υναµικές Ιδιότητες Ηφαιστειογενών Κοκκωδών Εδαφών Dynamic Properties of Volcanic Granular Soils

Transcript

1 υναµικές Ιδιότητες Ηφαιστειογενών Κοκκωδών Εδαφών Dyamic Properties of Volcaic Graular Soils ΑΝΑΣΤΑΣΙΑ ΗΣ, Α. Πολιτικός Μηχανικός, Λέκτορας, Α.Π.Θ. ΣΕΝΕΤΑΚΗΣ, Κ. Πολιτικός Μηχανικός, MSc, Υποψήφιος ιδάκτορας Α.Π.Θ. ΠΙΤΙΛΑΚΗΣ, Κ. Πολιτικός Μηχανικός, Καθηγητής, Α.Π.Θ. ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Η παρούσα εργασία αναφέρεται στις δυναµικές ιδιότητες χονδρόκοκκων εδαφών ηφαιστειογενούς προέλευσης. Κύρια χαρακτηριστικά των υλικών αυτών αποτελούν το πολύ χαµηλό ειδικό βάρος (της τάξεως του 7-9 kn/m 3 ) και το πολύ υψηλό πορώδες (της τάξεως του 50-65%). Πραγµατοποιούνται στρεπτικές δοκιµές στήλης συντονισµού σε πυκνά, ξηρά δοκίµια των ηφαιστειογενών αυτών υλικών και τα αποτελέσµατα συγκρίνονται µε αντίστοιχες δοκιµές σε τυπικά χονδρόκοκκα εδάφη παρόµοιων χαρακτηριστικών κοκκοµετρίας. Τα πειραµατικά αποτελέσµατα δίνονται σε µορφή αναλυτικών σχέσεων ώστε να µπορούν να χρησιµοποιηθούν σε θεωρητικές αναλύσεις σεισµικής απόκρισης. ABSTRACT : This study examies the dyamic behavior of graular-volcaic (lightweight) soils. These materials exhibit remarkably low uit weight (o the order of 7-9 kn/m 3 ) ad high porosity (o the order of 50-65%). Torsioal resoat colum tests are performed o dese, dry specimes of these volcaic materials ad the experimetal results are compared with respective tests o typical graular soils of similar grai-size characteristics. The experimetal results are preseted i the form of aalytical or empirical relatios i order to be used i theoretical seismic respose aalysis studies. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η συστηµατική έρευνα της δυναµικής συµπεριφοράς κοκκωδών εδαφών τις τελευταίες δεκαετίες καταδεικνύει την σηµαντική επιρροή του δείκτη πόρων, e, και της µέσης ενεργής περιβάλλουσας τάση, σ m, στις τιµές του µέτρου διάτµησης, σε µικρά πλάτη παραµόρφωση, G Ο, ενώ οι τιµές του λόγου απόσβεσης, DT O, που αντιστοιχούν στη γραµµική ελαστική-περιοχή συµπεριφοράς επηρεάζονται κυρίως από την τάση σ m (Hardi, 1965, Kokusho, 1980, Saxea & Reddy, 1989, Meq, 2003). Επιπρόσθετα, η επιρροή των χαρακτηριστικών κοκκοµετρίας, που εκφράζονται συνήθως µε το συντελεστή οµοιοµορφίας, C u, και το µέσο µέγεθος κόκκων, D 50, στις τιµές του µέτρου διάτµησης και απόσβεσης σε µικρά αλλά και µεγάλα πλάτη παραµόρφωσης, σε πολλές περιπτώσεις (Edil & Luh, 1978, Chag & Ko, 1982, Meq, 2003) είναι πολύ σηµαντική. Μία ιδιαίτερη κατηγορία κοκκωδών εδαφών, συνήθως µε σχετικά υψηλό ποσοστό σε λεπτόκοκκο κλάσµα, αποτελούν οι ηφαιστειογενείς υαλώδεις ρυόλιθοι όπως ο περλίτης και η κίσσηρη, µε κύρια χαρακτηριστικά το µικρό ειδικό βάρος και το υψηλό πορώδες. Τέτοια εδάφη µετά από κατάλληλη µηχανική επεξεργασία έχουν εφαρµογή σε αρκετές περιπτώσεις ως ελαφρύ υλικό επίχωσης τοίχων αντιστήριξης έργων οδοποιίας και κρηπιδότοιχων λιµενικών έργων. Τα διαθέσιµα αποτελέσµατα της σχετικής µε ηφαιστειογενή εδάφη διεθνούς βιβλιογραφίας επικεντρώνονται στη διερεύνηση κυρίως των παραµέτρων αντοχής από µονοτονικές φορτίσεις (Hataaka et al., 1985, Rouse et al., 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ 20, Βόλος 1

