Εδάφη: σύσταση - δομή - φυσικές ιδιότητες Ι (ιδιότητες αναγνώρισης) Νικόλαος Σαμπατακάκης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας.

Παρουσίαση με θέμα: "Εδάφη: σύσταση - δομή - φυσικές ιδιότητες Ι (ιδιότητες αναγνώρισης) Νικόλαος Σαμπατακάκης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Εδάφη: σύσταση - δομή - φυσικές ιδιότητες Ι (ιδιότητες αναγνώρισης) Νικόλαος Σαμπατακάκης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας

2 2 Τίτλος Ενότητας 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.

3 3 Τίτλος Ενότητας 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.

4 4 Τίτλος Ενότητας Σκοποί ενότητας Η κατανόηση της δομής και των βασικών φυσικών παραμέτρων των εδαφών

5 5 Τίτλος Ενότητας Εδάφη: ορισμός - διαχωρισμός έδαφος (soil) είναι ένα φυσικό σύνολο ορυκτών κόκκων που μπορούν να διαχωριστούν με απλές μηχανικές μεθόδους (π.χ. ανακίνηση μέσα στο νερό) Βασικοί παράγοντες διαχωρισμού εδαφών: Μέγεθος «κόκκων» Σχήμα «κόκκων» Δομή - μικροδομή

6 6 Τίτλος Ενότητας Μέγεθος «κόκκων» Σύμφωνα με : American Unified Soil Classification System (AUSCS) ογκόλιθοι (Βoulders) >300 mm κροκάλες (Cobbles) 75 mm – 300 mm χαλίκια (Gravels) 4.75 mm – 75 mm, (19 mm – 75 mm χονδρά, 4.75 – 19mm λεπτά) άμμος (Sand) 0.075 mm – 4.75 mm (2.0 mm – 4.75 mm χονδρόκοκκη, 0.425 – 2.0mm μεσόκκοκη, 0.075 – 0.425mm λεπτόκοκκη) ιλύς (silt) και άργιλος (clay) <0.075 mm (ιλύς 0.002 mm – 0.075mm και άργιλος <0.002 mm) όταν οι «κόκκοι»<0.002mm έχουμε αργιλικά ορυκτά (ιλλίτης, μοντμοριλλονίτης, καολινίτης)

7 7 Τίτλος Ενότητας Διαχωρισμός εδαφών με βάση το μέγεθος κόκκων κοκκώδη μη συνεκτικά εδάφη λεπτόκκοκα συνεκτικά εδάφη oγκόλιθοι – κροκάλες – χαλίκια – άμμος – ιλύς άργιλος 0.002 mm

8 8 Τίτλος Ενότητας Σχήμα «κόκκων» Σφαιροειδείς κόκκοι κοκκώδη εδάφη (αμμοχάλικα, άμμοι) και ιλύες Κύρια χαρακτηριστικά: Στατικά φορτία με μικρές παραμορφώσεις δυναμικά φορτία - συμπύκνωση Πεπλατυσμένοι κόκκοι λεπτόκοκκα εδάφη - άργιλοι

9 9 Τίτλος Ενότητας Ειδική επιφάνεια συνολική επιφάνεια των κόκκων μιας εδαφικής μάζας συνολικό βάρος ή όγκο Τιμές: άμμος 100 cm 2 /gr, άργιλος 100.000 cm 2 /gr Υπάρχει σημαντική διαφοροποίηση στην ικανότητα προσρόφησης νερού μεταξύ άμμου και αργίλου κ.λπ. Ορίζεται ο λόγος:

10 10 Τίτλος Ενότητας Δομή Η δομή (structure) των εδαφών αναφέρεται: Στη γεωμετρική τοποθέτηση των τεμαχιδίων ή των ορυκτών κόκκων στο χώρο, και Στις δυνάμεις που μπορεί να επενεργούν μεταξύ αυτών Στα κοκκώδη ή μη συνεκτικά εδάφη οι δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ των τεμαχιδίων είναι πολύ μικρές Στα λεπτόκοκκα συνεκτικά εδάφη οι δυνάμεις είναι σχετικά μεγάλες και ισχυρές

11 11 Τίτλος Ενότητας Δομή σε κοκκώδη εδάφη Εικόνα 1. Πυκνή διάταξη Σφαιροειδούς σχήματος κόκκοι σε: (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002) Εικόνα 2. Χαλαρή διάταξη Εικόνα 3: Κυψελώδη διάταξη

12 12 Τίτλος Ενότητας Δομή σε αργιλικά εδάφη 1)Αποτελούνται κυρίως από πεπλατυσμένα τεμαχίδια (πλακίδια) μεγέθους <0.002 mm, παρουσιάζουν πλαστικότητα και είναι συνεκτικά (αργιλικά ορυκτά - clay minerals) 2)Η προέλευση των εδαφών αυτών οφείλεται στη χημική αποσάθρωση και μεταφορά σωματιδίων κολλοειδών διαστάσεων (<0.002mm) που έχουν τα παρακάτω κύρια χαρακτηριστικά: δεν έχουν την ίδια ακριβώς σύσταση με το μητρικό πέτρωμα η μία διάσταση (πάχος) των σωματιδίων είναι σχεδόν μηδενική σε σχέση με τις άλλες δύο ("πλακοειδούς" μορφής) έχουν μεγάλη ειδική επιφάνεια (δηλ. λόγο επιφάνειας προς μάζα) οι επιφάνειές τους είναι ηλεκτρικά φορτισμένες

