ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΕΜΠΟΤΙΣΜΟΥ ΑΜΜΩΝ ΜΕ ΑΙΩΡΗΜΑΤΑ ΤΣΙΜΕΝΤΩΝ

Transcript

1 ` ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ Επιβλέπων: Δ. Κ. Ατματζίδης, Καθηγητής ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΕΜΠΟΤΙΣΜΟΥ ΑΜΜΩΝ ΜΕ ΑΙΩΡΗΜΑΤΑ ΤΣΙΜΕΝΤΩΝ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΓΙΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΔΙΠΛΩΜΑ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ ΣΠΥΡΙΔΟΥΛΑ Κ. ΠΑΠΑΓΕΩΡΓΟΠΟΥΛΟΥ Διπλ. Πολιτικός Μηχανικός Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Πανεπιστήμιο Πατρών ΠΑΤΡΑ, ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 2013

2

3 Στο Χριστινάκι μου...

4

5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η μέθοδος των ενέσεων εμποτισμού εφαρμόζεται συχνά για τη βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων και της συμπεριφοράς εδαφικών και βραχωδών σχηματισμών σε εφαρμογές που περιλαμβάνουν φράγματα, σήραγγες, ΧΥΤΑ, γέφυρες και μεγάλα οικοδομικά έργα. Για την εκτέλεση των ενέσεων εμποτισμού χρησιμοποιούνται δύο κατηγορίες ενεμάτων, τα αιωρήματα και τα χημικά διαλύματα, με πιο γνωστά τα αιωρήματα κοινού τσιμέντου Portland και τα διαλύματα πυριτικού νατρίου. Τα αιωρήματα έχουν χαμηλό κόστος και είναι αβλαβή για το περιβάλλον, όμως έχουν περιορισμένο πεδίο εφαρμογής που φθάνει μέχρι τις χονδρόκοκκες άμμους. Αντίθετα, τα διαλύματα μπορούν να εμποτίσουν μέχρι και λεπτόκοκκες άμμους ή και χονδρόκοκκες ιλύες, όμως έχουν σημαντικά υψηλότερο κόστος και, μερικά από αυτά, είναι επιβλαβή για το περιβάλλον και τον άνθρωπο. Για τους λόγους αυτούς, γίνεται προσπάθεια να αντικατασταθούν τα χημικά διαλύματα με φιλικά προς το περιβάλλον αιωρήματα λεπτόκοκκων ανόργανων υλικών που να έχουν το ίδιο πεδίο εφαρμογής. Προς την κατεύθυνση αυτή και ως αποτέλεσμα της συνεργασίας μεταξύ ερευνητικών φορέων και βιομηχανίας, αναπτύχθηκε κατά τα τελευταία τριάντα χρόνια ένας σχετικά μικρός αριθμός λεπτόκοκκων τσιμέντων που διατίθενται στην αγορά και έχουν κόστος εφαρμογής μεταξύ του κόστους των κοινών τσιμέντων και του κόστους των χημικών διαλυμάτων. Κατά την τελευταία δεκαετία, παρατηρείται διεθνώς αυξημένο ενδιαφέρον για τη δημιουργία και την τεκμηρίωση των ιδιοτήτων νέων λεπτόκοκκων υλικών, με χαμηλότερο κόστος, για χρήση σε ενέσεις τύπου αιωρήματος. Η εργαστηριακή διερεύνηση που εκτελέστηκε στο πλαίσιο αυτής της διατριβής είναι συμπλήρωση- επέκταση μέρους εκτεταμένου ερευνητικού προγράμματος με αντικείμενο την ανάπτυξη και την επιστημονική τεκμηρίωση των ιδιοτήτων και του πεδίου εφαρμογής μιας σειράς νέων υλικών ενέσεως τύπου αιωρήματος που έχουν τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν αντί χημικών διαλυμάτων για τη βελτίωση των ιδιοτήτων εδαφών με κοκκομετρία έως λεπτόκοκκης άμμου. Ειδικότερα, η παρούσα έρευνα βασίστηκε στη συγκριτική αξιολόγηση της βελτίωσης των υδραυλικών και μηχανικών ιδιοτήτων των εμποτισμένων άμμων με χρήση ευσταθών και ασταθών αιωρημάτων και, ιδιαίτερα, στη μελέτη της επίδρασης της ευστάθειας των αιωρημάτων στη διαπερατότητα και την αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων. Συγκεκριμένα, το παρόν ερευνητικό πρόγραμμα προσδιορίζεται από τους εξής γενικούς στόχους: Έλεγχος βιομηχανικά παραγόμενων τσιμέντων και συγκριτική αξιολόγησή τους με βάση διαθέσιμες πληροφορίες για άλλα λεπτόκοκκα ή/και κοινά τσιμέντα Portland. Εκτέλεση δοκιμών διαπερατότητας και δοκιμών ανεμπόδιστης θλίψης στα εμποτισμένα δοκίμια. Έλεγχος της επίδρασης του τελικού ποσοστού εξίδρωσης των αιωρημάτων τσιμέντου, που φάνηκε να συνδυάζει επιμέρους παραμέτρους, όπως ο λόγος νερού προς τσιμέντο, Ν/Τ, και το μέγεθος των κόκκων του τσιμέντου. Παραμετρική διερεύνηση του συντελεστή διαπερατότητας και της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη άμμων που έχουν εμποτιστεί με ενέματα τσιμέντων για την i

6 ποσοτικοποίηση της επίδρασης παραμέτρων όπως ο λόγος νερού προς τσιμέντο, Ν/Τ, το τελικό ποσοστό εξίδρωσης, η κοκκομετρία και η ορυκτολογική σύσταση της άμμου, ο τύπος και η κοκκομετρία του τσιμέντου. Για τις ανάγκες της εργαστηριακής διερεύνησης χρησιμοποιήθηκαν τρεις τύποι τσιμέντου. Ένα βιομηχανοποιημένο τσιμέντο, ένα καθαρό τσιμέντο Portland και ένα σύνθετο τσιμέντο Portland. Τα δύο τελευταία τσιμέντα, λειοτριβήθηκαν ώστε να προκύψει μία επιπλέον κοκκομετρική σύνθεση από το καθένα με μέγιστο μεγέθος κόκκων 40 μm. Ως εδάφη για την παραγωγή εμποτισμένων δοκιμίων, χρησιμοποιήθηκαν τέσσερις διαφορετικής κοκκομετρικής διαβάθμισης ασβεστολιθικές άμμοι και μια χαλαζιακή άμμος Ottawa, με συντελεστές ομοιομορφίας, Cu, κυμαινόμενο μεταξύ 1.20 και 1.46 και χαρακτηριστικό μέγεθος κόκκων, d 10, κυμαινόμενο από περίπου 0.3 mm έως περίπου 2.0 mm. Η έρευνα που εκτελέστηκε και αποτελεί το αντικείμενο αυτής της διατριβής περιλαμβάνει, αρχικά, την τεκμηρίωση των βασικών ιδιοτήτων των αιωρημάτων των τσιμέντων, με δοκιμές εξίδρωσης και ιξωδομέτρησης και τον εργαστηριακό έλεγχο της ενεσιμότητάς τους με δοκιμές εισπίεσης σε μικρά δοκίμια. Τα αποτελέσματα αυτής της διερεύνησης οδήγησαν στον προσδιορισμό του πεδίου εφαρμογής των αιωρημάτων και στη διαμόρφωση του προγράμματος δοκιμών για το κυρίως αντικείμενο της εργασίας, που σχεδιάστηκε και εκτελέστηκε ώστε να τεκμηριωθεί η υδραυλική και μηχανική συμπεριφορά των εδαφών που εμποτίζονται με αιωρήματα λεπτόκοκκων και κοινών τσιμέντων. Ο λόγος νερού προς τσιμέντο, Ν/Τ, είναι η πιο σημαντική παράμετρος που καθορίζει τις ιδιότητες και τη συμπεριφορά των αιωρημάτων. Αύξηση του λόγου νερού προς τσιμέντο προκαλεί σημαντική βελτίωση των ρεολογικών χαρακτηριστικών, αλλά έχει δυσμενείς επιπτώσεις στο τελικό ποσοστό εξίδρωσης των αιωρημάτων. Η λειοτρίβηση των τσιμέντων επηρεάζει σημαντικά τις τιμές του τελικού ποσοστού εξίδρωσης. Μείωση του μέγιστου μεγέθους κόκκου, d max, από τα 100 μm στα 40 μm προκάλεσε μείωση έως και 50% στο τελικό ποσοστό εξίδρωσης. Αντίθετα, ο τύπος του τσιμέντου έχει μικρή επίδραση στο τελικό ποσοστό εξίδρωσης. Ευσταθή αιωρήματα (τελικό ποσοστό εξίδρωσης μικρότερο του 5%) θεωρούνται μόνο τα αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650, με λόγο Ν/Τ ίσο με 1:1 και μόνο τα αιωρήματα των υπόλοιπων λειοτριβημένων τσιμέντων (d max = 40 μm) με λόγο Ν/Τ ίσο προς 0.6:1. Οι τιμές του φαινόμενου ιξώδους των διαφόρων αιωρημάτων τσιμέντων βρέθηκαν για λόγους Ν/Τ ίσους προς 1:1, 2:1 και 3:1 κυμαινόμενες από 55 cp έως 70 cp, από 12 cp έως 14 cp και ίσες προς 6 cp, αντίστοιχα. Για τα πιο πυκνά αιωρήματα, με λόγους Ν/Τ ίσους προς 0.6:1 και 0.8:1, οι τιμές του αρχικού φαινόμενου ιξώδους ήταν ίσες προς 690 cp και 105 cp, αντίστοιχα, που θεωρούνται υψηλές για εμποτισμό σε λεπτόκοκκα εδάφη. Ο τύπος του τσιμέντου δεν επηρεάζει σε τόσο σημαντικό βαθμό τις τιμές αυτές όσο ο λόγος νερού προς τσιμέντο, Ν/Τ. Ο εργαστηριακός έλεγχος της διαπερατότητας και της συμπεριφοράς σε στατική φόρτιση των εμποτισμένων άμμων έγινε με χρήση κατάλληλων δοκιμίων ( 11.3 cm ύψους και 5.0 cm διαμέτρου) που παράγονταν χρησιμοποιώντας ειδική διάταξη εμποτισμού μονοδιάστατης ροής. Εκτελέστηκαν συνολικά 44 δοκιμές διαπερατότητας εμποτισμένων ii

7 δοκιμίων σε θάλαμο τριαξονικής φόρτισης με σύστημα εσωτερικής πίεσης, σε εργαστηριακή διάταξη της εταιρείας GDS, ενώ η μελέτη της συμπεριφοράς των εμποτισμένων άμμων σε στατική φόρτιση βασίστηκε εξ ολοκλήρου σε δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης (75 δοκίμια). Για λόγους σύγκρισης και αποτίμησης της βελτίωσης που επιφέρει ο εμποτισμός με αιωρήματα τσιμέντου στην υδατοστεγανότητα των άμμων εκτελέστηκαν δοκιμές διαπερατότητας σταθερού φορτίου για όλες τις καθαρές άμμους που εμποτίστηκαν και ενόσω αυτές βρίσκονταν σε πυκνή κατάσταση. Ο λόγος νερού προς τσιμέντο των αιωρημάτων είναι η σημαντικότερη παράμετρος που καθορίζει τη διαπερατότητα των εμποτισμένων άμμων. Ο τύπος και η κοκκομετρία του τσιμέντου και το μέγεθος των κόκκων της άμμου δεν επηρεάζουν σημαντικά ή με κάποιο συστηματικό τρόπο τις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων. Οι άμμοι που εμποτίζονται με πυκνά αιωρήματα (Ν/Τ=0.6:1 έως και 1.25:1) έχουν τιμή του συντελεστή διαπερατότητας που κυμαίνεται από 6*10-8 cm/s έως 10-7 cm/s, ενώ άμμοι που εμποτίζονται με αραιά αιωρήματα (Ν/Τ=2:1 ή 3:1) έχουν τιμή του συντελεστή διαπερατότητας που κυμαίνεται από 5.6*10-5 cm/s έως 1.1* 10-3 cm/s. Η χρήση ευσταθών αιωρημάτων για εμποτισμό έχει ως αποτέλεσμα τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων που είναι έως και πέντε τάξεις μεγέθους μικρότερες από την περίπτωση εμποτισμών με ασταθή αιωρήματα, ωστόσο παρατηρούνται ασταθή, πυκνά όμως αιωρήματα τσιμέντου (Ν/Τ ίσο προς 0.8:1 έως 1:1 για τα κοινά τσιμέντα και Ν/Τ ίσο προς 1.25:1 για το ταχύπηκτο τσιμέντο) με εξίσου χαμηλές τιμές συντελεστή διαπερατότητας. Ο συντελεστής διαπερατότητας των καθαρών άμμων μειώνεται κατά 6 έως 7 τάξεις μεγέθους όταν εμποτίζονται με πυκνά αιωρήματα (Ν/Τ ίσοι με 0.6:1 έως και 1.25:1) και κατά 3 έως 4 τάξεις μεγέθους όταν εμποτίζονται με αραιά αιωρήματα ( λόγος Ν/Τ μεταξύ του 2:1 και 3:1 ). Η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων είναι συνάρτηση τόσο του λόγου Ν/Τ των αιωρημάτων όσο και της κοκκομετρίας των τσιμέντων που, συνδυασμένα, καθορίζουν το τελικό ποσοστό εξίδρωσης (το ποσοστό πλήρωσης των κενών των άμμων). Eμποτισμένες άμμοι με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 και λόγου Ν/Τ ίσου προς 1:1, 1.25:1, 2:1, 2.5:1 και 3:1 εμφανίζουν, κατά μέσο όρο, τιμές αντοχής ίσες προς 13.3 MPa, 8.0 MPa, 2.4 MPa, 1.6 MPa και 1.0 MPa, αντίστοιχα. Οι άμμοι που έχουν εμποτιστεί με το ευσταθές αιώρημα τσιμέντου Rheocem 650 σημειώνουν μέχρι δωδεκαπλάσια περίπου αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη από εκείνη των εμποτισμένων άμμων με το πιο αραιό αιώρημα ( λόγος Ν/Τ ίσος προς 3:1). Από την άλλη πλευρά, άμμοι εμποτισμένες με αιωρήματα κοινών τσιμέντων με λόγο Ν/Τ 0.6:1 και 0.8:1, που βρίσκονται σε ευσταθή ή σχεδόν ευσταθή κατάσταση, αντίστοιχα, εμφανίζουν τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη γύρω στα 28 με 35 MPa, δηλαδή από 2 έως και 9 φορές περίπου μεγαλύτερες σε σχέση με τις αντίστοιχες τιμές που δίνουν τα πιο αραιά-ασταθή αιωρήματα (λόγος Ν/Τ ίσος προς 1:1 έως και 2:1) του ίδιου τύπου τσιμέντου ( CEM I ή II με d max= 40 μm). Η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων αυξάνεται με τη μείωση του μέγιστου μεγέθους των κόκκων του τσιμέντου (μείωση από d max = 100 μm σε d max = 40 μm ). Μάλιστα, παρατηρείται διπλασιασμός των τιμών αυτών τόσο για τα πυκνά ενέματα λόγου Ν/Τ ίσου προς 1:1 όσο και για τα αραιά με λόγο Ν/Τ ίσο προς 2:1. iii

8 Άμμοι εμποτισμένες με αιωρήματα κοινών τσιμέντων δίνουν, για το ίδιο τελικό ποσοστό εξίδρωσης, b, από διπλάσιες (b <10%) έως περίπου δεκαπλάσιες (b>10%) τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη σε σχέση με τις αντίστοιχες των εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 και τούτο διότι το ίδιο ποσοστό εξίδρωσης επιτυγχάνεται σε αρκετά μικρότερους λόγους Ν/Τ για τα κοινά τσιμέντα από ότι για το ταχύπηκτο τσιμέντο. Τα εμποτισμένα δοκίμια με πυκνά αιωρήματα εμφανίζουν ψαθυρή αστοχία, απότομο δηλαδή διαχωρισμό σε δύο κώνους και σε 4-5 διαμήκη τμήματα, ενώ οι εμποτισμένες άμμοι με αραιά αιωρήματα τσιμέντου διογκώνονται κατά την αστοχία τους, λόγω του μεγάλου εύρους της πλαστικής τους περιοχής. Η παραμόρφωση αστοχίας των εμποτισμένων άμμων σε ανεμπόδιστη θλίψη κυμαίνεται από 0.13% έως 1.25% για το σύνολο των περιπτώσεων που εξετάστηκαν στην παρούσα έρευνα, ενώ το τέμνον μέτρο ελαστικότητας, Ε 50, εμφανίζει τιμές στο διάστημα μεταξύ του 1 GPa έως 6 GPa. Ο λόγος Ν/Τ αποτελεί τη σημαντικότερη παράμετρο επιρροής των δύο αυτών παραμέτρων. Τόσο οι τιμές της παραμόρφωσης αστοχίας όσο και του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας των εμποτισμένων άμμων μειώνονται με την αύξηση του λόγου Ν/Τ, ενώ αυξάνονται με μια ενδεχόμενη άνοδο της αντοχής τους σε ανεμπόδιστη θλίψη. Ευσταθή αιωρήματα αποφέρουν στις εμποτισμένες άμμους τις μεγαλύτερες τιμές παραμόρφωσης αστοχίας, ενώ σημειώνονται και ασταθή, πυκνά όμως αιωρήματα τα οποία προσδίδουν εξίσου υψηλές τιμές των δύο αυτών παραμέτρων παραμόρφωσης. Οι τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων για το σύνολο των ερευνών που έχουν διεξαχθεί έως σήμερα παρουσιάζει μια ανοδική τάση με την αύξηση του λόγου Ν/Τ καθώς και του τελικού ποσοστού εξίδρωσης, ενώ δε φαίνεται να επηρεάζονται με κάποιο σαφή και συστηματικό τρόπο από την κοκκομετρία του τσιμέντου ή την παρουσία υπερρευστοποιητή στο αιώρημα. Επιπλέον, ο ρυθμός αύξησης των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με την αύξηση του λόγου Ν/Τ, είναι σχετικά υψηλός για τους χαμηλότερους λόγους Ν/Τ (από 0.6:1 έως 3:1), ενώ για λόγους Ν/Τ μεγαλύτερους του 3:1, μειώνεται σημαντικά και σχεδόν σταθεροποιείται με τιμή της τάξεως του 10-3 cm/sec. Έτσι, το σύνολο των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων μπορεί να εσωκλειστεί σε διάστημα που ορίζεται από ευθείες ( άνω και κάτω όριο) διγραμμικής μορφής, με το πρώτο σκέλος τους να εμφανίζει πιο μεγάλη κλίση (μεγαλύτερος ρυθμός μεταβολής των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας για λόγους Ν/Τ < 3:1, περίπου) από το δεύτερο που καλύπτει λόγους Ν/Τ μεγαλύτερους του 3:1. Οι τιμές της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων ολόκληρου του ερευνητικού έργου που αναφέρεται στη βιβλιογραφία μειώνονται με την αύξηση του λόγου Ν/Τ και του τελικού ποσοστού εξίδρωσης, ενώ δε φαίνεται να επηρεάζονται με κάποιο σαφή τρόπο από τον τύπο του τσιμέντου και τη χρήση υπερρευστοποιητή στο ένεμα. Ένα άνω όριο των τιμών αυτών, καθώς αυτές μεταβάλλονται με το λόγο Ν/Τ, μπορεί να οριστεί με μεγάλη σαφήνεια, δε συμβαίνει όμως το ίδιο με το κάτω όριο λόγω της μεγάλης διακύμανσής τους. Ακόμα, οι τιμές της αντοχής των εμποτισμένων άμμων αυξάνονται με τη μείωση του μέγιστου κόκκου του τσιμέντου. Η μείωση αυτή παρατηρείται σε μικρότερο βαθμό καθώς μεταβαίνουμε σε μεγαλύτερους λόγους Ν/Τ (π.χ. αύξηση του λόγου Ν/Τ από 1:1 σε 2:1). iv

9 Ο συντελεστής διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων μειώνεται με την αύξηση των τιμών της αντοχής τους σε ανεμπόδιστη θλίψη, ανεξάρτητα από τον τύπο και την κοκκομετρία του τσιμέντου καθώς και την κοκκομετρία της άμμου που εμποτίστηκε. Ο λόγος Ν/Τ διαμορφώνει τον τρόπο συσχέτισης των δύο αυτών ιδιοτήτων των εμποτισμένων άμμων, καθώς άμμοι εμποτισμένες με τα πιο πυκνά αιωρήματα τσιμέντων ( λόγος Ν/Τ 2:1) εμφανίζουν τις μεγαλύτερες τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη και τις μικρότερες τιμές του συντελεστή διαπερατότητας. Τέλος, το σύνολο των τιμών της συσχέτισης του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με την αντοχή τους σε ανεμπόδιστη θλίψη μπορεί να εμπεριέλθει σε διάστημα που ορίζεται από δύο καμπύλες (άνω και κάτω όριο). v

10 vi

11 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΠΕΡΙΛΗΨΗ...i ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ...vii ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ...xi ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ...xxi ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΥΜΒΟΛΩΝ...xxiii ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ...xxv ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ...1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΒΕΛΤΙΩΣΕΙΣ ΕΔΑΦΩΝ ΜΕ ΕΝΕΣΕΙΣ ΕΜΠΟΤΙΣΜΟΥ Κατηγοριοποίηση των ενέσεων και των ενεμάτων ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΕΝΕΜΑΤΩΝ ΤΥΠΟΥ ΑΙΩΡΗΜΑΤΟΣ Νερό Τσιμέντο Πρόσθετα Χημικά βελτιωτικά των ιδιοτήτων ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΑ ΤΣΙΜΕΝΤΑ Ορισμός Εμπορικά διαθέσιμα λεπτόκοκκα τσιμέντα ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΕΝΕΜΑΤΩΝ ΤΥΠΟΥ ΑΙΩΡΗΜΑΤΟΣ Λόγος Νερού προς Τσιμέντο Ιδιότητες των αιωρημάτων Ρεολογικές ιδιότητες Εξίδρωση Ενεσιμότητα και διεισδυτικότητα Λοιπές ιδιότητες ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΕΣ ΜΕΛΕΤΕΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΕΜΠΟΤΙΣΜΕΝΩΝ ΑΜΜΩΝ Μέθοδοι παραγωγής δοκιμίων Διαπερατότητα...32 vii

12 2.5.3 Αντοχή σε Ανεμπόδιστη θλίψη ΠΕΡΙΛΗΨΗ...58 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΕΜΠΟΤΙΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ Στόχοι της έρευνας Υλικά ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΑΙΩΡΗΜΑΤΩΝ Προετοιμασία αιωρημάτων Δοκιμές εξίδρωσης Φαινόμενο ιξώδες και ρεολογικές καμπύλες Εκτίμηση ενεσιμότητας ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΔΟΚΙΜΩΝ ΔΙΑΤΑΞΗ ΕΜΠΟΤΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΔΟΚΙΜH ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑΣ ΔΟΚΙΜH ΑΝΕΜΠΟΔΙΣΤΗΣ ΘΛΙΨΗΣ ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ ΕΜΠΟΤΙΣΜΕΝΩΝ ΑΜΜΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΧΟΛΙΑΣΜΟΣ Εμποτισμοί με αιωρήματα Rheocem Εμποτισμοί με αιωρήματα κοινών τσιμέντων ΣΥΝΘΕΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΕΜΠΟΤΙΣΜΕΝΩΝ ΑΜΜΩΝ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΙΜΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΕΜΠΟΤΙΣΜΕΝΩΝ ΑΜΜΩΝ Μορφές αστοχίας Παραμόρφωση αστοχίας των εμποτισμένων άμμων Τέμνον μέτρο ελαστικότητας ΑΝΤΟΧΗ ΣΕ ΑΝΕΜΠΟΔΙΣΤΗ ΘΛΙΨΗ ΤΩΝ ΕΜΠΟΤΙΣΜΕΝΩΝ ΑΜΜΩΝ viii

13 5.2.1 Εμποτισμοί με αιωρήματα Rheocem Εμποτισμοί με αιωρήματα κοινών τσιμέντων Σύνθεση αποτελεσμάτων ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ ΕΜΠΟΤΙΣΜΕΝΩΝ ΑΜΜΩΝ ΑΝΤΟΧΗ ΣΕ ΑΝΕΜΠΟΔΙΣΤΗ ΘΛΙΨΗ ΕΜΠΟΤΙΣΜΕΝΩΝ ΑΜΜΩΝ ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ k- q u ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΑΝΑΦΟΡΕΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ ix

14 x

15 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 2.1: Κατηγορίες των ενέσεων (Hontoria and Sanchez-Blanco, 2006)...6 Σχήμα 2.2: Κοκκομετρικές καμπύλες λεπτόκοκκων τσιμέντων (α) MC -100, MC-300 και MC- 500 (Clarke and McNally 1993), (β) Spinor A6, Α12, Α16 και MC 20 RS (Legendre et al. 1987) και (γ) Rheocem 650, Rheocem 800 και Rheocem 900 ( Σχήμα 2.3: Σχήμα 2.4: Σχήμα 2.5: Σχήμα 2.6: Σχήμα 2.7: Σχήμα 2.8: Ρεολογικές καμπύλες ρευστών: (1) ιξωδοπλαστικά, (2) τύπου Bingham, (3) ψευδοπλαστικά, (4) Νευτώνια και (5) διογκούμενα...22 Επίδραση της προσθήκης υπερρευστοποιητή και μπεντονίτη στη συνοχή αιωρήματος τσιμέντου (Bremen, 1997)...23 Επίδραση της ειδικής επιφάνειας των τσιμέντων, κατά Blaine, στη συνοχή των αιωρημάτων (Bremen,1997)...24 Επίδραση του λόγου Ν/Τ στη συνοχή αιωρημάτων τσιμέντου (Bremen, 1997)...25 Τυπικές καμπύλες εξίδρωσης αιωρημάτων κοινού τσιμέντου Portland (Houlsby,1985)...26 Δυνατότητα χρήσης διαφόρων υλικών ενέσεων ανάλογα με την κοκκομετρία και τη διαπερατότητα των εδαφών (Karol, 1982)...29 Σχήμα 2.9: Διατάξεις εμποτισμού σε στήλες μεγάλου μήκους από (α) Sano et al. (1996) και (β) Dano and Derache (2001), Dano and Hicher (2003)...32 Σχήμα 2.10: Σχήμα 2.11: Σχήμα 2.12: Διάταξη ενέσεων εμποτισμού με πολλαπλές μήτρες (α) κατά ASTM D και (β) λεπτομέρεια μήτρας (Krizek et al., 1986)...32 Επίδραση του λόγου Τ/Ν στο συντελεστή διαπερατότητας εμποτισμένων άμμων (De Paoli et al., 1992b)...33 Δοκιμές διαπερατότητας (α) επίδραση του μεγέθους των κόκκων του εδάφους στη διαπερατότητα του εμποτισμένου εδάφους, (β) λόγος των συντελεστών διαπερατότητας του εμποτισμένου και καθαρού εδάφους σε σχέση με το μέγεθος των κόκκων του (Δρουδάκης κ.ά., 2010)...37 Σχήμα 2.13 : Διαπερατότητα εμποτισμένου εδάφους (α) επίδραση της λεπτότητας του τσιμέντου στη διαπερατότητα του εμποτισμένου εδάφους, (β) επίδραση της εξίδρωσης των αιωρημάτων στη διαπερατότητα του εμποτισμένου εδάφους (Δρουδάκης κ.ά., 2010)...38 Σχήμα 2.14: Μεταβολή του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων σε σχέση με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης των αιωρημάτων των τσιμέντων (Πανταζόπουλος, 2009)...41 xi

16 Σχήμα 2.15: Επίδραση του λόγου Τ/Ν στην αντοχή εμποτισμένων εδαφών σε θλίψη ανεμπόδιστη (De Paoli et al., 1992b)...43 Σχήμα 2.16: Σχήμα 2.17: Σχήμα 2.18: Σχήμα 2.19: Σχήμα 2.20: Σχήμα 2.21: Σχήμα 2.22: Σχήμα 2.23: Σχήμα 2.24: Σχήμα 2.25: Σχήμα 2.26: Σχήμα 3.1: Σχήμα 3.2: Σχήμα 3.3: Αντοχή (28 ημερών) σε ανεμπόδιστη θλίψη εμποτισμένων εδαφών : (α) επίδραση του μεγέθους των κόκκων του εδάφους, (β) επίδραση του λόγου Τ/Ν του αιωρήματος και (γ) επίδραση του ρυθμού αξονικής παραμόρφωσης (Dano et al., 2004)...45 Επίδραση της περιεκτικότητας υπερρευστοποιητή στην αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη άμμων εμποτισμένων με αιωρήματα λεπτόκοκκου τσιμέντου (Sano et al.,1996)...46 Διερεύνηση παραγόντων που επηρεάζουν την τιμή της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη : (α) επίδραση της λεπτότητας του τσιμέντου και (β) επίδραση της περιεκτικότητας σε υπερρευστοποιητή (Santagata and Collepardi, 1998)...47 Επίδραση της ηλικίας και του ποσοστού πλήρωσης κενών στην αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη δοκιμίων εμποτισμένης άμμου (Schwarz and Krizek,1994)...48 Συσχέτιση του λόγου της αντοχής του εμποτισμένου του εδάφους προς την αντοχή του αιωρήματος με το χαρακτηριστικό μέγεθος κόκκων d 10 των άμμων (Δρουδάκης κ.ά., 2010)...51 Επίδραση της λεπτότητας του τσιμέντου στην αντοχή του εμποτισμένου εδάφους (Δρουδάκης κ.ά., 2010)...52 Τυπικές καμπύλες τάσης- παραμόρφωσης των εμποτισμένων άμμων από δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης (Πανταζόπουλος, 2009)...55 Επίδραση του λόγου Ν/Τ στην παραμόρφωση αστοχίας των εμποτισμένων άμμων (Πανταζόπουλος, 2009)...55 Επίδραση του λόγου Ν/Τ στην αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων (Πανταζόπουλος, 2009)...56 Επίδραση της κοκκομετρίας του τσιμέντου στην αντοχή σε ανεμπόδιστη των θλίψη εμποτισμένων άμμων (Πανταζόπουλος, 2009)...57 Μεταβολή της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων σε σχέση με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης των αιωρημάτων των τσιμέντων (Πανταζόπουλος, 2009)...58 Εργαστηριακός μύλος ΑJ-100 για παραγωγή των λεπτόκοκκων τσιμέντων...67 Κοκκομετρικές καμπύλες των τσιμέντων...68 Κόκκοι άμμου σε μεγέθυνση (α,β) θραυστή ασβεστολιθική άμμος (Πανταζόπουλος, 2009), (γ,δ) χαλαζιακή άμμος Ottawa (Brooke Cox, 2011)...70 xii

17 Σχήμα 3.4: Σχήμα 3.5: Σχήμα 3.6: Σχήμα 3.7: Σχήμα 3.8: Σχήμα 3.9: Σχήμα 3.10: Σχήμα 3.11: Σχήμα 3.12: Σχήμα 3.13: Σχήμα 3.14: Κοκκομετρικές καμπύλες των άμμων...70 Ταχύστροφος αναμεικτήρας Impact (Model No. S156-10)...72 Προετοιμασία αιωρημάτων με υπερρευστοποιητή (α) χειρωνακτική ανάμειξη απαιτούμενης ποσότητας τσιμέντου με το 70% της απαιτούμενης ποσότητας νερού, (β) ζύγιση της επιθυμητής ποσότητας υπερρευστοποιητή, (γ) πρόσθηκη της υπόλοιπης απαιτούμενης ποσότητας νερού (30%),στην οποία βρίσκεται διαλυμένος ο υπερρευστοποιητής, στο αρχικό αιώρημα, (δ) ταχύστροφη ανάμειξη του αιωρήματος...73 Σωλήνας εξίδρωσης...74 Δοκιμές εξίδρωσης (α) εξίδρωση αιωρημάτων τσιμέντου I42.5 και II32.5 με υπερρευστοποιητή, (β) νερό εξίδρωσης με υψηλή θολότητα και στρωμάτωση ιζήματος, (γ) διαύγεια του νερού εξίδρωσης αιωρήματος που δεν περιείχε υπερρευστοποιητή, (δ) δοκιμή εξίδρωσης τσιμέντου Rheocem 650 με χρήση υπερρευστοποιητή...75 Καμπύλες χρόνου-ποσοστού εξίδρωσης...76 Ιξωδόμετρο ELV-8 της Viscometers UK Ltd...78 Εξαρτήματα ιξωδομέτρου (α) ομοαξονικοί κύλινδροι, (β) στελέχη L1, L2 και L Μετρήσεις φαινόμενου ιξώδους (α) τοποθέτηση αιωρήματος σε δοχείο των 1000 ml, (β) μέτρηση ιξώδους...79 Ανάδευση αιωρήματος μεταξύ μετρήσεων (α) βραδύστροφος αναμεικτήρας, (β) μέτρηση της θερμοκρασίας του αιωρήματος...80 Φαινόμενο ιξώδες αιωρημάτων για ταχύτητα περιστροφής 60 rpm...82 Σχήμα 3.15: Ρεολογικές καμπύλες «απλών» αιωρημάτων (Πανταζόπουλος, 2009)...84 Σχήμα 3.16: Σχήμα 3.17: Σχήμα 3.18: Σχήμα 3.19: Σχήμα 3.20: Μη επιτυχής εμποτισμός δοκιμίου...87 Εργαστηριακή διάταξη εμποτισμού (α) γενική άποψη, (β) όψη μήτρας εμποτισμού, (γ) και (δ) κάτοψη μήτρας εμποτισμού...92 Διάταξη εμποτισμού (α) σχηματική παράσταση, (β) λεπτομέρειες της δεξαμενής εμποτισμού και (γ) λεπτομέρειες της μήτρας εμποτισμού...93 Διαδικασία διαμόρφωσης δοκιμίου άμμου (α) διάστρωση άμμου σε στρώσεις, (β) χειροκίνητη συμπύκνωση άμμου με χρήση ελαστικού τύπτρου, (γ) συμπύκνωση δοκιμίων στη μήτρα εμποτισμού με τη βοήθεια δονητή και (δ) αναμόχλευση επιφανειακών κόκκων κάθε εδαφικής στρώσης Ανάκτηση και συντήρηση δοκιμίων (α) δοκίμιο έπειτα από την αποσυναρμολόγηση της μήτρας, (β) τύλιξη δοκιμίων με πλαστική μεμβράνη, xiii

18 Σχήμα 3.21: Σχήμα 3.22: (γ) προστασία δοκιμίων έναντι απώλειας υγρασίας και (δ) συντήρηση δοκιμίων...96 Εργαστηριακή διάταξη για δοκιμές διαπερατότητας (α), (β) γενική άποψη, (γ) βάση της συσκευής για την τοποθέτηση του δοκιμίου, με υποδοχείς για την άσκηση των επιθυμητών πιέσεων και (δ) θάλαμος τριαξονικής φόρτισης...97 Συστήματα επιβολής και ελέγχου πίεσης στο εξεταζόμενο δοκίμιο (α) συστήματα άσκησης πλευρικής τάσης (cell) και εσωτερικής πίεσης (back), (β) σύστημα που λειτουργεί ως αισθητήρας...98 Σχήμα 3.23: Διαδικασία τοποθέτησης δοκιμίου στη συσκευή τριαξονικής φόρτισης GDS (α) τοποθέτηση επαλειμμένου με γράσο σιλικόνης δοκιμίου στη συσκευή, επάνω από τον κορεσμένο με νερό πορόλιθο, (β) έγκλειση δοκιμίου στη μεμβάνη, (γ)-(δ) τοποθέτηση ελαστικών δακτυλίων ( O-rings ) για την καλύτερη συγκράτηση της μεμβράνης και την αποφυγή ανεπιθύμητων εισροών ή/ και εκροών,(ε) εναπόθεση πορόλιθου και (στ) εναπόθεση πώματος στην κορυφή του δοκιμίου...98 Σχήμα 3.24: Σχήμα 3.25: Σχήμα 3.26: Τοποθέτηση του θαλάμου τριαξονικής φόρτισης στη συσκευή διαπερατότητας (α) εγκιβωτισμός δοκιμίου στο θάλαμο και σφράγισμά του, (β) πλήρωση του θαλάμου με νερό...99 Διάγραμμα μεταβολής του όγκου του νερού στο εσωτερικό του εδαφικού δοκιμίου με το χρόνο, καθόλη τη διάρκεια του σταδίου του κορεσμού Διάγραμμα μεταβολής του όγκου του νερού στο εσωτερικό του εδαφικού δοκιμίου με το χρόνο, καθόλη τη διάρκεια του σταδίου της στερεοποίησης Σχήμα 3.27: Γραφικά δεδομένα από στάδιο ελέγχου της διαπερατότητας με χρήση της συσκευής GDS Σχήμα 3.28: Σχήμα 3.29: Σχήμα 3.30: Σχήμα 3.31: Σχήμα 3.32: Σχήμα 4.1: Ασκούμενες πιέσεις στο δοκίμιο κατά το στάδιο του ελέγχου της διαπερατότητας ( ροή από τη βάση προς τη κορυφή του δοκιμίου) Εφαρμοζόμενες τάσεις στο κυλινδρικό δοκίμιο κατά τη δοκιμή ανεμπόδιστης θλίψης Δοκιμή ανεμπόδιστης θλίψης (α) πλαίσιο φόρτισης, (β) δυναμομετρικός δακτύλιος των 50 kν και ψηφιακό μηκυνσιόμετρο Δοκιμή ανεμπόδιστης θλίψης (α) χαρακτηριστική καμπύλη τάσεωνπαραμορφώσεων, (β) μορφή δοκιμίου μετά την αστοχία Πλαίσιο MTS (α) γενική άποψη, (β) λεπτομέρεια του πλαισίου και (γ) λεπτομέρεια του δοκιμίου στη συσκευή Μεταβολή του συντελεστή διαπερατότητας με το λόγο νερού προς τσιμέντο, ανά κοκκομετρία άμμου (αιωρήματα Rheocem 650) xiv

19 Σχήμα 4.2: Σχήμα 4.3: Σχήμα 4.4: Σχήμα 4.5: Σχήμα 4.6: Σχήμα 4.7: Σχήμα 4.8: Σχήμα 4.9: Σχήμα 4.10: Εξάρτηση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων από την κοκκομετρία της άμμου (αιωρήματα Rheocem 650) Μεταβολή του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με την κοκκομετρία της άμμου και το λόγο νερού προς τσιμέντο (αιωρήματα Rheocem 650) Βελτίωση των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των άμμων σε σχέση με την κοκκομετρία τους και το λόγο νερού προς τσιμέντο (αιωρήματα Rheocem 650) Συσχέτιση (α) του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με το λόγο Ν/Τ και (β) της βελτίωσης της διαπερατότητας των άμμων σε σχέση με το λόγο Ν/Τ ( αιωρήματα Rheocem 650) Σχηματική παρουσίαση της εμποτισμένης άμμου (#20-#30 Ottawa) με αιώρημα λεπτόκοκκου τσιμέντου (Helal and Krizek, 1992) Πλήρωση των κενών άμμου #20-#30 Ottawa με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem Συσχέτιση (α) του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων και (β) μεταβολή της βελτίωσης της διαπερατότητας των άμμων με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης (αιωρήματα Rheocem 650) Πλήρωση των κενών ασβεστολιθικών άμμων με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem Συσχέτιση (α) του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων και (β) της βελτίωσης της διαπερατότητας των άμμων με το λόγο Ν/Τ (αιωρήματα κοινών τσιμέντων) Σχήμα 4.11: Συσχέτιση (α) του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων και (β) της βελτίωσης της διαπερατότητας των άμμων με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης (αιωρήματα κοινών τσιμέντων) Σχήμα 4.12: Σχήμα 4.13: Σχήμα 4.14: Σχήμα 4.15: Συσχέτιση (α) του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων και (β) της βελτίωσης της διαπερατότητας των άμμων σε σχέση με το λόγο Ν/Τ ( όλα τα αιωρήματα ) Συσχέτιση (α) του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων και (β) της βελτίωσης της διαπερατότητας των άμμων με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης (όλα τα αιωρήματα) Σύνθεση αποτελεσμάτων : συσχέτιση του λόγου Ν/Τ με το συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση του τελικού ποσοστού εξίδρωσης με το συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων xv

20 Σχήμα 4.16: Σχήμα 5.1: Σχήμα 5.2: Σχήμα 5.3: Σχήμα 5.4: Σχήμα 5.5: Σχήμα 5.6: Σχήμα 5.7: Σχήμα 5.8: Σχήμα 5.9: Σχήμα 5.10: Σχήμα 5.11: Σχήμα 5.12: Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με την ενεργό τους διάμετρο Τυπικές καμπύλες τάσης παραμόρφωσης των εμποτισμένων άμμων από δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης των εμποτισμένων άμμων από δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης στο πλαίσιο φόρτισης των 50 kn και στο πλαίσιο MTS Καμπύλες τάσης- παραμόρφωσης από δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης σε εμποτισμένες άμμους με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem Χαρακτηριστικές μορφές αστοχίας εμποτισμένων άμμων σε δοκιμή ανεμπόδιστης θλίψης Μορφές αστοχίας εμποτισμένων άμμων με πυκνά αιωρήματα τσιμέντου σε δοκιμή ανεμπόδιστης θλίψης Μορφές αστοχίας εμποτισμένων άμμων με αραιά αιωρήματα τσιμέντου σε δοκιμή ανεμπόδιστης θλίψης Ρηγμάτωση εμποτισμένων δοκιμίων έπειτα από αστοχία τους σε δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης Μορφή αστοχίας κυλινδρικού δοκιμίου από σκυρόδεμα κατά τη δοκιμή θλίψης Δημιουργία κωνικών τμημάτων εντός των δοκιμίων έπειτα από θραύση λόγω ανεμπόδιστης θλίψης Παραμόρφωση αστοχίας των εμποτισμένων άμμων σε σχέση με την κοκκομετρία των άμμων (αιωρήματα Rheocem 650) Επίδραση (α) του λόγου Ν/Τ και (β) του τελικού ποσοστού εξίδρωσης στην παραμόρφωση αστοχίας των εμποτισμένων άμμων (αιωρήματα Rheocem 650) Επίδραση (α) του λόγου Ν/Τ και (β) του τελικού ποσοστού εξίδρωσης στην παραμόφωση αστοχίας των εμποτισμένων άμμων (αιωρήματα κοινών τσιμέντων) Σχήμα 5.13: Επίδραση (α) του λόγου Ν/Τ και (β) του τελικού ποσοστού εξίδρωσης στην παραμόφωση αστοχίας των εμποτισμένων άμμων ( όλα τα αιωρήματα) Σχήμα 5.14: Σχήμα 5.15: Συσχέτιση αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας με την αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη (δοκιμές παρούσας έρευνας) Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση της αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας των εμποτισμένων άμμων με το μέγιστο κόκκο τσιμέντου Σχήμα 5.16: Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση της αξονικής παραμόφωσης αστοχίας xvi

21 Σχήμα 5.17: Σχήμα 5.18: των εμποτισμένων άμμων με (α) το λόγο Ν/Τ και (β) το τελικό ποσοστό εξίδρωσης Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση αξονικής παραμόφωσης αστοχίας των εμποτισμένων άμμων με την αντοχή τους σε ανεμπόδιστη θλίψη Ορισμός χαρακτηριστικών μέτρων ελαστικότητας για τις εμποτισμένες άμμους Σχήμα 5.19: Mεταβολή του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας των εμποτισμένων άμμων με την κοκκομετρία της άμμου και το λόγο νερού προς τσιμέντο (αιωρήματα Rheocem 650) Σχήμα 5.20: Σχήμα 5.21: Σχήμα 5.22: Σχήμα 5.23: Σχήμα 5.24: Σχήμα 5.25: Σχήμα 5.26: Σχήμα 5.27: Σχήμα 5.28: Επίδραση (α) του λόγου Ν/Τ και (β) του τελικού ποσοστού εξίδρωσης στο τέμνον μέτρο ελαστικότητας των εμποτισμένων άμμων (αιωρήματα Rheocem 650) Επίδραση (α) του λόγου Ν/Τ και (β) του τελικού ποσοστού εξίδρωσης στο τέμνον μέτρο ελαστικότητας των εμποτισμένων άμμων (αιωρήματα κοινών τσιμέντων) Επίδραση (α) του λόγου Ν/Τ και (β) του τελικού ποσοστού εξίδρωσης στο τέμνον μέτρο ελαστικότητας των εμποτισμένων άμμων (όλα τα αιωρήματα) Συσχέτιση του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας των εμποτισμένων άμμων με την αντοχή τους σε ανεμπόδιστη θλίψη (όλα τα αιωρήματα) Μεταβολή της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη με το λόγο νερού προς τσιμέντο, ανά κοκκομετρία άμμου (αιωρήματα Rheocem 650) Μεταβολή της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με την κοκκομετρία της άμμου και το λόγο νερού προς τσιμέντο (αιωρήματα Rheocem 650) Μεταβολή των κανονικοποιημένων τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων σε σχέση με την κοκκομετρία τους και το λόγο νερού προς τσιμέντου (αιωρήματα Rheocem 650) Συσχέτιση (α) της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων και (β) των κανονικοποιημένων τιμών τους με το λόγο Ν/Τ (αιωρήματα Rheocem 650) Συσχέτιση (α) της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων και (β) των κανονικοποιημένων τιμών τους με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης (αιωρήματα Rheocem 650) Σχήμα 5.29: Συσχέτιση (α) της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων και (β) των κανονικοποιημένων τιμών τους με το λόγο Ν/Τ (αιωρήματα κοινών τσιμέντων) xvii

22 Σχήμα 5.30: Σχήμα 5.31: Σχήμα 5.32: Σχήμα 5.33: Σχήμα 5.34: Σχήμα 5.35: Σχήμα 5.36: Σχήμα 5.37: Σχήμα 6.1: Σχήμα 6.2: Σχήμα 6.3: Σχήμα 6.4: Σχήμα 6.5: Σχήμα 6.6: Συσχέτιση (α) της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων και (β) των κανονικοποιημένων τιμών τους με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης (αιωρήματα κοινών τσιμέντων) Συσχέτιση (α) της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων και (β) των κανονικοποιημένων τιμών τους με το λόγο Ν/Τ (όλα τα αιωρήματα) Συσχέτιση (α) της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων και (β) των κανονικοποιημένων τιμών τους με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης (όλα τα αιωρήματα) Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με το μέγιστο κόκκο τσιμέντου Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με (α) το λόγο Ν/Τ και (β) το τελικό ποσοστό εξίδρωσης Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση α) της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων και (β) των κανονικοποιημένων τιμών τους με το λόγο Ν/Τ Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με το λόγο Ν/Τ (αιωρήματα τσιμέντων κοκκομετρίας, d max, 40 μm ) Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση α) της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων και (β) των κανονικοποιημένων τιμών τους με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με (α) το λόγο Ν/Τ και (β) το τελικό ποσοστό εξίδρωσης Σύνθεση αποτελεσμάτων : συσχέτιση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με το λόγο Ν/Τ Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με το λόγο Ν/Τ και οριοθέτηση των τιμών αυτών Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με (α) το λόγο Ν/Τ και (β) το τελικό ποσοστό εξίδρωσης Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με το λόγο Ν/Τ Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με το λόγο Ν/Τ (οριοθέτηση των τιμών) xviii

23 Σχήμα 6.7: Σχήμα 6.8: Σχήμα 6.9: Σχήμα 6.10: Σύνθεση αποτελεσμάτων : συσχέτιση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με το μέγιστο κόκκο του τσιμέντου για αιωρήματα (α) με λόγο Ν/Τ ίσο προς 1:1 και (β) με λόγο Ν/Τ ίσο προς 2: Συσχέτιση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με της αντοχή τους σε ανεμπόδιστη θλίψη για αιωρήματα (α) Rheocem 650 και (β) κοινών τσιμέντων της παρούσας διατριβής Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με την αντοχή τους σε ανεμπόδιστη θλίψη (αιωρήματα παρούσας έρευνας και έρευνας Πανταζόπουλου,2009) Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με την αντοχή τους σε ανεμπόδιστη θλίψη (αιωρήματα όλων των ερευνών έως σήμερα) xix

24 xx

25 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 2.1: Επίδραση μεγέθους κόκκου στο χρόνο πήξης τσιμέντου...11 Πίνακας 2.2: Συντελεστές διαπερατότητας άμμου εμποτισμένης με λεπτόκοκκο τσιμέντο (Krizek and Helal, 1992)...35 Πίνακας 2.3: Αποτελέσματα δοκιμών διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων (Πανταζόπουλος, 2009)...39 Πίνακας 2.4: Αντοχή εμποτισμένων άμμων σε ανεμπόδιστη θλίψη (Zebovitz et al., 1989)...42 Πίνακας 2.5: Αντοχή εμποτισμένων άμμων σε ανεμπόδιστη θλίψη (Krizek and Helal, 1992)...44 Πίνακας 2.6: Αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη εμποτισμένων δοκιμίων (Mollamahmutoglu and Yilmaz, 2010)...50 Πίνακας 2.7: Αποτελέσματα δοκιμών ανεμπόδιστης θλίψης σε εμποτισμένες άμμους (Πανταζόπουλος, 2009)...54 Πίνακας 3.1: Χημική ανάλυση και σύσταση των τσιμέντων...67 Πίνακας 3.2: Κοκκομετρία των τσιμέντων...68 Πίνακας 3.3: Χημική ανάλυση άμμων...69 Πίνακας 3.4: Ιδιότητες των άμμων...71 Πίνακας 3.5: Τελικό ποσοστό εξίδρωσης των αιωρημάτων...76 Πίνακας 3.6: Αποτελέσματα εκτίμησης ενεσιμότητας...87 Πίνακας 3.7: Εμποτισμοί που πραγματοποιήθηκαν στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής...88 Πίνακας 3.8: Πρόγραμμα δοκιμών...90 Πίνακας 4.1: Τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων Πίνακας 5.1: Αποτελέσματα δοκιμών ανεμπόδιστης θλίψης σε εμποτισμένες άμμους xxi

26 xxii

27 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΥΜΒΟΛΩΝ ΕΛΛΗΝΙΚΟΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΕΣ Σύμβολο Ερμηνεία Μονάδες Α Διατομή δοκιμίου cm 2 Δ(τ) Διορθωτικός συντελεστής - ε Αξονική παραμόρφωση % ε f Αξονική παραμόρφωση αστοχίας % Ε 0 Αρχικό (εφαπτομενικό) μέτρο ελαστικότητας Pa E 50 Τέμνον μέτρο ελαστικότητας για παραμόρφωση Pa ίσης με το 50% της παραμόρφωσης αστοχίας N/T Λόγος νερού προς τσιμέντο - σ 3 Πλευρική τάση Pa σ 3 Ενεργός πλευρική τάση Pa τ Διατμητική τάση dynes/cm 2 τ 0 Αρχική διατμητική τάση dynes/cm 2 Φ s Φαινόμενη ρευστότητα P -1 ΛΑΤΙΝΙΚΟΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΕΣ Σύμβολο Ερμηνεία Μονάδες b Τελικό ποσοστό εξίδρωσης % D Διάμετρος δοκιμίου mm d 10 Ενεργός διάμετρος άμμου mm d max Μέγιστο μέγεθος κόκκων mm dv/dy Ρυθμός διατμητικής παραμόρφωσης sec -1 k, k 20 Συντελεστής διαπερατότητας εμποτισμένης άμμου σε θερμοκρασία 20 ο C cm/sec k α Συντελεστής διαπερατότητας καθαρής άμμου σε θερμοκρασία 20 ο C cm/sec L Μήκος δοκιμίου cm n Φαινόμενο ιξώδες cp n p Πλαστικό ιξώδες cp P Αξονικό φορτίο N p b Εσωτερική πίεση δοκιμίου Pa q Παροχή νερού cm 3 /sec q u Αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη Pa q u,s Αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη εμποτισμένων άμμων με ευσταθή αιωρήματα Pa xxiii

28 xxiv

29 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η παρούσα διατριβή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Γεωτεχνικής Μηχανικής του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών υπό την επίβλεψη του Καθηγητή κ. Δημήτριου Ατματζίδη. Θα ήθελα να εκφράσω την ευγνωμοσύνη μου στον επιβλέποντα καθηγητή μου για την εμπιστοσύνη που μου έδειξε με την ανάθεση της παρούσας διατριβής, καθώς και για την καθοδήγηση και βοήθεια που μου προσέφερε καθόλη τη διάρκεια της εκπόνησής της. Ευχαριστώ ιδιαιτέρως το Διδάκτορα κ. Ιωάννη Πανταζόπουλο για την ανεκτίμητη βοήθειά του, καθώς η παρουσία του υπήρξε καταλυτική τόσο για την ικανοποιητική έκβαση των κύκλων των πειραμάτων όσο και για την ολοκλήρωση της εγγραφής της διατριβής, αφού μεγάλο μέρος της βασίστηκε σε υλικό που μου διέθεσε ο ίδιος. Ευχαριστώ επίσης το συνάδελφο και συμφοιτητή μου Βασίλη Μπασά για τη συνεργασία μας κατά τη διάρκεια διεξαγωγής της σειράς των εμποτισμών και τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων των αιωρημάτων. Τέλος, για το αμείωτο και ειλικρινές τους ενδιαφέρον για την πορεία της συγκεκριμένης έρευνας ευχαριστώ όλους τους καθηγητές και τους μεταπτυχιακούς και διδακτορικούς φοιτητές του εργαστηρίου και γενικότερα του τομέα. xxv

30 xxvi

31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων και της συμπεριφοράς εδαφικών και βραχωδών σχηματισμών επιτυγχάνεται συχνά με τη μέθοδο των ενέσεων. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται, κυρίως, για τον έλεγχο των υπόγειων ροών ή/και για τη βελτίωση της αντοχής του εδάφους σε εφαρμογές που περιλαμβάνουν φράγματα, σήραγγες, ΧΥΤΑ, γέφυρες και μεγάλα οικοδομικά έργα. Οι ενέσεις εμποτισμού είναι ο παλαιότερος τύπος ενέσεων που αναπτύχθηκε, είναι οι συχνότερα χρησιμοποιούμενες και έχουν το ευρύτερο φάσμα εφαρμογών. Για την εκτέλεση των ενέσεων εμποτισμού χρησιμοποιούνται δύο κατηγορίες ενεμάτων, τα αιωρήματα και τα χημικά διαλύματα. Τα αιωρήματα έχουν χαμηλό κόστος και είναι αβλαβή για το περιβάλλον, όμως έχουν περιορισμένο πεδίο εφαρμογής που φθάνει μέχρι τις χονδρόκοκκες άμμους. Αντίθετα, τα διαλύματα μπορούν να εμποτίσουν μέχρι και λεπτόκοκκες άμμους ή και χονδρόκοκκες ιλύες, όμως έχουν σημαντικά υψηλότερο κόστος και, μερικά από αυτά, είναι επιβλαβή για το περιβάλλον και τον άνθρωπο. Για τους λόγους αυτούς γίνεται προσπάθεια να αντικατασταθούν τα χημικά διαλύματα με φιλικά προς το περιβάλλον αιωρήματα που να έχουν το ίδιο πεδίο εφαρμογής. Η προσπάθεια αυτή οδήγησε στην ανάπτυξη των αιωρημάτων λεπτόκοκκων τσιμέντων. Το πρώτο από τα λεπτόκοκκα τσιμέντα (MC-500) εμφανίστηκε στη διεθνή αγορά στις αρχές της δεκαετίας του Με την πάροδο του χρόνου, αναπτύχθηκε ένας σχετικά μικρός αριθμός λεπτόκοκκων τσιμέντων που διατίθενται στην αγορά και έχουν κόστος εφαρμογής μεταξύ του κόστους των κοινών τσιμέντων και του κόστους των χημικών διαλυμάτων. Κατά την τελευταία δεκαετία, παρατηρείται διεθνώς αυξημένο ενδιαφέρον για τη δημιουργία και την τεκμηρίωση των ιδιοτήτων νέων λεπτόκοκκων υλικών, με χαμηλότερο κόστος, για χρήση σε ενέσεις τύπου αιωρήματος. Προς την κατεύθυνση αυτή έχει ήδη ολοκληρωθεί εκτεταμένο ερευνητικό πρόγραμμα με τη συνεργασία αρκετών φορέων, ανάμεσά τους και του Πανεπιστημίου Πατρών, αντικείμενο του οποίου υπήρξε η ανάπτυξη και η επιστημονική τεκμηρίωση των ιδιοτήτων και του πεδίου εφαρμογής μίας σειράς νέων υλικών ενέσεως τύπου αιωρήματος που έχουν τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν αντί χημικών διαλυμάτων για τη βελτίωση των ιδιοτήτων εδαφών με κοκκομετρία έως λεπτόκοκκης άμμου. Η παρούσα διατριβή αποτελεί επέκτασησυμπλήρωση μέρους αυτού του ερευνητικού προγράμματος, που βασίστηκε στη συγκριτική αξιολόγηση της βελτίωσης των υδραυλικών και μηχανικών ιδιοτήτων των εμποτισμένων άμμων με χρήση ευσταθών και ασταθών αιωρημάτων και, ιδιαίτερα, στη μελέτη της επίδρασης της ευστάθειας των αιωρημάτων στη διαπερατότητα και την αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων, επειδή υπήρξαν ενδείξεις του καθοριστικού ρόλου που διαδραματίζει το τελικό ποσοστό εξίδρωσης των αιωρημάτων των τσιμέντων στη βελτίωση της μηχανικής και υδραυλικής συμπεριφοράς των εμποτισμένων άμμων. Και τούτο, διότι το τελικό ποσοστό εξίδρωσης εξαρτάται τόσο από το λόγο νερού προς τσιμέντο (Ν/Τ) των αιωρημάτων όσο και από την κοκκομετρία των χρησιμοποιούμενων τσιμέντων.

