Μέτρηση της Μεταβολής των Ιδιοτήτων και της Οριζόντιας Τάσης του Εδάφους, λόγω Προφόρτισης

Transcript

1 Μέτρηση της Μεταβολής των Ιδιοτήτων και της Οριζόντιας Τάσης του Εδάφους, λόγω Προφόρτισης Measurement of Change of Soil Properties and Horizontal Stress as a Result of Preloadg ΠΕΤΡΙ ΗΣ, Π.Μ. ΣΤΑΜΑΤΟΠΟΥΛΟΣ, Κ.Α. ΣΤΑΜΑΤΟΠΟΥΛΟΣ, Α.Κ. Πολιτικός Μηχανικός M.Sc., Σταµατόπουλος και Συνεργάτες Ε.Π.Ε. Πολιτικός Μηχανικός Ph.D., Σταµατόπουλος και Συνεργάτες Ε.Π.Ε. Πολιτικός Μηχανικός M.Sc., Σταµατόπουλος και Συνεργάτες Ε.Π.Ε. ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Σε αυτήν την εργασία παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα µιας µελέτης στατικής προφόρτισης του εδάφους µε σκοπό την έρευνα της βελτίωσης της αντοχής του που εκφράζεται µέσω της αύξησης της αντίστασης σε στατική και δυναµική διείσδυση, της στερεοποίησης και της βελτίωσης των δυναµικών ιδιοτήτων. Επιπρόσθετα µε τη γεωτεχνική έρευνα πριν και µετά την προφόρτιση, η δοκιµή πεδίου περιέλαβε µετρήσεις κατακόρυφων τάσεων στη βάση του επιχώµατος και οριζόντιων τάσεων σε διάφορα βάθη. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η µετρηθείσα παραµένουσα αύξηση των οριζόντιων τάσεων µετά την εφαρµογή της προφόρτισης. ABSTRACT : In this paper, the results of a study of static preloadg of the soil, aimg at the examation of improvement of its strength, beg expressed through the crease of resistance static and dynamic penetration, consolidation and improvement of its dynamic properties, are presented. In addition to geotechnical vestigations before and after the application of preloadg, the field study cluded measurements of vertical streses just below the embankment and horizontal stresses at different depths. Of particular terest is the measured permanent crease horizontal stresses duced by preloadg. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ H προφόρτιση είναι µια προσωρινή φόρτιση, συνήθως µε ένα επίχωµα από εδαφικό υλικό κατάλληλα συµπυκνωµένο, που εφαρµόζεται σε µια περιοχή για να βελτιώσει τις ιδιότητες - κυρίως τη συµπιεστότητα και αντοχή - του εδάφους. Πολλές περιπτώσεις έχουν αναφερθεί, στις οποίες η αποτελεσµατικότητα της προφόρτισης έχει δειχθεί (Stamatopoulos and Kotzias, 1985, Petridis et al, 2000). Οι περισσότερες εφαρµογές πεδίου περιλαµβάνουν την εκτίµηση των καθιζήσεων µε µετρήσεις κατά τη διάρκεια της προφόρτισης και γεωτεχνική έρευνα πριν και µετά, καθώς και προβλέψεις της καθίζησης µε υπολογισµό των κατακόρυφων τάσεων σε συνδυασµό µε εργαστηριακά αποτελέσµατα. Εντούτοις µία µελέτη πεδίου που να περιλαµβάνει µέτρηση της αύξησης των οριζόντιων τάσεων που προκαλεί η προφόρτιση δεν βρέθηκε στη βιβλιογραφία. Επιπρόσθετα προς τις συνήθεις µετρήσεις των γεωτεχνικών ερευνών η περιγραφόµενη εδώ µελέτη περιέλαβε είδη µετρήσεων που δεν εκτελούνται κατά κανόνα στη διαδικασία της προφόρτισης, όπως µέτρηση κατακόρυφων και οριζόντιων τάσεων και υπερπίεσης πόρων. 2. ΤΟΠΟΘΕΣΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΕΠΙΧΩ-- ΜΑΤΟΣ ΠΡΟΦΟΡΤΙΣΗΣ Η δοκιµή πεδίου έγινε σε επίπεδη έκταση στην περιοχή του Λαγκαδά, κωµόπολης στη Βόρειο Ελλάδα. Η τοποθεσία είναι µέρος της Λεκάνης της Μυγδονίας, όπου οι ανώτεροι εδαφικοί σχηµατισµοί αποτελούνται κυρίως από µαλακά µείγµατα αργίλων, ιλύος και άµµου µε τυχαία κατανοµή. Τα γεωλογικά και γεωτεχνικά 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 1

