Γεωτεχνική Έρευνα - Μέρος 2 Υποενότητα Θεοδώρα Τίκα

Transcript

1 Επιχειρησιακό Πρόγραμμα Εκπαίδευση και ια Βίου Μάθηση Πρόγραμμα ια Βίου Μάθησης ΑΕΙ για την Επικαιροποίηση Γνώσεων Αποφοίτων ΑΕΙ: Σύγχρονες Εξελίξεις στις Θαλάσσιες Κατασκευές Α.Π.Θ. Πολυτεχνείο Κρήτης Γεωτεχνική Έρευνα - Μέρος 2 Υποενότητα Θεοδώρα Τίκα Καθηγήτρια, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Α.Π.Θ. tika@civil.auth.gr Γεώργιος Μυλωνάκης Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών mylo@upatras.gr

2 Είδη φορτίσεων του εδάφους θεμελίωσης θαλάσσιων κατασκευών κύματα άνεμος σεισμός κρουστικές ή ωστικές φορτίσεις π.χ. εγκατάσταση πασσάλων, πρόσκρουση σκαφών (Sangrey, 1977) 2

3 Xαρακτηριστικά φορτίσεων του εδάφους θεμελίωσης θαλάσσιων κατασκευών Ρυθμός επιβολής φόρτισης : βραδεία επιβολή φόρτισης (στατική), όπως π.χ.: ευστάθεια υποθαλασσίων πρανών σε αργιλικά εδάφη και οριακή κατάσταση ερπυσμός υπό αστράγγιστες συνθήκες και τάσεις που επιβάλλει στις κατασκευές το υπό παραμόρφωση έδαφος ταχεία επιβολή φόρτισης (δυναμική), όπως π.χ: ηώση μεγάλων κυμάτων Ανακυκλικός χαρακτήρας της φόρτισης : κύματα (περίοδος χαρακτηριστικού κύματος: Τ = 5-20s) σεισμός (περίοδος: Τ =0.1-1s) 3

4 Παράδειγμα σύνθεσης θυέλλης σχεδιασμού διάρκειας 18hr (Andersen, 1991) Φορτίο ως % του μέγιστου φορτίου Αριθμός κύκλων Συνολικός αριθμός 4932 κύκλων 4

5 Ταξινόμηση δυναμικών προβλημάτων (Ishihara, 1996) εκρήξεις σεισμός συμπύκνωση από έμπηξη πασάλων θεμελιώσεις μηχανών κυκλοφοριακά φορτία φορτία σταθμευμένων οχημάτων προσωρινές και μόνιμες κατασκευές φόρτιση από κύματα Μέγεθος σεισμού στην κλίμακα Richter (M) Ισοδύναμος αριθμός κύκλων ομοιόμορφ ης φόρτισης

6 Επίδραση της διατμητικής παραμόρφωσης στη συμπεριφορά του εδάφους (Ishihara, 1996) Αστοχία 6

7 Μέγεθος της παραμορφώσεων - στατική - παραμόρφωση της τάξης του δυναμική - παραμόρφωση της τάξης του 10-6 Η από το ρυθμό φόρτισης εξαρτώμενη συμπεριφορά του εδάφους: - ιξώδεις δυνάμεις - στην χρονικά μεαταβαλλόμενη υπερπίεση του ύδατος των πόρων και την επακόλουθη μεταβολή του όγκου Φόρτιση - αποφόρτιση - επαναφόρτιση του εδάφους - ελαστικές & πλαστικές παραμορφώσεις - υστερητική απόσβεση Γεωτεχνική Έρευνα Μέρος 2 Παράγοντες στους οποίους οφείλεται η διαφοροποίηση της δυναμικής / ανακυκλικής από τη στατική συμπεριφορά του εδάφους Συνεχής στροφή των αξόνων των κυρίων τάσεων 7

