Σήμερα, ο Savo Kusić επικεντρώνεται στα ξύλινα παράθυρα, παράθυρα από ξύλο-αλουμίνιο, προσαρμοσμένα παράθυρα, πόρτα και αιτήματα για προσφορά. Το κείμενο αυτό παραμένει ως τεχνικό αρχείο και δεν αποτελεί προσφορά γεωτεχνικού σχεδιασμού, εργαστηριακών δοκιμών ή χωματουργικών εργασιών.
Φάσεις υλικών στο έδαφος
Το έδαφος αποτελείται από τρεις φάσεις: στερεό, υγρό και αέριο. Η στερεά φάση αντιπροσωπεύεται από στερεά σωματίδια, υγρό νερό και η αέρια φάση από κλειστό αέρα ή υδρατμούς στους πόρους του εδάφους. Ορισμένοι τύποι εδάφους μπορεί να αποτελούνται από μία, δύο ή τρεις φάσεις, πράγμα που σημαίνει ότι το έδαφος μπορεί να είναι μονοφασικό, διφασικό ή τριφασικό σύστημα. Οι φυσικές ιδιότητες του εδάφους εξαρτώνται από μεμονωμένες φάσεις. Το ασυνάρτητο έδαφος, όπως η εντελώς στεγνή άμμος ή χαλίκι, αποτελείται μόνο από μία φάση - στερεά σωματίδια. Ο αέρας που υπάρχει στους πόρους αυτού του εδάφους δεν είναι κλειστός και δεν αντιτίθεται στην κίνηση των στερεών σωματιδίων, επομένως δεν μπορεί να θεωρηθεί φάση. Το υγρό συνεκτικό έδαφος πάνω από το επίπεδο των υπόγειων υδάτων, το οποίο αποτελείται από στερεά σωματίδια και κλειστούς πόρους, γεμάτο εν μέρει με νερό και εν μέρει με αέρα ή υδρατμούς, είναι το έδαφος του τριφασικού συστήματος. Στην περίπτωση των κινούμενων στερεών, το νερό και ο αέρας στους πόρους του εδάφους αντιτίθενται ταυτόχρονα. Το έδαφος κάτω από τη στάθμη των υπόγειων υδάτων, του οποίου οι πόροι είναι πλήρως γεμάτοι με νερό, ώστε να μην υπάρχει αέρας ή υδρατμοί σε αυτούς, είναι σύστημα δύο φάσεων. Το έδαφος στα βαθύτερα στρώματα θεωρείται ότι είναι σύστημα δύο φάσεων, επειδή ο κλειστός αέρας στους πόρους του εδάφους σε μεγαλύτερα βάθη δεν έχει σημαντική επίδραση στις φυσικές του ιδιότητες, οι οποίες στην περίπτωση αυτή καθορίζονται από τις ιδιότητες της στερεάς και της υγρής φάσης.
Κοκκομετρική σύνθεση
Στερεά συστατικά του εδάφους είναι ορυκτές ή οργανικές ύλες διαφορετικών μεγεθών, που κυμαίνονται από μεγάλα βότσαλα και ογκόλιθους, μεγέθους εκατοντάδων και χιλιάδων χιλιοστών έως το μέγεθος ενός μορίου. Όπως γνωρίζετε, ένα μόριο είναι ένα εκατομμυριοστό του χιλιοστού, ένα χιλιοστό του μικρού. Το μικρότερο μέγεθος των στερεών του εδάφους θεωρείται ότι είναι 20 m ή μικρά.
