ΓΙΑ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΤΗΣ ΕΔΑΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΑΝΩΤΑΤΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΙΔΑΓΩΓΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΤΜΗΜΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΩΝ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΔΟΜΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΓΙΑ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΤΗΣ ΕΔΑΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΔΟΚΙΜΗ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Ακαδημαϊκός Υπεύθυνος: Π. Κ. Πελέκης Εργαστηριακός Υπεύθυνος: Π. Καλαντζάκης, Καθηγητής Εφαρμογών Εργαστηριακοί Συνεργάτες: Δ. Καββαδία, Γεωλόγος, MSc Β. Κ. Ξενάκη, Δρ. Πολιτικός Μηχανικός ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2009

ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Οταν σε κορεσμένο έδαφος επιβληθεί φόρτιση παρατηρείται αύξηση της πίεσης του νερού των πόρων (υπερπίεση). Η υπερπίεση αυτή έχει σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία υδραυλικής κλίσης με συνέπεια την εκροή μιας ποσότητας του νερού των πόρων με ταυτόχρονη εκτόνωση της υπερπίεσης και μείωση του όγκου του εδάφους. Για την περιγραφή όλου αυτού του φαινομένου χρησιμοποιείται ο όρος στερεοποίηση. Για το αντίστροφο φαινόμενο (δηλαδή αποφόρτιση-ανάπτυξη υποπίεσης-εισροή νερού-αύξηση όγκου) χρησιμοποιείται ο όρος διόγκωση. Στα λεπτόκοκκα εδάφη, λόγω του μικρού μεγέθους των κενών, η ροή του νερού γίνεται με βραδύ ρυθμό με αποτέλεσμα το φαινόμενο της στερεοποίησης να γίνεται χρονικά εξαρτώμενο και να απαιτεί μεγάλο χρονικό διάστημα για την ολοκλήρωσή του. Αντίθετα στα χονδρόκοκκα εδάφη η εκτόνωση της υπερπίεσης και η εκροή του νερού μπορεί να χαρακτηριστεί στιγμιαία

ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ ΥΔΡΟΜΗΧΑΝΙΚΟ ΑΝΑΛΟΓΟ Αρχική κατάσταση (t=0): Po=πίεση υπερκείμενων στρωμάτων uo= υδροστατική πίεση Ελατήριο=εδαφικός σκελετός Νερό=νερό πόρων Βαλβίδα=κενά μεταξύ των κόκκων ή διαπερατότητα

ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ ΥΔΡΟΜΗΧΑΝΙΚΟ ΑΝΑΛΟΓΟ (συνέχεια) Επιβολή επιφόρτισης 0<t<: Επιβάλλεται επιφόρτιση Δp στο έδαφος Η βαλβίδα είναι αρχικά κλειστή Η επιφόρτιση αυξάνει την πίεση του νερού των πόρων: Δu=Δp Δεν παρατηρείται παραμόρφωση (νερό πρακτικά ασυμπίεστο) αφού δεν παρατηρείται ακόμα διαφυγή νερού (κλειστή βαλβίδα) Ελατήριο=εδαφικός σκελετός Νερό=νερό πόρων Βαλβίδα=κενά μεταξύ των κόκκων ή διαπερατότητα

ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ ΥΔΡΟΜΗΧΑΝΙΚΟ ΑΝΑΛΟΓΟ (συνέχεια) Εκτόνωση υπερπίεσης t=: Ανοιχτή βαλβίδα: προσομοίωση χαμηλής διαπερατότητας λεπτόκοκκων εδαφών Εκροή νερού Κατά την εκροή του νερού η Δp μεταφέρεται στον εδαφικό σκελετό (ελατήριο) Οταν επέλεθει ισορροπία δεν παρατηρείται πλέον εκροή νερού και η πίεση του νερού των πόρων ισούται με την υδροστατική Παρατηρείται καθίζηση, S Ελατήριο=εδαφικός σκελετός Νερό=νερό πόρων Βαλβίδα=κενά μεταξύ των κόκκων ή διαπερατότητα

ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Αρχική κατάσταση (t=0): H Δσv Δuv Δσv’ = +

ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Επιβολή επιφόρτισης 0<t<: H Δσv Δuv Δσv’ = +

ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Εκτόνωση υπερπίεσης t=: H Δσv Δuv Δσv’ = +

ΘΕΩΡΙΑ ΜΟΝΟΔΙΑΣΤΑΤΗΣ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Στη θεωρία αυτή γίνεται η παραδοχή ότι οι εδαφικές παραμορφώσεις και η ροή του νερού συμβαίνουν μόνο κατά την κατακόρυφη διεύθυνση Στην πράξη η περίπτωση αυτή εμφανίζεται όταν οι διαστάσεις της φορτιζόμενης επιφάνειας είναι πολύ μεγαλύτερες από το πάχος του αργιλικού στρώματος, Η, που υφίσταται τη στερεοποίηση Αργιλος Αμμος Επιφόρτιση Η περίπτωση μελετάται πειραματικά με τη διεξαγωγή της εργαστηριακής δοκιμής στερεοποίησης

ΔΟΚΙΜΗ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Η δοκιμή στερεοποίησης εκτελείται με βάση το πρότυπο ASTM D2435 και με βάση τις διαδικασίες που περιγράφονται στις ‘’Προδιαγραφές Εργαστηριακών Δοκιμών Εδαφομηχανικής’’ (Ε105-86, Κεφ. 13) Οταν ένα κορεσμένο έδαφος υπόκειται σε αύξηση φορτίου, αυτό συνήθως παραλαμβάνεται αρχικά από το νερό των πόρων, το οποίο είναι ασυμπίεστο συγκριτικά με το στερεό σκελετό του εδάφους. Καθώς το νερό στραγγίζει από τους πόρους του εδάφους, το φορτίο μεταβιβάζεται στο στερεό σκελετό του εδάφους. Η μεταβίβαση του φορτίου συνοδεύεται από μεταβολή του όγκου του εδάφους που είναι ίση με τον όγκο του νερού που στραγγίζει. Το φαινόμενο της στερεοποίησης μπορεί να προσομοιωθεί στο εργαστήριο με φόρτιση ενός δείγματος εδάφους από το πεδίο και μέτρηση της μεταβολής του όγκου του με την πάροδο του χρόνου

ΔΟΚΙΜΗ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Απαραίτητες Συσκευές και Υλικά Κυψέλη δείγματος Μηκυνσιόμετρο Συσκευή φόρτισης δείγματος Χρονόμετρο Εξοπλισμός διαμόρφωσης δείγματος

Συσκευές φόρτισης δείγματος ΔΟΚΙΜΗ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Συσκευές φόρτισης δείγματος Κυψέλη δείγματος

ΔΟΚΙΜΗ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Κυψέλη δείγματος

ΔΟΚΙΜΗ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Διαδικασία Εκτέλεσης Μόρφωση δοκιμίου εντός του μεταλλικού δακτυλίου και υπολογισμός διαστάσεων και φυσικών ιδιοτήτων εδαφικού δείγματος Συναρμολόγηση δακτυλίου με δοκίμιο και πορόλιθους (υγρούς) Τοποθέτηση κυψέλης δείγματος στη συσκευή φόρτισης και εφαρμογή μικρής πίεσης. Ρύθμιση μηκυνσιομέτρου Εφαρμογή πρώτης φορτιοβαθμίδας και διαβροχή δοκιμίου. Καταγραφή κατακόρυφης μετακίνησης σε τακτά χρονικά διαστήματα όπως ορίζονται από τις προδιαγραφές Εφαρμογή επόμενης φορτιοβαθμίδας Μετά την επιβολή της τελικής φορτιοβαθμίδας γίνεται σταδιακή αποφόρτιση Αποσυναρμολόγηση συσκευής και εξαγωγή δοκιμίου από τον δακτύλιο Προσδιορισμός φυσικών ιδιοτήτων στο τέλος της δοκιμής

