1st Lesson

5/9/2018 1st Lesson - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/1st-lesson 1/21

EEδαφοµηχανικήδαφοµηχανική – – ΒραχοµηχανικήΒραχοµηχανική

Soil Soil – – Rock Mechanics Rock Mechanics

∆ρ ∆ρ .. Σταυροπούλου Σταυροπούλου Μαρία Μαρία , , Λέκτορας Λέκτορας

Ottawa standard sand (J. K. Mitchell, Fundamentals of Soil Behavior, Wiley, 1976).



ΓΕΩΫΛΙΚΟΓΕΩΫΛΙΚΟ

ΜελέτηΜελέτη Μηχανικής Μηχανικής Συµπεριφοράς Συµπεριφοράς ΓεωϋλικούΓεωϋλικού

Εδαφος Εδαφος :: ά µ εσα ά µ εσα , , µ ε µ ε βάση βάση δοκι µ ές δοκι µ ές στο στο εργαστήριο εργαστήριο

Βράχος Βράχος :: έ µµ εσα έ µµ εσα , , µ ε µ ε βάση βάση δοκι µ ές δοκι µ ές στο στο εργαστήριο εργαστήριο του του

ακέραιου ακέραιου άρρηκτου άρρηκτου δοκι µ ίου δοκι µ ίου και και περιγραφή περιγραφή και και ταξινό µ ηση ταξινό µ ηση της της ασυνεχούς ασυνεχούς µ άζας µ άζας του του πετρώ µ ατος πετρώ µ ατος ( ( βραχο µ άζα βραχο µ άζα ) )

Ε∆ΑΦΟΣΕ∆ΑΦΟΣ

ΠΕΤΡΩΜΑΠΕΤΡΩΜΑ ((ΒΡΑΧΟΣΒΡΑΧΟΣ))

Η Η διάκριση διάκριση βασίζεται βασίζεται στο στο βαθ µ ό βαθ µ ό

σύνδεσης σύνδεσης των των συστατικών συστατικών του του γεωϋλικού γεωϋλικού

Τα εδάφηεδάφη είναι πολυφασικά, µη-συµπαγή, φυσικά υλικά,προερχόµενα από τη µηχανική ή /και την φυσικοχηµικήαποσάρθρωση των πετρωµάτων. Τα εδάφη αποτελούνται

συνήθως από στερεούς κόκκους που αφήνουν µεταξύ τους κενά,τα οποία περιέχουν αέρα και ύδωρ σε διάφορα ποσοστά



Εφαρµογές Εφαρµογές της της γεωτεχνικής γεωτεχνικής µηχανικής µηχανικής

Μέσον έδρασης των κατασκευών (θεµελιώσεις ) Μέσον που πρέπει να αντιστηριχθεί (αντιστηρίξεις , σήραγγες )

Υλικό κατασκευής (επιχώµατα, φράγµατα)

και σε ειδικά προβλήµατα, όπως :

Αντλήσεις , αποστραγγίσεις , στεγανώσεις

Βελτιώσεις εδαφών (συµπυκνώσεις )

∆ιάδοση κραδασµών στο έδαφος (σεισµική απόκριση)

ΓεωϋλικόΓεωϋλικό::

Εξαρτώνται Εξαρτώνται ά µ εσα ά µ εσα από από τη τη µ ηχανική µ ηχανική συ µ περιφορά συ µ περιφορά των των γεωϋλικών γεωϋλικών



Θεµελιώσεις Θεµελιώσεις ( κτίρια , γέφυρες , τοίχοι ,…)



Σήραγγες Σήραγγες



Ευστάθειες Ευστάθειες ΠρανώνΠρανών -- Αντιστηρίξεις Αντιστηρίξεις



ΦράγµαταΦράγµατα – – ΕπιχώµαταΕπιχώµατα – – ΟδοποιίαΟδοποιία



Βελτιώσεις Βελτιώσεις ΕδαφώνΕδαφών – – ΤοίχοιΤοίχοι Αντιστήριξης Αντιστήριξης



Σεισ µικήΣεισ µική Απόκριση Απόκριση – – ΡευστοποίησηΡευστοποίησηΈδαφος : µ έσο διάδοσης δονήσεων , αλληλεπίδραση κατασκευών µ ε το έδαφος