Το μέγεθος των στερεών σωματιδίων του εδάφους έχει πολύ μεγάλη επίδραση στις φυσικές του ιδιότητες. Αυτή η τραχύτητα εκφράζεται από την κοκκομετρική σύνθεση, η οποία αντιπροσωπεύει την αναλογία μεμονωμένων μεγεθών κόκκων με τα μέρη βάρους τους προς το συνολικό βάρος του εδάφους. Η διαίρεση του εδάφους ανάλογα με την κοκκομετρική του σύνθεση είναι διαφορετική σε διάφορες χώρες. Η διαίρεση μας έχει ως εξής:
Όρια μεγέθους σωματιδίων
Μέγεθος2 mm- το όριο μεταξύ χονδρόκοκκου και λεπτόκοκκου εδάφους. Στερεά σωματίδια έως2mmδείχνουν την τριχοειδή άνοδο του νερού στο έδαφος. Το χονδρόκοκκο χώμα δεν έχει τριχοειδές. Μέγεθος0,2 mm– σύνορα μεταξύ χονδρόκοκκης (κοφτερής) και λεπτόκοκκης (μαλακής) άμμου. Μέγεθος0,02 mm- το όριο μέχρι το οποίο οι μεμονωμένοι κόκκοι στο έδαφος μπορούν να αναγνωριστούν με γυμνό μάτι. Μέγεθος0,002 mm– όριο μεταξύ χαλαρού εδάφους και αργίλου Μέγεθος0,0002 mm– το όριο μεταξύ αργίλου και κολλοειδούς αργίλου. Στερεά συστατικά με το παρακάτω μέγεθος0,002 mmέχουν μεγάλη επίδραση στις φυσικές ιδιότητες του εδάφους. Αυτά τα συστατικά δίνουν στο έδαφος συνοχή, και αν είναι μικρότερα και πιο άφθονα στο έδαφος, η συνοχή του εδάφους είναι πιο έντονη. Ωστόσο, η συνοχή του εδάφους εξαρτάται επίσης από την ορυκτή σύνθεση των στερεών σωματιδίων μικρότερων από0,002 mm. Εάν αυτά τα σωματίδια σχηματίζονται από την αποσύνθεση πολύ σκληρών ορυκτών όπως ο χαλαζίας, τότε η συνοχή τους είναι πολύ χαμηλή ή ανύπαρκτη και η απορρόφηση νερού είναι επίσης σχετικά χαμηλή. Αν τα σωματίδια είναι από κάτω0,002 mmπου σχηματίζονται από την αποσύνθεση των υλικών αργίλου, τότε έχουν ιδιότητες δέσμευσης που είναι ακόμη πιο ισχυρές εάν τα σωματίδια είναι μικρότερα, ενώ η απορρόφηση νερού τέτοιων σωματιδίων είναι πολύ υψηλή. Η κοκκομετρική σύνθεση του εδάφους παρέχει σημαντικά και αξιόπιστα δεδομένα για ορισμένες από τις φυσικές του ιδιότητες. Εάν στο έδαφος επικρατούν σωματίδια αργίλου κάτω από το 0,002 mm, τότε μπορεί ήδη να συναχθεί το συμπέρασμα ότι αυτό το έδαφος είναι πλαστικό, συνεκτικό, υγροσκοπικό, με υψηλή τριχοειδή ικανότητα, χαμηλή διαπερατότητα και χαμηλή γωνία εσωτερικής τριβής. Η κοκκομετρική σύνθεση του εδάφους αντιπροσωπεύεται από τις γραμμές της κοκκομετρικής σύνθεσης (εικ. 1).
Sl. 1 - Γραμμές κοκκομετρικής σύστασης εδάφους: 1-χαλικιώδης άμμος. 2-σκονισμένη άμμος. 3-αμμώδης σκόνη. 4-αργιλώδες έδαφος. 5-άργιλος
Οι τεταγμένες των γραμμών κοκκομετρικής σύνθεσης δείχνουν το κλάσμα βάρους στερεών σωματιδίων μικρότερο από τη διάμετρο που αντιπροσωπεύεται από την τετμημένη του δεδομένου σημείου. Για παράδειγμα, στο σημείο Α της ευθείας 4 η τεταγμένη δείχνει ότι υπάρχουν σωματίδια 92% μικρότερα από 2 mm και ότι τα υπόλοιπα 8% είναι μεγαλύτερα από 2 mm.
Ταξινόμηση εδάφους σύμφωνα με την κοκκομετρική σύσταση
Πάνω από εδάφη που περιέχουν στερεά σωματίδια2 mmταξινομούνται σύμφωνα με τη γενική διαίρεση του εδάφους κατά κοκκομετρική σύνθεση, που φαίνεται στο σχ.1. Με αυτόν τον τρόπο, αυτό που εκπροσωπείται περισσότερο στο έδαφος υιοθετείται ως βασικό κλάσμα, ενώ τα άλλα είναι πρόσθετα. Για παράδειγμα, εάν η γενική κοκκοποίηση του εδάφους είναι ως επί το πλείστον άμμος με μικρότερη ποσότητα χαλικιού, τότε το χώμα αυτό ταξινομείται ως χαλικώδης άμμος, ενώ το αντίθετο θα ήταν αμμώδες χαλίκι. Στην ταξινόμηση, μπορούν επίσης να υποδεικνύονται τα μερίδια μεμονωμένων κλασμάτων στο έδαφος. Αν για παράδειγμα ένα χώμα περιέχει15%πηλός,45%σκόνη,30%άμμος και10%χαλίκι, μπορεί να ταξινομηθεί ως αργιλώδες χώμα με15%πηλό και10%χαλίκι. Ωστόσο, για λεπτόκοκκα εδάφη που περιέχουν στερεά σωματίδια λιγότερο από2 mm, η ταξινόμηση με βάση την κοκκομετρική τους σύνθεση γίνεται τις περισσότερες φορές σύμφωνα με τριγωνικό διάγραμμα. Υπάρχουν αρκετά τέτοια διαγράμματα, από τα οποία θα παραθέσουμε το πιο βασικό από το Γραφείο Εδαφών των ΗΠΑ, εικ.2.