2 1986, ORourke & Crespo, 1988, Miura et al., 2003, Orese et al., 2006) ενώ η δυναµική συµπεριφορά σε παρόµοια υλικά είναι εξαιρετικά περιορισµένη (Choi, 2008). Στην παρούσα εργασία µελετώνται οι παράµετροι του δυναµικού µέτρου και του λόγου απόσβεσης κοκκωδών δοκιµίων µε κίσσηρη µέσω στρεπτικών δοκιµών στήλης συντονισµού. Τα αποτελέσµατα συγκρίνονται µε αντίστοιχες δοκιµές σε τυπικά χονδρόκοκκα εδάφη, παρόµοιων χαρακτηριστικών κοκκοµετρίας µε τα ηφαιστειογενή υλικά. 2. ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΜΕΝΑ ΥΛΙΚΑ, ΠΕΙΡΑΜΑ- ΤΙΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΟΚΙΜΩΝ 2.1 Χρησιµοποιούµενα υλικά Στην παρούσα εργασία ως ελαφράηφαιστειογενή εδάφη χρησιµοποιήθηκαν τρία χονδρόκοκκα κλάσµατα κίσσηρης, τα οποία έχουν ως κύρια χαρακτηριστικά το χαµηλό ειδικό βάρος και το υψηλό πορώδες των στερεών κόκκων. Κατόπιν κατάλληλης κλασµατοποίησης και πλύσης στο κόσκινο Νο.200 των υλικών αυτών, προέκυψαν ένα µεσόκοκκο οµοιόµορφο κλάσµα (LWC2D1), ένα καλά διαβαθµισµένο κλάσµα (LWC6D3) καθώς και ένα οµοιόµορφο χονδρόκοκκο κλάσµα (LWC1D6). Τα χαρακτηριστικά κοκκοµετρίας των υλικών αυτών καθώς και το ειδικό βάρος στερεών κόκκων δίνονται στον Πίνακα 1. Σηµειώνεται ότι η τιµή G s =1.86 του Πίνακα 1 εκτιµήθηκε πειραµατικά σύµφωνα µε την πρότυπη Αµερικανική προδιαγραφή ASTM D854-06, στο υλικό LWC2D1, και θεωρήθηκε ίδια στα υλικά LWC6D3 και LWC1D6. Πίνακας 1. Χαρακτηριστικά χρησιµοποιούµενων χονδρόκοκκων κλασµάτων κίσσηρης. Table 1. Characteristics of volcaic graular pumice materials used Κωδική G S D 50 C u C c ονοµασία (mm) LWC2D LWC6D LWC1D Επιπλέον, χρησιµοποιήθηκαν τρία τυπικά χονδρόκοκκα εδάφη, µε χαρακτηριστικά κοκκοµετρίας παρόµοια µε αυτά των ελαφριών εδαφών. Τα υλικά αυτά παρουσιάζονται στον Πίνακα 2. Το υλικό C2D1 έχει παρόµοια χαρακτηριστικά κοκκοµετρίας µε το ελαφρύ υλικό LWC2D1 και προέρχεται από µία οµοιόµορφη ποταµίσια άµµο (άµµος Αξιού). Η κωδική ονοµασία C2D1 αναφέρεται σε υλικό µε συντελεστή οµοιοµορφίας, C u, περίπου 2 και µέσο µέγεθος κόκκων, D 50, περίπου 1 mm. Επιπλέον, τα τυπικά εδάφη C6D3 και C1D6 προέρχονται από κατάλληλη κλασµατοποίηση ενός αµµοχάλικου λατοµείου και έχουν παρόµοια χαρακτηριστικά κοκκοµετρίας µε τα ελαφριά υλικά WLC6D3 και WLC1D6, αντίστοιχα. Πίνακας 2. Χαρακτηριστικά χρησιµοποιούµενων τυπικών χονδρόκοκκων εδαφών Table 2. Characteristics of typical graular soils used Κωδική G S D 50 C u C c ονοµασία (mm) C2D C6D C1D Πειραµατικός εξοπλισµός και διαµόρφωση δοκιµίων Το σύνολο των δυναµικών δοκιµών πραγµατοποιήθηκε µε τη συσκευή στήλης συντονισµού Log-Tor του εργαστηρίου Εδαφοµηχανικής, Θεµελιώσεων και Γεωτεχνικής Σεισµικής Μηχανικής, Α.Π.