Liquefaction:Liquefaction: Sand boils



11οο.. ΦΥΣΙΚΑΦΥΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΙΚΑΙ

Ι∆ΙΟΤΗΤΕΣΙ∆ΙΟΤΗΤΕΣ Ε∆ΑΦΩΝΕ∆ΑΦΩΝΤα Φυσικά Χαρακτηριστικά των Εδαφών

Κατηγοριοποίηση εδαφών

Κοκκοµετρική ανάλυση

Προσδιορισµός της κοκκοµετρικής διαβάθµισης λεπτόκοκκωνυλικών

Πορώδες

Πυκνότητα και ειδικό βάρος 'Oρια Atterberg

Ταξινόµηση εδαφών



1α. Κατηγοριοποίηση εδαφών

Σηµαντικές πληροφορίες για τη κατηγοριοποίηση ενός εδάφους προκύπτουναπό την µελέτη της κατανοµής του µεγέθους των κόκκων τους. Το µέγεθος

των κόκκων επηρεάζει σηµαντικά την υδρο-µηχανική συµπεριφορά ενός

εδάφους.

∆εχόµενοι σε πρώτη προσέγγιση σφαιρικούς κόκκους µε µέση ακτίνα R

κατηγοριοποιούµε τα εδάφη ως χονδρόκκοκα ή ως λεπτόκκοκα στη βάση της

λεγόµενης ειδικής επιφάνειας των κόκκων [1].

Εάν η ειδική επιφάνεια είναι σχετικώς µικρή, δηλαδή αν οι κόκκοι είναισχετικά µεγάλοι, τότε µεταξύ των κόκκων δρούν κυρίως θλιπτικές δυνάµεις

επαφής καθώς και δυνάµεις τριβής στα σηµεία επαφής τους. Τέτοια εδάφη είναι

κυρίως οι χάλικες, οι άµµοι ( ( προέρχονται προέρχονται κυρίως κυρίως απόαπό τητη µ ηχανική µ ηχανική αποσάθρωσηαποσάθρωση

βράχων βράχων ). ).

Εάν αντιθέτως η ειδική επιφάνεια των "κόκκων" είναι σχετικά µεγάλη, τότε

µεταξύ των κόκκων µπορούν να αναπτυχθούν και συνεκτικές δυνάµεις. Τέτοια

εδάφη είναι οι άργιλοι και οι ιλύες ( ( προέρχονται προέρχονται κυρίως κυρίως από από τη τη χη µ ική χη µ ική αποσάθρωση αποσάθρωση ). ).

R R Rόά S

3)

3

4/()4(/ 32

=== πκοςειαπιφ[1]



1α. Κατηγοριοποίηση εδαφών

Ως εκ τούτου λεπτόκοκκα εδάφη θα κατηγοριοποιηθούν ως συνεκτικά, διότι αναπτύσσουν εφελκυστική αντοχή καθώς καιαντοχή σε µονοαξονική θλίψη (έχουν «συνοχή»). Αντιθέτως

µεσαίως διαβαθµισµένα ή κοκκώδη εδάφη δεν έχουν αντοχή σεεφελκυσµό ή σε µονοαξονική θλίψη (µη-συνεκτικά) και η αντοχήτους οφείλεται µόνο στην εσωτερική τριβή και εµπλοκή των κόκκωντους .

R R Rόά S

3)

3

4/()4(/ 32

=== πκοςειαπιφ[1]

ΓιαΓια µίαµία τυπικήτυπική µεσόκοκκηµεσόκοκκη άµµοάµµο ηη ειδικήειδικήεπιφάνειαεπιφάνεια είναιείναι::

ενώενώ γιαγια έναένα τυπικότυπικό αργιλοαργιλο--ιλυώδες ιλυώδες έδαφος έδαφος έχουµεέχουµε::

ΟπότεΟπότε::

1

sand mm.10mm3.0/3S −

==

1

silt mm.500mm006.0/3S −

==

sandsilt S50S ⋅≈



60 20 6 2 0.6 0.2 0.06 0.02 .006 .002 .0006 .0002

FFMMCCFFMMCCFFMMCCFFMMCCClayClay ((άργιλοςάργιλος))SiltSilt ((ιλύςιλύς))SandSand ((άµµοςάµµος))GravelGravel ((χάλικεςχάλικες))

CC (coarse ): χονδρόκοκκο, MM (medium ) µεσόκοκκο, FF (fine ): λεπτόκοκκο. ιαστάσεις κόκκων σε mm.