ΔΟΚΙΜΗ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Προετοιμασία δοκιμίου Διαμόρφωση δοκιμίου

Τοποθέτηση δείγματος στην κυψέλη ΔΟΚΙΜΗ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Προετοιμασία δοκιμίου Διαμόρφωση δοκιμίου Τοποθέτηση δείγματος στην κυψέλη

ΔΟΚΙΜΗ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Τοποθέτηση κυψέλης δείγματος στη συσκευή φόρτισης Μηκυνσιόμετρο μέτρησης κατακόρυφης μετακίνησης Τοποθέτηση κυψέλης δείγματος στη συσκευή φόρτισης Πλήρωση κυψέλης με νερό

ΔΟΚΙΜΗ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Υπολογισμοί Με βάση τις μετρήσεις που γίνονται στο εργαστήριο, κατασκευάζονται τα διαγράμματα ‘’Συμπίεση Δείγματος-Λογάριθμος Χρόνου’’ για κάθε φορτιοβαθμίδα. Από αυτά προσδιορίζεται για κάθε φορτιοβαθμίδα ο συντελεστής στερεοποίησης, Cv, με τη μέθοδο λογαρίθμου του χρόνου κατά Casagrande ΠΡΟΣΟΧΗ: Στις συσκευές στερεοποίησης που χρησιμοποιούνται στο εργαστήριο η στράγγιση του δείγματος είναι διπλή. Επομένως, σαν Η στους τύπους προσδιορισμού του Cv χρησιμοποιείται το ½ του μέσου πάχους του δείγματος για τη συγκεκριμένη φορτιοβαθ- μίδα. Το πάχος του δείγματος μεταβάλλεται από φορτιοβαθμίδα σε φορτιοβαθμίδα λόγω της συμπίεσης που δέχεται το δείγμα

Μέθοδος Λογαρίθμου του Χρόνου (Casagrande) ΔΟΚΙΜΗ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Μέθοδος Λογαρίθμου του Χρόνου (Casagrande) α. Προεκτείνονται τα ευθύγραμμα τμήματα των καμπυλών κύριας και δευτερεύουσας στερεοποίησης και ορίζεται το σημείο τομής τους. Η τεταγμένη του σημείου τομής είναι a100 και αντιπροσωπεύει τη συμπίεση στο τέλος της κύριας στερεοποίησης β. Επιλέγονται δύο τιμές του χρόνου t1 και t2 στο αρχικό καμπύλο τμήμα του διαγράμματος, έτσι ώστε t2=4*t1. Μετράται η κατακόρυφη απόσταση, x, των σημείων Α και Β της καμπύλης που αντιστοιχούν στους χρόνους t1 και t2. Σχεδιάζουμε μια οριζόντια ευθεία σε απόσταση x πάνω από το σημείο Α. Η τεταγμένη του σημείου τομής της ευθείας αυτής με τον κατακόρυφο άξονα είναι ao και αντιπροσωπεύει το σημείο μηδενικής στερεοποίησης γ. Η τεταγμένη που αντιστοιχεί στο 50% της στερεοποίησης είναι a50=(ao+a100)/2. Η αντίστοιχη τετμημένη προσδιορίζεται από την καμπύλη στερεοποίησης και συμβολίζεται με t50 δ. Η τιμή του συντελεστή στερεοποίησης υπολογίζεται από τη σχέση: Cv=0.197*H2/ t50 (H=1/2 πάχους δοκιμίου για διπλή στράγγιση!!!)