Θ., η οποία είναι διάταξης τύπου πακτωµένοελεύθερο άκρο. Στο άνω-ελεύθερο άκρο του δοκιµίου προσαρµόζεται η ειδική πλάκα του µηχανισµού διέγερσης (ενεργό άκρο), ενώ το κάτω-πακτωµένο άκρο του δοκιµίου βρίσκεται σε στέρεη βάση πολύ µεγάλης µάζας και αδράνειας (παθητικό άκρο). Η στρεπτική φόρτιση των δοκιµίων επιτυγχάνεται µε σύστηµα δύο µαγνητών που είναι ενσωµατωµένοι στην ειδική πλάκα του µηχανισµού διέγερσης και τεσσάρων πηνίων που περιβάλλουν το δοκίµιο και η απόκριση των δοκιµίων καταγράφεται από πιεζοηλεκτρικά επιταχυνσιόµετρα στο ελεύθερο άκρο τους. Μέσω κατάλληλου ηλεκτρονικού εξοπλισµού επιβάλλεται στο δοκίµιο αρµονική στρεπτική ταλάντωση, εντοπίζεται η συχνότητα έως την επίτευξη συντονισµού του συστήµατος και καταγράφεται το πλάτος της αρµονικής διέγερσης, η συχνότητα συντονισµού και η απόκριση του δοκιµίου. Η εκτέλεση των δυναµικών δοκιµών και επεξεργασία των αποτελεσµάτων έγινε 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ 20, Βόλος 2

3 σύµφωνα µε την πρότυπη Αµερικανική προδιαγραφή ASTM D Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας πραγµατοποιήθηκαν δυναµικές δοκιµές σε ξηρά δοκίµια διαµέτρου περίπου 71.1 mm και ύψους περίπου mm. Τα δοκίµια διαµορφώθηκαν µε συµπύκνωση σε 14 στρώσεις ίσης µάζας ξηρού υλικού µε αυξανόµενο αριθµό κτύπων (15 κτύποι στις πρώτες στρώσεις και 45 κτύποι στις ανώτερες στρώσεις), µετά από δοκιµές µε στόχο την παραγωγή πυκνών έως πολύ πυκνών οµοιόµορφων δειγµάτων. 2.3 Πρόγραµµα δοκιµών Στον Πίνακα 3 συνοψίζεται το πρόγραµµα δυναµικών δοκιµών της παρούσας εργασίας, καθώς και οι τιµές του αρχικού φαινόµενου βάρους, του δείκτη πόρων και του πορώδους των δοκιµίων. Οι στρεπτικές δοκιµές στήλης συντονισµού πραγµατοποιήθηκαν σε ένα εύρος τιµών µέσης ενεργής περιβάλλουσας τάσης από 25 έως 400 kpa. Το ειδικό βάρος των ηφαιστειογενών υλικών είναι σηµαντικά χαµηλότερο από το αντίστοιχο ειδικό βάρος των τυπικών εδαφικών δοκιµίων. Τα τρία ηφαιστειογενή κλάσµατα έχουν όµοια χαρακτηριστικά κοκκοµετρίας µε τα τρία τυπικά εδάφη, οπότε παρουσιάζουν αντίστοιχα το καθένα και µία παρόµοια πυκνότητα δοµής στερεού σκελετού µε ένα από τα τυπικά χονδρόκοκκα υλικά. Ωστόσο, οι στερεοί κόκκοι των ηφαιστειογενών υλικών παρουσιάζουν υψηλό πορώδες µε αποτέλεσµα τα δοκίµια των υλικών αυτών να παρουσιάζουν εξαιρετικά υψηλές τιµές δείκτη πόρων. Πίνακας 3. Πρόγραµµα στρεπτικών δοκιµών στήλης συντονισµού Table 3. Torsioal resoat colum testig program Κωδική γ (kn/m 3 ) e o ονοµασία LWC2D LWC6D LWC1D C2D C6D C1D ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΥΝΑΜΙΚΩΝ ΟΚΙΜΩΝ ΣΤΗΛΗΣ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ 3.1 Απόκριση δοκιµίων στην ελαστικήγραµµική περιοχή συµπεριφοράς Στο Σχήµα 1 παρουσιάζεται η µεταβολή του µέτρου διάτµησης σε µικρά πλάτη παραµόρφωσης, G Ο, σε συνάρτηση µε τη µέση ενεργή περιβάλλουσα τάση, σ m, της µεσόκοκκης ποταµίσιας άµµου (C2D1) και του ηφαιστειογενούς υλικού αντίστοιχης κοκκοµετρίας (LWC2D1). Στο