Χαρακτηρισ µ ός εδαφικού υλικού βάσει διαστάσεως κόκκου

ΓενικάΓενικά σφαιροειδείς σφαιροειδείς κόκκοικόκκοι minD/maxDminD/maxD<5<5ΚόκκοιΚόκκοι πεπλατυσµένοιπεπλατυσµένοι ((πλακίδιαπλακίδια))

Επιφανειακές ηλεκτρικές δυνά µ εις έλξης και άπωσης



Ενα Ενα έδαφος έδαφος σπανίως σπανίως θα θα είναι είναι α α µ µ ιγώς ιγώς α α µµ µµ ώδες ώδες ή ή α α µ µ ιγώς ιγώς αργιλικό αργιλικό , , ενώ ενώ

συνήθως συνήθως θα θα περιέχει περιέχει ένα ένα ευρύ ευρύ φάσ φάσ µ µ α α διαστάσεων διαστάσεων κόκκων κόκκων ..

Για τον λόγο αυτό πολλοί Oργανισµοί

θα προσφύγουν στη χρήση ενός τριγωνικού διαγράµµατος , όπως φαίνεται στο σχήµα.

Έδαφος που περιέχει πάνω απο 50%αργιλικές διαστάσεις θα ταξινοµηθεί ως άργιλος , ενώ άµµοι και ιλύες απαιτούν

το 80% των κόκκων να είναι στηναντίστοιχη περιοχή.

Επίσης παρατηρούµε ότι κάθε έδαφος

µε περιεκτικότητα πάνω απο 20%αργιλικών κόκκων, θα έχει ιδιότητες αργίλου.



1β. Κοκκοµετρική Ανάλυση

Σε πολλά γεωτεχνικά έργα, όπως σε έργα οδοποιίας , στην κατασκευήφραγµάτων, αναχωµάτων κ .λπ. η καταλληλότητα των εδαφικών υλικώνπου θα χρειασθούν στην κατασκευή θα κριθεί µεταξύ των άλλων και απότην ανάλυση της κοκκοµετρικής τους διαβαθµίσεως .

Η πληροφορία που θα ληφθεί από µ ια τέτοια ανάλυση θα χρησι µ οποιηθεί π . χ . για την πρόβλεψη της υδρο - διαπερατότητας , της υδραυλικής εν γένει ευστάθειας και της ευαισθησίας του εδάφους στον παγετό . Π . χ . λεπτόκοκκα εδάφη κάτω από την επίδραση του ύδατος εύκολα θα διαβρωθούν και θα διηθηθούν µ έσα από το πορώδες δη µ ιουργώντας αλλού κενά αλλού αποφράξεις εκτός αν προστατευθούν από κατάλληλα σχεδιασ µ ένα « φίλτρα », των οποίων οι ιδιότητες καθορίζονται από την κοκκο µ ετρική τους διαβάθ µ ιση σε σχέση µ ε τα εν λόγω εδάφη που καλούνται να προστατεύσουν .

Η κοκκο µ ετρική ανάλυση ενός εδαφικού δοκι µ ίου θα µ ας παράσχει τα στοιχεία για την κατασκευή της κοκκο µ ετρικής κα µ πύλης , η οποία µ ε την σειρά της είναι µ ία αθροιστική κατανο µ ή της

χαρακτηριστικής διάστασης ( δια µ έτρου ) D των διαφόρων κόκκων που την συνθέτουν



Πείραµα διαβαθµίσεως : εδαφικό δοκίµιο δεδοµένου βάρους τοποθετείται σε

συσκευή που αποτελείται από διαδοχικά κόσκινα µε άνοιγµα οπής µειούµενοδιαδοχικά από πάνω προς τα κάτω.

Μέσω µηχανικής δονήσεως των κόσκινων ο τυχών κόκκος , δεδοµένης διαστάσεως , θα διέλθειαπό τα κόσκινα µε οπές µεγαλύτερες από τη διάσταση του για να συγκρατηθεί τελικά στο

κόσκινο εκείνο το οποίο έχει οπές µικρότερες από αυτή. Οι συγκρατούµενες ποσότητες κόκκωνσε κάθε κόσκινο ζυγίζονται και στη βάση αυτών των µετρήσεων υπολογίζεται η κοκκοµετρικήκαµπύλη.