32 2 Για τις ανάγκες της εργαστηριακής διερεύνησης χρησιμοποιήθηκαν τρεις τύποι τσιμέντου. Ένα βιομηχανοποιημένο τσιμέντο, ένα καθαρό τσιμέντο Portland και ένα σύνθετο τσιμέντο Portland. Τα δύο τελευταία τσιμέντα, λειοτριβήθηκαν ώστε να προκύψει μία επιπλέον κοκκομετρική σύνθεση από το καθένα με μέγιστο μεγέθος κόκκων 40 μm. Ως εδάφη για την παραγωγή εμποτισμένων δοκιμίων, χρησιμοποιήθηκαν τέσσερις διαφορετικής κοκκομετρικής διαβάθμισης ασβεστολιθικές άμμοι και μια χαλαζιακή άμμος, με συντελεστές ομοιομορφίας, Cu, στο διάστημα μεταξύ 1.20 και 1.46 και χαρακτηριστικό μέγεθος κόκκων, d 10, κυμαινόμενο από περίπου 0.3 mm έως περίπου 2.0 mm. Η έρευνα που εκτελέστηκε και αποτελεί το αντικείμενο αυτής της διατριβής περιλαμβάνει, αρχικά, την τεκμηρίωση των βασικών ιδιοτήτων των αιωρημάτων των τσιμέντων, με δοκιμές εξίδρωσης και ιξωδομέτρησης και τον εργαστηριακό έλεγχο της ενεσιμότητάς τους με δοκιμές εισπίεσης σε μικρά δοκίμια. Τα αποτελέσματα αυτής της διερεύνησης οδήγησαν στον προσδιορισμό του πεδίου εφαρμογής των αιωρημάτων και στη διαμόρφωση του προγράμματος δοκιμών για το κυρίως αντικείμενο της εργασίας, που σχεδιάστηκε και εκτελέστηκε ώστε να τεκμηριωθεί η υδραυλική και μηχανική συμπεριφορά των εδαφών που εμποτίζονται με αιωρήματα λεπτόκοκκων και κοινών τσιμέντων. Για το σκοπό αυτό, έγινε παραγωγή εμποτισμένων δοκιμίων που υποβλήθηκαν σε εργαστηριακό έλεγχο (α) για την εκτίμηση της διαπερατότητας και των μηχανικών ιδιοτήτων τους, (β) για την αποτίμηση της επίδρασης σειράς παραμέτρων που σχετίζονται με τα χαρακτηριστικά των αιωρημάτων και των άμμων και (γ) για την ποσοτικοποίηση της μείωσης της διαπερατότητας των άμμων που επιτυγχάνεται με τον εμποτισμό τους με αιωρήματα τσιμέντων καθώς και τη σύγκριση των τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη που δίνει ο εμποτισμός των άμμων με τα ευσταθή και ασταθή αιωρήματα. Στις παραγράφους που ακολουθούν, παρουσιάζεται η διάρθρωση αυτής της διατριβής και περιγράφεται συνοπτικά το περιεχόμενο όλων των Κεφαλαίων που ακολουθούν. Η διατριβή περιλαμβάνει 7 Κεφάλαια και 3 Παραρτήματα. Στο Κεφάλαιο 2 συνοψίζονται πληροφορίες από τη βιβλιογραφική ανασκόπηση που πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής. Αρχικά, δίνονται στοιχεία για τις ενέσεις εμποτισμού ως μεθόδου βελτίωσης του εδάφους και πιο αναλυτικά για τις ενέσεις τύπου αιωρήματος. Παρέχονται πληροφορίες για τα υλικά σύνθεσης των αιωρημάτων, με ιδιαίτερη έμφαση στα λεπτόκοκκα τσιμέντα. Ακολουθεί καταγραφή των ιδιοτήτων των αιωρημάτων και, ιδίως, εκείνων που έχουν ως βάση τα λεπτόκοκκα τσιμέντα. Τέλος, παρατίθενται τα αποτελέσματα πειραματικών διερευνήσεων που έχουν στόχο τον προσδιορισμό των υδραυλικών (συντελεστής διαπερατότητας) και μηχανικών ιδιοτήτων (αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη) των εμποτισμένων άμμων καθώς και την αποτελεσματικότητα των ενέσεων εμποτισμού τύπου αιωρήματος, με έμφαση στα αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων. Στο Κεφάλαιο 3 συνοψίζονται τα κυριότερα συμπεράσματα που προέκυψαν από την ανασκόπηση της διαθέσιμης βιβλιογραφίας σχετικά με τη χρήση λεπτόκοκκων τσιμέντων για τη βελτίωση εδαφών με ενέσεις εμποτισμού. Έμφαση δίνεται σε παρατηρήσεις σχετικά με τη βελτίωση των υδραυλικών (συντελεστής διαπερατότητας) και των μηχανικών ιδιοτήτων (αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη) των εμποτισμένων άμμων. Κατόπιν, αναφέρονται οι στόχοι

33 3 της παρούσας εργαστηριακής έρευνας και περιγράφονται τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν (τσιμέντα, άμμοι). Στη συνέχεια, περιγράφεται ο τρόπος παρασκευής των αιωρημάτων και τεκμηριώνονται δύο σημαντικές ιδιότητές τους, η εξίδρωση και το ιξώδες. Η αξιολόγηση των αιωρημάτων ολοκληρώνεται με τον έλεγχο της ενεσιμότητάς τους μέσω γενικών κριτηρίων αλλά και δοκιμών εισπίεσης σε μικρά δοκίμια. Με βάση τα αποτελέσματα που προέκυψαν, διαμορφώθηκε το πρόγραμμα δοκιμών που εκτελέστηκε στο πλαίσιο αυτής της διατριβής. Τέλος, περιγράφεται η διάταξη εμποτισμού και ο τρόπος παραγωγής δοκιμίων έτοιμων για εργαστηριακό έλεγχο, οι συσκευές που χρησιμοποιήθηκαν και οι διαδικασίες που εφαρμόστηκαν για την εκτέλεση δοκιμών διαπερατότητας και αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται, αρχικά, τα αποτελέσματα των δοκιμών διαπερατότητας σε δοκίμια εμποτισμένων άμμων που παρασκευάστηκαν υπό συνθήκες αντιπροσωπευτικές, κατά το δυνατόν, αυτών που επικρατούν στο πεδίο κατά την εκτέλεση των ενέσεων εμποτισμού. Ακολούθως, τα αποτελέσματα αυτά αξιοποιούνται κατάλληλα με στόχο την εκτίμηση της επίδρασης μιας σειράς παραμέτρων που χαρακτηρίζουν τα συστατικά των εμποτισμένων άμμων ( λόγος νερού προς τσιμέντο, κοκκομετρία της άμμου, τύπος και κοκκομετρία του τσιμέντου και τελικό ποσοστό εξίδρωσης των αιωρημάτων τσιμέντου που εμπότισαν τις διάφορες κοκκομετρίες της άμμου) και την ποσοτικοποίηση της βελτίωσης (μείωση) του συντελεστή διαπερατότητας των άμμων, στην περίπτωση εμποτισμού τους με αιωρήματα τσιμέντων. Παράλληλα για την καλύτερη σύνθεση και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της παρούσας έρευνας, γίνεται χρήση και αποτελεσμάτων προηγούμενης έρευνας με ίδια τσιμέντα. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται και σχολιάζονται τα αποτελέσματα της διερεύνησης της μηχανικής συμπεριφοράς των εμποτισμένων άμμων, τα οποία προέκυψαν αποκλειστικά από την εκτέλεση δοκιμών ανεμπόδιστης θλίψης. Στη συνέχεια, γίνεται παρουσίαση και σχολιασμός της μορφής των καμπυλών τάσης-παραμόρφωσης και γενικότερα της μορφής της αστοχίας των εμποτισμένων δοκιμίων κατά τον έλεγχό τους σε δοκιμή σε ανεμπόδιστη θλίψη. Τα αποτελέσματα του συνόλου των εργαστηριακών δοκιμών (παραμόρφωση αστοχίας, ε f, τέμνον μέτρο ελαστικότητας για παραμόρφωση ίση προς το 50% της παραμόρφωσης αστοχίας, Ε 50, και αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη, q u ) αξιοποιούνται κατάλληλα ώστε να εκτιμηθεί η επίδραση μιας σειράς παραμέτρων που χαρακτηρίζουν τα συστατικά των εμποτισμένων άμμων, δηλαδή του λόγου νερού προς τσιμέντο, της κοκκομετρίας της άμμου, του τύπου και της κοκομετρίας του τσιμέντου και κυρίως, του τελικού ποσοστού εξίδρωσης των αιωρημάτων που εμπότισαν τις διάφορες κοκκομετρίες άμμου. Παράλληλα, για πληρέστερη σύνθεση και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της παρούσας έρευνας, αξιοποιούνται και αποτελέσματα προηγούμενης έρευνας σε όμοια υλικά. Στο Κεφάλαιο 6 γίνεται μια προσπάθεια συγκέντρωσης των ερευνών που έχουν γίνει έως σήμερα με στόχο τον προσδιορισμό της διαπερατότητας και της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα τσιμέντου. Τα αποτελέσματα αυτά δίνονται σε μορφή γραφημάτων μαζί με τα αντίστοιχα αποτελέσματα της παρούσας έρευνας και της έρευνας του Πανταζόπουλου (2009), ως συνάρτηση, κυρίως, του λόγου νερού προς τσιμέντο, λόγω του αποδεδειγμένα καθοριστικού ρόλου του στη διαμόρφωση των τιμών τόσο της

34 διαπερατότητας όσο και της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων. Μέσα από αυτή τη σύνθεση των αποτελεσμάτων επιδιώκεται η καλύτερη αξιολόγησή τους αλλά και η διατύπωση γενικευμένων συμπερασμάτων. Στο Κεφάλαιο 7 παρατίθενται τα κύρια συμπεράσματα που προέκυψαν από την επεξεργασία, ανάλυση και σύνθεση των αποτελεσμάτων της εργαστηριακής διερεύνησης καθώς και από το σύνολο των παρατηρήσεων που έγιναν στο πλαίσιο αυτής της διατριβής. Όλα τα πρωτογενή δεδομένα που καταγράφηκαν κατά την εκτέλεση των εργαστηριακών δοκιμών κι η συγκέντρωση των αποτελεσμάτων (αποτελέσματα διαπερατότητας και αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη εμποτισμένων άμμων) όλου του ερευνητικού έργου που αναφέρεται μέχρι σήμερα στη βιβλιογραφία παρουσιάζονται στο τέλος της διατριβής σε μορφή Παραρτημάτων. 4

35 5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ Στο Κεφάλαιο αυτό συνοψίζονται πληροφορίες από τη βιβλιογραφική ανασκόπηση που πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής. Αρχικά, δίνονται στοιχεία για τις ενέσεις εμποτισμού ως μεθόδου βελτίωσης του εδάφους και πιο αναλυτικά για τις ενέσεις τύπου αιωρήματος. Παρέχονται πληροφορίες για τα υλικά σύνθεσης των αιωρημάτων, με ιδιαίτερη έμφαση στα λεπτόκοκκα τσιμέντα. Ακολουθεί καταγραφή των ιδιοτήτων των αιωρημάτων και, ιδίως, εκείνων που έχουν ως βάση τα λεπτόκοκκα τσιμέντα. Τέλος, παρατίθενται τα αποτελέσματα πειραματικών διερευνήσεων που έχουν στόχο τον προσδιορισμό των υδραυλικών (διαπερατότητα) και μηχανικών ιδιοτήτων (αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη) των εμποτισμένων άμμων καθώς και την αποτελεσματικότητα των ενέσεων εμποτισμού τύπου αιωρήματος, με έμφαση στα αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων. 2.1 ΒΕΛΤΙΩΣΕΙΣ ΕΔΑΦΩΝ ΜΕ ΕΝΕΣΕΙΣ ΕΜΠΟΤΙΣΜΟΥ Μια μεγάλη κατηγορία μεθόδων βελτίωσης ενίσχυσης εδαφών είναι αυτή των ενέσεων. Με τον όρο ένεση εννοείται η διοχέτευση, υπό πίεση, ενός ρευστού υλικού στο απαιτούμενο βάθος από την επιφάνεια του εδάφους. Το υλικό της ένεσης, που είναι είτε αιώρημα στερεών κόκκων σε νερό είτε διάλυμα χημικών ουσιών, εμποτίζει το έδαφος εκτοπίζοντας το νερό των πόρων ή αναμειγνύεται με το έδαφος ή εκτοπίζει ίσο όγκο εδάφους και πήζει σε μικρό σχετικά χρονικό διάστημα. Γενικά, με τις ενέσεις επιδιώκεται η αύξηση της διατμητικής αντοχής, η αύξηση της δυσκαμψίας, η αύξηση της πυκνότητας, η μείωση της συμπιεστότητας και η μείωση της διαπερατότητας του εδαφικού υλικού ή και συνδυασμός αυτών. Ένα κατάλληλο πρόγραμμα ενέσεων μπορεί (α) να εκτελεστεί σαν μέρος των προκαταρκτικών εργασιών πεδίου πριν από την έναρξη κατασκευής ενός έργου, (β) να αποτελεί τμήμα της κατασκευής του κυρίως έργου, ή (γ) να σχεδιαστεί και να εκτελεστεί σαν «θεραπευτική αγωγή» όταν εμφανίζονται απρόβλεπτες συνθήκες κατά τη διάρκεια της κατασκευής ενός έργου Κατηγοριοποίηση των ενέσεων και των ενεμάτων Οι μέθοδοι των ενέσεων μπορούν να καταταχθούν βάσει διαφόρων κριτηρίων, όπως είναι ο τύπος του ενέματος, οι περιπτώσεις εφαρμογής, ο κάνναβος των σημείων ένεσης και η διαδοχή των βημάτων της κατασκευής. Βάσει των Hontoria and Sanchez-Blanco (2006) και σύμφωνα με τα ευρωπαϊκά πρότυπα ΕΝ12715:2000 και EN12716:2001, οι μέθοδοι των ενέσεων διακρίνονται σε δυο μεγάλες κατηγορίες (Σχήμα 2.1): στις μεθόδους όπου η διαδικασία της ένεσης δεν επιφέρει μετατόπιση ή αντικατάσταση μέρους του εδαφικού υλικού και σε εκείνες που κατά την εκτέλεση της ένεσης σημειώνεται (ή και επιδιώκεται πολλές φορές) μετατόπιση ή αντικατάσταση αυτού. Στην πρώτη κατηγορία οι ενέσεις διακρίνονται σε εμποτισμού και πλήρωσης. Με τις ενέσεις εμποτισμού, όπως έχει ήδη αναφερθεί, προκαλείται αντικατάσταση του αέρα ή του νερού των πόρων του εδάφους είτε των ασυνεχειών της βραχόμαζας με τη διοχέτευση ενέματος υπό σχετικά χαμηλή πίεση για την αποφυγή διαταραχής του εδαφικού σχηματισμού. Η μέθοδος αυτή αποτελεί την «κλασική» μέθοδο των ενέσεων και βρίσκει εφαρμογή σε εδαφικές ζώνες μικρού σχετικά

36 6 όγκου και σε απόσταση από την επιφάνεια του εδάφους. Στην παρούσα διατριβή θα μας απασχολήσουν οι ενέσεις εμποτισμού που σχετίζονται με τους πόρους των εδαφών, έτσι, δε θα επεκταθούμε περαιτέρω στις υπόλοιπες κατηγορίες των ενέσεων. Τα ενέματα εμποτισμού κατατάσσονται στη βιβλιογραφία βάσει ποικίλων κριτηρίων (στόχος χρήσης, πρακτική εφαρμογή κ.ά.) αλλά και με βάση τη ρεολογία και το κόστος τους (Bruce et al.,1997). Ανάλογα με τις ουσίες που χρησιμοποιούνται τα ενέματα διακρίνονται σε κονιάματα, αιωρήματα, διαλύματα και γαλακτώματα. Σε γεωτεχνικές εφαρμογές, οι ενέσεις εμποτισμού διακρίνονται σε αιωρήματα και διαλύματα (ΕΝ 12715:2000). Στα αιωρήματα μικροί κόκκοι στερεών βρίσκονται σε αιώρηση μέσα σε ένα ρευστό μέσο διασποράς. Αυτά τα μείγματα νερού και στερεών με μέγεθος κόκκων που ποικίλλει αποτελούν σημαντικό κομμάτι της τεχνολογίας των ενέσεων και χρησιμοποιούνται αρκετά συχνά για τη βελτίωση τόσο της υδραυλικής όσο και της μηχανικής συμπεριφοράς των εδαφικών σχηματισμών. Μάλιστα, προτιμούνται σε σύγκριση με άλλα ενέματα, όπως είναι τα χημικά, λόγω του χαμηλού τους κόστους. Παρουσιάζουν σχετικά υψηλό ιξώδες το οποίο σημειώνει σημαντική αύξηση με το πέρασμα του χρόνου και γενικά, εμφανίζουν ρεολογική συμπεριφορά τύπου Bingham. Τα αιωρήματα χρειάζονται από λίγες ώρες έως και κάποιες μέρες για την απόκτηση μιας ικανοποιητικής αντοχής. Τα πιο συνηθισμένα από αυτά τα ενέματα, εκτός από τα αιωρήματα τσιμέντου Portland και λεπτόκοκκων τσιμέντων, είναι τα ενέματα άμμου-τσιμέντου, αργίλου-τσιμέντου, τσιμέντου-μπεντονίτη και τα αιωρήματα μείγματος ποζολανών- τσιμέντων. Επειδή τα αιωρήματα αποτελούν το αντικείμενο της παρούσας διατριβής, θα αναπτυχθούν εκτενέστερα σε επόμενες παραγράφους με έμφαση κυρίως στις ιδιότητές τους. Σχήμα 2.1: Κατηγορίες των ενέσεων (Hontoria and Sanchez-Blanco, 2006)

37 Τα διαλύματα είναι ρευστά ομογενή μοριακά μείγματα αποτελούμενα από δύο ή περισσότερες ουσίες. Ανάλογα με τον τύπο του υλικού που διαλύεται στο νερό για την παρασκευή τους, τα διαλύματα διακρίνονται σε πραγματικά και σε κολλοειδή. Στα πραγματικά διαλύματα συγκαταλέγονται οι ρητίνες. Γενικά, τα διαλύματα αυτά εμφανίζουν πολύ χαμηλό ιξώδες που το διατηρούν σταθερό μέχρι τη σκλήρυνση του αιωρήματος, η οποία επέρχεται απότομα ( αρκούν μόλις λίγα δευτερόλεπτα έως μία ώρα το πολύ). Τα διαλύματα που χρησιμοποιούνται έχουν ιξώδες κυμαινόμενο από 2 έως 10 cp, συμπεριφέρονται ως Νευτώνια ρευστά και λόγω της σημαντικής συρρίκνωσης που υφίστανται, οδηγούν σε μειωμένες αντοχές. Από τους διάφορους τύπους ρητινών που χρησιμοποιήθηκαν ως υλικά για ενέσεις εμποτισμού, τα φαινοπλαστικά, τα αμινοπλαστικά, τα πολυμερή (αφρώδη υλικά) και τα πολυμεθυλικά ακρυλικά (PMA) βρίσκουν ακόμα εφαρμογή, ενώ αποφεύγεται τα τελευταία χρόνια η χρήση των ακρυλαμίδιων και των λιγνοσουλφονικών λόγω της τοξικότητάς τους (Van der Stoel, 2001). Στα κολλοειδή διαλύματα οι κόκκοι των στερεών παρουσιάζουν μεγαλύτερο μέγεθος από τα μόρια,αλλά είναι μικρότεροι από τα στερεά των αιωρημάτων (0.001< d < 0.1 μm). Το ιξώδες τους μεταβάλλεται ανάλογα με τα χρησιμοποιούμενα πρόσμικτα. Συγκεκριμένα, αμέσως μετά την ανάμειξη των υλικών, το ιξώδες είναι μικρό αλλά αυξάνεται βαθμηδόν κατά το στάδιο της σκλήρυνσης, η οποία μπορεί να διαρκέσει από αρκετά λεπτά έως και μερικές ώρες. Η πιο μοντέρνα σύνθεση αυτών των διαλυμάτων έχει ως βάση το πυριτικό νάτριο και προβλέπει κατά κύριο λόγο τη διάλυση πυριτικού νατρίου στο νερό μαζί με έναν ανόργανο (αλουμινικό νάτριο) ή οργανικό (εστέρας) σκληρυντή (Karol, 1982). Τα πυριτικά διαλύματα συμπεριφέρονται ως Νευτώνια ρευστά. Η αντοχή τους εξαρτάται από τον τύπο του σκληρυντή κι είναι ανάλογη της περιεκτικότητάς τους σε πυρίτιο. Η χρήση των διαλυμάτων αυτών περιορίζεται στη βελτίωση των υδραυλικών χαρακτηριστικών των εδαφικών σχηματισμών, λόγω των όχι και τόσο υψηλών αντοχών που παρουσιάζουν. Μερικοί ερευνητές εντάσσουν στην κατηγορία αυτή και τα αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων (Van der Stoel, 2001). Άλλες πάλι αναφορές κάνουν λόγο για παρόμοια ρεολογική συμπεριφορά μεταξύ αιωρημάτων λεπτόκοκκων τσιμέντων και διαλυμάτων πυριτικού νατρίου αλλά μόνο για υψηλούς λόγους νερού προς τσιμέντο (Ν/Τ) και κατά τις πρώτες ώρες έπειτα από την παρασκευή τους ( Arenzana et al., 1989, Bouchelaghem and Almosni, 2003). Μέχρι σήμερα, έχει αναπτυχθεί ποικιλία εφαρμογών με βάση το πυριτικό νάτριο άλλα έχουν χρησιμοποιηθεί και άλλα υλικά που δεν έχουν καμία σχέση με αυτό. Έτσι, ο μηχανικός έχει τη δυνατότητα να επιλέξει υλικό ένεσης από ένα μεγάλο αριθμό υλικών και ανάλογα με τις ειδικές απαιτήσεις του έργου που τον απασχολεί. Για την επιλογή υλικού ένεσης λαμβάνονται υπόψη οι μηχανικές ιδιότητες ( μηχανική αλλοίωση, μήκος διείσδυσης, αντοχή), οι χημικές ιδιότητες (χημική αλλοίωση, έλεγχος χρόνου πήξης, ευαισθησία, τοξικότητα) και οι οικονομικοί παράγοντες (κόστος, διαθέσιμη ποσότητα) (Karol, 1982). 7

38 8 2.2 ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΕΝΕΜΑΤΩΝ ΤΥΠΟΥ ΑΙΩΡΗΜΑΤΟΣ Τα ενέματα τύπου αιωρήματος μπορεί να είναι μείγματα εδάφους- νερού ή αργίλουνερού, όπως έχει σημειωθεί και σε προηγούμενη παράγραφο. Αυτός ο τύπος ενέματος αποτελεί την πιο οικονομική λύση, υστερεί όμως σημαντικά στο θέμα της εισπίεσης, δηλαδή στη διείσδυση στα κενά των προς βελτίωση εδαφικών σχηματισμών, αλλά και της αντοχής. Τα ενέματα αυτά δεν εμφανίζουν ικανότητα τσιμέντωσης κι έτσι η μείωση της διαπερατότητας του εμποτισμένου εδάφους είναι σχετικά μικρή (Mitchell, 1970). Για τους λόγους αυτούς, στις ενέσεις εμποτισμού χρησιμοποιούνται κυρίως αιωρήματα με βάση το τσιμέντο και ιδίως το κοινό τσιμέντο Portland. Ανάλογα με τις ανάγκες κάθε εφαρμογής (π.χ. υψηλή αρχική αντοχή, αντίσταση σε χημικό περιβάλλον) είναι δυνατό αντί του κοινού τσιμέντου να γίνει χρήση τσιμέντων διαφορετικών τύπων, όπως είναι τα αλουμινικά, τα σκωριακά κ.ά.. Ακόμα, μπορεί να προστεθούν στα ενέματα κάποια στερεά (άμμος, άργιλος) με βασικό στόχο τη μείωση του κόστους των ενέσεων. Η χρήση άλλων προσμίκτων όπως η ιπτάμενη τέφρα, η σκωρία και η πυριτική παιπάλη, καθώς και η προσθήκη χημικών βελτιωτικών (υπερρρευστοποιητές, μειωτές νερού, επιταχυντές πήξης κ.ά.) έχει ως στόχο τη βελτίωση ορισμένων ιδιοτήτων των αιωρημάτων. Στις ακόλουθες παραγράφους περιγράφονται τα συστατικά που χρησιμοποιούνται στην παρασκευή αιωρημάτων με βάση το τσιμέντο και αναφέρεται η επίδρασή τους στις ιδιότητες των ενεμάτων αυτών Νερό Τα χαρακτηριστικά των αιωρημάτων τσιμέντου επηρεάζονται σημαντικά από την ποιότητα του νερού που χρησιμοποιείται για την παρασκευή τους και για το λόγο αυτό θα πρέπει να εξετάζεται το νερό πριν από τη χρήση του. Η τιμή του ph αποτελεί τη σημαντικότερη παράμετρο επιρροής επειδή η οξύτητα του νερού επηρεάζει το χρόνο πήξης των ενεμάτων. Για τιμές 6 < ph < 8 η επίδραση της οξύτητας είναι αμελητέα (Van der Stoel, 2001). Όταν το νερό έχει πολύ μικρή περιεκτικότητα σε άλατα, κρίνεται ακατάλληλο για χρήση (Chapuis et al.,1982). Νερό που περιέχει σουλφονικά (> 0.1%), χλώριο (> 0.5%), σάκχαρα, οργανικά αιωρούμενα στερεά ή έχει υψηλή περιεκτικότητα σε αλκάλια δεν θα πρέπει να χρησιμοποιείται, αφού θεωρείται τεχνικά επικίνδυνο, ιδίως για τις εφαρμογές με απαιτήσεις υψηλής αντοχής και με παρουσία χάλυβα (κίνδυνος οξείδωσης οπλισμού). Γενικά, το πόσιμο νερό θεωρείται κατάλληλο για την παρασκευή αιωρημάτων τσιμέντου (Littlejohn,1982) και έχουν καταγραφεί ερευνητικές προσπάθειες στις οποίες έχει χρησιμοποιηθεί πόσιμο νερό για παρόμοιο σκοπό (Eriksson and Stille, 2003, Eriksson et al., 2003). Μάλιστα, σε περίπτωση που το υλικό της τσιμεντένεσης δεν πρόκειται να έρθει σε επαφή με δομικό χάλυβα, δύναται να χρησιμοποιηθεί και θαλασσινό νερό. Καθαρό νερό, χωρίς αλμυρή, υφάλμηρη ή πικρή γεύση χρησιμοποιείται κανονικά και δίχως εξέταση (Weaver, 1991).

39 Τσιμέντο Ο κύριος τύπος ενέσεων αιωρήματος έχει σαν βάση το τσιμέντο Portland. Η συνήθης μορφή του τσιμέντου αυτού περιέχει τα εξής οξείδια: πυριτικό τριασβέστιο (C 3 S), πυριτικό διασβέστιο (C 2 S) και αργιλικό τριασβέστιο (C 3 A), που είναι οι τρεις φάσεις του κλίνκερ (του προϊόντος, δηλαδή, της σύγχρονης όπτησης ασβεστόλιθου και αργίλου, τα οποία αποτελούν τις απαραίτητες πρώτες ύλες για την παρασκευή των κύριων συστατικών του τσιμέντου), διασβέστιο του αργιλίου-σιδήρου (C 2 (A,F)), οξείδιο του μαγνησίου (MgO), οξείδιο του ασβεστίου (CaO) και γύψο. Τα βασικά αυτά συστατικά παρουσιάζουν διαφορετική συμπεριφορά και οι σχετικές αναλογίες τους καθορίζουν τις ιδιότητες του τσιμέντου. Βάσει λοιπόν του Προτύπου ΕΛΟΤ-197.1, τα ελληνικά τσιμέντα χαρακτηρίζονται από τον τύπο και από έναν αριθμό που δηλώνει την αντοχή. Οι τύποι των τσιμέντων σύμφωνα με το παραπάνω Πρότυπο περιγράφονται συνοπτικά παρακάτω: Τύπος CEM I : Τσιμέντο Portland. Αποτελείται από κλίνκερ αλεσμένο με δευτερεύοντα συστατικά (π.χ. φυσική ποζολάνη, ιπτάμενη τέφρα, σκωρία υψικαμίνου, πληρωτικά) σε ποσοστό μέχρι 5% κατά βάρους. Τύπος CEM II : Σύνθετο τσιμέντο Portland. Παράγεται με συνάλεση κλίνκερ (65-94% κ.β.), άλλων κύριων συστατικών ( π.χ. ποζολάνη, ιπτάμενη τέφρα, σκωρία υψικαμίνου, άχνη ασβεστόλιθου) και δευτερευόντων συστατικών (0-5%). Το τσιμέντο αυτό είναι οικονομικότερο από το CEM I. Τύπος CEM III : Σκωριοτσιμέντο. Παράγεται με συνάλεση κλίνκερ (5-64%), σκωρίας υψικαμίνου (36-95%) και δευτερευόντων συστατικών (0-5%). Το τσιμέντο αυτό χαρακτηρίζεται από υψηλή αρχική αντοχή. Τύπος CEM IV : Ποζολανικό τσιμέντο. Περιέχει κλίνκερ (45-89%), φυσική ποζολάνη και/ή ιπταμενη τέφρα και/ή πυριτική παιπάλη (11-55%) και δευτερεύοντα συστατικά (0-5%). Λόγω μικρότερης περιεκτικότητας σε C 3 S και C 3 A και μεγαλύτερης σε ποζολάνες χαρακτηρίζεται από μικρότερη θερμότητα ενυδάτωσης και δίνει μικρότερη αρχική αντοχή αλλά παρόμοια τελική. Τύπος CEM V : Σύνθετο τσιμέντο. Περιέχει κλίνκερ (20-64%), σκωρία υψικαμίνου (18-50%), ποζολάνη και/ή ιπτάμενη τέφρα (18-50%) και δευτερεύοντα συστατικά (0-5%). Ας σημειωθεί ότι στα παραπάνω ποσοστά δε συμπεριλαμβάνονται το θειικό ασβέστιο (π.χ. γύψος) ή τυχόν άλλα πρόσθετα, τα οποία προστίθενται επιπλέον ανάλογα με τις απαιτήσεις της παραγωγής. Μάλιστα, επειδή οι συνδυασμοί αντοχών και συνθέσεων δεν είναι όλοι εφικτοί, οι συνηθέστεροι τύποι τσιμέντων που χρησιμοποιούνται στην Ελλάδα είναι το CEM I 42.5 ( επειδή εξασφαλίζει ταχύτερη ανάπτυξη της αντοχής), το CEM II 32.5 καθώς και το CEM ΙΙ 42.5 (συνήθως εκεί όπου υπάρχει ανάγκη για χαμηλή θερμότητα ενυδάτωσης). Στην παρούσα διατριβή, για το σχεδιασμό των αιωρημάτων με τα οποία εμποτίστηκαν οι διαφορετικής κοκκομετρίας άμμοι, χρησιμοποιήθηκαν από τα κοινά τσιμέντα το CEM I 42.5 και το CEM II Τα τσιμέντα, λοιπόν, κατατάσσονται σε διάφορες κατηγορίες ανάλογα με την περιεκτικότητα που εμφανίζουν στα προαναφερθέντα συστατικά. Η κατάταξη που ακολουθούν τα Αμερικανικά Πρότυπα (ASTM C150-04) διαφέρει από εκείνη των

40 10 Ευρωπαϊκών (EN 197-1:2000) και δεν υπάρχει απευθείας αντιστοιχία μεταξύ αυτών των κατηγοριών ( Επίσης, τα τσιμέντα χαρακτηρίζονται από μηχανικές και φυσικές ιδιότητες που προσδιορίζονται με την εκτέλεση πρότυπων δοκιμών. Σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό Πρότυπο EN 197-1:2000, οι ιδιότητες αυτές είναι: η αντοχή μετά από 2, 7 και 28 ημέρες, ο αρχικός χρόνος πήξης και η διόγκωση μετά την πήξη. Σημαντικές ιδιότητες των τσιμέντων Portland αποτελούν, ακόμη, η λεπτότητα κατά Blaine, η πυκνότητα και το χαλαρό φαινόμενο βάρος. Οι απαιτήσεις του κάθε έργου (υψηλή αρχική αντοχή, χαμηλή θερμότητα ενυδάτωσης, αντοχή σε χημικά «επιθετικό» περιβάλλον κ.ά.) καθορίζουν τα κριτήρια για την επιλογή του καταλληλότερου τύπου τσιμέντου. Παρόλα αυτά, στις περιπτώσεις των ενέσεων εμποτισμού το βασικότερο κριτήριο επιλογής είναι η λεπτότητα του τσιμέντου, που εκφράζεται με την ειδική επιφάνεια κατά Blaine (σε m 2 /kg ή cm 2 /g). Στον Πίνακα 2.4 παρουσιάζεται η επίδραση του μεγέθους του κόκκου του τσιμέντου στο χρόνο πήξης του. Συγκεκριμένα, γίνεται εμφανές ότι ο χρόνος πήξης του τσιμέντου μειώνεται με την αύξηση της λεπτότητας των κόκκων του. Αυτό συμβαίνει διότι κατά τη διαδικασία της ενυδάτωσης του τσιμέντου (της χημικής, δηλαδή, αντίδρασής του με το νερό που έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό προϊόντων με χαρακτηριστικά πήξης και σκλήρυνσης) οι κόκκοι αντιδρούν με το νερό από την επιφάνεια προς το κέντρο. Έτσι, όσο μεγαλύτερη είναι η λεπτότητα του τσιμέντου τόσο ταχύτερη είναι η ενυδάτωση κι επομένως τόσο μεγαλύτερη είναι η αντοχή σε μικρό χρονικό διάστημα. Γενικά, στα κοινά τσιμέντα Portland η λεπτότητα είναι περίπου ίση με 350 m 2 /kg (Bruce et al., 1997). Στις περισσότερες περιπτώσεις, αιωρήματα με τσιμέντα υψηλής λεπτότητας εμφανίζουν μεγαλύτερη διεισδυτικότητα στους εδαφικούς σχηματισμούς, όμως για την εξασφάλιση βέλτιστων αποτελεσμάτων πρέπει να λαμβάνεται εξίσου υπόψη η κοκκομετρική καμπύλη του τσιμέντου (Abreu et al.,2005). Τα περισσότερα κοινά τσιμέντα έχουν χαρακτηριστικό μέγεθος κόκκου, d 99, που κυμαίνεται από 44 ως 100μm. Οι κόκκοι αυτοί περιορίζουν την διεισδυτικότητα των αιωρημάτων τσιμέντου και δεν επιτρέπουν τη διείσδυση σε εδάφη με διαπερατότητα μικρότερη του 5*10-4 m/s και σε διακλάσεις βράχων με πλάτος ρωγμής μικρότερo των 160 μm (Littlejohn,1982). Οι περιορισμοί αυτοί οδήγησαν στην ανάγκη ανάπτυξης λεπτόκοκκων τσιμέντων ειδικά για εφαρμογές σε ενέσεις εμποτισμού. Τα τσιμέντα αυτά παρουσιάζουν διαφορετικές τιμές ιδιοτήτων, ανάλογα με τη σύστασή τους, και κατά κύριο λόγο αποτελούνται από τσιμέντο Portland ή σκωρία. Η λεπτότητα κατά Blaine είναι μεγαλύτερη των 800 m 2 /kg και το μεγαλύτερο ποσοστό των κόκκων τους έχει μέγεθος μικρότερο των 4 μm (Chuaqui and Bruce, 2003). Περισσότερες πληροφορίες για τα υλικά αυτά δίνονται σε επόμενη παράγραφο αυτού του κεφαλαίου, καθώς αποτελούν το βασικό αντικείμενο έρευνας αυτής της διατριβής.

41 11 Πίνακας 2.1 : Επίδραση μεγέθους κόκκου στο χρόνο πήξης τσιμέντου Ειδική Επιφάνεια (m 2 /kg) Χρόνος πήξης (min) Πρόσθετα Στο μείγμα νερού-τσιμέντου προστίθενται μερικές φορές διάφορα άλλα στερεά με σκοπό να μειωθεί το κόστος ανά μονάδα όγκου του προϊόντος (χωρίς να υπάρξει σημαντική δυσμενής επίδραση στις επιθυμητές ιδιότητες) ή/και να βελτιώσει ορισμένες ιδιότητές του. Τα υλικά φυσικής προέλευσης που προστίθενται στα ενέματα αυτά καλούνται «πρόσθετα». Στη διεθνή βιβλιογραφία εμφανίζονται με διάφορους όρους αλλά κυρίως με τον όρο «υλικά πλήρωσης» και διαχωρίζονται στα υλικά που είναι αδρανή και στα υλικά που είναι ενεργά (Littlejohn,1982). Τα κυριότερα αδρανή υλικά που χρησιμοποιούνται ως συστατικά σε αιωρήματα τσιμέντου είναι οι λεπτές άμμοι και οι άργιλοι. Στην κατηγορία των ενεργών συστατικών εντάσσονται οι ποζολάνες που είναι πυριτικά και αλουμινοπυριτικά υλικά και δεν εμφανίζουν από μόνες τους ικανότητες τσιμέντωσης. Έχουν όμως τη δυνατότητα, παρουσία ελεύθερου ασβεστίου του τσιμέντου, να λάβουν μέρος στη διαδικασία ενυδάτωσης (Littlejohn,1982). Διακρίνονται σε φυσικές και τεχνητές ποζολάνες και οι κυριότερες από αυτές είναι η σκωρία, η ιπτάμενη τέφρα, η πυριτική παιπάλη και η φυσική ποζολάνη. Στη συνέχεια αναπτύσσονται οι κυριότεροι τύποι στερεών προσμείξεων: Άμμος : Όταν απαιτείται η παραγωγή υλικού ένεσης με υψηλή περιεκτικότητα σε στερεά, μικρή περιεκτικότητα σε νερό και σχετικά υψηλές τιμές των παραμέτρων αντοχής, χρησιμοποιείται ως πρόσμειξη λεπτόκοκκη άμμος. Το μέγεθος κόκκων της άμμου είναι δεσμευτικό ως προς το μέγεθος των κενών που μπορεί να εμποτιστούν. Γενικά, η χρησιμοποίηση άμμου δίνει ενέματα οικονομικά και κατάλληλα για χαλικώδη εδάφη καθώς κι έντονο ρηγματωμένο βράχο. Προστίθεται ακόμη και σε ευσταθή αιωρήματα, όταν χρειάζεται να αντιμετωπιστεί ένα σύστημα μεγάλων ρωγμών. Άργιλος : Οι άργιλοι προστίθενται σε αιωρήματα τσιμέντου λόγω του μικρού μεγέθους των κόκκων τους, της ικανότητας να προσροφούν νερό, αλλά και επειδή η παρουσία τους, ακόμη και σε μικρές ποσότητες, αποτρέπει την εξίδρωση (Littlejohn, 1982). Βέβαια, η άργιλος ευθύνεται για την ελάττωση του ρυθμού ανάπτυξης της αντοχής του ενέματος και για τον ασαφή χρόνο πήξης του. Πιο κατάλληλες άργιλοι είναι αυτές του τύπου μοντμοριλονίτη, με ευρέως διαδεδομένο στο πεδίο των ενέσεων τον μπεντονίτη. Ο μπεντονίτης αποτελεί ηφαιστειακή άργιλο με ικανότητα προσρόφησης νερού μεγαλύτερη του 500%. Με τη χρήση μπεντονίτη επιτυγχάνεται βελτίωση της αντίστασης σε εξαναγκασμένη

42 12 εξίδρωση, καθώς και αύξηση της ευστάθειας και της διεισδυτικότητας του ενέματος. Παράλληλα, επέρχεται αύξηση του ιξώδους και της συνοχής (Naudts et al., 2003) και σημαντική μείωση τόσο του ρυθμού ανάπτυξης της αντοχής (Littlejohn, 1982) όσο και της τελικής αντοχής των ενεμάτων (Chuaqui and Bruce, 2003). Γενικώς, από χημική άποψη, τα μοντμοριλονιτικά υλικά προξενούν έντονο ενδιαφέρον, αφού είναι ικανά να σχηματίσουν ζελατινοειδείς μείξεις σε χαμηλές συγκεντρώσεις, εξασφαλίζοντας με τον τρόπο αυτό καλή στεγανότητα στους εδαφικούς σχηματισμούς όπου εισάγεται το ένεμα. Για οικονομικούς λόγους ενδιαφέρει κι η χρησιμοποίηση φυσικών αργίλων, ενώ κρίνεται απαραίτητος ο έλεγχος των φυσικο-χημικών ιδιοτήτων τους για την αποτίμηση της καταλληλότητάς τους σε κάθε εφαρμογή (π.χ. άργιλοι με όριο υδαρότητας μικρότερο του 60 συνήθως απορρίπτονται). Ιπτάμενη τέφρα : Η ιπτάμενη τέφρα είναι μια φθηνή τεχνητή ποζολάνη που προέρχεται από τον καπνό στις καμινάδες των εγκαταστάσεων καύσης άνθρακα. Υπάρχουν δύο τύποι τέφρας (τύποι C και F), που έχουν διαφορετική χημική σύνθεση επειδή αυτή εξαρτάται από τον τύπο του άνθρακα που χρησιμοποιείται στην καύση. Η προσθήκη τέφρας σε αιωρήματα τσιμέντου μειώνει ελαφρώς την εξίδρωση, βελτιώνει την αντίσταση έναντι εξαναγκασμένης εξίδρωσης και τη μονιμότητα (Chuaqui and Bruce, 2003) και επιβραδύνει τη διαδικασία ενυδάτωσης και το ρυθμό ανάπτυξης αντοχής (Naudts et al., 2003). Σε αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων έχει την ίδια επίδραση με τη σκωρία, αλλά παράγει ενέματα μικρότερης αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη. Σημειώνεται ότι η συμμετοχή ιπτάμενης τέφρας τύπου C, σε ποσοστό μεγαλύτερο του 15% κατά βάρος τσιμέντου στα ενέματα οδηγεί σε ταχύτατη αλλοίωσή τους (Naudts et al., 2003). Σκωρία : Η σκωρία είναι τεχνητή ποζολάνη και αποτελεί μη μεταλλικό παραπροϊόν της επεξεργασίας μεταλλεύματος σιδήρου. Ο κυριότερος τύπος σκωρίας που χρησιμοποιείται στην παρασκευή ενεμάτων τύπου αιωρήματος είναι η σκωρία υψικαμίνου, που συμμετέχει ως υποκατάστατο του τσιμέντου στα ενέματα σε ποσοστό ως και 45% (Eklund, 2005). Παρουσιάζει δομή που μοιάζει αρκετά με αυτήν της ιπτάμενης τέφρας (λεπτότατοι κόκκοι της τάξεως των μm). Λαμβάνει μέρος ενεργά κατά τη διαδικασία ενυδάτωσης του τσιμέντου και είναι δυνατό να αντιδράσει με άλλα πρόσθετα για τη δημιουργία ετρινγκίτη (= βελονοειδείς κρύσταλλοι του ένυδρου θειοαργιλικού ασβεστίου). Όμως ο ρυθμός ενυδάτωσης είναι πολύ βραδύς και για αυτό το λόγο πρέπει πάντα να χρησιμοποιείται συνδυαστικά με τσιμέντο. Αυτή η μειωμένη ικανότητα ενυδάτωσης της σκωρίας είναι ιδανική για καθυστέρηση του αρχικού χρόνου πήξης και αξιοποιείται για τον έλεγχο του χρόνου πήξης των λεπτόκοκκων τσιμέντων. Επιπλέον, η σκωρία προστίθεται σε αιωρήματα τσιμέντου για να αντιδράσει με το υδροξείδιο του ασβεστίου ώστε να επιτυγχάνεται μείωση του πορώδους της μάζας του αιωρήματος και βελτίωση της αντίστασης έναντι χημικών (Naudts et al., 2003). Πυριτική παιπάλη : Η πυριτική παιπάλη είναι παραπροϊόν της βιομηχανίας πυριτικών μετάλλων και σιδηροπυριτικών κραμάτων, και σχηματίζεται από την οξείδωση και συμπύκνωση ατμών SiO 2 σε μορφή μικρότατων σφαιριδίων με μέση διάμετρο της τάξης του 0.1 μm, δηλαδή δύο τάξεις μεγέθους μικρότερη από τη διάμετρο των κόκκων ιπτάμενης τέφρας ή σκωρίας υψικαμίνου. Σε αυτό οφείλεται τόσο η μεγάλη ποζολανικότητα (= η ικανότητά της να αντιδρά χημικά με αργό σχετικά ρυθμό- με το υδροξείδιο του ασβεστίου

43 13 σχηματίζοντας παρόμοια προϊόντα με αυτά της ενυδάτωσης του τσιμέντου) της πυριτικής παιπάλης όσο και οι σχετικά μεγάλες απαιτήσεις σε νερό. Χρησιμοποιείται στα αιωρήματα τσιμέντου για να βελτιώσει την διεισδυτικότητα και την μονιμότητα και να μειώσει την διαπερατότητα του αιωρήματος (Naudts et al., 2003). Επίσης, με τη χρήση πυριτικής παιπάλης είναι δυνατή η βελτίωση της ευστάθειας, της αντίστασης έναντι εξαναγκασμένης εξίδρωσης αλλά και της αντοχής του αιωρήματος με τη μείωση του πορώδους της μάζας του. Γενικά, χρησιμοποιείται ως υποκατάστατο του τσιμέντου σε περιεκτικότητα το πολύ ως 10% κατά βάρος ξηρού τσιμέντου (Chuaqui and Bruce, 2003). Φυσική ποζολάνη : Η φυσική ποζολάνη απαντάται στη φύση σε διάφορους βραχώδεις σχηματισμούς ή μπορεί να προκύψει από τις αργίλους και τους σχιστόλιθους. Γνωστός τύπος φυσικής ποζολάνης είναι η θηραϊκή γη, για την οποία έχει αναφερθεί η επιτυχημένη χρήση της σε αιωρήματα τσιμέντου (Naudts et al., 2003). Συγκεκριμένα, οι φυσικές ποζολάνες αντιδρούν με το υδροξείδιο του ασβεστίου προς παραγωγή δευτερογενούς ετρινγκίτη, αποδίδοντας με αυτόν τον τρόπο ενέματα με βελτιωμένη μονιμότητα. Επιπλέον, η χρήση των υλικών αυτών επιφέρει επιβράδυνση του ρυθμού ανάπτυξης αντοχής και μείωση της εκλυόμενης θερμότητας των αντιδράσεων. Η τελευταία επίδραση θεωρείται επιθυμητή σε περιπτώσεις που απαιτούνται μεγάλες ποσότητες αιωρήματος (Naudts et al., 2003) Χημικά βελτιωτικά των ιδιοτήτων Με τον όρο «χημικά βελτιωτικά των ιδιοτήτων» νοούνται τα χημικά προϊόντα που προστίθενται σε σχετικά μικρές ποσότητες σε ενέματα τσιμέντου, με στόχο τη βελτίωση συγκεκριμένων ιδιοτήτων τους. Στη διεθνή βιβλιογραφία χρησιμοποιούνται αρκετοί όροι για το χαρακτηρισμό των υλικών αυτών, με επικρατέστερο τον όρο «πρόσμικτα» (Littlejohn, 1982, Buekett, 1998, Naudts et al., 2003), ο οποίος υιοθετήθηκε και από τα ευρωπαϊκά πρότυπα (EN 934-2:2001). Ωστόσο, στις Η.Π.Α. ο ίδιος όρος αναφέρεται σε όλα τα υλικά που είναι δυνατό να προστεθούν σε αιωρήματα τσιμέντου, είτε πρόκειται για χημικά προϊόντα είτε για ενεργά υλικά φυσικής προέλευσης (Bruce, 2005). Οι κυριότεροι τύποι των χημικών βελτιωτικών των ιδιοτήτων είναι οι υπερρευστοποιητές, οι επιταχυντές, οι επιβραδυντές και τα βελτιωτικά του ιξώδους. Παρακάτω, παρουσιάζεται, εν συντομία, η δράση των υλικών αυτών και η επιρροή τους στις ιδιότητες των αιωρημάτων με βάση το τσιμέντο. Γενικά, τα περισσότερα εμπορικά χημικά βελτιωτικά ιδιοτήτων είναι συμβατά με τους συνήθεις τύπους τσιμέντου Portland, αλλά πολλά απ αυτά δε συνεργάζονται με κάποιους ειδικούς τύπους τσιμέντων. Τα τελευταία χρόνια, τα υλικά αυτά φαίνεται ότι κερδίζουν συνεχώς έδαφος έναντι των κλασικών προσμίκτων, όπως ο μπεντονίτης, ως προς τη χρήση τους στα ενέματα τσιμέντου. Εντούτοις, δε θα πρέπει να χρησιμοποιούνται αδιάκριτα, ενώ η καταλληλότητα συμβατότητά τους οφείλεται να επιβεβαιώνεται με δοκιμαστικά μείγματα και να ζητείται, όποτε κρίνεται αναγκαίο, κι η συμβουλή του κατασκευαστή τους. Ρευστοποιητές : Οι ρευστοποιητές αποτελούν την κυριότερη και πιο διαδεδομένη κατηγορία χημικών βελτιωτικών των ιδιοτήτων του σκυροδέματος και των ενεμάτων. Στη διεθνή βιβλιογραφία αλλά και στα διεθνή πρότυπα (EN 934-2:2001, ASTM C494-04)

44 14 αναφέρονται και με τον όρο «μειωτές νερού». Οι ρευστοποιητές επιφέρουν βελτίωση των ρεολογικών ιδιοτήτων των ενεμάτων, προκαλώντας μείωση του ιξώδους και της συνοχής τους, με αποτέλεσμα να παρέχεται η δυνατότητα παρασκευής ενεμάτων με χαμηλότερους λόγους νερού προς τσιμέντο (Ν/Τ) με τα ίδια ρεολογικά χαρακτηριστικά. Τυπικά αναφέρεται ότι ένα αιώρημα τσιμέντου με λόγο Ν/Τ ίσο προς 1:1 που περιέχει ρευστοποιητή, παρουσιάζει συγκρίσιμες ρεολογικές ιδιότητες με ένα αιώρημα τσιμέντου χωρίς ρευστοποιητή και λόγο Ν/Τ 3:1 ή 4:1 (Tolpannen and Syrjanen, 2003). Υλικά με ακόμη μεγαλύτερη δυνατότητα επίδρασης στις ρεολογικές ιδιότητες των αιωρημάτων τσιμέντου καλούνται υπερρευστοποιητές ή υπερμειωτές νερού. Μεταξύ των κόκκων τσιμέντου που αιωρούνται στο νερό ασκούνται δυνάμεις Van der Waals, που είναι ελκτικές, και δυνάμεις ηλεκτροστατικής φύσης που είναι ελκτικές ή απωστικές. Από τις δυνάμεις αυτές μόνο οι ηλεκτροστατικές είναι δυνατό να εξουδετερωθούν και αυτός είναι ο στόχος των ρευστοποιητών (Eklund, 2005). Τα δραστικά συστατικά των ρευστοποιητών προσκολλώνται στην επιφάνεια των κόκκων και είτε μεταβάλλουν το ηλεκτρικό φορτίο των κόκκων καθιστώντας τις ηλεκτροστατικές δυνάμεις καθαρά απωστικές (προϊόντα με βάση τη σουλφονική ναφθαλίνη και τη σουλφονική μελαμινική φορμαλδεΰδη) είτε διαχωρίζουν τους κόκκους με τη δημιουργία πολυμερικών αλυσίδων (προϊόντα με βάση διάφορα πολυμέρη). Πολλοί ρευστοποιητές που διατίθενται στο εμπόριο είναι δυνατό να παρουσιάζουν συνδυαστικές δράσεις στα αιωρήματα τσιμέντου. Έτσι, διακρίνονται ρευστοποιητές με δυνατότητα επιτάχυνσης της πήξης ή της σκλήρυνσης, επιβράδυνσης πήξης και υπερρευστοποιητές με δυνατότητα επιβράδυνσης της πήξης (EN 934-2:2001, ASTM C494-04). Επιταχυντές : Οι επιταχυντές είναι, κατά κύριο λόγο, ανόργανα άλατα που χρησιμοποιούνται για να αυξήσουν τον ρυθμό ανάπτυξης της αντοχής του αιωρήματος επιταχύνοντας τη διαδικασία ενυδάτωσης. Τα υλικά αυτά διαχωρίζονται σε δύο κύριες κατηγορίες: τους επιταχυντές πήξης και τους επιταχυντές σκλήρυνσης. Στην πράξη, τα περισσότερα υλικά αυτού του τύπου (π.χ χλωριώδες ασβέστιο) προκαλούν και τα δύο αποτελέσματα και, για αυτό το λόγο, θεωρείται δύσκολη η ένταξη ενός προϊόντος σε μια από τις δύο επιμέρους κατηγορίες. Ως τυπικοί επιταχυντές πήξης αναφέρονται το πυριτικό νάτριο (υδρύαλος), το χλωριώδες ασβέστιο και το αλουμινικό νάτριο και ως τυπικοί επιταχυντές σκλήρυνσης αναφέρονται το ανθρακικό κάλιο και το ανθρακικό νάτριο (Tolpannen and Syrjanen, 2003). Η δόση του επιταχυντή πρέπει να υπολογίζεται με ακρίβεια καθώς λανθασμένη χρήση μπορεί να προκαλέσει ανεπιθύμητα αποτελέσματα, όπως επιβράδυνση της πήξης ή υπερβολικά ταχεία ενυδάτωση. Επίσης, η επιλογή του κατάλληλου επιταχυντή πρέπει να βασίζεται στον τύπο του τσιμέντου που χρησιμοποιείται. Αναφέρεται, για παράδειγμα, ότι το χλωριώδες ασβέστιο λειτουργεί ως επιβραδυντής σε ενέματα με βάση σκωριακά και αλουμινικά τσιμέντα. Τέλος, σε πολλές περιπτώσεις, οι επιταχυντές είναι δυνατό να επηρεάσουν τη μονιμότητα του αιωρήματος (Eklund, 2005). Επιβραδυντές : Οι επιβραδυντές έχουν αντίθετη επίδραση στη συμπεριφορά των ενεμάτων σε σύγκριση με τους επιταχυντές. Συγκεκριμένα, προκαλούν αύξηση του χρονικού διαστήματος που απαιτείται για την έναρξη της διαδικασίας ενυδάτωσης. Τυπικοί επιβραδυντές είναι τα σάκχαρα, το κιτρικό οξύ και τα λιγνοσουλφονικά. Γενικά, η χρήση

45 15 επιβραδυντών στο πεδίο των ενέσεων δεν είναι ιδιαίτερα εκτεταμένη (Tolpannen and Syrjanen, 2003). Βελτιωτικά ιξώδους : Τα βελτιωτικά ιξώδους είναι χημικά προϊόντα που έχουν την ικανότητα να ρυθμίζουν τις ιδιότητες ροής των ενεμάτων και να τις προσαρμόζουν στις απαιτήσεις των έργων. Διακρίνονται στα υλικά υψηλού μοριακού βάρους που δημιουργούν ενέματα με ροή «μικρής διάρκειας» και στα υλικά χαμηλού μοριακού βάρους που δημιουργούν ενέματα με ροή «μακράς διάρκειας» (ενέματα σε ρευστή κατάσταση για ικανοποιητικό χρονικό διάστημα). Γενικά, θεωρείται ότι τα βελτιωτικά ιξώδους διαμορφώνουν ενέματα με ψευδο-πλαστική ρεολογική συμπεριφορά που εμφανίζουν ροή όταν υφίστανται πίεση και σκληρύνονται απότομα όταν βρίσκονται σε ηρεμία. Με αυτόν τον τρόπο, τα ενέματα εμφανίζουν αυξημένη αντίσταση έναντι εξαναγκασμένης εξίδρωσης, η οποία μπορεί να βελτιωθεί ως και 10 φορές (Naudts et al., 2003). 2.3 ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΑ ΤΣΙΜΕΝΤΑ Αιωρήματα με βάση τα κοινά τσιμέντα, όπως αυτά προσδιορίζονται από τα διάφορα διεθνή πρότυπα (ASTM C150-04, EN 197-1:2000), είναι ικανά να διεισδύσουν αποτελεσματικά σε χονδρόκοκκα εδαφικά υλικά (π.χ. χάλικες και χονδρόκοκκες άμμους) με διαπερατότητα της τάξης του 10-1 cm/s (Legendre et al., 1987). Για την ενίσχυση εδαφών χαμηλότερης διαπερατότητας (ως 10-4 cm/s) χρησιμοποιούνται διάφοροι τύποι χημικών διαλυμάτων που είναι δυνατό να διεισδύσουν σε εδαφικούς σχηματισμούς, όπως είναι οι λεπτόκοκκες άμμοι και οι χονδρόκοκκες ιλύες. Παρόλα αυτά, έχει αποδειχτεί ότι τέτοιου είδους υλικά εμφανίζουν σημαντικά μειονεκτήματα, όπως υψηλό κόστος, μη ικανοποιητική μονιμότητα και χαμηλή αντοχή και, επιπλέον, είναι δυνατό να προκαλέσουν μόλυνση του περιβάλλοντος λόγω της τοξικότητάς τους (Karol,1982, Shimoda and Ohmori,1982, Legendre et al., 1987, Dupla et al., 2004). Τα τελευταία τριάντα περίπου χρόνια έχουν αναπτυχθεί νέα υλικά, τα οποία προβάλλουν ως εναλλακτική λύση στη χρήση των χημικών διαλυμάτων για την αντιμετώπιση των παραπάνω προβλημάτων. Πρόκειται για εξαιρετικά λεπτόκοκκα τσιμέντα που, ως αιωρήματα σε νερό, έχουν τη δυνατότητα να διεισδύσουν και να ενισχύσουν ακόμα και λεπτόκοκκες άμμους (Clarke, 1984, Arenzana et al., 1989, Dano et al., 2004). Το βασικό πλεονέκτημα των υλικών αυτών έναντι των χημικών διαλυμάτων είναι ότι αποτελούνται εξ ολοκλήρου από ανόργανα συστατικά και έτσι δεν προκαλούν δυσάρεστες περιβαλλοντικές επιπτώσεις Ορισμός Τα τελευταία χρόνια παρατηρείται ολοένα αυξανόμενη παραγωγή και εμπορευματοποίηση λεπτόκοκκων τσιμέντων, κάτι που δε συνέβαινε στις προηγούμενες δεκαετίες. Παρόλα αυτά, δεν έχει διαμορφωθεί ακόμη ένα ενιαίο, διεθνές πλαίσιο με βάση το οποίο να προδιαγράφονται λεπτομερώς οι ιδιότητες και τα κοκκομετρικά χαρακτηριστικά τέτοιων υλικών. Επιπλέον, η διάδοση των υλικών αυτών και η ποικιλία των προϊόντων που διατίθενται στην αγορά φαίνεται να οδηγεί στην ανάγκη αναπροσαρμογής της

46 16 χρησιμοποιούμενης ορολογίας. Έτσι, ενώ μέχρι πρότινος (το 1992) οι όροι microfine και ultrafine cement θεωρούνταν συνώνυμοι (Littlejohn,2003), σήμερα υπάρχει σε αρκετές χώρες σαφής τάση διαχωρισμού των δύο εννοιών. Συγκεκριμένα, με τον όρο ultrafine νοούνται πιο λεπτόκοκκα τσιμέντα σε σχέση με τα microfine. Προς αυτήν την κατεύθυνση, ορισμένοι οργανισμοί έχουν δημιουργήσει πρότυπα που θέτουν κριτήρια ώστε ένα τσιμέντο να χαρακτηρίζεται λεπτόκοκκο και να κατατάσσεται σε μια από τις δύο επιμέρους κατηγορίες ( microfine ή ultrafine ). Για παράδειγμα, τα νορβηγικά πρότυπα διαχωρίζουν τα λεπτόκοκκα τσιμέντα σε microfine με d 95 < 30μm και σε ultrafine με d 95 < 15μm (Tolpannen and Syrjanen, 2003). Στις Η.Π.Α δεν υπάρχει ακόμη διαχωρισμός στην έννοια των δύο όρων (Henn and Davenport, 2005). Στη Βρετανία ως λεπτόκοκκα τσιμέντα (ultrafine) χαρακτηρίζονται εκείνα που έχουν d max < 6μm (Littlejohn, 2003). Τέλος, το ευρωπαϊκό πρότυπο EN 12715:2000 ορίζει ως λεπτόκοκκα (microfine cements) τα τσιμέντα με d 95 < 20μm και λεπτότητα κατά Blaine > 8000 cm 2 /gr, ενώ σύμφωνα με την ACI Committee 552, ως λεπτόκοκκα τσιμέντα χαρακτηρίζονται εκείνα που εμφανίζουν μέγιστο μέγεθος κόκκου, d max = 15μm (Perret et al.,2000) Εμπορικά διαθέσιμα λεπτόκοκκα τσιμέντα Στη βιβλιογραφία αρκετά τσιμέντα αναφέρονται ως λεπτόκοκκα χωρίς ωστόσο να πληρούν σημαντικές προϋποθέσεις, όπως μικρό μέγιστο μέγεθος κόκκων, d max, και μεγάλη τιμή λεπτότητας κατά Blaine. Αυτό είναι λογικό να παρατηρείται, εφόσον δεν υπάρχουν ακόμη σαφώς καθορισμένα κριτήρια με τα οποία θα μπορούσαμε να εντάξουμε τα εμπορικά διαθέσιμα τσιμέντα στην κατηγορία των λεπτόκοκκων. Πάντως, έχει διαπιστωθεί η ύπαρξη προϊόντων διαφόρων προελεύσεων, τα οποία πέρασαν από το εμπόριο και ενδεχομένως να διατίθενται ακόμα, με χαρακτηριστικά ικανοποιητικά ανταποκρίσιμα σε αυτά των λεπτόκοκκων τσιμέντων. Επιλεκτικά, περιγράφονται εν συντομία κάποια από αυτά τα τσιμέντα, επειδή θα αναφερθεί παρακάτω η χρήση τους σε πειραματικές μελέτες με στόχο τον προσδιορισμό των μηχανικών ιδιοτήτων των εμποτισμένων άμμων. Επίσης, στο Σχήμα 2.2 παρουσιάζονται, ενδεικτικά, οι κοκκομετρικές καμπύλες ορισμένων από αυτά τα λεπτόκοκκα τσιμέντα. Το MC-500 (αναφέρεται στη βιβλιογραφία και ως Alofix MC) είναι το παλαιότερο λεπτόκοκκο τσιμέντο και πρωτοαναφέρθηκε στη βιβλιογραφία από τους Shimoda and Ohmori (1982). Πρόκειται για μείγμα λεπτοαλεσμένου τσιμέντου Portland και σκωρίας σε αναλογία 4:1, έχει ειδική πυκνότητα 3.0 ± 0.1g/cm 3 (Bruce, 1992) και προτείνεται συνδυασμένη χρήση με τον υπερρευστοποιητή NS-200 σε δόση 2% κατά βάρος ξηρού τσιμέντου. Τα τσιμέντα MC-100 και MC-300 αναπτύχθηκαν στις Η.Π.Α. Σκοπός της παραγωγής του τσιμέντου ΜC-100 ήταν η χρήση του σε γεωτρήσεις πετρελαίου. Αποτελείται από 100% σκωρία γεγονός στο οποίο οφείλεται ο πολύ βραδύς ρυθμός σκλήρυνσής του. Αυτό όμως, δεν δημιουργεί ιδιαίτερα προβλήματα καθώς οι υψηλές θερμοκρασίες που επικρατούν στο πεδίο εφαρμογής του τσιμέντου ευνοούν την έναρξη της διαδικασίας σκλήρυνσης της

47 17 σκωρίας (Clarke and McNally,1993). Το τσιμέντο ΜC 300 αποτελείται από 100% καθαρό Portland. Τα προϊόντα Microcem A και Microcem B είναι δύο τύποι λεπτόκοκκου, καθαρού τσιμέντου Portland, έχουν ειδική πυκνότητα 3.20g/cm 3 και έχουν αποτελέσει αντικείμενο έρευνας αρκετών ερευνητικών προσπαθειών (Van der Stoel, 1999, Henn et al., 2001). Τα λεπτόκοκκα τσιμέντα Rheocem προκύπτουν απο καθαρό τσιμέντο Portland και, με βάση τη λεπτότητά τους, διακρίνονται στα προϊόντα 650, 800 και 900. Ο παραγωγός αναφέρει ότι η χρήση των τριών τσιμέντων πρέπει απαραίτητα να συνδυάζεται με τον ρευστοποιητή Rheobuild 2000PF σε δόση που κυμαίνεται από % κατά βάρος ξηρού τσιμέντου. Επισημαίνεται επίσης ότι, τα προϊόντα αυτά σε μορφή αιωρήματος δεν πρέπει να υπεραναδεύονται καθώς επέρχεται σημαντική αύξηση της θερμοκρασίας και ενδεχόμενο πήξης εντός των σωλήνων εμποτισμού. Με την εμπορική ονομασία Cemill προσδιορίζεται η υγρή μέθοδος (λειοτρίβηση τσιμέντου σε μύλους παρουσία νερού) με την οποία παρασκευάζονται επιτόπου αιωρήματα τσιμέντου χρησιμοποιώντας ως βάση κοινό τσιμέντο Portland. Στόχος των ερευνητών ήταν η ανάπτυξη μιας διαδικασίας επιτόπου παραγωγής λεπτόκοκκου υλικού, με τη χρήση κοινού τσιμέντου ώστε να μην είναι απαραίτητη η προμήθεια έτοιμων βιομηχανικών προϊόντων, μειώνοντας έτσι την χρονική και οικονομική επιβάρυνση των έργων. Βασικός στόχος, επίσης, ήταν η δυνατότητα παραγωγής όχι μόνο ασταθών ενεμάτων (Cemill-I), αλλά και ευσταθών ενεμάτων με τη χρήση μπεντονίτη (Cemill-S). Όλα τα λεπτόκοκκα τσιμέντα του εμπορίου απαρτίζονται από τα ίδια χημικά συστατικά που εμφανίζονται και στα κοινά τσιμέντα Portland, σε διαφορετικές όμως αναλογίες. Έτσι, επιβεβαιώνεται η απουσία οργανικών ή τοξικών συστατικών που θα καθιστούσαν τα τσιμέντα αυτά επιβλαβή για το περιβάλλον. Μάλιστα, παρά την αυξημένη τιμή των λεπτόκοκκων τσιμέντων έναντι των κοινών Portland, το κόστος τους υπολείπεται σημαντικά (από μισό έως και υποδεκαπλάσιο) του αντίστοιχου των χημικών διαλυμάτων.