ίδιο σχήµα παρουσιάζονται και οι αντίστοιχες θεωρητικές τιµές G Ο που προκύπτουν από την εµπειρική σχέση που προτάθηκε από τον Meq (2003) για κοκκώδη υλικά και δίνεται από την Εξίσωση 1: ' G b1 x σ m G O =A G C u e (1) P a όπου A G =67.1 MPa, C u =συντελεστής οµοιο- µορφίας, b1=-0.20, x=-1-(d 50 /20) 0.75, G =0.48 C 0.09 u, D 50 =µέσο µέγεθος κόκκων και P a 0 kpa. G O (MPa) LWC2D1 - e o =1.543 Meq (2003) - e o =1.543 C2D1 - e o =0.588 Meq (2003) - e o = σ m ' (kpa) Σχήµα 1. Πειραµατικά διαγράµµατα logg Ο - logσ m δοκιµίων LWC2D1 και C2D1 και αντίστοιχες θεωρητικές τιµές εµπειρικών σχέσεων Figure 1. Experimetal logg Ο -logσ m diagrams of LWC2D1 ad C2D1 specimes ad correspodig theoretical values from empirical relatios Το δοκίµιο µε το κλάσµα κίσσηρης (µικρού ειδικού βάρους) παρουσιάζει σηµαντικά µικρότερες τιµές G Ο συγκριτικά µε το τυπικό έδαφος ενώ και στις δύο περιπτώσεις οι τιµές που υπολογίστηκαν µε εφαρµογή της εξίσωσης (1), η οποία έχει προταθεί για χονδρόκοκκα εδάφη (Meq, 2003), βρίσκονται σε πολύ καλή συµφωνία µε τις πειραµατικές τιµές. Σηµειώνεται ότι οι τιµές C u και D 50 των 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ 20, Βόλος 3

4 δύο δειγµάτων είναι παρόµοιες, ωστόσο το ελαφρύ ηφαιστειογενές υλικό παρουσιάζει σηµαντικά υψηλότερη τιµή δείκτη πόρων (1.543 έναντι 0.588) µε αποτέλεσµα τις µειωµένες συγκριτικά µε το τυπικό αµµώδες υλικό τιµές του µέτρου διάτµησης. Στο Σχήµα 2 παρουσιάζονται οι πειραµατικές τιµές της ταχύτητας διάδοσης διατµητικών κυµάτων, V s, των δύο υλικών σε συνάρτηση µε τη µέση ενεργή περιβάλλουσα τάση. Οι τιµές της ταχύτητας V s των δύο δοκιµίων που έχουν παρόµοια πυκνότητα δοµής του στερεού σκελετού και υλικά παρόµοιου µέσου µεγέθους κόκκων δεν παρουσιάζουν σηµαντικές διαφορές. 00 LWC2D1 - γ o =7.17 kn/m 3 για κοκκώδη υλικά και δίνεται από την Εξίσωση 2: ' D b2 b3 σ m DT O = A D C u D 50 (2) P a όπου A D =0.55, b2=0.1, b3=-0.3, D =-0.08, P a 0 kpa. G O,0 (MPa) 00 0 Ηφαιστειγενή εδάφη Τυπικά εδάφη C2D1 - γ o =16.49 kn/m 3 V s (m/s) 1 D 50 (mm) σ m ' (kpa) Σχήµα 2. Πειραµατικά διαγράµµατα logv s - logσ m δοκιµίων LWC2D1 και C2D1 Figure 2. Experimetal logv s -logσ m diagrams of LWC2D1 ad C2D1 specimes Στο Σχήµα 3 παρουσιάζεται η επιρροή του µέσου µεγέθους κόκκων, D 50, στις τιµές G O των οµοιόµορφων ηφαιστειογενών και τυπικών χονδρόκοκκων εδαφών της παρούσας εργασίας, σε µέση ενεργή περιβάλλουσα τάση 0 kpa. Παρατηρείται ότι τόσο στα τυπικά εδάφη, όπως αναµενόταν, όσο όµως και στα ελαφρά-ηφαιστειογενή υλικά, το δυναµικό µέτρο αυξάνεται µε το µέσο µέγεθος κόκκων. Στο Σχήµα 4 παρουσιάζονται οι πειραµατικές τιµές του λόγου στρεπτικής απόσβεσης σε µικρά πλάτη διατµητικής παραµόρφωσης, DT Ο, σε συνάρτηση µε τη µέση ενεργή περιβάλλουσα τάση. Στο ίδιο σχήµα παρουσιάζονται και οι αντίστοιχες τιµές DT Ο που προκύπτουν από την εµπειρική σχέση που προτάθηκε από τον Meq (2003) Σχήµα 3. Επιρροή µέσου µεγέθους κόκκων στο δυναµικό µέτρο