8 Ορισμοί της μέτρου ελαστικότητας και του λόγου υστερητικής απόσβεσης εδάφους Μέγιστο μέτρο Ελαστικότητας (Young s): dq Emax ore0,lima 0 da Τέμνον (secant) Μέτρο Ελαστικότητας στο σημείο α: q E Εφαπτομενικό (tangent) Μέτρο Ελαστικότητας στο σημείο α: dq E Ισοδύναμο (equivalent) Μέτρο Ελαστικότητας (Young s) στο σημείο α: sec tan Λόγος υστερητικής απόσβεσης: h E eq a d a q a SA SA 1/ 2 W / W 8

9 Ορισμοί της δυσκαμψίας και του λόγου υστερητικής απόσβεσης εδάφους Μέγιστο μέτρο ιάτμησης: d Gmax org0,lim 0 d Τέμνον (secant) Μέτρο ιάτμησης στο σημείο α: Εφαπτομενικό (tangent) Μέτρο ιάτμησης στο σημείο α: Ισοδύναμο (equivalent) Μέτρο ιάτμησης στο σημείο α: Λόγος υστερητικής απόσβεσης: h G sec G G tan sec d d SA SA 1/ 2 W / W 9

10 Σχέση τάσης - παραμόρφωσης και μεταβολή δυσκαμψίας εδάφους κατά τη διάρκεια ανακυκλιζόμενης φόρτισης Drammen clay (OCR=4, PI=27%) (Andersen, 1991) 10

11 Γεωτεχνική Έρευνα Μέρος 1 Καθεστώς τάσεων στο έδαφος θεμελίωσης θαλάσσιων κατασκευών τριαξονική συμπίεση τριαξονικός εφελκυσμός Kαθεστώς τάσεων στοιχείων κατά μήκος πιθανής επιφάνειας αστοχίας (Andersen, 1991) εφελκυσμός αξονική συμπίεση απλή διάτμηση τ 0 : αρχική γεωστατική διατμητική τάση στο επίπεδο με κλίση 45 0 τ a : πρόσθετη διατμητική τάση λόγω του βυθισμένου βάρους της κατασκευής Τ cy : διατμητική τάση λόγω της ανακυκλικής φόρτισης του εδάφους

12 ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Η συλλογή όλων εκείνων των πληροφοριών αναφορικά με το έδαφος θεμελίωσης του έργου που απαιτούνται για τον οικονομικό σχεδιασμό, ασφαλή κατασκευή και λειτουργία του σε όλη τη διάρκεια ζωής του. Αξιολόγηση της θέσης του υπό μελέτη έργου / προβλήματος (after Chaney et al., 1985) 12

13 Γεωτεχνική έρευνα ακολουθεί τη γεωφυσική έρευνα το πρόγραμμα της εξαρτάται από: εάν η θέση του έργου είναι δεδομένη και οι εδαφικές συνθήκες καθορίζουν τον τύπο της κατασκευής ή εάν ο τύπος της κατασκευής είναι δεδομένος, και κάποια αλλαγή στην ακριβή θέση του έργου μπορεί να γίνει προκειμένου να διασφαλιστούν οι κατάλληλες εδαφικές συνθήκες προσδιορισμός των εξής παραγόντων: κατάταξη του εδάφους χωρική και κατακόρυφη μεταβλητότητα του εδάφους διατμητική αντοχή, χαρακτηριστικά παραμόρφωσης, φέρουσα ικανότητα συμπιεστότητα και διαπερατότητα ευστάθεια ρευστοποίηση 13

14 Πειραματικές μέθοδοι: Επιτόπου δοκιμές Γεωτεχνική Έρευνα Μέρος 2 Παράμετροι της δυναμικής / ανακυκλιζόμενης συμπεριφοράς του εδάφους Εργαστηριακές δοκιμές (δοκιμές εδαφικού στοιχείου και σε μοντέλα) Απαιτούμενες παράμετροι: Μικρές παραμορφώσεις: Mέτρο διάτμησης, G Απόσβεση, D ή h Λόγος Poisson, ν Μέτριες έως μεγάλες παραμορφώσεις: ιατμητική αντοχή κατά τη διάρκεια της δυναμικής / ανακυκλιζόμενης φόρτισης και Χαρακτηριστικά της μεταβολής όγκου του εδάφους 14