2 χαρακτηριστικά της Μυγδονικής Λεκάνης έχουν µελετηθεί σε µεγάλη έκταση στη διάρκεια προγράµµατος που χρηµατοδοτήθηκε από την Ευρωπαική Ένωση (Pitilakis et al, 1999). Το επίχωµα προφόρτισης είχε σχήµα κόλουρου κώνου που επιλέχθηκε για λόγους γεωµετρικής και τασικής συµµετρίας. Η διάµετρος της βάσης ήταν 43 m και της στέψης 13 m. Το ύψος του, από τη στάθµη του εδάφους πριν την εφαρµογή του φορτίου, ήταν 9.70 m. Η ιδεατή γεωµετρία του επιχώµατος δείχνεται στο Σχήµα 1 (µία ράµπα πρόσβασης κατασκευάστηκε σε µία πλευρά του επιχώµατος για κατασκευαστικούς λόγους αλλά επί τη βάσει µετρήσεων και θεωρητικών υπολογισµών η επίδρασή της φαίνεται να είναι πρακτικά αµελητέα). Το υλικό κατασκευής ήταν άργιλος και άµµος που συµπυκνώθηκε µε τελική πυκνότητα 1.63 tn/m 3. Σχήµα 1. Iδεατή κάτοψη και κατακόρυφη τοµή επιχώµατος προφόρτισης µε τις θέσεις των µετρήσεων Figure 1. Idealised plan view and vertical section with locations of measurements. 3. ΕΙ Η ΚΑΙ ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ - ΙΑΤΑΞΗ Τα παρακάτω όργανα µετρήσεων εγκαταστάθηκαν και λειτούργησαν ικανοποιητικά: (α) Πέντε (5) αισθητήρες κατακόρυφης τάσης στο επίπεδο του εδάφους για τη µέτρηση των συνολικών κατακόρυφων τάσεων από το επίχωµα (X i ). (β) Πέντε (5) πλάκες καθιζήσεων για τη µέτρηση της συνολικής καθίζησης του εδάφους (S i ). (γ) Ένα (1) οριζόντιο αποκλισιόµετρο στο επίπεδο του εδάφους για την καταγραφή της συνολικής καθίζησης κατά µήκος της ακτίνας της βάσης του κολουροκωνικού επιχώµατος (I i ). (δ) Πέντε (5) αισθητήρες οριζόντιας τάσης για τη µέτρηση των ολικών οριζόντιων τάσεων (H i ). (ε) Oκτώ (8) µετρητές πίεσης για τη µέτρηση της πίεσης πόρων (P i ). Οι οριζόντιες αποστάσεις r i των αισθητήρων κατακόρυφης τάσης Χ l από το κέντρο της βάσης του κώνου δίνονται στον Πίνακα 1 και στο Σχήµα 1. Οι οριζόντιες αποστάσεις r i των πλακών καθίζησης S i από το κέντρο δίνονται στον ίδιο πίνακα και σχήµα αντίστοιχα. Επίσης φαίνονται οι οριζόντιες αποστάσεις των θέσεων των µετρήσεων του αποκλισιοµέτρου Ι i που είναι διαφορετικές από τις θέσεις των πλακών καθίζησης S i, καθώς και οι οριζόντιες αποστάσεις r i και βάθη d i των αισθητήρων οριζόντιας πίεσης H i. Πρέπει να παρατηρηθεί ότι η οριζόντια τάση του αισθητήρα Η 7 είναι εφαπτοµενική ενώ στις θέσεις των άλλων αισθητήρων είναι ακτινική. Τέλος στον Πίνακα 1 φαίνονται οι οριζόντιες αποστάσεις r i και τα βάθη d i των µετρητών πίεσης πόρων νερού Ρ i. Από αυτούς οι περισσότεροι ήταν ενσωµατωµένοι στους αισθητήρες οριζόντιας πίεσης ενώ δύο εγκαταστάθηκαν ανεξάρτητα. Μία µονάδα επεξεργασίας δεδοµένων συνδέθηκε µε τα όργανα (θέσεις µέτρησης X i, I i, H i, Ρ i ) µέσω καλωδίων. Όλα τα δεδοµένα των µετρήσεων, που καταγράφονταν κάθε 6 ώρες, µεταφέρονταν αυτόµατα και αποθηκεύονταν στη µονάδα. 4. ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΠΡΙΝ ΤΗΝ ΠΡΟΦΟΡΤΙΣΗ Η επί τόπου γεωτεχνική έρευνα πριν την εφαρµογή της προφόρτισης (Α Φάση) έγινε µεταξύ 22 Ιουνίου και 9 Ιουλίου ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 2

