Συµπιεστότητα, ιαπερατότητα και Συρρίκνωση της Μάργας Κορίνθου. Compressibility, Permeability and Shrinkage of the Corinth Marl

Transcript

1 Συµπιεστότητα, ιαπερατότητα και Συρρίκνωση της Μάργας Κορίνθου Compressibility, Permeability and Shrinkage of the Corinth Marl ΜΠΑΡ ΑΝΗΣ, Μ. ΚΑΒΒΑ ΑΣ, Μ. Πολιτικός Μηχανικός ΕΜΠ, MSc/DIC, Υποψ. ιδ. Ε.Μ.Π., Ε ΑΦΟΣ Ε.Π.Ε. ρ Πολιτικός Μηχανικός, Αναπλ. Καθηγητής Ε.Μ.Π. ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Υλοποιήθηκε πρόγραµµα εργαστηριακών δοκιµών σε δείγµατα της Μάργας Κορίνθου από τα πρανή της διώρυγας. Προσδιορίστηκαν οι πρώτες χαρακτηριστικές καµπύλες εδάφους-νερού και του φυσικού και του αναζυµωµένου/επανασυµπιεσµένου υλικού. Μελετήθηκε δε η συµπιεστότητα και η διαπερατότητα της µάργας µέχρι υψηλές τιµές της τάσης. Η φυσική µάργα βρέθηκε να έχει µεγαλύτερη πίεση διείσδυσης αέρα και ικανότητα συγκράτησης ύδατος από την αναζυµωµένη/επανασυµπιεσµένη. Οι καµπύλες εγγενούς συµπίεσης βρέθηκαν καµπύλες µε τα κοίλα προς τα κάτω, παρατήρηση, η οποία αν δεν ληφθεί υπόψη, καθιστά χωρίς φυσική ερµηνεία τη µελέτη της δοµής του φυσικού υλικού, η οποία διατηρείται µέχρι πολύ υψηλές τιµές της τάσης. ABSTRACT : An extensive laboratory testing programme was undertaken on samples of Corinth Marl cut from the canal slopes. The first ever soil-water characteristic curves were determined both for the natural and the reconstituted/reconsolidated soil. The compressibility and the permeability of the marl were also studied up to high stresses. The natural soil was found to have higher airentry pressure and water-retaining capacity than the reconstituted/reconsolidated soil. Intrinsic compression curves of the marl were found to be convex downwards, which, if not taken into account in the study of the structure of the natural material, renders the normalized compression curves of the natural soil meaningless. The structure of the marl was retained up to high stresses. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι µηχανικές ιδιότητες της Μάργας Κορίνθου έχουν αποτελέσει αντικείµενο µελέτης από τον Τοµέα Γεωτεχνικής του ΕΜΠ τα τελευταία 15 χρόνια µε διάφορα προγράµµατα εργαστηριακών δοκιµών να έχουν πραγµατοποιηθεί στην µπλε-γκρι µάργα που απαντάται στο κατώτερο τµήµα των πρανών της διώρυγας. Μία συνολική παρουσίαση αυτών των αποτελεσµάτων έ- γινε από τους Kavvadas et al. (23). Τα προγράµµατα αυτά είχαν επικεντρωθεί στη µελέτη της σιµέντωσης της µάργας και δεν είχαν συ- µπεριλάβει διερευνήσεις της επιρροής του µερικού κορεσµού στις µηχανικές της ιδιότητες, παρόλο που εκτιµάται ότι αυτός συνεισφέρει στην ευστάθεια των πρανών της διώρυγας. Το πιο πρόσφατο πρόγραµµα δοκιµών (21-23) περιελάµβανε δοκιµές σε δείγµατα υψηλής ποιότητας της µάργας που αποσπάστηκαν από τα πρανή της διώρυγας. Στο πρόγραµµα αυτό δόθηκε έµφαση στη µελέτη της συµπιεστότητας και της διαπερατότητας µέχρι υψηλές τιµές της τάσης, καθώς και στη µελέτη της συµπεριφοράς του υλικού όταν αυτό είναι µη κορεσµένο. Εκτός από δοκιµές κατάταξης και ορυκτολογικές αναλύσεις, πραγµατοποιήθηκαν δοκιµές µονοδιάστατης συµπίεσης στο φυσικό υλικό (και µε απευθείας µέτρηση του συντελεστή διαπερατότητας) και το α- ναζυµωµένο υλικό και προσδιορίστηκαν πλήρεις χαρακτηριστικές καµπύλες εδάφους-νερού κατά την ξήρανση, και για το φυσικό και για το αναζυµωµένο υλικό µετά από επανασυµπίεσή 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/26 1