15 Επιτόπου & Εργαστηριακές δοκιμές χρησιμοποιούμενες για την εκτίμηση των δυναμικών ιδιοτήτων του εδάφους Κατηγορία Είδος δοκιμής Παραμορφώσεις Αντικείμενο Επιτόπου δοκιμές Εργαστηριακές δοκιμές υναμικές δοκιμές (βασιζόμενες στη διάδοση των κυμάτων) οκιμή σεισμικής ανάκλασης οκιμή σεισμικής διάθλασης οκιμή ανάρτησης ακροδέκτη μέτρησης (Suspension Logging) οκιμή σταθερής διάδοσης κυμάτων Μέθοδος αντιστροφής επιφανειακών κυμάτων οκιμή Cross-Hole οκιμή Down-Hole οκιμή σεισμικού κώνου Κλασσικές δοκιμές Εδαφομηχανικής Πρότυπη δοκιμή διείσδυσης (SPT) οκιμή σταθερής διείσδυσης (CPT) οκιμή διασταλτομέτρου (Dilatometer) οκιμή πρεσσιομέτρου (PMT) οκιμές εδαφικού στοιχείου Τριαξονική δοκιμή ανακυκλιζόμενης φόρτισης (CTX) οκιμή άμεσης διάτμησης (SS) οκιμή στρεπτικής διάτμησης (TOR) οκιμή στήλης συντονισμού (RC) οκιμή διάτμσης δακτυλίου (RS) Μικρές Μεσαίες έως μεγάλες αραμορφώσεις Μικρές έως μεσαίες παραμορφώσεις Μεγάλες παραμορφώσεις Ο προσδιορισμός των μηχανικών / δυναμικών ιδιοτήτων του εδάφους Φυσικά ομοιώματα οκιμή φυγοκέντρισης οκιμή σεισμικής τράπεζας Ο προσδιορισμός τηςσυνολικής συμπεριφοράςτης κατασκευής 15

16 Πηγές ανακρίβειας / αβεβαιότητας των πειραματικών μεθόδων Η εγγενής ανομοιογένεια των εδαφικών στρώσεων ως αποτέλεσμα του γεωλογικού περιβάλλοντος στο οποίο έγινε η εναπόθεση τους Η εγγενής ανισοτροπία (που οφείλεται στην ύπαρξη δομής του εδάφους) Η προκαλούμενη από ανισότροπες συνθήκες φόρτισης ανισοτροπία Η διατάραξη κατά τη δειγματοληψία Οι περιορισμοί των επιτόπου και εργαστηριακών δοκιμών, λαθών κατά την εκτέλεση της δοκιμής & κατά την αξιολόγηση κ.λ.π. 16

17 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΟΚΙΜΕΣ Ε ΑΦΙΚΟΥ ΣΤΟΙΧΕΙΟΥ Πλεονεκτήματα : καλύτερος έλεγχος των συνθηκών φόρτισης και οριακών συνθηκών οι εργαστηριακές δοκιμές γενικά παρέχουν μεγαλύτερη ακρίβεια στις μετρήσεις απ ότι οι δοκιμές πεδίου υπάρχει η δυνατότητα επιλογής του υλικού το οποίο θα χρησιμοποιηθεί εκτέλεση δοκιμών σε συνθήκες όμοιες ή διαφορετικές από τις επικρατούσες στο πεδίο υπάρχει η δυνατότητα προσομοίωσης της μεταβολής των συνθηκών φόρτισης που μπορεί να λάβει χώρα, είτε κατά τη φάση της κατασκευής του έργου, είτε μετά την περάτωσή του δοκιμές μπορούν να εκτελεσθούν σε αναζυμωμένα δοκίμια ή δοκίμια τα οποία έχουν αναπαραχθεί εξ αρχής στο εργαστήριο έτσι ώστε η δομή τους να είναι όμοια με εκείνη του πεδίου (reconstituted). Μειονεκτήματα : Η διατάραξη κατά τη δειγματοληψία μπορεί να μεταβάλλει τις τάσεις, τη χημική σύσταση, τη θερμοκρασία και τη δομή των εδαφικών δειγμάτων Η χρήση μικρών και πολλές φορές μη αντιπροσωπευτικών δειγμάτων 17