48 18 Ποσοστό Διερχομένων (%) Μέγεθος Κόκκου (mm) Σχήμα 2.2: Κοκκομετρικές καμπύλες λεπτόκοκκων τσιμέντων (α) MC -100, MC-300 και MC-500 (Clarke and McNally, 1993), (β) Spinor A6, Α12, Α16 και MC=20RS (Legendre et al.,1987) και (γ) Rheocem 650, Rheocem 800 και Rheocem 900 (

49 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΕΝΕΜΑΤΩΝ ΤΥΠΟΥ ΑΙΩΡΗΜΑΤΟΣ Οι ιδιότητες των ενέσεων εμποτισμού τύπου αιωρήματος διακρίνονται σε (α) ιδιότητες και συμπεριφορά του ενέματος όταν βρίσκεται σε ρευστή κατάσταση, (β) απαιτούμενους χρόνους πήξης και σκλήρυνσης και (γ) μηχανική και υδραυλική συμπεριφορά σε στερεή κατάσταση. Επιπλέον, σημαντικό πρακτικό ενδιαφέρον έχει η εκτίμηση της ενεσιμότητας και της διεισδυτικότητας κάθε αιωρήματος για ένεση εμποτισμού. Στις επόμενες παραγράφους, γίνεται εκτενής αναφορά σε βασικές ιδιότητες, προσδιορίζονται πεδία τιμών των ιδιοτήτων (όπου είναι δυνατό) και σχολιάζονται οι επιπτώσεις από τη συνδυαστική δράση των διαφόρων υλικών που συνθέτουν ένα αιώρημα. Τέλος, και για λόγους πληρότητας, αναφέρονται, χωρίς πολλές λεπτομέρειες, κάποιες επιπλέον ιδιότητες των αιωρημάτων Λόγος Νερού προς Τσιμέντο Η κυριότερη παράμετρος που επηρεάζει τις ιδιότητες ενός αιωρήματος είναι ο λόγος νερού προς τσιμέντο (Ν/Τ), καθώς αυτός είναι που καθορίζει σε μεγάλο βαθμό το ρυθμό της εξίδρωσης, το ιξώδες και τη ρεολογική συμπεριφορά, την ανθεκτικότητα και την τελική αντοχή του ενέματος (Littlejohn,1982, Bruce et al., 1997). Ο ρόλος της παρουσίας του νερού στα αιωρήματα τσιμέντου είναι πολυσύνθετος, καθώς χρησιμοποιείται : (α) για την ενυδάτωση του τσιμέντου, (β) ως μέσο μεταφοράς των κόκκων τσιμέντου προσδίδοντας ρευστότητα, χαμηλό ιξώδες και χαμηλή συνοχή στο ένεμα και (γ) για την διάνοιξη των διακλάσεων (σε περιπτώσεις ενέσεων σε βραχομάζα) και την εισχώρηση του αιωρήματος σε λεπτές ρωγμές (Lombardi, 2003). Υπερβολική ποσότητα νερού είναι δυνατό να αυξήσει δραματικά την εξίδρωση των αιωρημάτων, να μειώσει την ανθεκτικότητά τους και να τα καθιστά ευάλωτα έναντι συρρίκνωσης (Littlejohn, 1982). Γενικά, διακρίνονται δύο φιλοσοφίες σχετικά με την επιλογή του βέλτιστου λόγου Ν/Τ στο πεδίο των ενέσεων : επιλογή αραιών (ή ασταθών) αιωρημάτων και επιλογή πυκνών (ή ευσταθών) αιωρημάτων. Οι υποστηρικτές των αραιών αιωρημάτων θεωρούν ότι ένα αραιό αιώρημα έχει μεγαλύτερη ικανότητα διείσδυσης (ενεσιμότητα) λόγω της περίσσειας νερού, του χαμηλού ιξώδους και της χαμηλής συνοχής που εμφανίζει. Επιπλέον, πιστεύουν ότι τα αραιά αιωρήματα είναι σε θέση να πληρώνουν μικρές ρωγμές ή πόρους εδάφους ευκολότερα από τα πυκνά αιωρήματα (Arenzana et al., 1989, Axelsson and Gustafsson, 2007), ενώ παράλληλα εμφανίζουν μικρότερες πιθανότητες να μην υποστεί το τσιμέντο που περιέχουν πλήρη ενυδάτωση λόγω απώλειας νερού (απορρόφηση νερού από τους κόκκους του εδάφους ή τα τοιχώματα των ρωγμών μιας βραχόμαζας). Σε αντίκρουση αυτών των επιχειρημάτων, αναφέρεται ότι τα πυκνά αιωρήματα είναι δυνατό να αποκτήσουν επαρκώς χαμηλό ιξώδες και συνοχή με τη χρήση χημικών βελτιωτικών και ότι η ενεσιμότητα εξαρτάται μόνο από τη διάμετρο των κόκκων του στερεού στο αιώρημα, ενώ η άποψη ότι «περισσότερο νερό σημαίνει καλύτερη ενεσιμότητα» δεν πρέπει να θεωρείται σωστή (Lombardi, 2003). Επιπλέον προτερήματα των πυκνών αιωρημάτων έναντι των αραιών είναι: (α) Επιτυγχάνουν ικανοποιητική πλήρωση των κενών του εδάφους χωρίς την δημιουργία κενών που προέρχονται από την περίσσεια νερού, (β) παρουσιάζουν συγκριτικά πολύ μεγαλύτερη

50 20 αντοχή, (γ) υφίστανται σημαντικά μικρότερη συρρίκνωση, (δ) αποδίδουν πολύ καλύτερη πρόσφυση με τις επιφάνειες που εμποτίζουν, (ε) παρουσιάζουν πολύ καλή συμπεριφορά έναντι «χημικού» περιβάλλοντος και (στ) η διαδικασία της ένεσης είναι πολύ πιο προβλέψιμη (Deere and Lombardi, 1985, Lombardi, 2003). Από τις διαθέσιμες πληροφορίες προκύπτει ότι, δεν υπάρχει μια τιμή του λόγου Ν/Τ που να αποτελεί ξεκάθαρο όριο διαχωρισμού μεταξύ πυκνών και αραιών αιωρημάτων. Αιωρήματα με λόγους Ν/Τ μικρότερους του 1.5:1 θα πρέπει να θεωρούνται πυκνά ενώ αιωρήματα με λόγους Ν/Τ μεγαλύτερους του 4:1 ή 5:1 πρέπει να λαμβάνονται ως αραιά. Επιπλέον, λόγος Ν/Τ ίσος με 0.66:1 θεωρείται ως γενικός κανόνας διαχωρισμού μεταξύ ευσταθών και ασταθών καθαρών αιωρημάτων με βάση τα κοινά τσιμέντα Portland. Η τιμή αυτή είναι σε συμφωνία με την πρόταση του Lombardi (2003) που θεωρεί επαρκείς για αιωρήματα κοινών τσιμέντων Portland λόγους Ν/Τ ίσους με 0.6:1 έως 0.7:1 και την πρόταση του Bremen (1997) που ορίζει τη χρήση λόγων Ν/Τ μεταξύ 0.6:1 και 0.9:1. Τέλος, ο Bremen (1997) αναφέρει ότι καθαρά αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων είναι ευσταθή όταν έχουν λόγο Ν/Τ μικρότερο του 1.6: Ιδιότητες των αιωρημάτων Για τον προσδιορισμό της καταλληλότητας ενός αιωρήματος σε σχέση με τις ανάγκες ενός έργου, είναι απαραίτητη η τεκμηρίωση των ιδιοτήτων του. Οι ιδιότητες που αποτελούν τα βασικά κριτήρια επιλογής είναι το ιξώδες και η ρεολογική συμπεριφορά, οι χρόνοι πήξης, ο ρυθμός ανάπτυξης της αντοχής, η τελική αντοχή, η ευστάθεια, και η ενεσιμότητα. Κατά περίπτωση, μπορεί να χρειαστεί να εξεταστούν η διαπερατότητα, η μονιμότητα (ανθεκτικότητα στο χρόνο), η συρρίκνωση, η ανάπτυξη θερμοκρασίας κατά την ενυδάτωση ή άλλες δευτερεύουσες ιδιότητες. Ο προσδιορισμός της τιμής ή/και του εύρους τιμών μιας ιδιότητας γίνεται με βάση και παράγοντες που ισχύουν ειδικά για το έργο που απαιτεί πρόγραμμα βελτίωσης με ενέσεις. Η διερεύνηση γίνεται συνήθως εργαστηριακά και τα αποτελέσματά της, σε συνδυασμό με τα στοιχεία τεχνικοοικονομικής μελέτης και την εμπειρία που έχει αποκτηθεί από παρόμοια έργα, οδηγούν στην τελική επιλογή των αιωρημάτων. Στις επόμενες παραγράφους παρουσιάζονται πληροφορίες, που είναι διαθέσιμες στη βιβλιογραφία, σχετικά με την επίδραση διαφόρων παραγόντων στις ιδιότητες των αιωρημάτων. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στις ιδιότητες αιωρημάτων λεπτόκοκκων τσιμέντων αφού αυτά αποτελούν το αντικείμενο αυτής της διατριβής Ρεολογικές ιδιότητες Oι ρεολογικές ιδιότητες ενός αιωρήματος τσιμέντου είναι καθοριστικής σημασίας ως προς την επιτυχία ή αποτυχία μιας ένεσης εμποτισμού, ιδιαίτερα στις περιπτώσεις που δεν προκύπτουν γεωμετρικοί περιορισμοί από τη σχέση μεγέθους μεταξύ των κόκκων του εδάφους και των στερεών του αιωρήματος. Για το λόγο αυτό, θεωρείται απαραίτητο να προσδιορίζονται τα ρεολογικά χαρακτηριστικά των αιωρημάτων κατά τη φάση σχεδιασμού ενός προγράμματος ενέσεων εμποτισμού, ώστε να επιλέγονται, τα κατά περίπτωση, βέλτιστα αιωρήματα. Η ρεολογική συμπεριφορά ενός αιωρήματος τσιμέντου επηρεάζεται απο έναν

51 21 αριθμό παραγόντων που περιλαμβάνουν το λόγο νερού προς τσιμέντο, την κοκκομετρία του τσιμέντου και την προσθήκη υπερρευστοποιητή ή/και άλλων πρόσμικτων στο αιώρημα. Γενικά, η ρεολογική συμπεριφορά των ρευστών περιγράφεται απο τη σχέση μεταξύ της ασκούμενης ή αναπτυσσόμενης διατμητικής τάσης και του ρυθμού διατμητικής παραμόρφωσης (βαθμίδα ταχύτητας ή, απλούστερα, ρυθμός διάτμησης). Η απλούστερη σχέση είναι αυτή που περιγράφει τη συμπεριφορά των Νευτώνιων ρευστών και εκφράζεται ως εξής : τ μ dv dx (2.1) όπου, τ είναι η διατμητική τάση, dv/dx είναι ο ρυθμός διατμητικής παραμόρφωσης και μ είναι η σταθερά αναλογίας μεταξύ τους που ονομάζεται «απόλυτο» ή «δυναμικό» ιξώδες. Η τιμή του δυναμικού ιξώδους μετράται με κατάλληλα όργανα που καλούνται ιξωδόμετρα. Για κάθε Νευτώνιο ρευστό, η τιμή του ιξώδους είναι μοναδική και ανεξάρτητη της τιμής που λαμβάνει ο ρυθμός διατμητικής παραμόρφωσης κατά τη διάρκεια της εργαστηριακής διαδικασίας. Αντίθετα, στα μη-νευτώνια ρευστά η σχέση μεταξύ της διατμητικής τάσης και του ρυθμού διατμητικής παραμόρφωσης δεν είναι σταθερή αλλά εξαρτάται από την τιμή του ρυθμού διατμητικής παραμόρφωσης. Κατά συνέπεια, κατά την εκτέλεση μιας ιξωδομέτρησης σε ένα μη-νευτώνιο ρευστό, η ένδειξη του ιξωδομέτρου μεταβάλλεται ανάλογα με την τιμή του εφαρμοζόμενου ρυθμού διατμητικής παραμόρφωσης. Η ένδειξη που λαμβάνεται σε αυτές τις περιπτώσεις ονομάζεται «φαινόμενο ιξώδες». Λαμβάνοντας μια σειρά μετρήσεων φαινόμενου ιξώδους, προκύπτει η σχέση μεταξύ της διατμητικής τάσης και του ρυθμού διατμητικής παραμόρφωσης που έχει, γενικά, μορφή καμπύλης και ονομάζεται ρεολογική καμπύλη. Ανάλογα με τη μορφή της ρεολογικής καμπύλης, τα ρευστά εντάσσονται σε κατηγορίες (ρεολογικά μοντέλα) που περιγράφουν τη ρεολογική συμπεριφορά τους. Στο Σχήμα 2.3 φαίνονται οι μορφές των ρεολογικών καμπυλών διαφόρων τύπων ρευστών. Τα μη-νευτώνια ρευστά ταξινομούνται ως ψευδοπλαστικά, διογκούμενα και ιξωδοπλαστικά (ή, απλά, πλαστικά). Τα ψευδοπλαστικά ρευστά εμφανίζουν μείωση του ιξώδους όταν ο ρυθμός διατμητικής παραμόρφωσης αυξάνεται. Τα διογκούμενα ρευστά παρουσιάζουν αύξηση του ιξώδους με την αύξηση του ρυθμού διατμητικής παραμόρφωσης. Ιξωδοπλαστικά καλούνται τα ρευστά που είναι δυνατόν να τεθούν σε ροή εφόσον ασκηθεί σ αυτά διατμητική τάση μεγέθους μεγαλύτερου από μια χαρακτηριστική τιμή. Η τιμή αυτή καλείται «αρχική διατμητική τάση» ή «συνοχή» ή «όριο διαρροής». Κάθε ιξωδοπλαστικό ρευστό, εφόσον ξεπεραστεί η τιμή της συνοχής που το χαρακτηρίζει, είναι δυνατόν να συμπεριφερθεί είτε ως ψευδοπλαστικό είτε ως διογκούμενο είτε και ως Νευτώνιο ρευστό. Την απλούστερη μορφή ιξωδοπλαστικού ρευστού αποτελούν τα ρευστά τύπου «Bingham». Τέλος, τα μη-νευτώνια ρευστά είναι δυνατό να ταξινομηθούν είτε ως ρεοπηκτικά είτε ως θιξοτροπικά, ανάλογα με το πώς μεταβάλλεται η ρεολογική τους συμπεριφορά σε συνάρτηση με το χρόνο υπό συνθήκες σταθερού ρυθμού διατμητικής παραμόρφωσης. Ως ρεοπηκτικά θεωρούνται τα ρευστά που εμφανίζουν αύξηση του ιξώδους με την αύξηση του χρόνου

52 22 Σχήμα 2.3: Ρεολογικές καμπύλες ρευστών: (1) ιξωδοπλαστικά, (2) τύπου Bingham, (3) ψευδοπλαστικά, (4) Νευτώνια και (5) διογκούμενα διάτμησης, ενώ αντίθετα τα θιξοτροπικά ρευστά παρουσιάζουν μείωση του ιξώδους με την αύξηση του χρόνου διάτμησης. Η ρεολογική καμπύλη των ρευστών τύπου Bingham περιγράφεται από την ακόλουθη σχέση : τ τ ο n p dv dx όπου, τ ο είναι η αρχική διατμητική τάση ή συνοχή (αντιστοιχεί στην τομή της καμπύλης με τον άξονα της διατμητικής τάσης) και n p είναι το πλαστικό ιξώδες που ισοδυναμεί με την τιμή του ιξώδους που θα είχε το ρευστό τύπου Bingham αν συμπεριφερόταν ως Νευτώνιο υπό την επίδραση του ίδιου ρυθμού διατμητικής παραμόρφωσης. Γενικά, για την περιγραφή της ρεολογικής συμπεριφοράς των αιωρημάτων τσιμέντου χρησιμοποιείται το μοντέλο ρευστών τύπου Bingham καθώς θεωρείται απλοποιητικό αλλά παράλληλα αρκετά αποτελεσματικό και ιδιαίτερα πρακτικό στις εφαρμογές πεδίου (Littlejohn, 1982, Ατματζίδης, 1988, Bremen, 1997). Tα βασικά ρεολογικά χαρακτηριστικά των αιωρημάτων τσιμέντου, σύμφωνα με το μοντέλο Bingham, είναι η συνοχή και το πλαστικό ιξώδες. Θεωρείται ότι η συνοχή επηρεάζει την ενεσιμότητα και διεισδυτικότητα του ενέματος επειδή ορίζει την τιμή της πίεσης εμποτισμού που απαιτείται για να ξεκινήσει η ροή και προσδιορίζει το μήκος διείσδυσης έπειτα από το οποίο εξισορροπείται η πίεση εμποτισμού οπότε και η ροή σταματά. Το ιξώδες,από την άλλη, ελέγχει το ρυθμό εμποτισμού και τη συμπεριφορά του αιωρήματος όταν αυτό βρίσκεται σε κατάσταση ροής (Deere and Lombardi, 1985). Σε γενικές γραμμές, τα αιωρήματα τσιμέντου εμφανίζουν υψηλές τιμές ιξώδους και συνοχής που δημιουργούν την ανάγκη βελτίωσης των ρεολογικών χαρακτηριστικών τους. Συνηθέστερη μέθοδος μείωσης του ιξώδους και της συνοχής των αιωρημάτων τσιμέντου είναι η χρήση υπερρευστοποιητή (Deere and Lombardi, 1985, Bremen, 1997, Bruce et al., 1997, Mollamahmutoglu et al., 2007). Τυπικό παράδειγμα παρουσιάζεται στο Σχήμα 2.4. (2.2)

53 23 Ωστόσο, υπερβολική αύξηση της περιεκτικότητας σε υπερρευστοποιητή μπορεί να οδηγήσει σε αλλοίωση της σύνθεσης των αιωρημάτων και να επιφέρει αντίθετα αποτελέσματα από τα επιθυμητά. Επίσης, έχουν παρατηρηθεί φαινόμενα ασυμβατότητας μεταξύ τύπων τσιμέντου και ορισμένων υπερρευστοποιητών και, για το λόγο αυτό, οι οποιεσδήποτε συνθέσεις αιωρημάτων με υπερρευστοποιητή θα πρέπει να ελέγχονται με προκαταρκτικές εργαστηριακές δοκιμές (Perret et al., 2000). Η χρήση των πρόσθετων στα αιωρήματα έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της ειδικής επιφάνειας των στερεών, εφόσον πρόκειται για λεπτόκοκκα υλικά με μέγεθος κόκκου μικρότερο από του τσιμέντου. Έτσι, παρατηρείται δέσμευση μεγαλύτερης ποσότητας νερού και μείωση της απομένουσας διαθέσιμης για τη ροή του αιωρήματος. Μάλιστα, το φαινόμενο αυτό εμφανίζεται πιο έντονα στις περιπτώσεις που ως βάση του αιωρήματος χρησιμοποιείται κάποιο τσιμέντο μεγαλύτερης λεπτότητας από τα κοινά τσιμέντα (Littlejohn, 1982, Mollamahmutoglu, 2003). Όπως φαίνεται και στο Σχήμα 2.5, έχει παρατηρηθεί, γενικά, ότι η αύξηση της ειδικής επιφάνειας του τσιμέντου οδηγεί στην παρασκευή αιωρημάτων με σημαντικά υψηλότερες τιμές συνοχής και ιξώδους (Ziming et al., 1990, Hakansson et al., 1992, Bremen, 1997, Mollamahmutoglu, 2003). Για το λόγο αυτό, κατά την παρασκευή αιωρημάτων λεπτόκοκκων τσιμέντων, η χρησιμοποίηση υπερρευστοποιητών θεωρείται επιβεβλημένη, ενώ πρέπει να αποφεύγεται η χρήση μπεντονίτη (Bremen, 1997). Παρόλα αυτά, έχει αποδειχθεί ότι σημαντικό ρόλο στα ρεολογικά χαρακτηριστικά των αιωρημάτων διαδραματίζει και ο τύπος του τσιμέντου. Μια παράμετρος που επηρεάζει σημαντικά το μέγεθος του ιξώδους καθώς και της συνοχής των αιωρημάτων τσιμέντου αποτελεί κι η μεταβολή του λόγου Ν/Τ ( Law and Crawford, 1986, Sano et al., 1996, Bremen,1997, Santagata et al., 1997). Συγκεκριμένα, σε Σχήμα 2.4: Επίδραση της προσθήκης υπερρευστοποιητή και μπεντονίτη στη συνοχή αιωρήματος τσιμέντου (Bremen, 1997)

54 24 Σχήμα 2.5: Επίδραση της ειδικής επιφάνειας των τσιμέντων, κατά Blaine, στη συνοχή των αιωρημάτων (Bremen,1997) υψηλούς λόγους Ν/Τ οι κόκκοι του τσιμέντου διαχωρίζονται αρκετά καλά με αποτέλεσμα ο αριθμός των επαφών μεταξύ κόκκων ανά μονάδα όγκου να είναι σημαντικά μικρότερος (Perret et al.,2000, Axelsson and Gustafsson, 2007). Έτσι, οι διαφοροποιήσεις στο ιξώδες λόγω μεταβολής του λόγου Ν/Τ είναι δυνατό να θεωρηθούν έως και αμελητέες για πολύ υψηλούς λόγους Ν/Τ ( 4:1), ενώ για χαμηλότερους λόγους Ν/Τ ( 2:1) παρατηρούνται σημαντικές μειώσεις του ιξώδους των αιωρημάτων (Ziming et al., 1990, Schwarz and Krizek, 1994). Χαρακτηριστικό παράδειγμα της μεταβολής της συνοχής δίνεται στο Σχήμα 2.6.

55 25 Σχήμα 2.6: Επίδραση του λόγου Ν/Τ στη συνοχή αιωρημάτων τσιμέντου (Bremen, 1997) Εξίδρωση Ως εξίδρωση ενός αιωρήματος τσιμέντου ορίζεται το φαινόμενο κατά το οποίο οι κόκκοι τσιμέντου καθιζάνουν υπό την επίδραση της βαρύτητας δημιουργώντας ίζημα ορισμένης πυκνότητας ενώ, παράλληλα, δημιουργείται όγκος αδέσμευτου νερού πάνω από το ίζημα. Ποσοστό εξίδρωσης καλείται ο όγκος του νερού εξίδρωσης πάνω από το αιώρημα, ΔV, που εκφράζεται ως ποσοστό του ολικού αρχικού όγκου του αιωρήματος, V o. Ο μηχανισμός της εξίδρωσης θεωρείται πολύ σημαντικός επειδή παρέχει πληροφορίες σχετικά με τη συμπεριφορά των αιωρημάτων τσιμέντου σε κατάσταση ηρεμίας εντός του εδάφους μετά το τέλος μιας ένεσης εμποτισμού (Perret et al., 1997). Για το λόγο αυτό, κατά τον σχεδιασμό των αιωρημάτων εξετάζεται το φαινόμενο ως προς τον προσδιορισμό τόσο του ρυθμού όσο και του τελικού ποσοστού εξίδρωσης (Littlejohn, 1982, Vipulanandan and Shenoy,1992). Ευστάθεια ονομάζεται η ικανότητα των αιωρημάτων τσιμέντου να υφίστανται μικρή ή και μηδενική εξίδρωση ώστε να διατηρούνται ομογενή έως την ολοκλήρωση της διαδικασίας των ενέσεων και την έναρξη της πήξης. Σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό Πρότυπο EN (2000), ένα αιώρημα τσιμέντου χαρακτηρίζεται «ευσταθές» όταν εμφανίζει ποσοστό εξίδρωσης ίσο ή μικρότερο του 5% μετά από την πάροδο 2 ωρών από την παρασκευή του. Γενικά, τα καθαρά αιωρήματα τσιμέντου θεωρούνται «ασταθή», επειδή η εξίδρωση περιορίζεται σημαντικά μόνο όταν ο λόγος Ν/Τ είναι χαμηλότερος του 0.85:1. Σε αντίθεση,

56 26 τα λεπτόκοκκα τσιμέντα παρέχουν τη δυνατότητα παρασκευής ευσταθών αιωρημάτων με αρκετά υψηλότερους λόγους Ν/Τ, έως 1.6:1 (Bremen, 1997, Mollamahmutoglu, 2003). Η χρήση ευσταθών αιωρημάτων θεωρείται απαραίτητη για την επιτυχή εκτέλεση ενέσεων εμποτισμού ώστε να εξασφαλίζεται η πλήρωση των πόρων του εδάφους με αιώρημα. Η χρήση ασταθών αιωρημάτων μπορεί να οδηγήσει σε μερική πλήρωση των πόρων του εδάφους (Chuaqui and Bruce, 2003). Παράλληλα, ο πιθανός διαχωρισμός του αιωρήματος κατά τη διάρκεια της ένεσης μπορεί να καταστήσει το αιώρημα μη εισπιέσιμο (De Paoli et al., 1992a, Gause and Bruce, 1997a). Στο Σχήμα 2.7 παριστάνονται τυπικές καμπύλες εξίδρωσης για αιωρήματα κοινού τσιμέντου Portland. Ευεργετική, ως προς την εξίδρωση, μπορεί να είναι και η προσθήκη υπερρευστοποιητών ή/και άλλων χημικών βελτιωτικών στα αιωρημάτα τσιμέντου (Arenzana et al., 1989, Perret et al., 1997, Bremen,1997). Σύμφωνα με τους Clarke et al. (1993) και Gelade et al. (2002), η παρουσία υπερρευστοποιητή προκαλεί μεταξύ των κόκκων του τσιμέντου την ανάπτυξη δυνάμεων άπωσης, ηλεκτροστατικής φύσης, που εμποδίζουν τη δημιουργία συσσωματωμάτων και αυξάνουν τον αριθμό των κόκκων που παραμένουν σε αιώρηση. Στην περίπτωση όμως που η περιεκτικότητα του υπερρευστοποιητή ξεπεράσει μια ορισμένη τιμή, η οποία εξαρτάται από τη σύνθεση του αιωρήματος και τον τύπο του υπερρευστοποιητή, τότε είναι πιθανό να επέλθει διαχωρισμός του αιωρήματος. Σε υψηλή, δηλαδή, περιεκτικότητα υπερρευστοποιητή οι μεγάλοι κόκκοι τσιμέντου καθιζάνουν με αυξημένη ταχύτητα ενώ οι μικρότεροι κόκκοι παραμένουν σε αιώρηση προσδίδοντας στο νερό εξίδρωσης μεγάλη θολότητα. Το φαινόμενο αυτό θεωρείται ανεπιθύμητο επειδή μπορεί να προκαλέσει σημαντικές αλλοιώσεις στις μηχανικές και ρεολογικές ιδιότητες του αιωρήματος. Σχήμα 2.7: Τυπικές καμπύλες εξίδρωσης αιωρημάτων κοινού τσιμέντου Portland (Houlsby, 1985)

57 Ενεσιμότητα και διεισδυτικότητα Με τον όρο ενεσιμότητα περιγράφεται η ευκολία με την οποία ένα ένεμα μπορεί να εισχωρήσει στα κενά ενός εδάφους ή στις ασυνέχειες ενός βράχου, υπό καθορισμένη πίεση εμποτισμού χωρίς να προκαλέσει διάρρηξη του σχηματισμού. Με τον όρο διεισδυτικότητα περιγράφεται το μήκος διείσδυσης, από το σημείο εμποτισμού, ενός ενέματος εντός του εδαφικού ή βραχώδους σχηματισμού υπό καθορισμένη μέγιστη πίεση εμποτισμού (Μάρκου, 1995). Οι δύο αυτές έννοιες έχουν ιδιαιτέρως βαρύνουσα σημασία στο πεδίο των ενέσεων εμποτισμού, επειδή προδιαγράφουν την επιτυχία ή όχι ενός προγράμματος ενέσεων και έχουν διερευνηθεί με στόχο είτε την αξιολόγηση των παραμέτρων που τις επηρεάζουν είτε τη διατύπωση θεωρητικών ή εμπειρικών σχέσεων με τις οποίες είναι δυνατός ο προσδιορισμός τους. Σημειώνεται ότι, λόγω της μοναδικότητας κάθε εδαφικού σχηματισμού αλλά και του μεγάλου αριθμού παραμέτρων που σχετίζονται με τη συμπεριφορά των ενεμάτων και τη διαδικασία εκτέλεσης των ενέσεων, οι πληροφορίες και τα κριτήρια που αναφέρονται στη συνέχεια πρέπει να χρησιμοποιούνται μόνο για προκαταρκτικές εκτιμήσεις και επιβάλλεται ο έλεγχος της αξιοπιστίας τους με εργαστηριακή διερεύνηση ή και με δοκιμαστικές ενέσεις στο πεδίο (Μάρκου,1995, Kutzner,1996, Perret et al., 2000). Διαπιστώνεται πολύ εύκολα ότι η ενεσιμότητα και η διεισδυτικότητα των αιωρημάτων τσιμέντου εξαρτώνται από τη σχέση μεταξύ του μεγέθους των κενών του εδάφους (ή των κόκκων του εδάφους) και του μεγέθους των κόκκων του αιωρήματος. Οι περισσότερες προτάσεις που έχουν διατυπωθεί για την πρόβλεψη της ενεσιμότητας και της διεισδυτικότητας βασίζονται σε αυτή τη σχέση και συχνά αναφέρονται στη βιβλιογραφία με τον όρο «Κριτήρια Ενεσιμότητας». Τα κριτήρια αυτά για ενέσεις εμποτισμού με αιωρήματα τσιμέντου βασίζονται στην τιμή του λόγου δύο χαρακτηριστικών κοκκομετρικών μεγεθών των υλικών και διατυπώνονται ως εξής (Burwell,1958, Mitchell, 1970, 1981, Akbulut and Saglamer, 2002, Mollamahmutoglu et al., 2007) : d 15(εδάφους) N 1 (2.3) d 85(αιω ρήματoς) Όταν η τιμή του Ν 1 προκύπτει μεγαλύτερη του 24 ή 25, το αιώρημα είναι πιθανό να εμποτίσει επιτυχώς το έδαφος. Αντίθετα, όταν η τιμή του Ν 1 είναι μικρότερη του 11 τότε ο εμποτισμός του εδάφους από το συγκεκριμένο αιώρημα είναι αναποτελεσματικός. Στην περίπτωση που ικανοποιείται αυτό το κριτήριο, εξετάζεται και ένα δεύτερο : d 10(εδάφους) N 2 (2.4) d 95(αιω ρήματος)

58 28 Αντίστοιχα με το προηγούμενο, όταν Ν 2 > 11 αναμένονται ικανοποιητικά αποτελέσματα, ενώ όταν Ν 2 < 6 η ένεση δεν είναι δυνατή. Η ικανοποίηση και των δύο κριτηρίων σημαίνει ότι η ένεση είναι πραγματοποιήσιμη, ενώ η μη ικανοποίηση των κριτηρίων οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η ένεση δεν είναι δυνατόν να εκτελεστεί. Κατά τον Verfel (1989), τιμή Ν 1 =20 για το πρώτο κριτήριο αντιπροσωπεύει την ελάχιστη απαραίτητη συνθήκη για να διεισδύσει το ένεμα στο έδαφος, ενώ η τιμή Ν 1 50 υποδεικνύει ότι η διείσδυση θα είναι ικανοποιητική. Ακόμη, από τους Incecik and Ceren (1995) προτείνεται να επαληθεύεται το εξής κριτήριο ώστε να είναι δυνατή η εκτέλεση της ένεσης : d 10(εδάφους) N 10 (2.5) d 90(αιω ρήματος) Για τους βραχώδεις σχηματισμούς τα κριτήρια που προτείνονται είναι τα ακόλουθα (Mitchell, 1970, Mitchell, 1981) : d (ασυνέχειας) N 3 (2.6) d max (αιω ρήματος) d (ασυνέχειας) N 5 (2.7) d 95(αιω ρήματος) d (ασυνέχειας) N 2 (2.8) d 95(αιω ρήματος) Η επαλήθευση των ανισώσεων (2.6) και (2.7) δηλώνει ότι η ένεση είναι εφικτή, ενώ η επαλήθευση της ανίσωσης (2.8) σημαίνει μη δυνατή εκτέλεση της ένεσης. Είναι προφανές ότι, με την υιοθέτηση αυτών των κριτηρίων, η εκτίμηση της ενεσιμότητας εστιάζεται εξ ολοκλήρου στα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του εδάφους και του αιωρήματος και δε λαμβάνονται υπόψη άλλες παράμετροι που μπορεί να έχουν σημαντική επίδραση. Προκαταρκτικές εκτιμήσεις της ενεσιμότητας μπορούν να γίνουν και με βάση την κοκκομετρία και την διαπερατότητα του προς ενίσχυση εδαφικού υλικού, αλλά και βάσει των ενεμάτων και του ιξώδους τους. Στο Σχήμα 2.8 απεικονίζεται η ενεσιμότητα διαφόρων υλικών στο έδαφος.

59 29 ΕΝΕΜΑΤΑ ΧΑΛΙΚΑΣ ΑΜΜΟΣ χονδρή μεσαία λεπτή ΙΛΥΣ ΑΡΓΙ- ΛΟΣ ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΑ ΤΣΙΜΕΝΤΑ ΑΙΩΡΗΜΑΤΑ ΚΟΙΝΟ ΤΣΙΜΕΝΤΟ ΜΠΕΝΤΟΝΙΤΗΣ ΠΥΡΙΤΙΚΟ ΝΑΤΡΙΟ- ΤΣΙΜΕΝΤΟ ΛΙΓΝΙΝΕΣ ΔΙΑΛΥΜΑΤΑ ΟΥΡΙΑ-ΡΗΤΙΝΕΣ ΑΚΡΥΛΑΜΙΔΙΑ ΜΕΓΕΘΟΣ ΚΟΚΚΟΥ (mm) ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑΣ (cm/sec) Σχήμα 2.8: Δυνατότητα χρήσης διαφόρων υλικών ενέσεων ανάλογα με την κοκκομετρία και τη διαπερατότητα των εδαφών (Karol, 1982) Λοιπές ιδιότητες 1) Χρόνοι πήξης και σκλήρυνσης: Διαδικασία πήξης καλείται το φαινόμενο που εξελίσσεται κατά το χρονικό διάστημα από τη μείξη νερού και τσιμέντου έως τη στιγμή που ο πολτός μπορεί να παραλάβει ένα αυθαίρετα προκαθαρισμένο φορτίο (τάση). Στα αιωρήματα τσιμέντου η διαδικασία αυτή διακρίνεται στο στάδιο πήξης (αρχικός και τελικός χρόνος πήξης) και το στάδιο σκλήρυνσης. Ο προσδιορισμός του αρχικού και του τελικού χρόνου πήξης γίνεται με χρήση της βελόνας Vicat. Σημαντική επίδραση στους χρόνους πήξης ασκεί ο τύπος και η λεπτότητα του τσιμέντου που χρησιμοποιείται ως βάση για την παρασκευή των αιωρημάτων. Για τη ρύθμιση του τελικού χρόνου πήξης χρησιμοποιούνται διάφορα χημικά βελτιωτικά όπως οι επιβραδυντές, οι επιταχυντές και οι αναστολείς (Littlejohn,1982), ενώ ο ρυθμός της διαδικασίας της ενυδάτωσης του τσιμέντου στα

60 30 αιωρήματα και κατ επέκταση ο λόγος του νερού προς τσιμέντο (Ν/Τ) καθορίζει τη διάρκεια των σταδίων πήξης (Mollamahmutoglu, 2003). 2) Αντοχή: Διακρίνεται σε βραχυχρόνια όπου μετράται με το πενετρόμετρο τσέπης και σε μακροχρόνια, όπου προσδιορίζεται με την εκτέλεση δοκιμών ανεμπόδιστης θλίψης. Οι πιο σημαντικές παράμετροι που επηρεάζουν την αντοχή του σκληρυμένου υλικού τσιμεντένεσης είναι ο αρχικός λόγος νερού προς τσιμέντο (Ν/Τ), το πορώδες του υλικού, ο τύπος του τσιμέντου και η παρουσία προσθέτων. Η επίδραση των δύο τελευταίων είναι ασήμαντη για χρόνους πέραν των 28 ημερών. 3) Μονιμότητα: Από χημικής άποψης, η μονιμότητα ενός αιωρήματος ορίζεται ως η μη μόλυνση του περιβάλλοντος εδάφους λόγω πιθανής αλλοίωσης του αιωρήματος. Από μηχανικής άποψης, ως μόνιμο θεωρείται ένα αιώρημα που διατηρεί τις μηχανικές του ιδιότητες σε βάθος χρόνου (Gouvenot, 1996). Γενικά, τα αιωρήματα τσιμέντου θεωρούνται πολύ πιο ανθεκτικά από τα χημικά διαλύματα, αλλά είναι δυνατόν να υποστούν σημαντικές αλλοιώσεις σε ακραίες περιβαλλοντικές συνθήκες, όπως είναι οι μεγάλες διακυμάνσεις στη θερμοκρασία, η παρουσία σουλφονικών στους υπόγειους υδροφόρους και το χημικά «επιθετικό» περιβάλλον (Littlejohn, 1982). 4) Διαπερατότητα: Η διαπερατότητα των αιωρημάτων τσιμέντου εξαρτάται έντονα από το λόγο νερού προς τσιμέντου, Ν/Τ (Littlejohn, 1982). Αιωρήματα με υψηλή διαπερατότητα είναι περισσότερο ευπαθή σε αλλοιώσεις κυρίως όταν βρίσκονται σε περιβάλλον με χαμηλό ph. Η χρήση πυριτικής παιπάλης μπορεί να μειώσει σημαντικά την διαπερατότητα των αιωρημάτων τσιμέντου, ενώ αντίθετα αποτελέσματα έχει η χρήση μπεντονίτη (Mollamahmutoglu et al., 2007). 5) Συρρίκνωση: Η συρρίκνωση ενός αιωρήματος τσιμέντου σχετίζεται κατά κύριο λόγο με την ποσότητα του νερού που αποβάλλεται. Η δημιουργία μικρών ρωγμών εξαιτίας του φαινομένου αυτού είναι δυνατό να επιδράσει αρνητικά στη στεγανότητα του αιωρήματος και συνακόλουθα του εμποτισμένου εδάφους. Αυτό προλαμβάνεται με τη χρήση ειδικών χημικών βελτιωτικών που προξενούν διόγκωση του αιωρήματος (Littlejohn, 1982), ενώ καλύτερη συμπεριφορά έναντι συρρίκνωσης εμφανίζουν τα αιωρήματα με χαμηλούς λόγους Ν/Τ. 2.5 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΕΣ ΜΕΛΕΤΕΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΕΜΠΟΤΙΣΜΕΝΩΝ ΑΜΜΩΝ Ο σχεδιασμός κατασκευών που περιλαμβάνουν έδαφος εμποτισμένο με αιωρήματα τσιμέντου απαιτεί την τεκμηρίωση των ιδιοτήτων και της συμπεριφοράς του εμποτισμένου εδάφους. Στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής μάς απασχόλησε ο προσδιορισμός των υδραυλικών χαρακτηριστικών (διαπερατότητα) καθώς και των μηχανικών ιδιοτήτων (αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη) των εμποτισμένων άμμων. Έτσι, ανατρέχοντας στη διαθέσιμη βιβλιογραφία παραθέτουμε παρακάτω πειραματικά αποτελέσματα που αφορούν στις ιδιότητες αυτές. Επειδή όμως σε κάθε εργαστηριακή διερεύνηση εφαρμόζεται συγκεκριμένη διαδικασία για την παραγωγή κατάλληλων δοκιμίων εμποτισμένου εδάφους, θεωρήθηκε σκόπιμη η αρχική παροχή κάποιων πληροφοριών για τις μεθόδους παραγωγής των δοκιμίων.

61 Μέθοδοι παραγωγής δοκιμίων Οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την εργαστηριακή παραγωγή δοκιμίων εμποτισμένου εδάφους είναι : α) μονοδιάστατη ροή του αιωρήματος σε εδαφικές στήλες μεγάλου μήκους, β) μονοδιάστατη ροή σε εδαφικές στήλες μικρού μήκους ή μήτρες, γ) τριδιάστατη ροή ή ενέσεις μεγάλης κλίμακας και δ) ανάμειξη του εδάφους με το αιώρημα. Οι πιο συνηθισμένες μέθοδοι είναι οι δύο πρώτες. Γενικά, ως μονοδιάστατες ενέσεις εμποτισμού σε στήλες μεγάλου μήκους θεωρούνται οι ενέσεις που πραγματοποιούνται σε κυλινδρικές στήλες εδάφους με λόγο μήκους προς διάμετρο μεγαλύτερο ή ίσο του 10 και μήκος μεγαλύτερο των 50 cm. Συνηθισμένος στόχος μιας διερεύνησης με στήλες μεγάλου μήκους είναι η μελέτη της ενεσιμότητας και της διεισδυτικότητας των αιωρημάτων καθώς και της αποτελεσματικότητας των αιωρημάτων σε συνάρτηση με την απόσταση από το σημείο εισπίεσης (ένεσης). Η διαμόρφωση δοκιμίων για εργαστηριακό έλεγχο γίνεται με κοπή της στήλης σε μικρότερα τμήματα. Σχηματική παράσταση της διάταξης φαίνεται στο Σχήμα 2.9. Η διαδικασία προβλέπει εισπίεση ποσότητας αιωρήματος με κατεύθυνση ροής από κάτω προς τα πάνω και ολοκληρώνεται με βάση ένα από τα εξής δύο κριτήρια : (α) συλλογή συγκεκριμένης ποσότητας αιωρήματος από την έξοδο της στήλης που συνήθως ορίζεται να είναι ίση με το 20% ως το 100% του όγκου των κενών του εδάφους στη στήλη και (β) όταν η πίεση εμποτισμού στην αντλία ή στην είσοδο της στήλης προσεγγίσει τιμή που συνήθως ορίζεται να είναι ίση με 0.7 MPa έως 1.0 MPa. Γενικά, η στήλη της άμμου βρίσκεται σε κορεσμένη ή ξηρή κατάσταση πριν την ένεση, ενώ το αιώρημα ως τη στιγμή εκτέλεσης της ένεσης αποθηκεύεται σε κατάλληλο δοχείο και βρίσκεται υπό συνεχή ανάδευση ώστε να παραμένει ομογενές. Η διαδικασία εκτέλεσης ενέσεων εμποτισμού σε στήλες μικρού μήκους ή μήτρες είναι ίδια με αυτή που εφαρμόζεται για ενέσεις σε στήλες μεγάλου μήκους. Σημαντικό πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι παράγονται δοκίμια εμποτισμένου εδάφους που είναι έτοιμα για εργαστηριακό έλεγχο και δεν απαιτείται κοπή ή άλλες διαδικασίες διαμόρφωσης που μπορεί να προκαλούν διαταραχή του δοκιμίου. Με αυτή τη μέθοδο, παράγονται δοκίμια που χαρακτηρίζονται από σημαντική επαναληψιμότητα ως προς τις φυσικές, υδραυλικές και μηχανικές ιδιότητές τους. Κατά συνέπεια, η μέθοδος εφαρμόζεται συχνά στις περιπτώσεις που απαιτείται εκτεταμένη παραμετρική διερεύνηση. Σε αυτήν την κατηγορία εντάσσονται και οι πειραματικές διατάξεις που σχεδιάζονται σύμφωνα με τις προβλέψεις του ευρωπαϊκού προτύπου EN (2000), και του αμερικανικού προτύπου ASTM D παρόλο που αυτό αναφέρεται σε χημικά ενέματα. Οι διαστάσεις των μητρών που χρησιμοποιούνται είναι τέτοιες ώστε να προκύπτουν δοκίμια με λόγο ύψους προς διάμετρο ίσο ή λίγο μεγαλύτερο του 2. Σε τέτοιου τύπου πειραματική διάταξη, που περιγράφεται ενδελεχώς σε επόμενο κεφάλαιο, βασίστηκε και η παρούσα εργαστηριακή διερεύνηση. Σχηματική παράσταση τέτοιων εργαστηριακών διατάξεων φαίνεται στο Σχήμα Ερευνητικές προσπάθειες που έχουν βασιστεί σε αυτού του τύπου τη διάταξη είναι, ενδεικτικά, των Krizek et al. (1986), De Paoli et al. (1992a, b), Μάρκου (1995), Mollamahmutoglu (2003) και του Πανταζόπουλου (2009).

62 32 (α) (β) Σχήμα 2.9: Διατάξεις εμποτισμού σε στήλες μεγάλου μήκους από (α) Sano et al. (1996) και (β) Dano and Derache (2001), Dano and Hicher (2003) (α) (β) Σχήμα 2.10: Διάταξη ενέσεων εμποτισμού με πολλαπλές μήτρες (α) κατά ASTM D και (β) λεπτομέρεια μήτρας (Krizek et al., 1986) Διαπερατότητα Οι De Paoli et al. (1992b) πραγματοποίησαν δοκιμές διαπερατότητας σε δοκίμια μέσηςλεπτής άμμου εμποτισμένης με αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων (Cemill) ηλικίας 28 ημερών. Οι ερευνητές μελέτησαν την επιρροή του λόγου Ν/Τ του αιωρήματος στο

63 33 συντελεστή διαπερατότητας του εμποτισμένου εδάφους. Παρατήρησαν ότι ο συντελεστής διαπερατότητας μπορεί να μειωθεί έως και 4 τάξεις μεγέθους με τη μείωση του λόγου Ν/Τ. Επιπλέον, εξέτασαν την επίδραση της προσθήκης μπεντονίτη στα αιωρήματα τσιμέντων και διαπίστωσαν ότι, για ίδιους λόγους Ν/Τ, τα αιωρήματα που περιείχαν μπεντονίτη μείωσαν το συντελεστή διαπερατότητας του εδάφους κατά 2 τάξεις μεγέθους περισσότερο (κατά μέσο όρο) από αυτά που δεν περιείχαν μπεντονίτη. Αυτή η βελτίωση αποδίδεται στη μείωση της εξίδρωσης που επιτυγχάνεται με τη χρήση μπεντονίτη. Τονίζεται η ανάγκη τόσο για σωστή επιλογή της ποσότητας του μπετονίτη όσο και της μεθόδου ανάμειξής του με το αιώρημα τσιμέντου, καθώς είναι δυνατό να προκληθούν αποτελέσματα αντίθετα από τα επιθυμητά. Χαρακτηριστικά αποτελέσματα της έρευνας αυτής φαίνονται στο Σχήμα 2.11, όπου το CEMILL S περιέχει μπεντονίτη σε ποσοστό 4% κατά βάρος νερού, ενώ το CEMILL I δεν περιέχει μπεντονίτη. Οι Zebovitz et al. (1989) μελέτησαν την επίδραση της κοκκομετρίας της άμμου και του λόγου Ν/Τ του αιωρήματος. Συγκεκριμένα, εκτέλεσαν δοκιμές διαπερατότητας σε δοκίμια λεπτής και μέσης - λεπτής άμμου εμποτισμένης με αιωρήματα τσιμέντου MC-500 και παρατήρησαν ότι ο συντελεστής διαπερατότητας είναι δυνατόν να μειωθεί έως και 4 τάξεις μεγέθους για τη λεπτή άμμο (10-6 cm/sec) και έως 3 τάξεις μεγέθους για τη χονδρότερη (10-5 cm/sec). Επίσης, η μεταβολή του λόγου Ν/Τ από 6:1 σε 2:1 προκάλεσε μείωση του συντελεστή διαπερατότητας κατά 3 τάξεις μεγέθους για τη λεπτή άμμο και 2 τάξεις μεγέθους για τη μέση - λεπτή άμμο. Σχήμα 2.11: Επίδραση του λόγου Τ/Ν στο συντελεστή διαπερατότητας εμποτισμένων άμμων (De Paoli et al., 1992b)

64 34 Πληροφορίες που αφορούν στην επίδραση του ποσοστού λεπτόκοκκων του εδάφους στη διαπερατότητα του εμποτισμένου εδάφους αναφέρονται από τον Ατματζίδη (1988). Διερευνήθηκε η επίδραση του ποσοστού λεπτόκοκκων με τιμές 0%, 2% και 5% σε δύο αμμώδη εδάφη εκτελώντας ενέσεις εμποτισμού σε στήλες μεγάλου μήκους με αιώρημα λεπτόκοκκου τσιμέντου (MC-500) που είχε λόγο Ν/Τ ίσο με 4:1. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν οδήγησαν στο συμπέρασμα ότι η παρουσία λεπτόκοκκων σε ποσοστό ίσο με 2% δεν επηρεάζει πρακτικά τη διαπερατότητα του εμποτισμένου εδάφους, ενώ για τις περιπτώσεις που το έδαφος περιείχε ποσοστό σε λεπτόκοκκα ίσο με 5% δεν προέκυψαν συμπεράσματα καθώς σε αυτές τις περιπτώσεις δεν ήταν δυνατός ο πλήρης εμποτισμός των στηλών του εδάφους. Μετρήσεις διαπερατότητας πραγματοποιήθηκαν επίσης και από τους Schwarz and Krizek (1994) σε δοκίμια μέσης - λεπτής άμμου εμποτισμένης με αιωρήματα λεπτόκοκκου τσιμέντου (MC-500) με λόγους Ν/Τ 1:1, 2:1 και 3:1, για ηλικίες δοκιμίων ίσες με 7 και 48 ημέρες. Ανεξάρτητα από το λόγο Ν/Τ, η αύξηση της ηλικίας από 7 σε 48 ημέρες επιφέρει σημαντική μείωση του συντελεστή διαπερατότητας του εμποτισμένου εδάφους που φτάνει ως και τις 2 τάξεις μεγέθους. Επίσης, σύμφωνα με τα αποτελέσματα των ίδιων ερευνητών,η μέθοδος παραγωγής των δοκιμίων εμποτισμένου εδάφους φαίνεται να επιδρά στη διαπερατότητά τους. Οι ερευνητές κατέληξαν σε αυτό το συμπέρασμα συγκρίνοντας δύο διαφορετικές μεθόδους παρασκευής δοκιμίων εμποτισμένου εδάφους : (α) με χειρωνακτική ανάμειξη του εδάφους και του αιωρήματος και (β) με ενέσεις εμποτισμού σε στήλες εδάφους. Από τα αποτελέσματα προκύπτει ότι, παρά το γεγονός ότι το ποσοστό τσιμέντου ήταν από 1.1 ως 1.3 φορές μεγαλύτερο στα δοκίμια που διαμορφώθηκαν με ένεση σε σχέση με ανάμειξη, η διαπερατότητα των αντίστοιχων δοκιμίων που προετοιμάστηκαν χειρωνακτικά ήταν μικρότερη. Αυτό αποδίδεται στο γεγονός ότι η διαπερατότητα των εμποτισμένων δοκιμίων δεν εξαρτάται μόνο από την ποσότητα του τσιμέντου στα κενά του εδάφους, αλλά και από την κατανομή του τσιμέντου και την τελική δομή της εμποτισμένης άμμου, που, με τη σειρά τους, επηρεάζονται από τη διαδικασία εμποτισμού. Συγκεκριμένα, στα δοκίμια της μεθόδου ανάμειξης προκλήθηκε μείωση της τιμής του συντελεστή διαπερατότητας ως και 6 τάξεις μεγέθους, όταν στα δοκίμια που προέκυψαν από ενέσεις οι μειώσεις κυμαίνονταν από 3 ως 5 τάξεις μεγέθους. Οι ίδιοι ερευνητές (Schwarz and Krizek, 2006) εκτέλεσαν εμποτισμούς με αιωρήματα λεπτόκοκκου τσιμέντου (MC-500), σε λόγους Ν/Τ ίσους με 2:1 και 3:1, σε δύο άμμους διαφορετικής κοκκομετρικής διαβάθμισης. Τα αποτελέσματα δείχνουν μειώσεις από 3 έως 6 τάξεις μεγέθους στη διαπερατότητα της μέσης άμμου και από 5 έως 6 τάξεις μεγέθους στη διαπερατότητα της μέσης - λεπτής άμμου. Σε κάθε περίπτωση όμως, η μέση άμμος μετά την τσιμεντένεση παρουσίασε υψηλότερες τιμές συντελεστή διαπερατότητας (από 10-4 ως 10-7 cm/sec) σε σύγκριση με αυτές της μέσης - λεπτής (10-7 ως 10-8 cm/sec). Οι Akbulut and Saglamer (2002) κάνοντας εμποτισμούς με αιωρήματα κοινού τσιμέντου τύπου Portland, απέδειξαν ότι η αύξηση του λόγου Ν/Τ από 1:1 σε 2:1 είναι δυνατό να αυξήσει το συντελεστή διαπερατότητας της εμποτισμένης άμμου περισσότερο από μια τάξη μεγέθους. Οι Krizek and Helal (1992) εκτέλεσαν εμποτισμούς με αιωρήματα λεπτόκοκκου τσιμέντου MC-500 σε δοκίμια άμμου Ottawa και μελέτησαν την επίδραση του λόγου

65 35 Ν/Τ του αιωρήματος, καθώς επίσης και της ηλικίας των δοκιμίων. Τα αποτελέσματα, που παρουσιάζονται στον Πίνακα 2.2, τεκμηριώνουν την ισχυρή επίδραση του λόγου Ν/Τ στην αποτελεσματικότητα των ενέσεων, καθώς φαίνεται ότι μικρή διαφοροποίηση στο λόγο Ν/Τ είναι δυνατό να προκαλέσει σημαντική διαφοροποίηση της διαπερατότητας (ως και δύο τάξεις μεγέθους) του εμποτισμένου εδάφους. Αντίθετα, η επίδραση της ηλικίας των δοκιμίων είναι μικρή. Τονίζεται από τους συγγραφείς ότι οι τιμές των συντελεστών διαπερατότητας που αντιστοιχούν σε λόγους Ν/Τ ίσους με 1:1 και 1.5:1 ενδεχομένως να είναι ακόμη μικρότερες, καθώς δεν ήταν δυνατό να προσδιοριστούν τόσο χαμηλές τιμές διαπερατότητας με τον εξοπλισμό που χρησιμοποιήθηκε. Ο ερευνητής Mollamahmutoglu (2003) κοινοποίησε έρευνα με αντικείμενο την αντικατάσταση ενεμάτων πυριτικού εστέρα με λεπτόκοκκα τσιμέντα Portland σε μέσες χονδρές άμμους. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε το τσιμέντο Microcem H900 χωρίς την προσθήκη υπερρευστοποιητών, ενώ διενεργήθηκαν δοκιμές σταθερού φορτίου υπό υδραυλική κλίση 20. Με το πέρας των δοκιμών τα εμποτισμένα δοκίμια παρέμεναν στις μήτρες και ακολουθούσε προσδιορισμός του συντελεστή διαπερατότητας μέσω της παρατήρησης ενδεχόμενης ροής διαμέσου του εμποτισμένου εδάφους. Έτσι, η απουσία τέτοιας ροής για το χρονικό διάστημα των 40 ημερών οδήγησε τον ερευνητή στο συμπέρασμα ότι τα αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων Portland, στο θέμα τουλάχιστον της διαπερατότητας και της διείσδυσής τους στους πόρους άμμου μέσης - χονδρής κοκκομετρίας, είναι το ίδιο αποτελεσματικά με το χημικό ένεμα του πυριτικού εστέρα. Με παρόμοιο τρόπο εξετάστηκαν (Mollamahmutoglu et al., 2007) οι υδραυλικές ιδιότητες μέσων- λεπτών άμμων εμποτισμένων με αιωρήματα που εμπεριείχαν σε ποσοστό 90% κατά βάρος των στερεών το λεπτόκοκκο τσιμέντο Rheocem 650 και κατά 10% πυριτική παιπάλη. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν για λόγο Ν/Τ ίσο με 1, με και χωρίς τη χρήση υπερρευστοποιητή και απέδειξαν ότι η εν μέρει αντικατάσταση του λεπτόκοκκου τσιμέντου από την πυριτική παιπάλη οδηγεί σε πολύ μικρότερες διαπερατότητες από αυτές που παρουσιάζουν τα αντίστοιχα δοκίμια όταν εμποτίζονται μόνο με αιωρήματα τσιμέντου. Αυτό Πίνακας 2.2: Συντελεστές διαπερατότητας άμμου εμποτισμένης με λεπτόκοκκο τσιμέντο (Krizek and Helal, 1992) Λόγος Ν/Τ Συντελεστής Διαπερατότητας (cm/sec) 7 ημέρες 14 ημέρες 28 ημέρες 1:1 <10-7 <10-7 < :1 <10-7 <10-7 <10-7 2:1 4*10-5 3*10-5 2* :1 8*10-4 4*10-4 4*10-4 3:1 9*10-2 6*10-2 5*10-2

66 36 αποδίδεται στη μεγάλη λεπτότητα των κόκκων της πυριτικής παιπάλης ( ειδική επιφάνεια της τάξης των m 2 /kg) και της υψηλής περιεκτικότητάς της σε πυρίτιο, που την καθιστά ένα άκρως αποτελεσματικό ποζολανικό υλικό. Αναφέρεται ακόμη ότι η προσθήκη της πυριτικής παιπάλης στο λεπτόκοκκο τσιμέντο ελαττώνει γενικά το ολικό κόστος του αιωρήματος τσιμέντου. Πιο πρόσφατα, οι Mollamahmutoglu and Yilmaz (2010) επέκτειναν την έρευνά τους στον προσδιορισμό της διαπερατότητας μέσης- λεπτής άμμου εμποτισμένων με αιωρήματα του λεπτόκοκκου τσιμέντου Rheocem 900, με (2% κατά βάρος του τσιμέντου) αλλά και δίχως τη χρήση υπερρευστοποιητή. Για το σκοπό αυτό εκτελέστηκαν δοκιμές σταθερού καθώς και μεταβαλλόμενου φορτίου βάσει προτύπων (ASTM C , 2002 και ASTM C , 2002 αντίστοιχα), όπου διαπιστώθηκε ότι όλα τα δοκίμια αυτά που είχαν εμποτιστεί με αιωρήματα λόγου Ν/Τ ίσο με 1 ήταν στην ουσία αδιαπέρατα κι επομένως, εμφάνιζαν συντελεστή διαπερατότητας πολύ μικρότερο από 10-7 m/sec. Οι Δρουδάκης κ.ά. (2010) χρησιμοποίησαν για τη διερεύνηση της αποτελεσματικότητας των ενέσεων εμποτισμού με αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων το κοινό τσιμέντο CEM II/B-M (EN 197-1) λειοτριβημένο κατάλληλα σε ένα λεπτό και δύο λεπτόκοκκα τσιμέντα με ονομαστικό μέγεθος κόκκου, d max, ίσο με 40 μm, 20 μm και 10 μm, αντίστοιχα. Τα αιωρήματα που παρασκευάστηκαν είχαν λόγο νερού προς τσιμέντο (Ν/Τ) ίσο με 1:1. 2:1 και 3:1 κατά βάρος. Μάλιστα, για τη βελτίωση της ρεολογικής συμπεριφοράς και τη μείωση του ιξώδους των αιωρημάτων λεπτού και λεπτόκοκκων τσιμέντων χρησιμοποιήθηκε υπερρευστοποιητής (GLENIUM 11) συμβατός με το συγκεκριμένο τύπο τσιμέντου, σε δόση ίση με 1.4% κατά βάρος ξηρού τσιμέντου. Ακόμα, το εμποτισμένο έδαφος παρασκευάστηκε κάνοντας χρήση γωνιώδους ασβεστολιθικής άμμου, η οποία διαχωρίστηκε σε τέσσερα επιμέρους καθαρά κλάσματα με μεγέθη κόκκων μεταξύ των κοσκίνων ( κατά ASTM E11): Νο. 5 και Νο. 10 (άμμος 5-10), Νο. 10 και Νο. 14 (άμμος 10-14), Νο. 14 και Νο. 25 (άμμος 14-25) και Νο. 25 και Νο. 50 (άμμος 25-50). Τα επιμέρους κλάσματα άμμου χαρακτηρίζονται ως ομοιόμορφα, ενώ δεν περιέχουν συστατικά μικρότερα των mm. Πριν από την έναρξη των εμποτισμών, τα κλάσματα άμμου βρίσκονταν σε ξηρή και πυκνή κατάσταση (μέση τιμή σχετικής πυκνότητας, Dr= 98±1%). Από τα αποτελέσματα των δοκιμών διαπερατότητας σταθερού φορτίου υπό πίεση που έγιναν στις εμποτισμένες άμμους, προέκυψε μείωσή της με τη μείωση του μεγέθους των κόκκων του εδάφους (Σχήμα 2.12 α). Ωστόσο, οι παρατηρούμενες διαφορές μεταξύ των συντελεστών διαπερατότητας των άμμων θεωρήθηκαν μικρές, καθώς δεν ξεπερνούσαν τη μισή τάξη μεγέθους. Αντίθετα, παρατηρήθηκε σημαντική αύξηση της αποτελεσματικότητας των αιωρημάτων ως προς τη διαπερατότητα με την αύξηση του μεγέθους των κόκκων του εδάφους. Συγκεκριμένα, ο συντελεστής διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων 5-10, 10-14, και βρέθηκε μικρότερος ακόμα και κατά σχεδόν 5, 4.5, 4 και 3 τάξεις μεγέθους, αντίστοιχα, από αυτήν των καθαρών άμμων (Σχήμα 2.12 β). Διαπιστώθηκε ακόμα ότι η διαπερατότητα του εμποτισμένου εδάφους σημείωνε συστηματικές μειώσεις με την αύξηση της λεπτότητας του τσιμέντου του αιωρήματος. Πιο αναλυτικά, η άμμος που εμποτίστηκε με τα αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων (d max = 20 μm και d max =10 μm) απέδωσε τιμές συντελεστή διαπερατότητας περίπου ίσες (4.6*10-5