οµοιόµορφων, τυπικών και ηφαιστειογενών χονδρόκοκκων εδαφών Figure 3. Effect of mea grai size o the dyamic modulus of uiform, typical ad volcaic graular soils Σύµφωνα µε την παραπάνω σχέση, ο λόγος απόσβεσης DT Ο χονδρόκοκκων εδαφών δεν εξαρτάται από το δείκτη πόρων, e, αλλά από τα χαρακτηριστικά κοκκοµετρίας, D 50, ad C u, και τη µέση ενεργή περιβάλλουσα τάση, σ m. εδοµένου ότι οι άµµοι C2D1 και LWC2D1 έχουν σχεδόν ίδιες τιµές D 50, ad C u, η Εξίσωση 2 χρησιµοποιείται και για τα δύο υλικά µε µία τιµή των χαρακτηριστικών D 50, ad C u. Τα δύο δοκίµια παρουσιάζουν συγκρίσιµες τιµές λόγου στρεπτικής απόσβεσης, οι οποίες τιµές βρίσκονται πολύ κοντά στις θεωρητικές τιµές που υπολογίστηκαν από τη Σχέση 2. Φαίνεται δηλαδή ότι τα δύο υλικά παρουσιάζουν παρόµοιο µηχανισµό απόσβεσης στην ελαστική-γραµµική περιοχή συµπεριφοράς, που οφείλεται κυρίως στην τριβή µεταξύ των εδαφικών στερεών κόκκων. Η ταχύτητα διάδοσης διατµητικών κυµάτων, V s, και ο ελάχιστος λόγος στρεπτικής απόσβεσης, DT O, των δοκιµίων, µπορούν να εκφραστούν σε συνάρτηση µε την αντίστοιχη 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ 20, Βόλος 4

5 τιµή σε τάση σ m =0 και τη µέση ενεργή περιβάλλουσα τάση, σ m, σύµφωνα µε τις Σχέσεις 3 και 4: ' ( ) Vs ' ( ) D V =V A σ (3) s s,0 Vs m DT = DT Α σ (4) DT O (%) O O,0 D m 1 LWC2D1 C2D1 Meq (2003) σ m ' (kpa) Σχήµα 4. Πειραµατικά διαγράµµατα logdt 0 - logσ m δοκιµίων LWC2D1 και C2D1 και αντίστοιχες θεωρητικές τιµές εµπειρικών σχέσεων Figure 4. Experimetal logdt 0 -logσ m diagrams of LWC2D1 ad C2D1 specimes ad correspodig theoretical values from empirical relatios Σους Πίνακες 4 και 5 συνοψίζονται οι τιµές των παραµέτρων, V s,0 A Vs, Vs, DT Ο,0, A D, D, όλων των δοκιµίων της παρούσας εργασίας. Πίνακας 4. Παράµετροι εκτίµησης ταχύτητας διάδοσης διατµητικών κυµάτων, V s Table 4. Parameters of estimatio of shear wave velocity propagatio, V s οκίµιο V s,0 A Vs Vs (m/s) LWC2D LWC6D LWC1D C2D C6D C1D Πίνακας 5. Παράµετροι εκτίµησης ελάχιστου λόγου στρεπτικής απόσβεσης, DT Ο Table 5. Parameters of estimatio of miimum dampig ratio i shear, DT Ο οκίµιο DT Ο,0 A D D (%) LWC2D LWC6D LWC1D C2D C6D C1D Απόκριση δοκιµίων στη µη γραµµική περιοχή συµπεριφοράς Στα Σχήµατα 5, 6 και 7 παρουσιάζονται αντιπροσωπευτικά πειραµατικά αποτελέσµατα της παρούσας εργασίας αναφορικά µε τη µη γραµµική περιοχή συµπεριφοράς των υλικών (καµπύλες G/G Ο -logγ και DT-logγ). Συγκεκριµένα, τα Σχήµατα 5 και 6 αφορούν τυπικά χονδρόκοκκα και ηφαιστειογενή υλικά, αντίστοιχα, σε τάση σ m =0 kpa, ενώ στο Σχήµα 7 συγκρίνονται τα πειραµατικά αποτελέσµατα µεταξύ τυπικών και ηφαιστειογενών εδαφών σε τάση σ m =50 kpa. Στα Σχήµατα 5, 6 και 7 παρουσιάζονται συγκριτικά και οι προτεινόµενες καµπύλες των Seed et al. (1986) για αµµώδη εδάφη. G/G O C2D1 C6D3 C1D6 Seed et al. (1986) γ (%) Σχήµα 5. Πειραµατικές µη γραµµικές καµπύλες G/G Ο -logγ και DT-logγ δοκιµίων τυπικών χονδρόκοκκων εδαφών σε τάση σ m =0 kpa Figure 5. Experimetal o-liear G/G Ο -logγ ad DT-logγ curves of typical graular soils at cofiig pressure σ m =0 kpa DT (%) 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ 20, Βόλος 5