18 αυτόνομα συστήματα δειγματολήπτες βαρύτητας δονητικοί δειγματολήπτες (ηλεκτρικοί, πνευματικοί & υδραυλικοί) Μειονέκτημα: διατάραξη των δοκιμίων, μικρός βαθμός ανάκτησης του δείγματος Μέθοδοι δειγματοληψίας Γεωτεχνική Έρευνα Μέρος 2 ειγματολήπτης βαρύτητας και το σύστημα λειτουργίας του (after Preslan, 1969) 18

19 Μέθοδοι δειγματοληψίας Γεωτεχνική Έρευνα Μέρος 2 Συστήματα εγκατεστημένα στον πυθμένα Ο δειγματολήπτης τοποθετείται στον πυθμένα με τη βοήθεια υποβρύχιου σκάφους σε συγκεκριμένη θέση και προωθείται στο έδαφος με δόνηση ή σταθερή ταχύτητα Μειονέκτημα: υψηλό κόστος λόγω της κατάδυσης δυτών, διατάραξη του εδάφους για δονητικούς δειγματολήπτες Κατασκευές εδραζόμενες ή προσδεδεμένες στον πυθμένα Το γεωτρύπανο είναι εγκατεστημένο στην κατασκευή Γεωτρύπανα εγκατεστημένα σε πλοία Αντιστάθμιση της ανύψωσης για την επίδραση της φόρτισης των κυμάτων στη διαδικασία της διάτρησης και δειγματοληψίας Ευστάθεια των τοιχωμάτων της γεώτρησης με χρήση ειδικώνενεμάτωνήδιασωλήνωσή τους 19

20 Τύποι δειγματοληπτών ενσύρματοι κρουστικοί δειγματολήπτες προωθούμενοι δειγματολείπτες (με ασφάλεια) υδραυλικοί δειγματολήπτες καροταρία υπό πίεση για δειγματοληψία εδαφών που περιέχουν αέριο Campbell et al.,

21 Χειρισμός & συντήρηση δειγμάτων Γεωτεχνική Έρευνα Μέρος 2 εξαγωγή των δειγμάτων από τους μεταλλικούς σωλήνες δειγματοληψίας (Shelby tubes) οπτική περιγραφή ακτινογραφία (X-rays) των δειγμάτων για τον εντοπισμό ζωνών ολίσθησης, ζωνών διαφορετικού υλικού, βότσαλα, κογχύλια, κ.α. προσδιορισμός υγρασίας και πυκνότητας, κατάταξη των εδαφών απλές δοκιμές αντοχής, π.χ. πενετρόμετρο τσέπης, δοκιμή πτερυγίου επιλογή δειγμάτων για δοκιμές παραμορφωσιμότητας, αντοχής & συμπιεστότητας στο εργαστήριο συντήρηση των δειγμάτων αποθήκευση (κατακόρυφη / οριζόντια θέση) χρόνος αποθήκευσης (1 εβδομάδα - μερικά χρόνια) θερμοκρασία αποθήκευσης (2-5 ο C, η αλλαγή θερμοκρασίας προκαλεί την ανάπτυξη βακτηρίων) 21

