ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΙΛΥΩΔΩΝ ΑΜΜΩΝ ΣΕ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΜΟΝΟΤΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΚΥΚΛΙΚΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ

Transcript

1 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 28 5 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΙΛΥΩΔΩΝ ΑΜΜΩΝ ΣΕ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΜΟΝΟΤΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΚΥΚΛΙΚΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΑΝΘΗ Ι. ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΛΟΥ Δρ Πολιτικός Μηχανικός Τομέας Γεωτεχνικής Μηχανικής Εργαστήριο Εδαφομηχανικής, Θεμελιώσεων & Γεωτεχνικής Σεισμικής Μηχανικής Επιβλέπουσα: Θ. ΤΙΚΑ, Καθηγήτρια ΑΠΘ Τριμελής Επιτροπή: Θ. Τίκα, Καθηγήτρια, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών ΑΠΘ Κ. Πιτιλάκης, Καθηγητής, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών ΑΠΘ Θ. Χατζηγώγος, Καθηγητής, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών ΑΠΘ Επταμελής Επιτροπή: Γ. Αθανασόπουλος, Καθηγητής, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Παν. Πατρών Π. Ντακούλας, Αναπλ. Καθηγητής, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Παν. Θεσσαλίας Γ. Μάνος, Καθηγητής, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. Σ. Τσότσος, Καθηγητής, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. Θ. Τίκα, Καθηγήτρια, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. Κ. Πιτιλάκης, Καθηγητής, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. Θ. Χατζηγώγος, Καθηγητής, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει ως αντικείμενο την εργαστηριακή μελέτη της μονοτονικής και ανακυκλικής συμπεριφοράς των ιλυωδών άμμων, με έμφαση στη μελέτη της επίδρασης του ποσοστού των λεπτοκόκκων στην αντίσταση ρευστοποίησης και στην κρίσιμη κατάστασή τους. Η ρευστοποίηση κοκκώδων εδαφών, υπό συνθήκες στατικής ή δυναμικής φόρτισης, θεωρείται από τις κυριότερες αιτίες αστοχίας των γεωκατασκευών και των θεμελιώσεων

2 52 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 28 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ των τεχνικών έργων. Ενώ η συμπεριφορά των καθαρών άμμων, υπό μονοτονική και ανακυκλική φόρτιση, έχει μελετηθεί εκτενώς, εντούτοις, η αντίστοιχη συμπεριφορά των ιλυωδών άμμων δεν είναι σαφής, παρά το πλήθος των διεξαχθεισών ερευνών. Επιπλέον η μελέτη της συμπεριφοράς τους παρουσιάζει έντονο πρακτικό ενδιαφέρον, καθώς οι ιλυώδεις άμμοι επικρατούν στο πεδίο και επίσης απαντώνται συχνά σε υδραυλικές κατασκευές, όπως χωμάτινα φράγματα, φράγματα τελμάτων, αλλά και σε πλήθος άλλων γεωκατασκευών, όπως φυσικά και τεχνητά πρανή. Ειδικότερα, ερωτήματα σχετικά με τις παραμέτρους μηχανικής συμπεριφοράς, την πιθανότητα, αλλά και την αντίσταση ρευστοποίησης των ιλυωδών άμμων απασχολούν ολοένα και συχνότερα τους μηχανικούς κατά τον σχεδιασμό των γεωτεχνικών έργων. Επιπλέον, αυξάνει ο αριθμός των νέων περιπτώσεων ρευστοποίησης στο πεδίο, κατά τη διάρκεια μεγάλων σεισμών, που καταδεικνύουν ότι η παρουσία ιλυωδών άμμων ευθύνεται για τις καταστροφικές αστοχίες πολλών κατασκευών. Στο πλαίσιο της προσπάθειας κατανόησης της συμπεριφοράς των ιλυωδών άμμων, αλλά και του προσδιορισμού των μηχανικών τους παραμέτρων που υπεισέρχονται στο σχεδιασμό των τεχνικών έργων, εκπονήθηκε η παρούσα διατριβή, η οποία και συνιστά μία εργαστηριακή έρευνα της μονοτονικής και ανακυκλικής συμπεριφοράς τεχνητών μειγμάτων άμμου και μη-πλαστικής ιλύος, αλλά και φυσικών ιλυωδών άμμων. Ο πρωταρχικός στόχος της διδακτορικής διατριβής είναι: α) ο προσδιορισμός της επίδρασης των μη-πλαστικών λεπτοκόκκων κυρίως, της ενεργού τάσης και της πυκνότητας στην ανακυκλική συμπεριφορά, όπως εκφράζεται από τον λόγο ανακυκλικής τάσης, τον λόγο αντίστασης ρευστοποίησης και τη συσσώρευση της υπερπίεσης του ύδατος των πόρων, τεχνητών μειγμάτων άμμου και μη-πλαστικής ιλύος και φυσικών ιλυωδών άμμων β) η μελέτη του είδους της συμπεριφοράς των μελετηθέντων εδαφών υπό μονοτονική φόρτιση και η σύνδεση της με την αντίστοιχη υπό ανακυκλική φόρτιση. Η Κρίσιμη Κατάσταση αποτελεί μια από τις χαρακτηριστικές καταστάσεις αναφοράς της συμπεριφοράς του εδάφους και η σύνδεση αυτή πραγματοποιείται με τη συνάρτηση της παραμέτρου κρίσιμης κατάστασης με τον λόγο αντίστασης ρευστοποίησης.

3 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ ΜΕΛΕΤΗΘΕΝΤΑ ΕΔΑΦΗ ΚΑΙ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Τα μελετηθέντα εδάφη ήσαν καθαρή άμμος και μη-πλαστική ιλύς, καθώς και τα μείγματά τους (ποσοστά ιλύος 5,, 5, 25, 35, 4 και 6%), και τρεις ρευστοποιηθείσες φυσικές ιλυώδεις άμμοι Α, Β και Γ με f c =3%-37%. Οι κοκκομετρικές καμπύλες των μελετηθέντων εδαφών, καθώς και η μεταβολή του μέγιστου, e max, και ελάχιστου, e min, δείκτη πόρων τους, με το ποσοστό λεπτοκόκκων, f c, παρουσιάζονται στα Σχήματα και 2 αντίστοιχα. U.S.A. ASTM D422 (%) No. 2 No. No. 5 No. 4 (S) SF5 SF SF5 SF25 SF35 SF4 SF6 (F) 3 inch (%) (mm) BS 377 : 975 Σχήμα. Κοκκομετρική διαβάθμιση μελετηθέντων εδαφών Εκτελέστηκαν 74 τριαξονικές δοκιμές μονοτονικής φόρτισης, υπό αστράγγιστες συνθήκες (CU) και 7 υπό στραγγιζόμενες συνθήκες (CD) και 58 τριαξονικές δοκιμές ανακυκλικής φόρτισης ελεγχόμενης τάσης, υπό αστράγγιστες συνθήκες, για τον προσδιορισμό της Γραμμής Κρίσιμης Κατάστασης και του λόγου αντίστασης ρευστοποίησης των μελετηθέντων εδαφών αντιστοίχως.

