ch02.pdf

25
Φυσικά Χαρακτηριστικά των Εδαφών Σελίδα 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΦΥΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ Ε∆ΑΦΩΝ 2.1 Εισαγωγή Στο Κεφάλαιο αυτό περιγράφεται η προέλευση των εδαφικών υλικών και παρουσιάζονται τα φυσικά τους χαρακτηριστικά, δηλαδή οι σχέσεις μεταξύ της στερεάς, υγρής και αέριας φάσης, η κατανομή των μεγεθών των κόκκων τους και τα όρια Atterberg. Τα μεγέθη αυτά χρησιμοποιούνται κατά την κατάταξη των εδαφών σε κατηγορίες και διευκολύνουν τη μελέτη των μηχανικών τους χαρακτηριστικών. Τέλος, παρουσιάζονται τα κυριότερα συστήματα κατάταξης των εδαφών με βάση τα φυσικά τους χαρακτηριστικά. 2.1.1 Προέλευση και φύση του εδάφους 2.1.1.1 Προέλευση του εδάφους Το έδαφος (βλέπε Σχήμα 2.1) είναι ένα μή-συμπαγές πολυφασικό υλικό, που αποτελείται από ασύνδετους ή ελαφρά συνδεδεμένους στερεούς κόκκους, τα κενά μεταξύ των οποίων (πόροι) περιέχουν υγρά (συνήθως νερό) ή/και αέρια (συνήθως αέρα). Τα εδαφικά υλικά προέρχονται από τη μηχανική ή/και χημική αποσάθρωση των πετρωμάτων. Η μηχανική αποσάθρωση οφείλεται σε παράγοντες, όπως ο παγετός, οι συνεχείς θερμοκρασιακές μεταβολές, η διάβρωση από το νερό και τον αέρα, οι λειτουργίες φυτών, ζώων και του ανθρώπου, και οδηγεί σε κατατεμαχισμό και θρυμματισμό των βράχων. Αντίστοιχα, η χημική αποσάθρωση προκαλεί την αποσύνθεση των πετρωμάτων λόγω οξείδωσης, ενανθράκωσης, αναγωγής και άλλων χημικών διαδικασιών. Γενικά, η χημική αποσάθρωση είναι ο κυριότερος παράγων γένεσης λεπτόκοκκων εδαφικών σχηματισμών (ιλύων και αργίλων), ενώ η μηχανική αποσάθρωση συντελεί κυρίως στη δημιουργία των χονδρόκοκκων εδαφών (χαλίκων και άμμων), χωρίς όμως να αποκλείεται και η μερική συμμετοχή της εναλλακτικής μεθόδου αποσάθρωσης στη γένεση εδαφικών σχηματισμών κάθε τύπου. Με βάση τον τρόπο μεταφοράς και τελικής απόθεσης των προϊόντων της αποσάθρωσης, τα εδάφη διακρίνονται σε αυτόχθονα και ιζηματογενή. Τα αυτόχθονα εδάφη προέρχονται από την επιτόπου απόθεση των προϊόντων αποσάθρωσης, χωρίς να μεσολαβήσει μεταφορά τους μακριά από την περιοχή της αποσάθρωσης. Αντίθετα, τα ιζηματο- Σχ. 2.1: Η φύση του εδάφους

Upload: yiorgos-pericleous

Post on 24-Sep-2015

218 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

  • 1

    2

    2.1 , , , Atterberg. . , .

    2.1.1 2.1.1.1 ( 2.1) - , , () ( ) / ( ). / . , , , , , , . , , , . , ( ), ( ), . , . , . , -

    . 2.1:

  • 2 2

    . ( ). . , ( ) . , ( ) , . , ( ) ( ) ( ). , , () , , . , , . , , .

    2.1.1.2 , , , ( ) ( ). , , , . . , : 2 mm , 2mm 0.06 mm ( ), 0.06 mm 0.002 mm , , 0.002 mm ( 2.2).

    , : , (5).

    0.002 0.006 0.02 0.06 0.2 0.6 2 6 20 60 200 0.001 0.01 0.1 1 10 100

    (mm) . 2.2:

  • 3

    ( ) ( ). , , . ( ) ( ) ( ). , , . , ( ) . , . 2.3 , 0.1 m (1 m = 0.001 mm) () 0.3-1 m, 3-10. , . , 10-30, , 100. , . , , () , ( ) ( 2.4). , , , . , ( ) ( ) ,

    . 2.3:

    . 2.4:

  • 4 2

    . 2.3 m2/kg, 15000 m2/kg 800.000 m2/kg. H () () , ' , . , ( ). , -, .

    2.1.1.3 , . , .., . , . . , , , , . ( 2.5) ', . , , , . , , . () , . . , .., ( ) , . , , ( ) (

    . 2.5:

  • 5

    ). , , , ( ) . , , ( ) . (.. ), ( .. ). , , . () . . , .. . , , . , , . , , . (.. ), , , ( ). - "" , ( 2.6).