22 Εργαστηριακές δοκιμές Η Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη : την αλλαγή των τάσεων και ειδικότερα την αποφόρτιση κατά τη δειγματοληψία τη διαδικασία δειγματοληψίας τη μεταφορά στο εργαστήριο το χειρισμό και τη μέθοδο προετοιμασία-κοπή των δειγμάτων για τις εργαστηριακές δοκιμές Παράμετροι που αλλάζουν : η πίεση του νερού των πόρων και η ενεργός τάση λόγω της αποφόρτισης κατά τη δειγματοληψία, αλλαγή του καθεστώτος τάσεων από ανισότροπο σε ισότροπο η διόγκωση δειγμάτων που περιέχουν αέριο λόγω της μείωσης της πίεσης του νερού των πόρων: διόγκωση του νερού των πόρων 1.4% / 3000m (Noorany et al., 1970) βιολογική υποβάθμιση της ποιότητας των δειγμάτων που περιέχουν οργανικά κατά τη διάρκεια παρατεταμένης αποθήκευσης διατάραξη της δομής και καταστροφώ των ασθενών συνδετικών δεσμών θραύση των κόκκων στα ασβεστικά εδάφη 22

23 Αποφόρτιση κατά τη δειγματοληψία Γεωτεχνική Έρευνα Μέρος 2 γ sat =20kN/m 3 K 0 =

24 Προσεγγιστικά όρια διατμητικής παραμόρφωσης για την αξιόπιστη μέτρηση της δυσκαμψίας του εδάφους Mair (1993) 24

25 Τριαξονική Συσκευή μονοτονικής / ανακυλιζόμενης φόρτισης 25

26 Συνθήκες Φόρτισης στην Τριαξονική οκιμή Ανακυκλιζόμενης Φόρτισης P χρόνος L χρόνος δοκιμή ελεγχόμενης τάσης δοκιμή ελεγχόμενης παραμόρφωσης 26

27 Προσομοίωση γεωστατικών και ανακυκλιζόμενων τάσεων στην τριαξονική δοκιμή Ισότροπη στερεοποίηση Ανισότροπη στερεοποίηση 27

28 Είδη τριαξονικής δοκιμής Γεωτεχνική Έρευνα Μέρος 2 Είδος Συμπίεση (συνηθέστερος τύπος) Εφελκυσμός r 1 r r r r 1 2 Καθεστώς τάσεων & παραμορφώσεων Μονοδιάστατη συμπίεση Μονοαξονική συμπίεση ή ανεμπόδιστη θλίψη r 0 r r 0 Ισότροπη συμπίεση r

29 Στάδια Τριαξονικής οκιμής ισότροπης συμπίεσης ΣΤΑ ΙΟ Ι (ισότροπη συμπίεση) σ c = σ r ΣΤΑ ΙΟ ΙΙ (διάτμηση) - εφαρμογή της εκτροπικής τάσης q=σ a - σ r σ c = σ r σ c = σ r

30 Είδος δοκιμής Χωρίς στερεοποίηση και χωρίς στράγγιση (UU) Με στερεοποίηση και χωρίς στράγγιση (CU) Με στερεοποίηση και στράγγιση (CD) Τύποι τριαξονικής δοκιμής συμπίεσης Επιβολή ισότροπης συμπίεσης (στάδιο Ι) Αστράγγιστες συνθήκες Πλήρης στράγγιση Πλήρης στράγγιση Επιβολή εκτροπικής τάσης (στάδιο ΙΙ) Αστράγγιστες συνθήκες Αστράγγιστες συνθήκες Πλήρης στράγγιση Γεωτεχνική Έρευνα Μέρος 2 Σχόλια Ταχύτητα παραμόρφωσης μικρή έτσι ώστε να υπάρχει ομοιόμορφη κατανομή της πίεσης του νερού των πόρων στο εσωτερικό του δοκιμίου. Ταχύτητα παραμόρφωσης μικρή για την ομοιόμορφη κατανομή της πίεσης του νερού των πόρων στο εσωτερικό των δοκιμίων. Ταχύτητα παραμόρφωσης μικρή για την αποφυγή της αύξησης της πίεσης του νερού των πόρων.