4 54 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 28 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ.8, e e max e min , fc (%) Σχήμα 2. Μεταβολή του μέγιστου, e max, και ελάχιστου, e min, δείκτη πόρων με το ποσοστό λεπτοκόκκων, f c, για τα μελετηθέντα εδάφη Χρησιμοποιήθηκε η τριαξονική συσκευή ανακυκλικής φόρτισης του Εργαστηρίου Εδαφομηχανικής, Θεμελιώσεων και Γεωτεχνικής Σεισμικής Μηχανικής του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης (Ε.Ε.Θ. & Γ.Σ.Μ), Σχήμα 3. Η τριαξονική συσκευή ανακυκλικής φόρτισης του Ε.Ε.Θ. & Γ.Σ.Μ. έχει σχεδιασθεί και κατασκευασθεί από τη MTS (Material Test Systems Corporation, U.S.A.). Η αρχή λειτουργία της βασίζεται στη συνεργασία των δύο κύριων συστημάτων της, του Σερβο-υδραυλικού και του Ηλεκτρονικού, με την εφαρμογή ελέγχου κλειστού βρόγχου, πρώτον για τον έλεγχο της κίνησης του εμβόλου, με ελεγχόμενη μετατόπιση ή δύναμη, και δεύτερον για τη ρύθμιση της πίεσης στο εσωτερικό της τριαξονικής κυψέλης. Στη συσκευή υπάρχει η δυνατότητα εκτέλεσης δοκιμών ισότροπης ή ανισότροπης στερεοποίησης, με πλήρη έλεγχο της διαδρομής τάσεων, σε συνθήκες μονοτονικής ή/ και ανακυκλικής φόρτισης με ελεγχόμενη τάση ή μετατόπιση. Για τον έλεγχο της αξιοπιστίας των δοκιμών διεξάχθηκε πρόγραμμα ενδοεργαστηριακών και διεργαστηριακών τριαξονικών δοκιμών μονοτονικής και ανακυκλικής φόρτισης.

5 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ Σχήμα 3. Τριαξονική Συσκευή Ανακυκλικής Φόρτισης του Ε.Ε.Θ. & Γ.Σ.Μ.-Α.Π.Θ.

6 56 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 28 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ Για τη διαμόρφωση των δοκιμίων, χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της υγρής συμπύκνωσης, ο κορεσμός πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο του CO 2 και η στερεοποίηση ήταν ισότροπη. Αφού τα δοκίμια στερεοποιήθηκαν, υποβλήθηκαν στη συνέχεια, είτε σε αξονική συμπίεση με ταχύτητες διάτμησης.5 ή. mm/min για τις μονοτονικές δοκιμές, είτε σε μια ακολουθία ημιτονοειδούς κυματομορφής της αξονικής τάσης (±σ d ) με συχνότητα f=.hz για τις δοκιμές ανακυκλικής φόρτισης. Στις δοκιμές ανακυκλικής φόρτισης, που πραγματοποιήθηκαν ως κριτήριο ρευστοποίησης, θεωρήθηκε η ανάπτυξη διπλού πλάτους αξονικής παραμόρφωσης ίσης με 5%. Ο λόγος της αντίστασης ρευστοποίησης (Cyclic Resistance Ratio, CRR) προκύπτει από το διάγραμμα του λόγου ανακυκλικής τάσης, CSR, με τον αριθμό κύκλων φόρτισης, N, και επιλέχθηκε ως η τιμή του λόγου ανακυκλικής τάσης για 5 κύκλους φόρτισης, CRR 5. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΆΤΑ ΤΡΙΑΞΟΝΙΚΩΝ ΔΟΚΙΜΩΝ ΜΟΝΟΤΟΝΙΚΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ Τα πρωτότυπα σημεία της διατριβής, όσον αφορά στη μονοτονική συμπεριφορά των ιλυωδών άμμων, έγκειται κυρίως στον προσδιορισμό του είδους της συμπεριφοράς (συστολική, συστολική/διαστολική, διαστολική ή καθαρή διαστολική), ανάλογα με την πυκνότητα, την ενεργό τάση και το ποσοστό λεπτοκόκκων τους. Ειδικότερα:. Ενισχύεται η διαστολική τάση των εδαφών, με την αύξηση της σχετικής πυκνότητας. Η ενίσχυση αυτή εμφανίζεται σε μεγαλύτερες σχετικές πυκνότητες, καθώς αυξάνεται το ποσοστό των λεπτοκόκκων τους. Ενδεικτικά, αναφέρεται ότι, ενώ η συστολική συμπεριφορά, παρατηρείται στην καθαρή άμμο σε τιμές σχετικής πυκνότητας της τάξης (D r =27-43%), στα μείγματα της άμμου με 25% έως και 6% ιλύ παρατηρείται σε υψηλότερες τιμές της σχετικής πυκνότητας (D r =6-8%). Τούτο σημαίνει ότι τα τελευταία εδάφη είναι ιδιαιτέρως ασταθή, καθώς εμφανίζουν ρευστοποίηση υπό μορφή εδαφικής ροής, ακόμη και σε μεγάλες τιμές της σχετικής τους πυκνότητας και ότι στον σχεδιασμό θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η ελάχιστη (παραμένουσα) διατμητική αντοχή. 2. Η επίδραση των λεπτοκόκκων στο είδος της συμπεριφοράς μειγμάτων άμμων, με μη-πλαστικά λεπτόκοκκα, διαφοροποιείται με την αύξηση της ενεργού τάσης (που