6 LWC2D LWC6D3 20 G/G O 0.6 LWC6D3 LWC1D6 Seed et al. (1986) 15 DT (%) G/G O 0.6 C6D3 Seed et al. (1986) 15 DT (%) γ (%) Σχήµα 6. Πειραµατικές µη γραµµικές καµπύλες G/G Ο -logγ και DT-logγ δοκιµίων ηφαιστειογενών χονδρόκοκκων εδαφών σε τάση σ m =0 kpa Figure 6. Experimetal o-liear G/G Ο -logγ ad DT-logγ curves of volcaic graular soils at cofiig pressure σ m =0 kpa Συγκρίνοντας τις µη γραµµικές καµπύλες των οµοιόµορφων τυπικών εδαφών C2D1 C1D6 (Σχήµα 5), παρατηρείται ότι καθώς αυξάνεται το µέσο µέγεθος κόκκων, D 50, αυξάνεται και η µη γραµµικότητα στις καµπύλες G/G Ο -logγ και DT-logγ. Αντίστοιχο συµπέρασµα προκύπτει και από σύγκριση των µη γραµµικών καµπυλών των ηφαιστειογενών οµοιόµορφων εδαφών LWC2D1 και LWC1D6 (Σχήµα 6). Γενικά ωστόσο, φαίνεται η επιρροή του D 50 να είναι σηµαντικότερη στα τυπικά εδάφη. Επιπλέον, τα τυπικά χονδρόκοκκα υλικά παρουσιάζουν καµπύλες G/G Ο -logγ κοντά στο άνω όριο και αντίστοιχα καµπύλες DT-logγ κοντά στο κάτω όριο των καµπυλών που προτείνονται από τους Seed et al. (1986) αναφορικά µε χονδρόκοκκα εδάφη. Αντιθέτως, τα ηφαιστειογενή υλικά παρουσιάζουν καµπύλες εκτός των ορίων των Seed et al., καταδεικνύοντας την περισσότερο έντονα γραµµική συµπεριφορά των υλικών αυτών. Η παρατήρηση αυτή φαίνεται περισσότερο καθαρά στο Σχήµα 7, όπου παρουσιάζονται οι µη γραµµικές καµπύλες των υλικών C6D3 (καλά διαβαθµισµένο τυπικό έδαφος) και LWC6D3 (καλά διαβαθµισµένο ηφαιστειογενές έδαφος) σε µέση ενεργή περιβάλλουσα τάση σ m =50 kpa γ (%) Σχήµα 7. Πειραµατικές µη γραµµικές καµπύλες G/G Ο -logγ και DT-logγ δοκιµίων LWC6D3 και C6D3 σε τάση σ m =50 kpa Figure 7. Experimetal o-liear G/G Ο -logγ ad DT-logγ curves of LWC6D3 ad C6D3 specimes at a pressure of σ m =50 kpa Το δοκίµιο LWC6D3 παρουσιάζει καθαρά πιο γραµµική συµπεριφορά σε µεσαία έως υψηλά πλάτη παραµόρφωσης (στο ίδιο πλάτος διατµητικής παραµόρφωσης παρουσιάζει µικρότερη αποµείωση του µέτρου διάτµησης, αλλά συγχρόνως και µικρότερο λόγο απόσβεσης σε σύγκριση µε το τυπικό εδαφικό υλικό). Η µη γραµµική συµπεριφορά των υλικών µπορεί να εκφραστεί µε το τροποποιηµένο υπερβολικό προσοµοίωµα (Daredeli, 2001), σύµφωνα µε την Εξίσωση 5: G 1 = GO (5) a γ 1+ γ ref όπου γ ref η παραµόρφωση αναφοράς η οποία αντιστοιχεί σε G/G Ο =0.50 και a συντελεστής καµπυλότητας. Η σηµαντικότερη επιρροή του D 50 στη µη γραµµική συµπεριφορά των τυπικών εδαφών φαίνεται περισσότερα καθαρά και στο Σχήµα 8, όπου παρουσιάζονται τα διαγράµµατα παραµόρφωσης αναφοράς µέσου µεγέθους κόκκων σε τάση σ m =0 kpa. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ 20, Βόλος 6