2 του στον ίδιο λόγο κενών µε τον αρχικό λόγο κενών του φυσικού υλικού. 2. ΦΥΣΙΚΑ ΚΑΙ ΟΡΥΚΤΟΛΟΓΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Με βάση τις δοκιµές κατάταξης που πραγµατοποιήθηκαν στα πλαίσια του πιο πρόσφατου προγράµµατος δοκιµών, η Μάργα Κορίνθου κατατάσσεται ως χαµηλής πλαστικότητας αργιλώδης ιλύς ευρισκόµενη, είτε ελαφρώς ψηλότερα, είτε ελαφρώς χαµηλότερα από την Γραµ- µή «Α» στο διάγραµµα πλαστικότητας του Casagrande. ύο είδη µάργας διακρίνονται: 1) ο τύπος Η, υψηλότερης πλαστικότητας, µε w L = 34%, I P =12% και περίπου 11% περιεχόµενη άργιλο (97% περιεχόµενη αργιλοϊλύς), και 2) ο τύπος L, χαµηλότερης πλαστικότητας, µε w L = 31%, I P =6% και περίπου 6.5% περιεχόµενη άργιλο (91% περιεχόµενη αργιλοϊλύς). Και οι δύο τύποι µάργας έχουν ανηγµένη πυκνότητα στερεάς φάσης G s =2.67 και το ποσοστό φυσικής υγρασίας τους κυµαίνεται µεταξύ 24% και 25%. Στο Σχ. 1 απεικονίζεται το διάγραµµα πλαστικότητας του Casagrande µε τα πειραµατικά σηµεία από όλες τις δοκιµές και στους δύο τύπους µάργας και στο Σχ. 2 απεικονίζονται οι καµπύλες κοκκοµετρικής διαβάθµισης. Για καλύτερη ερµηνεία των φυσικών και µηχανικών ιδιοτήτων της Μάργας Κορίνθου, πραγµατοποιήθηκαν και ορυκτολογικές αναλύσεις στο ΙΓΜΕ. Από τα δείγµατα που παραδόθηκαν µορφώθηκαν παρασκευάσµατα κόνεως, τα οποία µελετήθηκαν µε την µέθοδο της περιθλασιµετρίας ακτίνων Χ (X-Ray Diffraction), ε- νώ παράλληλα έγινε στα δείγµατα δοκιµή µε κυανούν του µεθυλενίου για τον υπολογισµό της περιεκτικότητας σε µοντµοριλλονίτη, απο- µάκρυνση των ανθρακικών ορυκτών και ποσοτικός προσδιορισµός. Στον Πίν. 1 παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα των ορυκτολογικών αναλύσεων στα νέα δείγµατα καθώς και τα αποτελέσµατα παλαιότερων ορυκτολογικών αναλύσεων στη Μάργα Κορίνθου (Kavvadas et al., 23). Παρουσιάζεται συµφωνία ως προς το ποσοστό των πυριτικών ορυκτών αλλά τα νέα δείγµατα περιέχουν ελαφρώς λιγότερα ασβεστιτικά ορυκτά και ελαφρώς περισσότερα αργιλικά, µε το δεύτερο να έχει µάλλον µεγαλύτερη σηµασία, αφού είναι αρκετά µεγαλύτερο το ποσοστό µοντµοριλλονίτη. 3. ΣΥΜΠΙΕΣΤΟΤΗΤΑ Πραγµατοποιήθηκαν έξι (6) δοκιµές µονοδιάστατης συµπίεσης µέχρι µέγιστη τάση 64 kpa σε µηχανικά συµπιεσόµετρα εµπρόσθιας φόρτισης µε κρίκους εσωτερικής διαµέτρου 5 mm, λείας εσωτερικής παρειάς και στράγγιση και προς τις δύο πλευρές του δοκιµίου. Πραγ- Πίνακας 1. Κύρια ορυκτά της Μάργας Κορίνθου (Τύπος Η). Table 1. Major minerals of the Type H Corinth Marl. Ορυκτό Ποσοστό (% επί του συνόλου) Νέα δείγµατα Kavvadas et al., 23 Χαλαζίας Αλβίτης 3 - Ασβεστίτης ολοµίτης 2 - Ιλλίτης Μοντµοριλλονίτης 7 <1 Χλωρίτης P I πλαστικότητας είκτης Type L CL Type H OL/ML CH OH/MH Γραµµή "Α" Όριο υδαρότητας w L (%) Σχήµα 1. ιάγραµµα πλαστικότητας του Casagrande µε τα πειραµατικά σηµεία για τους δύο τύπους της Μάργας Κορίνθου. Figure 1. Casagrande s Plasticity chart with the experimental points for the two types of the Corinth Marl. (%) διερχοµένων Ποσοστό L-1 L-2 H-1 H-2,1,1,1 1, ιάµετρος (mm) Σχήµα 2. Καµπύλες κοκκοµετρικής διαβάθµισης των δύο τύπων της Μάργας Κορίνθου. Figure 2. Grain size distribution curves for the two types of the Corinth Marl. 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/26 2