31 Η Τριαξονική Συσκευή Μονοτονικής Φόρτισης του ΕΕΘ-ΑΠΘ 31

32 Π ιατμητική αντοχή άμμου υπό συνθήκες πλήρους στράγγισης (CD) Χ Π Τριαξονική δοκιμή Καμπύλες τάσης-παραμόρφωσης για χαλαρή και πυκνή μέτρια-λεπτή άμμο, σ 3 = 207 kn/m 2, e 0 = 0, %D r και e 0 = 0,834 20%D r (Taylor, 1948) Χ Χ Π

33 ιατμητική αντοχή άμμου υπό αστράγγιστες συνθήκες (CU) u > 0 u < 0 Xαλαρή άμμος Πυκνή άμμος

34 ιατμητική αντοχή αργιλικών εδαφών υπό συνθήκες πλήρους στράγγισης (CD) Κανονικά στερεοποιημένα (ΚΣ) Υπερστερεοποιημένα (ΥΣ) συμπίεση διόγκωση

35 H διατμητική αντοχή αργιλικών εδαφών υπό αστράγγιστες συνθήκες (CU) Κανονικά στερεοποιημένα (ΚΣ) Υπερστερεοποιημένα (ΥΣ) u > 0 u > 0

36 Η συσκευή τριαξονικής ανακυκλικής φόρτισης χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό των εξής παραμέτρων: της ανακυκλικής αντοχής κορεσμένων χονδρόκοκκων εδαφών υπό συνθήκες ελεγχόμενου αξονικού φορτίου (μελέτη δυναμικού ρευστοποίησης): Αντίσταση ρευστοποίησης (Cyclic Resistance Ratio), CRR, ορίζεται ο λόγος της ανακυκλικής τάσης, σ d / 2σ 0, που αντιστοιχεί σε 15 έως 20 κύκλους φόρτισης για αξονική παραμόρφωση διπλού πλάτους, ε DΑ =5%ήεναλλακτικά όταν η υπερπίεση του νερού των πόρων γίνει πρακτικά ίση με την περιβάλλουσα ενεργή τάση, u /σ 0 = της ανακυκλικής αντοχής κορεσμένων λεπτόκοκκων εδαφών υπό συνθήκες ελεγχόμενου αξονικού φορτίου του ισοδύναμου μέτρου Ελαστικότητας (του Young) (E eq ) και του υστερητικού λόγου απόσβεσης (D) των εδαφών υπό συνθήκες ανακυκλιζόμενης φόρτισης, είτε με έλεγχο του επιβαλλόμενου αξονικού φορτίου, είτε με έλεγχο της επιβαλλόμενης αξονικής παραμόρφωσης. 36

37 Η Τριαξονική Συσκευή Ανακυκλικής Φόρτισης του ΕΕΘ-ΑΠΘ 37

38 σd σ d (kpa) ε εα DA (%)DA (%) u Δu (kpa) χρόνος, t (sec) (α) (β) (γ) Γεωτεχνική Έρευνα Μέρος 2 Tριαξονική δοκιμή ανακυκλικής φόρτισης με ελεγχόμενη τάση 5% Time (s) CSR=σd/2σ'ο CSR=σ d /2σ Καθαρή άμμος σ 0 = 100kPa, D r = 59% σ d /2σ 0 =0.20 N l 40 (β) 1% 2.5% 5% CRR σ 0 σ ο=100kpa = e= Ν= Ν 38

39 Tριαξονική δοκιμή ανακυκλικής φόρτισης με ελεγχόμενη παραμόρφωση Αμμώδης - ιλυώδης άργιλος WL = 49%, PI = 29%, e 0 = 0.497, σ 0 = 305kPa, k 0 = ε SA = 0.05%, f = 0.1Hz 5 th 10 th 5 ος κύκλος : E eq = MPa, D = 9.10% 10 ος κύκλος : E eq = MPa, D = 8.83% 39