7 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ ουσιαστικά αντιπροσωπεύει την αύξηση του βάθους). Έτσι, για την καθαρή άμμο και τα μείγματά της με 5% ιλύ, η αύξηση της ενεργού τάσης δεν έχει καμία επίδραση στο είδος της συμπεριφοράς τους, η οποία παραμένει αναλλοίωτη. Στα μείγματα της άμμου με % και 5% ιλύ, με την αύξηση της ενεργού τάσης ενισχύεται η συστολική τους τάση και η συμπεριφορά τους γίνεται περισσότερο ασταθής, με αυξανόμενη ενεργή τάση. Στα μείγματα της άμμου με 25% και 35% ιλύ, η αύξηση της ενεργού τάσης ενισχύει τη διαστολική τους τάση και η συμπεριφορά τους βελτιώνεται με αυξανόμενη ενεργή τάση. Τα παραπάνω αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι το είδος της επίδρασης της ενεργού τάσης (ή βάθους), στη συμπεριφορά των εδαφών, εξαρτάται από το ποσοστό λεπτοκόκκων, την κοκκομετρική διαβάθμιση της άμμου και το μέγεθος των κόκκων. Η βελτίωση της συμπεριφοράς των μειγμάτων με ποσοστά λεπτοκόκκων, από 25% έως 35%, με την αύξηση του βάθους, έχει ιδιαίτερη πρακτική σημασία, διότι μεγάλος αριθμός των φυσικών αμμωδών εδαφών εμπίπτουν σ αυτή την κατηγορία. 3. Από τα αποτελέσματα των τριαξονικών δοκιμών μονοτονικής συμπίεσης, υπό αστράγγιστες και στραγγιζόμενες συνθήκες, προκύπτει μία μοναδική Γραμμή Κρίσιμης Κατάστασης για κάθε ένα από τα μελετηθέντα εδαφικά υλικά, η θέση της οποίας εξαρτάται από το ποσοστό των λεπτοκόκκων που περιέχουν. Για τα τεχνητά μείγματα άμμου-ιλύος, οι Γραμμές Κρίσιμης Κατάστασης στις μικρές τιμές μέσης ενεργού τάσης, κάτω από τα 3kPa περίπου, είναι σχεδόν παράλληλες και έχουν μικρή κλίση, Σχήμα 4α. Αυξάνοντας το επίπεδο της μέσης ενεργού τάσης, αυξάνεται και η κλίση τους, ενώ συγκλίνουν για τάσεις μεγαλύτερες των kpa περίπου. Επιπλέον, οι Γραμμές Κρίσιμης Κατάστασης μετακινούνται προς τα κάτω με αυξανόμενο ποσοστό λεπτοκόκκων έως την κρίσιμη τιμή 35% και στη συνέχεια προς τα πάνω. Όταν χρησιμοποιείται ο δείκτης πόρων του στερεού σκελετού της άμμου, e g (=(V ΙΛΥΟΣ +V V )/V ΑΜΜΟΥ ) για f c 35%, ή των λεπτοκόκκων, e f (=e/f c ) για f c >35%, οι Γραμμές Κρίσιμης Κατάστασης μετακινούνται προς τα πάνω, με αυξανόμενο ποσοστό λεπτοκόκκων έως το 35% και στη συνέχεια προς τα κάτω, Σχήμα 4β.

8 58 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 28 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ.8 e e g e f p' cs (kpa) CU CD CU CD CU CD (S) SF5 SF4 SF5 SF25 SF6 SF SF35 (F) Σχήμα 4. Γραμμές Κρίσιμης Κατάστασης των μειγμάτων άμμου-ιλύος στα επίπεδα (α) e-p cs και (β) e g (f c 35%) ή e f (f c >35%)-p 4. Το είδος της συμπεριφοράς συναρτάται με την τιμή της παραμέτρου Κρίσιμης Κατάστασης, ψ, για την οποία προέκυψαν τα παρακάτω εύρη τιμών: Συστολική.2<ψ<.45

9 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ Συστολική / Διαστολική -.4<ψ<.22 Διαστολική -.<ψ<. Καθαρή Διαστολική -.29<ψ< Τα συμπεράσματα που προκύπτουν από τη μελέτη της μονοτονικής συμπεριφοράς των φυσικών εδαφών είναι αντίστοιχα με τα συμπεράσματα για τα μείγματα άμμου-ιλύος. Οι όποιες διαφοροποιήσεις μεταξύ των φυσικών ιλυωδών άμμων και των τεχνητών μειγμάτων οφείλονται στην επίδραση της κοκκομετρικής διαβάθμισης και των χαρακτηριστικών των κόκκων της άμμου και των λεπτοκόκκων, καθώς και στην ορυκτολογική σύσταση αμφοτέρων. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΆΤΑ ΤΡΙΑΞΟΝΙΚΩΝ ΔΟΚΙΜΩΝ ΑΝΑΚΥΚΛΙΚΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ Όσον αφορά στην ανακυκλική συμπεριφορά των ιλυωδών άμμων, η συνεισφορά της διατριβής έγκειται στο ότι, λόγω του σχετικά μεγάλου εύρους των παραμέτρων που μελετήθηκαν (τάσης, πυκνότητας και λεπτοκόκκων), τα αποτελέσματα των τριαξονικών δοκιμών ανακυκλικής φόρτισης παρέχουν μία πλήρη ολοκληρωμένη εικόνα της συμπεριφοράς τους. Ειδικότερα: Ακολούθως παρουσιάζονται τα συμπεράσματα από τη μελέτη της συμπεριφοράς των μειγμάτων άμμου-ιλύος υπό ανακυκλική φόρτιση. (α) Επίδραση της αξονικής παραμόρφωσης διπλού πλάτους Η επιλογή του αριθμού κύκλων φόρτισης, αλλά και του επιπέδου της ε DA, ως κριτήριο ορισμού του λόγου αντίστασης ρευστοποίησης, έχουν σημασία σε τάσεις μικρότερες ή ίσες από kpa. Υπάρχουν ενδείξεις ότι η επιλογή του κριτηρίου δεν παίζει σημαντικό ρόλο στις μικρές πυκνότητες (χαλαρά δοκίμια), εξαιτίας της σημαντικής αύξησης των παραμορφώσεων στους πρώτους κύκλους φόρτισης. (β) Επίδραση της ενεργού τάσης Για δεδομένο αριθμό κύκλων φόρτισης, ο λόγος ανακυκλικής τάσης μειώνεται με την αύξηση της ενεργού τάσης, από 5kPa έως 3 kpa, για τα ποσοστά λεπτοκόκκων έως το 5%. Η επίδραση της ενεργού τάσης, στον λόγο ανακυκλικής τάσης, εξασθενεί στα

10 6 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 28 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ μείγματα με μεγάλο ποσοστό λεπτοκόκκων (f c 25%). Αντίστοιχη είναι η επίδραση της ενεργού τάσης και στον λόγο αντίστασης ρευστοποίησης, καθώς για ποσοστά λεπτοκόκκων μεγαλύτερα από το 25% δεν παρατηρείται διαφοροποίηση στον λόγο αντίστασης ρευστοποίησης στις τάσεις των kpa και 3kPa. (γ) Επίδραση της πυκνότητας Για δεδομένη ενεργό τάση, ο λόγος αντίστασης ρευστοποίησης, μειώνεται με την αύξηση του δείκτη πόρων, Σχήμα 5, αυξάνεται με την αύξηση της σχετικής πυκνότητας, Σχήμα 6 και μειώνεται με την αύξηση του δείκτη πόρων του στερεού σκελετού της άμμου ή των λεπτοκόκκων, Σχήμα 7. Η μεταβολή αυτή του λόγου αντίστασης ρευστοποίησης είναι εντονότερη για την άμμο και τα μείγματα με μικρά ποσοστά λεπτοκόκκων από ότι στα μείγματα με μεγάλα ποσοστά λεπτοκόκκων, όπου η καμπύλη μεταβολής είναι πιο ομαλή. (δ) Επίδραση του ποσοστού λεπτοκόκκων Το Σχήμα 8 παρουσιάζει την αλλαγή της δομής των μειγμάτων άμμου και λεπτοκόκκων, με αυξανόμενο ποσοστό λεπτοκόκκων. Σε χαμηλά ποσοστά λεπτοκόκκων, τα λεπτόκοκκα, κυρίως, εγκλωβίζονται μεταξύ των κενών πόρων που σχηματίζονται ανάμεσα στους κόκκους της άμμου και είναι πιθανόν να μην συνεισφέρουν ενεργά στη μεταφορά ή την παραλαβή της επιβαλλόμενης τάσης. Με την αύξηση του ποσοστού λεπτοκόκκων, όμως, τα λεπτόκοκκα όχι μόνο καταλαμβάνουν τον χώρο μεταξύ των κόκκων της άμμου, αλλά αρχίζουν και παρεμβάλλονται ανάμεσά τους και επιπλέον να εμποδίζουν τη μεταξύ τους επαφή. Η συμπεριφορά του μείγματος καθορίζεται όλο και περισσότερο από τις επαφές μεταξύ των λεπτοκόκκων, καθώς οι κόκκοι της άμμου είναι διασπαρμένοι μέσα στα λεπτόκοκκα, χωρίς καμιά επαφή μεταξύ τους. Για σταθερές τιμές της ενεργού τάσης και του δείκτη πόρων, ο λόγος αντίστασης ρευστοποίησης μειώνεται με την αύξηση του ποσοστού λεπτοκόκκων, έως μία κρίσιμη τιμή και στη συνέχεια αυξάνεται με την περαιτέρω αύξηση του ποσοστού λεπτοκόκκων, Σχήμα 9. Για την ενεργό τάση των kpa, το κρίσιμο αυτό ποσοστό είναι της τάξης του 35% και είναι το ίδιο με αυτό που προσδιορίστηκε από τις Γραμμές Κρίσιμης Κατάστασης. Υπάρχουν ενδείξεις ότι το κρίσιμο ποσοστό λεπτοκόκκων μειώνεται με την αύξηση της ενεργού τάσης.