3 µατοποιήθηκαν από δύο δοκιµές σε κάθε τύπο του φυσικού υλικού (H και L) και από µία στο αναζυµωµένο υλικό που παρασκευάστηκε από τον κάθε τύπο υλικού. Στο Σχ. 3α παρουσιάζονται οι καµπύλες µονοδιάστατης συµπίεσης του φυσικού και του αναζυµωµένου υλικού (καµπύλες εγγενούς συµπίεσης) τύπου L και στο Σχ. 3β παρουσιάζονται οι αντίστοιχες κα- µπύλες του υλικού τύπου Η. Στα Σχ. 3γ και 3δ οι καµπύλες αυτές έχουν κανονικοποιηθεί µέσω του δείκτη κενών. Ο δείκτης κενών I v ορίζεται από την Εξ. 1 (Burland, 199). Ουσιαστικά κανονικοποιεί ως προς δύο σηµεία της καµπύλης εγγενούς συµπίεσης (τον λόγο κενών στα 1 kpa, e* 1, και στα 1 kpa, e* 1 ) τις κα- µπύλες εγγενούς συµπίεσης και τις καµπύλες συµπίεσης του φυσικού υλικού επιτρέποντας τη σύγκριση καµπυλών συµπίεσης διαφορετικών φυσικών υλικών µεταξύ τους και των φυσικών υλικών µε το αντίστοιχό τους αναζυµω- µένο µε σκοπό την εκτίµηση του µεγέθους της δοµής του φυσικού υλικού. O Burland (199) ονόµασε την µοναδική γραµµή στην οποία συνέπιπταν οι κανονικοποιηµένες καµπύλες εγγενούς συµπίεσης διαφόρων υλικών Γραµµή Εγγενούς Συµπίεσης (ΓΕΣ) και την περιέγραψε µαθηµατικά µε µία τριτοβάθµια εξίσωση η ο- ποία στρέφει τα κοίλα ελαφρώς προς τα πάνω στον χώρο δείκτη κενών-κατακόρυφης τάσης (σε λογαριθµική κλίµακα), παρόλο που για την κανονικοποίηση έχει προηγηθεί η παραδοχή ότι οι καµπύλες εγγενούς συµπίεσης είναι γραµµικές. Σε συνέπεια της παραδοχής αυτής, ο Bardanis (1999) επέδειξε ότι η θεωρητική ΓΕΣ, είναι ευθεία, περιγράφεται από την Εξ. 2 και ότι η ελαφρώς καµπύλη ΓΕΣ που περιγρά- I v = e - e * e * 1 - e * 1 1 (1) I v = 2 log 1 σ ν (2) 1..9 Φυσ.L-1 Φυσ.L Φυσ.Η-1 Φυσ.Η-2 e. κενών Λόγος Αναζ.-L Λόγος κενών e Αναζ.Η ( α).4 Κατακόρυφη τάση σ ν (kpa).4 (β) Κατακόρυφη τάση σ ν (kpa) 1..5 Φυσ.L-1 Φυσ.L Φυσ.Η-1 Φυσ.Η-2. ν είκτης κενών Ι Αναζ.-L 2-log σ είκτης κενών Ι ν Αναζ.Η 2-log σ ( γ) -2.5 Κατακόρυφη τάση σ ν (kpa) (δ) -2.5 Κατακόρυφη τάση σ ν (kpa) Σχήµα 3. Κανονικοποιηµένες και µη καµπύλες µονοδιάστατης συµπίεσης της Μάργας Κορίνθου. Figure 3. Normalised and non-normalised one-dimensional compression curves of Corinth Marl. 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/26 3

4 φεται από την εµπειρική εξίσωση του Burland (199), δείχνει απλώς την µη γραµµικότητα των καµπυλών εγγενούς συµπίεσης. Στην περίπτωση της Μάργας Κορίνθου, οι καµπύλες εγγενούς συµπίεσης όχι µόνο δεν στρέφουν τα κοίλα προς τα πάνω, αλλά προς τα κάτω, µε αποτέλεσµα, αν οι κανονικοποιηµένες καµπύλες συµπίεσης του φυσικού υλικού Τύπου L συγκριθούν µε την θεωρητική ΓΕΣ (πολλώ δε µάλλον µε την εµπειρική ΓΕΣ του Burland, 199, που στρέφει τα κοίλα προς τα πάνω) δεν έχουν φυσικό νόηµα αφού αρχικά διέρχονται πάνω από την ΓΕΣ (υποδηλώνει παρουσία σιµέντωσης του υλικού) και στη συνέχεια ξαναβρίσκονται κάτω από αυτήν (Σχ. 3γ). Αντίθετα συγκρινόµενες µε την πραγµατική καµπύλη συµπίεσης του αναζυµωµένου υλικού όπως µετρήθηκε, αφενός έχουν φυσικό νόηµα, αφού παραµένουν πάνω