3 Περιελάµβανε κατ αρχήν τρεις γεωτρήσεις (Β1, Β2, Β3) µε συνεχή δειγµατοληψία, λήψη αδιατάρακτου δείγµατος κάθε 2 m, και πρότυπες δοκιµές διείσδυσης κάθε 1 m. Οι γεωτρήσεις εκτελέστηκαν επί µιας περιφέρειας ακτίνας 3.0 m γύρω από το κέντρο της βάσης του κωνικού επιχώµατος που επρόκειτο να κατασκευαστεί, µε διάταξη στις κορυφές ισοπλεύρου τριγώνου µε πλευρές µήκους 5.2 m. Όπως δείχνεται στο Σχήµα 2 οι εδαφικοί τύποι που κυριαρχούν είναι άργιλος χαµηλής πλαστικότητας (CL) και ιλυώδης άµµος (SM). Η χωρική κατανοµή της αργίλου, ιλύος και άµµου εµφανίζει σηµαντική ανοµοιοµορφία, ωστόσο διακρίνεται µια τάση στρωµατοποίησης µεταβλητού πάχους, όπου επιφανειακά κυριαρχεί ο τύπος SM, ακολουθείται από τον τύπο CL, επανεµφανίζεται ο τύπος SM και στα µεγαλύτερα βάθη κυριαρχεί ο τύπος ML. Η περιεκτικότητα σε άµµο κυµαινόταν µεταξύ 30% και 40% στις τρεις γεωτρήσεις. Ο δείκτης πλαστικότητας ήταν µικρότερος του 20 σε όλα τα δείγµατα. Ο υδροφόρος ορίζοντας βρέθηκε σε βάθος 6.2 m. Η µε το βάθος µεταβολή της µέσης για τις τρεις γεωτρήσεις διορθωµένης τιµής του δείκτη N SPT, N 1-60 βάσει της µεθόδου που περιγράφεται στον Ευρωκώδικα 8, (European Prestandard, 1994), παρουσιάζεται στο Σχήµα 3(α). Στατιστική ανάλυση των αποτελεσµάτων έδειξε ότι η ολική µέση τιµή N 1-60 για τις τρεις γεωτρήσεις και για βάθος µέχρι 15.0 m ήταν 17.2 και η αντίστοιχη τυπική απόκλιση 8.4. Μεταξύ βάθους 5 m και 9 m οι µέσες τιµές είναι µικρότερες από 10. Εκτελέστηκαν επίσης τρεις δοκιµές πενετροµέτρησης σε περιφέρεια ακτίνας 4.5 m περί το κέντρο της βάσης. Η µέση για όλες τις θέσεις και βάθη τιµή της αντίστασης κώνου q c βρέθηκε ίση προς 39.2 kp/cm 2 ενώ η µέση τιµή για βάθη µέχρι 10.0 m, ίση προς 27 kp/cm 2. Οι αντίστοιχες τιµές τυπικής απόκλισης ήταν 40.2, Η µέση για τις τρεις θέσεις και για όλα τα βάθη τιµή της αντίστασης σε τριβή βρέθηκε ίση προς 1.2 kp/cm 2 και η αντίστοιχη τιµή τυπικής απόκλισης ήταν 0.9. Τέλος εκτελέστηκαν γεωφυσικές µετρήσεις. Μετρήθηκε η ταχύτητα διατµητικού κύµατος V s µε τρεις µεθόδους: (α) Τη µέθοδο Down-Hole (DH), (β) τη µέθοδο αναστροφής των επιφανειακών κυµάτων (SWI) και (γ) τη µέθοδο σεισµικής διάθλασης (REF). Η χρήση της µεθόδου αναστροφής των επιφανειακών κυµάτων σε ρηχούς εδαφικούς σχηµατισµούς έχει περιγραφεί από τους Raptakis et al (2000). Τα προφίλ της ταχύτητας V s, υπολογισµένα µε τις τρεις µεθόδους, ήταν πολύ κοντά το ένα στο άλλο και δίνονται στο Σχήµα 3(γ). Η ταχύτητα του κύµατος συµπίεσης V Ρ επίσης µετρήθηκε µε τις µεθόδους DH, REF και τα προφίλ της δίνονται στο ίδιο σχήµα. Εργαστηριακές δοκιµές έγιναν σε αδιατάρακτα δείγµατα. Μέσω δοκιµών στερεοποίησης µετρήθηκαν η µέγιστη κατακόρυφη τάση προστερεοποίησης Ρ Ρ, και οι συντελεστές συµπιεστότητας. Το Σχήµα 