένη) και των αριθμό των κτύπων στην ημιλογαριθμική. τα σημεία που προκύπτουν βρίσκονται κατά μεγάλη προσέγγιση πάνω σε ευθεία γραμμή, η οποία ονομάζεται καμπύλη ροής. Η υγρασία που αντιστοιχεί στους 25 κτύπους μέσω της καμπύλης ροής αποτελεί το όριο υδαρότητας. 5.1.4 ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΡΙΟΥ ΠΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ. Για τον προσδιορισμό του ορίου πλαστικότητας, PL λαμβάνεται ποσότητα εδάφους 20 gr περίπου από το ίδιο όπως παραπάνω υλικό (αεροξηραμένο) Τοποθετείται μέσα σε κάψα από πορσελάνη και αναμιγνύεται καλά με απεσταγμένο νερό μέχρι που η μάζα του καταστεί αρκετά πλαστική ώστε να μορφώνεται εύκολα. Το δείγμα παραμένει σε υγραντήρα για ωρίμανση τουλάχιστον 30, ενώ για τη δοκιμή λαμβάνεται ένα μέρος του δείγματος βάρους 8 gr περίπου. Στη συνέχεια το δείγμα συμπιέζεται και μορφώνεται σε μάζα ελλειψοειδούς σχήματος η οποία κυλινδρώνεται μεταξύ των δακτύλων και μιας σμυριδωμένης γυάλινης πλάκας ή χαρτιού που βρίσκεται πάνω σε ομαλή οριζόντια επιφάνεια, με την απαιτούμενη πίεση ώστε να σχηματίσει ραβδίσκο ομοιόμορφής διαμέτρου σε όλο το μήκος του. Όταν η διάμετρος του ραβδίσκου γίνει περίπου 3mm χωρίς να ρωγματώνεται, θραύεται σε 6 ή 8 τεμάχια τα οποία συμπιέζονται πάλι μεταξύ των δακτύλων σε ομοιόμορφη μάζα, χονδρικά ελλειψοειδούς σχήματος και επαναλαμβάνεται η Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 49

Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιμές και ταξινόμηση δειγμάτων κυλίνδρωση σε ραβδίσκο διαμέτρου 3mm. Η διαδικασία αυτή συνεχίζεται μέχρις ότου ο ραβδίσκος αρχίζει να ρωγματώνεται όταν η διάμετρός του είναι ίση με 3mm. Στο εδαφικό υλικό που αρχίζει να ρωγματώνεται μετριέται η υγρασία του. Η δοκιμή επαναλαμβάνεται άλλες δυο φορές με συνεχή μείωση της περιεχόμενης υγρασίας. Ο μέσος όρος των τριών δοκιμών, αποτελεί το όριο πλαστικότητας του υλικού το οποίο συνήθως δίνεται στο ίδιο με την προηγούμενη δοκιμή έντυπο. Η ρωγμάτωση εμφανίζεται διαφορετικά στους διάφορους τύπους εδαφών. Στα εδάφη με υψηλή περιεκτικότητα σε άργιλο απαιτείται μεγάλη πίεση για την κυλίνδρωση του ραβδίσκου, ιδίως όταν πλησιάζουν το όριο πλαστικότητας και τελικά ο ραβδίσκος θραύεται σε σειρά τεμαχίων βαρελοειδούς σχήματος. Στα εδάφη χαμηλής πλαστικότητας είναι επιτρεπτό να μειωθεί η ολική παραμόρφωση, προσδίδοντας στην ελλειψοειδούς σχήματος μάζα αρχική διάμετρο πλησιέστερη προς την τελικά απαιτούμενη των 3mm. 5.1.5 ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΒΑΡΟΥΣ ΣΥΝΕΚΤΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Το δείγμα που χρησιμοποιείται πρέπει να είναι αδιατάρακτο, σε μορφή κανονικού σχήματος ή σε ακανόνιστη μορφή και βάρους περίπου 100 gr. Στη περίπτωση που ενδιαφέρει το ξηρό φαινόμενο βάρος, το δείγμα ξηραίνεται από πριν στους 105-110 C και εφόσον δε περιέχει οργανικά. Στη συνέχεια ζυγίζεται με ακρίβεια 0,01 του γραμμαρίου και υπολογίζεται ο όγκος του γεωμετρικά