από αυτήν µέχρι τη µέγιστη τάση των δοκιµών και έχουν τάση σύγκλισης και όχι διέλευσης κάτω από αυτήν, και αφετέρου επιδεικνύουν την αδυναµία πλήρους αποδόµησης (destructuration) της µάργας υπό συνθήκες Κ ο -φόρτισης µέχρι και την µέγιστη τάση των 6.4 MPa των δοκιµών. Ο τύπος Η της µάργας έχει αρχικό λόγο κενών και ο τύπος L Η τάση «φαινόµενης» προφόρτισης είναι αντίστοιχα 6-9 kpa και kpa (µέθοδος Casagrande) µε αποτέλεσµα ο λόγος «φαινόµενης» προφόρτισης να κυµαίνεται περί το 1 και το 3 αντίστοιχα (η σηµερινή µέγιστη κατακόρυφη τάση εκτιµάται περί τα 6-8 kpa στην επιφάνεια του πρανούς από την οποία αποκόπηκαν τα δείγµατα). Η εκτίµησή του µε βάση τις κανονικοποιηµένες καµπύλες (σηµείο επί της κανονικοποιηµένης καµπύλης συµπίεσης του φυσικού υλικού που απέχει περισσότερο από την καµπύλη εγγενούς συµπίεσης), προκύπτει ~2 και για τους δύο τύπους µάργας για τιµές της τάσης ~16 kpa και ~64 kpa για τον τύπο Η και L αντίστοιχα. Οι τιµές αυτές θεωρούνται ακριβείς για τον Τύπο H, αφού οι καµπύλες συµπίεσης αυτού στη φυσική του µορφή συγκλίνουν προς την καµπύλη εγγενούς συµπίεσης του ίδιου υλικού. Αντίθετα για τον τύπο L πρέπει να θεωρηθούν υποεκτι- µήµενες αφού για την µέγιστη τάση των δοκι- µών δεν καταγράφεται τάση σύγκλισης των κα- µπυλών συµπίεσης του φυσικού υλικού προς την καµπύλη εγγενούς συµπίεσης. Ο τύπος L της µάργας των δειγµάτων του τελευταίου προγράµµατος δοκιµών θεωρείται (µε βάση τις τιµές του αρχικού λόγου κενών και της τάσης «φαινόµενης» προφόρτισης) ότι βρίσκεται εγγύτερα στα δείγµατα που πραγµατοποιήθηκαν δοκιµές προσδιορισµού µηχανικών ιδιοτήτων στα πλαίσια παλαιότερων προγραµµάτων. 4. ΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ Εκτός από τις συµβατικές δοκιµές µονοδιάστατης συµπίεσης πραγµατοποιήθηκαν και δοκι- µές µε απευθείας µέτρηση του συντελεστή διαπερατότητας k του φυσικού υλικού τύπου Η. Στο Σχ. 4α παρουσιάζεται η καµπύλη k-σ ν και στο Σχ. 4β η καµπύλη k-e. Κατά την δοκιµή αυτή έγινε φόρτιση µέχρι µέγιστη κατακόρυφη τάση 32 kpa και αποφόρτιση και επαναφόρτιση ως τα 25 kpa δύο φορές. Η αρχική τιµή του συντελεστή διαπερατότητας είναι m/s και για να επέλθει µείωση του κατά µία τάξη µεγέθους στα m/s απαιτείται µεταβολή της κατακόρυφης τάσης κατά 32 kpa (η µεταβολή αυτή αντιστοιχεί σε µείωση του λόγου κενών κατά.22). Κατά την αποφόρτιση ο συντελεστής διαπερατότητας µένει πρακτικά σταθερός µε µείωση κατά 2 τάξεις µεγέθους να επέρχεται στη δεύτερη φόρτιση (στα k Συντ. διαπερατότητας (m/s) (α) k Συντ. διαπερατότητας (m/s) ( β) 1.E-5 1.E-6 1.E-7 1.E-8 1.E-9 1.E-1 1.E-5 1.E-6 1.E-7 1.E-8 1.E-9 1.E Κατακόρυφη τάση σ ν (kpa).7.6 Λόγος κενών e.5.4 Σχήµα 4. Καµπύλη k-σ ν (α) και k-e (β) για τη µάργα τύπου Η. Figure 4. k-σ ν curve (α) k-e curve (β) for the type H marl. 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/26 4