13 13 Τίτλος Ενότητας (1)«συνοχή» (2)διόγκωση – συρρίκνωση (3)συμπιεστότητα – στερεοποίηση (4)μικρή διαπερατότητα Εικόνα 4. (α) προσρόφηση νερού (β), (γ) δομή πλακιδίων (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002 ) Ιδιαίτερα χαρακτηριστικά αργίλων

14 14 Τίτλος Ενότητας Ιδιότητες Αναγνώρισης 1)λόγος κενών (e) 2)πορώδες (n) 3)βαθμός κορεσμού (S) 4)ποσοστό περιεχόμενης υγρασίας (w) 5)φαινόμενο βάρος (γ) 6)ειδικό βάρος κόκκων (G s ) 7)σχετική πυκνότητα (D r ) Ιδιότητες Ταξινόμησης 1)Κοκκομετρική διαβάθμιση 2)Συνεκτικότητα (πλαστικότητα) Φυσικές ιδιότητες εδαφών Εικόνα 5: Μορφή εδαφικής τομής (α) κανονική (β) ιδεατή ( από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002 )

15 15 Τίτλος Ενότητας Ιδιότητες αναγνώρισης- Περιεχόμενη υγρασία W w :βάρος νερού (απώλεια βάρους μετά την ξήρανση) W s :βάρος ξηρών στερεών συστατικών του δείγματος Γενικά στα περισσότερα εδάφη, w <50% Για τα κοκκώδη συνήθως, w : 0 – 40% Για ευαίσθητες αργίλους & οργανικά εδάφη πιθανόν w ≥ 500%

16 16 Τίτλος Ενότητας Ιδιότητες αναγνώρισης - Βαθμός κορεσμού Εκφράζει το ποσοστό του όγκου των πόρων ενός εδάφους που πληρούται με νερό (V w ) σε σχέση με το συνολικό όγκο των πόρων (V v ) S = V w / V v 0% (ξηρό έδαφος) – 100% (κορεσμένο έδαφος) Πίνακας 1: Βαθμός κορεσμού σε άμμο (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002)

17 17 Τίτλος Ενότητας Ιδιότητες αναγνώρισης - Φαινόμενο Βάρος - Πυκνότητα Ολικό ή υγρό φαινόμενο βάρος γ b = W t / V t W t = ολικό βάρος V t = ολικός όγκος Μονάδες μέτρησης gr/cm 3, kN/m 3 ή Mg/m 3 Ξηρό φαινόμενο βάρος γ d = W s / V t W s = βάρος στερεών V t = ολικός όγκος Γενικά: γ b > γ d για το ίδιο έδαφος

18 18 Τίτλος Ενότητας Ιδιότητες αναγνώρισης Φαινόμενο Βάρος Φαινόμενο βάρος κορεσμένου εδάφους γ sat (δηλ. S = 100%) Φαινόμενο βάρος βυθισμένου εδάφους (υπό άνωση), γ sub γ sub = γ sat – γ w γ w = 10 kN/m 3 ή 1Mg/m 3

19 19 Τίτλος Ενότητας Τυπικές τιμές Φαινόμενου Βάρους εδαφών Πίνακας 2. (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002)

20 20 Τίτλος Ενότητας Ιδιότητες αναγνώρισης Ειδικό Βάρος κόκκων εδάφους ο λόγος του βάρους στον αέρα δεδομένου όγκου κόκκων από το εδαφικό υλικό προς το βάρος στον αέρα ίσου όγκου απεσταγμένου νερού θερμοκρασίας 4 ο C γ w : πυκνότητα νερού στους 4 ο C 1 Mg/m 3 είναι αδιάστατη παράμετρος απαιτείται διαχωρισμός εδαφικού υλικού Νο10 (2mm) Πίνακας 3: Ειδικό βάρος ορυκτών (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002)

21 21 Τίτλος Ενότητας Ιδιότητες αναγνώρισης Λόγος Κενών - Πορώδες Λόγος κενών e = V v /V s εκφράζει τη σχέση μεταξύ του όγκου των κενών (V v ) και του όγκου των στερεών (V s ) μέσα στον όγκο του συνόλου της εδαφικής μάζας Πορώδες n(%) = V v /V t × 100 Τιμές του e άμμοι: 0.3 - 0.80 άργιλοι: 0.6 - 1.5 (και υψηλότερα π.χ. άργιλος της πόλης του Μεξικού e : 3 μέχρι 6). Επίσης: e = n / (1-n) ή n = e / (1+e) Τιμές του n άμμοι: 30 μέχρι 50% άργιλοι: 20 μέχρι 60% (και υψηλότερα)

22 22 Τίτλος Ενότητας Τυπικές τιμές πορώδους κ.λπ. εδαφών Πίνακας 4: από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002

23 23 Τίτλος Ενότητας Ιδιότητες αναγνώρισης Σχετική Πυκνότητα e: ο πραγματικός λόγος κενών της άμμου e max : ο λόγος κενών που αντιστοιχεί στην ελάχιστη συμβατική πυκνότητα (π.χ. με απλή απόθεση του υλικού) e min : ο λόγος κενών που αντιστοιχεί στη μέγιστη συμβατική πυκνότητα (π.χ. μετά από συμπύκνωσή της κτλ.). e = e max, D r = 0 e = e min, D r = 1 (ή 100%) Πίνακας 5:Ταξινόμηση εδαφών με βάση τη D r (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002) Συνήθως στη φύση τα κοκκώδη εδάφη έχουν D r = 0.40 – 0.80

24 24 Τίτλος Ενότητας 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/

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

26 Τέλος Ενότητας