στη περίπτωση που το σχήμα είναι κανονικό. Σε δείγματα με ακανόνιστη μορφή ο όγκος υπολογίζεται με την εξής μέθοδο (της ανάρτησης του δείγματος ) Αφού το δείγμα ζυγιστεί, με προσοχή επικαλύπτεται με ένα όσο το δυνατόν λεπτό στρώμα λειωμένης παραφίνης που όμως καλύπτει όλη την επιφάνειά του. Όταν η παραφίνη (ή το κερί) στερεοποιηθεί το παραφινωμένο δείγμα ζυγίζεται και πάλι με ακρίβεια 0,01 gr. Τοποθετείται στο ζυγό,δοχείο με νερό και ο ζυγός μηδενίζεται. Στη συνέχεια το παραφινωμένο δείγμα αναρτάται, βυθίζεται στο νερό και η ένδειξη του ζυγού καταγράφεται. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 50

Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιμές και ταξινόμηση δειγμάτων Από την ένδειξη του ζυγού γνωρίζουμε το βάρος του νερού που εκτόπισε το παραφινωμένο δείγμα κατά τη βύθισή του μέσα σε αυτό. Συνεπώς και καθώς η πυκνότητα του νερού είναι ίση με 1 gr/cm3 γνωρίζουμε τον όγκο του παραφινωμένου δείγματος, δεδομένου ότι ισούται με τον όγκο του νερού που εκτοπίστηκε. Από τη διαφορά, επιπλέον, των βαρών του δείγματος πριν και μετά τη παραφίνωση και από το ειδικό βάρος της παραφίνης (0,89 gr/cm3 ) είναι δυνατόν να υπολογίσουμε τον όγκο της παραφίνης που καλύπτει το δείγμα. Η διαφορά των δυο όγκων μας δίνει τον όγκο του ακανόνιστου δείγματος. Η διαίρεση του βάρους του δείγματος με τον όγκο του παρέχει την τιμή του φαινόμενου βάρους. Το φαινόμενο βάρος παρουσιάζεται σε μονάδες gr/cm3 με ακρίβεια δυο δεκαδικών ψηφίων. επίσης κατά τη τήρηση και παρουσίαση των στοιχείων, είναι σκόπιμο να παρουσιάζεται πίνακας με όλα τα μεγέθη των βαρών και όγκων που μετρήθηκαν και υπολογίστηκαν. 5.1.6 ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΣΥΡΡΙΚΝΩΣΗ Ορίζεται σαν η ελάττωση μιας διάστασης της εδαφικής μάζας, όταν η περιεχόμενη υγρασία μειώνεται από δεδομένο ποσοστό (%) στο όριο συρρίκνωσης. Χρησιμοποιείται μια «μήτρα» (Φωτ.5.2) η οποία πρέπει να καθαριστεί καλά και να γίνει επάλειψη στο εσωτερικό της με σιλλικόνη έτσι ώστε να εμποδίζεται η προσκόλληση του δείγματος. Από το υλικό που διέρχεται από το κόσκινο Νο 40 (ο.425 mm) λαμβάνεται δείγμα εδάφους αεροξηραμένου ή στη φυσική του κατάσταση βάρους 150 gr περίπου. Τοποθετείται σε ρηχή γυάλινη κάψα και αναμιγνύεται με απεσταγμένο νερό με τη χρήση σπάτουλας, μέχρι να γίνει η μάζα λεία και ομοιογενής σε περιεχόμενο υγρασίας κατά προσέγγιση κοντά στο όριο υδαρότητας του εδάφους. Στη συνέχεια το μίγμα τοποθετείται στη μήτρα όπου δονείται ελαφρά για να απομακρυνθούν τυχόν φυσαλίδες αέρα από αυτό. Το έδαφος επιπεδώνεται με τη σπάτουλα μέχρι τη κορυφή της μήτρας και απομακρύνεται το υπόλοιπο. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 51

Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιμές και ταξινόμηση δειγμάτων Φωτ 5.2: Μήτρες και παχύμετρo συρρίκνωσης (από WF) Αφήνεται να στεγνώσει (ξηραθεί) στον αέρα προοδευτικά μακριά από ρεύματα αέρα μέχρις ότου να συρρικνωθεί (συσταλεί) και απομακρυνθεί έτσι από τα τοιχώματα της μήτρας. Η ξήρανση μπορεί να συνεχιστεί σε θερμοκρασία 60 έως 65 C, ώστε η συρρίκνωση έχει κατά το μέγιστο συντελεσθεί και έπειτα στους 105 C έως 110 C για να συμπληρωθεί η ξήρανση. Η μήτρα με το έδαφος ψύχεται στη συνέχεια και μετριέται το μέσο μήκος της εδαφικής ράβδου. Αν το δοκίμιο έχει κυρτώσει κατά τη διάρκεια της ξήρανσης τότε αυτό απομακρύνεται προσεκτικά από τη μήτρα και μετριέται το μήκος της πάνω και κάτω επιφάνειάς του. Ο μέσος όρος αυτών των δύο μηκών λαμβάνεται σαν το μήκος του ξηραμένου στον κλίβανο δοκιμίου. Η γραμμική συρρίκνωση του εδάφους μπορεί να υπολογιστεί από τη ΔL σχέση: Ποσοστό γραμμικής συρρίκνωσης = 100(%). L Η γραμμική συρρίκνωση του εδάφους αναφέρεται στον πλησιέστερο ακέραιο αριθμό. Επίσης πρέπει να αναφέρεται η αναλογία του εδάφους που διέρχεται από το κόσκινο Νο 40 (0.425 mm) και σε ποιες συνθήκες έχει ληφθεί το δείγμα (αεροξηραμένο ή στη φυσική του κατάσταση). Αν το δείγμα δημιουργήσει ρωγμές ακανόνιστες ή θραυστεί και η μέτρηση είναι δύσκολο να ληφθεί, τότε η δοκιμή πρέπει να επαναλαμβάνεται με μικρότερη ταχύτητα ξήρανσης. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 52

Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιμές και ταξινόμηση δειγμάτων 5.1.7 ΑΝΘΡΑΚΙΚΑ ΑΛΑΤΑ Ανθρακικά άλατα είναι τα ανθρακικά ορυκτά του εδάφους και συγκεκριμένα αυτά του ασβεστίου (ασβεστίτης CaCO 3 ), μαγνησίου (μαγνησίτης MgCO 3 ) και το ισομοριακό μίγμα αυτών CaCO 3 MgCO 3 (δολομίτης). Ο ασβεστίτης αποτελεί την επικρατούσα μορφή των ανθρακικών ορυκτών σε κανονικά εδάφη και βρίσκεται με τη μορφή αυτή σε διάφορα πετρώματα ή σε αποθέσεις (δευτερογενές ορυκτό ), έπειτα από διαλυτοποίησή του με τη διαδικασία της αποσύνθεσης πετρωμάτων από νερό που περιέχει CO 2,με τη μορφή δισανθρακικού. ΟΛΙΚΟΣ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΑΝΘΡΑΚΙΚΩΝ ΚΑΤΑ BERNARD Προσδιορίζονται όλες οι μορφές των ανθρακικών του εδάφους, κυρίως Ca και Mg, και εκφράζονται σε CaCO 3 gr/100gr εδάφους. Βασίζεται στην αντίδραση : CaCO 3 + 2HCI CaCI 2 + H 2 O +CO 2 και μετριέται ο όγκος V του εκλυόμενου CO 2. Ποσότητα εδάφους 1 μέχρι 10 gr, αεροξηραμένου και διερχόμενο από το κόσκινο Νο 10 (2 mm ) λειοτριβείται. Ζυγίζονται 0.5 μέχρι 10 gr,ανάλογα με την περιεκτικότητα αυτού σε ανθρακικά άλατα και εισάγονται στη κωνική φιάλη της συσκευής Bernard (φωτο. 5.3). Στη φιάλη εισάγεται και ο μικρός δοκιμαστικός σωλήνας της συσκευής κατά τα 2/3,πλήρης με διάλυμα υδροχλωρικού οξέος ( HCI ) 1:1, κανονικότητας 1 Ν χωρίς να εκχυθεί HCI από τον σωλήνα στο εδαφικό δείγμα. Η χοάνη της συσκευής βρίσκεται αναρτημένη στη κανονική της θέση, ενώ η στάθμη του νερού μέσα στο σωλήνα μέτρησης, βρίσκεται λίγο πάνω από το μηδέν της κλίμακας. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 53

Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιμές και ταξινόμηση δειγμάτων Φωτ 5.3: Συσκευής Bernard Τοποθετείται το πώμα στη φιάλη ώστε η στάθμη να κατέλθει στο μηδέν της κλίμακας του σωλήνα μέτρησης. Λαμβάνεται η αναρτημένη χοάνη με το αριστερό χέρι και κρατιέται κοντά στο σωλήνα μέτρησης ενώ συγχρόνως ανακινείται η κωνική φιάλη από το λαιμό με τον αντίχειρα και το δείκτη του δεξιού χεριού (αποφυγή θέρμανσης αυτής από τη παλάμη) έτσι ώστε να εκχυθεί το οξύ πάνω στο εδαφικό δείγμα, εκλύοντας CO 2. Η στάθμη του νερού στο σωλήνα μέτρησης και στη χοάνη θα πρέπει να βρίσκεται στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο εφόσον εξακολουθεί η έκλυση αερίου. Όταν ολοκληρωθεί η αντίδραση μετρούνται τα εκλυθέντα cm 3 CO 2 όγκου V. Η μέθοδος αυτή βασίζεται στην αντίδραση: CaCO 3 + 2HCI CaCI 2 + H 2 O +CO 2 και προσδιορίζονται όλες οι μορφές των ανθρακικών, κυρίως Ca και Mg, που εκφράζονται σαν CaCO 3 gr/100gr εδάφους. Έτσι το σύνολο των ανθρακικών αλάτων του δείγματος εκφραζόμενο σε CaCO 3 υπολογίζεται από τη σχέση (ALLISON and MOODIE, 1965): kv CaCO 3 (%) = G Όπου V : εκλυθέντα cm 3 CO 2 Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 54

Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιμές και ταξινόμηση δειγμάτων G : βάρος εδαφικού δείγματος σε gr k : συντελεστής μετατροπής 1 cm 3 CO 2 σε gr CaCO 3 Ο συντελεστής k έχει τιμές : 0.44 σε θερμοκρασία 0 C και πίεση 760 mmhg 0.42 σε θερμοκρασία 15 C και πίεση 760 mmhg 0.41 σε θερμοκρασία 20 C και πίεση 760 mmhg 0.40 σε θερμοκρασία 30 C και πίεση 760 mmhg 5.1.8 ΟΚΙΜΗ ΕΛΕΥΘΕΡΗΣ ΙΟΓΚΩΣΗΣ Σαν ελεύθερη διόγκωση ορίζεται η αύξηση του όγκου του εδάφους το οποίο βρίσκεται με τη μορφή χαλαρής ξηρής σκόνης όταν ρίχνεται μέσα στο νερό και εκφράζεται σαν ποσοστό επί τοις εκατό του αρχικού όγκου. Εδάφη με τιμές ελεύθερης διόγκωσης μικρότερες από 50 % μάλλον δεν δείχνουν χαρακτηριστικά διόγκωσης ενώ τιμές 100% ή και μεγαλύτερες σχετίζονται με αργίλους οι οποίες θα μπορούσαν να διογκωθούν πολύ με τη διαβροχή, ιδιαίτερα όταν είναι κάτω από ελαφρά φορτία. Εδάφη με πολύ μεγάλη διογκωσιμότητα, όπως π.χ. ο μπετονίτης, μπορούν να έχουν ελεύθερη διόγκωση μέχρι και 2000%. Για τη δοκιμή αυτή 50 gr περίπου του εδάφους ξηραίνονται στο φούρνο (60 C),κοσκινίζονται στο κόσκινο Νο 40 και το ξηρό έδαφος τοποθετείται χαλαρά σε στεγνό κύλινδρο των 25 ml μέχρι και την ένδειξη 10 ml (φωτο. 5.4). Η σκόνη δεν πρέπει να συμπυκνωθεί ή να διαταραχθεί (κουνηθεί) προς τα κάτω. Στη συνέχεια 50 ml απεσταγμένου νερού τοποθετούνται σε ογκομετρικό σωλήνα καθώς και η ξηρή εδαφική σκόνη αργά και σταθερά μέσα στο νερό. Αφήνεται το κύριο μέρος των στερεών σωματιδίων να ηρεμήσει, η διαδικασία δε αυτή μπορεί να διαρκέσει από μερικά λεπτά έως μισή ώρα. Τα λεπτότερα σωματίδια μπορεί να αιωρούνται για πολύ ακόμη ώρα αλλά αυτό μπορεί να αγνοηθεί. Η ένδειξη του όγκου των στερεών σωματιδίων που κατακάθεται μετά από 24 h (V σε ml), καταγράφεται ενώ αγνοούνται τα λεπτότερα σωματίδια που μπορεί να αιωρούνται μέσα στο νερό για πολύ ακόμη χρόνο. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών 55