Μηχανική Συμπεριφορά Εδαφών Νικόλαος Σαμπατακάκης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί.

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Αθηνών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

Σκοποί ενότητας Η κατανόηση των βασικών χαρακτηριστικών – παραμέτρων του εδάφους που οριοθετούν τη μηχανική του συμπεριφορά

Μηχανική Συμπεριφορά Εδαφών …είναι η «αντίδραση» του εδάφους στην επίδραση εξωτερικών τάσεων, δυνάμεων (ορθές & διατμητικές) Τα κύρια χαρακτηριστικά που οριοθετούν τη μηχανική συμπεριφορά του εδάφους είναι: Διατμητική αντοχή (αντοχή σε αστοχία από επιβαλλόμενα φορτία) Παραμόρφωση (μέγεθος επιτρεπτών καθιζήσεων – υποχωρήσεων)

Διατμητική αντοχή Αστοχία εδαφικού υλικού Εντατικές καταστάσεις που προκαλούν αστοχία είναι η ταυτόχρονη επίδραση ορθών (αξονικών και πλευρικών) τάσεων ή ακόμα διατμητικών Σχήμα 1: α) δοκιμή απευθείας διάτμησης, β) δοκιμή τριαξονικής φόρτισης (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002)

Κριτήρια θραύσης σ1 = f (σ3) Γενικά, υπάρχει ένας κρίσιμος συνδυασμός των κύριων τάσεων (σ1 και σ3) που δρουν στο υλικό ( πέτρωμα ή έδαφος) ο οποίος μπορεί να προκαλέσει τη θραύση του. Ο συνδυασμός αυτός αποτελεί στην ουσία και το κριτήριο θραύσης Γενικά, κριτήριο θραύσης (criterion of failure) είναι μια αλγεβρική έκφραση των μηχανικών συνθηκών κάτω από τις οποίες ένα υλικό αστοχεί από θραύση ή παραμορφώνεται μέχρι μερικά σαφώς καθορισμένα όρια. Τα όρια αυτά μπορεί να είναι φορτία, παραμορφώσεις, μετακινήσεις, κ.ά. Το όριο θραύσης εξαρτάται και από τις κύριες τάσεις που δρουν πάνω στο δοκίμιο του εδάφους και από τις εντατικές συνθήκες. σ1 = f (σ3)

Κριτήριο θραύσης Mohr - Coulomb κέντρο κύκλου: (σ1+σ3)/2 ακτίνα κύκλου: (σ1 - σ3)/2 περιβάλλουσα Mohr: τ = f(σ) Σχήμα 2: Γραφική απεικόνιση του κριτηρίου θραύσης Mohr-Coulomb (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002)

"νόμος" Mohr – Coulomb τ = c + σ . εφφ c: συνοχή τ = f(σ) (γραμμική) τ = c + σ . εφφ c: συνοχή φ: γωνία εσωτερικής τριβής κοκκώδη εδάφη (άμμοι): c =0 Σχήμα 3: Γραφική απεικόνιση του κριτηρίου θραύσης Mohr-Coulomb (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002)

Γωνία εσωτερικής τριβής Σχήμα 4: Δυνάμεις μεταξύ των κόκκων εδαφικού υλικού α) μεταξύ δυο κόκκων σε επαφή και β) κατά μήκος του επιπέδου θραύσης (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002) Σχήμα 5: Συνιστώσες αντοχής (γωνία τριβής) μεσόκοκκης αμμου σε σχέση με τη σχετική πυκνότητα Dr (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002)

Συνοχή Μόνο σε αργιλικά εδάφη Ελκτικές δυνάμεις μεταξύ αργιλικών πλακιδίων «Τσιμέντωση» των κόκκων (π.χ. διαγέννεση) Μόνο σε αργιλικά εδάφη

Υπολογισμός παραμέτρων διατμητικής αντοχής εδαφών Υπολογισμός παραμέτρων διατμητικής αντοχής εδαφών Εργαστηριακές δοκιμές Εδαφομηχανικής & επιτόπου δοκιμές Σχήμα 6: Επιβαλλόμενη εντατική κατάσταση και τρόπος παραμόρφωσης α) τριαξονικής δοκιμής, β) δοκιμής απλής διάτμησης και γ) δοκιμής απευθείας διάτμησης (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002)

Παραμόρφωση εδαφών - στερεοποίηση Παραμόρφωση εδαφών - στερεοποίηση Παραμόρφωση εδάφους ……εξαρτάται από…. δομή γεωλογική ιστορία φυσικές ιδιότητες κ.λπ. «καθίζηση» εδάφους εύρος καθιζήσεων + χρόνος ολοκλήρωσης καθιζήσεων Εργαστηριακή προσέγγιση Εικόνα 1: Μονοδιάστατη συμπίεση (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002) Εικόνα 2: Συσκευή για δοκιμή στερεοποίησης (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002)

Παραμόρφωση συνεκτικών εδαφών στερεοποίηση (consolidation) το φαινόμενο της βαθμιαίας συμπίεσης ενός συνεκτικού εδάφους με παράλληλη αργή διαφυγή του νερού των πόρων κάτω από την επίδραση εξωτερικού φορτίου κορεσμένο αργιλικό έδαφος φορτίο το νερό των πόρων αναλαμβάνει το μεγαλύτερο ποσοστό του φορτίου υδατική υπερπίεση μείωση των ενεργών τάσεων με την πάροδο του χρόνου: (α) το νερό διαφεύγει (β) η πίεση πόρων μειώνεται (γ) αυξάνει το μέρος του φορτίου που αναλαμβάνεται από τον εδαφικό σκελετό (αύξηση ενεργών τάσεων)

Μονοδιάστατη συμπίεση εδαφών Σχήμα 7 : Συγκριτική θεώρηση καμπυλών μονοδιάστατης συμπίεσης για αμμώδες και αργιλικό έδαφος (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002)

Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Πατρών, Τμήμα Γεωλογίας, Κούκης και Σαμπατακάκης. Τεχνική Γεωλογία. Έκδοση: 1.0. Πάτρα 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: https://eclass.upatras.gr/courses/GEO345/

Αναφορές Το υλικό της παρουσίασης προέρχεται από: Τεχνική Γεωλογία. Γ. Κούκης και Ν. Σαμπατακάκης. Έκδοση: 1.0. Αθήνα 2002. Εκδόσεις Παπασωτηρίου.

Τέλος Ενότητας