5 m/s) παρόλο που η µείωση του λόγου κενών αυτή τη φορά είναι µόνο.7. Μείωση κατά µία τάξη µεγέθους επήλθε µόνο στο στάδιο της φόρτισης για δεύτερη φορά από τα 16 στα 32 kpa (µείωση του λόγου κενών κατά.2) η οποία και αναιρέθηκε µε την αποφόρτιση στα 16 kpa. 5. ΞΗΡΑΝΣΗ ΚΑΙ ΣΥΡΡΙΚΝΩΣΗ Οι Bardanis & Kavvadas (23) παρουσίασαν τους κλάδους παρθένας ξήρανσης (virgin drying) των χαρακτηριστικών καµπυλών εδάφουςνερού (ΧΚΕΝ) της φυσικής Μάργας Κορίνθου (Τύπος L) και της αναζυµωµένης και επανασυ- µπιεσµένης υπό µονοδιάστατες συνθήκες φορτίσεως στον ίδιο αρχικό λόγο κενών µε αυτόν του φυσικού υλικού. Για τον προσδιορισµό τους χρησιµοποιήθηκε θάλαµος µύζησης µε πορόλιθο πίεσης διείσδυσης αέρα 15 Bar. Για τον προσδιορισµό των ΧΚΕΝ χρησιµοποιήθηκαν ξεχωριστά δοκίµια για κάθε σηµείο των πειραµατικών καµπυλών, στα οποία µετρείτο και το ποσοστό υγρασίας και ο λόγος κενών µε εµβάπτιση σε παραφίνη. Η εργαστηριακή διάταξη και η πειραµατική µέθοδος που υιοθετήθηκαν παρουσιάζονται αναλυτικά από τους Μπαρδάνη & Καββαδά (25). Στη θέση αποκοπής δειγµάτων της Μάργας Κορίνθου πραγµατοποιήθηκαν επιτόπου µετρήσεις της µύζησης του υλικού µε τενσιό- µετρο τύπου Quickdraw της SoilMoisture Inc (Σχ. 5). Το συγκεκριµένο όργανο επιτρέπει τη µέτρηση της µύζησης µέχρι 1 kpa σε πολύ σύντοµους χρόνους. Η µύζηση µετρήθηκε κατά µέσο όρο 16 kpa σε βάθος.5 m πίσω από την επιφάνεια του πρανούς και κατά µέσο όρο 11 kpa σε βάθος.5-1. m πίσω από την επιφάνεια του πρανούς. Και οι δύο τιµές είναι γενικά χαµηλές αφού οι µετρήσεις έγιναν σε πολύ χαµηλό υψόµετρο από την επιφάνεια της θάλασσας (µόλις.4-.5 m, στο Σχ. 5 διακρίνεται το νερό της θάλασσας δίπλα από την θέση µέτρησης). Είναι όµως υψηλότερες από τις αναµενόµενες σε τόσο κοντινό σηµείο στην επιφάνεια της θάλασσας, υποδηλώνοντας ότι το υλικό κατά την περίοδο λήψης των δειγµάτων βρισκόταν ακόµα σε φάση ξήρανσης (η δειγµατοληψία έγινε Οκτώβριο). Το ίδιο όργανο χρησιµοποιήθηκε και για τη µέτρηση της µύζησης στο εργαστήριο, στα µεγάλα δείγµατα που διαφυλάχθηκαν σε υγραντήρα, πριν την απoκοπή δοκιµίων για εισαγωγή τους στο θάλαµο µύζησης. Η τιµή της µύζησης από αυτές τις µετρήσεις προέκυψε 9-1 kpa. Σχήµα 5. Μέτρηση της µύζησης επιτόπου µε τενσιόµετρο τύπου Quickdraw. Figure 5. In-situ suction measurement with the Quickdraw tensiometer. Στο Σχ. 6 παρουσιάζονται οι κλάδοι παρθένας ξήρανσης των ΧΚΕΝ της φυσικής και της αναζυµωµένης/επανασυµπιεσµένης Μάργας Κορίνθου. Όπως προκύπτει από το Σχ. 6α (es) η διασπορά των αποτελεσµάτων είναι πολύ µεγαλύτερη για την φυσική µάργα από ότι για την αναζυµωµένη/επανασυµπιεσµένη. Η περιοχή µέγιστης διασποράς για την φυσική µάργα εντοπίζεται µεταξύ 6 και 11 kpa µύζησης. Αυτό οφείλεται στο ότι εδώ έχουµε να κάνουµε µε ένα φυσικό υλικό στο οποίο οι µικροδιαφορές από τεµάχιο σε τεµάχιο που αποκόπτεται για τοποθέτηση στο θάλαµο µύζησης δεν µπορούν να ελεγχθούν. Αντίθετα η αναζυµωµένη/ επανασυµπιεσµένη µάργα παρουσιάζει αρκετά µικρή διασπορά, η οποία, παρά την µικρή συ- µπιεστότητα του υλικού, επιτρέπει να διαφανεί µία σαφής τάση µείωσης του λόγου κενών από το.66 (πλήρως κορεσµένο υλικό) στο.59 (14 kpa). Όπως φαίνεται από τα Σχ. 6β (ew) και 6γ (S r -s) έγινε αποκορεσµός (desaturation) και του φυσικού και του αναζυµωµένου/ επανασυµπιεσµένου υλικού. Προκειµένου για το αναζυµωµένο/επανασυµπιεσµένο υλικό η πίεση διείσδυσης αέρα εντοπίζεται µεταξύ 1 και 2 kpa ενώ για το φυσικό υλικό εντοπίζεται µεταξύ 2 και 3 kpa. Για καµµία από τις δύο καµπύλες δεν εντοπίστηκε το δεύτερο σηµείο καµπυλότητας που αντιστοιχεί στην επίτευξη παραµένοντος ποσοστού υγρασίας, οπότε, δεδοµένων των περιορισµών της χρησιµοποιηθείσας συσκευής (πορόλιθος πίεσης διείσδυσης αέρα 15 Bar), εκτιµάται ότι αυτό επιτυγχάνεται για µύζηση µεγαλύτερη των 15 kpa. Η φυσική µάργα βρέθηκε να διατηρεί µεγαλύτερο βαθµό κορεσµού για την ίδια µύζηση. Η παρατήρηση αυτή είναι συµβατή µε τα αποτελέσµατα των Huang et al (1998). Αυτοί προσδιόρισαν τις XKEN µίας ιλυώδους αµ- 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/26 5