11 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ CRR5.4.2 =5kPa CRR5.4.2 =kpa CRR5.4.2 =2kPa CRR5.4.2 =3kPa , Dr (%) (S) SF5 SF5 SF25 SF35 SF4 SF6 (F) Σχήμα 5. Μεταβολή του λόγου αντίστασης ρευστοποίησης, CRR 5, με το δείκτη πόρων, e, για τα μείγματα άμμου-ιλύος στις τάσεις (α) 5, (β), (γ) 2 και (δ) 3kPa

12 62 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 28 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ.6 CRR5.4.2 =5kPa CRR =kpa CRR =2kPa CRR =3kPa , e (S) SF5 SF5 SF25 SF35 SF4 SF6 (F) Σχήμα 6. Μεταβολή του λόγου αντίστασης ρευστοποίησης, CRR 5, με τη σχετική πυκνότητα, D r (%), για τα μείγματα άμμου-ιλύος στις τάσεις (α) 5, (β), (γ) 2 και (δ) 3 kpa cs

13 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ CRR =5kPa CRR5.4.2 =kpa CRR =2kPa CRR =3kPa e g (fc e f (fc> (S) SF5 SF35 SF6 SF5 SF25 SF4 (F) Σχήμα 7. Μεταβολή του λόγου αντίστασης ρευστοποίησης, CRR 5, με το δείκτη πόρων του στερεού σκελετού των κόκκων της άμμου, e g (f c 35%) ή των λεπτοκόκκων, e f (f c >35%), για την άμμο, την ιλύ και τα μείγματα άμμου-ιλύος στις τάσεις (α) 5, (β), (γ) 2 και (δ) 3 kpa

14 64 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 28 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ f c <<f cth f c f cth f c >>f cth Σχήμα 8. Σχηματικά διαγράμματα της δομής μειγμάτων άμμου και λεπτοκόκκων με αυξανόμενο ποσοστό λεπτοκόκκων.3.2 =kpa e= CRR 5. (a) =3kPa e= CRR 5. (b) , f c (%) Σχήμα 9. Επίδραση του ποσοστού λεπτοκόκκων, f c (%), στον λόγο αντίστασης ρευστοποίησης, CRR9 5, για σταθερό δείκτη πόρων, e, και, στις τάσεις, σ ο, f c (α) (%), kpa και (β) 3 kpa, CRR 5,, e,,, kpa 3kPa

15 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ Για σταθερές τιμές της ενεργού τάσης και του δείκτη πόρων του στερεού σκελετού της άμμου, ο λόγος αντίστασης ρευστοποίησης αυξάνεται με την αύξηση του ποσοστού λεπτοκόκκων, έως το κρίσιμο ποσοστό και στη συνέχεια, για σταθερή πλέον τιμή του δείκτη πόρων του στερεού σκελετού των λεπτοκόκκων, μειώνεται με την περαιτέρω αύξηση του ποσοστού λεπτοκόκκων. Σε κάθε περίπτωση, υπάρχει ένα κατώτερο όριο του λόγου αντίστασης ρευστοποίησης για τα μελετηθέντα μείγματα άμμου-ιλύος της τάξης του.. (ε) Κρίσιμο ποσοστό λεπτοκόκκων 9 O 6 O 45 O ( ) ( ) ( ) e=.9 e=.654 e=.35 9 O 6 O 45 O ( ) ( ) ( ) ( ) e=.9 e=.654 e=.35 Σχήμα. Διατάξεις κόκκων σε επαφή (α, β και γ) και σε απόσταση (δ, ε και στ) Το Σχήμα παρουσιάζει διατάξεις ομοιόμορφων σφαιρικών κόκκων σε επαφή και σε απόσταση, s Εάν θεωρήσουμε τη διάταξη ομοιόμορφων σφαιρικών κόκκων διαμέτρου D, οι οποίοι βρίσκονται σε απόσταση, s, τότε η σχέση μεταξύ του δείκτη πόρων του στερεού σκελετού των κόκκων, e g, με τον λόγο της απόστασης διαχωρισμού τους προς τη διάμετρο των κόκκων, s/d, εκφράζεται από την εξίσωση, Σχήμα : s () D 3 e g = ( +) -

16 66 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 28 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ όπου β είναι σταθερά, που ισούται με.9,.654 και.35 για τη χαλαρή (κυβική), μέτρια (τριγωνική) και πυκνή (τετραεδρική) διάταξη των σφαιρικών κόκκων αντίστοιχα. Για μείγματα με σφαιρικούς κόκκους δύο διαφορετικών διαμέτρων, η διαχωριστική απόσταση των κόκκων με τη μεγαλύτερη διάμετρο, D, ισούται με n φορές τη διάμετρο των κόκκων με τη μικρότερη διάμετρο, d, δηλαδή: s d = n ( ) (2) D D Ανάμεσα στο κρίσιμο ποσοστό των λεπτοκόκκων και στον λόγο της διαχωριστικής απόστασης προς τη διάμετρο των κόκκων, προκύπτει η ακόλουθη σχέση: f = th n d D n d 3 ( +) D 3 ( +) - (+ e c ) (3) D 7 6 s 6 eg s/d Σχήμα. Συσχέτιση ανάμεσα στο δείκτη πόρων του στερεού σκελετού, e g, και στον λόγο της απόστασης των κόκκων προς τη διάμετρό τους, s/d, για σφαιρικούς κόκκους ενός μεγέθους