3(β) δίνει την µετρηθείσα µεταβολή της τάσης P Ρ µε το βάθος. Επίσης δοκιµές άµεσης διάτµησης σε δείγµατα στερεοποιηµένα στην επί τόπου κατακόρυφη τάση, µέτρησαν τη γωνία τριβής και την αστράγγιστη διατµητική αντοχή. Η µέση τελική γωνία τριβής ήταν 28 ο. Οι µέσοι δείκτες συµπίεσης λ και κ του µοντέλου Modified Cam Clay (Wood, 1990) ήταν 0.13 και H µέση πυκνότητα ήταν 1.86 t/m ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ, ΠΑΡΑΜΟΝΗ, ΑΠΟΜΑ- ΚΡΥΝΣΗ ΕΠΙΧΩΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ Η κατασκευή του επιχώµατος από τη βάση µέχρι την κορυφή διήρκεσε 12 ηµέρες και έγινε µε διάστρωση και συµπύκνωση σε διαδοχικές στρώσεις. Το επίχωµα παρέµεινε στη θέση του για µια περίοδο 96 ηµερών και µετά αποµακρύνθηκε από την κορυφή προς τη βάση. Η αποµάκρυνση διήρκεσε 7 ηµέρες. Οι µετρήσεις συνεχίστηκαν µέχρι και 40 ηµέρες µετά την αποµάκρυνση του επιχώµατος. Για τις τάσεις και τις καθιζήσεις, ιδιαίτερη σηµασία έχουν οι µετρήσεις αµέσως πριν την αποµάκρυνση, οι οποίες αντιστοιχούν σε µέγιστες τιµές και οι τελικές µετρήσεις που αντιστοιχούν σε παραµένουσες τιµές. Για τις πιέσεις πόρων, ιδιαίτερη σηµασία έχουν οι µετρήσεις αµέσως µετά την ολοκλήρωση της κατασκευής γιατί αντιπροσωπεύουν µέγιστες τιµές. Οι καθιζήσεις που µετρήθηκαν από τις πλάκες καθίζησης δείχνονται στο Σχήµα 4(α). Στο σχήµα αυτό, στην πλευρά του θετικού άξονα των y δίνεται η µεταβολή του ύψους του επιχώµατος µε το χρόνο. Οι διάφορες καµπύλες καθίζησης αντιστοιχούν σε δοσµένη απόσταση της πλάκας από το κέντρο της βάσης του επιχώµατος. 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 3

4 Πίνακας 1. Τιµές µεγεθών που καταγράφηκαν στις µετρήσεις Table 1. Values of quantities recorded measurements. Kατακόρυφες τάσεις από Καθιζήσεις επίχωµα Όργανο Θέση r i max σ Όργανο Θέση r i s max s res Όργανο vz = 0 µέτρησης (m) µέτρησης (m) (m) (m) µέτρησης Υπερπιέσεις πόρων r i Θέση P emax ιάρκεια εκτόνωσης (ηµέρες) (m) (m) X S P (H2) X S P (H4) X S P (H5) X S P (H6) X S P (H7) I P (H8) I P P Όργανο µέτρησης Θέση Οριζόντιες τάσεις από επίχωµα f σ h max σh max σ σ h res σ / h res h max σ r i (m) d i (m) H H H H H σ = σ h-res + λ( - σ ) : ιορθωµένη τιµή παραµένουσας αύξησης h res σ h max h fmax f Εάν σ : λ=1, εάν όχι : λ=0 h max σh max τιµή βάσει διόρθωσης σ ώστε να αντιστοιχεί σε ακτινική τάση (σr/σ θ = 1.079). h res d i k 0 Σχήµα 2. Xαρακτηρισµός εδάφους από γεωτρήσεις Α, Β Φάσης Figure 2. Soil characterization from bοrgs of Phase A, Β. 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 4

5 Οι καθιζήσεις επίσης µετρήθηκαν µε οριζόντιο αποκλισιόµετρο. Η σύγκριση των µετρήσεων αυτών µε τις αντίστοιχες των πλακών καθίζησης σε σχεδόν ίσες αποστάσεις από το κέντρο έδειξε καλή συµφωνία. Από το Σχήµα 4(α) παρατηρείται ότι η απόκριση του εδάφους στην εφαρµογή του φορτίου είναι σχεδόν άµεση και η µεταβολή των καµπυλών καθίζησης ακολουθεί τη συµπεριφορά της (α) (β) καµπύλης φορτίου. Το µεγαλύτερο µέρος της καθίζησης συντελείται στη διάρκεια της φάσης αυξανόµενου φορτίου (περίπου 60%) και για ένα µικρό διάστηµα