    . 2.6: ()

  • 6 2

    2.1.2 , , () / . 2.7 . V Vs Vv . ( Vw) ( Vg). (M) , , (W) : M ( ), Ms ( ), Mw ( ) Mg ( ). , ( ). , : 1. ,

    :

    VVn v=

    . 2. ,

    :

    VVe

    s

    v= ( ):

    een += 1 n

    ne = 1 3. ,

    :

    VVS

    v

    w= ( )

    . 0 100%. , () 1 (100%).

    4. ,

    . 2.7:

  • 7

    :

    MMw

    s

    w= .

    . () : ( M1) , ( M2). , :

    MMMw2

    21= 100M

    MMw =2

    21 (%)

    5. , ( ) :

    VM=

    6. , :

    VM

    s

    ss =

    7. , ( ) :

    VM

    w

    ww = = 1 Mg/m3

    ( ):

    ++=

    ew

    s 11 , ws Sew =

    : (i) :

    e1 sd += 1

    . (ii) :

    ee wssat +

    +=1

    S = 1. (iii) () :

    e = wswsatb +

    =1

    : (1) : : 0,30 0,50 : 0,20 0,60 ( ) (2) : : 0,40 1,00 : 0,30 1,50 ( )

  • 8 2

    (3) : 0 1 (4) : 0 0,40 (40%) 0

    1 (100%). (.. ) 5 (500%).

    (5) ( Mg/m3 ): : 1,70 2,40 : 1,40 2,10 : 1,00 1,60. (6) : ( ):

    s = 2,50 - 2,80 Mg/m3 2,50 Mg/m3.

    2.2 - - (, ) , .

    2.2.1 - (e), () . . . , . . , . (.. ). , . (Dr), :

    100eeee Dminmax

    maxr

    (%) : e , ema

    ( ) emin

    ( ).

  • 9

    . , , . :

    (%) - 0 - 15 15 - 35 35 - 65 65 - 85

    85 - 100

    2.2.2 () - u . . , (m), 10000 . . (British Standards), ( 2.2):

    (mm)

    60 20 20 6 6 2

    2 0.6 0.6 0.2 0.2 0.06

    0.06 0.02 0.02 0.006 0.006 0.002

    - < 0.002 - : (20m ), , . ( ) " ", " ". (

  • 10 2

    2.8). ( ) . ASTM D422-1980. :

    () (mm) 4 4.75 10 2 20 0.85 40 0.425 60 0.25

    100 0.15 140 0.106 200 0.075

    200 (0.06 mm). 200 . , ( ) , , . Stokes , , . , . , , ( ). 2.9, ( ). , ( ) . , D10 (

    . 2.8:

  • 11

    10% ) D60 ( 60% ). , :

    DDCu

    10

    60= . , Cu = 1. , Cu > 5, . , , Cu < 5, . , , .

    2.3 , - . , , . ( ) ( ) , , . , ' - , - Atterberg. . ( ) . 2.10 (

    . 2.9:

  • 12 2

    - ) . , , . , , : 1. :

    ( ) . , , .. .

    2. : ( ) ( ) .

    3. : , (-) (). .

    4. : (). ( ) , , , .

    : ws SL ( ), wp PL ( ) wL LL ( ). , Atterberg, . , , Casagrande ( 2.11) 25 . , 3 mm. ,

    . 2.10:

  • 13

    , . , () : 1. , ..

    , . (, .). , , , Van der Waals. , ( ). , () .

    2. . . Stokes. , .

    Atterberg , , . , . , (, , ) Atterberg. ,

    . 2.11: Casagrande

  • 14 2

    , , . Atterberg. , : 1. :

    ww I PI pLp = ,

    ( ) . , .

    2. :

    wwww = I LI

    pL

    pL

    ( w )

    . , IL = 1, IL = 0. , IL 0 1 . , IL < 0 , IL > 1 .

    Atterberg , ' , .. . , , , . , Atterberg () (.. , , , .), Atterberg.

    2.4 . , , . , .., , ' . , ( ) ,

  • 15

    . : . Atterberg, , . . , " " (Unified Soil Classification System). 200 ( ) 4 ( ), Atterberg " Casagrande", 2.12. , - 50%. - (C), - (M). , LL = 50% (H), LL = 50% (L). 2.1 .

    2.5

    . .

    . 2.12: Casagrande

  • 16 2

    . , . , .

  • 17

  • 18 2

    2.1 , 2000 , 2.1-1. (), : : = 1.85 Mg/m3, : w = 9%, : = 2.70 Mg/m3. 18 . w = 12% , = 1.90 Mg/m3. : 1. (

    ). 2.