6 ,8,8,7,7 Λόγος κενών e.,6,5,4,3,2,1 Λόγος κενών e.,6,5,4,3,2,1 Αναζυµωµένο Φυσικό (α), Μύζηση (kpa) (β), Ποσοστό υγρασίας w (%) 1 1 Βαθµός κορεσµού S r (%) Βαθµός κορεσµού S r (%) (γ) Μύζηση (kpa) (δ) Ποσοστό υγρασίας w (%) Σχήµα 6. Χαρακτηριστικές καµπύλες εδάφους-νερού της Μάργας Κορίνθου (για το φυσικό και για το αναζυµωµένο-επανασυµπιεσµένο υλικό), α) λόγος κενών-µύζηση, β) λόγος κενών-ποσοστό υγρασίας, γ) βαθµός κορεσµού-µύζηση και βαθµός κορεσµού-ποσοστό υγρασίας. Figure 6. Soil-water characteristic curves of Corinth Marl (natural and reconstituted-reconsolidated material), a) void ratio-suction, b) void ratio-water content, degree of saturation-suction, and d) degree of saturation-water content. µου µε άργιλο µετά από στερεοποίηση και α- ποφόρτισή της σε διάφορες τάσεις. Όπως προέκυψε, όσο υψηλότερη ήταν η τάση προστερεοποίησης, τόσο υψηλότερη ήταν η πίεση διείσδυσης αέρα και η ικανότητα διατήρησης ύδατος στους πόρους του υλικού για την ίδια µύζηση (water-retaining capacity). Αντίστοιχα λοιπόν για τη Μάργα Κορίνθου, η δοµή λόγω σιµέντωσης και προστερεοποίησης του φυσικού υλικού, φαίνεται να του επιτρέπει να διατηρεί υψηλότερη πίεση διείσδυσης αέρα από το αντίστοιχο αναζυµωµένο/επανασυµπιεσµένο υλικό, καθώς και µεγαλύτερη δυνατότητα διατήρησης νερού στους πόρους του για την ίδια µύζηση. Από το Σχ. 6β προκύπτει παραµένων λόγος κενών e r =.62 για το φυσικό υλικό και e r =.58 για το αναζυµωµένο/επανασυµπιεσµένο, µε όριο συρρίκνωσης w s αντίστοιχα 23% και 22%. Το υψηλότερο όριο συρρίκνωσης του φυσικού υλικού υποδηλώνει ότι το όριο συρρίκνωσης, αν και συχνά θεωρείται φυσική ιδιότητα ανεξάρτητη της δοµής, όπως τα όρια Atterberg, πιθανότατα δεν είναι. Εκτός από τις δοκιµές προσδιορισµού των ΧΚΕΝ µε τη µέθοδο µετατόπισης άξονα (χρήση θαλάµου µύζησης) προσδιορίστηκαν και καµπύλες ξήρανσης του υλικού µε άφεση δειγ- µάτων στον ατµοσφαιρικό αέρα και στον ερ- 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/26 6

7 γαστηριακό φούρνο ξήρανσης. Στο Σχ. 7α παρουσιάζονται οι καµπύλες ξήρανσης στον ατ- µοσφαιρικό αέρα και στο Σχ. 7β οι καµπύλες ξήρανσης στον εργαστηριακό φούρνο (θερµοκρασία 15 ο C). Όπως προκύπτει και από τα δύο σχήµατα οι διαφορές µεταξύ των καµπυλών και των δύο ειδών (ξήρανση στον αέρα και ξήρανση στον εργαστηριακό φούρνο) είναι ακριβώς αντίστοιχες µε εκείνες για τις ΧΚΕΝ (Σχ. 6γ): το φυσικό υλικό παρουσιάζει µεγαλύτερη ικανότητα συγκράτησης ύδατος από το α- ντίστοιχο αναζυµωµένο και επανασυµπιεσµένο υλικό. Αντίστοιχα επίσης, το πρώτο σηµείο κα- µπής των δύο καµπυλών (αυτό που αντιστοιχεί στην επίτευξη αποκορεσµού) έχει µεγαλύτερη τιµή για το φυσικό υλικό από εκείνη για το αναζυµωµένο, ενδεικτική της µεγαλύτερης πίεσης διείσδυσης αέρα του υλικού (συγκεκριµένα