Χάλικες Χάλικες καικαι Άµµοι Άµµοι ASTM



Μετράται η πυκνότητα µίγµατος νερού-εδάφους σε διάφορους χρόνους καιπροσδιορίζεται η ταχύτητα καταβύθισης των κόκκων, από την οποία προκύπτει η

κατανοµή του µεγέθους των κόκκων

Ιλύες Ιλύες καικαι Άργιλοι ΆργιλοιO προσδιορισ µός της κοκκοµετρίας λεπτόκοκκων ,αργιλικών και ιλυωδών εδαφών , γίνεται βάσει της µ εθόδου το πυκνό µ ετρου ( αραιο µ έτρου ) .

Βασίζεται στη διαφορετική

ταχύτητα καθίζησης στο νερό κόκκων ποικίλων µ εγεθών

( Συ µ φώνως µ ε τον νό µ ο του Stokes οι κόκκοι της ιλύος ,

θεωρού µ ενοι σφαιρικοί ,καθιζάνουν µ ε µ ια οριακή ταχύτητα , που εξαρτάται από το τετράγωνο της δια µ έτρου

των κόκκων )

Mass of soil



Επεξεργασία Επεξεργασία δεδο µ ένων δεδο µ ένων µ έσω µ έσω λογισ µ ικού λογισ µ ικού Excel Excel

∆ιάγρα µµ α αθροιστικής συχνότητας διερχο µ ένων κόκκων από δεδο µ ένο µ έγεθος βροχίδος

US Seive#

Seive

Size

(mm)

Mass of soil

retained on

each sieve

(gr)

Total Mass

Passing

(gr)

Total Passing

%

4 4.75 0 421.20 100.00

10 2 18.5 402.70 95.61

20 0.85 53.2 349.50 82.98

40 0.43 90.5 259.00 61.49

60 0.25 81.8 177.20 42.07

100 0.15 92.2 85.00 20.18

200 0.075 58.5 26.50 6.29

pan 26.5 0.00 0.00

Total 421.2ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΗ ∆ΙΑΒΑΘΜΙΣΗ

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.1 1 10

∆ιάµετρος κόκκων D (mm)

Π ο σ ο σ τ ό δ ι ε

ρ χ ο µ έ ν ω ν ( % )



( Ποικιλία κόκων )

( έλλει µµ α δια µ έτρων )

DD1010==διάµετρος (µέγεθος κόκκου) από τον οποίον το 10% του υλικού έχειµικρότερο µέγεθος

DD6600==διάµετρος (µέγεθος κόκκου) από τον οποίον το 60% του υλικού έχειµικρότερο µέγεθος

10

60 D DC u =

1≈uC

5>uC

5<uC

Συντελεστής Συντελεστής οµοιοµορφίας οµοιοµορφίας

6010

230

D D

D

C c =

Συντελεστής Συντελεστής κυρτότητας κυρτότητας

DD1010 DD6060



•Όσο µεγαλύτερος ο τόσο µεγαλύτερο το εύρος διακύµανσης διαµέτρων τωνκόκκων

•Ένα καλά διαβαθµισµένο έδαφος έχει

uC

31÷=cC



Άσκηση Άσκηση 11ηη

ΓιαΓια µίαµία τυπικήτυπική άµµοάµµο σκυροδέµατος σκυροδέµατος νανα προσδιορισθείπροσδιορισθεί καικαι

νανα σχεδιασθείσχεδιασθεί ηη κοκκοµετρικήκοκκοµετρική καµπύληκαµπύλη.. ίδονται ίδονται τοτοβάρος βάρος τουτου δείγµατος δείγµατος καικαι τατα αποτελέσµατααποτελέσµατα µηχανικούµηχανικούπειράµατος πειράµατος διαβαθµίσεως διαβαθµίσεως ::

Αρ.Κόσκινου

8 14 28 35 48 100 200 υπόλειµµα

D [mm] 2.36 1.17 0.59 0.42 0.295 0.147 0.075 -----------

Wt [g] 76.2 84.3 99.1 58.6 42.7 41.4 11.0 4.4

Να υπολογισθούν οι συντελεστές συντελεστές ο µ οιο µ ορφίας ο µ οιο µ ορφίας και κυρτότητας κυρτότητας και να χαρακτηρισθεί η εν λόγω ά µµ ος . Να γίνει χρήση λογισ µ ικού

χάρτου (EXCEL).

Documents

1st Lesson