    , (12%). : 1. : 20+29 = 38 m, : 0.5(20+38)6 = 174 m2 : V = 174 2000 = 348000 m3. , , :

    42101

    17029011

    1 .e e

    .. e

    =+=+= : VV / = 0.421. , : V = 348000 = + VV . , :

    V = 103102 m3, V = 244898 m3. , : =VV = 244898 m3. , :

    5910090170285111 . e

    e...

    ew =+=

    ++=

    VV / = 0.591 : V = 0.591244898 = 144735 m3. , :

    += VVV = 144735 + 244898 = 389633 m3 , : A = 389633 / 18 = 21646 m2, 22 . 2. (V w ) V :

    ww

    www Vw V VV

    MMw ===

    2.1-1: 2.1

  • 19

    : 001702244898090

    ... = V w = 59510 m3.

    ( ):

    001702244898120

    ... = V w = 79347 m3.

    , : Vw = 79347 - 59510 = 19837 m3.

    2.2 , , (.. ) . , , , : ()

    ()

    . . : () () . : Atterberg 16 . , ( ). Atterberg 2.2-1.

    2.2-1

    LL (%)

    PL (%)

    PI (%) 1 2 3 4 5 6 7 8 9

    10 11 12 13 14 15 16

    31 35 36 34 32 31 37 33 34 38 30 36 33 32 35 34

    14 16 15 14 17 16 18 12 15 14 13 17 12 11 16 15

    17 19 21 20 15 15 19 21 19 24 17 19 21 21 19 19

    : 33.81 14.69 19.12 : 2.33 1.97 2.38

  • 20 2

    2.2-1, : PI = LL - PL. ( x ) (s) :

    ( )=

    =

    =

    =N

    ii

    N

    ii

    xxN

    s

    xN

    x

    1

    22

    1

    11

    1

    N = 16 . " ". , , ( ) . , .., 24%. , .., 24% ( ). , , , 24% (: PI < 24%), PI > 24%. , , ( 16 ), 24% , . , Atterberg . Atterberg ( ) . , x ( ) xo ( 24%) :

    [ ] [ ] %202.005.2p38.2

    12.1924ppp ==>=

    >=

    >=> z -z s

    xxs

    xx xx oo

    2% , )/sx-(xz . , 2% ( 2% ) 24%. (2%) , (PI < 24%) . " " , ( ). , 90%, , 90% () . , () . ,

  • 21

    (x) (), (N) ( x ) (s), :

    Nsx t = (2.2-1)

    t-Student, (N-1) . , [-to, to], : p[-to < t < to] = 0.90. Student 15 (N = 16 ) 90% : to = 1.753. : -to < t < to , ( 2.2-1):

    tNs

    x t oo

  • 22 2

    , , ( .. ). (EC-7). , . ( ), 2.2-1. (PI) , (PIc ) 5% , : p [ PI > PIc ] = 0.05. , , x ( ) (). x N , ( x ) (s). (xc) (x) : () (.. > 10) , , :

    Nsx t =

    t-Student 1 , tc, : p[t > tc] = 0.05. , N = 16 , tc = 1.753. (xc) :

    tNs

    |xx|c

    c = , :

    Ns

    txx cc = (2.2-3) , , :

    16201638275311219 ....

    Ns

    txx cc =+=+= , PIc = 20.16%, 19.12%. : (2.2-3) . .., :

    Ns

    tcc = ( ) s . () (.. < 10) , Student ( ), Chebyshev, :

  • 23

    h

    Nshx

    292p =

    +>

    , : 05.092 2 =h , : h = 2.11, : :

    Nshxxc +=

    : Nshxxc =

    : 2.2-1, : 17%, 19%, 21%, 20%, 15% : x = 18.4% : s = 5.8%, :

    % 923585112418 . ... IP c =+=

    15 (PIc = 20.16%), , . 2.3 1. () . 50.70 gr. , ( ) 105oC 24 . , 45.99 gr. 18.90 gr. . 2. 37.6 gr ( ). ( ), ( = 0.90 gr/cm3) . 40.9 gr. , ( ) , 16.5 gr. 2.70 Mg/m3, : () . () . () . () . () . : 1. :

    = 50.70 - 18.90 = 31.80 gr :

    = 45.99 - 18.90 = 27.09 gr , () :

    = 31.8 - 27.09 = 4.71 gr :

  • 24 2

    0927714.. =

    = w

    = 0.174 = 17.4 %

    2.() : = 40.90 - 37.60 = 3.30 gr

    :

    900303.. = = V

    = 3.67 cm3

    ( ) . , . , V :

    1516940673 .-. = .+V

    : V = 20.73 cm3 : . () :

    73206037..

    V == = 1.814 Mg/m3

    () :

    174016037

    1 ..

    w +=+= = 32.03 gr

    :

    73200332..

    V == = 1.545 Mg/m3

    () e : 1

    1=+=

    e e1

    : e = 2.70 / 1.545 - 1 = 0.748. n :

    748017480

    1 ..

    ee n +=+= = 0.428

    () S :

    ww e

    w S eSw ==

    : 17480

    1740702

    =.

    ..S = 0.628 = 62.8 % .

  • 25