17 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ Το κρίσιμο ποσοστό λεπτοκόκκων των μειγμάτων άμμου-ιλύος, όπως εκφράζεται από την εξίσωση (3), εξαρτάται από τον λόγο των μέσων διαμέτρων των κόκκων της ιλύος και της άμμου, τον δείκτη πόρων του μείγματος, καθώς, επίσης, και από την κοκκομετρική διαβάθμιση, την ορυκτολογική σύσταση και τα χαρακτηριστικά του σχήματος των κόκκων. Η σύγκριση των τιμών του κρίσιμου ποσοστού, όπως προσδιορίστηκε από την παραπάνω εξίσωση και των αντίστοιχων με βάση τα εργαστηριακά αποτελέσματα της παρούσας έρευνας και άλλων στη βιβλιογραφία, όπως αναφέρονται στον Πίνακα, δείχνει ότι στο κρίσιμο ποσοστό, στο οποίο η παρουσία των λεπτοκόκκων αρχίζει και γίνεται καθοριστική στη συμπεριφορά του μείγματος, η διαχωριστική απόσταση των κόκκων της άμμου είναι από έως 3 φορές τη διάμετρο των λεπτοκόκκων, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά των κόκκων (σφαιρικότητα, στρογγυλότητα, τραχύτητα), Σχήμα 2. Πίνακας: Κρίσιμα ποσοστά λεπτοκόκκων ιλυωδών άμμων () (2a) (2b) (3) (4) (5) (6) Toyoura & Toyoura Monterey No. /3 & Yatesville Yatesville & Yatesville - & Foudy S sand & crushed silica fines Ardebil & Ardebil Hokksund & Chengbei (77%) (22%) (3%) * & & - & & d5 e max e min D 5 e max e min d 5 D5 SR-SA R-SR SA-SR SA SR A-SA f cth f cth e (%) >3 * * !! kpa f c n=n th f c n th (%) (7) (M3) & WR-SR : (): Zlatovi & Ishihara (995), (2a, 2b): Polito & Martin (2), (3): Xenaki & Athanasopoulos (23), (4): Thevanayagam et al. (22), (5): Naeini & Baziar, (24), (6): Yang et al., (24, 26) (7): WR: -, R:, SR:, SA:, A: * Verdugo & Ishihara (996) ** Polito & Martin (2) Mulilis et al. (975) &,!!. 25% 4%

18 68 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 28 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ fth (%) & e a n=3 n=2 n= d/d 5 2b 3 Σχήμα 2. Μεταβολή του κρίσιμου ποσοστού λεπτοκόκκων, f th (%), με τον λόγο των διαμέτρων, d/d για τριγωνική διάταξη των κόκκων (Οι αριθμοί έως 7 αναφέρονται στους ερευνητές που συνοψίζονται στον κάτωθι πίνακα) (στ) Υπερπίεση του ύδατος των πόρων Ο λόγος της υπερπίεσης του ύδατος των πόρων προς την ενεργό τάση, Δu/σ ο, αυξάνεται με την αύξηση του αριθμού κύκλων φόρτισης, με ρυθμό αυξανόμενο όσο αυξάνεται ο λόγος ανακυκλικής τάσης ή όσο μειώνεται η σχετική πυκνότητα, Σχήμα 3. Για δεδομένη τιμή του λόγου ανακυκλικής τάσης και της σχετικής πυκνότητας, το είδος της επίδρασης της ενεργού τάσης στον λόγο Δu/σ ο, διαφοροποιείται με το ποσοστό λεπτοκόκκων. Για κάθε ένα από τα μελετηθέντα εδαφικά υλικά, για δεδομένη τιμή του λόγου, Ν/Ν l, παρατηρείται ένα εύρος τιμών του λόγου της υπερπίεσης του ύδατος των πόρων, ανάλογα με τη σχετική πυκνότητα και το μέγεθος του εφαρμοζόμενου λόγου ανακυκλικής τάσης, Σχήμα 4. Οι υψηλές τιμές αντιστοιχούν στο φαινόμενο της ρευστοποίησης, υπό μορφή εδαφικής ροής και οι χαμηλότερες στη ρευστοποίηση, υπό μορφή ανακυκλικής κινητικότητας.

19 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ =kpa u/ ' D r =26-28% D r =6-6% =2kPa..5 u/ ' D r =67-68% D r =87-9% =3kPa u/ ' D r =46-54% D r =67-68% CSR.5 Σχήμα 3. Μεταβολή του λόγου της υπερπίεσης του ύδατος των πόρων, Δu/σ ο, με τον λόγο ανακυκλικής τάσης, CSR, για την άμμο, σε διάφορες τιμές της σχετικής πυκνότητας, D r, κύκλων φόρτισης, Ν, (α) kpa, (β) 2 kpa και (γ) 3 kpa

20 7 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 28 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ.8 =5kPa u/ ' u/ ' D r (%) CSR =kpa.2 u/ ' =3kPa CSR D r (%) N/N l Σχήμα 4. Μεταβολή του λόγου της υπερπίεσης του ύδατος των πόρων, Δu/σ ο, με τον λόγο του αριθμού κύκλων φόρτισης προς τον αριθμό κύκλων φόρτισης, που απαιτούνται για ρευστοποίηση, Ν/Ν l, για την άμμο σε διάφορες πυκνότητες, (α) 5 kpa, (β) kpa και (γ) 3 kpa (ζ) Σχέση της παραμέτρου Κρίσιμης Κατάστασης με το λόγο αντίστασης ρευστοποίησης Για κάθε ένα από τα μελετηθέντα εδαφικά υλικά υφίσταται μία μοναδική σχέση ανάμεσα στον λόγο αντίστασης ρευστοποίησης και στην παράμετρο Κρίσιμης Κατάστασης,

21 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 28 7 ψ, για δεδομένη ενεργό τάση, όπου παρατηρείται μείωση του λόγου αντίστασης ρευστοποίησης, με την αύξηση της τιμής της παραμέτρου Κρίσιμης Κατάστασης, Σχήμα 5. Τα αποτελέσματα, επίσης, δείχνουν ότι για τάσεις ίσες ή μεγαλύτερες από kpa, η επίδραση της τάσης στη σχέση αυτή εξασθενεί. CRR =5kPa CRR5.4.2 =kpa CRR =2kPa CRR =3kPa , (S) SF5 SF35 SF6 SF5 SF25 SF4 (F) Σχήμα 5. Μεταβολή του λόγου αντίστασης ρευστοποίησης, CRR 5, με την παράμετρο Κρίσιμης Κατάστασης, ψ, για τα μείγματα άμμου-ιλύος στις τάσεις (α) 5 kpa, (β) kpa, (γ) 2 kpa και (δ) 3 kpa