67 37 cm/sec και 5.13*10-5 cm/sec, αντίστοιχα), ενώ η αντίστοιχη τιμή με το αιώρημα κοινού τσιμέντου έφτασε τα 7*10-5 cm/sec. Παρομοίως, η άμμος που εμποτίστηκε με αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων και με λόγο Ν/Τ ίσο με 3:1 απέδωσε τιμή συντελεστή διαπερατότητας περίπου ίση με 3.4*10-4 cm/sec, ενώ η αντίστοιχη τιμή με το αιώρημα κοινού τσιμέντου έφτασε στα 5.4*10-4 cm/sec. Αυτή η βελτίωση της διαπερατότητας που σημειώθηκε με τη χρήση των λεπτόκοκκων αιωρημάτων αποδίδεται από τους συγγραφείς στο μειωμένο μέγεθος της εξίδρωσης που αυτά εμφανίζουν σε σχέση πάντα με τα αιωρήματα κοινού τσιμέντου. Συγκεκριμένα, αναφέρουν ότι η ποσότητα αιωρήματος που συγκεντρώνεται εντός των κενών του εδάφους υπό συνθήκες εύκολης διείσδυσής του είναι ανεξάρτητη του τύπου του αιωρήματος που χρησιμοποιήθηκε. Η χρήση, όμως, του αιωρήματος κοινού τσιμέντου έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία περισσότερων κενών, λόγω της παρουσίας πλεονάζουσας ποσότητας νερού, η οποία αποτελεί προϊόν της εξίδρωσης. Κατά συνέπεια, η πλήρωση των κενών που επιτυγχάνεται με το συγκεκριμένο αιώρημα δεν εμφανίζει την ίδια αποτελεσματικότητα με αυτή που επιτυγχάνουν τα αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση του συντελεστή διαπερατότητας. Το φαινόμενο αυτό εντείνεται όταν ο εμποτισμός πραγματοποιείται κάτω από υψηλές πιέσεις και για την άμμο Ο αριθμός των κενών αυξάνεται εξαιτίας του φιλτραρίσματος που υφίσταται το αιώρημα με αποτέλεσμα ο συντελεστής διαπερατότητας να είναι σχεδόν κατά 2 τάξεις μεγέθους μεγαλύτερος από εκείνους των λεπτόκοκκων τσιμέντων (Σχήμα 2.13 α). Στο Σχήμα 2.13 (β) γίνεται εμφανής η επίδραση της εξίδρωσης του αιωρήματος στην τιμή του συντελεστή διαπερατότητας. (α) (β) Σχήμα 2.12: Δοκιμές διαπερατότητας (α) επίδραση του μεγέθους των κόκκων του εδάφους στη διαπερατότητα του εμποτισμένου εδάφους, (β) λόγος των συντελεστών διαπερατότητας του εμποτισμένου και καθαρού εδάφους σε σχέση με το μέγεθος των κόκκων του (Δρουδάκης κ.ά., 2010)

68 38 (α) (β) Σχήμα 2.13 : Διαπερατότητα εμποτισμένου εδάφους (α) επίδραση της λεπτότητας του τσιμέντου στη διαπερατότητα του εμποτισμένου εδάφους, (β) επίδραση της εξίδρωσης των αιωρημάτων στη διαπερατότητα του εμποτισμένου εδάφους (Δρουδάκης κ.ά., 2010) Γενικώς, μέσα από την έρευνα αυτή αποδεικνύεται η αποτελεσματικότητα των αιωρημάτων λεπτόκοκκων τσιμέντων έναντι των κοινών ως προς τη μείωση της διαπερατότητας. Αυτό συμβαίνει διότι τα αιωρήματα λεπτόκοκκκων τσιμέντων εμφανίζουν βελτιωμένη ενεσιμότητα και μικρότερη εξίδρωση. Όλα τα παραπάνω συνηγορούν στο συμπέρασμα ότι ο μηχανισμός ελάττωσης της διαπερατότητας βασίζεται περισσότερο στο ποσοστό μείωσης των κενών του εδάφους, που επιτυγχάνεται με τον εμποτισμό του, παρά την ισχύ των δεσμών που αναπτύσσονται μεταξύ των κόκκων εδάφους λόγω της παρουσίας του αιωρήματος. Ο Πανταζόπουλος (2009) εκτέλεσε σε συνδυασμό με τις δοκιμές τριαξονικής φόρτισης CU-PP δοκιμές για τον προσδιορισμό του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων. Τα αποτελέσματα των δοκιμών διαπερατότητας, για το σύνολο των δοκιμίων των εμποτισμένων άμμων που εξετάστηκαν, συνοψίζονται στον Πίνακα 2.3. Η τιμή της ενεργού πλευρικής τάσης, σ 3, υπό την οποία έγινε η στερεοποίηση του δοκιμίου πριν από τη δοκιμή διαπερατότητας, δε φάνηκε να επηρεάζει σημαντικά ούτε με κάποιο σαφή και συστηματικό τρόπο τις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων. Από θεώρηση του συνόλου των αποτελεσμάτων προκύπτει ότι ο συντελεστής διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων έλαβε τιμή κυμαινόμενη από 10-3 cm/s έως 6*10-8 cm/s. Μάλιστα, τη σημαντικότερη επίδραση στις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων σημείωσε ο λόγος νερού προς τσιμέντο, Ν/Τ, των αιωρημάτων. Ειδικότερα, οι άμμοι που εμποτίστηκαν με αιωρήματα με λόγο Ν/Τ ίσο προς 1:1, εμφάνισαν τιμή του συντελεστή διαπερατότητας κυμαινόμενη από 2*10-5 έως 6*10-8 cm/s, ενώ οι άμμοι

69 39 Πίνακας 2.3: Αποτελέσματα δοκιμών διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων (Πανταζόπουλος, 2009) ΤΣΙΜΕΝΤΟ ΑΜΜΟΣ Λόγος Ν/Τ Τελικό Ποσοστό Εξίδρωσης (%) Μέσος Συντελεστής Διαπερατότητας k 20,a (cm/sec) Μείωση συντελεστή διαπερατότητας (τάξεις μεγέθους) II32.5 d max =100μm #14-# E II32.5 d max =40μm #14-# E E II32.5 d max =20μm #14-# E E-04 3 II32.5 d max =10μm #14-# E E IV32.5 d max =20μm I42.5 d max =20μm II32.5 d max =20μm II32.5 d max =10μm IV32.5 d max =20μm IV32.5 d max =10μm #14-# E #25-# E #25-# E #25-# E #25-# E #25-# E Συντελεστής διαπερατότητας καθαρής άμμου #14 - #25 : k 20,α = 2.2*10-1 cm/s Συντελεστής διαπερατότητας καθαρής άμμου #25 - #50 : k 20,α = 4.0*10-2 cm/s

70 που εμποτίστηκαν με αιωρήματα με λόγο Ν/Τ ίσο προς 3:1 παρουσίασαν τιμές του συντελεστή διαπερατότητας κυμαινόμενη από 10-3 έως 5*10-5 cm/s, δηλαδή υψηλότερο κατά περίπου τρεις τάξεις μεγέθους. Από τα διαθέσιμα στοιχεία για άμμους εμποτισμένες με αιωρήματα με λόγο Ν/Τ ίσο προς 2:1 φαίνεται ότι η τιμή του συντελεστή διαπερατότητας κυμάνθηκε γύρω από τα 5*10-4 cm/s. Η επίδραση της κοκκομετρίας του τσιμέντου στις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων υπήρξε σαφής αλλά σημαντικά μικρότερη από την επίδραση του λόγου Ν/Τ. Συγκεκριμένα, τα πυκνά αιωρήματα (λόγος Ν/Τ ίσος προς 1:1) των τσιμέντων με μέγιστο μέγεθος κόκκων d max 100μm απέδωσαν υψηλότερες τιμές του συντελεστή διαπερατότητας, κατά μία έως τρείς τάξεις μεγέθους, σε σχέση με τα αιωρήματα των τσιμέντων με d max ίσο προς 40μm, 20μm και 10μm, που γενικά απέδωσαν παρόμοιες τιμές του συντελεστή διαπερατότητας. Κατά τη χρήση αραιών αιωρημάτων (Ν/Τ=3:1), η σταδιακή μείωση του μέγιστου μεγέθους κόκκων των αιωρημάτων, d max, από 100μm σε 40μm, σε 20μm και σε 10μm φάνηκε να συνοδεύεται από αντίστοιχη μείωση της τιμής του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων κατά περίπου μισή τάξη μεγέθους κάθε φορά. Τέλος, παρατηρήθηκε ότι ο τύπος του τσιμέντου και το μέγεθος των κόκκων της άμμου δε επηρέαζαν σημαντικά ή με κάποιο συστηματικό τρόπο τις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων. Γενικά, και όπως υποδεικνύουν τα αποτελέσματα των εργαστηριακών δοκιμών, η τιμή του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων και, επομένως, η βελτίωση που αποφέρει ο εμποτισμός τους, εξαρτάται κυρίως από το λόγο νερού προς τσιμέντο των αιωρημάτων που χρησιμοποιούνται. Συγκεκριμένα, εμποτισμοί με αιωρήματα που είχαν λόγο Ν/Τ ίσο προς 1:1 προκάλεσαν μείωση στην τιμή του συντελεστή διαπερατότητας των άμμων κατά 4 έως και 7 τάξεις μεγέθους, ενώ εμποτισμοί με αιωρήματα που είχαν λόγο Ν/Τ ίσο προς 3:1 μείωσαν την τιμή του συντελεστή διαπερατότητας των άμμων κατά 1 έως 3 τάξεις μεγέθους. Η επίδραση αυτή του λόγου νερού προς τσιμέντο αιτιολογήθηκε από το συγγραφέα με βάση τη συμπεριφορά των αιωρημάτων και τους μηχανισμούς πλήρωσης των κενών του εδάφους από αυτά. Θεωρώντας λοιπόν το τελικό ποσοστό εξίδρωσης ως ικανοποιητικό δείκτη του ποσοστού πλήρωσης των κενών των άμμων με τα προϊόντα ενυδάτωσης του τσιμέντου των αιωρημάτων παρατήρησε αύξηση του ποσοστού εξίδρωσης με την αύξηση του λόγου Ν/Τ. Παράλληλα, ήταν βέβαιη και μια αντίστοιχη αύξηση του μεγέθους των μακροπόρων (κενών, δηλαδή, όπου το αιώρημα του λεπτόκοκκου τσιμέντου δεν μπορεί να διεισδύσει ή όπου συγκεντρώνεται το νερό της εξίδρωσης) με την αύξηση του λόγου Ν/Τ. Κατά συνέπεια, οι εμποτισμένες άμμοι με αιωρήματα με λόγο Ν/Τ ίσο προς 1:1 είχαν σημαντικά μικρότερο μέγεθος κενών ανάμεσα στους κόκκους τους σε σχέση με τα κενά που απέμειναν μετά από τον εμποτισμό τους με αιώρημα λόγου Ν/Τ 3:1 και γι αυτό το λόγο εμφάνισαν και σημαντικά χαμηλότερη διαπερατότητα. Τέλος, ο ερευνητής παρουσίασε γραφικά τη συσχέτιση του τελικού ποσοστού εξίδρωσης με την τιμή του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων δοκιμίων, η οποία φαίνεται στο Σχήμα Πράγματι, διαπιστώνεται ότι η χρήση ευσταθών αιωρημάτων (ποσοστό πλήρωσης κενών περίπου 100%) οδηγεί σε τιμές του συντελεστή διαπερατότητας 40

71 Συντελεστής Διαπερατότητας, k 20 (cm/s) 41 των εμποτισμένων άμμων δύο έως τριών τάξεων μεγέθους μικρότερων από τις αντίστοιχες των δοκιμίων που έχουν εμποτιστεί με ασταθή αιωρήματα και κατά συνέπεια αποδίδουν ποσοστό πλήρωσης των κενών μικρότερο του 50%. Ακόμα, από το Σχήμα 2.14 γίνεται εμφανής κι η εξάρτηση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων από το λόγο Ν/Τ αλλά και την κοκκομετρία του τσιμέντου. 1,0E-08 1,0E-07 1,0E-06 d max 10μm 20μm 40μm 100μm 1,0E-05 1,0E-04 1,0E-03 1,0E Τελικό Ποσοστό Εξίδρωσης (%) Σχήμα 2.14: Μεταβολή του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων σε σχέση με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης των αιωρημάτων των τσιμέντων (Πανταζόπουλος, 2009) Αντοχή σε Ανεμπόδιστη Θλίψη Οι Zebovitz et al. (1989) πραγματοποίησαν ενέσεις εμποτισμού σε τρεις άμμους διαφορετικής κοκκομετρικής διαβάθμισης με μέγεθος κόκκων d 15 ίσο προς 0.17, 0.22 και 0.43mm, χρησιμοποιώντας αιωρήματα λεπτόκοκκου τσιμέντου (MC-500) σε τρεις λόγους Ν/Τ (2:1, 4:1 και 6:1). Από τα αποτελέσματα δοκιμών ανεμπόδιστης θλίψης 28 ημερών που συνοψίζονται στον Πίνακα 2.4 συμπεραίνεται ότι η λεπτότητα της άμμου, καθώς και η μείωση του λόγου Ν/Τ επιδρούν θετικά στην αντοχή του εμποτισμένου εδάφους.

72 42 Πίνακας 2.4: Αντοχή εμποτισμένων άμμων σε ανεμπόδιστη θλίψη (Zebovitz et al., 1989) Άμμος Λόγος Αντοχή σε d 15 νερού προς τσιμέντο ανεμπόδιστη θλίψη (mm) (Ν / Τ) (MPa) : : : : : : : : :1 2.5 Παρομοίως, οι Schwarz and Krizek (2006), χρησιμοποιώντας αιωρήματα τσιμέντου MC-500, παρατήρησαν ότι η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη (28 ημερών) των εμποτισμένων άμμων αυξάνεται με την αύξηση της λεπτότητας των άμμων. Συγκεκριμένα, οι τρεις άμμοι που χρησιμοποιήθηκαν, λεπτή, μέση - λεπτή και μέση, έδωσαν τιμές αντοχής που κυμαίνονταν από 6.2 έως 15.7 MPa, από 3.3 έως 8.4 MPa και από 1.9 έως 5.6 MPa, αντίστοιχα. Επιπλέον, από διερεύνηση της επίδρασης του λόγου Ν/Τ, προέκυψαν τιμές αντοχής που κυμαίνονται από 5.0 έως 15.7 MPa για λόγο 2:1 και από 1.9 έως 7.1 MPa για λόγο 3:1. Οι Dupla et al. (2004) χρησιμοποίησαν 4 άμμους με βάση τις οποίες μελέτησαν την επίδραση του τύπου του εδάφους στην αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων εδαφών. Οι άμμοι ονομάστηκαν F35, G2, G3 και G4, είχαν συγκρίσιμους συντελεστές ομοιομορφίας και, με βάση την κοκκομετρία τους, χαρακτηρίζονταν ως μέση - λεπτή, μέση, μέση - χονδρή και χονδρή, αντίστοιχα. Το τσιμέντο που χρησιμοποιήθηκε για την παρασκευή του αιωρήματος ήταν το κοινό τσιμέντο CLK CEM III/C, που λόγω της χονδρόκοκκης σύστασής του, δεν κατάφερε να εμποτίσει πλήρως την άμμο F35. Από τον έλεγχο των υπόλοιπων εδαφών προέκυψε ότι αύξηση στη λεπτότητα της άμμου επιφέρει αύξηση της αντοχής του εμποτισμένου εδάφους. Συγκεκριμένα, η μέση αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμών άμμων G2, G3 και G4 βρέθηκε περίπου ίση με 2.7 MPa, 2.2 MPa και 2.1 MPa, αντίστοιχα. Ο Ατματζίδης (1988) παρουσίασε πληροφορίες για την επίδραση του ποσοστού λεπτόκοκκων του εδάφους (0%, 2%, 5% κ.β. ξηρού εδάφους) στην αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη εμποτισμένων δοκιμίων. Συγκεκριμένα, αναφέρονται εμποτισμοί με αιωρήματα λεπτόκοκκου τσιμέντου MC-500, σε δύο τύπους άμμων, με αντιπροσωπευτικό μέγεθος

73 43 κόκκων, d 10, ίσο προς 0.12 και 0.35mm, αντίστοιχα, και με συντελεστή ομοιομορφίας, C u, 1.5 και 4.4, αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν οδήγησαν στο συμπέρασμα ότι η παρουσία λεπτόκοκκων σε ποσοστό ίσο με 2% δεν επηρεάζει πρακτικά την αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη του εμποτισμένου εδάφους. Μάλιστα, οι καθαρές άμμοι (ποσοστό λεπτόκοκκων ίσο με 0%) μετά τον εμποτισμό εμφάνισαν αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη ίση με 7.84 MPa και 4.27 MPa, ενώ οι αντίστοιχες τιμές για τις άμμους με ποσοστό λεπτόκοκκων ίσο με 2% ήταν 6.9 MPa και 4.0 MPa, αντίστοιχα. Για το ποσοστό 5% δεν προέκυψαν συμπεράσματα καθώς δεν ήταν δυνατός ο πλήρης εμποτισμός. Πληροφορίες σχετικά με την επίδραση του λόγου Ν/Τ στην αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη του εμποτισμένου εδάφους δίνουν και οι De Paoli et al. (1992b) που πραγματοποίησαν εμποτισμούς με λεπτόκοκκα τσιμέντα τύπου Cemill σε τρεις κοκκομετρίες άμμων με d 10 ίσο προς 0.15, 0.17 και 0.20 mm. Οι ερευνητές μελέτησαν επίσης την επίδραση της χρήσης μπεντονίτη σε αιωρήματα λεπτόκοκκου τσιμέντου Cemill. Χαρακτηριστικά αποτελέσματα παρουσιάζονται στο Σχήμα 2.15, όπου Cemill S είναι αιώρημα με ποσοστό μπεντονίτη 4% κ.β. νερού, ενώ Cemill Ι είναι αιώρημα που δεν περιείχε μπετονίτη. Όπως φαίνεται, το αιώρημα που περιείχε μπεντονίτη απέδωσε υψηλότερες τιμές αντοχής σε σχέση με το αιώρημα χωρίς μπεντονίτη. Επιπλέον, είναι έκδηλη η σημαντική επίδραση του λόγου Ν/Τ και για τους δύο τύπους αιωρημάτων, αφού μικρή μείωση του λόγου Ν/Τ μπορεί να προκαλέσει σημαντική αύξηση στην αντοχή του εμποτισμένου εδάφους. Σχήμα 2.15: Επίδραση του λόγου Τ/Ν στην αντοχή εμποτισμένων εδαφών σε ανεμπόδιστη θλίψη (De Paoli et al., 1992b) Οι Krizek and Helal (1992) πραγματοποίησαν δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης σε δοκίμια άμμου Ottawa εμποτισμένα με αιωρήματα λεπτόκοκκου τσιμέντου (MC-500). Μελετήθηκε η επίδραση του λόγου Ν/Τ στην αντοχή του εμποτισμένου εδάφους και προέκυψε ότι η μείωση του λόγου Ν/Τ από 3:1 σε 1:1 μπορεί να προκαλέσει σημαντική

74 44 αύξηση στην αντοχή. Επιπλέον, διερευνήθηκε η επίδραση της ηλικίας των δοκιμίων στην αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη του εμποτισμένου εδάφους. Βρέθηκε ότι η αντοχή αυξάνεται με την αύξηση του χρόνου ωρίμανσης, γεγονός που από τους ερευνητές αποδίδεται στην εξέλιξη της διαδικασίας ενυδάτωσης των κόκκων τσιμέντου. Οι τιμές αντοχών για τις διάφορες παραμέτρους που εξετάστηκαν συνοψίζονται στον Πίνακα 2.5. Πίνακας 2.5: Αντοχή εμποτισμένων άμμων σε ανεμπόδιστη θλίψη (Krizek and Helal, 1992) Λόγος Ν/Τ Αντοχή σε Ανεμπόδιστη Θλίψη (MPa) 7 ημέρες 14 ημέρες 28 ημέρες 1: : : Οι Dano et al. (2004), χρησιμοποιώντας αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων διαφόρων τύπων, εκτέλεσαν δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης σε εμποτισμένες άμμους και μελέτησαν την επίδραση της κοκκομετρίας και της πυκνότητας του εδάφους. Από το Σχήμα 2.16 (α) φαίνεται ότι η αντοχή του εμποτισμένου εδάφους, γενικά, αυξάνεται όσο πιο λεπτή και πιο πυκνή είναι η άμμος. Διερεύνησαν, επίσης, την επίδραση του λόγου τσιμέντου προς νερό και, όπως παρουσιάζεται στο Σχήμα 2.16 (β), είναι εμφανές ότι αύξηση του λόγου Τ/Ν προκαλεί αύξηση της αντοχής του εμποτισμένου εδάφους. Τέλος, προσπάθησαν να προσδιορίσουν την πιθανή επίδραση του ρυθμού αξονικής παραμόρφωσης στην αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των δοκιμίων εμποτισμένου εδάφους. Στο Σχήμα 2.16(γ) παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των δοκιμών που εκτέλεσαν, από τα οποία προκύπτει πως ο ρυθμός παραμόρφωσης δεν επηρεάζει την αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη, καθώς σε καμία περίπτωση δεν παρατηρήθηκε διακύμανση της αντοχής με την αύξηση του ρυθμού παραμόρφωσης. Εργαστηριακή διερεύνηση της επίδρασης της παρουσίας υπερρευστοποιητών σε αραιό αιώρημα λεπτόκοκκου τσιμέντου πραγματοποιήθηκε από τους Sano et al. (1996). Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ως βάση της διερεύνησης την ουσία β-ναφθαλίνη η οποία απέδωσε, σε σύγκριση με άλλους υπερρευστοποιητές, ικανοποιητικότερα αποτελέσματα σε πειράματα ενεσιμότητας που προηγήθηκαν. Συγκεκριμένα, παρασκευάστηκαν αιωρήματα λεπτόκοκκου τσιμέντου (d 50 4μm) με λόγο Ν/Τ ίσο με 10:1 που περιείχαν τον υπερρευστοποιητή σε περιεκτικότητες 1%, 4%, 5%, 6%, 8%, 10% και 12% κ.β. ξηρού τσιμέντου και έγιναν εμποτισμοί σε στήλες άμμου (d μm). Στόχος ήταν ο προσδιορισμός της βέλτιστης περιεκτικότητας του υπερρευστοποιητή, εκείνης δηλαδή της περιεκτικότητας που θα απέδιδε στο εμποτισμένο έδαφος υψηλότερη αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη. Στο Σχήμα 2.17 φαίνονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τη διερεύνηση αυτή. Αποδεικνύεται ότι η βέλτιστη περιεκτικότητα του υπερρευστοποιητή είναι εκείνη που

75 Σχήμα 2.16: Αντοχή (28 ημερών) σε ανεμπόδιστη θλίψη εμποτισμένων εδαφών : (α) επίδραση του μεγέθους των κόκκων του εδάφους, (β) επίδραση του λόγου Τ/Ν του αιωρήματος και (γ) επίδραση του ρυθμού αξονικής παραμόρφωσης (Dano et al., 2004) 45

76 46 Σχήμα 2.17: Επίδραση της περιεκτικότητας υπερρευστοποιητή στην αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη άμμων εμποτισμένων με αιωρήματα λεπτόκοκκου τσιμέντου (Sano et al., 1996) αντιστοιχεί σε 1% κ.β. ξηρού τσιμέντου καθώς επιφέρει κατά 60% υψηλότερη αντοχή σε σχέση με τις υπόλοιπες περιεκτικότητες. Φαίνεται επίσης, ότι αύξηση της περιεκτικότητας του υπερρευστοποιητή από 4% σε 12% δεν έχει ιδιαίτερη επίδραση στην αντοχή του εμποτισμένου εδάφους. Επιπλέον, οι ερευνητές κατέληξαν ότι η οποιαδήποτε αύξηση στην περιεκτικότητα του υπερρευστοποιητή, εντός του πεδίου που αυτή μελετήθηκε, δεν επιδρά αρνητικά στη μονιμότητα του αιωρήματος καθώς δεν παρατηρούνται μειώσεις στην αντοχή του εμποτισμένου εδάφους ακόμη και έπειτα από χρόνο ωρίμανσης ίσο με 6 μήνες. Οι Santagata and Collepardi (1998) διερεύνησαν την επίδραση της κοκκομετρίας της άμμου και του λόγου Ν/Τ του αιωρήματος στην αντοχή του εμποτισμένου εδάφους. Για το σκοπό αυτό, πραγματοποίησαν ενέσεις εμποτισμού σε 4 άμμους διαφορετικής λεπτότητας με αιωρήματα δύο λεπτόκοκκων ποζολανικών τσιμέντων, με χαρακτηριστικό μέγεθος κόκκων d 98 = 9μm και 17μm, αντίστοιχα. Από τη διερεύνηση αυτή προέκυψε (Σχήμα 2.18α) ότι η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων εξαρτάται κυρίως από το λόγο Ν/Τ του αιωρήματος και, σε πολύ μικρότερο βαθμό, από την κοκκομετρία της άμμου και τη λεπτότητα του τσιμέντου που χρησιμοποιείται. Μελετήθηκε ακόμη η επίδραση της περιεκτικότητας υπερρευστοποιητή στην αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη του εμποτισμένου εδάφους Όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.18β, διαπιστώθηκε γραμμική αύξηση της αντοχής με την αύξηση της ποσότητας υπερρευστοποιητή. Το γεγονός αυτό έρχεται σε συμφωνία με τα αποτελέσματα των Sano et al. (1996), δείχνοντας παράλληλα ότι είναι πιθανό η βέλτιστη περιεκτικότητα υπερρευστοποιητών σε αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων να βρίσκεται κοντά σε ποσοστό 1% κ.β. ξηρού τσιμέντου.

77 47 (α) (β) Σχήμα 2.18: Διερεύνηση παραγόντων που επηρεάζουν την τιμή της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη : (α) επίδραση της λεπτότητας του τσιμέντου και (β) επίδραση της περιεκτικότητας σε υπερρευστοποιητή (Santagata and Collepardi, 1998) Τη χρήση ή μη υπερρευστοποιητή διερεύνησαν και οι Akbulut and Saglamer (2002). Οι ερευνητές εκτέλεσαν εμποτισμούς σε άμμους με διάφορες κοκκομετρίες με αιωρήματα κοινού τσιμέντου Portland και κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η χρήση υπερρευστοποιητή σε περιεκτικότητα 3% κατά βάρος ξηρού τσιμέντου είναι δυνατό να επιφέρει σημαντική αύξηση στην αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη του εμποτισμένου εδάφους. Oι Vipulanandan and Shenoy (1992) παρουσίασαν αποτελέσματα δοκιμών ανεμπόδιστης θλίψης σε δοκίμια εμποτισμένης άμμου, που προέκυψαν από παραμετρική διερεύνηση της επίδρασης διαφόρων προσθέτων και χημικών βελτιωτικών στην αποτελεσματικότητα ενέσεων εμποτισμού. Ως βάση της διερεύνησης χρησιμοποιήθηκε αιώρημα κοινού τσιμέντου Portland (Type I κατά ASTM) με λόγο Ν/Τ ίσο με 1:1, ενώ χρησιμοποιήθηκαν και άλλα τρία αιωρήματα ίδιου τύπου τσιμέντου που περιείχαν, ως κατά βάρος ποσοστά ξηρού τσιμέντου, μπεντονίτη (5%), πυριτική παιπάλη (5%) και πυριτικό νάτριο (3%), αντίστοιχα. Από τις καμπύλες τάσεων-παραμορφώσεων που προέκυψαν από τις δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης σε δοκίμια εμποτισμένου εδάφους ηλικίας 7 και 28 ημερών, οι ερευνητές κατέληξαν στις εξής παρατηρήσεις: Τα δοκίμια άμμου που είχαν εμποτιστεί με το αιώρημα που περιείχε μπεντονίτη εμφάνισαν την υψηλότερη αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη, τα δοκίμια άμμου με το αιώρημα πυριτικής παιπάλης ακολουθούσαν, τουλάχιστον για την αντοχή 7 ημερών, και τέλος τα δοκίμια άμμου με το αιώρημα πυριτικού νατρίου εμφάνισαν τη χαμηλότερη αντοχή που ήταν παρόμοια με την αντοχή των δοκιμίων άμμου του καθαρού αιωρήματος. Μετρήσεις των τιμών αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη πραγματοποιήθηκαν επίσης από τους Schwarz and Krizek (1994) σε δοκίμια μέσης - λεπτής άμμου εμποτισμένης με αιωρήματα λεπτόκοκκου τσιμέντου, MC-500, με λόγους Ν/Τ 1:1, 2:1 και 3:1, και ηλικίας 7

78 48 και 48 ημερών. Στο Σχήμα 2.19 φαίνεται η αντοχή των δοκιμίων εμποτισμένης άμμου ως συνάρτηση του ποσοστού των πόρων του εδάφους που πληρώθηκε με τσιμέντο. Παρατηρείται ότι, για το ίδιο ποσοστό πλήρωσης πόρων, οι καμπύλες αντοχής που αντιστοιχούν σε δοκίμια ηλικίας 48 ημέρων βρίσκονται πάντοτε ψηλότερα στο διάγραμμα από τα αντίστοιχα δοκίμια ηλικίας 7 ημερών. Σχήμα 2.19: Επίδραση της ηλικίας και του ποσοστού πλήρωσης κενών στην αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη δοκιμίων εμποτισμένης άμμου (Schwarz and Krizek,1994) Οι Shimoda and Ohmori (1982) προσδιόρισαν την αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη λεπτόκοκκης εμποτισμένης άμμου με αιωρήματα τσιμέντου MC και μέγιστου ονομαστικού μεγέθους κόκκου, d max, ίσου προς 10 μm. Οι τιμές αντοχής της εμποτισμένης άμμου που σημειώθηκαν, ήταν της τάξεως των 3.2 MPa, 2.1 MPa και 0.9 MPa, για λόγο Ν/Τ ίσο προς 2:1, 3:1 και 4:1, αντίστοιχα. Οι Clarke et al. (1992) μελέτησαν την αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη της εμποτισμένης χαλαζιακής άμμου Ottawa και κοκκομετρίας #20-#30. Ο εμποτισμός της άμμου αυτής έγινε με τη χρήση ενεμάτων λεπτόκοκκου τσιμέντου MC, που συνδύαζαν, σε διαφορετικές αναλογίες κάθε φορά, δύο διαφορετικές κοκκομετρίες του ίδιου τύπου τσιμέντου ( χρήση του τσιμέντου MC-100 και MC-300 στο ίδιο ένεμα). Οι εμποτισμοί πραγματοποιήθηκαν για λόγους νερού προς τσιμέντο, Ν/Τ, ίσους προς 1:1, 2:1 και 3:1. Οι τιμές αντοχής της εμποτισμένης άμμου με τα εν λόγω ενέματα βρέθηκαν στο διάστημα των 1.7 MPa με 13.8 MPa, ενώ το αιώρημα λόγου Ν/Τ ίσο προς 1:1 με 25% περιεκτικότητα σε τσιμέντο MC-300 και 75% σε MC-100 προσέδωσε τη μέγιστη αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη στην εμποτισμένη Ottawa. Τα αποτελέσματα εργαστηριακής έρευνας που παρουσιάστηκαν από τον Mollamahmutoglu (2003), αφορούν στην αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη δοκιμίων εμποτισμένης άμμου, μέσης λεπτότητας, για διάφορους χρόνους ωρίμανσης.

79 Χρησιμοποιήθηκε αιώρημα λεπτόκοκκου τσιμέντου, Microcem H900, με λόγο Ν/Τ ίσο με 1.2:1. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, η αντοχή μετά από 1, 7, 14, 28 και 48 ημέρες ήταν ίση με 2.0 ΜPa, 3.10 ΜPa, 4.12 ΜPa, 4.43 ΜPa και 4.53 ΜPa, αντίστοιχα. Οι Mollamahmutoglu et al. (2007) εξέτασαν σε εμποτισμένες άμμους μέσης-λεπτής κοκκομετρίας την επιρροή που επιφέρει στην αντοχή τους σε ανεμπόδιστη θλίψη η μερική αντικατάσταση του τσιμέντου του αιωρήματος από την πυριτική παιπάλη (10% κατά βάρος των στερεών του αιωρήματος πυριτική παιπάλη και το υπόλοιπο 90% λεπτόκοκκο τσιμέντο). Συγκεκριμένα, έκαναν χρήση τεσσάρων άμμων διαφορετικής λεπτότητας και αιωρημάτων λεπτόκοκκου τσιμέντου Rheocem 650- πυριτικής παιπάλης με λόγο Ν/Τ ίσο με 1. Μάλιστα, για την αποφυγή του φαινομένου της κροκίδωσης μεταξύ των κόκκων του τσιμέντου, χρησιμοποιήθηκε σε κάποια δοκίμια και σε ποσοστό 1.5% της ξηρής μάζας του τσιμέντου ο ρευστοποιητής Sikament-300 TM. Οι δοκιμές σε ανεμπόδιστη θλίψη εκτελέστηκαν για την κάθε κατηγορία δοκιμίων έπειτα από 7, 14, 28 και 56 ημέρες ωρίμανσης. Τα δε αποτελέσματα έδειξαν αύξηση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη με την αύξηση του χρόνου ωρίμανσης αλλά και μια γενική αύξηση της αντοχής των δοκιμίων που είχαν εμποτιστεί με αιώρημα λεπτόκοκκου τσιμέντου-πυριτικής παιπάλης σε σχέση με αυτά από τα οποία απουσίαζε ως πρόσθετο η πυριτική παιπάλη. Προσφάτως, οι Mollamahmutoglu and Yilmaz (2010) δημοσίευσαν αποτελέσματα δοκιμών σε ανεμπόδιστη θλίψη για άμμους διαφορετικών κοκκομετρικών διαβαθμίσεων εμποτισμένες με αιωρήματα του λεπτόκοκκου τσιμέντου Rheocem 900, για λόγο Ν/Τ ίσο με 1, με και χωρίς τη χρήση υπερρευστοποιητή. Οι δοκιμές εκτελέστηκαν για ηλικίες δοκιμίων 7, 14, 28 και 56 ημερών. Τα αποτελέσματα συνοψίζονται στον παρακάτω Πίνακα 2.6, απ όπου διαπιστώνεται ότι ανεξάρτητα από τη χρήση υπερρευστοποιητή η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων αυξάνει με το χρόνο. Αυτός ο ρυθμός αύξησης της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη παρατηρείται να είναι ιδιαίτερα έντονος έως την 28 η ημέρα της ηλικίας του δοκιμίου, ενώ μειώνεται απότομα έπειτα από αυτή. Ακόμα, η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη φαίνεται να είναι ανεξάρητη από το μέσο μέγεθος των κόκκων της άμμου (D 50 ), αλλά μειώνεται ελαφρά από την παρουσία του υπερρευστοποιητή. Με τη διερεύνηση της αποτελεσματικότητας των ενέσεων εμποτισμού με αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων ασχολήθηκαν και οι Δρουδάκης κ.ά. (2010), οι οποίοι εκτέλεσαν δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης σε τέσσερις εμποτισμένες άμμους. Οι άμμοι αυτοί είχαν σχήμα κόκκων γωνιώδες και ήταν ασβεστολιθικής προέλευσης. Επίσης, είχαν διαχωριστεί σε τέσσερα καθαρά κλάσματα με μεγέθη κόκκων μεταξύ των κοσκίνων ( κατά ASTM E11) : Νο. 5 και Νο. 10 (άμμος 5-10), Νο. 10 και Νο. 14 (άμμος 10-14), Νο. 14 και Νο. 25 (άμμος 14-25) και Νο. 25 και Νο. 50 (άμμος 25-50). Τα επιμέρους αυτά κλάσματα άμμου χαρακτηρίζονται ως ομοιόμορφα καθώς παρουσίασαν χαμηλούς συντελεστές ομοιομορφίας (κυμαίνονταν από 1.19 έως 1.56), ενώ δεν περιείχαν συστατικά μικρότερα των mm. Χρησιμοποιήθηκε ακόμα το κοινό τσιμέντο CEMII/B-M (EN 197-1) σε τέσσερις επίσης κοκκκομετρίες (ονομαστικό μέγεθος κόκκου τσιμέντου, d max, 100 μm, 40 μm, 20 μm και 10 μm). Τα αιωρήματα που παρασκευάστηκαν είχαν λόγο νερού προς τσιμέντο (Ν/Τ) ίσο με 1:1, 2:1 και 3:1 κατά βάρος και για τη βελτίωση της ρεολογικής τους συμπεριφοράς καθώς και της μείωσης του ιξώδους τους προστέθηκε υπερρευστοποιητής (GLENIUM 11) σε δόση ίση 49

80 50 Πίνακας 2.6: Αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη εμποτισμένων δοκιμίων (Mollamahmutoglu and Yilmaz, 2010) D 50 (mm) P/C 1 (%) Αντοχή σε Ανεμπόδιστη Θλίψη, MPa 7 η 14 η 28 η 56 η ημέρα ημέρα ημέρα ημέρα P/C : Ο λόγος του βάρους του υπερρευστοποιητή προς το βάρος του τσιμέντου εντός του αιωρήματος με 1.4% κατά βάρος ξηρού τσιμέντου. Οι ενέσεις εμποτισμού εκετελέστηκαν σε ειδικά διαμορφωμένη εργαστηριακή διάταξη- στήλη. Οι ερευνητές διαπίστωσαν από την παρατήρηση των αποτελεσμάτων των δοκιμών ανεμπόδιστης θλίψης σε δοκίμια ηλικίας 28 ημερών ότι η μείωση του μεγέθους των κόκκων του εδάφους οδηγεί σε σημαντική αύξηση της αντοχής του μετά τον εμποτισμό. Συγκεκριμένα, υπολογίστηκε ότι ο μέσος όρος της αντοχής που προέκυπτε από τα δοκίμια της κάθε στήλης ήταν ίσος με 1.07 MPa, 1.36 MPa, 1,93 MPa και 2.49 MPa για τις άμμους 5-10, 10-14, κσι 25-50, αντίστοιχα. Η αύξηση της αντοχής χαρακτηρίστηκε από τους συγγραφείς ως σημαντική, καθώς από τις συγκρίσεις μεταξύ γειτονικών κλασμάτων άμμου αναδεικνύονταν αυξήσεις που γενικά ξεπερνούσαν το 20% και ήταν δυνατό να φτάνουν έως και το 45%. Η επίδραση αυτή της λεπτότητας των εδαφών αποδίδεται από τους ίδιους τους συγγραφείς στο γεγονός ότι ένα λεπτότερο έδαφος έχει μεγαλύτερη ειδική επιφάνεια κόκκων με αποτέλεσμα να παρουσιάζει περισσότερα σημεία επαφής μεταξύ των κόκκων του και κατ επέκταση μεγαλύτερη ικανότητα κατακράτησης κόκκων τσιμέντου στις περιοχές αυτές κατά τη διάρκεια της ροής του αιωρήματος διαμέσου της εδαφικής μάζας. Η κατακράτηση περισσότερων κόκκων τσιμέντου φέρει ως άμεση συνέπεια την καλύτερη τσιμέντωση των άμμων, η οποία με τη σειρά της οδηγεί στη βελτίωση της αντοχής τους. Δεδομένου ότι το εμποτισμένο έδαφος αποτελεί τη σύνθεση αιωρήματος και εδάφους, έγινε προσπάθεια συσχέτισης της αντοχής του σε ανεμπόδιστη θλίψη με την αντίστοιχη του αιωρήματος καθώς και το μέγεθος κόκκων του εδάφους με τη χρήση της ακόλουθης μαθηματικής σχέσης που προτάθηκε από τους Ozguler and Vipulanandan (2005):

81 51 σ σ β α (2.9) όπου σ s είναι η αντοχή του εμποτισμένου εδάφους, σ g είναι η αντοχή του αιωρήματος, d 10 είναι το χαρακτηριστικό μέγεθος κόκκου από το οποίο είναι μικρότερο το 10% κατά βάρος των κόκκων του εδάφους, d 0 είναι το μέγεθος κόκκου ίσο με 1 mm και α, β είναι οι παράμετροι που εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά του χρησιμοποιούμενου αιωρήματος για τον εμποτισμό του εδάφους. Παρά το γεγονός ότι η εξίσωση 2.9 έχει προκύψει εμπειρικά από πειραματικά δεδομένα που αναφέρονται σε χημικά ενέματα, τα αποτελέσματα της έρευνας των Δρουδάκης κ.ά. φάνηκαν (Σχήμα 2.20) να ταιριάζουν στον υπερθετικό βαθμό. Μάλιστα, για τα αιωρήματα τσιμέντου με d max =20 μm και λόγους Ν/Τ ίσους με 2:1 και 3:1, οι παράμετροι α, β παίρνουν τις τιμές 0.461, 0.58 και 0.942, 0.37, αντίστοιχα. Για το αιώρημα με d max =10 μm και λόγο Ν/Τ ίσο με 2:1, οι τιμές των α, β ισούνται με και 0.42, αντίστοιχα. Σχήμα 2.20: Συσχέτιση του λόγου της αντοχής του εμποτισμένου του εδάφους προς την αντοχή του αιωρήματος με το χαρακτηριστικό μέγεθος κόκκων d 10 των άμμων (Δρουδάκης κ.ά., 2010) Στο Σχήμα 2.21 φαίνεται η επίδραση της λεπτότητας τσιμέντου- εκφρασμένη ως προς τη ειδική επιφάνεια κατά Blaine- στην αντοχή δύο άμμων που εμποτίστηκαν με αιωρήματα λόγου Ν/Τ 2:1 και 3:1. Τα αποτελέσματα δοκιμών ανεμπόδιστης θλίψης έδειξαν ότι υπό συνθήκες εύκολης διείσδυσης (χαμηλή πίεση εμποτισμού, <50 KPa) η αντοχή του εμποτισμένου εδάφους είναι ανεξάρτητη (από 1.33 MPa έως 1.36 MPa για άμμο και λόγο Ν/Τ 2:1 και από 0.69 MPa έως 0.73 MPa για την άμμο και λόγο Ν/Τ 3:1) της λεπτότητας του τσιμέντου. Θεωρείται ότι σε περιπτώσεις που η ένεση πραγματοποιείται με ευκολία, η ποσότητα των στερεών αιωρήματος που κατακρατείται στις επαφές μεταξύ των

82 52 Σχήμα 2.21: Επίδραση της λεπτότητας του τσιμέντου στην αντοχή του εμποτισμένου εδάφους (Δρουδάκης κ. ά., 2010) κόκκων εδάφους δε μεταβάλλεται σημαντικά με τη χρήση τσιμέντων διαφορετικής λεπτότητας. Κατά συνέπεια, η συγκόλληση των κόκκων εδάφους που επιτυγχάνεται λόγω της παρουσίας του αιωρήματος είναι συγκρίσιμης ποιότητας κι έτσι αποδίδει παρόμοιες τιμές αντοχής. Το φαινόμενο αυτό παρατηρήθηκε και στην άμμο στην περίπτωση του εμποτισμού της με τα αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων και λόγο Ν/Τ ίσο με 2:1. Αντίθετα, κατά τον εμποτισμό της άμμου αυτής, το αιώρημα κοινού τσιμέντου με λόγο Ν/Τ 2:1 υπέστη ισχυρό φιλτράρισμα, γεγονός που μαρτυρά κι η υψηλή πίεση εμποτισμού (600 KPa) που καταγράφηκε. Εντούτοις, η παραπλήσια τιμή αντοχής που τελικά προσέδωσε στην άμμο το αιώρημα κοινού τσιμέντου (1.79 MPa) αποδόθηκε στη συμπίεση που υπέστη το αιώρημα αυτό λόγω της υψηλής πίεσης, η οποία βελτίωσε τη συγκόλληση μεταξύ των κόκκων τσιμέντου. Γενικά, οι ερευνητές συμπέραναν ότι τα αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων αποδίδουν βελτιωμένες τιμές αντοχής σε σχέση με τα αιωρήματα κοινών τσιμέντων μόνο στις περιπτώσεις που η ενεσιμότητα των τελευταίων είναι αρκετά περιορισμένη. Διαπίστωσαν ακόμα τη μεγαλύτερη εξάρτηση της αντοχής από την ισχύ των δεσμών που αναπτύσσονται μεταξύ των κόκκων του εδάφους λόγω της παρουσίας του αιωρήματος, παρά το ποσοστό μείωσης των κενών του εδάφους που επιτυγχάνεται με τον εμποτισμό. Όσον αφορά στο λόγο Ν/Τ του αιωρήματος, προέκυψε σημαντική βελτίωση της αποτελεσματικότητας των ενέσεων εμποτισμού με τη χρησιμοποίηση πυκνότερων αιωρημάτων. Το φαινόμενο αυτό αποδόθηκε στην ικανοποιητικότερη πλήρωση των κενών που επιτυγχάνουν τα πυκνότερα αιωρήματα λόγω της μικρότερης εξίδρωσης που παρουσιάζουν. Συνολικά, τα αιωρήματα με λόγο Ν/Τ 1:1 απέδωσαν στα εμποτισμένα εδάφη τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη κυμαινόμενες από 11.9 MPa έως 13.3 MPa, τα αιωρήματα με λόγο Ν/Τ 2:1 αντοχές που κυμαίνονταν από 0.7 MPa έως 2.9 MPa και τα αιωρήματα λόγου Ν/Τ 3:1 αντοχές μεταξύ των 0.5 MPa και 1.6 MPa.

83 53 Τέλος, οι ερευνητές μελέτησαν και την επίδραση της αύξησης του χρόνου ωρίμανσης στην αποτελεσματικότητα των ενέσεων εμποτισμού, όπου παρατήρησαν ότι ύστερα από χρόνο ωρίμανσης ίσο με 90 ημέρες η αντοχή του εμποτισμένου εδάφους παρουσίαζε αυξήσεις της τάξεως των 10% το πολύ, σε σχέση με τις αντίστοιχες τιμές που αφορούσαν σε χρόνο ωρίμανσης ίσο με 28 ημέρες. Αυτές όμως οι διαφορές θεωρούνται πολύ μικρές και αποδεικνύουν για μία ακόμα φορά ότι το χρονικό διάστημα των 28 ημερών είναι αρκετό, ώστε να εκδηλώσει το εμποτισμένο έδαφος ικανοποιητική βελτίωση στην αντοχή του. Ο Πανταζόπουλος (2009) εκτέλεσε δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης σε δοκίμια εμποτισμένης άμμου με σκοπό τη διερεύνηση σειράς παραμέτρων που περιελάμβαναν τη χρήση υπερρευστοποιητή, το λόγο νερού προς τσιμέντο, τον τύπο του τσιμέντου, την κοκκομετρία του τσιμέντου και την κοκκομετρία της άμμου. Τα αποτελέσματα των δοκιμών αυτών παρουσιάζονται παρακάτω πινακοποιημένα (Πίνακας 2.7), όπου γίνονται εμφανείς οι κοκκομετρίες άμμου, οι τύποι και η κοκκομετρία των τσιμέντων και οι λόγοι Ν/Τ των αιωρημάτων που χρησιμοποιήθηκαν. Στο Σχήμα 2.22 παρουσιάζονται τυπικές καμπύλες αξονικής τάσης, σ (kpa) - αξονικής παραμόρφωσης, ε (%), από όπου εύκολα συμπεραίνεται η ψαθυρή αστοχία των ισχυρών δοκιμίων και η πλαστική αστοχία (μικρός, δηλαδή, ρυθμός μείωσης της αξονικής τάσης μετά την αστοχία) για τα δοκίμια με σχετικά μικρή αντοχή. Η συμπεριφορά αυτή αποδίδεται από τον ερευνητή στο γεγονός ότι τα δοκίμια με την υψηλότερη αντοχή είναι αυτά που υπέστησαν την πιο έντονη «τσιμέντωση», όπου «τσιμέντωση» εννοείται το αποτέλεσμα που έχουν στην αντοχή τόσο η συγκόλληση των κόκκων της άμμου μεταξύ τους όσο και η ύπαρξη σημαντικής ποσότητας ενυδατωμένου τσιμέντου στα κενά της άμμου. Οι δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης, καθώς και όλες οι δοκιμές ελέγχου της συμπεριφοράς του εμποτισμένου εδάφους, εκτελέστηκαν σε δοκίμια που εμποτίστηκαν με αιωρήματα που περιείχαν τη βέλτιστη δόση υπερρευστοποιητή (1.4% κατά βάρος ξηρού τσιμέντου). Αυτή η προσθήκη υπερρευστοποιητή προκάλεσε μείωση της αντοχής της εμποτισμένης άμμου κατά 30% έως 60% σε σχέση με την τιμή της αντοχής της ίδιας της άμμου που εμποτίστηκε με αιώρημα χωρίς υπερρευστοποιητή. Αντίθετα, η επίδρασή της στην παραμόρφωση αστοχίας δεν ήταν εξίσου σημαντική, αλλά ούτε και στις αντοχές των ιζημάτων των τσιμέντων έδειξε να είναι σημαντική ή συστηματική. Ιδιαίτερα στα λεπτόκοκκα τσιμέντα (d max 20μm και 10μm) φάνηκε ότι η χρήση υπερρευστοποιητή άλλοτε προκαλούσε μείωση και άλλοτε αύξηση της αντοχής που, όμως, δεν κρίθηκε ως σημαντική από τον ερευνητή. Ένα μέγεθος που είναι ενδεικτικό της παραμορφωσιμότητας των δοκιμίων και μπορεί να εκτιμηθεί από τις καμπύλες τάσης-παραμόρφωσης, είναι η παραμόρφωση αστοχίας, ε f, δηλαδή η παραμόρφωση που αντιστοιχεί στη μέγιστη τιμή της θλιπτικής τάσης. Από τα αποτελέσματα των δοκιμών ανεμπόδιστης θλίψης (Πίνακας 2.7), προκύπτει ότι η παραμόρφωση αστοχίας κυμάνθηκε από 0.3% έως 1.1% για το σύνολο των περιπτώσεων που εξετάστηκαν. Ειδικότερα, η παραμόρφωση αστοχίας των εμποτισμένων άμμων κυμάνθηκε από 0.45% έως 1.10%, από 0.35% έως 0.63% και από 0.25% έως 0.35% για λόγους Ν/Τ ίσους προς 1:1, 2:1 και 3:1, αντίστοιχα, και επηρεάστηκε από το λόγο νερού προς τσιμέντο, Ν/Τ. Αύξηση του λόγου Ν/Τ προκάλεσε μείωση της τιμής της παραμόρφωσης αστοχίας, όπως φαίνεται και στο Σχήμα Τα αποτελέσματα των δοκιμών ανεμπόδιστης θλίψης

84 54 Πίνακας 2.7: Αποτελέσματα δοκιμών ανεμπόδιστης θλίψης σε εμποτισμένες άμμους (Πανταζόπουλος, 2009) Άμμος Δοκίμια εμποτισμένης άμμου Τσιμέντο Παραμόρφωση αστοχίας ε f (%) Αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη q u (kpa) #10 - #14 Ι42.5, d max =100μm, N/T=1: #10 - #14 1 Ι42.5, d max =100μm, N/T=1: #14 - #25 Ι42.5, d max =100μm, N/T=1: #14 - #25 Ι42.5, d max =40μm, N/T=1: #14 - #25 Ι42.5, d max =20μm, N/T=1: #10 - #14 ΙΙ32.5, d max =100μm, N/T=1: #10 - #14 1 ΙΙ32.5, d max =100μm, N/T=1: #14 - #25 ΙΙ32.5, d max =100μm, N/T=1: #14 - #25 ΙΙ32.5, d max =100μm, N/T=2: #14 - #25 ΙΙ32.5, d max =100μμ, Ν/Τ=3: #14 - #25 ΙΙ32.5, d max =40μm, N/T=1: #14 - #25 ΙΙ32.5, d max =40μμ, Ν/Τ=2: #14 - #25 ΙΙ32.5, d max =40μm, N/T=3: #14 - #25 ΙΙ32.5, d max =20μm, N/T=1: #14 - #25 ΙΙ32.5, d max =20μm, N/T=2: #14 - #25 ΙΙ32.5, d max =20μm, N/T=3: #14 - #25 ΙΙ32.5, d max =10μm, N/T=1: #5 - #10 ΙΙ32.5, d max =10μm, N/T=2: #10 - #14 ΙΙ32.5, d max =10μm, N/T=2: #14 - #25 ΙΙ32.5, d max =10μm, N/T=2: #25 - #50 ΙΙ32.5, d max =10μm, N/T=2: #14 - #25 ΙΙ32.5, d max =10μm, N/T=3: #10 - #14 ΙV32.5, d max =100μm, N/T=1: #10 - #14 1 ΙV32.5, d max =100μm, N/T=1: #14 - #25 ΙV32.5, d max =100μm, N/T=1: #14 - #25 ΙV32.5, d max =40μm, N/T=1: #14 - #25 ΙV32.5, d max =20μm, N/T=1: #14 - #25 ΙV32.5, d max =10μm, N/T=1: Αιώρημα χωρίς υπερρευστοποιητή

85 Παραμόρφωση Αστοχίας, εf (%) Ν/Τ=1:1 Άμμος: #14 - #25 Τσιμέντο: ΙΙ32.5, d max=100μm Άμμος: #14 - #25 Τσιμέντο: ΙΙ32.5, d max=20μm Ν/Τ=1:1 Αξονική Τάση, σ (kpa) Ν/Τ=3:1 Ν/Τ=2: Ν/Τ=3:1 Ν/Τ=2:1 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Αξονική Παραμόρφωση, ε (%) Σχήμα 2.22: Τυπικές καμπύλες τάσης- παραμόρφωσης των εμποτισμένων άμμων από δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης (Πανταζόπουλος, 2009) 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Λόγος Νερού πρός Τσιμέντο (Ν/Τ) Σχήμα 2.23: Επίδραση του λόγου Ν/Τ στην παραμόρφωση αστοχίας των εμποτισμένων άμμων (Πανταζόπουλος, 2009)

86 Αντοχή σε Ανεμπόδιστη Θλίψη, qu (kpa) 56 υποδεικνύουν ότι παράμετροι όπως ο τύπος του τσιμέντου, η κοκκομετρία του τσιμέντου και η κοκκομετρία της άμμου δεν επηρέασαν σημαντικά ή με κάποιο συστηματικό τρόπο την τιμή της παραμόρφωσης αστοχίας των εμποτισμένων άμμων. Η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων κυμάνθηκε από 0.5 έως 11 ΜPa, περίπου, για το σύνολο των περιπτώσεων που εξετάστηκαν. Από τα στοιχεία του Πίνακα 2.7 φαίνεται ότι κάποιες παράμετροι επηρέασαν σε πιο σημαντικό βαθμό τις τιμές της αντοχής των εμποτισμένων άμμων, όπως για παράδειγμα, ο λόγος νερού προς τσιμέντο, ενώ κάποιες άλλες είτε δεν επηρέασαν τόσο σημαντικά είτε τα διαθέσιμα δεδομένα δεν ήταν ικανά να αναδείξουν την επίδραση τους, όπως για παράδειγμα, ο τύπος του τσιμέντου. Η επίδραση του λόγου νερού προς τσιμέντο παρουσιάζεται εποπτικά στο Σχήμα Οι εμποτισμένες άμμοι με αιωρήματα με λόγο Ν/Τ ίσο προς 1:1 εμφάνισαν τιμές αντοχής που κυμαίνονται από 2 έως 11 ΜPa και αν εξαιρεθούν οι δύο ακραίες τιμές που παρατηρήθηκαν, το εύρος αυτό μειώνεται σε 4 έως 8.5 MPa. Οι εμποτισμένες άμμοι με αιωρήματα με λόγους Ν/Τ 2:1 και 3:1 εμφάνισαν τιμές αντοχής που κυμαίνονται από 0.5 έως 2.5 MPa και από 0.5 έως 1.0 ΜPa, αντίστοιχα. Συνεπώς, σημειώθηκε αύξηση της αντοχής με τη μείωση του λόγου νερού προς τσιμέντο. Η συμπεριφορά αυτή ερμηνεύτηκε από το συγγραφέα βάσει παρατηρήσεων σχετικών με την πλήρωση των κενών του εδάφους ως αποτέλεσμα του εμποτισμού αλλά και βάσει των αποτελεσμάτων των δοκιμών ανεμπόδιστης θλίψης των ίδιων των ιζημάτων των τσιμέντων. Πιο αναλυτικά, η μείωση του λόγου Ν/Τ οδηγεί στην αύξηση του τελικού ποσοστού πλήρωσης των κενών της άμμου με αποτέλεσμα να αυξάνεται το ποσοστό τσιμέντωσης των άμμων και, κατά συνέπεια, η αντοχή του εμποτισμένου εδάφους. Επιπλέον, η μείωση του λόγου Ν/Τ του αιωρήματος οδηγεί σε ιζήματα υψηλότερης αντοχής. Συγκεκριμένα, ιζήματα ηλικίας 28 ημερών που προέκυψαν απο αιωρήματα με λόγους Ν/Τ ίσους με 1:1, 2:1 και 3:1 απέδωσαν αντοχές που κυμάνθηκαν από 4.2MPa ως 16.4MPa, από 1.2MPa ως 7.1MPa και από 1.3MPa ως 4.6MPa, αντίστοιχα Λόγος Νερού πρός Τσιμέντο (Ν/Τ) Σχήμα 2.24: Επίδραση του λόγου Ν/Τ στην αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων (Πανταζόπουλος, 2009)

87 Αντοχή σε Ανεμπόδιστη Θλίψη, qu (kpa) 57 Από τα δεδομένα του Σχήματος 2.25 συμπεραίνεται ότι η επίδραση της κοκκομετρίας του τσιμέντου επηρέασε με συστηματικό τρόπο την τιμή της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων. Παρατηρείται ότι, μείωση του μεγέθους των κόκκων του τσιμέντου προκάλεσε αύξηση της αντοχής, ιδιαίτερα για τα πυκνά ενέματα (Ν/Τ=1:1). Για τα ενέματα με λόγο Ν/Τ=2:1, παρατηρείται η ίδια συμπεριφορά αλλά σε μικρότερο βαθμό, ενώ για τα πιο αραιά ενέματα (Ν/Τ=3:1) φαίνεται να μην ισχύει αυτή η παρατήρηση. Το γεγονός της αύξησης της αντοχής με τη λεπτότητα του τσιμέντου, τουλάχιστον για τα αιωρήματα με λόγο Ν/Τ ίσο προς 1:1, ερμηνεύτηκε από τον ερευνητή με βάση τις παρατηρήσεις σχετικά με την αύξηση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη του ιζήματος καθώς αυξάνεται η λεπτότητα του τσιμέντου. Θεωρώντας το τελικό ποσοστό εξίδρωσης ως ικανοποιητικό δείκτη του ποσοστού πλήρωσης των κενών των άμμων με τα προϊόντα ενυδάτωσης του τσιμέντου των αιωρημάτων, ο συγγραφέας παρουσίασε γραφικά τη συσχέτισή του με την τιμή της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη, η οποία φαίνεται στο Σχήμα Πράγματι, διαπιστώνεται η σημαντική επίδραση του ποσοστού πλήρωσης των κενών των άμμων στην αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη. Η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων αποδείχτηκε ότι αποτελεί συνάρτηση τόσο του λόγου Ν/Τ των αιωρημάτων όσο και της κοκκομετρίας των τσιμέντων που, συνδυασμένα, καθορίζουν το τελικό ποσοστό εξίδρωσης (το ποσοστό πλήρωσης των κενών των άμμων). Σύμφωνα με τα αποτελέσματα που συνοψίστηκαν στον Πίνακα 2.7, εμποτισμοί με τις λεπτότερες κοκκομετρίες (d max ίσο προς 20μm και 10μm) και ευσταθή αιωρήματα (Ν/Τ=1:1) απέδωσαν τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη που ήταν κατά 5 έως 10 φορές υψηλότερες των δοκιμίων που εμποτίστηκαν με αιώρημα λόγου Ν/Τ ίσου προς 2:1 και κατά 10 έως 20 φορές υψηλότερες των δοκιμίων που εμποτίστηκαν με αιώρημα λόγου Ν/Τ ίσου προς 3: :1 2:1 3: Μέγιστο μέγεθος κόκκου τσιμέντων, d max (μm) Σχήμα 2.25: Επίδραση της κοκκομετρίας του τσιμέντου στην αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων (Πανταζόπουλος, 2009)

88 Αντοχή σε Ανεμπόδιστη Θλίψη, qu (kpa) 58 Ομοίως, χρήση των πιο χονδρόκοκκων τσιμέντων (d max ίσο προς 100μm και 40μm) απέδωσαν αντίστοιχους λόγους αντοχής, που ήταν κατά 4 έως 9 φορές υψηλότεροι για εμποτισμούς με πυκνά (Ν/Τ=1:1) σε σχέση με εμποτισμούς με αραιά (Ν/Τ=2:1 και 3:1) αιωρήματα. Τέλος, για τον έλεγχο της επίδρασης της κοκκομετρίας της άμμου στις τιμές της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων, εκτελέστηκαν εμποτισμοί με αιωρήματα τσιμέντου τύπου ΙΙ32.5, με μέγιστο μέγεθος κόκκου, d max, 10 μm και λόγο Ν/Τ ίσο προς 2:1 σε τέσσερις διαφορετικές κοκκομετρίες άμμου (#5 - #10, #10 - #14, #14 - #25 και #25 - #50). Από τα δεδομένα του Πίνακα 2.7, προκύπτει ότι η αύξηση της λεπτότητας της άμμου είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη του εμποτισμένου εδάφους, πράγμα που αποδόθηκε στην καλύτερη τσιμέντωση των λεπτών άμμων λόγω της μεγάλης τους ειδικής επιφάνειας d max 10μm 20μm 40μm 100μm Τελικό Ποσοστό Εξίδρωσης (%) Σχήμα 2.26: Μεταβολή της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων σε σχέση με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης των αιωρημάτων των τσιμέντων (Πανταζόπουλος, 2009) 2.6 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στο Κεφάλαιο αυτό γίνεται εισαγωγή στο πεδίο της βελτίωσης εδαφών με ενέσεις εμποτισμού τύπου αιωρήματος. Περιγράφονται τα συστατικά που χρησιμοποιούνται για την παρασκευή αιωρημάτων τσιμέντου και γίνεται εκτενής αναφορά στα λεπτόκοκκα τσιμέντα, καθώς αυτά αποτελούν το βασικό αντικείμενο της εργαστηριακής διερεύνησης που

89 59 εκτελέστηκε στο πλαίσιο αυτής της διατριβής. Στη συνέχεια, περιγράφεται ο τρόπος με τον οποίο οι διάφοροι παράγοντες επηρεάζουν τις ιδιότητες των αιωρημάτων τσιμέντου και γίνεται ιδιαίτερη αναφορά στα λεπτόκοκκα τσιμέντα. Προκύπτει ότι ο λόγος νερού προς τσιμέντο αποτελεί τον καθοριστικότερο παράγοντα του αιωρήματος, καθώς αύξηση του λόγου αυτού μειώνει δραματικά την αντοχή και αυξάνει την εξίδρωση των αιωρημάτων, ενώ μείωση του λόγου αυξάνει σημαντικά το ιξώδες και δυσχεραίνει την ενεσιμότητα των αιωρημάτων τσιμέντου. Επίσης, η προσθήκη υπερρευστοποιητών ή/και άλλων χημικών βελτιωτικών είναι συχνά απαραίτητη, ιδιαίτερα κατά τη χρήση λεπτόκοκκων τσιμέντων, ώστε να επιτυγχάνεται βελτίωση της ρεολογικής συμπεριφοράς και παραγωγή ευσταθών αιωρημάτων. Με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται ικανοποιητική ενεσιμότητα και βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων των αιωρημάτων. Ακολούθως, γίνεται αναφορά στα εμποτισμένα εδάφη και περιγράφονται οι πειραματικές διατάξεις που έχουν επικρατήσει να χρησιμοποιούνται σε εργαστηριακές διερευνήσεις για την παρασκευή δοκιμίων εμποτισμένου εδάφους. Παρουσιάζονται διαθέσιμες πληροφορίες για τις μηχανικές και υδραυλικές ιδιότητες των εμποτισμένων εδαφών. Συγκεκριμένα, εξετάζεται η διαπερατότητα των εμποτισμένων εδαφών και οι κυριότεροι παράγοντες που την επηρεάζουν. Τέλος, γίνεται εκτενής αναφορά στη συμπεριφορά των εμποτισμένων εδαφών υπό συνθήκες στατικής φόρτισης με βάση αποτελέσματα που έχουν προκύψει από δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης.