αµέσως µετά. Οι µέγιστες καθιζήσεις s max καταγράφηκαν την ηµέρα που ξεκίνησε η αποµάκρυνση και φαίνονται στον Πίνακα 1. Τότε ο ρυθµός καθίζησης είχε ήδη πέσει σε 0.6 mm/ηµέρα σε όλες τις θέσεις. Αυτό σηµαίνει ότι πρακτικά η καθίζηση είχε (γ) Σχήµα 3. Μεταβολή µε το βάθος του δείκτη Ν 1-60 πριν και µετά την προφόρτιση (α), της µέγιστης τάσης στερεοποίησης πριν την προφόρτιση P p (σ g η ενεργός τάση υπερκειµένων γαιών) (β) και της ταχύτητας διατµητικού κύµατος και κύµατος συµπίεσης πριν και µετά την προφόρτιση (γ) Figure 3. Variation with depth of dex N 1-60 before and after preloadg (α), of maximum consolidation stress P p before preloadg (σ g is the overburden active stress) (β), and of shear compressive wave and velocity before and after preloadg (γ). 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 5

6 (α) Ύψος Επιχώµατος (m) Καθίζηση (cm) (β) (γ) Υπερπίεση Πόρων [kpa] (δ) Ηµέρες r = απόσταση από κέντρο επιχώµατος Πίεση Πόρων P1 Πίεση Πόρων P(H2) Πίεση Πόρων P(H5) Πίεση Πόρων P(H7) r = 14.0 m r = 11.5 m r = 9.0 m r = 6.5 m r = 1.93 m Ηµέρες Πίεση Πόρων P2 Πίεση Πόρων P(H4) Πίεση Πόρων P(H6) Πίεση Πόρων P(H8) Σχήµα 4. Μεταβολή µε το χρόνο των καθιζήσεων (α), των κατακόρυφων τάσεων (β), των πιέσεων πόρων (γ) και των οριζόντιων ολικών τάσεων (δ) Figure 4. Variation with time of settlements (α), vertical stresses (β), pore water pressures (γ), and total horizontal stresses (δ). σχεδόν ολοκληρωθεί. Στη φάση της µείωσης του φορτίου η εδαφική απόκριση ήταν επίσης ταχεία. Μετά τις 42 ηµέρες οι καθιζήσεις είχαν οριστικά σταθεροποιηθεί. Η ελαστική αναπήδηση κυµάνθηκε µεταξύ 1.25 και 2.15 cm και ήταν πρακτικά ανεπηρέαστη από την απόσταση από το κέντρο του κώνου. Οι τελικές µετρηθείσες τιµές s res των καθιζήσεων δίνονται στον Πίνακα 1. Η µεταβολή των κατακόρυφων τάσεων που παράγονται από το εξωτερικό φορτίο καταγράφηκαν στο επίπεδο της επιφάνειας του εδάφους ( σ νz=0 ) µέσω των αισθητήρων κατακόρυφης τάσης και δίνονται στο Σχήµα 4(β). Μπορεί να παρατηρηθεί ότι υπήρξε άµεση απόκριση των τάσεων στην αύξηση του ύψους του επιχώµατος. Για τη φάση του σταθερού φορτίου παρατηρείται σταθεροποίηση της τάσης. Όταν το επίχωµα αποµακρύνθηκε η κατακόρυφη τάση µηδενίστηκε. Οι µέγιστες µετρηθείσες τιµές των max κατακόρυφων τάσεων σ z = 0 δίνονται στον Πίνακα 1. Από τις µετρήσεις παρατηρείται ότι µε την εφαρµογή της προφόρτισης η πίεση των πόρων βαθµιαία αυξάνει. Αποκτά τη µέγιστη τιµή µετά από 12 ηµέρες (± 1 ηµέρα), σχεδόν µαζί µε την εφαρµογή του µέγιστου φορτίου και µετά σταδιακά εκτονώνεται. Οι µέγιστες τιµές της υπερπίεσης των πόρων Ρ emax και ο απαιτούµενος χρόνος για την εκτόνωσή τους φαίνονται στον Πίνακα 1, ενώ η µεταβολή της πίεσης πόρων µε το χρόνο παρουσιάζεται στο Σχήµα 4(γ). Τέλος καταγράφηκαν οι οριζόντιες τάσεις (ολικές) στις θέσεις των αισθητήρων οριζόντιας τάσης. Οι απόλυτες τιµές αυτών των τάσεων δεν ήταν αξιόπιστες. Γι αυτό, το σχετικό διάγραµµα στο Σχήµα 4(δ) απεικονίζει τη µεταβολή των οριζόντιων ολικών τάσεων µε το χρόνο µε συµβατική τάση εκκίνησης µηδέν