7 γ ref,0 (%) Ηφαιστειγενή εδάφη Τυπικά εδάφη Πίνακας 6. Παράµετροι εκτίµησης παρα- µόρφωσης αναφοράς, γ ref Table 6. Parameters of estimatio of referece strai, γ ref οκίµιο γ ref,0 (%) A γ γ LWC2D1 1.15x LWC6D3 8.0x LWC1D6 8.0x C2D1 1.0x C6D3 2.9x C1D6 4.0x D 50 (mm) Σχήµα 8. Επιρροή µέσου µεγέθους κόκκων στην παραµόρφωση αναφοράς οµοιόµορφων, τυπικών και ηφαιστειογενών χονδρόκοκκων εδαφών Figure 8. Effect of mea grai size o the referece shearig strai of uiform, typical ad volcaic graular soils Παρατηρείται ότι η κλίση του διαγράµµατος logγ ref -logd 50 που εκφράζει την επιρροή του µέσου µεγέθους κόκκων στη γραµµικότητα των καµπυλών είναι σηµαντικά εντονότερη στην περίπτωση των τυπικών εδαφών. Ωστόσο, τόσο σε τυπικά εδάφη όσο και σε ηφαιστειογενή υλικά, το µέσο µέγεθος κόκκων επηρεάζει ποιοτικά µε παρόµοιο τρόπο τη συµπεριφορά των δοκιµίων στη µη γραµµική περιοχή (µείωση της παραµέτρου γ ref µε το D 50 ). Οι παράµετροι γ ref και a των εξεταζόµενων στην παρούσα εργασία υλικών µπορούν να εκφραστούν ως συνάρτηση της αντίστοιχης τιµής σε τάση σ m =0 και της µέσης ενεργής περιβάλλουσας τάσης, σ m, σύµφωνα µε τις Σχέσεις 6 και 7: ' ( ) γ γ = γ A σ (6) ref ref,0 γ m ' ( ) a a=a Α σ (7) 0 a m Σους Πίνακες 6 και 7 συνοψίζονται οι τιµές των παραµέτρων, γ ref,0, A γ, γ, a 0, A a, a, όλων των δοκιµίων της παρούσας εργασίας. Πίνακας 7. Παράµετροι εκτίµησης συντελεστή καµπυλότητας, a Table 7. Parameters of estimatio of curvature coefficiet, a οκίµιο a,0 A a a LWC2D LWC6D LWC1D C2D C6D C1D Αναφορικά µε τον Πίνακα 6, παρατηρείται και αναλυτικά ότι η µέση ενεργή περιβάλλουσα τάση επηρεάζει περισσότερο έντονα τις µη γραµµικές καµπύλες των τυπικών εδαφών (σηµαντικά υψηλότερες τιµές του εκθέτη γ ). Στον Πίνακα 7 ωστόσο παρατηρείται ότι η επιρροή των χαρακτηριστικών κοκκοµετρίας αλλά και η φύση του υλικού (τυπικό ή ηφαιστειογενές ελαφρύ έδαφος) στο συντελεστή καµπυλότητας, a, δεν είναι απόλυτα ξεκάθαρη. Γενικά ωστόσο, η παράµετρος a αυξάνεται ελαφρώς µε τη µέση ενεργή περιβάλλουσα τάση. 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τα πειραµατικά αποτελέσµατα της εργασίας αυτής καταδεικνύουν τη σηµαντική επιρροή του υψηλού πορώδους των στερεών εδαφικών κόκκων των ηφαιστειογενών υλικών στο µέτρο διάτµησης. Η αύξηση του πορώδους οδηγεί σε σηµαντική µείωση του µέτρου διάτµησης, G Ο, σε σύγκριση µε τυπικά χονδρόκοκκα εδάφη παρόµοιων χαρακτηριστικών κοκκοµετρίας και πυκνότητας δοµής. Επιπλέον, οι στερεοί κόκκοι ηφαιστειογενών και τυπικών εδαφικών υλικών παρουσιάζουν παρόµοιες ελαστικές ιδιότητες και µηχανισµό απόσβεσης στην ελαστική-γραµµική περιοχή συµπεριφοράς, µε αποτέλεσµα οι τιµές V s και DT Ο να µην παρουσιάζουν σηµαντικές διαφορές. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ 20, Βόλος 7