90 60

91 61 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ Στο παρόν Κεφάλαιο συνοψίζονται, αρχικά, οι κύριες παρατηρήσεις που προέκυψαν από την ανασκόπηση της διαθέσιμης βιβλιογραφίας σχετικά με τη χρήση λεπτόκοκκων τσιμέντων για τη βελτίωση εδαφών με ενέσεις εμποτισμού. Έμφαση δίνεται σε συμπεράσματα σχετικά με τη βελτίωση των υδραυλικών (διαπερατότητα) και των μηχανικών ιδιοτήτων (αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη) των εμποτισμένων άμμων. Κατόπιν, αναφέρονται οι στόχοι της παρούσας εργαστηριακής έρευνας και περιγράφονται τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν (τσιμέντα, άμμοι). Στη συνέχεια, περιγράφεται ο τρόπος παρασκευής των αιωρημάτων και τεκμηριώνονται δύο σημαντικές ιδιότητές τους, η εξίδρωση και το ιξώδες. Η αξιολόγηση των αιωρημάτων ολοκληρώνεται με τον έλεγχο της ενεσιμότητάς τους μέσω κριτηρίων και δοκιμών εισπίεσης σε μικρά δοκίμια. Με βάση τα αποτελέσματα που προέκυψαν, διαμορφώθηκε το πρόγραμμα δοκιμών που εκτελέστηκε στο πλαίσιο αυτής της διατριβής. Τέλος, περιγράφεται η διάταξη εμποτισμού για παραγωγή δοκιμίων έτοιμων για εργαστηριακό έλεγχο, οι συσκευές που χρησιμοποιήθηκαν και οι διαδικασίες που εφαρμόστηκαν για την εκτέλεση δοκιμών διαπερατότητας και αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη. 3.1 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΕΜΠΟΤΙΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ Τα τελευταία τριάντα περίπου χρόνια έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος στην έρευνα και την ανάπτυξη των λεπτόκοκκων τσιμέντων, αφού ως αιωρήματα σε νερό μπορούν να εισπιεστούν και να εμποτίσουν αποτελεσματικά τα κενά εδαφικών σχηματισμών έως και λεπτόκοκκων άμμων. Στις ημέρες μας διατίθενται στην παγκόσμια αγορά (ΗΠΑ, Ιαπωνία, Βραζιλία, Γερμανία, Γαλλία, Ελβετία και αλλού) αρκετά προϊόντα με τα χαρακτηριστικά που οφείλει κατά το ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΝ 12715:2000 να παρουσιάζει ένα τσιμέντο ώστε να χαρακτηρίζεται ως λεπτόκοκκο (χαρακτηριστικό μέγεθος κόκκου, d 95 < 20 μm και λεπτότητα κατά Blaine > 8000 cm 2 /sec). Η χρήση των προϊόντων αυτών βρίσκει ευρεία εφαρμογή σε θέματα ελέγχου των υπογείων ροών, βελτίωσης της αντοχής του εδάφους, σε εφαρμογές που περιλαμβάνουν φράγματα, σήραγγες, ΧΥΤΑ, γέφυρες και μεγάλα οικοδομικά έργα, ενώ τείνει να υποκαταστήσει πλήρως τα χημικά διαλύματα στο πεδίο των ενέσεων εμποτισμού. Αυτό θεωρείται εύλογο, εφόσον τα λεπτόκοκκα τσιμέντα είναι πιο αποτελεσματικά (καλύτερα αποτελέσματα ως προς τη μονιμότητά τους, πρόσδοση υψηλότερων αντοχών στο εμποτισμένο έδαφος), αρκετά πιο οικονομικά και, κυρίως, αβλαβή προς στο περιβάλλον. Για τον καθορισμό της σύνθεσης και την εκτίμηση της καταλληλότητας ενός αιωρήματος, κρίνεται αναγκαία η τεκμηρίωση βασικών ιδιοτήτων του, όπως είναι το ιξώδες και η ρεολογική συμπεριφορά, η ευστάθεια, η ενεσιμότητα, οι χρόνοι πήξης κ.ά.. Συγκεκριμένα, ο μηχανισμός της εξίδρωσης θεωρείται πολύ σημαντικός επειδή παρέχει πληροφορίες σχετικά με τη συμπεριφορά των αιωρημάτων τσιμέντου σε κατάσταση ηρεμίας και αποτελεί δείκτη της ευστάθειάς τους. Γενικά, τα αιωρήματα κοινών τσιμέντων

92 62 θεωρούνται ευσταθή μόνο όταν ο λόγος νερού προς τσιμέντο είναι μικρότερος από περίπου 0.8:1. Σε αντίθεση, τα λεπτόκοκκα τσιμέντα παρέχουν τη δυνατότητα παρασκευής ευσταθών αιωρημάτων με αρκετά υψηλότερους λόγους Ν/Τ που μπορεί να έχουν τιμή έως και 1.6:1. Η χρήση ευσταθών αιωρημάτων σε ένα πρόγραμμα ενέσεων εμποτισμού διευκολύνει την αποθήκευση του αιωρήματος μετά την παρασκευή του χωρίς την ανάγκη συνεχούς ανάδευσης και εξασφαλίζει την πλήρωση των πόρων του εδάφους με αιώρημα. Η ρεολογική συμπεριφορά των αιωρημάτων τσιμέντου τα εντάσσει στα μη-νευτώνια ρευστά και για την περιγραφή της χρησιμοποιείται το μοντέλο Bingham που θεωρείται απλοποιητικό αλλά, παράλληλα, αρκετά αποτελεσματικό και ιδιαίτερα πρακτικό. Σύμφωνα με το μοντέλο Bingham, τα βασικά ρεολογικά χαρακτηριστικά των αιωρημάτων τσιμέντου είναι η συνοχή και το πλαστικό ιξώδες. Τα αιωρήματα κοινού τσιμέντου εμφανίζουν χαμηλότερες τιμές ιξώδους και συνοχής σε σχέση με τα αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων. Η αύξηση του ιξώδους που μπορεί να προκληθεί από την άλεση του τσιμέντου για την παραγωγή λεπτόκοκκου προϊόντος μπορεί να υπερβεί τη μία τάξη μεγέθους για αιωρήματα που παρασκευάζονται με τον ίδιο λόγο νερού προς τσιμέντο. Για το λόγο αυτό, είναι αναγκαίο στις εφαρμογές αιωρημάτων λεπτόκοκκων τσιμέντων να χρησιμοποιούνται βελτιωτικά της ρευστότητας. Στην περίπτωση που δε ρυθμιστούν βελτιωθούν κατάλληλα τα ρεολογικά χαρακτηριστικά των αιωρημάτων των λεπτόκοκκων τσιμέντων, είναι πολύ πιθανό στην πράξη να παρουσιάσουν μικρότερη ενεσιμότητα σε σχέση με τα αιωρήματα κοινών τσιμέντων. Επομένως, τα κριτήρια ενεσιμότητας δεν αποτελούν από μόνα τους ικανή συνθήκη για τον έλεγχο της ενεσιμότητας ενός αιωρήματος τσιμέντου, αφού δε λαμβάνουν υπόψη τους παράγοντες όπως το ιξώδες του αιωρήματος, παρά μόνο τα κοκκομετρικά χαρακτηριστικά του εδάφους και του τσιμέντου. Βέβαια, ο σχεδιασμός κατασκευών που περιλαμβάνουν έδαφος εμποτισμένο με αιωρήματα τσιμέντου απαιτεί την τεκμηρίωση των ιδιοτήτων και της συμπεριφοράς του ίδιου του εμποτισμένου εδάφους. Η βελτίωση των ιδιοτήτων του εδάφους εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ποσότητα τσιμέντου που εισπιέζεται στα κενά του εδάφους, ανά μονάδα όγκου του εδάφους, αλλά επηρεάζεται και από έναν αριθμό άλλων παραγόντων όπως ο τύπος και η κοκκομετρία του τσιμέντου και η χρήση προσθέτων ή προσμίκτων στη σύνθεση του αιωρήματος. Σύγκριση μεταξύ της αποτελεσματικότητας των κοινών τσιμέντων Portland και των λεπτόκοκκων τσιμέντων είναι δύσκολο να γίνει, αφού οι πληροφορίες που παρέχονται στην βιβλιογραφία προς αυτή την κατεύθυνση είναι ελάχιστες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι στις περιπτώσεις χονδρόκοκκων εδαφών (π.χ. αμμοχάλικα) τα κοινά τσιμέντα Portland προτιμώνται έναντι των λεπτόκοκκων, με κυρίαρχο κριτήριο τη διαφορά στο κόστος μεταξύ των υλικών, ενώ σε λεπτόκοκκους εδαφικούς σχηματισμούς (π.χ. μέσες ή λεπτές άμμους), τα κοινά τσιμέντα Portland δεν μπορούν να διεισδύσουν. Διαθέσιμες πληροφορίες, πάντως, δείχνουν ότι εδάφη εμποτισμένα με λεπτόκοκκα τσιμέντα είναι δυνατό να παρουσιάσουν υψηλότερες αντοχές και χαμηλότερη διαπερατότητα σε σχέση με εδάφη εμποτισμένα με αντίστοιχα αιωρήματα κοινών τσιμέντων Portland. Αυτό αποδίδεται στη μειωμένη εξίδρωση των αιωρημάτων λεπτόκοκκων τσιμέντων σε σχέση με την εξίδρωση των αιωρημάτων κοινών τσιμέντων. Έχει καταγραφεί, όμως, ότι η συνεχής αύξηση της λεπτότητας ενός τσιμέντου δεν οδηγεί απαραίτητα σε ανάλογη αύξηση της αντοχής ή/και μείωση της

93 63 διαπερατότητας του εμποτισμένου εδάφους. Πάντως, ο λόγος Ν/Τ φαίνεται να επηρεάζει περισσότερο από κάθε άλλη παράμετρο τις τιμές των ιδιοτήτων του εμποτισμένου εδάφους, ενώ ακολουθεί η κοκκομετρία της άμμου και τελευταία στην ιεραρχία έρχεται η κοκομετρία του λεπτόκοκκου τσιμέντου. Πιο αναλυτικά, αναφέρεται στη βιβλιογραφία μείωση του συντελεστή διαπερατότητας έως και 5 τάξεις μεγέθους με τη μείωση του λόγου Ν/Τ. Γενικά, οι τιμές του συντελεστή διαπερατότητας εδαφών εμποτισμένων με αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων σε λόγους Ν/Τ ίσους προς 1:1, 2:1 και 3:1 κυμαίνονται από 10-7 έως 10-8 cm/s, από 10-5 έως 10-7 cm/s και από 10-3 έως 10-5 cm/s, αντίστοιχα. Μάλιστα, λεπτές εμποτισμένες άμμοι παρουσιάζουν συντελεστή διαπερατότητας έως και 10-6 cm/sec ανάλογα με το λόγο Ν/Τ, σε αντίθεση με χονδρές άμμους των οποίων ο εμποτισμός μπορεί να επιφέρει έως και 3 τάξεις μεγέθους μείωση του συντελεστή διαπερατότητας (k 10-5 cm/sec). Ωστόσο, στα εμποτισμένα εδάφη δε φαίνεται να επιδρά σημαντικά η κοκκομετρία της άμμου στις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας, εφόσον καταγράφεται μια μείωση μόλις στο μέγεθος της μισής τάξης με την αύξηση της λεπτότητας των εδαφικών κόκκων. Παρόμοια συμπεράσματα προκύπτουν και από την εξέταση του τύπου του τσιμέντου αλλά και της κοκκομετρίας του. Από την άλλη πλευρά, η παρουσία κάποιων πρόσθετων στο αιώρημα όπως είναι ο μπεντονίτης κι η πυριτική παιπάλη, σε κατάλληλες όμως δοσολογίες, μπορεί να επιφέρει μείωση του συντελεστή διαπερατότητας έως και δύο τάξεις μεγέθους σε σχέση με τα καθαρά αιωρήματα τσιμέντου, γεγονός που αποδίδεται για τα μεν αιωρήματα τσιμέντου μπεντονίτη στη μειωμένη εξίδρωση και για τα δε αιωρήματα τσιμέντου- πυριτικής παιπάλης στη λεπτότητα των κόκκων και στην ποζολανική ικανότητα της τελευταίας λόγω της παρουσίας του πυριτίου. Το τελικό ποσοστό εξίδρωσης,όμως, των αιωρημάτων αποτελεί ένα πολύ σημαντικό δείκτη της πλήρωσης των κενών της άμμου με τα προϊόντα της ενυδάτωσης του τσιμέντου, με αποτέλεσμα τα πολύ πυκνά αιωρήματα ( αιωρήματα με λόγο Ν/Τ γύρω στο 1:1, στο όριο δηλαδή της ευστάθειας) να επιφέρουν μείωση του συντελεστή διαπερατότητας έως και 7 τάξεις μεγέθους σε σχέση με τον αντίστοιχο της καθαρής άμμου, ενώ τα αραιά αιωρήματα (αωρήματα με λόγο Ν/Τ γύρω στο 3:1) τον μειώνουν έως και 3 τάξεις μεγέθους. Διαπιστώνεται λοιπόν ότι η χρήση ευσταθών αιωρημάτων (ποσοστό πλήρωσης κενών περίπου 100%) οδηγεί σε τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων δύο έως τριών τάξεων μεγέθους μικρότερων από τις αντίστοιχες εκείνων που έχουν εμποτιστεί με ασταθή αιωρήματα και κατά συνέπεια αποδίδουν ποσοστό πλήρωσης των κενών μικρότερο του 50%. Όσον αφορά στο θέμα των μηχανικών ιδιοτήτων της εμποτισμένης άμμου με αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων, το δημοσιευμένο έργο που βασίζεται σε αποτελέσματα δοκιμών ανεμπόδιστης θλίψης είναι ιδιαίτερα πλούσιο, λόγω της ευκολίας και της ταχύτητας που εμφανίζουν οι δοκιμές αυτές. Απ αυτό προκύπτει ότι οι τιμές της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη εδαφών εμποτισμένων με αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων κυμαίνονται, γενικά, από 15 έως 25 MPa, από 10 έως 15 MPa και από 5 έως 7 ΜPa για λόγους νερού προς τσιμέντο ίσους προς 1:1, 2:1 και 3:1, αντίστοιχα. Επίσης, παράμετροι όπως ο τύπος και η κοκκομετρία του τσιμέντου δε φαίνεται να επιδρούν με κάποιο συστηματικό τρόπο στην αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων. Ωστόσο,

94 64 σημαντική αύξηση στην αντοχή σημειώνεται με την αύξηση της λεπτότητας και της πυκνότητας της άμμου που εμποτίζεται, αφού στις λεπτές άμμους επιτυγχάνεται καλύτερη τσιμέντωση λόγω της μεγάλης ειδικής επιφάνειας των κόκκων τους. Η προσθήκη λεπτόκοκκων (d<0.074 mm) σε ποσοστό έως και 2 % δεν επηρεάζει πρακτικά την αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη, σε αντίθεση με την παρουσία κάποιων πρόσθετων στα αιωρήματα τσιμέντου, όπως είναι ο μπεντονίτης και η πυριτική παιπάλη, τα οποία, όταν χρησιμοποιούνται σε κατάλληλα ποσοστά (κατά βάρος) ξηρού τσιμέντου, μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντική αύξηση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων. Αύξηση της αντοχής σημειώνεται και με την αύξηση του χρόνου ωρίμανσης του εμποτισμένου εδάφους, γεγονός που αποδίδεται στην εξέλιξη της διαδικασίας της ενυδάτωσης των κόκκων του τσιμέντου. Βέβαια, ο ρυθμός αύξησης της αντοχής αυτής μειώνεται αισθητά έπειτα από το πέρας της 28 ης ημέρας ωρίμανσης του εμποτισμένου εδάφους. Γενικώς, η χρήση υπερρευστοποιητή ευθύνεται για την εμφάνιση σημαντικά μειωμένης αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη σε αντιδιαστολή με εδάφη εμποτισμένα με αιωρήματα που δεν περιείχαν κανένα πρόσμικτο (μείωση κατά 30% έως 60 %). Παρόλα αυτά, η βέλτιστη περιεκτικότητα του υπερρευστοποιητή (συνήθως είναι αυτή που αντιστοιχεί στο 1%-1.4% κ.β. ξηρού τσιμέντου) μπορεί να επιφέρει έως και 60% υψηλότερη αντοχή σε σχέση με τις υπόλοιπες περιεκτικότητες. Τέλος, ο λόγος Ν/Τ καταλήγει να είναι η σημαντικότερη παράμετρος επιρροής, αφού μικρές μειώσεις του μπορούν να οδηγήσουν σε αξιοσημείωτη αύξηση της αντοχής των εμποτισμένων άμμων. Αυτό συμβαίνει διότι η μείωση του λόγου Ν/Τ οδηγεί στην αύξηση του τελικού ποσοστού πλήρωσης των κενών της άμμου με αποτέλεσμα να αυξάνεται το ποσοστό τσιμέντωσης των άμμων και, κατά συνέπεια, η αντοχή του εμποτισμένου εδάφους. Ικανοποιητικό δείκτη, όμως, του ποσοστού πλήρωσης των κενών της άμμου αποτελεί το τελικό ποσοστό εξίδρωσης. Ανατρέχοντας λοιπόν στην υπάρχουσα βιβλιογραφία συμπεραίνουμε ότι τα ευσταθή αιωρήματα (συνήθως Ν/Τ 1:1) μπορούν και αποδίδουν τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη κατά 5 έως και 10 φορές υψηλότερες των άμμων που εμποτίζονται με αιώρημα λόγου Ν/Τ ίσου προς 2:1 και κατά 10 έως και 20 φορές υψηλότερες εκείνων που εμποτίζονται με αιώρημα λόγου Ν/Τ ίσου προς 3: ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ Στόχοι της έρευνας Με την αυξανόμενη χρήση αιωρημάτων λεπτόκοκκων τσιμέντων για τη βελτίωση των εδαφών με ενέσεις εμποτισμού, διευρύνεται σημαντικά το πεδίο εφαρμογής των αιωρημάτων των κοινών τσιμέντων. Παρόλα αυτά, ο αριθμός των σχετικών προϊόντων που διατίθεται διεθνώς εξακολουθεί να παραμένει μικρός. Μάλιστα, τα προϊόντα αυτά παρουσιάζουν αυξημένο κόστος χρήσης λόγω της αποκλειστικότητάς τους. Μέσα στο πλαίσιο αυτό, εκδηλώθηκε το ενδιαφέρον της ελληνικής τσιμεντοβιομηχανίας για την ανάπτυξη νέων

95 65 τσιμέντων, λεπτότερης κοκκομετρίας από τα κοινά Portland, που να βασίζονται στην εγχώρια παραγωγή, να είναι οικονομικότερα από τα εισαγόμενα λεπτόκοκκα τσιμέντα και, παράλληλα, να είναι σε θέση να αποτελέσουν εναλλακτική λύση στα χημικά διαλύματα. Για το σκοπό αυτό έχει ήδη ολοκληρωθεί εκτεταμένο ερευνητικό πρόγραμμα με τη συνεργασία αρκετών φορέων, ανάμεσά τους και του Πανεπιστημίου Πατρών. Αντικείμενο αυτού του έργου υπήρξε η ανάπτυξη και η επιστημονική τεκμηρίωση των ιδιοτήτων και του πεδίου εφαρμογής μίας σειράς νέων υλικών ενέσεως τύπου αιωρήματος που έχουν τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν αντί χημικών διαλυμάτων για τη βελτίωση των ιδιοτήτων εδαφών με κοκκομετρία έως λεπτόκοκκης άμμου. Η παρούσα διατριβή αποτελεί συμπλήρωση- επέκταση μέρους αυτού του ερευνητικού προγράμματος. Πρέπει να σημειωθεί ότι υπήρξαν ενδείξεις ότι καθοριστική παραμέτρος για το μέγεθος της βελτίωσης των μηχανικών και υδραυλικών ιδιοτήτων των εδαφών που εμποτίζονται με αιωρήματα τσιμέντων είναι το τελικό ποσοστό εξίδρωσης των αιωρημάτων. Και τούτο, διότι το τελικό ποσοστό εξίδρωσης εξαρτάται τόσο από το λόγο νερού προς τσιμέντο (Ν/Τ) των αιωρημάτων όσο και από την κοκκομετρία των χρησιμοποιούμενων τσιμέντων. Βασικός στόχος, λοιπόν, της παρούσας διατριβής ήταν η συγκριτική αξιολόγηση της βελτίωσης των μηχανικών ιδιοτήτων των εμποτισμένων άμμων με χρήση ευσταθών και ασταθών αιωρημάτων και, ιδιαίτερα, η μελέτη της επίδρασης της ευστάθειας των αιωρημάτων στη διαπερατότητα και την αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων. Συγκεκριμένα, το παρόν ερευνητικό πρόγραμμα προσδιορίζεται από τους εξής γενικούς στόχους: Έλεγχος βιομηχανικά παραγόμενων τσιμέντων και συγκριτική αξιολόγησή τους με βάση διαθέσιμες πληροφορίες για άλλα λεπτόκοκκα ή/και κοινά τσιμέντα Portland. Εκτέλεση δοκιμών διαπερατότητας και δοκιμών ανεμπόδιστης θλίψης στα εμποτισμένα δοκίμια. Δοκιμές διαπερατότητας πραγματοποιήθηκαν και σε καθαρές άμμους με στόχο την ποσοτικοποίηση της μείωσης της διαπερατότητας του καθαρού εδάφους έπειτα από τον εμποτισμό του με αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων. Έλεγχος της επίδρασης του τελικού ποσοστού εξίδρωσης των αιωρημάτων τσιμέντου, που φάνηκε να συνδυάζει επιμέρους παραμέτρους, όπως ο λόγος Ν/Τ και το μέγεθος των κόκκων του τσιμέντου. Παραμετρική διερεύνηση της υδραυλικής συμπεριφοράς (εύρεση συντελεστή διαπερατότητας) και της συμπεριφοράς υπό συνθήκες στατικής φόρτισης (προσδιορισμός αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη) άμμων που έχουν εμποτιστεί με ενέματα τσιμέντων για την ποσοτικοποίηση της επίδρασης παραμέτρων όπως: - Ο λόγος Ν/Τ - Το τελικό ποσοστό εξίδρωσης - Η κοκκομετρία και η σύσταση της άμμου (χρησιμοποιήθηκαν ασβεστολιθικές άμμοι αλλά και μία χαλαζιακή για λόγους σύγκρισης) - Ο τύπος και η κοκκομετρία του τσιμέντου

96 Υλικά Στόχος ενός προγράμματος ενέσεων εμποτισμού με αιώρημα τσιμέντου είναι η δημιουργία ενός σύνθετου υλικού που αποτελείται από το έδαφος και από το αιώρημα τσιμέντου που έχει διοχετευθεί στους πόρους του. Στην παρούσα εργασία εκτελέστηκαν ενέσεις εμποτισμού με αιωρήματα τσιμέντου διαφόρων τύπων και κοκκομετριών σε επιλεγμένες κοκκομετρίες άμμου. Για τις ανάγκες αυτής της εργαστηριακής διερεύνησης χρησιμοποιήθηκε ένα βιομηχανοποιημένο μικροτσιμέντο Portland ταχείας πήξεως της εταιρείας Meyco BASF, το Rheocem 650, και δύο επιπλέον τύποι τσιμέντου που απαντώνται συχνά στην ελληνική αγορά, δηλαδή ένα καθαρό τσιμέντο Portland και ένα σύνθετο τσιμέντο Portland που συμβολίζονται ως CEM I και CEM II/B M, σύμφωνα με τον Κανονισμό Τεχνολογίας Τσιμέντων ΕΝ Στο κείμενο αυτής της διατριβής τα τσιμέντα αυτά αναφέρονται ως Rheocem 650, Ι42.5 και ΙΙ32.5, αντίστοιχα, επειδή έτσι συμβολίζονται από τον παραγωγό τους. Η σύσταση και η χημική ανάλυση των τσιμέντων I42.5 και ΙΙ32.5 προσδιορίστηκαν στα εργαστήρια της Α.Ε. Τσιμέντων ΤΙΤΑΝ και παρουσιάζονται στον Πίνακα 3.1. Όπως φαίνεται, το τσιμέντο Ι42.5 περιέχει κλίνκερ σε ποσοστό 90% της σύνθεσής του ενώ στο τσιμέντο ΙΙ32.5 το ποσοστό κλίνκερ μειώνεται σε 63%. Το άθροισμα ποζολάνης και ιπτάμενης τέφρας στο τσιμέντο ΙΙ32.5 είναι 23.5%. Το ονομαστικό μέγιστο μέγεθος κόκκων, d max, των τσιμέντων Ι42.5 και ΙΙ32.5 είναι 100μm ενώ το μέγεθος d 98 κυμαίνεται μεταξύ 56 μm και 68 μm. Για την παραγωγή τσιμέντων λεπτότερης κοκκομετρίας, τα τσιμέντα αυτά υποβλήθηκαν σε λειοτρίβηση ώστε να προκύψει μια επιπλέον κοκκομετρία από κάθε τύπο τσιμέντου. Η λειοτρίβηση έγινε με ειδικό εργαστηριακό μύλο, που φαίνεται στο Σχήμα 3.1, στα εργαστήρια της Α.Ε. Τσιμέντων ΤΙΤΑΝ. Ο εργαστηριακός μύλος ΑJ 100, σε αντίθεση με τους συμβατικούς σφαιρόμυλους, δεν περιέχει αλεστικά μέσα και στηρίζεται στην άλεση με χρήση συγκρουόμενων ρευμάτων αέρα. Επιπλέον, διαθέτει διαχωριστή υψηλών στροφών ώστε να καθορίζεται o μέγιστος κόκκος του υλικού που προκύπτει με την άλεση. Για τις ανάγκες της άλεσης απαιτείται καθαρός ξηρός αέρας, γεγονός που παραπέμπει σε παραγωγή λεπτόκοκκων τσιμέντων με την ξηρή μέθοδο. Τονίζεται ότι η διαδικασία λειοτρίβησης δε μετέβαλε καθόλου τη σύνθεση και τη χημική σύσταση των τσιμέντων. Οι υπόλοιπες ιδιότητες και τα κοκκομετρικά χαρακτηριστικά των τσιμέντων, όπως προσδιορίστηκαν στα εργαστήρια της Α.Ε. Τσιμέντων ΤΙΤΑΝ, συνοψίζονται στον Πίνακα 3.2, ενώ στο Σχήμα 3.2 παρουσιάζονται οι αντιπροσωπευτικές κοκκομετρικές καμπύλες όλων των τσιμέντων που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα έρευνα. Σημειώνεται ότι το τσιμέντο Rheocem 650 ικανοποιεί το κριτήριο μεγέθους κόκκων (d 95 < 20μm ) του Ευρωπαϊκού προτύπου EN 12715:2000 και μολονότι δεν πληροί το κριτήριο της λεπτότητας κατά Blaine, μπορεί να κατηγοριοποιηθεί στον τομέα των οριακά λεπτόκοκκων τσιμέντων. Από τη λειοτρίβηση που πραγματοποιήθηκε στα τσιμέντα I42.5 και II32.5 προέκυψε μία επιπλέον κοκκομετρική σύνθεση για τον κάθε τύπο τσιμέντου. Αυτή η νέα κοκκομετρία τσιμέντου παρουσίαζε μέγιστο ονομαστικό μέγεθος κόκκου, d max, ίσο με 40 μm και παρήχθη με σκοπό την εξέταση της επίδρασης που έχει ο μέγιστος κόκκος τσιμέντου στις ρεολογικές και μηχανικές ιδιότητες του εμποτισμένου εδάφους.

97 67 Πίνακας 3.1: Χημική ανάλυση και σύσταση των τσιμέντων Τύπος Τσιμέντου Χημική ανάλυση (ποσοστά οξειδίων, %) Συστατικά τσιμέντου (ποσοστά, %) Ι42.5 ΙΙ32.5 SiO Al 2 O Fe 2 O CaO MgO K 2 O Na 2 O NA 2 O eq SO Loss On Ignition Κλίνκερ Ασβεστόλιθος Ποζολάνη Ιπτάμενη Τέφρα Σχήμα 3.1: Εργαστηριακός μύλος ΑJ-100 για παραγωγή των λεπτόκοκκων τσιμέντων Στο στάδιο της παραγωγής των αιωρημάτων έγινε χρήση του υπερρευστοποιητή Glenium 21, της εταιρείας BASF-CC. Το Glenium 21 είναι ένας υπερρευστοποιητής νέας γενιάς, ευρέως φάσματος, βασισμένος σε αλυσίδες τροποποιημένου πολυκαρβοξυλικού αιθέρα.

98 Χαρακτηριστικό μέγεθος κόκκων (μm) 68 Πίνακας 3.2: Κοκκομετρία των τσιμέντων Χαρακτηριστικά Στοιχεία Τσιμέντων Ονομαστικό μέγιστο μέγεθος κόκκου (I42.5) Ονομαστικό μέγιστο μέγεθος κόκκου (II32.5) Ονομαστικό μέγιστο μέγεθος κόκκου (Rheocem 650) 100 μm 40 μm 100 μm 40 μm 40 μm D D D D D D Blaine (cm 2 /gr) Σχήμα 3.2: Κοκκομετρικές καμπύλες των τσιμέντων

99 69 Η κύρια άμμος που χρησιμοποιήθηκε για την εργαστηριακή παραγωγή εμποτισμένων εδαφών είναι θραυστή άμμος λατομείου που χρησιμοποιείται και από το Εργαστήριο Τεχνολογίας Σκυροδέματος της Α.Ε. Τσιμέντων ΤΙΤΑΝ για δοκιμές αντοχών δοκιμίων σκυροδέματος. Όπως φαίνεται από την ανάλυση που έγινε στα εργαστήρια της Α.Ε. Τσιμέντων ΤΙΤΑΝ και παρουσιάζεται στον Πίνακα 3.3, πρόκειται για ασβεστολιθική άμμο. Αποτέλεσμα της διαδικασίας παραγωγής αποτελεί το γωνιώδες σχήμα των κόκκων που είναι εμφανές στο Σχήμα 3.3(α,β). Με κατάλληλο κοσκίνισμα και πλύσιμο, η άμμος διαχωρίστηκε σε τέσσερα κλάσματα μεταξύ των κοσκίνων #10 και #14, #14 και #20, #20 και #30 και #30 και #50. Τα κλάσματα της άμμου χρησιμοποιήθηκαν ως τέσσερα διαφορετικής κοκκομετρίας εδάφη για τις ανάγκες της παρούσας διερεύνησης (Σχήμα 3.4). Όπως προκύπτει από τις εξιδανικευμένες κοκκομετρικές καμπύλες που παρουσιάζονται στο Σχήμα 3.5, τα κλάσματα αυτά έχουν χαμηλό συντελεστή ομοιομορφίας C u, που κυμαίνεται από 1.20 έως 1.46, και δεν περιέχουν καθόλου λεπτά συστατικά (<0.074mm). Για λόγους πληρότητας και σύγκρισης εξετάστηκε μια επιπλέον άμμος με την εμπορική ονομασία Ottawa Πρόκειται για άμμο χαλαζιακής φύσεως με στρογγυλευμένους και σχεδόν ισομεγέθεις κόκκους (μεταξύ των κοσκίνων #20 και #30), όπως φαίνεται και στο Σχήμα 3.3(γ,δ). Οι άμμοι που χρησιμοποιήθηκαν βρίσκονταν σε πυκνή και ξηρή κατάσταση. Συγκεκριμένα, οι ασβεστολιθικές άμμοι εμφάνισαν σχετική πυκνότητα που κυμάνθηκε μεταξύ 85.6% και 89.9%, ενώ η χαλαζιακή άμμος Ottawa εμφάνισε υψηλότερες τιμές, της τάξης του 93.0%. Η άμμος με κόκκους μεταξύ των κοσκίνων #10 και #14 αναφέρεται στο κείμενο αυτό ως άμμος #10-#14 και κατά τον ίδιο τον τρόπο συμβολίζονται και οι άμμοι #14-#20, #20- #30, #20-#30 Οttawa, και #30-#50. Ακολούθως, παρουσιάζονται σε πινακοποιημένη μορφή (Πίνακας 3.4) οι ιδιότητες των άμμων. Ο συντελεστής διαπερατότητας των καθαρών άμμων στην πυκνή τους κατάσταση, προσδιορίστηκε με τη μέθοδο του σταθερού φορτίου βάσει του Προτύπου ASTM D2434 και σε συνδυασμό με τις Προδιαγραφές Εργαστηριακών Δοκιμών Εδαφομηχανικής (Ε ). Στο σημείο αυτό θα πρέπει να αναφερθεί ότι οι τιμές του ειδικού βάρους στερεών (γ s ) καθώς και του μέγιστου (e max ) και ελάχιστου δείκτη κενών Πίνακας 3.3: Χημική ανάλυση άμμων Χημική ένωση Ποσοστό κ.β. (%) Ασβεστολιθική Άμμος Άμμος Ottawa SiO Al 2 O Fe 2 O CaO MgO 0.33 <0.01 K 2 O 0.09 <0.01 Loss On Ignition

100 70 Σχήμα 3.3: Κόκκοι άμμου σε μεγέθυνση (α,β) θραυστή ασβεστολιθική άμμος (Πανταζόπουλος, 2009), (γ,δ) χαλαζιακή άμμος Ottawa (Brooke Cox, 2011) Σχήμα 3.4: Κοκκομετρικές καμπύλες των άμμων

101 71 Πίνακας 3.4: Ιδιότητες των άμμων Κωδικός άμμου (# κοσκίνων) Ιδιότητα (ottawa) Εύρος μεγέθους κόκκων d (mm) Ειδικό βάρος στερεών, γ s (gr/cm 3 ) Μέγιστος δείκτης κενών, e max Ελάχιστος δείκτης κενώ, e min Συντελεστής διαπερατότητας, k 20 (cm/sec) ΠΥΚΝΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ 9.5Ε Ε Ε Ε Ε 02 (e min ) των ασβεστολιθικών άμμων ελήφθησαν από πληροφορίες που αντλήθηκαν από τη διδακτορική διατριβή του Πανταζόπουλου (2009), ενώ οι αντίστοιχες τιμές για τη χαλαζιακή #20-#30 Ottawa ελήφθησαν από τη διδακτορική διατριβή του Μάρκου (1995). Να σημειωθεί ότι για τον ορισμό των συντελεστών διαπερατότητας k 20 χρησιμοποιήθηκε ένας μέσος όρος των αποτελεσμάτων των συνολικών μετρήσεων που έγιναν. Ελήφθησαν μάλιστα για κάθε άμμο χωριστά έξι συνολικά μετρήσεις που αφορούσαν τρεις διαφορετικούς χρόνους για δύο διαφορετικά υδραυλικά ύψη. Τα εδαφικά δείγματα βρίσκονταν σε πυκνή κατάσταση κι εμφάνιζαν σχετική πυκνότητα της τάξης του 90%. Αυτό συνέβη μέσα σε μια προσπάθεια επίτευξης του ίδιου βαθμού συμπύκνωσης με τις άμμους που εμποτίστηκαν, ώστε να έχουμε όσο το δυνατόν πιο αξιόπιστα αποτελέσματα κατά την ποσοτικοποίηση της μείωσης του συντελεστή διαπερατότητας με τον εμποτισμό των άμμων. Τέλος, αναφέρεται ότι οι τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των καθαρών ασβεστολιθικών άμμων, όπως προέκυψαν από τη δοκιμή σταθερού φορτίου, φαίνεται να παρουσιάζουν ικανοποιητική ομοιότητα με αυτές που βρέθηκαν με τον ίδιο τρόπο από τον Πανταζόπουλο (2009) σε παρόμοιες κοκκομετρίες άμμου. Το ίδιο παρατηρείται και με την καθαρή #20-#30 Ottawa, η οποία στη βιβλιογραφία (Schwarz and Krizek, 2006) εμφανίζει συντελεστή διαπερατότητας ίσο με 1.14E-01 cm/sec. 3.3 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΑΙΩΡΗΜΑΤΩΝ Για τον προσδιορισμό της καταλληλότητας ενός αιωρήματος σε σχέση με τις ανάγκες ενός έργου είναι απαραίτητη η τεκμηρίωση των ιδιοτήτων του. Οι ιδιότητες που εμπίπτουν στα βασικά κριτήρια επιλογής είναι το ιξώδες και η ρεολογική συμπεριφορά, η εξίδρωση και η ευστάθεια, και η ενεσιμότητα. Η διερεύνηση γίνεται εργαστηριακά και τα αποτελέσματά της οδηγούν στην τελική επιλογή των αιωρημάτων. Στις επόμενες παραγράφους προσδιορίζονται οι ιδιότητες των αιωρημάτων που χρησιμοποιήθηκαν και μελετάται η επίδραση του λόγου νερού προς τσιμέντο καθώς και του τύπου και της κοκκομετρίας των τσιμέντων. Τέλος, ελέγχεται πειραματικά με δοκιμές εισπίεσης η ενεσιμότητα των αιωρημάτων.

102 Προετοιμασία αιωρημάτων Για την ανάμειξη των συστατικών των αιωρημάτων που παρασκευάστηκαν για τους σκοπούς της εργαστηριακής διερεύνησης, χρησιμοποιήθηκαν δύο πανομοιότυποι αναμεικτήρες της εταιρείας Impact (Model No. S156 10) που θεωρούνται ταχύστροφοι, αφού έχουν ταχύτητα περιστροφής rpm χωρίς φορτίο. Ένας από τους αναμεικτήρες φαίνεται στο Σχήμα 3.5. Η ταχύτητα που χρησιμοποιήθηκε για την ανάμειξη όλων των αιωρημάτων ήταν η μέγιστη δυνατή και παρέμενε σταθερή ανεξάρτητα από το λόγο Ν/Τ. Εφαρμόστηκε διαφορετική διαδικασία ανάμειξης των συστατικών των αιωρημάτων ανάλογα με την προσθήκη ή όχι υπερρευστοποιητή στα αιωρήματα. Για τα αιωρήματα που δεν περιείχαν υπερρευστοποιητή, τοποθετούνταν οι απαιτούμενες ποσότητες των συστατικών (πρώτα το τσιμέντο και στη συνέχεια το νερό) στο δοχείο του αναμεικτήρα και ακολουθούσε η ανάμειξη για χρονικό διάστημα 5 min. Για τα αιωρήματα που περιείχαν υπερρευστοποιητή, αρχικά τοποθετούνταν στο δοχείο του αναμεικτήρα ολόκληρη η απαιτούμενη ποσότητα τσιμέντου και το 70% της απαιτούμενης ποσότητας νερού.το μείγμα αναδευόταν χειρωνακτικά, ώστε να ομογενοποιηθεί (Σχήμα 3.6α). Ακολουθούσε ταχύστροφη ανάμειξη για χρονικό διάστημα 2 λεπτών, εισάγονταν το υπόλοιπο 30% της απαιτούμενης ποσότητας νερού στο οποίο ήταν διαλυμένη η επιθυμητή ποσότητα υπερρευστοποιητή (Σχήμα 3.6β-γ) και η ανάμειξη συνεχιζόταν για επιπλέον 2 λεπτά (Σχήμα 3.6δ). Η διαδικασία αυτή ακολουθήθηκε επειδή προτείνεται από τον παραγωγό του υπερρευστοποιητή ως βέλτιστη. Η παρασκευή των αιωρημάτων, των οποίων ο συνολικά απαιτούμενος όγκος ξεπερνούσε τα 600 ml πραγματοποιούνταν με την ταυτόχρονη χρήση των δύο διαθέσιμων αναμεικτήρων. Σχήμα 3.5: Ταχύστροφος αναμεικτήρας Impact (Model No. S156-10)

103 73 (α) (β) (γ) (δ) Σχήμα 3.6: Προετοιμασία αιωρημάτων με υπερρευστοποιητή (α) χειρωνακτική ανάμειξη απαιτούμενης ποσότητας τσιμέντου με το 70% της απαιτούμενης ποσότητας νερού, (β) ζύγιση της επιθυμητής ποσότητας υπερρευστοποιητή, (γ) πρόσθηκη της υπόλοιπης απαιτούμενης ποσότητας νερού (30%), στην οποία βρίσκεται διαλυμένος ο υπερρευστοποιητής, στο αρχικό αιώρημα, (δ) ταχύστροφη ανάμειξη του αιωρήματος Δοκιμές εξίδρωσης Οι δοκιμές εξίδρωσης επιτρέπουν την εκτίμηση της ευστάθειας των αιωρημάτων με βάση τον τελικό όγκο εξίδρωσης, καθώς και τη μελέτη του ρυθμού εξίδρωσης. Επιπλέον, παρέχουν τη δυνατότητα εκτίμησης της επίδρασης των παραμέτρων σύνθεσης των αιωρημάτων (λόγος Ν/Τ, τύπος και κοκκομετρία των τσιμέντων και χρήση του υπερρευστοποιητή) στη συμπεριφορά των αιωρημάτων ως προς την εξίδρωση. Υπενθυμίζεται ακόμα ότι «ευσταθές» αιώρημα καλείται εκείνο που εμφανίζει ποσοστό εξίδρωσης ίσο ή μικρότερο του 5% μετά από παρέλευση 2 ωρών από την παρασκευή του (Ευρωπαϊκό Πρότυπο EN-12715, 2000). Για την εκτέλεση των δοκιμών εξίδρωσης χρησιμοποιήθηκαν διαφανείς ογκομετρικοί σωλήνες συνολικού όγκου 1000 ml και σταθερής διαβάθμισης ανά 10 ml. Τυπικός σωλήνας εξίδρωσης φαίνεται στο Σχήμα 3.7. Το αιώρημα τοποθετούνταν στον σωλήνα αμέσως μετά το τέλος της ανάμειξης, αφού προηγουμένως είχε μετρηθεί η θερμοκρασία του. Καταγραφόταν ο αρχικός όγκος του αιωρήματος και ο χρόνος έναρξης της δοκιμής. Ακολούθως, λαμβάνονταν μετρήσεις του όγκου του ιζήματος με την πάροδο του χρόνου σε προκαθορισμένα χρονικά διαστήματα και, συγκεκριμένα, μετά την πάροδο 0.5, 1, 2, 5, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120 min και κατόπιν κάθε 60 min. Τα χρονικά αυτά διαστήματα επελέγησαν με γνώμονα την ικανοποιητική παρακολούθηση του ρυθμού της εξίδρωσης. Η δοκιμή ολοκληρωνόταν όταν καταγράφονταν 4 συνεχόμενες μετρήσεις χωρίς να παρατηρείται μεταβολή του όγκου του ιζήματος. Κατά τη διάρκεια της δοκιμής, το στόμιο του ογκομετρικού σωλήνα καλυπτόταν με ελαστική μεμβράνη ώστε να περιορίζεται η εξάτμιση νερού. Τα δοκίμια που εξετάστηκαν είχαν όγκο 500 ± 20ml.

104 74 Σχήμα 3.7: Σωλήνας εξίδρωσης Τα αποτελέσματα των δοκιμών εξίδρωσης βρίσκονται, γενικά, σε συμφωνία με τις διαθέσιμες στη βιβλιογραφία πληροφορίες για παρόμοια αιωρήματα τσιμέντων. Ειδικά για τα αιωρήματα τσιμέντων Ι42.5 και ΙΙ32.5 που εξετάστηκαν με την παρουσία υπερρευστοποιητή στη σύνθεσή τους, έγιναν οι εξής γενικές παρατηρήσεις : (α) το νερό εξίδρωσης δεν είχε τη διαύγεια του νερού εξίδρωσης των αιωρημάτων που δεν περιείχαν υπερρευστοποιητή, αλλά παρουσίαζε σημαντική θολότητα και (β) το ίζημα των αιωρημάτων των εξεταζόμενων τσιμέντων δεν ήταν ομοιογενές, αλλά εμφάνιζε στρωμάτωση και χρωματική διαφοροποίηση κατά την έννοια του ύψους του. Την ίδια παρατήρηση έκανε και ο Πανταζόπουλος (2009). Στο Σχήμα 3.8(α,β) φαίνονται τυπικές στήλες εξίδρωσης όπου έγιναν παρόμοιες παρατηρήσεις. Πληροφορίες από τη διαθέσιμη βιβλιογραφία (Gelade et al., 2002) επιβεβαιώνουν ότι, η χρήση υπερρρευστοποιητή σε υψηλή περιεκτικότητα, είναι δυνατόν να προκαλέσει διαχωρισμό του αιωρήματος, έτσι ώστε οι χονδρότεροι κόκκοι τσιμέντου να καθιζάνουν με ταχύ ρυθμό δημιουργώντας ένα πυκνό ίζημα στον πυθμένα του σωλήνα εξίδρωσης ενώ μια ποσότητα των πιο μικρών σε μέγεθος κόκκων να παραμένουν για μεγάλο χρονικό διάστημα σε αιώρηση προσδίδοντας στο νερό εξίδρωσης μεγάλη θολότητα. Είναι γενικά αποδεκτό ότι τα πιο λεπτόκοκκα τσιμέντα, λόγω της υψηλότερης τιμής της ειδικής επιφάνειας, έχουν την ικανότητα να απορροφούν πιο ισορροπημένα και ομοιόμορφα τη δόση του υπερρευστοποιητή, στην επιφάνεια των κόκκων τους, σε αντίθεση με τα πιο χονδρόκοκκα τσιμέντα που προσφέρουν πολύ μικρότερη επιφάνεια δράσης στον υπερρρευστοποιητή. Οι παρατηρήσεις αυτές υποδεικνύουν ότι, τελικά, ο υπερρευστοποιητής που χρησιμοποιήθηκε (Glenium 21-σε δόση 1.25% κ.β. ξηρού τσιμέντου) είχε αρνητική επίδραση και κακή χημική συνεργασία με τα αιωρήματα που παρασκευάστηκαν από τα εξεταζόμενα τσιμέντα Ι42.5 και ΙΙ32.5. Η υπόδειξη αυτή αποδίδεται κυρίως στο γεγονός της

105 75 (α) (β) (γ) (δ) Σχήμα 3.8: Δοκιμές εξίδρωσης (α) εξίδρωση αιωρημάτων τσιμέντου I42.5 και II32.5 με υπερρευστοποιητή, (β) νερό εξίδρωσης με υψηλή θολότητα και στρωμάτωση ιζήματος, (γ) διαύγεια του νερού εξίδρωσης αιωρήματος που δεν περιείχε υπερρευστοποιητή, (δ) δοκιμή εξίδρωσης τσιμέντου Rheocem 650 με χρήση υπερρευστοποιητή ασυμβατότητας των υπερρευστοποιητών με τα κοινά τσιμέντα. Ως εκ τούτου και εξαιτίας της δυσκολίας στον προσδιορισμό αξιόπιστων τιμών για τα ποσοστά εξίδρωσης, τα αιωρήματα με τα εν λόγω τσιμέντα επιλέχθηκαν να εξεταστούν χωρίς την παρουσία υπερρευστοποιητή. Αντίθετα, εξαιρετική ήταν η χημική συνεργασία και συμβατότητα του υπερρευστοποιητή Glenium 21 με το λεπτόκοκκο τσιμέντο Rheocem 650 της ίδιας εταιρείας. Η προτεινόμενη από τον κατασκευαστή δοσολογία υπερρευστοποιητή, κυμαίνεται μεταξύ 1% και 3% κατά βάρος τσιμέντου. Για τους σκοπούς της παρούσας έρευνας, επιλέχθηκε το μικρότερο δυνατό ποσοστό υπερρευστοποιητή, δηλαδή 1% κατά βάρος τσιμέντου. Το σύνολο των καμπυλών χρόνου εξίδρωσης που προέκυψαν από τις δοκιμές που εκτελέστηκαν παρουσιάζεται στο Σχήμα 3.9, ενώ στον Πίνακα 3.5 συνοψίζονται τα αποτελέσματα ως προς το τελικό ποσοστό εξίδρωσης. Από θεώρηση των αποτελεσμάτων, προκύπτουν γενικές παρατηρήσεις, τόσο ως προς το ρυθμό όσο και ως προς το τελικό ποσοστό εξίδρωσης. Αύξηση του λόγου Ν/Τ έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση του ρυθμού εξίδρωσης. Η παρατήρηση αυτή είναι σε συμφωνία με παρατηρήσεις άλλων ερευνητών (Houlsby, 1985, Ατματζίδης, 1988, Πανταζόπουλος, 2009). Το τελικό ποσοστό εξίδρωσης επιτυγχάνεται για χρόνο ίσο ή μικρότερο των 120 min (που καθορίζεται από το Ευρωπαϊκό Πρότυπο ΕΝ 12715:2000 ως χρόνος μέτρησής του) για το σύνολο των αιωρημάτων χωρίς υπερρευστοποιητή, δηλαδή για τα αιωρήματα των τσιμέντων Ι42.5 και ΙΙ32.5. Για τα αιωρήματα με υπερρευστοποιητή (τα αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650) δεν ισχύει αυτή η γενική παρατήρηση, καθώς η διαδικασία της εξίδρωσης ολοκληρωνόταν σε χρόνο μικρότερο των 60min. Το τελικό ποσοστό εξίδρωσης για αιωρήματα τσιμέντου Ι42.5 και ΙΙ32.5, χωρίς υπερρευστοποιητή με λόγο Ν/Τ 0.6:1, 0.8:1, 1:1, 2:1 και 3:1 κυμάνθηκε από

106 76 Πίνακας 3.5: Τελικό ποσοστό εξίδρωσης των αιωρημάτων Τσιμέντο Rheocem 650 Λόγος Ν/Τ Κοκκομετρία 40 μm 0.6:1 0.8:1 1:1 1.25:1 2:1 2.5:1 3:1 Τελικό ποσοστό εξίδρωσης (%) Υπερ/τής 1% κ.β. τσιμέντου ΙΙ μm * 40 μm * Ι μm * *Πανταζόπουλος (2009) Χωρίς Υπερ/τή Σχήμα 3.9: Καμπύλες χρόνου-ποσοστού εξίδρωσης 5% έως 7%, 10% έως 19%, 18% έως 29%, 38% έως 59% και 57% έως 69%, αντίστοιχα. Το τελικό ποσοστό εξίδρωσης για αιωρήματα Rheocem 650 με υπερρευστοποιητή με λόγους Ν/Τ 1:1, 2:1 και 3:1 ήταν 0%, 15% και 31%, αντίστοιχα. Από το σύνολο των αιωρημάτων που ελέγχθηκαν, παρατηρείται ότι λίγες είναι εκείνες οι συνθέσεις που τελικά μπορούν να χαρακτηριστούν ως ευσταθή αιωρήματα, με όγκο νερού εξίδρωσης δηλαδή ίσο ή μικρότερο του 5% σε χρονικό διάστημα 2 ωρών βάσει του Ευρωπαϊκού Προτύπου ΕΝ 12715:2000. Τα αιωρήματα που ικανοποιούν το πρότυπο αυτό είναι εκείνα που παρασκευάστηκαν με βάση τα τσιμέντα τύπου Ι42.5 και ΙΙ32.5, με λόγο Ν/Τ ίσο με 0.6:1 χωρίς χρήση

107 77 υπερρευστοποιητή και εκείνα που παρασκευάστηκαν με λεπτόκοκκα τσιμέντα τύπου Rheocem 650, με λόγο Ν/Τ ίσο με 1:1 (ή και ελαφρά υψηλότερο) και χρήση υπερρευστοποιητή. Το συμπέρασμα αυτό έρχεται σε απόλυτη συμφωνία με βιβλιογραφικές πληροφορίες που αναφέρουν ότι ευσταθή αιωρήματα είναι δυνατό να προκύψουν από λεπτόκοκκα τσιμέντα για λόγους Ν/Τ όχι μεγαλύτερους από 1.2:1 (Bruce et al., 1997, Mollamahmutoglu, 2003) ή 1.6:1 (Bremen, 1997). Επίσης, τα αποτελέσματα που προέκυψαν επιβεβαιώνουν συμπεράσματα προηγούμενων ερευνών που αναφέρουν ότι δεν είναι δυνατή η παρασκευή ευσταθών αιωρημάτων με κοινά τσιμέντα χρησιμοποιώντας λόγους ίσους ή μεγαλύτερους από 1:1 (Bremen, 1997, Πανταζόπουλος, 2009) και απαιτούνται λόγοι 0.6:1 έως 0.8:1. Σημαντική επίδραση στο τελικό ποσοστό εξίδρωσης έχει η λεπτότητα του τσιμέντου, ανεξάρτητα από τον τύπο του τσιμέντου που χρησιμοποιήθηκε για την παρασκευή των αιωρημάτων. Φαίνεται ότι η αύξηση στη λεπτότητα, που οφείλεται στη λειοτρίβηση του τσιμέντου Ι42.5, είναι δυνατόν να επιφέρει από μικρές ως σημαντικές μειώσεις στο τελικό ποσοστό εξίδρωσης των αιωρημάτων. Πιο συγκεκριμένα, οι μειώσεις στην εξίδρωση, όταν συγκρίνεται το κοινό (d max = 100 μm) με το λειοτριβημένο τσιμέντο (d max = 40 μm) μπορούν να φτάσουν ως και 50%. Ο τύπος του τσιμέντου δεν φαίνεται να επιδρά σημαντικά στο ρυθμό εξίδρωσης των αιωρημάτων. Αυτό αποδίδεται κυρίως στο γεγονός ότι ο μηχανισμός εξίδρωσης εξαρτάται περισσότερο από το μέγεθος παρά από το ειδικό βάρος των κόκκων. Γενικά, τα αιωρήματα τσιμέντων που προήλθαν από λειοτρίβηση του τσιμέντου I42.5 εμφανίζουν στις περισσότερες περιπτώσεις τις υψηλότερες τιμές εξίδρωσης, σε σχέση με εκείνα που προήλθαν από λειοτρίβηση του τσιμέντου IΙ32.5. Αυτές οι παρατηρήσεις έρχονται σε συμφωνία με την έρευνα του Πανταζόπουλου (2009) Φαινόμενο ιξώδες και ρεολογικές καμπύλες Για τον προσδιορισμό του ιξώδους και των ρεολογικών χαρακτηριστικών των αιωρημάτων χρησιμοποιήθηκε ιξωδόμετρο της εταιρείας Viscometers UK Ltd (μοντέλο ELV-8) που φαίνεται στο Σχήμα 3.10 και είναι συσκευή μεγάλης ακριβείας και ευαισθησίας. Λειτουργεί με την ίδια μηχανική αρχή όπως και τα γνωστά ιξωδόμετρα Brookfield και τα στοιχεία μέτρησης και οι συντελεστές ιξώδους είναι ίδια και για τα δυο όργανα. Η συσκευή δίνει αυτόματα την ένδειξη του ιξώδους σε cp και, σύμφωνα με τις προδιαγραφές του κατασκευαστή του οργάνου, το εύρος μέτρησης του ιξώδους είναι από 10 έως 10 6 cp. H αρχή λειτουργίας της συσκευής βασίζεται στη μέτρηση της αντίστασης που ασκείται από το ρευστό σε ένα στέλεχος μορφής κυλίνδρου ή δίσκου που περιστρέφεται περί τον άξονά του μέσα στο ρευστό του οποίου ζητείται το ιξώδες. To ιξώδες που δίνει ως ένδειξη η συσκευή υπολογίζεται με χρήση εξισώσεων κατάλληλων για Νευτώνια ρευστά και, για το λόγο αυτό, όταν πρόκειται για μη-νευτώνια ρευστά η ένδειξη του οργάνου ονομάζεται «φαινόμενο ιξώδες».