περί τη µισή µέρα έναντι περίπου.2 ηµέρες και περί τα 5 λεπτά αντί για περίπου 3 στις καµπύλες ξήρανσης στην ατµόσφαιρα και στον εργαστηριακό φούρνο αντίστοιχα). Ποσοστό υγρασίας δειγµάτων (%). (α) Ποσοστό υγρασίας δειγµάτων (%). (β) Αναζ./Συµπ. 1 Μάργα 5 Φυσική Μάργα,1,1,1 1, 1, 1, Χρόνος παραµονής στον αέρα (ηµέρες) Αναζ./Συµπ. Μάργα Φυσική Μάργα 1 Χρόνος παραµονής στο φούρνο 15 ο C (min) Σχήµα 7. Καµπύλες ξήρανσης στον ατµοσφαιρικό αέρα (α) και στον εργαστηριακό φούρνο ξήρανσης (β). Figure 7. Atmospheric (α) and laboratory oven (β) drying curves. Το τελευταίο σηµείο που εξετάστηκε και αφορούσε στην επιρροή του βαθµού κορεσµού στη µηχανική συµπεριφορά της Μάργας Κορίνθου, ήταν η σύγκριση της µεταβολής του λόγου κενών µε την µύζηση και µε την κατακόρυφη τάση κατά την µονοδιάστατη συµπίεση. Στο Σχ. 8α παρουσιάζεται η καµπύλη e-s από το Σχ. 6α για το αναζυµωµένο/επανασυµπιεσµένο υλικό και η καµπύλη µονοδιάστατης συµπίεσης που προέκυψε από δοκιµή µε ενδιάµεσο κλάδο αποφόρτισης από την µέγιστη τάση φόρτισης των δειγµάτων που τοποθετούντο στο θάλαµο µύζησης και επαναφόρτισης. Αντίστοιχα στο Σχ. 8β παρουσιάζεται η καµπύλη e-s από το Σχ. 6α για το φυσικό υλικό και η καµπύλη µονοδιάστατης συµπίεσης στο ίδιο υλικό. Ό- πως προκύπτει από τη σύγκριση των αντίστοιχων καµπυλών στα διαγράµµατα των Σχ. 8α και 8β ο ρυθµός µείωσης του λόγου κενών είναι πρακτικά ο ίδιος για τις δύο τασικές διαδροµές. Η παρατήρηση αυτή επιτρέπει την α- πλοποίηση καταστατικών προσοµοιωµάτων για µη κορεσµένα εδάφη µε την κατάργηση µίας παραµέτρου από τις δύο που εκφράζουν τον ρυθµό µείωσης του λόγου κενών για µύζηση και κατακόρυφη τάση µικρότερες της πίεσης διείσδυσης αέρα και της τάσης «φαινόµενης» προφόρτισης αντίστοιχα. 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στα πλαίσια προγράµµατος εργαστηριακών δοκιµών µε κύριο σκοπό τη µελέτη της επιρροής του βαθµού κορεσµού στη µηχανική συµπεριφορά της Μάργας Κορίνθου πραγµατοποιήθηκαν δοκιµές προσδιορισµού των χαρακτηριστικών καµπυλών εδάφους-νερού του υλικού. Η σύγκριση µεταξύ των ΧΚΕΝ φυσικού και α- ναζυµωµένου/επανασυµπιεσµένου υλικού έ- δειξε ότι το φυσικό υλικό µπορεί να διατηρεί µεγαλύτερο ποσοστό υγρασίας από το αντίστοιχο αναζυµωµένο και άρα να παραµένει πλήρως κορεσµένο για µεγαλύτερη τιµή της µύζησης (έχει δηλαδή µεγαλύτερη πίεση διείσδυσης αέρα). Στις καµπύλες ξήρανσης δειγ- µάτων στην ατµόσφαιρα και στον εργαστηριακό φούρνο καταγράφηκε η αντιστοιχία χρόνου παραµονής στην ατµόσφαιρα και τον φούρνο ξήρανσης µε την πίεση διείσδυσης αέρα του υ- λικού, µε τις ίδιες διαφορές που καταγράφηκαν µεταξύ φυσικού και αναζυµωµένου/επανασυ- µπιεσµένου υλικού στις ΧΚΕΝ να καταγράφονται και στις καµπύλες ξήρανσης. Η σύγκριση της εξέλιξης του λόγου κενών µε την αύξηση της µύζησης και την αύξηση της κατακόρυφης τάσης υπό µονοδιάστατες συνθήκες φόρτισης 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/26 7