40 Τριαξονική δοκιμή ανακυκλικής φόρτισης ελεγχόμενη παραμόρφωση Φάση (ε a ) SA % N E eq (5 th ) D (5 th ) E ee (10 th ) D (10 th ) E eq 40

41 Προβλήματα της τριαξονικής δοκιμής Η συγκέντρωση τάσεων στη βάση και κορυφή του δοκιμίου Η επίδραση της διείσδυσης της μεμβράνης στους κόκκους χονδρόκοκκων άμμων και χαλικιών Η κάμπτικη παραμόρφωση αυτής της ίδιας της συσκευής περιορίζει την ακρίβεια των μετρουμένων παραμορφώσεων, οι οποίες είναι της τάξης του 10-4 Η τριαξονική δοκιμή ανακυκλιζόμενης φόρτισης δεν μπορεί να προσομοιώσει με ακρίβεια τις πραγματικές φορτίσεις στο πεδίο, π.χ. κύματα και προβλήματα διάδοσης των σεισμικών κυμάτων (στροφή των αξόνων των κυρίων τάσεων). 41

42 οκιμή ανακυκλιζόμενης απλής διάτμησης Καλή προσομοίωση των αναπτυσσόμενων τάσεων κατά τη διάρκεια των δυναμικών / ανακυκλικών φορτίσεων στο πεδίο υσκολία ανάπτυξης συζυγών τάσεων (Norwegian Geotechnical Institute) 42

43 οκιμή στρεπτικής διάτμησης Κυλινδρικά δείγματα Λεπτότοιχα κυλινδρικά δείγματα 43

44 οκιμή στρεπτικής διάτμησης Γεωτεχνική Έρευνα Μέρος 2 CCC Βρόγχος υστέρησης Τυπική συσκευή στρεπτικής διάτμησης εδάφους Επιβαλλόμενη διατμητική τάση και διατμητική παραμόρφωση Τυπικά αποτελέσματα 44

45 Πλεονεκτήματα / μειονεκτήματα της συσκευής στρεπτικής διάτμησης λεπτότοιχων κυλινδρικών δοκιμίων Πλεονεκτήματα : Η στροφή των αξόνων των κυρίων τάσεων Η ενδιάμεση κύρια τάση είναι ανεξάρτητη από τη μέγιστη και ελάχιστη κύρια τάση Επιτυγχάνονται συνθήκες απλής διάτμησης με τη κατάλληλη εφαρμογή των συζυγών διατμητικών τάσεων Οι οριακές συνθήκες του δοκιμίου επιτρέπουν τη σχετικά ομοιόμορφη κατανομή των τάσεων και την εγκατάσταση μετρητικών συστημάτων πάνω στο ίδιο το δοκίμιο σαν και αυτές που χρησιμοποιούνται στη τριαξονική συσκευή για τη μέτρηση τοπικά των παραμορφώσεων. Μειονεκτήματα : Το υψηλό κόστος κατασκευής της συσκευής υσκολίες στην προετοιμασία του δοκιμίων Ο μεγάλος λόγος επιφάνειας προς όγκο του δοκιμίου είναι πιθανών να επιτείνει την επίδραση της διείσδυσης της ελαστικής μεμβράνης στους εδαφικούς κόκκους. 45

46 Γενικές οριακές συνθήκες στη συσκευή στήλης συντονισμού Συσκευή στήλης συντονισμού Γεωτεχνική Έρευνα Μέρος 2 ελεύθερο-ελεύθερο (free-free) άκρο Απόκριση πακτωμένο-ελεύθερο (fixed-free) άκρο Φόρτιση & Απόκριση Φόρτιση 46