22 72 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 28 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ CRR SF5 (f c =3%) SF25 (f c =23%) CRR5.4.2 CRR SF35 SF4.4 (f c =37%) , Σχήμα 6. Μεταβολή του λόγου αντίστασης ρευστοποίησης, CRR 5, με την παράμετρο Κρίσιμης Κατάστασης, ψ, για τις φυσικές ιλυώδεις άμμους και τα μείγματα άμμου-ιλύος, με τα αντίστοιχα ποσοστά λεπτοκόκκων στην τάση των kpa Τα συμπεράσματα που προκύπτουν από τη μελέτη της ανακυκλικής συμπεριφοράς των φυσικών εδαφών είναι όμοια με τα αντίστοιχα για τα μείγματα άμμου-ιλύος. Ομοίως, με τη μονοτονική συμπεριφορά, οι όποιες διαφοροποιήσεις στην ανακυκλική

23 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ συμπεριφορά των φυσικών ιλυωδών άμμων, από την αντίστοιχη των μειγμάτων άμμου-ιλύος, Σχήμα 6, μπορούν να αποδοθούν στο γεγονός ότι η κοκκομετρική διαβάθμιση των φυσικών ιλυωδών άμμων επηρεάζεται από πλήθος άλλων παραμέτρων, πέρα από αυτές που εξετάστηκαν παραπάνω για τα μείγματα με κόκκους δύο διαφορετικών διαμέτρων. Οι φυσικές άμμοι έχουν πρακτικά άπειρο αριθμό διαμέτρων κόκκων, με διαφορετικά χαρακτηριστικά σχήματος και επιπλέον είναι πιθανόν να περιέχουν πολύ μικρούς κόκκους, των οποίων η συμπεριφορά να υπαγορεύεται από την αλληλεπίδραση των επιφανειακών δυνάμεων. ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ Η ρευστοποίηση του εδάφους, υπό μονοτονική ή ανακυκλική φόρτιση, αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους μηχανισμούς πρόκλησης μεγάλων παραμορφώσεων και αστοχίας του εδάφους. Η εκτίμηση της πιθανότητας ρευστοποίησης των εδαφών, υπό στατική ή δυναμική φόρτιση, είναι αναγκαία στον σχεδιασμό των Γεωτεχνικών έργων και συνεισφέρει, επίσης, στον διαχωρισμό των εδαφών σε ρευστοποιήσιμα και μη, ώστε ανάλογα και με τη σημαντικότητα των υπό κατασκευή έργων κατά τον σχεδιασμό να εκτιμάται η ανάγκη εφαρμογής μεθόδων βελτίωσής τους, στην εκτίμηση των καθιζήσεων των εδαφών, ώστε να εξασφαλίζεται η λειτουργικότητα των κατασκευών, οι οποίες εδράζονται σε αυτά, αλλά και στη σύνταξη μικροζωνικών χαρτών για την εκτίμηση αστοχιών από πιθανούς σεισμούς. Στη φύση, σπάνια απαντώνται καθαρές άμμοι, καθώς η πλειονότητα των αμμωδών εδαφών χαρακτηρίζεται από την παρουσία λεπτόκοκκων διαφορετικής ορυκτολογικής σύστασης (μαρμαρυγίες, άστριοι, πλαγιόκλαστα, χαλαζίες και ασβεστίτες), με διαφορετικά χαρακτηριστικά κόκκων (μέγεθος, σχήμα, ακαμψία, αντοχή), οι οποίοι διατάσσονται με διαφορετικούς τρόπους. Επιπλέον, η αυξημένη παρουσία ενστρώσεων λεπτών εναλλαγών, στη στρωματογραφία και η γενικότερη ανομοιομορφία που χαρακτηρίζει τα εδάφη στη φύση, οφείλεται στις συνθήκες και στις διεργασίες εναπόθεσής τους. Συνεπώς, έχει μεγάλη πρακτική αξία η ακριβής αποτύπωση της δομής των εδαφών στο

24 74 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 28 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ πεδίο, συμπεριλαμβανομένων και των επιδράσεων της γήρανσης, του ερπυσμού και της προϊστορίας φόρτισης, η οποία μπορεί να επιτευχθεί με τις επιτόπου δοκιμές (πρότυπη διείσδυση, αντοχή κώνου σε διείσδυση, ταχύτητα διατμητικών κυμάτων). Σε αντίθεση με τη φύση, η δομή των αναζυμωμένων στο εργαστήριο εδαφικών υλικών χαρακτηρίζεται από ομοιογένεια και διαφοροποιείται ανάλογα με τη χρησιμοποιούμενη μέθοδο διαμόρφωσης. Υπάρχουν μέθοδοι διαμόρφωσης, από τις οποίες προκύπτουν δοκίμια, των οποίων η δομή προσομοιάζει καλύτερα τη φυσική διαδικασία απόθεσης των εδαφών στο πεδίο, υστερούν, όμως, όσον αφορά στην ομοιογένεια, στη δυνατότητα διαμόρφωσης δοκιμίων σε μεγάλο εύρος πυκνοτήτων, αλλά και στην επαναληψιμότητά τους. Οι εργαστηριακές δοκιμές, όμως, επιτρέπουν τη διεξαγωγή συστηματικής μελέτης διάφορων παραμέτρων της συμπεριφοράς του εδάφους και η αξία των αποτελεσμάτων τους συνίσταται στην πληρέστερη κατανόηση της συμπεριφοράς του εδάφους, καθώς και στην ανάπτυξη και βελτίωση καταστατικών νόμων της συμπεριφοράς του. Η συνεισφορά των αποτελεσμάτων των μονοτονικών δοκιμών της παρούσας έρευνας, αφορά στον προσδιορισμό του είδους της συμπεριφοράς τους (συστολική, συστολική/διαστολική, διαστολική ή καθαρή διαστολική), ανάλογα με την πυκνότητα, την ενεργό τάση και το ποσοστό λεπτοκόκκων τους. Σύμφωνα με τα συμπεράσματα της παρούσας έρευνας, η διαστολική τάση των εδαφών ενισχύεται με την αύξηση της σχετικής τους πυκνότητας και η ενίσχυση αυτή εμφανίζεται σε μεγαλύτερες σχετικές πυκνότητες, καθώς αυξάνεται το ποσοστό των λεπτοκόκκων τους. Η επίδραση των λεπτοκόκκων διαφοροποιείται με την αύξηση της ενεργού τάσης, που ουσιαστικά αντιπροσωπεύει την αύξηση του βάθους. Έτσι, για την καθαρή άμμο και τα μείγματά της με 5% ιλύ, η αύξηση της ενεργού τάσης δεν έχει καμία επίδραση στο είδος της συμπεριφοράς τους, η οποία παραμένει αναλλοίωτη με το βάθος. Στα μείγματα της άμμου με % και 5% ιλύ, με την αύξηση της ενεργού τάσης, ενισχύεται η συστολική τους τάση και η συμπεριφορά τους γίνεται περισσότερο ασταθής με το βάθος. Στα μείγματα της άμμου με 25% και 35% ιλύ, η αύξηση της ενεργού τάσης ενισχύει τη διαστολική τους τάση και η συμπεριφορά τους βελτιώνεται με το βάθος. Τα παραπάνω αποτελέσματα σε συνδυασμό με τα αντίστοιχα στη βιβλιογραφία υποδεικνύουν ότι το είδος της επίδρα-