8 Λόγος κενών e.,9,8,7,6,5 ΧΚΕΝ Συµπ/τρο Για την µεταβολή του συντελεστή διαπερατότητας του υλικού κατά 1 τάξη µεγέθους απαιτείται µεταβολή της κατακόρυφης τάσης περί τα 3 MPa ή ισοδύναµα µεταβολή του λόγου κενών περί το.2 κατά την πρώτη φόρτιση, ενώ η ίδια φόρτιση δεύτερη φορά προκάλεσε µείωση του k κατά 2 τάξεις µεγέθους παρά την πολύ µικρότερη µείωση του λόγου κενών. e. κενών Λόγος (α) (β),4,8,7,6,5,4 Μύζηση/Κατακόρυφη τάση (kpa) ΧΚΕΝ Συµπ/τρο 1 Μύζηση/Κατακόρυφη τάση (kpa) Σχήµα 8. Λόγος κενών (α) αναζυµωµένης/- επανασυµπιεσµένης και (β) φυσικής Μάργας Κορίνθου κατά την ξήρανση και κατά τη µονοδιάστατη συµπίεση. Figure 8. Void ratio of (α) reconstituted/- reconsolidated and (β) natural Corinth Marl during drying and one-dimensional consolidation. έδειξε ότι ο ρυθµός µείωσης του λόγου κενών είναι πρακτικά ο ίδιος για τις δύο τασικές διαδροµές, οδηγώντας στην απλοποίηση καταστατικών προσοµοιωµάτων για µη κορεσµένα εδάφη µε την κατάργηση µίας παραµέτρου. Σε ό,τι αφορά τη συµπιεστότητα του υλικού εντοπίστηκαν σηµαντικές διαφορές µεταξύ της λιγότερο και της περισσότερο πλαστικής µάργας. Η πρώτη διατηρεί µεγαλύτερη τάση «φαινόµενης» προφόρτισης από τη δεύτερη. Οι κα- µπύλες εγγενούς συµπίεσης και των δύο ειδών µάργας βρέθηκαν καµπύλες µε τα κοίλα προς τα κάτω, εν αντιθέσει µε τα αναµενόµενα κατά τη βιβλιογραφία για αργιλικά εδάφη παρόµοιας πλαστικότητας. Η µέτρηση των πραγµατικών καµπυλών εγγενούς συµπίεσης αποδείχθηκε κρίσιµη για την ορθή φυσική ερµηνεία των πειραµατικών αποτελεσµάτων, αφού µε βάση τις εµπειρικές συσχετίσεις για τη Γραµµή Εγγενούς Συµπίεσης οι κανονικοποιηµένες καµπύλες συµπίεσης του φυσικού υλικού βρίσκονταν κάτω από τη ΓΕΣ µετά την διαρροή. 7. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Ο κ. Κωνσταντάκης της «Περίανδρος» Α.Ε. προσέφερε βοήθεια για την προµήθεια δειγµάτων Μάργας Κορίνθου από τα πρανή της διώρυγας. Ο κ. Γ. Πυργιώτης, τεχνικός του Εργαστηρίου Θεµελιώσεων του Τοµέα Γεωτεχνικής ΕΜΠ, βοήθησε στην προετοιµασία δειγµάτων. Μέρος της έρευνας του κ. Μπαρδάνη χρηµατοδοτήθηκε από το Ίδρυµα Κρατικών Υποτροφιών (ΙΚΥ). 8. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Bardanis, M. E. (1999), An experimental study of the properties of intrinsic compressibility of one clay and one marl, Proc. 13th Young Geotechnical Engineers Conf., Santorini, Greece, September 1999, pp Bardanis, M. E., Kavvadas, M. J. (23), Laboratory Investigation of the Virgin Drying of the Corinth Marls, in T., Schanz (Ed.), Unsaturated Soils: Experimental Studies, Springer, Berlin, Vol. I, pp Burland, J. B. (199), On the compressibility and shear strength of natural clays, Géotechnique, 4, No. 3, pp Huang, S., Barbour, S.L., Fredlund, D.G. (1998). Development and verification of a coefficient of permeability function for a deformable unsaturated soil, Can. Geotech. J., Vol. 35, pp Kavvadas, M. J., Anagnostopoulos, A. G., Georgiannou, V. N., Bardanis, M. E. (23), Characterisation and engineering properties of the Corinth Marl, Tan et al (eds.), Proc. Int. Workshop Characterisation and Engineering Properties of Natural Soils, Singapore, 22, Vol. 2, pp , A. A. Balkema Publishers, Lisse. Μπαρδάνης, Μ.Ε., Καββαδάς, Μ.Ι. (25), «Εργαστηριακή διάταξη προσδιορισµού χαρακτηριστικών καµπυλών εδάφους-νερού. Χρήση ξεχωριστών δοκιµίων χωρίς υπόθεση σταθερού όγκου», Πρ. 1 ου Τακτικού Ε- θνικού Συνεδρίου Μετρολογίας, Αθήνα, Νοεµβρίου 25, σελ ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/26 8