108 78 Σχήμα 3.10: Ιξωδόμετρο ELV-8 της Viscometers UK Ltd Για μετρήσεις σε ρευστά με πολύ χαμηλό ιξώδες (1 έως 10 cp) χρησιμοποιείται ζεύγος ομοαξονικών κυλίνδρων που φαίνεται στο Σχήμα 3.11(α). Για να χρησιμοποιηθεί αυτή η διάταξη θα πρέπει να ικανοποιείται η συνθήκη που καθορίζει ότι η διαφορά ανάμεσα στις ακτίνες του εσωτερικού και του εξωτερικού κυλίνδρου πρέπει να είναι μεγαλύτερη από το δεκαπλάσιο της διαμέτρου του μέγιστου κόκκου στο αιώρημα (Tattersall and Banfill, 1983). Το σύστημα των ομοαξονικών κυλίνδρων που χρησιμοποιήθηκε έχει εσωτερική και εξωτερική ακτίνα ίσες με mm και mm, αντίστοιχα, και ύψος ίσο με 90.7 mm. Με δεδομένο ότι οι μέγιστοι κόκκοι των μη λειοτριβημένων τσιμέντων είναι ίσοι ή μικρότεροι των 100 μm, η συνθήκη αυτή ικανοποιείται για όλα τα αιωρήματα που ελέγχθηκαν. Επειδή όμως, το ιξώδες των αιωρημάτων ήταν συχνά μεγαλύτερο των 10 cp χρησιμοποιήθηκαν επίσης τα στελέχη L 1, L 2 και L 3 που φαίνονται στο Σχήμα 3.11(β). Τα στελέχη L 2 και L 3 έχουν τη μορφή δίσκου με διάμετρο mm και mm, αντίστοιχα, ενώ το στέλεχος L 1 είναι κύλινδρος με διάμετρο mm. Το ιξωδόμετρο διαθέτει ρυθμιστή ταχύτητας περιστροφής του άξονά του με τιμές 0.3, 0.6, 1.5, 3, 6, 12, 30 και 60 rpm. Ο προσδιορισμός του ιξώδους για διάφορες ταχύτητες περιστροφής του άξονα επιτρέπει τη μελέτη των ρεολογικών ιδιοτήτων των μη-νευτωνίων ρευστών. Αμέσως μετά την προετοιμασία (ανάμειξη) του αιωρήματος, αυτό τοποθετούνταν σε δοχείο των cm 3 διαμέτρου 10.4 cm (Σχήμα 3.12α) και γίνονταν οι μετρήσεις φαινόμενου ιξώδους που αντιστοιχούσαν σε μηδενικό χρόνο από την προετοιμασία του αιωρήματος. Η διαδικασία των μετρήσεων είχε διάρκεια περίπου 5 λεπτά, διότι γίνονταν μετρήσεις με ταχύτητες περιστροφής του άξονα του ιξωδομέτρου ίσες με 60, 30, 12, 6 και 3 rpm. Τα αιωρήματα που εξετάστηκαν ήταν μη-νευτώνια, με αποτέλεσμα να παρουσιάζουν διαφορετικό φαινόμενο ιξώδες για διαφορετικές ταχύτητες περιστροφής του άξονα. Ακολούθως, μετρήσεις γίνονταν σε προκαθορισμένες χρονικές στιγμές μετά την προετοιμασία του αιωρήματος, δηλαδή σε χρόνους 0, 15, 30, 60, 90, 120 min και 180 min

109 79 L1 L2 L3 (α) (β) Σχήμα 3.11: Εξαρτήματα ιξωδομέτρου (α) ομοαξονικοί κύλινδροι, (β) στελέχη L1, L2 και L3 από το τέλος της ανάμειξης (Σχήμα 3.12β). Για να αποφευχθεί το φαινόμενο της εξίδρωσης και για να διατηρούνται συνεχώς ομογενή τα αιωρήματα γίνονταν συνεχής ανάδευση των αιωρημάτων κατά το χρονικό διάστημα μεταξύ των μετρήσεων. Για την ανάδευση χρησιμοποιήθηκε βραδύστροφος αναμεικτήρας της εταιρείας Cole Parmer Instruments Co. (μοντέλο : Stir-Pak dual shaft mixer) που φαίνεται στο Σχήμα 3.13α. Ο αναμεικτήρας έχει εύρος τιμών της ταχύτητας περιστροφής από 3 rpm έως rpm με επιλογέα ρύθμισης της ταχύτητας και διαθέτει προπέλα διαμέτρου 5 cm στο άκρο του περιστρεφόμενου άξονα. Η ταχύτητα περιστροφής κυμάνθηκε από 400 rpm έως rpm ανάλογα με τη ρευστότητα του αιωρήματος. Κάθε μέτρηση φαινόμενου ιξώδους συνοδευόταν και από μέτρηση της θερμοκρασίας του αιωρήματος (Σχήμα 3.13β). Οι ρεολογικές καμπύλες παρουσιάζουν τη μεταβολή της διατμητικής τάσης ως συνάρτηση του ρυθμού διατμητικής παραμόρφωσης και προκύπτουν από επεξεργασία των τιμών του φαινόμενου ιξώδους. Για τον υπολογισμό των ρεολογικών καμπυλών αναφέρονται (α) (β) Σχήμα 3.12: Μετρήσεις φαινόμενου ιξώδους (α) τοποθέτηση αιωρήματος σε δοχείο των 1000 ml, (β) μέτρηση ιξώδους

110 80 (α) (β) Σχήμα 3.13: Ανάδευση αιωρήματος μεταξύ μετρήσεων (α) βραδύστροφος αναμεικτήρας, (β) μέτρηση της θερμοκρασίας του αιωρήματος στη βιβλιογραφία μέθοδοι που εφαρμόζονται χωρίς να προϋποτίθεται κάποιο συγκεκριμένο μοντέλο ροής για τα αιωρήματα (Krieger and Elrod,1953, Krieger and Maron, 1954, Warren Spring Laboratory, 1990). Για τον υπολογισμό των ρεολογικών καμπυλών των αιωρημάτων, των οποίων το φαινόμενο ιξώδες μετρήθηκε με τη μέθοδο των ομοαξονικών κυλίνδρων, χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος των Krieger and Maron (1954) διότι θεωρήθηκε ότι η διαδικασία της εμπεριέχει περιορισμένο σφάλμα σε σχέση με τις άλλες διαθέσιμες μεθόδους. Για κάθε μέτρηση φαινόμενου ιξώδους, υπολογίζονταν αρχικά η διατμητική τάση, τ, ως εξής : κ θ τ 2π R 2 L 1 (3.1) όπου κ είναι η σταθερά του ελατηρίου του ιξωδομέτρου, R 1 είναι η ακτίνα του εσωτερικού κυλίνδρου, L είναι το ύψος του εσωτερικού κυλίνδρου και θ είναι το πηλίκο του φαινόμενου ιξώδους προς το εύρος τιμών του φαινόμενου ιξώδους που μπορεί να μετρηθεί με χρήση των ομοαξονικών κυλίνδρων, εκφρασμένο ως ποσοστό. Στη συνέχεια, υπολογίζονταν η αντίστοιχη φαινόμενη ρευστότητα, Φ s : 2 Ω Ω 2 Φ s = 1 = (3.2) τ(1 ) τ 1 (1 ) s 2 s 2 όπου Ω είναι η γωνιακή ταχύτητα περιστροφής του κυλίνδρου και s είναι ο λόγος της ακτίνας του εξωτερικού κυλίνδρου προς την ακτίνα του εσωτερικού κυλίνδρου. Από την κλίση της

111 81 καμπύλης logφ s - logτ σε κάθε σημείο μέτρησης του φαινόμενου ιξώδους, υπολογίζονταν ο διορθωτικός συντελεστής Δ(τ) από την εξίσωση: dlogφ Δ(τ)=κ 1 s +κ2 dlogτ 2 dlogφ s dlogτ (3.3) όπου κ 1 = (1/2) (s 2-1) και κ 2 = (1/12) ( s 2-1) 2. Κατόπιν υπολογίζονταν ο λόγος (dv/dy)/ τ : dv dy τ =Φ s [1+Δ(τ)] (3.4) και, τελικά, ο ρυθμός διατμητικής παραμόρφωσης, dv/ dy, ως εξής: dv =τ Φs [1+Δ(τ)] dy (3.5) Ο υπολογισμός των ρεολογικών καμπυλών για μετρήσεις φαινόμενου ιξώδους που έγιναν με το στέλεχος L 1, ακολούθησε τη μέθοδο των Krieger and Maron (1954) που περιγράφηκε προηγουμένως, με τη διαφορά ότι η τιμή του λόγου s = R 2 / R 1 τέθηκε ίση προς άπειρο και ότι η φαινόμενη ρευστότητα, Φ s, ορίστηκε ίση προς το αντίστροφο του φαινόμενου ιξώδους, n. Για τις περιπτώσεις αυτές, ο διορθωτικός συντελεστής Δ(τ) είναι η κλίση της καμπύλης logφ s - logτ σε κάθε σημείο μέτρησης του φαινόμενου ιξώδους και ο ζητούμενος ρυθμός διατμητικής παραμόρφωσης, dv/dy, υπολογίζεται από την εξίσωση (3.5). Η επεξεργασία των μετρήσεων που έγιναν με τα στελέχη L 2 και L 3 δεν ήταν δυνατή, διότι αυτά είναι μορφής δίσκου και δεν εντοπίστηκε στη βιβλιογραφία μέθοδος για την περίπτωση αυτή. Τέλος, πρέπει να σημειωθεί ότι επειδή η χάραξη της εφαπτόμενης και στη συνέχεια ο υπολογισμός της κλίσης της στα διάφορα σημεία της καμπύλης logφ s - logτ είναι διαδικασία στην οποία εισάγονται ανθρώπινα σφάλματα, οι καμπύλες προσεγγίσθηκαν με ευθύγραμμα τμήματα μεταξύ των σημείων που αντιστοιχούσαν στα πειραματικά δεδομένα. Η ζητούμενη κλίση για κάθε ενδιάμεσο σημείο θεωρήθηκε ίση προς το μέσο όρο των κλίσεων των εκατέρωθεν του σημείου ευθυγράμμων τμημάτων. Η ζητούμενη κλίση για ακραίο σημείο θεωρήθηκε ίση με την κλίση του ευθύγραμμου τμήματος που είχε το σημείο στο άκρο του. Τα πρωτογενή δεδομένα όλων των εργαστηριακών δοκιμών ιξωδομέτρησης συμπεριλαμβάνονται στο Παράρτημα Α. Στο Σχήμα 3.14 προβάλλονται οι τιμές του φαινόμενου ιξώδους που αντιστοιχούν σε ταχύτητα περιστροφής του ιξωδόμετρου ίση προς 60 rpm. Σημειώνεται ότι στο Σχήμα αυτό το τσιμέντο Ι42.5 συμβολίζεται με το λατινικό σύμβολο Ι και το ΙΙ32.5 με το σύμβολο ΙΙ, ενώ το ονομαστικό μέγεθος των κόκκων του κάθε

112 82 Σχήμα 3.14: Φαινόμενο ιξώδες αιωρημάτων για ταχύτητα περιστροφής 60 rpm τσιμέντου αναγράφεται αριθμητικά έπειτα από την κάθετο που συνοδεύει το συμβολισμό του τύπου του τσιμέντου (π.χ. το τσιμέντο Ι42.5 με ονομαστικό μέγεθος κόκκων d max =100 μm εκφράζεται στο Σχήμα 3.14 ως Ι/100). Παρατηρείται, γενικά, ότι η τιμή του φαινόμενου ιξώδους αυξάνεται με την αύξηση του χρόνου από την παρασκευή του αιωρήματος. Αυτό αποδεικνύει ότι τα αιωρήματα τσιμέντου που παρασκευάστηκαν εμφανίζουν ρεοπηκτική συμπεριφορά. Συγκεκριμένα, για το λεπτόκοκκο τσιμέντο Rheocem 650, το οποίο είναι τσιμέντο ταχείας πήξης, η ρεοπηκτική συμπεριφορά γίνεται ιδιαίτερα έντονη μετά από ορισμένο χρόνο (περίπου 40 λεπτά) από την αρχική ανάμειξή του με νερό. Η παρουσία του αιωρήματος στο βραδύστροφο αναμεικτήρα μετά από αυτό το χρονικό διάστημα, οδηγούσε σε αύξηση της θερμοκρασίας του ενέματος και τελικά στην πήξη του εντός του δοχείου. Για το λόγο αυτό, οι μετρήσεις του ιξώδους έγιναν μόνο για τα πρώτα 30 λεπτά της δοκιμής και θεωρούνται ανεπαρκείς για να περιγράψουν τη ρεολογική τάση του τσιμέντου αυτού. Αντίθετα, τα υπόλοιπα τσιμέντα δεν εμφάνισαν τόσο έντονη ρεοπηκτική συμπεριφορά, δεδομένου ότι οι μετρήσεις ιξώδους διήρκεσαν για σχετικά μεγάλο χρονικό διάστημα (3 ώρες) και οι αυξήσεις που παρατηρήθηκαν δεν ήταν ιδιαίτερα μεγάλες. Αιωρήματα τσιμέντου με ρεοπηκτική συμπεριφορά έχουν αναφερθεί και από άλλους ερευνητές (Sano et al., 1996,, Guan et al., 2002, Πανταζόπουλος, 2009). Με βάση τα δεδομένα του Σχήματος 3.14, γίνεται σαφές ότι η τιμή του φαινόμενου ιξώδους των αιωρημάτων εξαρτάται σημαντικά από το λόγο νερού προς τσιμέντο, Ν/Τ, καθώς η αύξηση του λόγου Ν/Τ επιφέρει μείωση του ιξώδους, ανεξάρτητα από τον τύπο ή την κοκκομετρία του τσιμέντου. Συγκεκριμένα, αιωρήματα των τσιμέντων Ι42.5 και ΙΙ32.5 με λόγο Ν/Τ ίσο προς 1:1 εμφανίζουν τιμές φαινόμενου ιξώδους που κυμαίνονται περίπου από 70 cp έως 190 cp, ενώ τα πεδία τιμών για λόγους Ν/Τ ίσους προς 2:1 και 3:1 είναι 14 cp έως 32 cp και 6 cp έως 11 cp, αντίστοιχα. Για τα πιο πυκνά αιωρήματα, είχαμε για λόγους Ν/Τ ίσους προς 0.6:1 και 0.8:1, τιμές του φαινόμενου ιξώδους που κυμαίνονται από 690 cp ως 1160 cp και 105 cp ως 410 cp, αντίστοιχα.

113 83 Οι τιμές του φαινόμενου ιξώδους των ευσταθών αιωρημάτων με λόγο Ν/Τ ίσο προς 0.6:1 είναι σημαντικά μεγαλύτερες από τις αντίστοιχες των αιωρημάτων με λόγο 0.8:1. Αντίστοιχα, τα αιωρήματα με λόγο Ν/Τ ίσο προς 1:1 είναι αρκούντως μεγαλύτερες από τις αντίστοιχες των αιωρημάτων με λόγο 2:1 ή 3:1 που φαίνεται να έχουν σχετικά μικρές διαφορές μεταξύ τους. Τέλος, ο ρυθμός αύξησης του φαινόμενου ιξώδους με το χρόνο μειώνεται όσο ο λόγος Ν/Τ αυξάνεται. Από θεώρηση των αποτελεσμάτων των ιξωδομετρήσεων, προκύπτει ότι η λεπτότητα των τσιμέντων επιδρά στις τιμές του φαινόμενου ιξώδους των αιωρημάτων. Γενικά, μείωση του μέγιστου μεγέθους κόκκου των τσιμέντων οδηγεί σε αύξηση του φαινόμενου ιξώδους, γεγονός που έρχεται σε συμφωνία με βιβλιογραφικά δεδομένα (Lau and Crawford, 1986, Bremen, 1997, Santagata et al., 1997, Mollamahmutoglu, 2003, Eklund, 2005, Πανταζόπουλος, 2009). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η μείωση του μεγέθους των κόκκων, προκαλεί αύξηση της ειδικής επιφάνειας του τσιμέντου, με αποτέλεσμα αυτό να ενυδατώνεται ταχύτερα. Από τα τσιμέντα που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή τη διερεύνηση, το τσιμέντο τύπου Ι42.5 λόγω της σύνθεσής του (καθαρό τσιμέντο Portland), έχει δραστικότερους κόκκους που δημιουργούν περισσότερους και ισχυρότερους δεσμούς μεταξύ τους και μειώνουν τη ρευστότητα των αιωρημάτων. Πρέπει να σημειωθεί ότι, όπως φαίνεται και στο Σχήμα 3.15, η λειοτρίβηση των τσιμέντων, δηλαδή από μέγιστο μέγεθος κόκκου 100 μm σε 40 μm, επιφέρει αύξηση στις τιμές του φαινόμενου ιξώδους ως και 30%, καθιστώντας έτσι το τσιμέντο Ι42.5 (40 μm) ως το τσιμέντο με τις μεγαλύτερες τιμές του ιξώδους. Αμέσως μικρότερες τιμές έχουν τα αιωρήματα τσιμέντου τύπου ΙΙ32.5 (40 μm) τα οποία παρουσίασαν μικρότερες τιμές ως και 25% σε σχέση με τα αιωρήματα τσιμέντου Ι42.5 (40 μm). Το φαινόμενο αυτό πιθανώς οφείλεται στην ποζολανική σύνθεση του τσιμέντου αυτού, καθώς όπως αναφέρεται και στη βιβλιογραφία, η παρουσία ποζολανικών υλικών δυσχεραίνει τη ρεολογική συμπεριφορά των αιωρημάτων (Schwarz and Krizek, 1992, Atkinson and Schuller, 1993, Perret et al., 1997, Πανταζόπουλος, 2009). Τέλος, το τσιμέντο Rheocem 650, παρουσία υπερρευστοποιητή, εμφάνισε το μικρότερο φαινόμενο ιξώδες και οι τιμές του ήταν μειωμένες σε σχέση με το αντίστοιχο λεπτόκοκκο τσιμέντο Ι42.5 (40 μm) έως και 40%. Παρατηρήθηκε ότι το φαινόμενο ιξώδες της συντριπτικής πλειονότητας των αιωρημάτων δεν παραμένει σταθερό με τη μεταβολή του ρυθμού διατμητικής παραμόρφωσης, γεγονός που κατατάσσει τα αιωρήματα τσιμέντου που παρασκευάστηκαν στα μη Νευτώνια ρευστά. Η επεξεργασία των δεδομένων για τα αιωρήματα μεγάλου φαινόμενου ιξώδους, οι μετρήσεις των οποίων έγιναν με τα στελέχη L 2 και L 3, δεν ήταν δυνατή διότι αυτά είναι μορφής δίσκου και δεν εντοπίστηκε στη βιβλιογραφία μέθοδος ανάλυσης για την περίπτωση αυτή. Για τα υπόλοιπα αιωρήματα των τσιμέντων Ι42.5 και ΙΙ32.5, για τα οποία ήταν δυνατός ο συσχετισμός μεταξύ της διατμητικής τάσης και του ρυθμού της διατμητικής παραμόρφωσης, δίνονται ως παράδειγμα, στο Σχήμα 3.15, οι καμπύλες που προέκυψαν από την έρευνα που έκανε ο Πανταζόπουλος (2009) με τα ίδια τσιμέντα. Οι καμπύλες αυτές υποδεικνύουν, πράγματι, τη μικρή απόκλιση της πραγματικής συμπεριφοράς των αιωρημάτων που ελέγχθηκαν από την ιδανική του μοντέλου Bingham, κυρίως για χαμηλούς ρυθμούς διατμητικής παραμόρφωσης. Όπως φαίνεται από το ίδιο Σχήμα, από τις ευθείες

114 84 μογής των πειραματικών δεδομένων μπορούν να υπολογιστούν οι δύο σταθερές του Σχήμα 3.15: Ρεολογικές καμπύλες «απλών» αιωρημάτων (Πανταζόπουλος, 2009) μοντέλου Bingham, δηλαδή, η αρχική διατμητική τάση, τ 0, (η τιμή της διατμητικής τάσης στην οποία τέμνονται η ρεολογική καμπύλη και ο άξονας των διατμητικών τάσεων) και το πλαστικό ιξώδες, n p, (η κλίση της ρεολογικής καμπύλης). Τα ρευστά που συμπεριφέρονται ως ρευστά τύπου Bingham, έχουν καθορισμένη αρχική διατμητική τάση (συνοχή) και η ρεολογική τους καμπύλη είναι γραμμική. Ωστόσο, τα πραγματικά ρευστά δε δείχνουν μια τέτοια καλά ορισμένη αρχική διατμητική τάση και η συμπεριφορά τύπου Bingham παρατηρείται μόνο στους υψηλότερους ρυθμούς διατμητικής παραμόρφωσης. Κατά συνέπεια, θεωρείται αναμενόμενο ότι οι ρεολογικές καμπύλες που

115 85 προσδιορίζονται εργαστηριακά μπορεί να παρεκκλίνουν αρκετά από την ιδανική μορφή του μοντέλου Bingham, κυρίως στους πολύ χαμηλούς ρυθμούς διατμητικής παραμόρφωσης Εκτίμηση ενεσιμότητας Το κύριο τμήμα της εργαστηριακής έρευνας που εκτελέστηκε στο πλαίσιο αυτής της διατριβής έχει σχέση με τη διερεύνηση υδραυλικών και μηχανικών χαρακτηριστικών άμμων εμποτισμένων με αιωρήματα τσιμέντου. Για τη διαμόρφωση του σχετικού προγράμματος δοκιμών ήταν απαραίτητο να εκτιμηθεί πρώτα η ενεσιμότητα των διαθέσιμων αιωρημάτων τσιμέντου στις άμμους που είχαν επιλεγεί, ώστε να αποφεύγονται ανεπιτυχείς απόπειρες εμποτισμού, αδικαιολόγητες σπατάλες υλικού και καθυστερήσεις. Η διερεύνηση της ενεσιμότητας έγινε κάνοντας αρχικές εκτιμήσεις με βάση τα κριτήρια ενεσιμότητας που περιγράφηκαν στην Παράγραφο και ολοκληρώθηκε εκτελώντας ελέγχους σε μικρά δοκίμια άμμου, μέσω εργαστηριακών δοκιμών εισπίεσης. Η διερεύνηση αυτή επιτρέπει την εκτίμηση της επίδρασης των παραμέτρων σύνθεσης των αιωρημάτων (τύπος και κοκκομετρία τσιμέντων, λόγος Ν/Τ) στη διαδικασία εμποτισμού των άμμων. Οι εμποτισμοί πραγματοποιήθηκαν σε δοκίμια άμμου που ήταν σε πυκνή και ξηρή κατάσταση. Σημειώνεται επίσης ότι τα αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 που ελέγχθηκαν περιείχαν υπερρευστοποιητή Glenium 21 (1% κ.β. ξηρού τσιμέντου), ενώ τα αιωρήματα των υπόλοιπων τσιμέντων δεν περιείχαν καθόλου υπερρευστοποιητή. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις δοκιμές εισπίεσης συνοψίζονται στον Πίνακα 3.6. Κάθε θέση του Πίνακα 3.6 φέρει χρωματικό κωδικό ώστε να γίνεται εύκολα αντιληπτή η έκταση του πεδίου επιτυχών ή ανεπιτυχών εμποτισμών. Το πράσινο χρώμα δηλώνει την περίπτωση του επιτυχούς εμποτισμού του προκαθορισμένου όγκου ενέματος, με μικρή αύξηση της αρχικής πίεσης, μόνο σε ορισμένες (λίγες) περιπτώσεις (περιπτώσεις των κοινών τσιμέντων που εμποτίζονταν με πολύ πυκνό αιώρημα- λόγος Ν/Τ ίσος με 0.6:1 και 0.8:1), ενώ με κόκκινο χρώμα δηλώνεται αρνητικό αποτέλεσμα δοκιμής, δηλαδή αμελητέα ή μη ικανοποιητική (μικρότερη από έναν όγκο κενών Σχήμα 3.16) διείσδυση του ενέματος με εφαρμογή της μέγιστης προκαθορισμένης πίεσης εμποτισμού. Οι δύο αριθμοί που εμφανίζονται στις τελευταίες στήλες του Πίνακα 3.6 είναι οι τιμές Ν 1 και Ν 2 των κριτηρίων ενεσιμότητας (Mitchell, 1981, Verfel, 1989) που βασίζονται στην κοκκομετρική σύνθεση του εδάφους και του τσιμέντου, που αποτελεί τη βάση για την παρασκευή του αιωρήματος, προκειμένου να εκτιμηθεί, τουλάχιστον σε προκαταρκτικό στάδιο, το μέγεθος της ενεσιμότητας. Ακουλούθως, υπενθυμίζεται ο ορισμός των κριτηρίων αυτών : d 15(εδάφους) N 1 και (3.6) d 85(αιω ρήματoς) d 10(εδάφους) N 2 (3.7) d 95(αιω ρήματος)

116 86 όπου D 10, D 15, D 85, και D 95 είναι χαρακτηριστικά μεγέθη κόκκων του εδάφους και του αιωρήματος τσιμέντου. Όπως σημειώθηκε στην παράγραφο , ο εμποτισμός μπορεί να θεωρηθεί πραγματοποιήσιμος όταν N 1 > 25 ή N 2 < 11 (πράσινη ένδειξη) και μη εφικτός όταν N 1 < 11 ή Ν 2 < 6 (κόκκινη ένδειξη). Η ικανοποίηση του κριτηρίου Ν 1 20 αποτελεί την ελάχιστη συνθήκη για ενεσιμότητα (κίτρινη ένδειξη). Ακόμα, στον Πίνακα 3.7 δίνεται ο συνολικός αριθμός των εμποτισμών που πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής. Σε αυτούς συμπεριλαμβάνονται και οι δοκιμές ενεσιμότητας, όπου τώρα φαίνoνται καθαρά και οι λόγοι Ν/Τ του κάθε αιωρήματος για τους οποίους στέφθηκε με επιτυχία ο εμποτισμός. Από θεώρηση των αποτελεσμάτων που συνοψίζονται στους Πίνακες 3.6 και 3.7 προκύπτει γενικά ότι η ενεσιμότητα των διαθέσιμων, στο πλαίσιο αυτής της έρευνας, αιωρημάτων τσιμέντου μειώνεται καθώς μειώνεται το μέγεθος των κόκκων της άμμου που ελέγχεται. Ειδικότερα : i. Η άμμος #10 #14 (μέγεθος κόκκων μεταξύ 2 mm και 1.4 mm) μπορεί να εμποτιστεί με όλα τα διαθέσιμα αιωρήματα, εκτός από το αιώρημα τσιμέντου Ι42.5 (100μm) με λόγο νερού προς τσιμέντο ίσο με 0.6:1 και 0.8:1. Για τις περιπτώσεις αυτές, λόγω υψηλού ιξώδους, ο εμποτισμός ήταν μη εφικτός και μη ικανοποιητικός, αντίστοιχα (μερική πλήρωση των εδαφικών κενών με ένεμα λόγου Ν/Τ ίσο με 0.8:1). ii. Η άμμος #14 #20 (κόκκοι μεταξύ 1.4 mm και 0.85 mm) μπορεί να εμποτιστεί με όλα τα διαθέσιμα αιωρήματα, με την εξαίρεση των αιωρημάτων κοινού τσιμέντου τύπου Ι42.5 (100 μm), που λόγω ιξώδους δεν μπορούν να εμποτίσουν την εν λόγω άμμο για λόγους νερού προς τσιμέντο μικρότερους του 1:1. iii. H άμμος #20 #30 (κόκκοι μεταξύ 0.85 mm και 0.60 mm) γενικά, δεν παρουσιάζει συστηματική συμπεριφορά ως προς τη δυνατότητα εμποτισμού της και δε φαίνεται να μπορεί να εμποτιστεί με αιωρήματα τσιμέντου Ι42.5 (100 μm). Από την άλλη πλευρά, η #20- #30 Ottawa φαίνεται να παρουσιάζει καλύτερη ενεσιμότητα. Συγκεκριμένα, η Ottawa μπόρεσε να εμποτιστεί με επιτυχία ακόμα και με το πυκνότερο αιώρημα (Ν/Τ=0.6:1) του τσιμέντου ΙΙ32.5 (d max =40 μm), ενώ δεν παρατηρήθηκε κάτι ανάλογο και με την ασβεστολιθική άμμο #20-#30. Αυτό οφείλεται κυρίως στη δομή των κόκκων της χαλαζιακής άμμου, καθώς και στο στρογγυλό σχήμα τους που επιτρέπει την ύπαρξη μεγαλύτερων διόδων διέλευσης του αιωρήματος. iv. Η άμμος #30 #50 (κόκκοι μεταξύ 0.60 mm και 0.30 mm) μπορεί να εμποτιστεί μόνο με αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων, χαμηλού ιξώδους και με λόγο νερού προς τσιμέντο μεγαλύτερο ή και ίσο (ανάλογα με την κοκκομετρία του τσιμέντου) του 2:1. Εξαιρείται η περίπτωση των αιωρημάτων του τσιμέντου Rheocem 650, όπου κατάφερε να εμποτιστεί και με πυκνότερα ενέματα ( λόγος Ν/Τ 1.25:1, ίσως και λίγο μικρότερος απ αυτόν).

117 87 Σχήμα 3.16: Μη επιτυχής εμποτισμός δοκιμίου Άμμος Πίνακας 3.6: Αποτελέσματα εκτίμησης ενεσιμότητας Τύπος Τσιμέντου I42.5 II32.5 Rheocem 650 Κοκκομετρία τσιμέντου, d max, (μm) N1 N2 N1 N2 N1 N2 N1 N2 #10-# #14-# #20-# #20-#30 Ottawa #30-# Πραγματοποιήσιμος εμποτισμός Μη ικανοποίηση ελάχιστης συνθήκης ενεσιμότητας Μη εφικτός εμποτισμός Σχετικά με την επίδραση του τύπου του τσιμέντου στην ενεσιμότητα των αιωρημάτων, φαίνεται ότι, τα αιωρήματα των τσιμέντων Rheocem 650 εμφανίζουν καλύτερη ενεσιμότητα σε σχέση με τα αιωρήματα των τσιμέντων τύπου IΙ32.5 και I42.5. Αυτή η σειρά

118 88 αποτελεσματικότητας (ευκολίας εισπίεσης) των αιωρημάτων των τριών τύπων τσιμέντου είναι σε συμφωνία με τα αποτελέσματα των μετρήσεων ιξώδους. Όπως έχει αναφερθεί σε προηγούμενη παράγραφο, τα αιωρήματα τσιμέντων τύπου II32.5 εμφανίζουν μικρότερες τιμές του φαινόμενου ιξώδους ως και 25% σε σχέση με τα αιωρήματα τσιμέντου Ι42.5 (40μm). Αυτή η παρατήρηση βρίσκει σύμφωνη και τη σχετική βιβλιογραφία, όπου αναφέρεται ότι το αυξημένο ιξώδες επηρεάζει αρνητικά την ενεσιμότητα ενός αιωρήματος (Arenzana, 1987, Santagata et al., 1997, Eriksson et al., 2003, Schwarz and Krizek, 2006). Πίνακας 3.7: Εμποτισμοί που πραγματοποιήθηκαν στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής Άμμος Τύπος τσιμέντου και Λόγος Ν/Τ κοκκομετρία,d max (μm) 0.6:1 0.8:1 1:1 1.25:1 2:1 2.5:1 3:1 II32.5 (d max =40 μm) ν #10-#14 I42.5 (d max =100 μm) x x ν I42.5 (d max =40 μm) ν Rheocem II32.5 (d max =40 μm) - ν #14-#20 I42.5 (d max =100 μm) ν - - I42.5 (d max =40 μm) - ν Rheocem ν ν ν ν ν II32.5 (d max =40 μm) x ν ν #20-#30 I42.5 (d max =100 μm) I42.5 (d max =40 μm) - - ν Rheocem ν ν ν ν ν II32.5 (d max =40 μm) ν #20-#30 I42.5 (d max =100 μm) Ottawa I42.5 (d max =40 μm) Rheocem ν ν ν ν ν II32.5 (d max =40 μm) x x #30-#50 I42.5 (d max =100 μm) x - - I42.5 (d max =40 μm) ν - - Rheocem x ν ν ν ν ν: Επιτυχία εμποτισμού x : Αποτυχία εμποτισμού - : Δεν πραγμοτοποιήθηκε δοκιμή εμποτισμού Να σημειωθεί ότι τα κριτήρια ενεσιμότητας συσχετίζουν μόνο τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της άμμου και του τσιμέντου του αιωρήματος χωρίς να λαμβάνουν υπόψη άλλους παράγοντες, όπως το ιξώδες των αιωρημάτων. Για αυτό ακριβώς το λόγο, τα κριτήρια απέτυχαν να προβλέψουν σωστά την ενεσιμότητα ορισμένων αιωρημάτων που μπορεί να ικανοποιούσαν το κριτήριο καθαρά γεωμετρικά, αλλά εμφάνισαν μεγάλες τιμές φαινόμενου ιξώδους.

119 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΔΟΚΙΜΩΝ Με βάση τα συμπεράσματα που προέκυψαν από τη διερεύνηση των ιδιοτήτων και της ενεσιμότητας των αιωρημάτων, διαμορφώθηκε το πρόγραμμα δοκιμών για τον έλεγχο των ιδιοτήτων του εμποτισμένου εδάφους. Κύριος σκοπός του συγκεκριμένου προγράμματος δοκιμών ήταν να διερευνηθούν, για ικανό εύρος τιμών, όσο το δυνατόν περισσότερες παράμετροι με έλεγχο ενός, ποσοτικά και χρονικά εφικτού, αριθμού δοκιμίων. Οι παράμετροι που εξετάστηκαν είναι (α) ο τύπος και η κοκκομετρία του τσιμέντου, (β) ο λόγος νερού προς τσιμέντο, (γ) το τελικό ποσοστό εξίδρωσης και (δ) η κοκκομετρία της άμμου. Στον Πίνακα 3.8 παρουσιάζεται το πρόγραμμα δοκιμών που εκτελέστηκαν σε δοκίμια εμποτισμένων άμμων και περιλαμβάνει δοκιμές διαπερατότητας και ανεμπόδιστης θλίψης. Συγκεκριμένα, με πράσινο χρώμα συμβολίζονται οι δοκιμές διαπερατότητας και με κίτρινο οι δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης. Ο αριθμός που αναγράφεται εντός παρενθέσεως σε κάθε θέση του Πίνακα 3.8 αντιπροσωπεύει τον αριθμό των δοκιμίων που υποβλήθηκαν στην εκάστοτε εργαστηριακή δοκιμή. Σημειώνεται, ακόμα, ότι οι εμποτισμοί έγιναν σε δοκίμια άμμου που βρίσκονταν σε πυκνή και ξηρή κατάσταση, ενώ το σύνολο των δοκιμίων εμποτισμένης άμμου ελέγχονταν έπειτα από ωρίμανση για 28 ημέρες. Όπως φαίνεται και από τις πληροφορίες που δίνονται στον Πίνακα 3.8, το μεγαλύτερο μέρος της εργαστηριακής διερεύνησης εκτελέστηκε με αιωρήματα του τσιμέντου Rheocem 650 με λόγους Ν/Τ που κυμαίνονται από 1:1 έως και 3:1 και για άμμους των κλασμάτων #14 #20, #20 #30, #20 #30 Ottawa και #30 #50. Η επιλογή του τσιμέντου Rheocem βασίστηκε (α) στην παρατήρηση ότι τα αιωρήματά του εμφάνισαν, γενικά, την πιο ισορροπημένη συμπεριφορά ως προς τις τιμές των ιδιοτήτων τους (ιξώδες και τελικό ποσοστό εξίδρωσης) σε σχέση με τα αιωρήματα των τσιμέντων τύπου Ι42.5 και II32.5 που εμφάνισαν ακραίες τιμές για πολλές ιδιότητες, (β) στο ότι παρόμοιας σύνθεσης λεπτόκοκκα τσιμέντα έχουν μελετηθεί σε μικρότερη κλίμακα στο παρελθόν και (γ) στην ανάγκη κάλυψης ευσταθών και ασταθών αιωρημάτων. Για τα υπόλοιπα τσιμέντα εκτελέστηκε επιλεγμένη σειρά εμποτισμών αξιοποιώντας τις πιο λεπτόκοκκες άμμους για τα αραιά ενέματα και τις πιο χονδρόκοκκες για τα πυκνά. Συγκεκριμένα, οι άμμοι #10 #14 και 14 #20 επιλέχθηκαν γιατί είχαν τη λεπτότερη δυνατή κοκκομετρία στην οποία μπορούσαν να εισπιεστούν με ευκολία τα πυκνά ενέματα (λόγοι Ν/Τ από 0.6:1 έως και 1:1) των τσιμέντων. Ομοίως, οι άμμοι #20 #30 και #30 #50 αξιοποιήθηκαν κυρίως για τα πιο αραιά ενέματα (λόγος Ν/Τ έως και 2:1). Οι λόγοι Ν/Τ από 0.6:1 έως και 2:1 επιτρέπουν τον έλεγχο τόσο με ευσταθή όσο και με ασταθή αιωρήματα των τσιμέντων, είναι ρεαλιστικοί σε σχέση με εφαρμογές πεδίου και επιτρέπουν σύγκριση και επέκταση με αποτελέσματα από προηγούμενη διερεύνηση ( λόγοι Ν/Τ από 1:1 έως 3:1).

120 90 Πίνακας 3.8: Πρόγραμμα δοκιμών Τσιμέντο Τύπος Rheocem 650 II32.5 I42.5 dmax (μm) I Άμμος #14-#20 (2) (3) (2) (3) (2) (3) (2) (3) (1) (1) #20-#30 (1) (3) (2) (3) (2) (2) (1) (2) (2) (1) #20-#30 Ottawa Αναλογία N/T 0.6:1 0.8:1 1:1 1.25:1 2:1 2.5:1 3:1 (2) (2) (2) (3) (2) (2) (2) (3) (2) (2) #30-#50 (2) (4) (2) (2) (2) (3) (1) (1) #10-#14 (1) (3) #14-#20 (1) (4) (1) #20-#30 (1) (3) #10-#14 (1) (3) #14-#20 (2) (4) #20-#30 (1) (4) #30-#50 (1) (2) #10-#14 (1) (2) #14-#20 (1) (3) Δοκιμές διαπερατότητας Δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης Δεν εκτελέστηκε δοκιμή 3.5 ΔΙΑΤΑΞΗ ΕΜΠΟΤΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ Στο πλαίσιο εργαστηριακής διερεύνησης των ιδιοτήτων εμποτισμένου εδάφους, η παραγωγή δοκιμίων υπό συνθήκες που προσομοιώνουν, κατά το δυνατόν, τις συνθήκες των ενέσεων εμποτισμού στο πεδίο αποτελεί προϋπόθεση για υψηλής ποιότητας και αξιοπιστίας μετρήσεις και συμπεράσματα. Η διάταξη εμποτισμού που χρησιμοποιήθηκε στο πλαίσιο αυτής της ερευνητικής εργασίας, σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε στο Εργαστήριο Γεωτεχνικής Μηχανικής του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών σύμφωνα με τις προβλέψεις του προτύπου ASTM D Το πρότυπο αυτό καθορίζει διαδικασίες εργαστηριακής παραγωγής δοκιμίων εδάφους εμποτισμένου με χημικά διαλύματα με σκοπό τον προσδιορισμό των τιμών σχεδιασμού για τις παραμέτρους αντοχής του εμποτισμένου εδάφους. Παρόμοιες διατάξεις εμποτισμού έχουν χρησιμοποιηθεί και στο παρελθόν για τη διερεύνηση της αποτελεσματικότητας διαφόρων τύπων ενεμάτων (Krizek et al., 1986, Li and Woods, 1987, Μάρκου, 1995, Akbulut and Saglamer, 2002, Mollamahmutoglu, 2003, Henn et al., 2005, Πανταζόπουλος, 2009). Η χρήση αυτής της διάταξης επιτρέπει την ικανοποίηση δύο στόχων: (α) την παραγωγή εμποτισμένων εδαφικών δοκιμίων υπό συνθήκες που προσομοιώνουν, κατά το δυνατόν, τις ενέσεις εμποτισμού και (β) την παραγωγή δοκιμίων έτοιμων για εργαστηριακές δοκιμές χωρίς να απαιτείται κοπή, απόξεση ή άλλη ενέργεια που προκαλεί διαταραχή των δοκιμίων. Με τη διάταξη αυτή, τοποθετείται πρώτα η άμμος σε κατάλληλη μήτρα και στη συνέχεια γίνεται ο εμποτισμός της με αιώρημα υπό πίεση. Κατ αυτόν τον τρόπο, οι κόκκοι του εδάφους διατηρούνται σε επαφή και λειτουργούν όλοι οι μηχανισμοί πλήρωσης των κενών του εδάφους με αιώρημα (κατακράτηση στερεών, διήθηση νερού, συμπύκνωση

121 αιωρήματος, εξίδρωση). Αυτές είναι και οι πραγματικές συνθήκες υπό τις οποίες γίνεται ο εμποτισμός στο πεδίο με μόνη διαφορά ότι η ροή του ενέματος είναι καθαρά μονοδιάστατη. Επιπλέον, η διάταξη αυτή επιτρέπει τον εμποτισμό κορεσμένου ή ξηρού, πυκνού ή χαλαρού εδάφους, προσομοιώνοντας ανάλογα συνθήκες που μπορεί να επικρατούν στο πεδίο. Χαρακτηριστικές φωτογραφίες της εργαστηριακής διάταξης φαίνονται στο Σχήμα Λεπτομέρειες της διάταξης δίνονται στα σκαριφήματα του Σχήματος Η διάταξη εμποτισμού αποτελείται από τη δεξαμενή του ενέματος, τις μήτρες των δοκιμίων και τις απαραίτητες σωληνώσεις. Η πίεση εμποτισμού παρέχεται από αεροσυμπιεστή και ρυθμίζεται με τη βοήθεια ρυθμιστή πίεσης αέρα (Nullmatic Pressure Regulator Model της εταιρείας Moore Products Co) που είναι τοποθετημένες πριν από τη δεξαμενή. Η δεξαμενή και οι μήτρες έχουν διαφανή πλευρικά τοιχώματα ώστε να γίνεται και οπτικός έλεγχος κατά τη διάρκεια του εμποτισμού. Το καπάκι της δεξαμενής έχει οπές για την εισαγωγή πεπιεσμένου αέρα και ενέματος ή νερού και φέρει μανόμετρο για την παρακολούθηση και μέτρηση της πίεσης του αέρα. Διαθέτει, ακόμα, ειδική στεγανή διάταξη για την εισαγωγή στο εσωτερικό του και τη στήριξη του στελέχους αναδευτήρα, ώστε το ένεμα να παραμένει ομογενές κατά τη διάρκεια του εμποτισμού. Η έξοδος του ενέματος ή του νερού γίνεται από οπή στο κάτω μέρος του τοιχώματος της δεξαμενής. Οι σωληνώσεις είναι από διαφανή, πλαστικό, οπλισμένο, εύκαμπτο σωλήνα εσωτερικής διαμέτρου 1 cm. Το σύστημα σχεδιάστηκε ώστε να είναι δυνατή η σύνδεση των μητρών και παράλληλα και στη σειρά. Το κλείσιμο των σωλήνων και η απομόνωση της δεξαμενής και των μητρών γίνεται με ειδικά κατασκευασμένους σφιγκτήρες τοποθετημένους εξωτερικά στους σωλήνες. Η κυλινδρική επιφάνεια κάθε μήτρας έχει τρεις κατά μήκος τομές ώστε να διευκολύνεται η εξαγωγή του εμποτισμένου δοκιμίου χωρίς κοπή, απόξεση ή άλλη ενέργεια. Οι κατά μήκος τομές του τοιχώματος της μήτρας στεγανώνονται με σιλικόνη. Το κάτω καπάκι κάθε μήτρας είναι ειδικά διαμορφωμένο ώστε να επιτρέπει τον ομοιόμορφο εμποτισμό του δοκιμίου. Το ένεμα γεμίζει πρώτα το κενό που υπάρχει στο κάτω μέρος του καπακιού και μετά εισάγεται στο δοκίμιο μέσω των οπών του καπακιού. Η αντίστροφη λειτουργία συντελείται στο πάνω καπάκι που είναι όμοιο με το κάτω. Η σύνδεση κάθε μήτρας στη διάταξη εξασφαλίζεται με δύο πλαστικούς δακτυλίους, μεταλλικές πλάκες και μεταλλικές ράβδους που επιτρέπουν τη σταθεροποίηση της μήτρας στη βάση της διάταξης, την εύκολη διαμόρφωση του εδαφικού δοκιμίου και την εύκολη αποσύνδεση και εξαγωγή του εμποτισμένου δοκιμίου. Η διαδικασία εμποτισμού περιλαμβάνει το αρχικό στάδιο της διαμόρφωσης των δοκιμίων άμμου με τον επιθυμητό δείκτη κενών και το τελικό στάδιο της παρασκευής και εισπίεσης του ενέματος. Στην κορυφή και στη βάση κάθε δοκιμίου τοποθετούνται πλέγματα με τετραγωνικές οπές 0.27 mm, ώστε να μην εισχωρούν οι κόκκοι τους στα κενά των καπακιών. 91

122 92 (α) (β) (γ) (δ) Σχήμα 3.17: Εργαστηριακή διάταξη εμποτισμού (α) γενική άποψη, (β) όψη μήτρας εμποτισμού, (γ) και (δ) κάτοψη μήτρας εμποτισμού Η διαμόρφωση δοκιμίων πυκνής άμμου γινόταν με την τοποθέτηση στη μήτρα πέντε περίπου ισοπαχών στρώσεων άμμου (Σχήμα 3.19α). Η κάθε στρώση αρχικά συμπυκνωνόταν χειροκίνητα και στη συνέχεια με τη βοήθεια δονητή, ενώ στην επιφάνεια της στρώσης τοποθετούνταν κύλινδρος που απέτρεπε την αναπήδηση των κόκκων (Σχήμα 3.19β-γ). Ο δονητής τοποθετούνταν στην περιφέρεια του τοιχώματος της μήτρας σε τέσσερις διαφορετικές θέσεις που απείχαν μεταξύ τους κατά 90. Μετά τη συμπύκνωση η πάνω επιφάνεια της στρώσης αναμοχλευόταν με μεταλλικό αιχμηρό αντικείμενο (π.χ. κατσαβίδι) έτσι ώστε να αποφεύγεται η διάστρωση της άμμου σε διακεκριμένα στρώματα (Σχήμα 3.19δ). Τα δοκίμια είχαν ύψος 11.3 cm και διάμετρο 5 cm και επομένως, λόγο ύψους προς διάμετρο 2.26 που ικανοποιεί τις απαιτήσεις του προτύπου ASTM D

123 93 (α) (β) (γ) Σχήμα 3.18: Διάταξη εμποτισμού (α) σχηματική παράσταση, (β) λεπτομέρειες της δεξαμενής εμποτισμού και (γ) λεπτομέρειες της μήτρας εμποτισμού

124 94 (α) (β) (γ) (δ) Σχήμα 3.19: Διαδικασία διαμόρφωσης δοκιμίου άμμου (α) διάστρωση άμμου σε στρώσεις, (β) χειροκίνητη συμπύκνωση άμμου με χρήση ελαστικού τύπτρου, (γ) συμπύκνωση δοκιμίων στη μήτρα εμποτισμού με τη βοήθεια δονητή και (δ) αναμόχλευση επιφανειακών κόκκων κάθε εδαφικής στρώσης Η παρασκευή των ενεμάτων γινόταν σύμφωνα με τις διαδικασίες που περιγράφονται στην Παράγραφο Μετά την παρασκευή του, το ένεμα τοποθετούνταν στη δεξαμενή όπου αναδευόταν συνεχώς έως το τέλος του εμποτισμού. Στη συνέχεια, με κλειστή την έξοδο από τη δεξαμενή, διοχετευόταν πεπιεσμένος αέρας στη δεξαμενή μέχρι η πίεσή του να φτάσει την τιμή των 40 kpa. Η τιμή αυτή διατηρούνταν σταθερή κατά τη διάρκεια του εμποτισμού. Στις περιπτώσεις που η ροή του ενέματος μειωνόταν σημαντικά κατά τη διάρκεια ενός εμποτισμού, αυξανόταν η πίεση ώστε να συνεχιστεί η ροή και να περάσει μέσα από το δοκίμιο ο απαιτούμενος όγκος ενέματος. Ο εμποτισμός των δοκιμίων γινόταν με ροή αντίθετη προς τη φορά της βαρύτητας και κάθε φορά εμποτίζονταν τέσσερα δοκίμια το ένα μετά το άλλο. Μετά τον εμποτισμό, κλεινόταν η είσοδος και η έξοδος της κάθε μήτρας και άρχιζε η συντήρηση του δοκιμίου. Ο εμποτισμός των δοκιμίων συνεχιζόταν μέχρι να εισπιεστεί ένεμα με όγκο ίσο προς το διπλάσιο του όγκου κενών του δοκιμίου (εκροή ίση προς τον όγκο κενών του δοκιμίου). Σύμφωνα με το πρότυπο ASTM D , η ένεση με χημικά ενέματα ενός κορεσμένου δοκιμίου πρέπει να συνεχίζεται μέχρι να διαπιστωθεί ότι το ένεμα αντικατέστησε το νερό στα κενά του δοκιμίου. Πέρα από αυτό το γενικό αλλά σχετικά ασαφή κανόνα, έχει προταθεί η εισπίεση ποσότητας ενέματος πυριτικού νατρίου μεγαλύτερης από το διπλάσιο του όγκου κενών της άμμου του δοκιμίου (Christopher et al., 1989). Ορισμένοι ερευνητές παρασκεύασαν εμποτισμένα δοκίμια με εισπιεσμένο ένεμα ίσο προς 3 όγκους κενών της άμμου (Krizek et al., 1986) ή και περισσότερο από 5 όγκους κενών της άμμου (Li and

125 95 Woods, 1987). Τις ποσότητες αυτές χρησιμοποίησαν και για χημικά ενέματα και για αιωρήματα λεπτόκοκκου τσιμέντου. Στις πιο πολλές περιπτώσεις, όμως, παρασκευάστηκαν εμποτισμένα δοκίμια με εισπίεση ποσότητας ενέματος ίσης με το διπλάσιο του όγκου κενών της άμμου των δοκιμίων, είτε επρόκειτο για χημικά διαλύματα είτε για αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων (Krizek et al., 1982, Zebovitz et al., 1989, Clarke et al., 1992, Krizek et al., 1992, Krizek and Helal, 1992, Dupla et al., 2004, Ανδρέου κ.ά., 2006, Πανταζόπουλος, 2009), ενώ υπάρχουν και περιπτώσεις όπου εισπιέστηκε μικρότερη ποσότητα ενέματος, ίση με 1.2 όγκους κενών, (Dano et al., 2004). Στην παρούσα ερευνητική εργασία χρησιμοποιήθηκε ποσότητα εισπιεσμένου αιωρήματος ίση με το διπλάσιο του όγκου κενών της άμμου, αφού η ποσότητα αυτή έχει χρησιμοποιηθεί στις πιο πολλές περιπτώσεις εργαστηριακών εμποτισμών. Θα πρέπει, ωστόσο, να αναφερθεί ότι στις περιπτώσεις των πολύ πυκνών αιωρημάτων (λόγοι Ν/Τ ίσοι με 0.6:1 και 0.8:1) των κοινών τσιμέντων κατόρθωσε να διεισδύσει στην εμποτισμένη άμμο μόνο ένας όγκος κενών κι αυτοί οι εμποτισμοί, όμως, θεωρήθηκαν επιτυχείς. Τα εμποτισμένα δοκίμια έμεναν μέσα στις κλειστές μήτρες για 1 ή 2 ημέρες ώστε να αποκτήσουν ικανοποιητική αντοχή και να είναι δυνατή η εξαγωγή τους από τις μήτρες χωρίς τον κίνδυνο να καταστραφούν. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.20, αμέσως μετά την εξαγωγή τους από τις μήτρες, τα δοκίμια τυλίγονταν με πλαστική μεμβράνη, τοποθετούνταν σε πλαστικές σακούλες με δυνατότητα σφράγισης και βυθίζονταν σε νερό έως την ημερομηνία του εργαστηριακού ελέγχου τους, δηλαδή για διάστημα 28 ημερών τουλάχιστον. Η θερμοκρασία του νερού διατηρούνταν περίπου σταθερή και ίση με 23 ± 2 C.

126 96 (α) (β) (γ) (δ) Σχήμα 3.20: Ανάκτηση και συντήρηση δοκιμίων (α) δοκίμιο έπειτα από την αποσυναρμολόγηση της μήτρας, (β) τύλιξη δοκιμίων με πλαστική μεμβράνη, (γ) προστασία δοκιμίων έναντι απώλειας υγρασίας και (δ) συντήρηση δοκιμίων 3.6 ΔΟΚΙΜH ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑΣ Για τον έλεγχο της διαπερατότητας των δοκιμίων εμποτισμένου εδάφους έγινε χρήση εργαστηριακής διάταξης της εταιρείας GDS, που είναι διαθέσιμη στο Εργαστήριο Γεωτεχνικής Μηχανικής του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Γενική άποψη και λεπτομέρειες της διάταξης φαίνονται στο Σχήμα Εκτελέστηκαν «Δοκιμές διαπερατότητας σε θάλαμο τριαξονικής φόρτισης με σύστημα εσωτερικής πίεσης». Η διαδικασία εκτέλεσης καθώς και οι απαραίτητοι υπολογισμοί περιγράφονται από τον Head (1986). Στο Σχήμα 3.21δ φαίνεται η κυψέλη ή αλλιώς θάλαμος, που μπορεί να δεχτεί έως και 1700 KPa πίεση. Όπως φαίνεται στα Σχήματα 3.21(α-β) και 3.22, η εργαστηριακή διάταξη περιλαμβάνει δύο συστήματα (controllers) επιβολής και ελέγχου πίεσης στο εξεταζόμενο δοκίμιο. Το πρώτο είναι ένα σύστημα εφαρμογής πλευρικής τάσης, σ 3, δηλαδή, πίεσης στο

127 97 νερό πλήρωσης του θαλάμου τριαξονικής φόρτισης (πίεση θαλάμου, cell pressure). Το δεύτερο σύστημα χρησιμοποιείται για την άσκηση εσωτερικής πίεσης στο δοκίμιο, p b, δηλαδή, πίεση στο νερό των πόρων του δοκιμίου στο ένα άκρο του (πίεση δοκιμίου, back pressure). Η μέγιστη πίεση που μπορεί να ασκήσει το καθένα από αυτά τα δύο συστήματα είναι 1400 kpa. Στις δοκιμές διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων κρίθηκε αναγκαία (για το βήμα κυρίως του κορεσμού του δοκιμίου) η χρήση ενός πρόσθετου συστήματος ελέγχου που λειτούργησε ως αισθητήρας για την καταγραφή της εσωτερικής πίεσης στο άλλο άκρο του δοκιμίου. (α) (β) (γ) (δ) Σχήμα 3.21: Εργαστηριακή διάταξη για δοκιμές διαπερατότητας (α), (β) γενική άποψη, (γ) βάση της συσκευής για την τοποθέτηση του δοκιμίου, με υποδοχείς για την άσκηση των επιθυμητών πιέσεων και (δ) θάλαμος τριαξονικής φόρτισης

128 98 (α) (β) Σχήμα 3.22: Συστήματα επιβολής και ελέγχου πίεσης στο εξεταζόμενο δοκίμιο (α) συστήματα άσκησης πλευρικής τάσης (cell) και εσωτερικής πίεσης (back), (β) σύστημα που λειτουργεί ως αισθητήρας Στη συνέχεια παρουσιάζονται μέσα από την παράθεση εποπτικού υλικού τα κυριότερα βήματα της διαδικασίας που ακολουθήθηκε για την τοποθέτηση του δοκιμίου στη συσκευή (γ) μέχρι και τη σφράγιση του θαλάμου. (α) (β) (γ) (δ) (ε) (στ) Σχήμα 3.23: Διαδικασία τοποθέτησης δοκιμίου στη συσκευή τριαξονικής φόρτισης GDS (α) τοποθέτηση επαλειμμένου με γράσο σιλικόνης δοκιμίου στη συσκευή, επάνω από τον κορεσμένο με νερό πορόλιθο, (β) έγκλειση δοκιμίου στη μεμβάνη, (γ)-(δ) τοποθέτηση ελαστικών δακτυλίων ( O-rings ) για την καλύτερη συγκράτηση της μεμβράνης και την αποφυγή ανεπιθύμητων εισροών ή/ και εκροών,(ε) εναπόθεση πορόλιθου και (στ) εναπόθεση πώματος στην κορυφή του δοκιμίου

129 99 (α) (β) Σχήμα 3.24: Τοποθέτηση του θαλάμου τριαξονικής φόρτισης στη συσκευή διαπερατότητας (α) εγκιβωτισμός δοκιμίου στο θάλαμο και σφράγισμά του, (β) πλήρωση του θαλάμου με νερό Ύστερα από την τοποθέτηση του δοκιμίου στη συσκευή και την πλήρωση του θαλάμου με νερό, επιβαλλόταν μια αρχική πλευρική τάση, σ 3, ίση με 50 kpa, ώστε να συγκρατείται το δοκίμιο, καθώς και μια εσωτερική πίεση back με κατεύθυνση ροής από τη βάση του δοκιμίου προς την κορυφή του. Η εσωτερική αυτή πίεση δεν ξεπερνούσε τα 40 kpa. Στόχος της διαδικασίας αυτής ήταν η κυκλοφορία του νερού και η εκδίωξη του παγιδευμένου αέρα, με τη μορφή φυσαλίδων, από το σωληνάκι που φέρει το πώμα της κορυφής προς την έξοδο. Ακολουθούσε το στάδιο του κορεσμού του δοκιμίου με τη βηματική αύξηση της πλευρικής τάσης, σ 3, και της εσωτερικής πίεσης του δοκιμίου, p b. Η διοχέτευση του υπό πίεση νερού στους πόρους του εμποτισμένου δοκιμίου γινόταν από την κορυφή προς τη βάση του. Μάλιστα, η πίεση back ήταν πάντα μικρότερη κατά 10 kpa από την εξωτερική της κυψέλης ( πίεση cell ). Ο βαθμός κορεσμού του δοκιμίου υπολογιζόταν μέσω του ελέγχου της παραμέτρου πίεσης του νερού των πόρων, B, του Skempton ως εξής: Β Δ Δσ = σ σ (3.8) όπου u i και σ 3,i είναι η πίεση του νερού των πόρων και η πλευρική τάση (πίεση cell ) στο συγκεκριμένο βήμα (i), αντίστοιχα, ενώ u (i-1) και σ 3,(i-1) είναι η πίεση του νερού των πόρων και η πλευρική τάση στο αμέσως προηγούμενο βήμα, αντίστοιχα. Η επιβεβαίωση του κορεσμού του δοκιμίου γινόταν όταν η σταθερά αυτή γινόταν ίση με τη μονάδα (Β=1) ή τουλάχιστον εμφάνιζε μια τιμή πολύ κοντά στη μονάδα (π.χ. Β=0.97). Κατά τη φάση του κορεσμού γινόταν καταγραφή του όγκου του νερού του δοκιμίου (Back

130 100 volume) καθώς και της πίεσης του νερού των πόρων στη βάση του δοκιμίου (αυτή μπορούσε να ληφθεί από το πρόσθετο σύστημα ελέγχου που λειτουγούσε ως αισθητήρας). Ο ρυθμός μεταβολής των πιέσεων και του όγκου του νερού στο εσωτερικό του δοκιμίου μπορούσε να ελεγχθεί ανά πάσα στιγμή και οπτικά με τη μορφή γραφημάτων, εφόσον η συσκευή συνδεόταν με ειδικό πολυκαναλικό σύστημα συλλογής δεδομένων. Χαρακτηριστική καμπύλη της μεταβολής του εισερχόμενου νερού στο εσωτερικό του δοκιμίου με το χρόνο διάρκειας του κορεσμού δίνεται στο Σχήμα Όγκος εισερχόμενου νερού στο εσωτερικό του δοκιμίου (back volume, mm 3 ) Χρόνος από την αρχή του σταδίου του κορεσμού, t (sec) Σχήμα 3.25: Διάγραμμα μεταβολής του όγκου του νερού στο εσωτερικό του εδαφικού δοκιμίου με το χρόνο, καθόλη τη διάρκεια του σταδίου του κορεσμού Το στάδιο του κορεσμού υπήρξε το πιο χρονοβόρο βήμα για την εκτέλεση μιας δοκιμής διαπερατότητας σε εμποτισμένο έδαφος, καθώς μπορούσε να διαρκέσει από μισή ημέρα έως και τέσσερις ημέρες, ανάλογα με την πυκνότητα του εκάστοτε αιωρήματος τσιμέντου που είχε εμποτίσει την κάθε άμμο. Συγκεκριμένα, στα δοκίμια που είχαν εμποτιστεί με πολύ πυκνό αιώρημα τσιμέντου (λόγος Ν/Τ από 0.6 έως και 1) ο κορεσμός γινόταν με πολύ πιο αργό ρυθμό και σε αρκετά πιο υψηλές πιέσεις (η σ 3 έφτασε τα 1100 kpa) από τα αντίστοιχα που είχαν εμποτιστεί με αραιά αιωρήματα (λόγοι Ν/Τ από 2 έως και 3). Το στάδιο του κορεσμού διαδεχόταν το στάδιο της στερεοποίησης, το οποίο ολοκληρωνόταν σε σύντομο χρονικό διάστημα (εντός μισής ώρας περίπου) και γινόταν υπό ενεργές τάσεις, σ 3, ίσες προς 200 kpa ( όπου σ 3 = σ 3 u, η διαφορά της πίεσης του νερού των πόρων, της πίεσης back δηλαδή, από την πλευρική πίεση του θαλάμου- πίεση cell ).

131 101 Όγκος νερού εξερχόμενου από το εσωτερικό του δοκιμίου ( back volume, mm 3 ) Χρόνος διάρκειας του σταδίου της στερεοποίησης, t (sec) Σχήμα 3.26: Διάγραμμα μεταβολής του όγκου του νερού στο εσωτερικό του εδαφικού δοκιμίου με το χρόνο, καθόλη τη διάρκεια του σταδίου της στερεοποίησης Ο έλεγχος της διαπερατότητας πραγματοποιούνταν υπό πλευρική τάση, σ 3, ίση με 200 kpa (επιλέχθηκε με στόχο την ικανοποιητική περίσφιξη του δοκιμίου, θα μπορούσε ωστόσο να λάβει και κάποια άλλη υψηλότερη τιμή) και κυμαινόμενη εσωτερική πίεση των πόρων από 10 έως και 100 kpa. Η πίεση ασκούνταν στο ένα άκρο του δοκιμίου είτε ήταν η βάση του (ροή από κάτω προς τα πάνω) είτε η κορυφή του (ροή από πάνω προς τα κάτω), ενώ το άλλο άκρο επικοινωνούσε με την ατμόσφαιρα (p=0). Με τον τρόπο αυτό επιτυγχανόταν μια διαφορά πίεσης στο εσωτερικό του δοκιμίου, η οποία προκαλούσε τη ροή του νερού μέσω του δοκιμίου. Σημειώνεται ότι στο στάδιο αυτό το τρίτο σύστημα ελέγχου ήταν αποσυνδεδεμένο και δε χρησιμοποιείτο. Παρακάτω δίνεται μια χαρακτηριστική καμπύλη του διηθούμενου όγκου μέσω του δοκιμίου με το χρόνο διάρκειας του σταδίου (Σχήμα 3.27), ενώ αναφέρονται και όλοι οι απαραίτητοι υπολογισμοί που χρειάστηκαν να γίνουν για τον προσδιορισμό του συντελεστή διαπερατότητας. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβανόταν για ποικίλες διαφορές πιέσεων εντός του δοκιμίου, από τις οποίες λαμβανόταν μια τιμή του συντελεστή διαπερατότητας. Για κάθε κατηγορία εμποτισμένης άμμου ο τελικός συντελεστής διαπερατότητας αποτελεί μέσο όρο αρκετών μετρήσεων, οι οποίες βέβαια παρουσίαζαν ικανοποιητική ταύτιση. Σε όλες τις δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν επιδιωκόταν σταθεροποίηση της διηθούμενης παροχής, όπως υποδεικνύει και η γραμμική μορφή του γραφήματος 3.27, αλλά και η υδραυλική κλίση ήταν σχετικά μικρή (δεν ξεπερνούσε το 25), ώστε να έχουμε στρωτή ροή και να ισχύει ο νόμος του Darcy.