47 Η συσκευή στήλης συντονισμού του ΕΕΘ-ΑΠΘ Αξονική φόρτιση Στρεπτική φόρτιση 47

48 Η δοκιμή στήλης συντονισμού - οριακές συνθήκες Γεωτεχνική Έρευνα Μέρος 2 x l, u 2 u F A E m 0 x t 2 ή ί ή ύ ί ή ό Στη συσκευή στήλης συντονισμού με πακτωμένο ελεύθερο άκρο, οι οριακές συνθήκες επιβάλλουν: στο πακτωμένο όριο η μετακίνηση να είναι μηδενική και στο ελεύθερο άκρο η ελαστική αντίσταση του δοκιμίου να είναι ίση με την αδρανειακή δύναμη του συστήματος φόρτισης 48

49 49 Υπολογισμός αποτελεσμάτων δοκιμής στήλης συντονισμού Για διαμήκη ταλάντωση : Για στρεπτική ταλάντωση : W W o tan f n l 2 l V f V n n f n l 2 V 2 n f n tan I o I s n s n V l f V l 2 2 V s G n f l 2 V s E V l fn

50 οκιμή στήλης συντονισμού υπολογισμός παραμέτρου β Γεωτεχνική Έρευνα Μέρος 2 ωn l β V s I/I 0 ιάγραμμα μεταβολής του λόγου Ι / Ι 0 (Richart et al., 1970) 50

51 Η δοκιμή στήλης συντονισμού - Αποτελέσματα Γεωτεχνική Έρευνα Μέρος 2 Προσδιορισμός του λόγου απόσβεσης με τη μέθοδο της εξασθένησης του πλάτους ελεύθερης ταλάντωσης D

52 Αποτελέσματα δοκιμής στήλης συντονισμού Γεωτεχνική Έρευνα Μέρος 2 52

53 Πλεονεκτήματα & μειονεκτήματα δοκιμής στήλης συντονισμού Γεωτεχνική Έρευνα Μέρος 2 Πλεονεκτήματα : Άμεσος προσδιορισμός των Ε max, DL min και των Ε - ε α και DL - ε α, καθώς και των G max, DT min και των G-γ και DΤ - γ Μη - καταστρεπτικός χαρακτήρας της δοκιμής Μειονεκτήματα : Η αξιοπιστία των αποτελεσμάτων εξαρτάται από την απόκριση του συστήματος εδαφικού δοκιμίου - συστήματος φόρτισης και τις οριακές συνθήκες Υψηλές συχνότητες φόρτισης ( > Hz) 53

54 Πιεζοηλεκτρισμός Γεωτεχνική Έρευνα Μέρος 2 οκιμή πιεζοηλεκτρικών στοιχείων (Bender Element) Χρήση Πιεζοηλεκτρικού στοιχείου στην Τριαξονική συσκευή Ιδιότητα ορισμένων κεραμικών υλικών να παράγουν ηλεκτρική τάση, όταν υποβάλλονται σε μηχανική παραμόρφωση και αντίστροφα V s L t Ενεργοποιείται με την ηλεκτρική πόλωση Πραγματοποιείται με έκθεση των κεραμικών υλικών για κάποιο χρονικό διάστημα σε έντονο ηλεκτρικό πεδίο και σε υψηλές θερμοκρασίες 54

55 ιάταξη του εξοπλισμού στη δοκιμή πιεζοηλεκτρικών στοιχείων 55

56 Τριαξονική συσκευή ανακυκλικής φόρτισης του Ε.Ε.Θ. & Γ.Σ.Μ. Α.Π.Θ. και εξοπλισμός συστήματος πιεζοηλεκτρικών στοιχείων 56

57 Εκτίμηση του χρόνου διάδοσης του διατμητικού κύματος Γεωτεχνική Έρευνα Μέρος 2 57

58 Σύγκριση αποτελεσμάτων δοκιμών στήλης συντονισμού και πιεζοηλεκτρικών στοιχείων - Μ31 Πλεονεκτήματα της δοκιμής πιεζοηλεκτρικών στοιχείων : δυνατότητα εκτέλεσης της δοκιμής παράλληλα με άλλες εργαστηριακές δοκιμές μικρό κόστος ταχύτητα, αμεσότητα, απλότητα μετρήσεων 58