Κτιριακά έργα Β΄ΕΠΑΛ , ΚΕΦ 3, Μηχανικές ιδιότητες εδάφους

1. Κτιριακά έργα – κεφ. 3
ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ
ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ
ΓΕΩΡΓΙΑ ΒΑΛΩΜΕΝΟΥ ΠΕ12

2. Οι δυνάμεις που ενεργούν σε ένα σώμα προκαλούν την
παραμόρφωσή του, ενώ αν ξεπεράσουν κάποιο όριο, το
οποίο εξαρτάται από το υλικό του σώματος, προκαλούν
την «αστοχία» του υπό τη μορφή θραύσης ή πολύ
μεγάλων παραμορφώσεων.
Στη συνέχεια θα εξετάσουμε τον τρόπο με τον οποίο
συμπεριφέρεται το έδαφος όταν ενεργούν σ' αυτό
φορτία.

3. Οι σχετικές κινήσεις των κόκκων προκαλούν την παραμόρφωση ή την
"αστοχία", όπως ονομάζουμε την καταστροφή του σκελετού του εδάφους.
Στο Σχήμα I φαίνονται διάφοροι τρόποι διάταξης (δομής) των σωματιδίων
λεπτόκοκκου εδάφους, ενώ στο Σχήμα 2 φαίνεται ο τρόπος με τον οποίο
μεταδίδονται δυνάμεις μεταξύ των κόκκων του εδάφους.
Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΗΣ ΠΙΕΣΗΣ (ΤΑΣΗΣ) ΚΑΙ Ο ΤΡΟΠΟΣ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΤΗΣ

6. Οι δυνάμεις που προέρχονται από μία κατασκευή ονομάζονται φορτία.
Επειδή τα φορτία είναι τέτοιου μεγέθους που δεν θα μπορούσε να τα
δεχτεί το έδαφος, κατασκευάζουμε τα θεμέλια, τα οποία έχουν ως σκοπό
να "μοιράζουν" τα φορτία σε μεγαλύτερη επιφάνεια. Το μέγεθος~
επομένως~ που μας χρειάζεται είναι εκείνο που εκφράζει τη διανομή
ενός φορτίου σε μία επιφάνεια. Αυτό το μέγεθος το ονομάζουμε πίεση (ή
τάση), η οποία ορίζεται ως ο λόγος του φορτίου προς την επιφάνεια
στην οποία ενεργεί.

7. Αντοχή του εδάφους
Ας υποθέσουμε ότι ενεργεί στο έδαφος μία πίεση από ένα θεμέλιο, όπως φαίνεται στο
Σχήμα
Διακρίνουμε τρία ενδεχόμενα:
I . Τ ο θεμέλιο, εξαιτίας του μεγάλου μεγέθους
του φορτίου, υπερβαίνει την αντοχή του
εδάφους με αποτέλεσμα να προκαλεί μία
αστοχία γενική, με τρόπο που φαίνεται
στο Σχήμα I I, προκαλώντας την ανύψωση του
εδάφους γύρω από το θεμέλιο.
2. Το θεμέλιο προκαλεί την αστοχία του εδάφους
με ανάλογο προς τον προηγούμενο τρόπο,
χωρίς όμως να προκαλέσει την ανύψωση του
εδάφους. Αυτή η μορφή aστοχίας ονομάζεται
τοπική αστοχία.
3. Το θεμέλιο προκαλεί την αστοχία που
εκδηλώνεται με την διείσδυση του θεμελίου
στο έδαφος

8. Η αντοχή του εδάφους, δηλαδή η μέγιστη πίεση (τάση) που μπορεί να
δεχτεί το έδαφος, καθορίζεται από δύο βασικές παραμέτρους:
1. Την γωνία τριβής «φ»
Αποθέτουμε μία ποσότητα άμμου
με τέτοιο τρόπο ώστε να
σχηματιστεί μία πλαγιά, ένα
κεκλιμένο επίπεδο . Η μέγιστη
γωνία κλίσης αυτού του επιπέδου
είναι ίση με τη γωνία τριβής. Αν
δοκιμάσουμε να σχηματίσουμε
κεκλιμένο επίπεδο με μεγαλύτερη
κλίση, τότε η άμμος θα αρχίσει να
ολισθαίνει προς τα κάτω μέχρι να
μειωθεί η κλίση της και να γίνει ίση
με τη γωνία τριβής.
Η γωνία τριβής είναι η παράμετρος που καθορίζει την αντοχή των
μη συνεκτικών εδαφών, όπως η άμμος και τα χαλίκια

9. 2. Την συνοχή «c»
Η συνοχή είναι μία ιδιότητα που μοιάζει
με τη δράση της κόλλας. Μεταξύ των
κόκκων αναπτύσσονται ελκτικές
δυνάμεις που συγκρατούν μεταξύ τους
τους κόκκους.
Σε ένα έδαφος που διαθέτει συνοχή,
όπως η άργιλος, μπορεί να σκαφτεί
όρυγμα με κατακόρυφα τοιχώματα.
Επιπλέον, ένα έδαφος με συνοχή
μπορεί να διατηρήσει το σχήμα του.
Μπορούμε, δηλαδή, να το πλάσουμε
και να σχηματίσουμε έναν κύλινδρο.
Αντίθετα, ένα έδαφος χωρίς συνοχή,
όπως η άμμος, δεν μπορεί να
διατηρήσει το σχήμα του.
Στη Φωτογραφία φαίνεται μία συσκευή για τον προσδιορισμό της συνοχής επί τόπου, η
οποία μετρά την απαιτούμενη ροπή για να προκαλέσει θραύση του εδάφους με διάτμηση
(από στρέψη).