Sl.2- Τριγωνικό διάγραμμα του US Soil Bureau
Το διάγραμμα αποτελείται από τρεις άξονες συντεταγμένων που είναι διατεταγμένοι σε ένα ισόπλευρο τρίγωνο, στο οποίο κάθε άξονας αντιπροσωπεύει ένα κλάσμα, δηλαδή άμμο, σκόνη και άργιλο σε % κατά βάρος ολόκληρης της μάζας του εδάφους. Η περιοχή του διαγράμματος χωρίζεται σε10ζώνη, καθένα από τα οποία αντιπροσωπεύει έναν ξεχωριστό τύπο εδάφους. Κάθε πλευρά του τριγώνου αντιπροσωπεύει μια τετμημένη από την οποία υψώνονται τεταγμένες παράλληλες με τις άλλες δύο τετμημένες. Κάθε σημείο σε αυτό το διάγραμμα έχει3συντεταγμένες που αντιπροσωπεύουν τα ποσοστά που αναφέρονται3κλάσματα σε ένα δεδομένο έδαφος και προσδιορίστε τον τύπο του εδάφους. Έτσι, για παράδειγμα, το σημείο Μ στο διάγραμμα αντιπροσωπεύει τον πηλό. Λαμβάνεται με τον τρόπο που από το διάγραμμα της κοκκομετρικής σύνθεσης εικ.1καθορίστε μεμονωμένες φατρίες, οι οποίες σε αυτή την περίπτωση θα ήταν (γραμμή4στο σχ.1):35%πηλός,25%σκόνη,40%άμμος, όπου η ποσότητα των8%χαλίκι παραμελημένο αφού ανέρχεται σε λιγότερο από10%. Αυτή η ταξινόμηση αναφέρεται στα κλάσματα άμμου, σκόνης και χαλίκι σύμφωνα με την αμερικανική διαίρεση, αλλά υιοθετείται ως τέτοια λόγω των συγκριτικών αξιών και της εμπειρίας που έχει με μια τέτοια ταξινόμηση.
Βαθμός ανομοιομορφίας εδάφους
Σύμφωνα με τον Allen Hazen, ο βαθμός ανομοιομορφίας του εδάφους είναι η αναλογία (εικ.3)
U=d60/ρε10
όπου δ60διάμετρος κόκκου που αντιστοιχεί στην τεταγμένη60%, και d10 διάμετρος κόκκου που αντιστοιχεί στην τεταγμένη10%.
Για U< 5 tlo je ravnomernog sastava,
για U =5-15το έδαφος είναι μετρίως ανομοιόμορφο σε σύσταση,
για U >15το έδαφος είναι ανομοιόμορφης σύστασης.
Όταν η γραμμή της κοκκομετρικής σύνθεσης είναι απότομη, η τιμή του βαθμού ανομοιομορφίας U είναι μικρή, ενώ αυτή για μια επίπεδη γραμμή είναι μεγάλη. Η μικρότερη τιμή για U είναι1. Εάν η γραμμή της κοκκομετρικής σύνθεσης είναι πιο επίπεδη, η τιμή του U είναι υψηλότερη. For sand it is usually U=1-15, για αργιλώδη εδάφη U=10-90, αλλά στην περίπτωση εδαφών με πολύ ανομοιόμορφη σύσταση, το U μπορεί να έχει πολύ μεγάλες τιμές.