25 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ σης του βάθους στη συμπεριφορά των εδαφών εξαρτάται από το μέγεθος των κόκκων και την κοκκομετρική διαβάθμιση της άμμου, καθώς και από το ποσοστό λεπτοκόκκων. Η βελτίωση της συμπεριφοράς των μειγμάτων με ποσοστά λεπτοκόκκων από 25% έως 35%, με την αύξηση του βάθους, έχει ιδιαίτερη σημασία, διότι μεγάλος αριθμός των φυσικών αμμωδών εδαφών εμπίπτουν σ αυτή την κατηγορία. Παρόλα αυτά, τα παραπάνω μείγματα, με ποσοστά λεπτοκόκκων από 25% έως 35%, χαρακτηρίζονται ως ιδιαιτέρως ασταθή, καθώς εμφανίζουν ρευστοποίηση υπό μορφή εδαφικής ροής ακόμη και σε μεγάλες τιμές της σχετικής τους πυκνότητας, γεγονός που οφείλεται στο ότι τα ποσοστά λεπτοκόκκων που περιέχουν είναι κοντά στο κρίσιμο ποσοστό, όπως αυτό έχει προσδιορισθεί από τις μονοτονικές και ανακυκλικές δοκιμές και για τον λόγο αυτό θα πρέπει να χρησιμοποιούνται με προσοχή στο σχεδιασμό έργων. Σε περιπτώσεις, όπου απαιτείται η εκτίμηση της πιθανότητας ρευστοποίησης, υπό μονοτονική φόρτιση, αλλά και η μετασεισμική ευστάθεια γεωκατασκευών και για τα εδάφη, τα οποία αναπτύσσουν ψαθυρού τύπου συμπεριφορά (συστολική ή συστολική/ διαστολική), θα πρέπει κατά τον σχεδιασμό να εκτιμάται η ενεργοποιούμενη ελάχιστη διατμητική αντοχή στην Οιωνεί Σταθερή Κατάσταση, η οποία ουσιαστικά αποτελεί ένα είδος παραμένουσας αντοχής, και εξαρτάται από τη δομή, τη σχετική πυκνότητα, το ποσοστό λεπτοκόκκων των εδαφών και την από την ενεργό τάση. Η ευρέως χρησιμοποιούμενη εμπειρική συσχέτιση της αστράγγιστης παραμένουσας διατμητικής αντοχής, με το διορθωμένο αριθμό των κτύπων της δοκιμής πρότυπης διείσδυσης, (Ν ) 6, (Seed, 987, Stark & Mesri, 992), υιοθετεί την άποψη ότι η επίδραση του ποσοστού των λεπτοκόκκων είναι θετική, με την έννοια ότι η παρουσία τους αυξάνει την αντοχή των εδαφών. Η τρέχουσα πρακτική, όσον αφορά στην εκτίμηση του δυναμικού ρευστοποίησης των εδαφών υπό σεισμική φόρτιση, όπως αποτυπώνεται στους σύγχρονους κανονισμούς (NCEER 997, Eurocode-8, ΕΑΚ 2), βασίζεται στις επιτόπου δοκιμές. Εκτός από το γεγονός ότι οι επιτόπου δοκιμές είναι οι μόνες που αποτυπώνουν τη δομή των εδαφών στο πεδίο, επιπλέον υπάρχει μεγάλη εμπειρία στη χρήση τους, καθώς και στην αξιολόγηση και στην εμπειρική συσχέτιση των αποτελεσμάτων τους διεθνώς. Η πιο διαδεδομένη είναι η δοκιμή πρότυπης διείσδυσης (SPT), όπου η αντοχή του εδάφους εκφράζεται μέσω

26 76 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 28 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ του αριθμού κτύπων N SPT, και με βάση αποτελέσματα της οποίας από περιοχές, όπως οι Η.Π.Α., η Ιαπωνία και η Κίνα, συντάχθηκε το εμπειρικό διάγραμμα εκτίμησης του δυναμικού ρευστοποίησης των Seed et al. (983, 985), (NCEER 997). Σύμφωνα με το διάγραμμα αυτό, η αντοχή των εδαφών, όπως εκφράζεται, μέσω του αριθμού των κτύπων της δοκιμής πρότυπης διείσδυσης, διορθωμένου ως προς το επίπεδο της ενεργού τάσης και της ενέργειας, καθώς και άλλων παραμέτρων (διάμετρος γεώτρησης, μήκος διατρητικών ράβδων, μέθοδος δειγματοληψίας), (Ν ) 6, σχεδιάζεται με την επιβαλλόμενη σεισμική φόρτιση, μέσω του CSR (τ cyc ), η οποία έχει κανονικοποιηθεί ως προς το μέγεθος /σ νο του σεισμού (Μ=7.5) και ως προς την ενεργό τάση των kpa, για εδάφη με διάφορα ποσοστά λεπτοκόκκων. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται οι διορθωτικοί συντελεστές Κ σ και Κ α, για την εκτίμηση της αντίστασης ρευστοποίησης σε ενεργές τάσεις μεγαλύτερες από τα kpa και σε περιπτώσεις συνθηκών κεκλιμένου εδάφους στο πεδίο, οι οποίοι έχουν προκύψει από αποτελέσματα εργαστηριακών δοκιμών. Στην ουσία, το διάγραμμα των Seed et al. (985) είναι ένα σχήμα γεωλογικής ταξινόμησης, το οποίο ελάχιστα λαμβάνει υπόψη τις φυσικές ιδιότητες των εδαφών και αντιμετωπίζει το ποσοστό των κόκκων μεγέθους ιλύος ως δείκτη κλειδί της αναμενόμενης συμπεριφοράς τους, για δεδομένη αντίσταση σε διείσδυση. Παρά το γεγονός ότι χρησιμοποιείται ευρέως στην πράξη, το διάγραμμα είναι πεπαλαιωμένο, υπάρχει έλλειψη δεδομένων σε περιπτώσεις υψηλών επιπέδων της μέγιστης σεισμικής φόρτισης του εδάφους (CSR>.25), οι οποίες αποτελούν το σύνηθες εύρος σχεδιασμού σε περιοχές υψηλής σεισμικότητας και δεν λαμβάνεται υπόψη κάποια πιθανολογική ανάλυση των δεδομένων. Επιπλέον, η ορυκτολογική σύσταση των εδαφών, η κοκκομετρική τους διαβάθμιση, τα χαρακτηριστικά του σχήματος των κόκκων τους, καθώς και η πλαστικότητα, αλλά και η γεωλογική τους προϊστορία, τα οποία επηρεάζουν την αντίστασή τους σε ρευστοποίηση, δεν υπεισέρχονται στο διάγραμμα των Seed et al. (985). Συνεπώς, κάθε εκτίμηση της αντίστασης ρευστοποίησης, με βάση μόνο το (Ν ) 6, και το ποσοστό των λεπτοκόκκων, θα πρέπει να χρησιμοποιείται με προσοχή και σύμφωνα με την κρίση του μηχανικού. Υπάρχουν αντίστοιχα διαγράμματα συσχέτισης της αντίστασης ρευστοποίησης με τα αποτελέσματα και άλλων επιτόπου δοκιμών, όπως με την αντοχή κώνου