8 Τα ηφαιστειογενή υλικά που εξετάστηκαν παρουσιάζουν περισσότερο έντονα γραµµική συµπεριφορά σε µεσαία έως υψηλά πλάτη διατµητικής παραµόρφωσης, κυρίως λόγω υψηλότερων τιµών της παραµόρφωσης αναφοράς, γ ref. Τέλος, το µέσο µέγεθος στερεών κόκκων, D 50, φαίνεται να έχει παρόµοια επιρροή στη δυναµική συµπεριφορά τυπικών και ηφαιστειογενών χονδρόκοκκων εδαφών. Συγκεκριµένα, το δυναµικό µέτρο, G o, των δοκιµίων αυξάνεται, ενώ η παραµόρφωση αναφοράς γενικά µειώνεται µε το D 50. Παρόµοια επιρροή στη δυναµική συµπεριφορά των δοκιµίων παρουσιάζει και η τάση σ m. Γενικά ωστόσο τα χαρακτηριστικά κοκκοµετρίας αλλά και η τάση σ m έχουν µία σηµαντικότερη επιρροή στη δυναµική συµπεριφορά των τυπικών εδαφών. 5. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ASTM (1992), Stadard test methods for modulus ad dampig of soils by the resoat colum method, ASTM Stadard D854-06, America Society for Testig ad Materials. ASTM (2006), Stadard test methods for specific gravity of soil solids by water pycometer, ASTM Stadard D854-06, America Society for Testig ad Materials. Chag, N.-Y. ad Ko, H.-Y. (1982), Effect of grai size distributio o dyamic properties ad liquefactio potetial of graular soils, Research Report R82-3, Uiversity of Colorado at Dever, 145p. Choi, W.K. (2008), Dyamic Properties of Ash-Flow Tuffs, Ph. D. Dissertatio, Uiversity of Texas at Austi, 308p. Daredeli, M.B. (2001), Developmet of a ew family of ormalized modulus reductio ad material dampig curves, Ph. D. Dissertatio, Uiversity of Texas at Austi Edil, T.B. ad Luh, G.F. (1978), Dyamic modulus ad dampig relatioships for sads, Proc. of the Geotec. Div. Spec. Co. o Earth. Eg. ad Soil Dy., ASCE, Pasadea, Vol. 1, pp Hardi, B.O. (1965), Dyamic vs. static shear modulus for dry sad, Materials Research ad Stadards, America Society for Testig ad Materials, pp Hataaka, M., Sugimoto, M. ad Suzuki, Y. (1985), Liquefactio resistace of two alluvial volcaic soils sampled by i-situ freezig, Soils ad Foudatios, Vol. 25, No. 3, pp Kokusho, T. (1980), Cyclic triaxial test of dyamic soil properties for wide strai rage, Soils ad Foudatios, Vol. 20, No. 2, pp Meq, F.Y. (2003), Dyamic Properties of Sady ad Gravelly Soils, Ph. D. Dissertatio, Uiversity of Texas at Austi, 364p. Miura, S., Yagi, K. ad Asouma, T. (2003), Deformatio-stregth evaluatio of crushable volcaic soils by laboratory ad i-situ testig, Soils ad Foud. 43, No. 4, pp Orese, R.P., Zapata, A., Hata, A. ad Towhata, I. (2006), Geotechical characteristics of volcaic soils take from recet eruptios, Geotec. ad Geolog. Eg., 24, pp ORourke, T.D. ad Crespo, E. (1988), Geotechical properties of cemeted volcaic soil, Joural of Geotechical Egieerig, Vol. 114, No., pp Rouse, W.C., Readig, A.J. ad Walsh, R.P.D. (1986), Volcaic soil properties i Domiica, West Idies, Egieerig Geology, Vol. 23, pp Saxea, S.K. ad Reddy, K.R. (1989), Dyamic moduli ad dampig ratios for Moterey No.0 sad by resoat colum tests, Soils ad Foudatios, Japaese Society of Soil Mechaics ad Foudatio Egieerig, Vol. 29, No. 2, pp Seed, H.B., Wog, R.T., Idriss, I.M. ad Tokimatsu, K. (1986), Moduli ad dampig factors for dyamic aalysis of cohesioless soils, Joural of Geotechical Egieerig, ASCE, Vol. 112, No. 11, pp ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ 20, Βόλος 8