10. Στη Φωτογραφία 3
φαίνεται η τριαξονική
συσκευή, η οποία είναι η
πλέον σύνθετη
εργαστηριακή συσκευή.
Το έδαφος διαμορφώνεται σε
κυλινδρικά δοκίμια και
τοποθετείται μέσα στην κυψέλη.
Κατόπιν ασκείται υδροστατική
πίεση από νερό που γεμίζει την
κυψέλη. Τέλος, με ένα έμβολο
επιβάλλεται φορτίο θλιπτικό στις
βάσεις του κυλίνδρου και
μετριέται το φορτίο που
προκάλεσε τη θραύση

11. ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΕΙΣ
Τα φορτία προκαλούν παραμορφώσεις. Στα εδάφη ειδικότερα αυτές οι
παραμορφώσεις εκδηλώνονται ως καθιζήσεις. Όταν οι καθιζήσεις δεν είναι
ίσες σε ολόκληρη την κατασκευή, αλλά είναι «διαφορικές», το έργο
παραμορφώνεται και προκαλείται η αστοχία του

12. Επιδίωξή μας είναι να
περιορίζουμε το μέγεθος της
αναμενόμενης καθίζησης,
ώστε να περιορίσουμε και τις
ενδεχόμενες διαφορικές
καθιζήσεις. Αυτό το
πετυχαίνουμε με την
κατάλληλη επιλογή των
διαστάσεων των θεμελίων,
ώστε να μειωθούν οι πιέσεις
που επιβάλλονται στο
έδαφος.

13. ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΕΔΑΦΩΝ ΚΑΤΆ ΤΟΝ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΚΑΝΟΝΙΣΜΟ (ΕΑΚ)
Σύμφωνα με τον Ε.Α.Κ.,
τα εδάφη διακρίνονται σε
πέντε κατηγορίες ανάλογα
με την
καταλληλότητά τους για τη
θεμελίωση τεχνικών
έργων.

14. Σύμφωνα με τον Ελληνικό Αντισεισμικό
Κανονισμό (Ε.Α.Κ.), το έδαφος, η τοπογραφία
και η γενικότερη γεωλογία της περιοχής στην
οποία κατασκευάζεται ένα δομικό έργο,
πρέπει να εξασφαλίζουν με επαρκή
πιθανότητα, ότι δεν θα υπάρξει κίνδυνος
εδαφικής διάρρηξης - αστάθειας πρανών ή
εκτεταμένης ρευστοποίησης του εδάφους
κατά τη διάρκεια του σεισμού που προβλέπει
ο Κανονισμός.
Δεν επιτρέπεται η δόμηση κτισμάτων με
σπουδαιότητα, όπως Εκπαιδευτικά κτίρια,
Δημόσια κτίρια, Αεροδρόμια, και ιδιαίτερα τα
Νοσοκομεία, κτίρια Τηλεπικοινωνιών,
Παραγωγής
Ενέργειας, κτίρια Επιτελικών Υπηρεσιών,
Μουσεία και κτίρια μοναδικής καλλιτεχνικής
αξίας, σε περιοχές κοντά σε σεισμοτεκτονικά
ρήγματα, τα οποία χαρακτηρίζονται ως
σεισμικώς ενεργά .

15. .
Απαγορεύεται η δόμηση
κτισμάτων, όπως κατοικιών,
γραφείων βιομηχανικών κτιρίων,
ξενοδοχείων κ.λπ. σε σεισμικώς
ενεργά ρήγματα. Για την
περίπτωση κατασκευής σε
πρανές, επιβάλλεται ο έλεγχος,
με κατάλληλη γεωτεχνική
διερεύνηση, της ευστάθειας
έναντι ολισθήσεως του πρανούς.
Σε περιοχές χαλαρών
κορεσμένων εδαφών πρέπει να
γίνεται έλεγχος έναντι του
κινδύνου
ρευστοποίησης, με μεθόδους της
εδαφοσεισμικής μηχανικής.

16. .
ανακεφαλαίωση
•Μελετήσαμε τον τρόπο με τον οποίο διανέμονται οι πιέσεις ή
τάσεις μέσα στο έδαφος.
•Είδαμε τι εννοούμε λέγοντας αντοχή του εδάφους, και ορίσαμε τις
παραμέτρους, που την προσδιορίζουν.
•Μάθαμε γιατί πρέπει να περιορίζονται οι καθιζήσεις των
κατασκευών, και είδαμε έναν απλό τρόπο με τον οποίο μπορούμε
να κάνουμε μία εκτίμηση του μεγέθους τους.
•Τέλος, είδαμε πως διακρίνονται τα εδάφη, σύμφωνα με τον
Αντισεισμικό Κανονισμό, σε κατηγορίες ανάλογα με την
καταλληλότητά τους.