27 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ σε διείσδυση, q c, (Robertson and Wride, 997) και με την ταχύτητα των διατμητικών κυμάτων, V s, (Andrus and Stokoe, 997). Από τα αποτελέσματα των τριαξονικών δοκιμών ανακυκλικής φόρτισης της παρούσας έρευνας φαίνεται να υπάρχει μία ανάλογη σχέση ανάμεσα στο, λόγο αντίστασης ρευστοποίησης και στο (Ν ) 6, (NCEER, 997), με αυτή ανάμεσα στο, λόγο αντίστασης ρευστοποίησης και στον δείκτη πόρων του στερεού σκελετού της άμμου, e g. Έτσι για δεδομένο e g, παρατηρείται αύξηση του λόγου αντίστασης ρευστοποίησης με την αύξηση του ποσοστού λεπτοκόκκων, μέχρι το κρίσιμο ποσοστό το οποίο είναι το 35% για την ενεργό τάση των kpa. Στο πλαίσιο αξιοποίησης των αποτελεσμάτων των δοκιμών πρότυπης διείσδυσης, έχουν γίνει προσπάθειες εμπειρικής συσχέτισης του (Ν ) 6 με τη σχετική πυκνότητα (Skempton, 986), λαμβάνοντας επιπλέον υπόψη τα χαρακτηριστικά των κόκκων, όπως το μέγεθός τους, D 5, και τη διαφορά της τιμής του μέγιστου από τον ελάχιστο δείκτη πόρων τους, e max -e min, (Cubrinovski & Ishihara, 998), ή το συντελεστή ομοιομορφίας, C u, (Kokusho, 27). Με βάση τις παραπάνω μελέτες, μία δεδομένη τιμή του (Ν ) 6, αντιστοιχεί σε μεγαλύτερες σχετικές πυκνότητες με αυξανόμενο ποσοστό λεπτοκόκκων και ως εκ τούτου σε μεγαλύτερες τιμές του λόγου αντίστασης ρευστοποίησης. Όμοια, για σταθερή τιμή του e g, αύξηση του ποσοστού λεπτοκόκκων αντιστοιχεί σε αύξηση της σχετικής πυκνότητας και συνεπώς αύξηση του λόγου αντίστασης ρευστοποίησης. Για τα εδάφη με ποσοστά λεπτοκόκκων μεγαλύτερα από το 35% με 4%, όπου ο ρόλος των λεπτοκόκκων αρχίζει να γίνεται κυρίαρχος στη συμπεριφορά των εδαφών, καταλληλότερη παράμετρος έκφρασης της πυκνότητάς τους είναι ο δείκτης πόρων του στερεού σκελετού των λεπτοκόκκων, e f. Στην περίπτωση αυτή, από τα αποτελέσματα της παρούσας έρευνας προκύπτει ότι, για σταθερή τιμή του e f, ο λόγος αντίστασης ρευστοποίησης μειώνεται με την αύξηση του ποσοστού λεπτοκόκκων. Η επίδραση του ποσοστού λεπτοκόκκων στον λόγο αντίστασης ρευστοποίησης μεταβάλλεται με την αύξηση της ενεργού τάσης, η οποία αντιστοιχεί στην αύξηση του βάθους στο πεδίο. Για τα μείγματα με ποσοστά λεπτοκόκκων έως και το 5% ο λόγος αντίστασης ρευστοποίησης μειώνεται με το βάθος, ενώ για τα μείγματα με μεγαλύτερα ποσοστά

28 78 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 28 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ λεπτοκόκκων ο λόγος της αντίστασής τους σε ρευστοποίηση παραμένει αναλλοίωτος με την αύξηση του βάθους. Υπάρχουν ενδείξεις ότι και το κρίσιμο ποσοστό λεπτοκόκκων μειώνεται από 35% σε 25%, με την αύξηση της ενεργού τάσης από kpa σε 3 kpa. Επιπλέον, στην τάση των 3 kpa, δεν παρατηρείται επίδραση του ποσοστού λεπτοκόκκων στα ποσοστά μεταξύ 5% και 6%. Χαρακτηριστικό του φαινομένου της ρευστοποίησης είναι η συσσώρευση υπερπίεσης του ύδατος των πόρων υπό αστράγγιστες συνθήκες. Κατά τον σχεδιασμό έναντι ρευστοποίησης έχει σημασία να γνωρίζουμε εάν η συσσώρευση της υπερπίεσης του ύδατος των πόρων θα είναι πρακτικά ακαριαία (εδαφική ροή) ή συνεχώς θα ανακατανέμεται, οδηγώντας σε προοδευτική χαλάρωση της εδαφικής δομή (ανακυκλική κινητικότητα). Με βάση τα αποτελέσματα της παρούσας έρευνας, αποδεικνύεται ότι η αναπτυσσόμενη υπερπίεση του ύδατος των πόρων εξαρτάται, τόσο από το μέγεθος της εφαρμοζόμενης ανακυκλικής τάσης, που αντιπροσωπεύει το μέγεθος της σεισμικής φόρτισης, όσο και από τη σχετική πυκνότητα των εδαφών. Υπάρχουν ενδείξεις ότι στην τάση των 3 kpa, ανεξάρτητα από το ποσοστό των λεπτοκόκκων, η ρευστοποίηση αναπτύσσεται υπό μορφή ανακυκλικής κινητικότητας, γεγονός που σημαίνει ότι σε βάθη της τάξης των 3 m η ρευστοποίηση είναι δυνατό να εκδηλωθεί υπό ορισμένες συνθήκες, αλλά θα έχει τη μορφή της ανακυκλικής κινητικότητας. Όπως προαναφέρθηκε, η ενεργός τάση, αλλά και η πυκνότητα καθορίζουν τη συμπεριφορά των εδαφών υπό μονοτονική και ανακυκλική φόρτιση. Η παράμετρος Κρίσιμης Κατάστασης, ψ, αποδεικνύεται ότι μπορεί να εκφράσει ικανοποιητικά το είδος της συμπεριφοράς των εδαφών, λαμβάνοντας υπόψη τη συνδυασμένη επίδραση και των δύο παραπάνω παραμέτρων. Ειδικότερα, στην πράξη, γνωρίζοντας την πυκνότητα και την ενεργό τάση μίας εδαφικής μάζας στο πεδίο, μέσω της Γραμμής Κρίσιμης Κατάστασής του, είναι δυνατός ο προσδιορισμός του ψ, το οποίο χαρακτηρίζει το είδος της συμπεριφοράς του εδάφους, αλλά συσχετίζεται και με πλήθος χρήσιμων μηχανικών παραμέτρων, όπως η αστράγγιστη διατμητική αντοχή και η αντίσταση ρευστοποίησης. Με βάση τα εργαστηριακά αποτελέσματα, στα μελετηθέντα εδάφη της παρούσας έρευνας εδάφη, με ψ<-. εμφανίζουν καθαρή διαστολική συμπεριφορά και συνεπώς ικανή διατμητική αντοχή.