132 102 Αθροιστικός όγκος διηθούμενου νερού, Q, (mm 3 ) δq δt Χρόνος, t (sec) Σχήμα 3.27: Γραφικά δεδομένα από στάδιο ελέγχου της διαπερατότητας με χρήση της συσκευής GDS P 2 (ατμόσφαιρα) σ 3 q (mm 3 /sec) σ 3 p b Σχήμα 3.28: Ασκούμενες πιέσεις στο δοκίμιο κατά το στάδιο του ελέγχου της διαπερατότητας ( ροή από τη βάση προς τη κορυφή του δοκιμίου) Από το γραμμικό τμήμα του Σχήματος 3.27, υπολογίζεται η κλίση της ευθείας, δηλαδή η παροχή, q, ως εξής: (mm 3 /sec) (3.9)

133 103 όπου η παροχή q (mm 3 /sec) είναι η μεταβολή του όγκου του διηθούμενου νερού (δq) για το συγκεκριμένο χρονικό διάστημα δt. Η μέση υδραυλική κλίση αποτελεί αδιάστατο μέγεθος και δίνεται από τη σχέση: (3.10) όπου L είναι το μήκος του δοκιμίου σε mm και Δp η διαφορά πίεσης από το ένα άκρο του δοκιμίου στο άλλο σε kpa ( Δp= p b - p 2(ατμόσφαιρα) = p b - 0= p b ). Διαφορά πίεσης της τάξεως του 1 kpa ισοδυναμεί με ύψος νερού ίσο με 1/ mm έτσι, ερμηνεύεται η παρουσία της τιμής αυτής στην εξίσωση Στη συνέχεια υπολογίζεται ο συντελεστής διαπερατότητας, k, κάνοντας χρήση του νόμου του Darcy : (mm/sec) ή (3.11) (cm/sec) (3.12) όπου Α είναι η επιφάνεια της διατομής του δοκιμίου σε mm 2 (,με D τη διάμετρο του δοκιμίου σε mm) και p b η εσωτερική πίεση του δοκιμίου- πίεση back σε kpa. Οι υπόλοιπες μεταβλητές της εξίσωσης 3.11 έχουν δηλωθεί παραπάνω μαζί με τις μονάδες τους. Τέλος, γίνεται διόρθωση της τιμής του συντελεστή διαπερατότητας που προκύπτει από την εξίσωση 3.12, σε σχέση με τη θερμοκρασία του νερού της δοκιμής: (cm/sec) (3.13) όπου k 20 είναι ο συντελεστής διαπερατότητας για θερμοκρασία νερού 20 C, k T είναι ο συντελεστής διαπερατότητας που προσδιορίστηκε από την εξίσωση 3.12 σε cm/sec (θερμοκρασία νερού δοκιμής, Τ C), n T είναι το ιξώδες νερού θερμοκρασίας Τ C και n 20 είναι το ιξώδες νερού θερμοκρασίας 20 C. Στις δοκιμές διαπερατότητας που εκτελέστηκαν στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής, ο λόγος αυτός θεωρήθηκε ίσος με (για θερμοκρασία νερού δοκιμής ίσης με 24 C). Στο σημείο αυτό αξίζει να σημειωθεί ότι,κατά τον έλεγχο της διαπερατότητας, παράμετροι όπως είναι η πλευρική τάση σ 3, η κατεύθυνση της ροής ( ροή από τη βάση προς

134 104 την κορυφή του δοκιμίου και αντίστροφα), αλλά και η υδραυλική κλίση, δε φάνηκε να επηρεάζουν σημαντικά την τιμή του συντελεστή διαπερατότητας. Έτσι, δε θα εξεταστεί η επίδρασή τους στις υδραυλικές ιδιότητες των εμποτισμένων άμμων στο σχετικό κεφάλαιο της παρούσας διατριβής. Ακόμα, δεν κατέστη δυνατός ο προσδιορισμός του συντελεστή διαπερατότητας των καθαρών άμμων με τη συσκευή GDS, αφού παρουσίασε αδυναμία καταγραφής τιμών συντελεστή διαπερατότητας μεγαλύτερων του 10-3 cm/sec. Παρόλα αυτά οι τιμές αυτές μπόρεσαν να προσδιοριστούν με τη μέθοδο του σταθερού φορτίου, όπως έχει ήδη αναφερθεί σε προηγούμενη παράγραφο. 3.7 ΔΟΚΙΜH ΑΝΕΜΠΟΔΙΣΤΗΣ ΘΛΙΨΗΣ Η μηχανική συμπεριφορά εμποτισμένων εδαφών υπό συνθήκες στατικής φόρτισης ελέγχεται συχνά είτε με δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης είτε με δοκιμές τριαξονικής φόρτισης. Οι πρώτες δεν προσομοιώνουν τόσο ικανοποιητικά τις συνθήκες που επικρατούν στο πεδίο όσο οι δεύτερες, ωστόσο πλεονεκτούν λόγω της ευκολίας και της ταχύτητας που εμφανίζουν στην εκτέλεσή τους και αξιοποιούνται ως δοκιμές «δείκτη» σε παραμετρικές διερευνήσεις και συγκριτικές αξιολογήσεις. Πιο αναλυτικά, η δοκιμή ανεμπόδιστης θλίψης αφορά τον ταχύ προσδιορισμό της ανεμπόδιστης αντοχής «αδιατάρακτου» δείγματος συνεκτικού εδάφους κατά την εφαρμογή ενός αξονικού φορτίου χωρίς πλευρικό περιορισμό (Σχήμα 3.29). Απαραίτητη προϋπόθεση είναι η συνεκτικότητα του εδάφους να είναι τέτοια ώστε να επιτρέπει τη διατήρηση της γεωμετρίας του δοκιμίου, χωρίς την εφαρμογή πλευρικής πίεσης. Στο πλαίσιο της διατριβής αυτής οι περισσότερες δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης εκτελέστηκαν χρησιμοποιώντας το πλαίσιο φόρτισης 50 kn που φαίνεται στο Σχήμα 3.30α. Για τη μέτρηση του επιβαλλόμενου αξονικού φορτίου χρησιμοποιήθηκε δυναμομετρικός δακτύλιος 50 kn και για τη μέτρηση της αξονικής παραμόρφωσης έγινε χρήση ψηφιακού μηκυνσιόμετρου (Σχήμα 3.30β). σ 1 = σ 3 =0 Σχήμα 3.29: Εφαρμοζόμενες τάσεις στο κυλινδρικό δοκίμιο κατά τη δοκιμή ανεμπόδιστης θλίψης

135 105 (α) (β) Σχήμα 3.30: Δοκιμή ανεμπόδιστης θλίψης (α) πλαίσιο φόρτισης, (β) δυναμομετρικός δακτύλιος των 50 kν και ψηφιακό μηκυνσιόμετρο Αρχικά, μετρούνταν οι διαστάσεις του δοκιμίου (αρχικό ύψος και διάμετρος σε τρία σημεία- κορυφή, μέσο και βάση του δοκιμίου) με τη χρήση του παχύμετρου τύπου Vernier. Σημειώνεται εδώ ότι βάσει προδιαγραφών θα πρέπει ο λόγος ύψους προς τη διάμετρο του δοκιμίου να κυμαίνεται από 2 έως 3. Στην περίπτωσή μας η προϋπόθεση αυτή τηρείται, αφού, όπως έχει αναφερθεί σε προηγούμενη παράγραφο, ο λόγος αυτός ήταν ίσος με Ακολουθούσε η διαδικασία της διαμόρφωσης των βάσεων του δοκιμίου με τη χρήση συγκολλητικής εποξειδικής πάστας δύο συστατικών της εταιρείας Sika (Sikadur -31). Σκοπός της διαδικασίας αυτής ήταν η βέλτιστη επαφή των βάσεων του δοκιμίου με τις παράλληλες άκαμπτες πλάκες φόρτισης της συσκευής θλίψης, ώστε το ασκούμενο φορτίο να εφαρμόζεται σε ολόκληρη τη διατομή του δοκιμίου, δίχως την παρουσία κάποιας ανεπιθύμητης εκκεντρότητας. Το δοκίμιο λοιπόν τοποθετούνταν μεταξύ των παράλληλων άκαμπτων πλακών και φορτιζόταν κατακόρυφα με σταθερό ρυθμό αξονικής παραμόρφωσης ίσο προς 0.05 mm/min. Συγκεκριμένα, στα εμποτισμένα δοκίμια με πυκνό αιώρημα που εμφανίζουν ψαθυρή μορφή αστοχίας (απότομη δηλαδή θραύση) προτιμήθηκε η πιο μικρή ταχύτητα των επιβαλλόμενων παραμορφώσεων (0.05 mm/min) για καλύτερη διακριτότητα στα αποτελέσματα της δοκιμής. Η δοκιμή συνεχιζόταν μέχρι να αστοχήσει το δοκίμιο. Ως αστοχία θεωρούνταν οι συνθήκες όπου η αξονική παραμόρφωση αυξανόταν αλλά το αξονικό φορτίο παρέμενε σταθερό ή μειωνόταν. Η καταγραφή των μετρήσεων του δυναμομετρικού δακτυλίου και της αξονικής παραμόρφωσης γινόταν αυτόματα μέσω ειδικού πολυκαναλικού συστήματος συλλογής δεδομένων. Μετά το τέλος της δοκιμής, καταγραφόταν η μορφή του δοκιμίου και ο τρόπος

136 106 αστοχίας. Χαρακτηριστική καμπύλη αξονικής τάσης, σ, - αξονικής παραμόρφωσης, ε, καθώς και μορφή του δοκιμίου μετά την αστοχία παρουσιάζονται στα Σχήματα 3.31α και β, αντίστοιχα. (α) (β) Σχήμα 3.31: Δοκιμή ανεμπόδιστης θλίψης (α) χαρακτηριστική καμπύλη τάσεωνπαραμορφώσεων, (β) μορφή δοκιμίου μετά την αστοχία Τα πρωτογενή δεδομένα κάθε δοκιμής αποτελούνται από: α) Ύψος δοκιμίου (cm) (3.14) όπου L 1 και L 2 είναι μετρήσεις του ύψους του δείγματος σε cm. β) Διάμετρος δοκιμίου (cm) (3.15) όπου D t, D m και D b είναι οι μετρήσεις της διαμέτρου στην κορυφή, στο μέσο του ύψους και στη βάση του δοκιμίου, αντίστοιχα, σε cm. γ) Αξονική μετακίνηση, ΔL (mm)- από αυτόματη καταγραφή μέσω του ειδικού πολυκαναλικού συστήματος συλλογής δεδομένων δ) Ανάγνωση συμπίεσης δακτυλίου (mm) ε) Αξονική δύναμη βάσει του πίνακα βαθμονόμησης για το δυναμομετρικό δακτύλιο των 50 kν (kν) (3.16)

137 107 Η επεξεργασία των πρωτογενών δεδομένων απαιτούσε τους εξής υπολογισμούς: [1]: Αξονική παραμόρφωση (%) (3.17) όπου L 0 είναι το αρχικό μήκος του δοκιμίου και ΔL αποτελεί την παραμόρφωση (βράχυνση) του δοκιμίου σύμφωνα με τις ενδείξεις του μετρητή παραμορφώσεων. [2]: Διορθωμένη επιφάνεια διατομής (mm 2 ) (3.18) όπου Α 0 είναι η αρχική μέση επιφάνεια του δοκιμίου που υπολογίζεται από τη σχέση: (mm 2 ) (3.19) και ε είναι η ανηγμένη παραμόρφωση για ένα ορισμένο φορτίο. [3]: Μέση τάση, σ, για ένα ορισμένο φορτίο (kpa) (3.20) όπου P είναι το φορτίο εφαρμογής σύμφωνα με τις ενδείξεις του μετρητή του φορτίου (εξίσωση 3.16) και Α είναι η αντίστοιχη μέση επιφάνεια του δοκιμίου, όπως υπολογίζεται από την εξίσωση [4]: Μέτρο ελαστικότητας (μέτρο του Young), E = (kpa) (3.21) όπου σ είναι η μέση τάση για ένα ορισμένο φορτίο και ε είναι η ανηγμένη παραμόρφωση αστοχίας για το ίδιο φορτίο. Ως αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη θεωρείται η μέγιστη αξονική τάση που εφαρμόστηκε στο δοκίμιο, ενώ ως παραμόρφωση αστοχίας θεωρείται η παραμόρφωση που εμφανίζει το δοκίμιο τη στιγμή που του ασκείται η μέγιστη αξονική τάση. Ακόμα, από το αρχικό τμήμα της καμπύλης τάσεων - παραμορφώσεων μπορεί να υπολογιστεί, βάσει του νόμου του Hooke, το αρχικό μέτρο ελαστικότητας (εξίσωση 3.21). Στη διατριβή αυτή, υπολογίστηκε το τέμνον μέτρο ελαστικότητας για παραμόρφωση ίση προς το 50% της παραμόρφωσης αστοχίας του δοκιμίου.

138 , 108 Τέλος, πρέπει να αναφερθεί ότι υπήρξαν περιπτώσεις που ο δυναμομετρικός δακτύλιος των 50 kpa δεν επαρκούσε για τον προσδιορισμό της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη ορισμένων δοκιμίων. Σε αυτές τις περιπτώσεις, έγινε χρήση του πλαισίου MTS (Σχήμα 3.32), που έχει δυνατότητα εφαρμογής φορτίου 100 kν. (α) (β) (γ) Σχήμα 3.32: Πλαίσιο MTS (α) γενική άποψη, (β) λεπτομέρεια του πλαισίου και (γ) λεπτομέρεια του δοκιμίου στη συσκευή 3.8 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Αντικείμενο του Κεφαλαίου αυτού είναι η παρουσίαση του γενικού πλαισίου και των στόχων της έρευνας που εκτελέστηκε στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής, των υλικών που χρησιμποποιήθηκαν και των ιδιοτήτων τους, των διαδικασιών παραγωγής δοκιμίων και των μεθόδων ελέγχου ιδιοτήτων των εμποτισμένων δοκιμίων. Αρχικά, παρουσιάστηκαν συνοπτικά οι κύριες παρατηρήσεις που προέκυψαν από την ανασκόπηση της διαθέσιμης βιβλιογραφίας σχετικά με τη χρήση λεπτόκοκκων τσιμέντων για βελτίωση των υδραυλικών και μηχανικών ιδιοτήτων εδαφών με ενέσεις εμποτισμού. Στη συνέχεια, τεκμηριώθηκαν οι ιδιότητες των αιωρημάτων που χρησιμοποιήθηκαν με δοκιμές εξίδρωσης και μετρήσεις ιξώδους. Η αξιολόγηση των αιωρημάτων ολοκληρώθηκε με έλεγχο της ενεσιμότητας μέσω κριτηρίων και δοκιμών εισπίεσης σε μικρά δοκίμια. Έπειτα, παρουσιάστηκε το πρόγραμμα δοκιμών που σχεδιάστηκε και εκτελέστηκε με σκοπό τον προσδιορισμό των υδραυλικών και μηχανικών ιδιοτήτων των εμποτισμένων εδαφών. Για την ικανοποίηση αυτού του στόχου, έγινε παραγωγή δοκιμίων με τρόπο που προσομοιώνει, κατά το δυνατόν, τις συνθήκες διεξαγωγής ενέσεων εμποτισμού στο πεδίο. Περιγράφηκε ενδελεχώς η διάταξη που χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή εμποτισμένων εδαφικών δοκιμίων και οι διαδικασίες που ακολουθήθηκαν για τον εργαστηριακό έλεγχο των εμποτισμένων δοκιμίων. Οι εργαστηριακές διαδικασίες περιελάμβαναν την εκτέλεση δοκιμών διαπερατότητας καθώς και δοκιμών ανεμπόδιστης θλίψης.

139 109 Με βάση τα αποτελέσματα των δοκιμών που εκτελέστηκαν και τις παρατηρήσεις που έγιναν κατά την διερεύνηση των ιδιοτήτων των αιωρημάτων των τσιμέντων, μπορούν να διατυπωθούν τα ακόλουθα συμπεράσματα: 1. Τα αιωρήματα των τσιμέντων του τύπου Rheocem 650 παρουσίασαν, γενικά, την πιο ισορροπημένη συμπεριφορά, σε αντίθεση με τα αιωρήματα των τσιμέντων τύπου Ι42.5 και II32.5 που εμφάνισαν ακραίες τιμές ιδιοτήτων ως προς το τελικό ποσοστό εξίδρωσης, το φαινόμενο ιξώδες και την ενεσιμότητα. 2. Το τελικό ποσοστό εξίδρωσης για αιωρήματα Rheocem 650 με υπερρευστοποιητή με λόγους Ν/Τ 1:1, 2:1 και 3:1 ήταν 0%, 15% και 31%, αντίστοιχα. Για αιωρήματα τσιμέντων Ι42.5 και ΙΙ32.5 με λόγους Ν/Τ 0.6:1, 0.8:1, 1:1, 2:1 και 3:1, το τελικό ποσοστό εξίδρωσης κυμάνθηκε από 5% έως 7%, 10% έως 19%, 18% έως 29%, 38% έως 59% και 57% έως 69%, αντίστοιχα. 3. Η λειοτρίβηση των τσιμέντων επηρεάζει σημαντικά τις τιμές του τελικού ποσοστού εξίδρωσης. Μείωση του μέγιστου μεγέθους κόκκου, d max, από τα 100μm στα 40μm προκάλεσε μείωση έως και 50% στο τελικό ποσοστό εξίδρωσης. Αντίθετα, ο τύπος του τσιμέντου έχει μικρή επίδραση στο τελικό ποσοστό εξίδρωσης. Τα αιωρήματα τσιμέντου τύπου I42.5 εμφανίζουν τις υψηλότερες τιμές και τα αιωρήματα τσιμέντου τύπου ΙΙ32.5 τις χαμηλότερες. 4. Ευσταθή αιωρήματα (τελικό ποσοστό εξίδρωσης μικρότερο του 5%) θεωρούνται μόνο τα αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650, με λόγο Ν/Τ ίσο με 1:1 καθώς και τα αιωρήματα των υπόλοιπων λειοτριβημένων τσιμέντων (d max = 40μm) με λόγο νερού προς τσιμέντο ίσο προς 0.6:1. 5. Οι τιμές του φαινόμενου ιξώδους των αιωρημάτων τσιμέντων Ι42.5 και ΙΙ32.5 είναι, σε γενικές γραμμές, υψηλές για εμποτισμό σε λεπτόκοκκα εδάφη. Συγκεκριμένα, για λόγους νερού προς τσιμέντο ίσους προς 1:1, 2:1 και 3:1 οι τιμές του φαινόμενου ιξώδους κυμαίνονται από 70 έως 190 cp, από 14 έως 32 cp και από 6 έως 11 cp, αντίστοιχα. Για τα πιο πυκνά αιωρήματα, είχαμε για λόγους Ν/Τ ίσους προς 0.6:1 και 0.8:1 τιμές του φαινόμενου ιξώδους που κυμαίνονται από 690 cp ως 1160 cp και 105 cp ως 410 cp, αντίστοιχα. Οι τιμές του φαινόμενου ιξώδους για το τσιμέντο Rheocem 650, λόγω της ταχύπηκτης φύσης του, μετρήθηκαν για χρόνο μικρότερο των 40 min. Οι τιμές που αντιστοιχούν στο αρχικό φαινόμενο ιξώδες του αιωρήματος αυτού, είναι μικρότερες σε σχέση με τις τιμές των αιωρημάτων των υπόλοιπων τσιμέντων. Για λόγους νερού προς τσιμέντο ίσους προς 1:1, 2:1 και 3:1 οι τιμές του αρχικού φαινόμενου ιξώδους ήταν 55 cp, 12 cp και 6 cp, αντίστοιχα. 6. Ο τύπος του τσιμέντου επηρεάζει τις τιμές του φαινόμενου ιξώδους αλλά όχι σε σημαντικό βαθμό. Γενικά, τα αιωρήματα τσιμέντου τύπου I42.5 έχουν τις υψηλότερες και τα αιωρήματα τσιμέντου τύπου ΙΙ32.5 τις μικρότερες τιμές φαινόμενου ιξώδους. 7. Η ενεσιμότητα των αιωρημάτων εξαρτάται όχι μόνο από τη σχέση μεταξύ χαρακτηριστικών κόκκων της άμμου και του τσιμέντου αλλά και από άλλες παραμέτρους, όπως το ιξώδες των αιωρημάτων.

140 110

141 111 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ ΕΜΠΟΤΙΣΜΕΝΩΝ ΑΜΜΩΝ Ένας κύριος στόχος των ενέσεων εμποτισμού είναι η βελτίωση της υδραυλικής συμπεριφοράς, δηλαδή η δραστική μείωση της τιμής του συντελεστή διαπερατότητας του εδαφικού ή βραχώδους σχηματισμού στον οποίο εκτελούνται. Στο πλαίσιο της διατριβής αυτής διερευνήθηκε η μείωση της διαπερατότητας άμμων όταν εμποτίζονται με αιωρήματα τσιμέντων. Εκτελέστηκαν δοκιμές διαπερατότητας σε δοκίμια εμποτισμένων άμμων που παρασκευάστηκαν υπό συνθήκες αντιπροσωπευτικές, κατά το δυνατόν, αυτών που επικρατούν στο πεδίο κατά την εκτέλεση των ενέσεων εμποτισμού. Στο Κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται, αρχικά, τα αποτελέσματα των δοκιμών αυτών, τα οποία στη συνέχεια αξιοποιούνται κατάλληλα με στόχο: (α) την εκτίμηση της επίδρασης μιας σειράς παραμέτρων που χαρακτηρίζουν τα συστατικά των εμποτισμένων άμμων, δηλαδή του λόγου νερού προς τσιμέντο, της κοκκομετρίας της άμμου, του τύπου και της κοκκομετρίας του τσιμέντου και του τελικού ποσοστού εξίδρωσης των αιωρημάτων τσιμέντου που εμπότισαν τις διάφορες κοκκομετρίες της άμμου και, (β) την ποσοτικοποίηση της βελτίωσης (μείωσης) του συντελεστή διαπερατότητας των άμμων, στην περίπτωση εμποτισμού τους με αιωρήματα τσιμέντων. Παράλληλα για την καλύτερη σύνθεση και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της παρούσας έρευνας, χρησιμοποιούνται και αποτελέσματα προηγούμενης έρευνας με ίδια τσιμέντα. 4.1 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΧΟΛΙΑΣΜΟΣ Στον Πίνακα 4.1 συνοψίζονται τα αποτελέσματα των δοκιμών διαπερατότητας για το σύνολο των δοκιμίων εμποτισμένων άμμων που εξετάστηκαν. Σημειώνεται ότι παράμετροι της δοκιμής, όπως είναι η υδραυλική βαθμίδα και η τιμή της ενεργού πλευρικής τάσης, σ 3, υπό την οποία έγινε η στερεοποίηση του δοκιμίου πριν από τον έλεγχο διαπερατότητας, δε φάνηκαν να επηρεάζουν σημαντικά και με κάποιο σαφή και συστηματικό τρόπο τις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων και, για το λόγο αυτό, δεν αποτελούν αντικείμενο σχολιασμού στα επόμενα. Επιπλέον, για λόγους απλότητας, το σύμβολο k χρησιμοποιείται για να υποδηλώσει την τιμή του συντελεστή διαπερατότητας, ανηγμένη στους 20 o C, για εμποτισμένες άμμους και το σύμβολο k α για καθαρές άμμους. Από θεώρηση του συνόλου των αποτελεσμάτων προκύπτει ότι ο συντελεστής διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων έλαβε τιμή που κυμαίνεται από 9.0*10-3 cm/sec έως 4.3 *10-9 cm/sec, ενώ ο μέσος όρος κυμαίνεται μεταξύ 1.1*10-3 cm/sec και 1.4*10-8 cm/sec. Εκ πρώτης όψεως, κι ανεξαρτήτως τύπου τσιμέντου, παρατηρείται ότι τη σημαντικότερη επίδραση στις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων έχει ο λόγος νερού προς τσιμέντο, Ν/Τ, των αιωρημάτων. Ειδικότερα, οι άμμοι που εμποτίστηκαν με πολύ πυκνά αιωρήματα (εύρος λόγου Ν/Τ από 0.6:1 έως και 1.25:1), παρουσιάζουν μέσο όρο τιμής του συντελεστή διαπερατότητας που κυμαίνεται από περίπου 10-7 έως περίπου 10-8 cm/sec, ενώ οι άμμοι που εμποτίστηκαν με πιο αραιά αιωρήματα

142 CEMI 42.5 dmax=100μm CEM I dmax=40μm CEM II32.5- dmax=40μm RHEOCEM 650 dmax= 40 μm 112 Πίνακας 4.1: Τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων ΤΣΙΜΕΝΤΟ ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΑ ΑΜΜΟΥ ΛΟΓΟΣ Ν/Τ ΠΟΣΟΣΤΟ ΕΞΙΔΡΩΣΗΣ Συντελεστής διαπερατότητας εμποτισμένης άμμου, k (cm/sec) ελάχιστη μέγιστη μέσος όρος ΜΕΙΩΣΗ (ΤΑΞΕΙΣ ΜΕΓΕΘΟΥΣ) #14-#20 1:1 1.6E E E-08 7 #20-#30 (ottawa) 1: E E E-08 7 #20-#30 1:1 4.3E E E-08 7 #14-# :1 2.1E E E-07 6 #20-# :1 1.5E E E #20-#30 (ottawa) 1.25:1 6.3E E E-07 6 #30-# :1 4.1E E E-07 6 #14-#20 2:1 3.5E E E-04 3 #20-#30 2:1 8.5E E E #20-#30 (ottawa) 2:1 1.6E E E-04 3 #30-#50 2:1 1.0E E E-04 3 #14-#20 2.5:1 5.5E E E #20-#30 2.5:1 3.1E E E #20-#30 (ottawa) 2.5:1 4.4E E E-04 3 #30-#50 2.5:1 1.5E E E-04 3 #14-#20 3:1 7.9E E E #20-#30 3:1 8.4E E E #20-#30 (ottawa) 3:1 1.1E E E-03 2 #30-#50 3:1 1.8E E E #10-#14 0.6: E E E #14-#20 0.8: E E E-08 7 #20-#30 1: E E E-07 6 #10-#14 0.6: E E E #14-#20 0.8: E E E-08 7 #20-#30 1: E E E-07 6 #30-#50 2: E E E #10-#14 1: E E E-08 7 #14-#20 2: E E E-04 3 Συντελεστής διαπερατότητας καθαρής άμμου #10-#14: k α =9.5E-01 cm/sec Συντελεστής διαπερατότητας καθαρής άμμου #14-#20: k α =3.2 E-01 cm/sec Συντελεστής διαπερατότητας καθαρής άμμου #20-#30: k α =1.8 E-01 cm/sec Συντελεστής διαπερατότητας καθαρής άμμου #30-#50: k α =9.5E-02 cm/sec Συντελεστής διαπερατότητας καθαρής άμμου #20-#30 (Ottawa): k α =2.1E-01 cm/sec

143 113 (αιωρήματα με λόγο Ν/Τ κυμαινόμενο από 2:1 έως και 3:1), εμφανίζουν μέσο όρο τιμής του συντελεστή διαπερατότητας στο διάστημα μεταξύ 1.1*10-3 και 5.6*10-5 cm/sec, δηλαδή υψηλότερο κατά 2 μέχρι και 5 τάξεις μεγέθους. Παρατηρούμε ακόμη ότι, οι μετρήσεις ανά κατηγορία δοκιμίου δεν παρουσιάζουν σημαντική διακύμανση (η διαφοροποίηση των μετρήσεων δεν ξεπερνά τη μισή με μία, για λίγες μόνο περιπτώσεις, τάξη μεγέθους), γεγονός που υποδηλώνει τη μη ουσιαστική εξάρτηση των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας από τις παραμέτρους της δοκιμής, όπως είναι η υδραυλική βαθμίδα και η ενεργός πλευρική τάση, σ 3. Χαρακτηριστικά, παρουσιάζεται γραφικά στο Σχήμα 4.1 το εύρος διακύμανσης των πρωτογενών δεδομένων των εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650, ως συνάρτηση των εξεταζόμενων λόγων νερού προς τσιμέντο, Ν/Τ. Οι εμποτισμοί με αιωρήματα του συγκεκριμένου τσιμέντου ήταν οι διπλάσιοι σχεδόν στον αριθμό από αυτούς που έγιναν με τα αιωρήματα των κοινών τσιμέντων, με αποτέλεσμα να αποτελούν αντιπροσωπευτικό δείγμα του συνόλου τους. Φαίνεται λοιπόν από το Σχήμα 4.1 ότι, από τους 19 εμποτισμούς που πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση ενεμάτων τσιμέντου Rheocem 650, η συντριπτική πλειοψηφία τους (13 εμποτισμοί) εμφάνισε πολύ καλή επαναληψιμότητα στις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας (σχεδόν ταύτιση των τιμών) για την ίδια κατηγορία δοκιμίου που εμποτίστηκε. Έτσι, η αποτίμηση της επίδρασης σειράς παραμέτρων που σχετίζονται με τα χαρακτηριστικά των συστατικών του εμποτισμένου εδάφους, αποφασίστηκε να γίνει με τη χρήση του μέσου όρου των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας που ελήφθησαν από κάθε δοκιμή διαπερατότητας. Σε όλο δηλαδή το υπόλοιπο κείμενο του Κεφαλαίου αυτού καθώς και στα ακόλουθα σχήματα, η αναφορά στο συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων θα παραπέμπει απευθείας στο μέσο όρο της εκάστοτε τιμής του. Σημειώνεται επίσης ότι, διαφορές μεταξύ των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων που προέρχονται από σύγκριση δοκιμίων διαφορετικής κατηγορίας (άλλος λόγος νερού προς τσιμέντο, Ν/Τ, διαφορετικός τύπος ή/και κοκκομετρία τσιμέντου κλπ.) και οι οποίες δεν ξεπερνούν τη μισή τάξη μεγέθους θα δηλώνονται κατά το σχολιασμό, αλλά δε θα θεωρούνται βαρύνουσας σημασίας Εμποτισμοί με αιωρήματα Rheocem 650 Για εμποτισμούς με το ταχύπηκτο τσιμέντο Rheocem 650, ο συντελεστής διαπερατότητας λαμβάνει τιμές που κυμαίνονται από 1.4*10-8 έως και 1.1*10-3 cm/sec. Ειδικότερα, άμμοι που εμποτίστηκαν με αιωρήματα με λόγο Ν/Τ ίσο προς 1:1 εμφανίζουν συντελεστή διαπερατότητας που κυμαίνεται από 1.4*10-8 έως 3.5*10-8 cm/sec, άμμοι εμποτισμένες με αιωρήματα με λόγο Ν/Τ ίσο προς 1.25:1 έχουν συντελεστή διαπερατότητας με εύρος από 1.0*10-7 έως 2.3*10-7 cm/sec, ενώ άμμοι εμποτισμένες με πιο αραιά αιωρήματα με λόγο Ν/Τ ίσο προς 2:1, 2.5:1 και 3:1 παρουσιάζουν τιμές συντελεστή διαπερατότητας που κυμαίνονται από 1.5*10-4 έως 4.5*10-4 cm/sec, από 1.8*10-4 έως 7.6*10-4 cm/sec και από 1.1*10-3 έως 2.4*10-4 cm/sec, αντίστοιχα.

144 114 Συντελεστής Διαπερατότητας, k (cm/sec) Λόγος Νερού προς Τσιμέντο, Ν/Τ Σχήμα 4.1: Μεταβολή του συντελεστή διαπερατότητας με το λόγο νερού προς τσιμέντο, ανά κοκκομετρία άμμου (αιωρήματα Rheocem 650) Ακόμα, παρατηρείται ότι άμμοι εμποτισμένες με αραιά αιωρήματα ( λόγοι Ν/Τ από 2:1 έως 3:1), προκαλούν μείωση του συντελεστή διαπερατότητας των καθαρών άμμων γύρω στις τρεις τάξεις μεγέθους, σε αντίθεση με τις άμμους που εμποτίζονται με αιωρήματα με λόγο Ν/Τ ίσο προς 1:1 και 1.25:1 ( πυκνά αιωρήματα), όπου σημειώθηκε μείωση του συντελεστή διαπερατότητας της καθαρής άμμου από 6 έως 7 τάξεις μεγέθους. Ένα πυκνό αιώρημα τσιμέντου Rheocem 650, δηλαδή, είναι ικανό να μειώσει με τη διαδικασία του εμποτισμού τρεις έως και τέσσερις τάξεις μεγέθους περισσότερο την τιμή του συντελεστή διαπερατότητας, σε σχέση με ένα αντίστοιχο αραιό αιώρημα. Από τον Πίνακα 4.1 αλλά και το Σχήμα 4.1 γίνεται εμφανές ότι για λόγους νερού προς τσιμέντο, Ν/Τ, μεγαλύτερους ή ίσους του 2:1 και τελικό ποσοστό εξίδρωσης

145 115 αιωρήματος κυμαινόμενο από 15% έως 30%, δηλαδή για την περίπτωση εμποτισμού των άμμων με αραιά αιωρήματα, ο συντελεστής διαπερατότητας λαμβάνει τιμές της τάξης του 10-3 με 10-4 cm/sec. Παράλληλα διαπιστώνεται ότι η διαφορετική κοκκομετρία της άμμου δεν επηρεάζει σημαντικά τις τιμές αυτές. Από την άλλη πλευρά παρατηρείται, για την περίπτωση των άμμων που έχουν εμποτιστεί με πυκνότερα αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650, ότι η αύξηση του λόγου Ν/Τ από το 1:1 στο 1.25:1 (δηλαδή αύξηση του λόγου Ν/Τ μόλις κατά 25%) συνοδεύεται με αντίστοιχη, αξιοσημείωτη αύξηση του συντελεστή διαπερατότητας (αύξηση κατά μία, ενδεχομένως και μιάμιση τάξη μεγέθους), για όλες ανεξαιρέτως τις κοκκομετρίες της άμμου. Από τον Πίνακα 4.1 όμως είναι πρόδηλο, ότι η μεταβολή του λόγου Ν/Τ από το 1 στο 1.25 σημαδοτεί και τη μετάβαση του αιωρήματος από την ευσταθή κατάσταση (τελικό ποσοστό εξίδρωσης 0.38%, μηδενική σχεδόν εξίδρωση αιωρήματος) σε μια ασταθή συμπεριφορά (τελικό ποσοστό εξίδρωσης αιωρήματος 9.07%, περίπου διπλάσια τιμή από το 5%, του μέγιστου δηλαδή ποσοστού εξίδρωσης που μπορεί να εμφανίζει ένα αιώρημα, ώστε να χαρακτηρίζεται ως ευσταθές), γεγονός που δηλώνει τη σπουδαιότητα του τελικού ποσοστού εξίδρωσης, και κατ επέκταση της πλήρωσης των εδαφικών κενών με αιώρημα τσιμέντου, στον προσδιορισμό του συντελεστή διαπερατότητας. Στο Σχήμα 4.2 φαίνεται καθαρά η επιρροή της κοκκομετρίας της άμμου στις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων δοκιμίων με αιώρημα τσιμέντου Rheocem 650. Ως μέγεθος αντιπροσωπευτικό της κοκκομετρίας των άμμων χρησιμοποιήθηκε η ενεργός διάμετρος, d 10. Παρατηρείται, για κάθε λόγο Ν/Τ χωριστά, μια ελαφρώς ανοδική πορεία των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας με την αύξηση της ενεργού διαμέτρου. Φαίνεται λοιπόν ότι, οι πιο λεπτές εμποτισμένες άμμοι εμφανίζουν μικρότερο συντελεστή διαπερατότητας, ανεξάρτητα από το πόσο αραιό ή πυκνό ήταν το αιώρημα που χρησιμοποιήθηκε κατά τον εμποτισμό τους. Βέβαια οι διαφορές αυτές, αν και υπαρκτές, δεν μπορούν να θεωρηθούν ιδιαίτερα σημαντικές, εφόσον δεν παρατηρείται μεταβολή της τάξης μεγέθους του συντελεστή διαπερατότητας. Πιο αναλυτικά για λόγο Ν/Τ ίσο με 1:1, οι τιμές του συντελεστή διαπερατότητας όλων των άμμων που εμποτίστηκαν είναι της τάξεως του 10-8 cm/sec, με τη χονδρότερη άμμο (άμμος #14-#20) να δίνει διπλάσια τιμή από τις υπόλοιπες. Για λόγο Ν/Τ ίσο προς 1.25:1 οι τιμές του συντελεστή διαπερατότητας κινούνται γύρω από την τάξη μεγέθους των 10-7 cm/sec, με τη χονδρότερη άμμο ( D 10 = 0.90 mm) να εμφανίζει για μία ακόμα φορά διπλάσια τιμή από τις υπόλοιπες. Στην περίπτωση των άμμων των εμποτισμένων με αραιά αιωρήματα (λόγοι Ν/Τ από 2:1 έως και 3:1) οι τιμές του συντελεστή διαπερατότητας συσσωρεύονται στο διάστημα των 10-4 και 10-3 cm/sec. Ωστόσο ακόμα και στους μεγαλύτερους λόγους Ν/Τ είναι αισθητή μια κάποια διαφοροποίηση των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων, ανάλογα με την κοκκομετρία της ίδιας της άμμου. Συγκεκριμένα, για λόγο Ν/Τ ίσο προς 2:1 η πιο χονδρή άμμος εμφανίζει τριπλάσια τιμή συντελεστή διαπερατότητας σε σχέση με την πιο λεπτή και τετραπλάσια τιμή για λόγο Ν/Τ ίσο με 2.5:1 και 3:1.

146 116 Σχήμα 4.2: Εξάρτηση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων από την κοκκομετρία της άμμου (αιωρήματα Rheocem 650) Επιπρόσθετα από το Σχήμα 4.2 μπορούμε να διατυπώσουμε μια πρώτη άποψη για τον τρόπο επίδρασης στις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας άμμων ίδιας κοκκομετρίας, αλλά διαφορετικής ορυκτολογικής σύστασης. Ο λόγος γίνεται για την ασβεστολιθική άμμο #20-#30 και τη χαλαζιακή #20-#30 Ottawa, όπου διαπιστώνονται μικρές αποκλίσεις, σχεδόν αμελητέες, στις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας που δίνει η καθεμία για τον ίδιο λόγο Ν/Τ. Πιο σαφή συμπεράσματα όμως στο θέμα αυτό μπορούν να προκύψουν από την εποπτεία των Σχημάτων 4.3 και 4.4. Από το Σχήμα 4.3 μπορούμε να πιστοποιήσουμε με ευκρίνεια όλα όσα αναφέρθηκαν στον παραπάνω σχολιασμό. Γίνεται λοιπόν, εύκολα αντιληπτή η αύξηση της τιμής του συντελεστή διαπερατότητας κάθε διαφορετικής κοκκομετρίας εμποτισμένης άμμου με μια ανάλογη αύξηση του λόγου νερού προς τσιμέντο, Ν/Τ. Στην περίπτωση μάλιστα των εμποτισμένων ασβεστολιθικών άμμων (άμμοι #14-#20, #20-#30 και #30-#50) με αραιά αιωρήματα τσιμέντου (λόγοι Ν/Τ ίσοι προς 2:1 έως και 3:1), φαίνεται να εξομαλύνεται η αύξηση αυτή, αφού οι τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων σταθεροποιούνται εντός του διαστήματος των 10-4 με 10-3 cm/sec.

147 117 Σχήμα 4.3: Μεταβολή του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με την κοκκομετρία της άμμου και το λόγο νερού προς τσιμέντο (αιωρήματα Rheocem 650) Αντίθετα, οι τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων χαλαζιακών άμμων ( άμμος #20-#30 Ottawa) φαίνεται να επηρεάζονται έντονα, ακόμα και στα πιο αραιά αιωρήματα τσιμέντου, από το λόγο Ν/Τ. Συγκεκριμένα, μείωση του λόγου Ν/Τ κατά 33% (μεταβολή δηλαδή του Ν/Τ από 3:1 σε 2:1) είναι ικανή να επιφέρει έως και μίας τάξης μεγέθους ελάττωση των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων χαλαζιακών άμμων ( k μεταβάλλεται από το 1.1*10-3 στο 1.7*10-4 cm/sec). Παρόλα αυτά, σύγκριση των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας της ασβεστολιθικής εμποτισμένης άμμου #20-#30 με τις αντίστοιχες της χαλαζιακής #20-#30 Ottawa οδηγεί στο συμπέρασμα ότι, η διαφορετική ορυκτολογική σύσταση και το σχήμα των κόκκων δεν επιδρούν σημαντικά (διαφορές μικρότερες από μία τάξη μεγέθους) ούτε με κάποιο σαφή ή συστηματικό τρόπο στις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων αυτών άμμων, με την προϋπόθεση βέβαια οι άμμοι αυτές να είναι συμπυκνωμένες, κατά το δυνάτο, στον ίδιο βαθμό (να έχουν δηλαδή παραπλήσια τιμή σχετικής πυκνότητας, Dr ή παρόμοιο δείκτη κενών). Στο ίδιο σχήμα πάλι (Σχήμα 4.3) γίνεται αισθητή η επίδραση της λεπτότητας της εμποτισμένης άμμου στις τιμές του συντελεστή διαπερατότητάς τους. Συγκεκριμένα, για την

148 118 περίπτωση εμποτισμού των άμμων με πυκνά αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 (λόγοι Ν/Τ 1:1 και 1.25:1), διαπιστώνεται μείωση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με την αύξηση της λεπτότητας της άμμου που εμποτίστηκε. Η μείωση αυτή γίνεται καλύτερα αντιληπτή στην περίπτωση εμποτισμού των άμμων αυτών με αραιότερα αιωρήματα τσιμέντου, όπου μπορεί να φτάσει τη μισή τάξη μεγέθους. Από το Σχήμα 4.4 προκύπτουν συμπεράσματα σχετικά με τη βελτίωση (μείωση) του συντελεστή διαπερατότητας με τον εμποτισμό των άμμων. Ο λόγος k α /k έχει υπολογιστεί με διαίρεση του συντελεστή διαπερατότητας κάθε καθαρής άμμου με την αντίστοιχη τιμή της εμποτισμένης και για όλα τα διαφορετικά αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 ( όλους δηλαδή τους λόγους Ν/Τ που εξετάστηκαν). Έτσι συμπεραίνουμε ότι ο μέσος συντελεστής διαπερατότητας της καθεμιάς καθαρής άμμου είναι κατά 6 με 7 τάξεις μεγέθους μεγαλύτερος από τις αντίστοιχες τιμές των εμποτισμένων άμμων με πυκνά αιωρήματα (λόγοι Ν/Τ 1:1 και 1.25:1), ενώ για την περίπτωση των αραιών αιωρημάτων οι τάξεις μεγέθους μειώνονται στις 2 με 3 (μείωση κατά 4 με 5 τάξεις μεγέθους σε σχέση με αυτή που προκαλούν τα πυκνά αιωρήματα τσιμέντου). Σχήμα 4.4: Βελτίωση των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των άμμων σε σχέση με την κοκκομετρία τους και το λόγο νερού προς τσιμέντο (αιωρήματα Rheocem 650)

149 119 Συγκεκριμένα, το πιο αραιό αιώρημα που χρησιμοποιήθηκε (λόγος Ν/Τ ίσος προς 3:1) κατόρθωσε να μειώσει το συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων κατά 2.5 περίπου τάξεις μεγέθους. Βάσει αυτού μπορούμε να καταλήξουμε στην ενδιαφέρουσα παρατήρηση ότι ακόμα και ένα πολύ αραιό αιώρημα είναι ικανό να μειώσει σημαντικά, με τη διαδικασία της υπό πίεση διοχέτευσής του, τη διαπερατότητα της καθαρής άμμου. Επιπλέον διαπιστώνονται κάποιες μικρές διαφοροποιήσεις στους λόγους βελτίωσης του συντελεστή διαπερατότητας με τη μεταβολή της κοκκομετρίας αλλά και του σχήματος των κόκκων (γωνιώδες για τις ασβεστολιθικές άμμους και σφαιρικό για τη χαλαζιακή Ottawa) των άμμων που εμποτίστηκαν, οι οποίες όμως δεν ξεπερνούν τη μισή τάξη μεγέθους και θεωρούνται ασήμαντες μπροστά στην επίδραση που επιφέρει ο λόγος Ν/Τ στις τιμές διαπερατότητας του εμποτισμένου εδάφους. Στα ίδια συμπεράσματα οδηγούμαστε και μέσα από την παρατήρηση του Σχήματος 4.5, όπου τώρα γίνεται καλύτερα αντιληπτή η μεταβολή της διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με το λόγο Ν/Τ. Είναι εμφανής, για μία ακόμα φορά, η μείωση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με την αύξηση του λόγου Ν/Τ καθώς και η μικρή επίδραση της κοκκομετρίας και της δομής της άμμου στις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας. Μάλιστα ο τρόπος μεταβολής του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων σε σχέση με το λόγο Ν/Τ παριστάνεται με δύο ευθείες- διγραμμική συσχέτιση ( κόκκινες διακεκομμένες γραμμές στο Σχήμα 4.5). Η δεύτερη αύξουσα ευθεία του Σχήματος 4.5(α), που αφορά τα αραιά αιωρήματα (λόγοι Ν/Τ από 2:1 έως και 3:1) εμφανίζει πολύ μικρότερη κλίση από την πρώτη (διαφορά της τάξης μεγέθους του 5) και τείνει να γίνει σταθερή ( παράλληλη δηλαδή με τον οριζόντιο άξονα). Συνεπώς μια ενδεχόμενη αύξηση του λόγου Ν/Τ, για τα αραιά αιωρήματα, δε θα οδηγούσε σε ουσιαστική μείωση της διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων. Αντίθετα στα πυκνά αιωρήματα, μια μικρή άνοδος του λόγου Ν/Τ ( αύξηση κατά 25% για μεταβολή του λόγου Ν/Τ από 1:1 σε 1.25:1) οδήγησε σε αξιοσημείωτη αύξηση του συντελεστή διαπερατότητας ( μίας τάξης μεγέθους), όπως φαίνεται και από την απότομη κλίση της πρώτης αύξουσας ευθείας στο Σχήμα 4.5(α). Οι παρατηρήσεις που προηγήθηκαν σχετικά με την επίδραση του λόγου νερού προς τσιμέντο μπορούν να αιτιολογηθούν με βάση τη συμπεριφορά των αιωρημάτων και τους μηχανισμούς πλήρωσης των κενών του εδάφους από αυτά. Στις παραγράφους που ακολουθούν συνοψίζονται ερμηνείες που έχουν προταθεί από άλλους ερευνητές και γι αυτό παρουσιάζονται με σχετική επιφύλαξη. Ο Nonveiller (1989) περιγράφει μηχανισμούς πλήρωσης των κενών του εδάφους με αιωρήματα. Όταν τα αιωρήματα είναι ασταθή, τα κενά του εδάφους πληρούνται με δύο τρόπους: (α) Με την απόθεση κόκκων σε περιοχές των κενών όπου η ταχύτητα ροής είναι μικρή. Όσο προχωρά η εναπόθεση κόκκων στους χώρους αυτούς, τόσο πληρούνται τα κενά και οι δίαυλοι ροής γίνονται στενότεροι έως ότου να τους φράξουν κόκκοι μεγαλύτερου μεγέθους. (β) Με το φιλτράρισμα του αιωρήματος μέσω των κόκκων που έχουν ήδη αποτεθεί στα κενά του εδάφους. Η συνδυασμένη δράση των δυνάμεων ροής και της υδραυλικής βαθμίδας τείνει να συμπυκνώσει και να σταθεροποιήσει το υλικό που έχει αποτεθεί. Όταν τα αιωρήματα είναι ευσταθή οι κόκκοι δεν αποτίθενται κατά την εισπίεση,

150 120 (α) (β) Σχήμα 4.5: Συσχέτιση (α) του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με το λόγο Ν/Τ και (β) της βελτίωσης της διαπερατότητας των άμμων σε σχέση με το λόγο Ν/Τ ( αιωρήματα Rheocem 650)

151 121 αλλά ακολουθούν την κίνηση του ενέματος μέσω των κενών έως ότου η αντίσταση στη ροή, λόγω του ιξώδους, να υπερνικήσει την υδραυλική βαθμίδα. Στενοί δίαυλοι ροής είναι πιθανό να φραχθούν όπως περιγράφηκε παραπάνω. Με αύξηση της πίεσης του ενέματος, το νερό απομακρύνεται από το αιώρημα και το εισπιεσμένο αιώρημα γίνεται πυκνότερο. Κατά τον Arenzana (1987), o εμποτισμός άμμων με αραιά αιωρήματα λεπτόκοκκου τσιμέντου μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι μια διαδικασία φιλτραρίσματος του αιωρήματος μέσω της άμμου. Οι κόκκοι του τσιμέντου συγκρατούνται γύρω από τα σημεία επαφής των κόκκων της άμμου και εναποτίθενται πάνω στις επιφάνειες των κόκκων της άμμου όπου σχηματίζουν ένα λεπτό στρώμα. Στη συνέχεια το στρώμα αυτό αρχίζει να ενυδατώνεται, ο όγκος των προϊόντων ενυδάτωσης γίνεται περίπου διπλάσιος από τον όγκο του τσιμέντου πριν την ενυδάτωση και τα προϊόντα ενυδάτωσης σταδιακά μειώνουν δραστικά τα κενά μεταξύ των κόκκων του τσιμέντου. Κατά τη διάρκεια της εισπίεσης η εναπόθεση των κόκκων τσιμέντου είναι μεγαλύτερη σε ζώνες όπου υπάρχει μεγαλύτερη αντίσταση στη ροή ή όπου η ταχύτητα ροής είναι μικρή. Οι Legendre et al. (1987) αναφέρονται στη βασική αρχή των ενέσεων με αιωρήματα λεπτόκοκκου τσιμέντου και την περιγράφουν ως υδραυλική πλήρωση των κενών του εδάφους. Το φαινόμενο αυτό παρουσιάζεται σε ασταθή αιωρήματα τσιμέντου όπου το νερό του αιωρήματος ενεργεί κυρίως ως παράγοντας μεταφοράς των κόκκων του τσιμέντου. Μετά την εισπίεση του ενέματος στα κενά της άμμου, οι κόκκοι του τσιμέντου που δεν παγιδεύονται στα σημεία επαφής των κόκκων της άμμου ή δεν προσκολλώνται πάνω στις επιφάνειες των κόκκων της άμμου, αρχίζουν να καθιζάνουν στα κενά. Έτσι ένα μέρος των κόκκων του τσιμέντου αποτίθεται στο κάτω μέρος των κενών του εδάφους, όπως παριστάνεται στο Σχήμα 4.6. Τελικά, στο εμποτισμένο έδαφος διακρίνονται δύο είδη πόρων, οι «μακροπόροι» και οι «μικροπόροι» (Helal and Krizek, 1992). Οι μακροπόροι είναι τα κενά όπου το αιώρημα του λεπτόκοκκου τσιμέντου δεν μπορεί να διεισδύσει ή, όπου συγκεντρώνεται το νερό εξίδρωσης. Οι μικροπόροι αναπτύσσονται στη δομή των προϊόντων ενυδάτωσης του τσιμέντου. Έχει προσδιοριστεί με μικροσκοπικές παρατηρήσεις, ότι για αιωρήματα λεπτόκοκκου τσιμέντου με λόγους Ν/Τ 1:1, 2:1 και 3:1, ένα ποσοστό περίπου ίσο με 2%, 15% και 35%, αντίστοιχα, του αρχικού όγκου κενών της άμμου είναι γεμάτο με νερό εξίδρωσης μετά από τον εμποτισμό (Helal and Krizek, 1992). Οι μικροσκοπικές παρατηρήσεις έδειξαν ακόμη, ότι το μέγεθος των μικροπόρων είναι συνάρτηση του λόγου Ν/Τ των αιωρημάτων και ότι είναι γενικά μικρότεροι από 5μm για αιώρημα 1:1, από 5μm ως 20μm για αιώρημα 2:1 και από 5μm ως 30μm για αιώρημα 3:1. Γενικά η διαπερατότητα του εμποτισμένου εδάφους μειώνεται λόγω της μείωσης τόσο του όγκου των κενών όσο και της διασύνδεσης των κενών του εδάφους που προκαλείται από το ένεμα (Helal and Krizek,1992). Σύμφωνα με αυτές τις πληροφορίες, υπάρχει σημαντική διαφορά μεταξύ της συμπεριφοράς των ευσταθών και των ασταθών αιωρημάτων μέσα στα κενά του εδάφους. Τα ευσταθή αιωρήματα συμπεριφέρονται καλύτερα από τα ασταθή ως προς τη μείωση της διαπερατότητας του εμποτισμένου εδάφους, επειδή λόγω της αμελητέας εξίδρωσής τους,

152 122 (α) Πριν από τον εμποτισμό (β) Αμέσως μετά τον εμποτισμό (γ) Έπειτα από την καθίζηση Σχήμα 4.6: Σχηματική παρουσίαση της εμποτισμένης άμμου (#20-#30 Ottawa) με αιώρημα λεπτόκοκκου τσιμέντου (Helal and Krizek, 1992) περιορίζουν σημαντικά ή ακόμα και απαγορεύουν την παρουσία μακροπόρων μέσα στο εμποτισμένο έδαφος. Άρα, η διαπερατότητα του εμποτισμένου εδάφους εξαρτάται κυρίως από το μέγεθος και τη διασύνδεση των μικροπόρων που εμφανίζονται τα προϊόντα ενυδάτωσης των στερεών του αιωρήματος. Το μέγεθος των μικροπόρων είναι πολύ μικρό και έτσι η βελτίωση της διαπερατότητας είναι πολύ μεγάλη. Η διαφορά αυτή στη συμπεριφορά των αιωρημάτων έχει εντοπιστεί και πειραματικά από άλλους ερευνητές και έχει αποδειχθεί ότι, για την ίδια περιεκτικότητα σε τσιμέντο τα ευσταθή αιωρήματα αποφέρουν στο εμποτισμένο έδαφος σημαντικά μικρότερη διαπερατότητα σε σχέση με τα ασταθή αιωρήματα (De Paoli et al., 1992b). Επομένως, αν θεωρηθεί ότι το τελικό ποσοστό της εξίδρωσης του αιωρήματος είναι καθοριστικός δείκτης του ποσοστού πλήρωσης των κενών του εδάφους, τότε μπορεί να ερμηνευτεί η επίδραση του λόγου νερού προς τσιμέντο που παρατηρήθηκε στο πλαίσιο αυτής της διερεύνησης. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των δοκιμών εξίδρωσης που παρουσιάστηκαν στο Κεφάλαιο 3 και συνοψίστηκαν στον Πίνακα 4.1, το τελικό ποσοστό εξίδρωσης για αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 με λόγο Ν/Τ ίσο με 1:1 είναι σχεδόν μηδενικό (0.38%), ενώ αυξάνεται στο 9.07% για λόγο Ν/Τ ίσο προς 1.25:1 και ισούται με 14.60%, 18% και 30.20% για λόγους Ν/Τ ίσους προς 2:1, 2.5:1 και 3:1, αντίστοιχα. Δεδομένου ότι παρατηρείται αύξηση του ποσοστού εξίδρωσης με την αύξηση του λόγου Ν/Τ, θεωρείται βέβαιο ότι και το μέγεθος των μακροπόρων της εμποτισμένης άμμου αυξάνεται όσο αυξάνεται ο λόγος Ν/Τ. Κατά συνέπεια οι εμποτισμένες άμμοι με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 με λόγο Ν/Τ ίσο προς 1:1 έχουν σημαντικά μικρότερο μέγεθος κενών ανάμεσα στους κόκκους τους σε σχέση με τα κενά που απομένουν μετά από τον εμποτισμό τους με αραιό αιώρημα λόγου Ν/Τ κυμαινόμενο από 2:1 έως και 3:1 πράγμα που δικαιολογεί τη σημαντικά χαμηλότερη διαπερατότητα που εμφανίζουν τα πυκνά αιωρήματα σε αντιπαράθεση με τα αραιά αιωρήματα τσιμέντου. Στο Σχήμα 4.7 φαίνεται ο βαθμός τσιμέντωσης της εμποτισμένης, με αιώρημα τσιμέντου Rheocem 650,άμμου #20-#30 Ottawa, για τους διάφορους λόγους Ν/Τ. Ο λόγος

153 123 Ν/Τ=1:1 Ν/Τ=1.25:1 Ν/Τ=2:1 Ν/Τ=2.5:1 Ν/Τ=3:1 Σχήμα 4.7: Πλήρωση των κενών άμμου #20-#30 Ottawa με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650

154 που επιλέχθηκε η συγκεκριμένη άμμος είναι γιατί, μέσω του ανοιχτού χρώματός της και της στρογγυλότητας των κόκκων της γίνεται πιο ευδιάκριτη η εναπόθεση του ενέματος. Οι διαφορές του μεγέθους των μακροπόρων στην εμποτισμένη Ottawa γίνονται ιδιαίτερα αισθητές κατόπιν σύγκρισης της δομής της για τους δύο ακραίους λόγους Ν/Τ ( λόγοι Ν/Τ 1:1 και 3:1). Στις εδαφικές τομές του Σχήματος 4.7 μπορούμε να διακρίνουμε τους διαύλους ροής του ενέματος αλλά και την προσκόλληση των κόκκων του τσιμέντου πάνω στις επιφάνειες των κόκκων της άμμου, καθώς και την εναπόθεσή τους γύρω από τα σημεία επαφής των εδαφικών κόκκων. Πιο αναλυτικά, στο Σχήμα 4.7 οι κόκκοι της άμμου έχουν ένα κίτρινο με γκρίζο χρωματισμό και εμφανίζουν ένα σχεδόν ομοιόμορφο, στρογγυλό σχήμα, ενώ με άσπρο χρώμα παρουσιάζεται γύρω από τους κόκκους της άμμους και στα σημεία επαφής τους το ένεμα τσιμέντου. Στις δύο πιο πυκνές καταστάσεις του αιωρήματος ( λόγος Ν/Τ ίσος με 1:1 και 1.25:1), οι κόκκοι δείχνουν να εμφανίζουν εξαιρετική συνοχή με το αιώρημα, αφού παρατηρείται πυκνή δομή και συνεπώς, καλή διασύνδεση του ενέματος τσιμέντου με τους κόκκους της άμμου. Από την άλλη πλευρά, στα πιο αραιά αιωρήματα τσιμέντου ( λόγος Ν/Τ ίσος προς 2:1, 2.5:1 και 3:1) η τομή του δοκιμίου γίνεται πιο ανάγλυφη και οι κόκκοι δείχνουν να διαχωρίζονται από το ένεμα. Μάλιστα διαπιστώνονται κάποιες ασυνέχειεςμικρορωγμές στην εδαφική μάζα, που έχουν δημιουργηθεί λόγω της μικρής ποσότητας τσιμέντου και την πλήρωση των εδαφικών κενών με το νερό της εξίδρωσης. Ενδεικτικά, στο Σχήμα 4.7 έχουν σημειωθεί με κόκκινο συμβολισμό κάποιες τέτοιες περιπτώσεις. Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι, κατά το στάδιο της προετοιμασίας των εδαφικών αυτών τομών, τα ασθενή δοκίμια που είχαν εμποτιστεί με τα αραιά αιωρήματα τσιμέντου (Ν/Τ από 2:1 έως και 3:1) θρυμματίζονταν πολύ εύκολα, μόνο με τη χρήση ενός λεπτού γυαλόχαρτου,σε αντίθεση με τα ισχυρά όπου χρειάστηκε μέχρι και η χρήση τροχού για τον κατακόρυφο τεμαχισμό τους. Σημειώνεται εδώ ότι οι εδαφικές τομές που παρουσιάζονται σε μεγέθυνση στο Σχήμα 4.7 αλλά και σε ακόλουθο σχήμα ( Σχήμα 4.9) έχουν δημιουργηθεί έπειτα από την καθύψος λείανση μέρους της επιφάνειας των κυλινδρικών δοκιμίων που είχαν ήδη εξεταστεί σε δοκιμή διαπερατότητας ή/και σε δοκιμή ανεμπόδιστης θλίψης και διατηρούσαν ακόμα την ακεραιότητά τους. Στη συνέχεια, τα δοκίμια αυτά τοποθετούνταν κάτω από ένα μεγεθυντικό φακό που βρισκόταν στερεωμένος σε συγκεκριμένο ύψος πάνω από αυτά και με τη βοήθεια μιας επαγγελματικής ψηφιακής μηχανής, που εστίαζε ακριβώς από πάνω από το μεγεθυντικό φακό, τραβήχθηκαν κοντινές φωτογραφίες των δοκιμίων αυτών. Όλες αυτές οι φωτογραφίες ελήφθησαν από την ίδια απόσταση και είχαν τον ίδιο βαθμό μεγέθυνσης, ο οποίος δηλώθηκε με την εισαγωγή μιας κλίμακας, έπειτα από την επεξεργασία τους σε ειδικό πρόγραμμα του ηλεκτρονικού υπολογιστή (πρόγραμμα Photoshop). Εφόσον το τελικό ποσοστό εξίδρωσης αποτελεί ικανοποιητικό δείκτη του ποσοστού πλήρωσης των κενών των άμμων με τα προϊόντα της ενυδάτωσης του τσιμέντου των αιωρημάτων, τότε αυτό θα πρέπει να συσχετίζεται με την τιμή του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων δοκιμίων. Η συσχέτιση αυτή φαίνεται στο Σχήμα 4.8, όπου παρατηρείται ότι η μεταβολή του τελικού ποσοστού εξίδρωσης από το 15% στο 30% δίνει συντελεστές διαπερατότητας της ίδιας περίπου τάξης μεγέθους (10-3 με 10-4 cm/sec) και 124

155 125 (α) (β) Σχήμα 4.8: Συσχέτιση (α) του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων και (β) μεταβολή της βελτίωσης της διαπερατότητας των άμμων με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης (αιωρήματα Rheocem 650)

156 126 επιφέρει με τη διαδικασία του εμποτισμού μείωση στη διαπερατότητα των καθαρών άμμων κατά 2 με 3 τάξεις μεγέθους. Από την άλλη πλευρά τελικές εξιδρώσεις ενεμάτων κυμαινόμενες από 0% έως περίπου 10% είναι ικανές να προκαλέσουν μείωση κατά 6 με 7 τάξεις μεγέθους στη διαπερατότητα των καθαρών άμμων, δίνοντας συντελεστές διαπερατότητας στο διάστημα των 10-8 με 10-7 cm/sec. Δυστυχώς όμως, λόγω έλλειψης δεδομένων, δεν είναι δυνατό να αντλήσουμε πληροφορίες για τον τρόπο μεταβολής του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με τελικό ποσοστό εξιδρώσεων των αιωρημάτων στο εύρος του 10% με 15% (διακεκομμένη κόκκινη γραμμή στο Σχήμα 4.8). Εντούτοις πιστοποιείται από το Σχήμα 4.8 ότι η χρήση ευσταθών αιωρημάτων (ποσοστό πλήρωσης κενών περίπου 100%) έχει ως αποτέλεσμα τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων που είναι τέσσερις έως και πέντε τάξεις μεγέθους μικρότερες από την περίπτωση εμποτισμών με ασταθή- αραιά αιωρήματα. Σε ανάλογα συμπεράσματα είχε καταλήξει και ο Πανταζόπουλος (2009). Ωστόσο, από την παρούσα έρευνα απορρέει η πολύ ενδιαφέρουσα παρατήρηση ότι, η αστάθεια (τελικό ποσοστό εξίδρωσης μεγαλύτερο από το 5%) των ενεμάτων με λεπτόκοκκα τσιμέντα δεν αποτελεί αναγκαία συνθήκη για την απόδοση υψηλών συντελεστών διαπερατότητας στις εμποτισμένες άμμους. Αυτό προκύπτει από το γεγονός ότι, εμποτισμένη άμμος με ασταθές αιώρημα ( τελικό ποσοστό εξίδρωσης 9.07% και λόγος Ν/Τ=1.25:1) προσέδωσε συντελεστή διαπερατότητας μόλις μίας τάξεως μεγέθους μεγαλύτερη απ ότι το ευσταθές αιώρημα τσιμέντου (λόγος Ν/Τ=1:1). Έτσι αποδεικνύεται περίτρανα για μία ακόμη φορά, η σημαντικότητα της ποσότητας του τσιμέντου και εν γένει του λόγου Ν/Τ στην επίδραση των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων. Προηγούμενες παρατηρήσεις σχετικά με την επίδραση της κοκκομετρίας της άμμου στις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας ενισχύονται από τις πληροφορίες που συλλέγονται από το Σχήμα 4.8. Παρακάτω μάλιστα παρουσιάζονται σε μεγέθυνση για τις ασβεστολιθικές άμμους των διαφόρων κοκκομετριών στοιχεία της εδαφικής δομής τους έπειτα από τον εμποτισμό τους και την καθίζηση του αιωρήματος. Για τη καλύτερη προβολή της επιρροής του λόγου Ν/Τ των αιωρημάτων στον τρόπο πλήρωσης των κενών των διαφόρων άμμων, επιλέχθηκε η παρουσίαση των δύο ακραίων τιμών του λόγου Ν/Τ ανά κοκκομετρία άμμου ( λόγοι Ν/Τ ίσοι με 1:1 και 3:1, με εξαίρεση την #30-#50 άμμο, όπου δεν κατέστη δυνατός ο εμποτισμός της για λόγο αιωρήματος Ν/Τ ίσο προς 1:1 κι έτσι το κενό συμπληρώθηκε από τον αμέσως μικρότερο λόγο Ν/Τ). Από τις εικόνες αυτές (Σχήμα 4.9) φαίνεται ότι, όσο πιο λεπτή είναι μία άμμος τόσο μεγαλύτερη ειδική επιφάνεια εμφανίζει κι έχει περισσότερα σημεία επαφής κόκκου προς κόκκο ανά μονάδα όγκου και συνεπώς κατακρατά μεγαλύτερο όγκο κόκκων τσιμέντου, δίνοντας τελικά αρκετά χαμηλότερες τιμές συντελεστή διαπερατότητας. Ακόμα στην περίπτωση των εμποτισμένων άμμων με αιώρημα τσιμένου λόγου Ν/Τ ίσου προς 1:1 παράγεται ένα πυκνό δίκτυο εμποτισμένων πόρων και δημιουργείται μια ομοιόμορφη, λεία επιφάνεια που θυμίζει «μωσαϊκό» (έντονη η παρουσία του ενέματος τσιμέντου άσπρο χρώμα ανάμεσα και επάνω στους εδαφικούς κόκκους μαύρου ή καφετί χρώματος). Αντίθετα στις εμποτισμένες άμμους με αραιό αιώρημα τσιμέντου ( Ν/Τ =3:1) παρατηρούνται

157 127 άμμος #14-#20 και Ν/Τ=1:1 άμμος #14-#20 και Ν/Τ=3:1 άμμος #20-#30 και Ν/Τ=1:1 άμμος #20-#30 και Ν/Τ=3:1 άμμος #30--#50 και Ν/Τ=1.25:1 άμμος #30-#50 και Ν/Τ=3:1 Σχήμα 4.9: Πλήρωση των κενών ασβεστολιθικών άμμων με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650

158 128 ασυνέχειες- κενά (υποδεικνύονται επιλεκτικά μερικά τέτοια περιστατικά με κόκκινα σημαδάκια στο Σχήμα 4.9), τα οποία λόγω της μικρής ποσότητας τσιμέντου έχουν καταληφθεί από το νερό της εξίδρωσης. Απ όλα όσα αναφέρθηκαν παραπάνω, γίνεται σαφής η επιρροή της τιμής του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων από το ποσοστό πλήρωσης των κενών τους (συνάρτηση του τελικού ποσοστού εξίδρωσης) που με τη σειρά του εξαρτάται από το λόγο Ν/Τ του αιωρήματος. Επίσης όσα ειπώθηκαν σχετικά με την επίδραση της κοκκομετρίας της άμμου και του λόγου Ν/Τ του αιωρήματος τσιμέντου στη διαπερατότητα της εμποτισμένης άμμου έρχονται σε συμφωνία με αντίστοιχα αποτελέσματα παλαιότερων ερευνών, που έχουν ήδη σχολιασθεί στο κεφάλαιο της βιβλιογραφικής ανασκόπησης (Krizek and Helal, 1992, Akbulut and Saglamer, 2002, Mollamahmutoglu,2003, Πανταζόπουλος, 2009, Mollamahmutoglu and Yilmaz, 2010, Δρουδάκης κ.ά., 2010) Εμποτισμοί με αιωρήματα κοινών τσιμέντων Στο Σχήμα 4.10 δίνεται η συσχέτιση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα κοινών τσιμέντων με το λόγο νερού προς τσιμέντο, Ν/Τ, καθώς και ο τρόπος μεταβολής της βελτίωσης της διαπερατότητας των άμμων αυτών με το λόγο Ν/Τ. Έτσι, από την παρατήρηση του Σχήματος 4.10α διαπιστώνεται αύξηση των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας με την αύξηση του λόγου Ν/Τ. Συγκεκριμένα, οι εμποτισμένες άμμοι με αιωρήματα λεπόκοκκου τσιμέντου ΙΙ32.5 εμφανίζουν για λόγους Ν/Τ ίσους προς 0.6:1 και 0.8:1 συντελεστή διαπερατότητας της τάξεως του 10-8 cm/sec, και 7 με 8 τάξεις μεγέθους μικρότερη διαπερατότητα απ αυτή της καθαρής άμμου. Για αύξηση του λόγου Ν/Τ κατά 25% (μεταβολή του λόγου Ν/Τ από 0.8:1 σε 1:1), οι τιμές αυτές φαίνεται να μειώνονται κατά μία τάξη μεγέθους, τα εμποτισμένα όμως δοκίμια εξακολουθούν να θεωρούνται αδιαπέρατα, εφόσον εμφανίζουν συντελεστή διαπερατότητας μικρότερο ή ίσο του 10-7 cm/sec (Πίνακας 4.1). Παρόμοια συμπεριφορά παρατηρείται και για τις άμμους που έχουν εμποτιστεί στους ίδιους λόγους Ν/Τ με αιωρήματα τσιμέντου I 42.5, της ίδιας κοκκομετρίας (d max =40 μm), γεγονός που μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι ο τύπος του τσιμέντου δεν επηρεάζει σημαντικά ή με κάποιο συστηματικό τρόπο τις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων. Το ίδιο ακριβώς είχε συμπεράνει και ο Πανταζόπουλος (2009). Μια σύγκριση των τιμών της διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα τσιμέντου Ι 42.5, αλλά διαφορετικής κοκκομετρίας ( d max ίσο με 40 και 100 μm), δεν μπορεί να μας αποδώσει αξιόπιστα συμπεράσματα, αφού ο αριθμός των δοκιμών της παρούσας έρευνας δε θεωρείται επαρκής. Παρόλα αυτά βάσει των υπαρχόντων δεδομένων, θα μπορούσαμε να πούμε ότι για την περίπτωση των αραιών αιωρημάτων ( Ν/Τ=2:1) η μετάβαση του μέγιστου μεγέθους κόκκων του αιωρήματος, d max, από 100 μm σε 40 μm συνοδεύεται από μείωση της τιμής του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων κατά περίπου μισή τάξη μεγέθους. Στην ίδια παρατήρηση προέβη και ο Πανταζόπουλος (2009).