Μέθοδος Λογαρίθμου του Χρόνου (Casagrande) ΔΟΚΙΜΗ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Μέθοδος Λογαρίθμου του Χρόνου (Casagrande)

ΔΟΚΙΜΗ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Υπολογισμοί (συνέχεια) Υπολογισμοί (συνέχεια) Συμπλήρωση του Πίνακα Υπολογισμών ως εξής: Στήλη [1]: Φορτίο, P (kPa) (10, 25, 50, 100….1600) Στήλη [2]: ΔΗ= το a100 για κάθε φορτιοβαθμίδα (cm) Στήλη [3]: Δe=ΔΗ/Ηs, όπου Ηs=ύψος στερεών στο δείγμα από το διάγραμμα φάσεων (δίνεται Hs=0.94cm) Στήλη [4]: e=eo-Δe, όπου eo=αρχικός δείκτης κενών του δείγματος (=1.02) Στήλη [5]: Μέσο ύψος δείγματος = Ηi-(ΔΗi-1+ΔHi)/2 όπου: ΔΗi-1=Μεταβολή ύψους προηγούμενης φορτιοβαθμίδας, (cm) ΔΗi=Μεταβολή ύψους συγκεκριμένης φορτιοβαθμίδας, (cm) Στήλη [6]: Η=1/2 μέσου ύψους δείγματος Στήλη [7]: t50: από διάγραμμα συμπίεσης – λογάριθμου χρόνου Στήλη [8]: Cv=συντελεστής στερεοποίησης: προκύπτει με βάση τη διαδικασία που περιράφηκε παραπάνω Cv=0.197*H2/ t50 (H=1/2 πάχους δοκιμίου για διπλή στράγγιση!!!)

ΔΟΚΙΜΗ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Υπολογισμοί (συνέχεια) Υπολογισμοί (συνέχεια) Κατασκευάζεται το διάγραμμα e-P και προσδιορίζονται ο συντελεστής συμπιεστότητας, αv, ο συντελεστής συμπιεστότητας όγκου, mv, και το μέτρο ελαστικότητας, Εs, από τις ακόλουθες σχέσεις: αv=Δe/ΔP (συνήθως αγνοείται το αρνητικό πρόσημο) (kPa-1) mv=αv/(1+eo) (kPa-1) Es=1/mv 4. Κατασκευάζεται το διάγραμμα e-logP. Από το γραμμικό τμήμα του διαγράμματος προσδιορίζεται ο δείκτης συμπίεσης, Cc, από τη σχέση: Cc=Δe / log (P2/P1) (αγνοείται το αρνητικό πρόσημο) Αν το γραμμικό τμήμα του διαγράμματος είναι μεγαλύτερο από ένα λογαριθ-μικό κύκλο, τότε για διευκόλυνση τίθεται log(P2/P1)=log10=1 και είναι απαραίτητος μόνο ο προσδιορισμός του Δe για ένα λογαριθμικό κύκλο για να προσδιοριστεί ο δείκτης συμπίεσης 5. Από το διάγραμμα e-logP προσδιορίζεται και ο δείκτης διόγκωσης Cs που συμπίπτει με την κλίση του διαγράμματος για P<Pc Από το ίδιο διάγραμμα προσδιορίζεται και η τάση προστερεοποίησης Pc

ΔΟΚΙΜΗ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Υπολογισμός Cc, Cs Υπολογισμός αv, mv

Υπολογισμός τάσης προστερεοποίησης, Pc ΔΟΚΙΜΗ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Υπολογισμός τάσης προστερεοποίησης, Pc Επιλογή σημείου με τη μέγιστη καμπυλότητα (σημείο Α) Σχεδιάζεται οριζόντια ευθεία γραμμή από το σημείο Α Σχεδιάζεται η εφαπτομένη της καμπύλης στο σημείο Α Βρίσκεται η διχοτόμος της γωνίας που προκύπτει από τα βήματα 2 και 3 Σχεδιάζεται η εφαπτομένη του β’ κλάδου της καμπύλης Το σημείο τομής Β της ευθείας (βήμα 5) με τη διχοτόμο της γωνίας (βήμα 4) έχει τετμημένη (άξονας x) την Pc

Τι είναι η τάση προστερεοποίησης, Pc ΔΟΚΙΜΗ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗΣ Τι είναι η τάση προστερεοποίησης, Pc Είναι η μέγιστη τιμή της ενεργού κατακόρυφης τάσης που έχει εξασκηθεί σε ένα συγκεκριμένο εδαφικό υλικό (αργιλικό) κατά τη διάρκεια της γεωλογικής ιστορίας του 1 2 2 1 3 3