για όλες τις θέσεις. Το Σχήµα 4(δ) δείχνει ότι η απόκριση των οριζόντιων τάσεων ακολουθεί ποιοτικά τη µεταβολή του φορτίου και είναι άµεση σε όλες τις φάσεις. Μετά την αποµάκρυνση του επιχώµατος οι αυξηµένες ως προς τις αρχικές οριζόντιες τάσεις παρέµειναν περίπου σταθερές. Στον Πίνακα 1 φαίνεται η αρχική (µέγιστη) αύξηση των οριζόντιων τάσεων σ, η τελική τιµή τους h max f πριν την αποµάκρυνση του φορτίου σ, h max που η πτώση τους από την αρχική τιµή στις θέσεις H4, H5, H7 οφείλεται στην αποτόνωση της αρχικής, πριν την προφόρτιση, οριζόντιας τάσης, που αυξήθηκε λόγω διατάραξης κατά 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 6

7 την τοποθέτηση των αισθητήρων και η παραµένουσα αύξηση σ και η διορθωµένη τιµή της σ µετά την αποµάκρυνση του επιχώµατος, όπως προκύπτουν από τις µετρήσεις στις θέσεις των αισθητήρων οριζόντιας τάσης. Στην προτελευταία στήλη φαίνεται ο λόγος της διορθωµένης παραµένουσας αύξησης προς την αρχική αύξηση της οριζόντιας τάσης και στην τελευταία, η µεταβολή του συντελεστή οριζόντιας ώθησης σε ηρεµία. 6. ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΜΕΤΑ ΤΗΝ ΠΡΟΦΟΡΤΙΣΗ Η φάση Β της γεωτεχνικής έρευνας άρχισε περίπου ένα µήνα µετά την αποµάκρυνση του επιχώµατος. Έγιναν τέσσερις γεωτρήσεις (Β4 Β7) και πάλι σε περιφέρεια ακτίνας 3.0 m περί το κέντρο της βάσης. Η απόσταση µεταξύ γειτονικών γεωτρήσεων των δύο φάσεων ήταν µικρότερη από 2 m. Η σύσταση του εδάφους στις θέσεις των γεωτρήσεων Β φάσης φαίνεται επίσης στο Σχήµα 2. Η περιεκτικότητα σε άµµο ήταν ελαφρά αυξηµένη σε σχέση µε τις γεωτρήσεις της φάσης Α και κυµαινόταν µεταξύ 37% και 55%. Ο υδροφόρος ορίζοντας βρέθηκε σε βάθος 6.7 m, δηλαδή 0.5 m κάτω από τη στάθµη της Φάσης Α. Αυτή η πτώση της στάθµης προκαλεί ωστόσο πολύ µικρή αλλαγή στις κατακόρυφες ενεργές τάσεις, λιγότερο από 5% του µεγέθους των τάσεων που προκαλεί το επίχωµα κάτω από το κέντρο της βάσης του. Πρότυπες δοκιµές διείσδυσης εκτελέστηκαν σε όλες τις γεωτρήσεις µε τον ίδιο τρόπο όπως στη Φάση Α και η αντίστοιχη µε το βάθος µεταβολή της µέσης για τις τέσσερις γεωτρήσεις τιµές του δείκτη Ν 1-60 φαίνεται στο Σχήµα 3(α), όπου φαίνεται επίσης η βελτίωση που επέφερε η προφόρτιση και που για τα 15.0 πρώτα µέτρα είναι της τάξης του 35%. Η µέση µε το βάθος τιµή Ν 1-60 για όλες τις γεωτρήσεις της Β φάσης βρέθηκε ίση προς 23.2 και η τυπική απόκλιση ίση προς 4.0. οκιµές πενετροµέτρησης έγιναν επίσης, σε ίση απόσταση από το κέντρο της βάσης και σε θέσεις συµµετρικές µε αυτές της Φάσης Α, όµως τα αποτελέσµατα έδειξαν µικρή σχετικά βελτίωση στα πρώτα 10 m βάθους, δηλαδή αύξηση της αντίστασης κώνου q c (της τάξης του 19%), και πρακτικά µηδέν σε µεγαλύτερα βάθη. Τέλος εκτελέστηκαν γεωφυσικές µετρήσεις των µεγεθών V s (µέθοδος DH και SWI) και V Ρ (µέθοδος DH). Τα αποτελέσµατά τους δείχνονται στο Σχήµα 3(γ), όπου φαίνεται η βελτίωση στις δυναµικές ιδιότητες του εδάφους λόγω της προφόρτισης. Όσον αφορά την ταχύτητα των διατµητικών κυµάτων V s η αύξηση του µεγέθους της (βελτίωση) κυµαίνεται µεταξύ 20% (DΗ) και 50% (SWI). Η αύξηση του µεγέθους της V Ρ είναι µικρότερη και εντοπίζεται κυρίως στο διάστηµα βαθών 5.5 έως 9.0 m. 7. ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ - ΣΥΖΗΤΗΣΗ To µέγεθος της µέγιστης καθίζησης και ο ρυθµός µείωσης των καθιζήσεων είναι σε συµφωνία µε µετρήσεις που έγιναν σε θέση στην ίδια περιοχή που προφορτίστηκε από επίχωµα παρόµοιου ύψους (Petridis et al, 2000). Η βασική ερµηνεία για το βραχύ χρόνο που απαιτήθηκε για τη στερεοποιήση σχετίζεται µε τη σύσταση του εδάφους. Η σχετικά υψηλή περιεκτικότητα σε άµµο σε συνδυασµό µε την διασπορά της και την εµφάνιση θυλάκων άµµου σε διάφορες θέσεις επιτρέπουν την επαληθευόµενη από τις µετρήσεις, ταχεία εκτόνωση των υπερπιέσεων πόρων και συνεπώς τη γρήγορη στερεοποίηση. Η τιµή της ελαστικής αναπήδησης βρέθηκε µικρότερη από εκείνη που µετρήθηκε στο παρελθόν σε παρόµοιο έδαφος (Petridis et al, 2000) κατά έναν παράγοντα 3. Όσον αφορά τις τιµές των ολικών οριζόντιων πρόσθετων τάσεων, παρατηρήθηκε ότι σε αντίθεση µε τις κατακόρυφες πρόσθετες τάσεις που µηδενίστηκαν µετά την αφαίρεση του φορτίου, οι οριζόντιες πρόσθετες τάσεις διατήρησαν ένα σηµαντικό µέρος του µεγέθους που ανέπτυξαν υπό το φορτίο του επιχώµατος. ιαφορετική απόκριση παρατηρήθηκε στα βάθη των 3.6 m, m και 12.1 m. Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 1 στο βάθος των m και 12.1 m ο λόγος της διορθωµένης παραµένουσας αύξησης της οριζόντιας τάσης προς τη µέγιστη αύξησή της λόγω προφόρτισης κυµαίνεται στο διάστηµα [0.72,0.85], ενώ στο βάθος των 3.6 m ήταν πολύ χαµηλότερος (0.35). Εφ όσον οι τελικές υπερπιέσεις πόρων είναι µηδέν, συµπεραίνεται ότι η µετρηθείσα παραµένουσα αύξηση οριζόντιας ολικής τάσης λόγω προφόρτισης σ πρέπει να είναι ίση µε την τελική µεταβολή της ενεργής οριζόντιας τάσης σ h-res. Έτσι µπορεί να υπολογιστεί απ ευθείας η αύξηση του συντελεστή οριζόντιας ώθησης σε ηρεµία k o = σ h-res /σ ν. Η αύξηση 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 7

8 αυτή, που αντιστοιχεί στις διορθωµένες µετρηθείσες τιµές σ κυµαίνεται µεταξύ 0.03 και Παρουσιάζει µέγιστο στη θέση µέτρησης Η5 σε βάθος 6.6 m και απόσταση από το κέντρο της βάσης 6.5 m. Είναι ενδιαφέρον να παρατηρηθεί ο τρόπος µεταβολής της οριζόντιας παραµένουσας τάσης λόγω προφόρτισης µε το βάθος. Μετά την κατασκευή του επιχώµατος, οι µετρήσεις πεδίου δείχνουν ότι η σ h-max αποκτά τις µεγαλύτερες, αµέσως µετά την πλήρη εφαρµογή του φορτίου τιµές, στα βάθη m, ενώ στα µικρότερα και τα µεγαλύτερα βάθη, οι τιµές της είναι µικρότερες. Για το ρηχότερο βάθος (3.6 m) αυτό µπορεί να αποδοθεί στη διαπιστωθείσα προστερεοποίηση του εδάφους που είναι έντονη στη ζώνη 0 4 m, ενώ για το µεγαλύτερο βάθος (12.1 m), στη µείωση της επιρροής του εξωτερικού φορτίου λόγω αύξησης του βάθους. Η παραµένουσα αύξηση της οριζόντιας τάσης σ ή, δείχνει σ την ίδια συµπεριφορά µε αυτή της αρχικής αύξησης σ και µπορεί να ερµηνευθεί µε h max τον ίδιο τρόπο. Τέλος την ίδια συµπεριφορά παρουσιάζει και η αύξηση του συντελεστή οριζόντιας ώθησης σε ηρεµία ko αν και εδώ υπεισέρχεται η µε το βάθος αύξηση της κατακόρυφης ενεργής τάσης σ ν. 8. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Μια σύνθετη µελέτη πεδίoυ που αφορούσε την βελτίωση εδάφους µέσω προφόρτισης εκτελέστηκε, και περιελάµβανε γεωτεχνική και γεωφυσική έρευνα πριν και µετά την προφόρτιση και µετρήσεις τάσεων και παραµορφώσεων του εδάφους. Η προφόρτιση επέφερε βελτίωση της αντίστασης σε δυναµική διείσδυση της τάξης του 35% και αύξηση της ταχύτητας διατµητικού κύµατος µεταξύ 20% και 50%. Οι καθιζήσεις συντελέστηκαν σε πολύ µικρό χρόνο, λιγότερο από 100 ηµέρες από την πλήρη εφαρµογή του φορτίου, και αυτό οφείλεται στην ταχεία εκτόνωση των υπερπιέσεων πόρων λόγω της ύπαρξης και χωρικής κατανοµής της άµµου στο εδαφικό υλικό. Μετρήθηκαν µε αισθητήρες οι µεταβολές των οριζόντιων τάσεων και διαπιστώθηκε η ανάπτυξη παραµενουσών οριζόντιων τάσεων οφειλοµένων στην προφόρτιση. Αυτές επέφεραν αύξηση του συντελεστή οριζόντιας ώθησης σε ηρεµία k o, η οποία κυµάνθηκε µεταξύ 0.03 και Οι µεγαλύτερες τιµές σηµειώθηκαν σε βάθη µεταξύ 6 7 m. Οι µικρότερες τιµές σηµειώθηκαν σε µικρότερα βάθη, όπου το έδαφος είχε υποστεί προστερεοποίηση ή σε µεγαλύτερα όπου η επιρροή του φορτίου προφόρτισης ήταν σχετικά µικρή. 9. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Οι εργασίες πεδίου και η ανάλυση των µετρήσεων χρηµατοδοτήθηκαν από την Ευρωπαϊκή Ένωση, Γενική ιεύθυνση ΧΙΙ - Έρευνα και Ανάπτυξη. Η εταιρεία Interfels Ltd ήταν υπεύθυνη για την εγκατάσταση των οργάνων µέτρησης των οριζόντιων και κατακόρυφων τάσεων, της πίεσης των πόρων και του αποκλισιοµέτρου και την παρακολούθηση των µετρήσεων. Το Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης ( ρ.. Ραπτάκης) ήταν υπεύθυνο των γεωφυσικών ερευνών. Ο καθηγητής J. Burland του Imperial College βοήθησε στο σχεδιασµό της δοκιµής πεδίου. 10. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ European Prestandard (1994). Eurocode 8 - Design provisions of earthquake resistance of structures, Part 5: Foundations, retag structures and geotechnical aspects. Petridis, P., Stamatopoulos, C. and Stamatopoulos, A. (2000), Soil improvement by preloadg of two erratic sites. Proceedgs GeoEng2000, International Conference on Geotechnical and Geological Engeerg, Melbourne (CD-ROM). Pitilakis, K., Raptakis, D., Lontzetidis, K., Tika- Vassilikou, Th. and Jongmans, D. (1999), Geotechnical and geophysical description of EURO-SEISTEST, usg field, laboratory tests and moderate strong motion recordgs. Journal of Earthquake Engeerg, 3, No. 3, Raptakis, D., Chavez-Carcia, F. J., Makra, K. and Pitilakis, K. (2000), Site effects at EUROSEISTEST: determation of the valley structure and confrontation of observations with 10 analysis. Soil Dynamics and Earthquake Engeerg, 19, No. 1,1 22. Stamatopoulos, A. C. and Kotzias, P.C. (1985), Soil improvement by preloadg. John Wiley & Sons, New York. Wood, D. M. (1990), Soil behaviour and critical state soil mechanics. Cambridge: Cambridge University press. 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 8

9 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 9