Sl.3- Προσδιορισμός διαμέτρου κόκκου δ60και δ10
Κανόνας φίλτρου
Αυτός ο κανόνας βασίζεται στην κοκκομετρική σύνθεση του φίλτρου, στόχος του οποίου είναι η μείωση της υδραυλικής κλίσης στην επαφή μεταξύ του εδάφους και του στρώματος αποστράγγισης πέτρας κατά το μεταβατικό μέγεθος κόκκων, προκειμένου να αποτραπεί η έκπλυση μικρών σωματιδίων εδάφους από τα υπόγεια ύδατα. Οι βασικές προϋποθέσεις που πρέπει να πληροί η στρώση φίλτρου είναι να είναι υδατοδιαπερατή και σταθερή. Υπάρχουν αρκετοί κανόνες για τη σύνθεση των φίλτρων, μεταξύ των οποίων μόνο ο κανόνας του Terzaghi θα παρατεθεί εδώ ως ο πιο γνωστός.
Ο κανόνας του Terzaghi
Ο κανόνας του Terzaghi λέει: Η κοκκοποίηση του φίλτρου πρέπει να είναι τέτοια ώστε οι κόκκοι του στην ποσότητα15%μέρη κατά βάρος ολόκληρης της μάζας του φίλτρου (F15) είναι το λιγότερο4φορές μεγαλύτερο από τα χονδρότερα σωματίδια εδάφους στα οποία στηρίζεται το φίλτρο (βάσεις) στην ποσότητα15%των μερών κατά βάρος της βάσης (B15), χωρίς να είναι μεγαλύτερο από4φορές B85, αυτό είναι το μέγεθος των μικρότερων σωματιδίων στο85%μέρη κατά βάρος της βάσης. Αυτός ο κανόνας μπορεί να εκφραστεί με τις σχέσεις:
ΦΑ15/ΣΙ15 >4και F15/ΣΙ85< 4.
Η πρώτη αναλογία εξασφαλίζει την υδατοπερατότητα του φίλτρου, ενώ η δεύτερη εγγυάται τη σταθερότητά του.
Sl.4- Ο φίλτρος κανόνας της Τερζαγιάς
Τα μικρότερα και μεγαλύτερα σωματίδια της βάσης παρουσιάζονται στο σχ.4συνοριακές γραμμές1και2. Οι οριακές γραμμές του φίλτρου είναι3και4. Κατάσταση F15 >4_ΣΙ15_ παριστάνεται με το σημείο α στην οριακή γραμμή3, κατάσταση F15< 4_B85_ tačkom b na liniji 4.
Συνιστάται η γραμμή της κοκκομετρικής σύνθεσης του φίλτρου να είναι περίπου παράλληλη με τη γραμμή της κοκκομετρικής σύνθεσης της βάσης.
Αντί για δύο ακραίες γραμμές της κοκκομετρικής σύνθεσης της βάσης όπως στο σχ.4, μπορεί να είναι μία γραμμή μέσου κόκκου. Στην περίπτωση αυτή, τα σημεία Β15 και Β85 βρίσκονται στην ίδια γραμμή (όπως στην εικ.5).
Τις περισσότερες φορές, η διαφορά στην κοκκοποίηση μεταξύ της βάσης και του στρώματος αποστράγγισης είναι τέτοια που μια ζώνη φίλτρου δεν αρκεί για τη μετάβαση μεταξύ της βάσης και του στρώματος. Στην περίπτωση αυτή, το φίλτρο αποτελείται από πολλές ζώνες φίλτρου, οι οποίες καθορίζονται σύμφωνα με τον ίδιο κανόνα, έως ότου επιτευχθεί το μεγαλύτερο μέγεθος κόκκων της αποστράγγισης.
Sl.5- Παράδειγμα υπολογισμού στρώσεων φίλτρου
Οι παραπάνω διαιρέσεις, μεγέθη ορίων και κανόνες μεταφέρονται από μια ιστορική πηγή και δεν υποκαθιστούν μια τρέχουσα γεωτεχνική ταξινόμηση, έκθεση εργαστηρίου, σχεδιασμό φίλτρου ή σχέδιο απόδοσης. Το πραγματικό σύστημα εδάφους και αποστράγγισης απαιτεί αντιπροσωπευτική δειγματοληψία, κατάλληλες δοκιμές, έλεγχο υπόγειων και επιφανειακών υδάτων, διάβρωση και εσωτερική σταθερότητα, καθώς και αξιολόγηση από εξουσιοδοτημένο εμπειρογνώμονα σύμφωνα με τους ισχύοντες κανονισμούς και συνθήκες του συγκεκριμένου έργου.