159 129 (α) (β) Σχήμα 4.10: Συσχέτιση (α) του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων και (β) της βελτίωσης της διαπερατότητας των άμμων με το λόγο Ν/Τ (αιωρήματα κοινών τσιμέντων)

160 130 Από την άλλη, το πυκνό αιώρημα ( λόγος Ν/Τ =1:1 ) του τσιμέντου I42.5 με μέγιστο μέγεθος κόκκων d max =100 μm απέδωσε στην παρούσα έρευνα τιμή συντελεστή διαπερατότητας μισή τάξης μεγέθους μικρότερο σε σχέση με το αντίστοιχο αιώρημα τσιμέντου με μέγιστο μέγεθος κόκκων d max =40 μm, και κατάφερε να μειώσει το συντελεστή διαπερατότητας της καθαρής άμμου κατά 7 τάξεις μεγέθους κατά μία τάξη δηλαδή υψηλότερα απ ότι μπόρεσε το αιώρημα τσιμέντου I42.5 με μέγιστο μέγεθος κόκκων d max =40 μm. Η τελευταία παρατήρηση δε συμβαδίζει με τα συμπεράσματα που απορρέουν από τα αποτελέσματα της έρευνας του Πανταζόπουλου (2009). Η επίδραση λοιπόν της κοκκομετρίας του τσιμέντου στις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων είναι υπαρκτή, εντούτοις, δεν παύει να είναι σημαντικά μικρότερη από την επίδραση του λόγου Ν/Τ. Συγκεκριμένα, οι άμμοι οι εμποτισμένες με τα πολύ πυκνά αιωρήματα (λόγοι Ν/Τ ίσοι προς 0.6:1, 0.8:1 και 1:1) κοινών τσιμέντων εμφάνισαν μέσο συντελεστή διαπερατότητας που κυμαίνεται από 2.1*10-8 έως 1.2*10-7 cm/sec και προκάλεσαν μείωση του συντελεστή διαπερατότητας των καθαρών άμμων κατά 6 με 8 ( κατά μέσο όρο 7) τάξεις μεγέθους, ενώ εμποτισμοί με αιωρήματα που είχαν λόγο Ν/Τ ίσο προς 2:1 (αραιά αιωρήματα) έδωσαν τιμές του συντελεστή διαπερατότητας της τάξεως των 5.6*10-5 με 7.2*10-4 cm/sec και μείωσαν το συντελεστή διαπερατότητας των καθαρών άμμων κατά 3 έως 4 τάξεις μεγέθους. Μία ακόμα παράμετρος που επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό το συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων είναι το ποσοστό πλήρωσης των κενών τους, που με τη σειρά του εξαρτάται συνδυασμένα από το λόγο Ν/Τ του αιωρήματος και την κοκκομετρία του τσιμέντου. Ικανοποιητικό δείκτη του ποσοστού πλήρωσης των κενών των άμμων με τα προϊόντα ενυδάτωσης του τσιμέντου των αιωρημάτων αποτελεί το τελικό ποσοστό εξίδρωσης, το οποίο στο Σχήμα 4.11α συσχετίζεται με την τιμή του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων. Από το Σχήμα 4.11, παρατηρούμε ότι σχεδόν ευσταθή αιωρήματα ( τελικό ποσοστό εξίδρωσης ίσο με 5.71% και 10.96%) παρουσιάζουν συντελεστή διαπερατότητας της τάξης του 10-8 με 10-7 cm/sec και προκαλούν μείωση της διαπερατότητας της καθαρής άμμου κατά 7 με 8 τάξεις μεγέθους. Αντίθετα, τα ασταθή αιωρήματα με τα μεγαλύτερα ποσοστά εξίδρωσης ( τελικό ποσοστό εξίδρωσης στο διάστημα των 50% με 60%), που αντιστοιχούν σε λόγους Ν/Τ ίσους προς 2:1 ( τα πιο αραιά δηλαδή αιωρήματα) δίνουν κατά 4 με 5 τάξεις μεγέθους υψηλότερους συντελεστές διαπερατότητας απ εκείνους των άμμων που έχουν εμποτιστεί με ευσταθή αιωρήματα. Ωστόσο, ασταθή αιωρήματα με τελικά ποσοστά εξίδρωσης κυμαινόμενα ανάμεσα στο 10% με 30%, που αντιστοιχούν σε πυκνά αιωρήματα με λόγους από 0.8:1 έως 1:1, αποδίδουν συντελεστή διαπερατότητας ίσης τάξης ή και λίγο μικρότερης (διαφορά μίας τάξης το πολύ) σε σχέση με τα ευσταθή αιωρήματα και επιφερούν μείωση του συντελεστή διαπερατότητας των καθαρών άμμων κατά 6 με 7 περίπου τάξεις μεγέθους, μόλις μίας δηλαδή λιγότερης τάξης μεγέθους απ αυτή που δίνουν τα ευσταθή αιωρήματα.

161 131 (α) (β) Σχήμα 4.11: Συσχέτιση (α) του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων και (β) της βελτίωσης της διαπερατότητας των άμμων με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης (αιωρήματα κοινών τσιμέντων)

162 132 Οπότε, μπορεί η ευστάθεια ενός αιωρήματος να αποτελεί αξιόπιστο δείκτη του ποσοστού πλήρωσης των κενών, δε συμβαίνει όμως το ίδιο με την περίπτωση των ασταθών αιωρημάτων, αφού παρατηρούμε ασταθή αιωρήματα με πολύ χαμηλές διαπερατότητας και άρα ποσοστό πλήρωσης των κόκκων πολύ μεγαλύτερο του 50% και αρκετά κοντά στο 100%. Τα ασταθή αυτά αιωρήματα όμως, είναι πυκνά αιωρήματα με λόγους Ν/Τ λίγο μεγαλύτερους (κατά 33% για Ν/Τ=0.8:1 και κατά 67% για λόγο Ν/Τ=1:1) από αυτό των ευσταθών (Ν/Τ=0.6:1), γεγονός που αποδεικνύει ότι η ποσότητα του τσιμέντου στο αιώρημα, η οποία καθορίζεται από το λόγο Ν/Τ, υπερτερεί, ως παράμετρος επιρροής του συντελεστή διαπερατότητας, του τελικού ποσοστού εξίδρωσης. 4.2 ΣΥΝΘΕΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Στην ενότητα αυτή παρουσιάζεται, αρχικά, ο τρόπος μεταβολής των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων ως συνάρτηση του λόγου νερού προς τσιμέντο και του τελικού ποσοστού εξίδρωσης, για το σύνολο των κατηγοριών των δοκιμίων που εξετάστηκαν στο πλαίσιο της διατριβής αυτής. Με άλλα λόγια, δίνονται στο ίδιο σχήμα οι τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα Rheocem 650 ( d max = 40 μm) καθώς και με αιωρήματα των κοινών ελληνικών τσιμέντων ( d max = 40 μm και d max = 100 μm) που χρησιμοποιήθηκαν. Αυτό γίνεται με σκοπό τη σύγκριση της υδραυλικής συμπεριφοράς που προσδίδουν με τη διαδικασία του εμποτισμού οι δύο διαφορετικοί τύποι τσιμέντου, το ταχύπηκτο Rheocem 650 και το κοινό τσιμέντο Portland I42.5 της ίδιας κοκκομετρίας (d max = 40 μm). Παράλληλα, γίνεται μία εκτίμηση του τρόπου επίδρασης της σύστασης του τσιμέντου (σύγκριση μεταξύ καθαρών τσιμέντων Portland και μεικτών της ίδιας κοκκομετρίας) στις τιμές αυτές. Ακολούθως, το σύνολο των αποτελεσμάτων της παρούσας διατριβής σε συνδυασμό με τα αντίστοιχα αποτελέσματα της διατριβής του Πανταζόπουλου (2009) συσχετίζονται με το λόγο Ν/Τ και το τελικό ποσοστό εξίδρωσης για τους εξής λόγους: (α) αξιολόγηση της ορθότητας-αξιοπιστίας των αποτελεσμάτων της παρούσας έρευνας (εύρεση συνάφειας μεταξύ των δύο ερευνών), (β) σύγκριση της επιρροής στη διαπερατότητα των εμποτισμένων άμμων που επιφέρουν τα λεπτόκοκκα λειοτριβημένα τσιμέντα που χρησιμοποιήθηκαν στην έρευνα του Πανταζόπουλου (d max = 10μm και d max =20μm) με αυτή των κοινών χονδρόκοκκων τσιμέντων του ίδιου τύπου της παρούσας έρευνας (d max =40μm και d max =100 μm), (γ) εύρεση του τρόπου μεταβολής των τιμών της διαπερατότητας των διαφόρων εμποτισμένων άμμων με το λόγο Ν/Τ και το τελικό ποσοστό εξίδρωσης και (δ) εξέταση της επίδρασης του τύπου του τσιμέντου ( Portland και ποζολανικών) στις τιμές αυτές. Η έρευνα του Πανταζόπουλου (2009) επιλέχθηκε ως μέτρο σύγκρισης και αξιολόγησης των αποτελεσμάτων της διατριβής αυτής, εφόσον τα δοκίμια των δύο ερευνών έχουν παραχθεί με τον ίδιο τρόπο και έχει γίνει χρήση του ίδιου τύπου τσιμέντων (τσιμέντα CEMI και CEMII). Βέβαια, τυχούσες διαφοροποιήσεις που συναντάμε στις δύο διατριβές μπορεί να έχουν σχέση με την κοκκομετρία των άμμων που εμποτίστηκαν, το βαθμό συμπύκνωσής

163 133 τους (διαφορετική σχετική πυκνότητα, Dr) ή και τον τρόπο διεξαγωγής των δοκιμών μέτρησης του συντελεστή διαπερατότητας (διαφορετική υδραυλική κλίση, i και ενεργός πλευρική τάση, σ 3). Όλες αυτές οι παράμετροι όμως δεν επηρεάζουν σε σημαντικό βαθμό τη διαπερατότητα των εμποτισμένων άμμων και συνεπώς θα αγνοηθούν. Στα Σχήματα 4.12 και 4.13 φαίνεται η συσχέτιση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων και η βελτίωση της διαπερατότητας των άμμων αυτών σε σχέση με το λόγο Ν/Τ και το τελικό ποσοστό εξίδρωσης, αντίστοιχα, για όλα τα αιωρήματα τσιμέντου που χρησιμοποιήθηκαν κατά τους εμποτισμούς της διατριβής αυτής. Από την παρατήρηση των Σχημάτων αυτών καταλήγουμε στα ακόλουθα σχόλια: 1. Για τις άμμους που έχουν εμποτιστεί με αραιά αιωρήματα τσιμέντου ( λόγοι Ν/Τ ίσοι προς 2:1 και 3:1) δε φαίνεται να επηρεάζει ιδιαίτερα ο τύπος του τσιμέντου τις τιμές του συντελεστή διαπερατότητάς τους. Γενικά όλες οι τιμές κινούνται στο διάστημα των 10-4 με 10-3 cm/sec, με μία μόνο τιμή να ξεφεύγει από αυτές των άλλων τσιμέντων, κατά μισή μόνο τάξη μεγέθους (αιώρημα τσιμέντου Ι42.5-d max =40 μm). Συνεπώς, ο εμποτισμός των άμμων με τα εν λόγω αιωρήματα τσιμέντων επιφέρει μείωση του συντελεστή διαπερατότητας των εκάστοτε καθαρών άμμων κατά 2 έως 4 (μέσος όρος 3) τάξεις μεγέθους. 2. Οι τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με πυκνά αιωρήματα τσιμέντου (λόγοι Ν/Τ ίσοι προς 0.6:1 έως και 1.25:1) φαίνεται να συσπειρώνονται και αυτές σε διάστημα εύρους μίας τάξης μεγέθους ( από 2*10-8 σε 2*10-7 cm/sec) και προκαλούν μείωση των αντίστοιχων τιμών των καθαρών άμμων κατά 8 με 6 ( κατά μέσο όρο 7) τάξεις μεγέθους. Έτσι οι μετρήσεις μας διαχωρίζονται σε δύο ομάδεςοικογένειες, αυτή των πυκνών αιωρημάτων και αυτή των αραιών, γεγονός που υποδηλώνει την πολύ μεγάλη επίδραση του λόγου Ν/Τ στις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων, που επισκιάζει σε σπουδαιότητα παραμέτρους όπως είναι ο τύπος του τσιμέντου, η κοκκομετρία του τσιμέντου και η κοκκκομετρία της άμμου. 3. Άμμοι εμποτισμένες με αιωρήματα κοινών τσιμέντων και λόγο Ν/Τ ίσο με 1:1 παρατηρούμε ότι αποδίδουν τιμές του συντελεστή διαπερατότητας κατά μία τάξη μεγέθους μεγαλύτερες απ αυτές που εμφανίζουν για τον ίδιο λόγο Ν/Τ αιωρήματα του τσιμέντου Rheocem 650 και όπως είναι αναμενόμενο, η υδατοστεγάνωση που επιφέρουν τα μεν από τα δε αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων στην καθαρή άμμο διαφέρει και αυτή κατά μία τάξη μεγέθους ( μία τάξη μεγέθους μικρότερη μείωση της τιμής του συντελεστή διαπερατότητας των καθαρών άμμων προκαλεί ο εμποτισμός τους με αιώρημα κοινού τσιμέντου σε σχέση με

164 134 (α) (β) Σχήμα 4.12: Συσχέτιση (α) του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων και (β) της βελτίωσης της διαπερατότητας των άμμων σε σχέση με το λόγο Ν/Τ ( όλα τα αιωρήματα )

165 135 (α) (β) Σχήμα 4.13: Συσχέτιση (α) του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων και (β) της βελτίωσης της διαπερατότητας των άμμων με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης (όλα τα αιωρήματα )

166 136 τον εμποτισμό τους με το ταχύπηκτο τσιμέντο του διεθνούς εμπορίου). Φαίνεται μάλιστα από το Σχήμα 4.12 ότι άμμοι εμποτισμένες με αιωρήματα κοινών τσιμέντων και λόγους Ν/Τ ίσους προς 0.6:1 και 0.8:1 ( μεγαλύτερη, δηλαδή, περιεκτικότητα σε τσιμέντο σε σχέση με την αντίστοιχη του λόγου Ν/Τ =1:1) παρουσιάζουν παρόμοια συμπεριφορά, παραπλήσιες δηλαδή τιμές του συντελεστή διαπερατότητας με εκείνες των εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 και λόγο Ν/Τ ίσο με 1:1. 4. Τα αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 έχουν πολύ μικρότερες εξιδρώσεις σε σχέση με τα αιωρήματα κοινών τσιμέντων ( Σχήμα 4.13), γεγονός που υποδηλώνει τη διαφορετική τους σύσταση. Συγκεκριμένα, τα πυκνά αιωρήματα του ταχύπηκτου τσιμέντου Rheocem 650 ( Ν/Τ ίσοι προς 1:1 και 1.25:1) εμφανίζουν τελικό ποσοστό εξίδρωσης στο διάστημα των 0% έως περίπου 10%, σε αντιπαράθεση με τα πυκνά αιωρήματα κοινών τσιμέντων ( Ν/Τ από 0.6:1 έως 1:1) που δίνουν τελικά ποσοστά εξίδρωσης με εύρος από 6% έως 30%. Τα αραιά αιωρήματα ( Ν/Τ ίσοι από 2:1 έως και 3:1) δίνουν τελικό ποσοστό εξίδρωσης που κυμαίνεται από 15% έως 30%, για το τσιμέντο Rheocem 650 και από 48% έως 58% περίπου, για τα κοινά τσιμέντα. 5. Όπως αναμενόταν, παρατηρείται αύξηση των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με την αύξηση των τελικών ποσοστών εξίδρωσης των αιωρημάτων, για όλους τους τύπους τσιμέντου. Παρά ταύτα, και στις δύο κατηγορίες τσιμέντων ( Rheocem 650 και τσιμέντων του ελληνικού εμπορίου) παρατηρούνται δύο περιοχές που παραμένουν απροσδιόριστες, λόγω έλλειψης δεδομένων. Οι περιοχές αυτές ορίζονται από τις τιμές του τελικού ποσοστού εξίδρωσης 0% έως 15%, για το Rheocem 650 και από 30% έως 50%,για τα κοινά τσιμέντα. 6. Οι άμμοι που έχουν εμποτιστεί με ευσταθή αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 ( σχεδόν μηδενικές εξιδρώσεις) και με σχεδόν ευσταθή αιωρήματα κοινών τσιμέντων ( τελικό ποσοστό εξίδρωσης λίγο πιο πάνω από το 5%), εμφανίζουν τις μικρότερες τιμές συντελεστή διαπερατότητας και προξενούν τη μεγαλύτερη μείωση στις αντίστοιχες τιμές των καθαρών άμμων ( μείωση κατά 7 με 8 τάξεις μεγέθους). Ωστόσο παρατηρούνται και για τις δύο κατηγορίες τσιμέντων ασταθή αιωρήματα που προσδίδουν με την εισπίεσή τους στο έδαφος την ίδια ή και λίγο μικρότερη ( μέχρι μία τάξη μεγέθους) στεγάνωση της καθαρής άμμου. Τα αιωρήματα αυτά χαρακτηρίζονται από πολύ μεγάλη περιεκτικότητα σε τσιμέντο (μικροί λόγοι Ν/Τ, 1 Ν/Τ<2), γεγονός που καθιστά το λόγο Ν/Τ ως τον πιο αντιπροσωπευτικό δείκτη της τσιμέντωσης των άμμων και κατά συνέπεια, την παράμετρο που επιφέρει τη μεγαλύτερη επίδραση στη διαπερατότητα των εμποτισμένων άμμων. Τα αποτελέσματα των δοκιμών διαπερατότητας του Πανταζόπουλου (2009) συνοψίζονται στον Πίνακα 2.3 του Κεφαλαίου της βιβλιογραφικής ανασκόπησης της παρούσας διατριβής. Από τη θεώρηση των τιμών του Πίνακα αυτού σε συνδυασμό με τις αντίστοιχες τιμές της παρούσας έρευνας, οι οποίες συγκεντρώνονται στον Πίνακα 4.1, μπορούμε να διαπιστώσουμε μια καλή σύγκλιση των τιμών των δύο ερευνών, η οποία γίνεται καλύτερα αντιληπτή μέσα από την παρατήρηση των Σχημάτων 4.14 και Έτσι, στο Σχήμα 4.14 παρουσιάζεται η συσχέτιση του λόγου Ν/Τ με το συντελεστή διαπερατότητας για το σύνολο των αποτελεσμάτων της διατριβής του Πανταζόπουλου (2009) και της διατριβής αυτής. Βάσει του Σχήματος αυτού παρατηρούμε ότι άμμοι εμποτισμένες με

167 137 αραιά αιωρήματα ( λόγοι Ν/Τ από 2:1 έως και 3:1), ανεξάρτητα από τον τύπο και την κοκκομετρία του τσιμέντου, δίνουν τιμές του συντελεστή διαπερατότητας στο διάστημα του 10-4 με 10-3 cm/sec, βελτιώνοντας την υδατοστεγανότητα της καθαρής άμμου κατά 2 με 4 (κατά μέσο όρο 3 ) τάξεις μεγέθους. Από την άλλη πλευρά, άμμοι εμποτισμένες με πυκνά αιωρήματα ( λόγοι Ν/Τ από 0.6:1 έως και 1:1) λειοτριβημένων τσιμέντων και μη, του ελληνικού εμπορίου, παρουσιάζουν συντελεστή διαπερατότητας της τάξης του 10-7 με 10-8 cm/sec και επιφέρουν μείωση της διαπερατότητας της καθαρής άμμου κατά 6 με 8 ( κατά μέσο όρο 7 ) τάξεις μεγέθους. Με ανάλογο τρόπο μεταβάλλονται και οι αντίστοιχες τιμές για το ταχύπηκτο τσιμέντο Rheocem 650. Έτσι γίνεται σαφές ότι ο τύπος του τσιμέντου δεν επηρεάζει σημαντικά το συντελεστή διαπερατότητας των άμμων. Ωστόσο σημειώνονται κάποιες μικροαποκλίσεις που δεν ξεπερνούν τη μισή τάξη μεγέθους, για την περίπτωση των εμποτισμένων άμμων με αραιά κυρίως ( λόγος Ν/Τ =3:1) λεπτόκοκκα τσιμέντα (d max =10 μm και d max =20 μm) τύπου IV 32.5 σε σχέση με τις αντίστοιχες τιμές των άμμων που έχουν εμποτιστεί με τσιμέντα διαφορετικού τύπου και κοκκομετρίας. Οι διαφορές αυτές αποδίδονται στη σύσταση του τσιμέντου IV32.5, που λόγω της μεγάλης του περιεκτικότητας σε ποζολάνες κατά την ενυδάτωσή τους (ποζολανική αντίδραση), αντιδρούν με αρκετά αργό ρυθμό, ώστε να σχηματίσουν τα προϊόντα της πλήρωσης των κενών των εδαφικών κόκκων (προϊόντα ενυδάτωσης). Έτσι οι διαπερατότητες των εμποτισμένων άμμων με αυτού του τύπου τα αιωρήματα εμφανίζονται λίγο πιο αυξημένες από τις υπόλοιπες των άμμων που έχουν εμποτιστεί με τσιμέντα με μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε κλίνκερ. Αυτή η διαφορετικότητα στη σύσταση των τσιμέντων γίνεται πιο εμφανής στο Σχήμα 4.15, όπου οι συντελεστές διαπερατότητας των άμμων μεταβάλλονται με το δείκτη πλήρωσης των κενών των πόρων, το τελικό ποσοστό εξίδρωσης, ο οποίος αποτελεί συνδυασμό τριών παραμέτρων : του λόγου Ν/Τ του αιωρήματος, του τύπου και της της κοκκομετρίας του τσιμέντου. Διαπιστώνουμε λοιπόν, κατόπιν παρατήρησης του Σχήματος 4.15, ότι το ταχύπηκτο τσιμέντο Rheocem 650 δίνει εμφανώς μικρότερες εξιδρώσεις από τα αντίστοιχα ελληνικά τσιμέντα CEM (I,II και IV). Συγκεκριμένα, για το τσιμέντο Rheocem 650 το τελικό ποσοστό εξίδρωσης των αιωρημάτων του κυμαίνεται από 0% έως 30%, ενώ για τα τσιμέντα του ελληνικού εμπορίου το εύρος των τιμών αυτών διπλασιάζεται ( τελικά ποσοστά εξίδρωσης αιωρημάτων από 5.7% έως 67%). Εντούτοις, οι τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με τα τσιμέντα του ελληνικού εμπορίου κατανέμονται πιο ομοιόμορφα σε σχέση με τις αντίστοιχες του ταχείας πήξεως τσιμέντου. Αναλυτικότερα, για τα πυκνά αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 ( λόγοι Ν/Τ ίσοι προς 1:1 και 1.25:1) το τελικό ποσοστό εξίδρωσης κυμαίνεται από περίπου 0% έως 10%, δίνοντας τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων της τάξης του 10-8 με 10-7 cm/sec και αποφέροντας μείωση της διαπερατότητας των καθαρών άμμων κατά 6 με 7 τάξεις μεγέθους. Για τα δε αραιά αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 ( λόγοι Ν/Τ ίσοι προς 2:1, 2.5:1 και 3:1) το τελικό ποσοστό εξίδρωσης μεταβάλλεται με την αύξηση του λόγου Ν/Τ από περίπου 15% σε 30%, δίνοντας τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων της τάξης του 10-4 με 10-3 cm/sec και μειώνοντας τη διαπερατότητα των καθαρών

168 138 (α) (β) Σχήμα 4.14: Σύνθεση αποτελεσμάτων : συσχέτιση του λόγου Ν/Τ με το συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων

169 139 (α) (β) Σχήμα 4.15: Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση του τελικού ποσοστού εξίδρωσης με το συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων

170 140 άμμων κατά 2 με 3 τάξεις μεγέθους. Παρόμοιες τιμές του συντελεστή διαπερατότητας και του λόγου βελτίωσης (μείωση) της διαπερατότητας των καθαρών άμμων εμφανίζουν και οι άμμοι που έχουν εμποτιστεί με τα τσιμέντα CEM (Ι, ΙΙ και IV), με μόνη διαφορά το τελικό ποσοστό εξίδρωσης των αιωρημάτων τους, το οποίο κυμαίνεται από 0 έως 29 % για τα πυκνά αιωρήματα ( λόγοι Ν/Τ από 0.6:1 έως 1:1) και από 35% έως 67% για τα αραιά ( λόγοι Ν/Τ από 2:1 έως 3:1). Ακόμα και στις δύο κατηγορίες τσιμέντου (ταχύπηκτο και μη) η μετάβαση από την πυκνή κατάσταση του αιωρήματος στην πιο αραιή συνοδεύεται από μείωση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων κατά 3 περίπου τάξεις μεγέθους. Από το ίδιο Σχήμα ( Σχήμα 4.15) μπορούμε να συμπεράνουμε ότι τσιμέντα λεπτότερης κοκκομετρίας ( d max = 10 μm και d max = 20 μm) παρουσιάζουν αρκετά μικρότερες εξιδρώσεις από τα πιο χονδρόκοκκα τσιμέντα (d max = 40 μm και d max = 100 μm), αλλά δίνουν παραπλήσιες τιμές συντελεστή διαπερατότητας εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα του ίδιου λόγου Ν/Τ. Σε ανάλογα συμπεράσματα είχαν καταλήξει και οι Δρουδάκης κ.ά. ( 2010). Συγκεκριμένα παρατήρησαν ότι η άμμος που εμποτίστηκε με τα αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων (d max = 20 μm και d max =10 μm) απέδωσε τιμές συντελεστή διαπερατότητας περίπου ίσες (4.6*10-5 cm/sec και 5.13*10-5 cm/sec, αντίστοιχα), ενώ η αντίστοιχη τιμή με το αιώρημα κοινού τσιμέντου ( d max = 100 μm) έφτασε τα 7*10-5 cm/sec. Παρομοίως η άμμος που εμποτίστηκε με αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων και με λόγο Ν/Τ ίσο με 3:1 απέδωσε τιμή συντελεστή διαπερατότητας περίπου ίση με 3.4*10-4 cm/sec, ενώ η αντίστοιχη τιμή με το αιώρημα κοινού τσιμέντου έφτασε στα 5.4*10-4 cm/sec. Αυτή η μικρή βελτίωση της διαπερατότητας ( μικρότερη και από μισή τάξη μεγέθους) που σημειώθηκε με τη χρήση των λεπτόκοκκων αιωρημάτων αποδόθηκε από τους συγγραφείς στο μειωμένο μέγεθος της εξίδρωσης που αυτά εμφανίζουν σε σχέση πάντα με τα αιωρήματα κοινού τσιμέντου. Στο σημείο αυτό αξίζει να σημειωθεί, ότι τα αιωρήματα των λεπτόκοκκων τσιμέντων που είχαν εμποτίσει τις διάφορες κοκκομετρίες της άμμου κατά την έρευνα του Πανταζόπουλου ( 2009) περιείχαν υπερρευστοποιητή σε ποσότητα 1.4 % κατά βάρους ξηρού τσιμέντου. Παρόλα αυτά, η παρουσία του υπερρευστοποιητή στη συγκεκριμένη δοσολογία δε φάνηκε να επηρεάζει ουσιωδώς το τελικό ποσοστό εξίδρωσης των αιωρημάτων σε σχέση με τα καθαρά αιωρήματα ( απουσία υπερρευστοποιητή). Ολοκληρώνοντας το σχολιασμό της επίδρασης των τσιμέντων διαφορετικών κοκκομετριών στις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων, δε θα πρέπει να παραλείψουμε τη σημαντικότερη διαφορά ανάμεσα στα χονδρόκοκκα και τα λεπτόκκοκα- λειοτριβημένα τσιμέντα, που δεν είναι άλλη από την ενεσιμότητά τους. Τα τσιμέντα λοιπόν με ονομαστικό μέγιστο μέγεθος κόκκων, d max, ίσο με 10 και 20 μm ( λεπτόκοκκα τσιμέντα) είναι ικανά να διαπεράσουν ακόμα και σε πολύ μικρούς λόγους Ν/Τ (πυκνά αιωρήματα με Ν/Τ μικρότερο ή ίσο με 1:1), τις πιο λεπτές άμμους ( άμμος #25-#50 από διατριβή Πανταζόπουλου, 2009), σε αντίθεση με τα πιο χονδρόκοκκα τσιμέντα ( d max ίσο με 40 και 100 μm ), που η ικανότητά τους αυτή περιορίζεται στις πιο χονδρόκοκκες άμμους ( κυρίως άμμοι κοκκομετρίας #10-#14 και #14-#25). Απ όσα αναφέρθηκαν μέχρι στιγμής μπορούμε να συμπεράνουμε τη σπουδαιότητα του λόγου Ν/Τ στην επίδραση της διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων, η παρουσία του οποίου υποσκελίζει παραμέτρους όπως είναι ο τύπος και η κοκκομετρία του τσιμέντου,

171 141 ακόμα και το τελικό ποσοστό εξίδρωσης. Το συμπέρασμα αυτό ενισχύεται και από τις παρατηρήσεις που προκύπτουν από το Σχήμα 4.16, στο οποίο δίνονται οι τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων των δύο ερευνών ως συνάρτηση της ενεργού διαμέτρου, d 10, της καθεμίας και ομαδοποιημένες ανάλογα με το αιώρημα του τσιμέντου που χρησιμοποιήθηκε (ευσταθές λεπτόκοκκο-d max = 10&20 μm ή μη, ευσταθές χονδρόκοκκο -d max = 40&100 μm ή μη) Αρχικά, παρατηρώντας το Σχήμα 4.16, διαπιστώνουμε ότι η κοκκομετρία της άμμου (μεταβολή της ενεργού διαμέτρου, d 10 ) δεν επηρεάζει ιδιαίτερα τις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων. Παρόμοιες παρατηρήσεις αναφέρονται στη βιβλιογραφία και από τους Δρουδάκης κ.ά. (2010), Aτματζίδης ( 1988) και Zebovitz et al. (1989), οι οποίοι διαπίστωσαν μείωση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με την αύξηση της λεπτότητας των άμμων, που δεν υπερέβαινε τη μισή με μία τάξη μεγέθους σε σχέση με το συντελεστή διαπερατότητας των χονδρότερων εμποτισμένων άμμων. Σχήμα 4.16: Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με την ενεργό τους διάμετρο

172 142 Επιπλέον, από το Σχήμα 4.16 συνάγουμε το συμπέρασμα ότι ευσταθή ή σχεδόν ευσταθή αιωρήματα (αιωρήματα με τελικό ποσοστό εξίδρωσης μικρότερο του 5%), αποδίδουν κατά τη διείσδυσή τους σε αμμώδη εδάφη τους πιο μικρούς συντελεστές διαπερατότητας. Έτσι η ευστάθεια των αιωρημάτων, η οποία επέρχεται για λόγους Ν/Τ συνήθως μικρότερους κι ενίοτε ίσους με το 1:1, θα μπορούσαμε να πούμε ότι αποτελεί μια ικανή συνθήκη για την αξιολόγηση της επιτυχίας του εμποτισμού στο θέμα της στεγάνωσης του εδαφικού υλικού. Δεν παρατηρείται όμως κατ ανάγκη το αντίθετο για την περίπτωση των ασταθών αιωρημάτων, αφού σημειώθηκαν αρκετά χαμηλές τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων για ασταθή αιωρήματα και μάλιστα σε τέτοια επίπεδα που μπορούσαν να συναγωνιστούν επάξια τις αντίστοιχες τιμές των εμποτισμένων άμμων με ευσταθή αιωρήματα. Το ιδιαίτερο γνώρισμα που εμφανίζουν τα ασταθή αυτά αιωρήματα σε σχέση με τα αντίστοιχα που προσδίδουν αρκετά υψηλότερες τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων (διαφορά των 3 με 5 τάξεων μεγέθους) είναι ότι αφορούν πυκνά αιωρήματα τσιμέντου (λόγος Ν/Τ ίσος με 1:1 κια 1.25:1), ενώ τα τελευταία αναφέρονται σε αρκετά πιο αραιά αιωρήματα ( λόγος Ν/Τ από 2:1 έως και 3:1). Την επίδραση του λόγου Ν/Τ στην τιμή του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων έχουν ποσοτικοποιήσει και άλλοι ερευνητές (Zebovitz et al., 1989, De Paoli et al., 1992b, Krizek and Helal, 1992, Schwarz and Krizek,1994, Akbulut and Saglamer, 2002). Συγκεκριμένα, οι Zebovitz et al. (1989) εκτελώντας δοκιμές διαπερατότητας σε δοκίμια λεπτής και μέσης-λεπτής άμμου εμποτισμένης με αιώρημα λεπτόκοκκου τσιμέντου προσδιόρισαν τιμές του συντελεστή διαπερατότητας που κυμαίνονταν από 10-3 έως 3*10-6 cm/s, και παρατήρησαν ότι μεταβολή του λόγου Ν/Τ από 6:1 σε 2:1 προκάλεσε μείωση της τιμής του συντελεστή διαπερατότητας κατά 2 έως 3 τάξεις μεγέθους. Επιπλέον διαπίστωσαν ότι η μείωση του συντελεστή διαπερατότητας των άμμων λόγω εμποτισμού κυμαίνονταν από 1 έως 4 τάξεις μεγέθους. Οι De Paoli et al. (1992b) από δοκιμές σε άμμους μέσης-λεπτής κοκκομετρίας εμποτισμένες με αιωρήματα λεπτόκοκκου τσιμέντου, μέτρησαν τιμές του συντελεστή διαπερατότητας που κυμαίνονταν από 10-3 έως 10-7 cm/s και προσδιόρισαν ότι μείωση του λόγου Ν/Τ από 5:1 σε 1:1 προκάλεσε μείωση της τιμής του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων κατά 4 τάξεις μεγέθους. Οι Krizek and Helal (1992) επιβεβαίωσαν την ισχυρή επίδραση του λόγου Ν/Τ στις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων, ελέγχοντας άμμους μέσης λεπτότητας εμποτισμένες με αιωρήματα λεπτόκοκκου τσιμέντου και παρουσίασαν τιμές του συντελεστή διαπερατότητας που κυμαίνονταν από 5*10-2 έως 10-7 cm/s για λόγους νερού προς τσιμέντο που κυμαίνονταν αντίστοιχα από 3:1 έως 1:1. Τα αποτελέσματα των δημοσιευμένων έως σήμερα ερευνών που σχετίζονται με τη μελέτη του τρόπου επίδρασης του λόγου Ν/Τ στη διαπερατότητα των εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα τσιμέντων (χονδρόκοκκων και λεπτόκοκκων, κατά βάση όμως τσιμέντων Portland) συνοψίζονται υπό τη μορφή πίνακα καθώς και σχήματος στο Κεφάλαιο 6 της παρούσας διατριβής.

173 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και οι παρατηρήσεις που έγιναν κατά τη διερεύνηση των ιδιοτήτων που καθορίζουν την υδραυλική συμπεριφορά των εμποτισμένων άμμων, επιτρέπουν τη διατύπωση των ακόλουθων συμπερασμάτων: 1. Ο λόγος νερού προς τσιμέντο των αιωρημάτων είναι η σημαντικότερη παράμετρος που καθορίζει τη διαπερατότητα των εμποτισμένων άμμων. Ο τύπος και η κοκκομετρία του τσιμέντου και το μέγεθος των κόκκων της άμμου δεν επηρεάζουν σημαντικά ή με κάποιο συστηματικό τρόπο τις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων. 2. Η αύξηση του λόγου Ν/Τ των αιωρημάτων που εμποτίζουν τις διάφορες άμμους συνοδεύεται από αντίστοιχη αύξηση των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων. Μάλιστα οι άμμοι που εμποτίστηκαν με πυκνά αιωρήματα (Ν/Τ=0.6:1 έως και 1.25:1) έχουν τιμή του συντελεστή διαπερατότητας που κυμαίνεται από 10-7 έως 10-8 cm/s, ενώ οι άμμοι που εμποτίστηκαν με αραιά αιωρήματα (Ν/Τ=2:1 ή 3:1) έχουν τιμή του συντελεστή διαπερατότητας που κυμαίνεται από 1.1*10-3 έως 5.6*10-5 cm/s, δηλαδή υψηλότερη κατά δύο με πέντε τάξεις μεγέθους. 3. Ο εμποτισμός των καθαρών άμμων με πυκνό αιώρημα τσιμέντου (Ν/Τ ίσοι με 0.6:1 έως και 1.25:1) επιφέρει μείωση της διαπερατότητάς τους κατά έξι με επτά τάξεις μεγέθους, ενώ η εισπίεση αραιού αιωρήματος τσιμέντου ( λόγος Ν/Τ μεταξύ του 2:1 και 3:1 ) στην άμμο προκαλεί τη μείωση του συντελεστή διαπερατότητάς της κατά τρεις με τέσσερις τάξεις μεγέθους. 4. Η χρήση ευσταθών αιωρημάτων για εμποτισμό δίνει τις χαμηλότερες τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων (τάξη μεγέθους του 10-7 με 10-8 cm/sec). Ωστόσο διαπιστώνεται η ύπαρξη ασταθών αιωρημάτων που προσδίδουν με τη διαδικασία του εμποτισμού στην άμμο παραπλήσιες τιμές συντελεστή διαπερατότητας με εκείνους των εμποτισμένων άμμων με ευσταθή αιωρήματα του ίδιου τύπου και της ίδιας κοκκομετρίας τσιμέντου. Τα αιωρήματα αυτά αποτελούν πυκνά αιωρήματα τσιμέντου με μεγάλο ποσοστό εξίδρωσης, (αγγίζει το 30% για την περίπτωση των κοινών τσιμέντων), γεγονός που θέτει σε υπεροχή την παράμετρο του λόγου Ν/Τ και την καθιστά στον πιο αντιπροσωπευτικό δείκτη της πλήρωσης των εδαφικών κενών. 5. Το ταχύπηκτο τσιμέντο Rheocem 650 προσδίδει με την υπό πίεση διοχέτευσή του στην άμμο παρόμοια υδραυλική συμπεριφορά με αυτή των εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα κοινών ελληνικών τσιμέντων και ίδιου λόγου Ν/Τ. 6. Την αύξηση της λεπτότητας των άμμων ακολουθεί μια αντίστοιχη μείωση της τιμής της εμποτισμένης άμμου, η οποία δεν ξεπερνά τη μισή τάξη μεγέθους και θεωρείται ανεπαίσθητη συγκρινόμενη με τις μεταβολές που επιφέρει στη διαπερατότητα της εμποτισμένης άμμου μια ενδεχόμενη αύξηση του λόγου Ν/Τ. Το ίδιο ακριβώς παρατηρείται και με την αλλαγή του σχήματος των κόκκων της άμμου, αφού η στρoγγυλευμένη, χαλαζιακή Ottawa #20-#30 παρουσιάζει παρόμοιες τιμές διαπερατότητας με τη γωνιώδη, ασβεστολιθική #20-#30, όταν εμποτίζονται με το ίδιο αιώρημα τσιμέντου. 7. Τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής συγκλίνουν σημαντικά με αντίστοιχα αποτελέσματα της έρευνας του Πανταζόπουλου (2009), ενώ ο εμποτισμός των άμμων με

174 λειοτριβημένα κοινά τσιμέντα φαίνεται να επιφέρει παρόμοια υδραυλική συμπεριφορά, παραπλήσιες δηλαδή τιμές συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων για τον ίδιο λόγο Ν/Τ, με αυτή των εμποτισμένων άμμων με χονδρόκοκκα κoινά τσιμέντα. Βέβαια τα αιωρήματα των κοινών λειτριβημένων τσιμέντων (d max ίσο με 10 και 20 μm ) εμφανίζουν μικρότερα ποσοστά εξίδρωσης από τα χονδρόκοκκα κοινά τσιμέντα ( d max ίσο με 40 και 100 μm) και διαθέτουν την ικανότητα διείσδυσης στις πιο λεπτές εξεταζόμενες κοκκομετρίες άμμου και για τους πιο πυκνούς λόγους Ν/Τ. 144

175 145 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΕΜΠΟΤΙΣΜΕΝΩΝ ΑΜΜΩΝ Βασικός στόχος των ενέσεων εμποτισμού είναι η βελτίωση της μηχανικής συμπεριφοράς (αύξηση της αντοχής και μείωση της παραμορφωσιμότητας) του εδαφικού ή βραχώδους σχηματισμού όπου εφαρμόζονται. Στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής, και για τη διερεύνηση της μηχανικής συμπεριφοράς των εμποτισμένων άμμων, εκτελέστηκαν δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης τα αποτελέσματα των οποίων παρουσιάζονται και σχολιάζονται στο Κεφάλαιο αυτό. Βέβαια, τα αποτελέσματα από δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης του εμποτισμένου εδάφους δεν μπορεί να αποτελούν από μόνα τους παράμετρο σχεδιασμού ενός έργου, σε αντίθεση με αποτελέσματα δοκιμών τριαξονικής φόρτισης που παρέχουν αξιόπιστες τιμές για τις παραμέτρους σχεδιασμού ενός έργου. Ωστόσο, η συμπεριφορά σε ανεμπόδιστη θλίψη αποτελεί έναν κατάλληλο δείκτη για παραμετρική ανάλυση και συγκρίσεις καθώς και μία πρώτη ένδειξη της συμπεριφοράς του εμποτισμένου εδάφους. Στις ακόλουθες παραγράφους αξιοποιούνται τα αποτελέσματα του συνόλου των εργαστηριακών δοκιμών ώστε να εκτιμηθεί η επίδραση μιας σειράς παραμέτρων που χαρακτηρίζουν τα συστατικά των εμποτισμένων άμμων, δηλαδή του λόγου νερού προς τσιμέντο, της κοκκομετρίας της άμμου, του τύπου και της κοκομετρίας του τσιμέντου καθώς και του τελικού ποσοστού εξίδρωσης των αιωρημάτων που εμπότισαν τις διάφορες κοκκομετρίες άμμου. Παράλληλα, για πληρέστερη σύνθεση και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της παρούσας έρευνας, αξιοποιούνται και αποτελέσματα προηγούμενης έρευνας σε όμοια υλικά. Στο σημείο αυτό θα πρέπει να αναφερθεί ότι όλες οι συγκρίσεις που γίνονται μεταξύ των τιμών της παραμόρφωσης αστοχίας, ε f, του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας, Ε 50 και της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη, q u, αλλά και τα δεδομένα που παρουσιάζονται στα ακόλουθα σχήματα, αφορούν μέσους όρους των τιμών του συνόλου των εμποτισμένων δοκιμίων, ανά κατηγορία ( διαφορετική κοκκομετρία άμμου και διαφορετικό ένεμα), που εξετάστηκαν. Επίσης, όλες οι καμπύλες που δίνονται, προσαρμόζονται, όσο το δυνατόν καλύτερα, στους μέσους όρους των τιμών αυτών, για τον ίδιο λόγο Ν/Τ ή το ίδιο τελικό ποσοστό εξίδρωσης. Μάλιστα στους τύπους των εξισώσεων των καμπυλών προσαρμογής, με το λατινικό γράμμα b συμβολίζεται, για συντομία, το τελικό ποσοστό της εξίδρωσης ( b- αρχικό της λέξης bleeding που σημαίνει εξίδρωση). 5.1 ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΙΜΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΕΜΠΟΤΙΣΜΕΝΩΝ ΑΜΜΩΝ Η συμπεριφορά σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων, που διερευνήθηκε στο πλαίσιο της παρούσας έρευνας, περιλαμβάνει την εκτίμηση της επίδρασης σειράς παραμέτρων, δηλαδή του λόγου νερού προς τσιμέντο, του τύπου του τσιμέντου, της κοκκομετρίας του τσιμέντου, της κοκκομετρίας της άμμου καθώς και, του τελικού ποσοστού εξίδρωσης. Εκτελέστηκαν συνολικά 75 δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης σε εμποτισμένες

176 146 άμμους. Οι καμπύλες τάσης-παραμόρφωσης που προέκυψαν από τις δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης για το σύνολο των εμποτισμένων δοκιμίων που εξετάστηκαν παρουσιάζονται στο Παράρτημα Β. Τα αποτελέσματα όλων των δοκιμών συνοψίζονται στον Πίνακα 5.1, όπου φαίνονται τα εύρη τιμών (μέγιστη, ελάχιστη τιμή και μέσος όρος του συνόλου των τιμών της κάθε κατηγορίας εμποτισμένης άμμου) της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη, q u, της παραμόρφωσης αστοχίας, ε f, και του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας, E 50, για παραμόρφωση ίση προς το 50% της παραμόρφωσης αστοχίας. Στο Σχήμα 5.1 παρουσιάζονται τυπικές καμπύλες τάσης παραμόρφωσης που προέκυψαν από δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης σε δοκίμια εμποτισμένης άμμου. Όπως παρατηρείται, η μορφή των καμπυλών δεν είναι ίδια για όλα τα δοκίμια που εξετάστηκαν, αλλά υπάρχουν κάποιες διαφορές κυρίως στο τμήμα της καμπύλης μετά την αστοχία. Στο αρχικό στάδιο της φόρτισης και ανεξάρτητα από την κοκκομετρία της άμμου αλλά και τον τύπο και την κοκκομετρία του τσιμέντου, διαπιστώνεται μια σχεδόν γραμμική σχέση τάσης παραμόρφωσης, εκτός από ελάχιστες περιπτώσεις όπου οι καμπύλες έχουν τα κοίλα στραμμένα προς τα άνω. Αυτές οι τελευταίες καμπύλες, σχήματος S, μπορεί να προέκυψαν είτε λόγω ατελούς εφαρμογής των βάσεων των δοκιμίων στις πλάκες φόρτισης της συσκευής θλίψης είτε από το κλείσιμο μικρών ασυνεχειών μέσα στο δοκίμιο. Μάλιστα, παρόμοια συμπεριφορά έχει παρατηρηθεί και από άλλους ερευνητές σε άμμους εμποτισμένες με χημικά ενέματα (Christopher et al., 1989) καθώς και σε αντίστοιχη έρευνα με λεπτόκοκκα τσιμέντα (Πανταζόπουλος, 2009). Βέβαια, στην παρούσα έρευνα, το φαινόμενο αυτό των καμπυλών τάσης- παραμόρφωσης σιγμοειδούς σχήματος δεν υπήρξε ιδιαίτερα έντονο, γεγονός που μπορεί να αποδοθεί στην καλή επαφή των βάσεων των δοκιμίων με τις παράλληλες άκαμπτες πλάκες φόρτισης της συσκευής θλίψης, η οποία επετεύχθη με τη χρήση της εποξειδικής πάστας ( Παράγραφος 3.7). Ωστόσο, μια σημαντική διαφοροποίηση που παρατηρείται στη μορφή των καμπυλών έχει σχέση με το ρυθμό μείωσης της αξονικής τάσης μετά την αστοχία. Συγκεκριμένα, σημειώνονται περιπτώσεις όπου ο ρυθμός αυτός είναι ιδιαίτερα έντονος (ψαθυρή αστοχία), ενώ σε άλλες είναι σχετικά μικρός (πλαστική αστοχία). Οι περιπτώσεις που εμφανίζουν ψαθυρή μορφή αστοχίας σχετίζονται με ισχυρά δοκίμια, ενώ η πλαστική μορφή αστοχίας παρατηρήθηκε, γενικά, στα δοκίμια με μικρή σχετικά αντοχή. Η συμπεριφορά αυτή οφείλεται στο γεγονός ότι τα δοκίμια με την υψηλότερη αντοχή είναι αυτά που υπέστησαν την πιο έντονη «τσιμέντωση», όπου «τσιμέντωση» εννοείται το αποτέλεσμα που έχουν στην αντοχή τόσο η συγκόλληση των κόκκων της άμμου μεταξύ τους όσο και η ύπαρξη σημαντικής ποσότητας ενυδατωμένου τσιμέντου στα κενά της άμμου. Μια ακόμα διαφοροποίηση στη μορφή των καμπυλών τάσης- παραμόρφωσης αφορά στο μέγεθος της παραμόρφωσης αστοχίας, ε f, των εμποτισμένων δοκιμίων. Γενικά, τα δοκίμια που ελέγθηκαν στο πλαίσιο των 50 kn παρουσίασαν μικρές παραμορφώσεις αστοχίας, οι οποίες δεν ξεπερνούσαν κατά μέσο όρο το 0.6%. Αντίθετα, στα δοκίμια πολύ υψηλής αντοχής για τα οποία κρίθηκε αναγκαία η χρήση του πλαισίου MTS με δυνατότητα εφαρμογής φορτίου 100 kn, η παραμόρφωση αστοχίας ήταν σχεδόν η διπλάσια, αφού η μέγιστη τιμή της άγγιξε το 1.2% (Πίνακας 5.1). Η συμπεριφορά αυτή θα μπορούσε να αποδοθεί στη διαφορετική δυσκαμψία που εμφανίζουν οι δύο συσκευές φόρτισης.

177 CEMII dmax=40μm RHEOCEM dmax=40μm CEMI dmax= 100μm 147 Πίνακας 5.1: Αποτελέσματα δοκιμών ανεμπόδιστης θλίψης σε εμποτισμένες άμμους ΤΣΙΜΕΝΤΟ CEMI dmax= 40μm ΔΟΚΙΜΙΑ ΕΜΠΟΤΙΣΜΕΝΗΣ ΑΜΜΟΥ ΑΜΜΟΣ ΛΟΓΟΣ Ν/Τ ΤΕΛΙΚΟ ΠΟΣΟΣΤΟ ΕΞΙΔΡΩΣΗΣ (%) ΑΝΤΟΧΗ ΣΕ ΑΝΕΜΠΟΔΙΣΤΗ ΘΛΙΨΗ, q u (kpa) ελάχ. μέγ. μέσος όρος ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ, ε f (%) ελάχ. μέγ. μέσος όρος ΤΕΜΝΟΝ ΜΕΤΡΟ ΕΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ, Ε 50 (GPa) ελάχ. μέγ. μέσος όρος #14-# #20-# #20-#30 (ottawa) #14-# #20-# #20-#30 (ottawa) #30-# #14-# #20-# #20-#30 (ottawa) #30-# #14-# #20-# #20-#30 (ottawa) #30-# #14-# #20-# #20-#30 (ottawa) #30-# #10-# #14-# #20-# #20-# #10-# #14-# #20-# #30-# #10-# #14-# Συγκεκριμένα, η διάταξη του πλαισίου φόρτισης των 50 kn, εμφανίζει μεγαλύτερες άκαμπτες πλάκες για την έδραση του δοκιμίου και συνεπώς, μεγαλύτερη δυσκαμψία σε σχέση με τη διάταξη του πλαισίου MTS (φωτογραφικό υλικό Παραγράφου 3.7). Έτσι, προκειμένου να λάβουμε το ίδιο φορτίο στις δύο αυτές συσκευές, έχουμε μικρότερες παραμορφώσεις στην πρώτη συσκευή με τη μεγαλύτερη δυσκαμψία από αυτές που δίνει το

178 148 Αξονική τάση, σ (kpa) Αξονική Παραμόρφωση, ε (%) Σχήμα 5.1: Τυπικές καμπύλες τάσης παραμόρφωσης των εμποτισμένων άμμων από δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης

179 149 πλαίσιο φόρτισης MTS. Ένας επιπλέον λόγος που ενδεχομένως να επηρέασε τις τιμές της παραμόρφωσης αστοχίας είναι και ο ρυθμός της αξονικής παραμόρφωσης κατά τη δοκιμή σε ανεμπόδιστη θλίψη, ο οποίος ήταν ίσος με 0.05 mm/min για τη διάταξη του πλαισίου των 50 kn και ο διπλάσιος (0.1 mm/min) για το πλαίσιο MTS, μια και αυτό ήταν το κατώτερο όριό του. Στο Σχήμα 5.2 παρουσιάζονται κάποιες ενδεικτικές καμπύλες τάσης παραμόρφωσης εμποτισμένων άμμων της ίδιας κατηγορίας όπως προέκυψαν από δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης στα δύο διαφορετικά πλαίσια. Πράγματι, μπορούμε να παρατηρήσουμε τις διαφορές στις τιμές της αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας, ε f, για όλες ανεξαιρέτως τις κατηγορίες εμποτισμένων άμμων (άμμοι διαφόρων κοκκομετριών, εμποτισμένες με αιωρήματα διαφορετικού τύπου ή/και κοκκομετρίας τσιμέντου και με άλλο λόγο Ν/Τ), ανάλογα με τη συσκευή θλίψης που χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό της μηχανικής τους συμπεριφοράς. Οι διαφορές αυτές γίνονται πιο αντιληπτές στην περίπτωση των εμποτισμένων άμμων με πυκνά αιωρήματα τσιμέντου (λόγος Ν/Τ από 0.6:1 έως και 1.25:1). Ωστόσο, ο αριθμός των δοκιμίων που εξετάστηκαν στο πλαίσιο MTS είναι πολύ μικρός ( μόλις 17 από τα 75 δοκίμια) και δε θα λέγαμε ότι αποτελεί αντιπροσωπευτικό δείγμα ώστε να καταλήξουμε σε σαφή συμπεράσματα σχετικά με τον τρόπο και το βαθμό επίδρασης του πλαισίου φόρτισης και του ρυθμού αξονικής παραμόρφωσης στις τιμές της αξονικής παραμόρφωσης των εμποτισμένων άμμων. Έτσι, και δεδομένου ότι οι τιμές της αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας είναι πολύ μικρές στο σύνολό τους, ενώ οι ακραίες τιμές της (της τάξεως του 1% με 1.2%) σημειώνονται στα πολύ πυκνά δοκίμια (λόγος Ν/Τ ίσος, κυρίως, προς 0.6:1 και 0.8:1), γεγονός που υποδεικνύει ως σημαντικότερη παράμετρο καθορισμού των τιμών της αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας το λόγο Ν/Τ, δε θα θιγεί περαιτέρω το θέμα του πλαισίου φόρτισης, καθώς αποτελεί παράμετρο δευτερεύουσας σημασίας. Παρόλα αυτά, όλες οι καμπύλες τάσης παραμόρφωσης διακρίνονται από ένα αρχικά γραμμικό ή περίπου γραμμικό τμήμα που οδηγεί στην πλαστική περιοχή, το εύρος της οποίας αποτελεί το ουσιαστικότερο χαρακτηριστικό διαφοροποίησης της μορφής των καμπυλών τάσης-παραμόρφωσης των εμποτισμένων άμμων. Συγκεκριμένα, οι εμποτισμένες άμμοι με πυκνά αιωρήματα (αιωρήματα λόγου Ν/Τ στο κλειστό διάστημα του 0.6:1 με 1.25:1) εμφανίζουν σημαντικά μικρότερο εύρος πλαστικής περιοχής σε σχέση με τις εμποτισμένες άμμους με πιο αραιά αιωρήματα (λόγος Ν/Τ ίσος προς 2:1, 2.5:1 και 3:1). Οι ίδιες παρατηρήσεις είχαν γίνει και από τον Πανταζόπουλο (2009).

180 150 Αξονική Ταση, σ (kpa) Αξονική Παραμόρφωση, ε (%) Σχήμα 5.2: Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης των εμποτισμένων άμμων από δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης στο πλαίσιο φόρτισης των 50 kn και στο πλαίσιο MTS

181 151 Όλα τα ανωτέρω σχόλια υποστηρίζονται και από τα στοιχεία του Σχήματος 5.3, όπου παρουσιάζονται, για τις τέσσερις διαφορετικές κοκκομετρίες άμμου που εμποτίστηκαν με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 και για όλους τους λόγους Ν/Τ που εξετάστηκαν, οι καμπύλες τάσης-παραμόρφωσης, για ένα δοκίμιο αντιπροσωπευτικό της κάθε κατηγορίας. Μάλιστα, από τη θεώρηση του Σχήματος 5.3 μπορούμε να συνάγουμε σημαντικά συμπεράσματα σχετικά με την επιρροή του λόγου Ν/Τ στις παραμέτρους που προσδιορίζουν την παραμορφωσιμότητα (παραμόρφωση αστοχίας, ε f και τέμνον μέτρο ελαστικότητας, Ε 50 ) των εμποτισμένων άμμων. Αξονική Τάση, σ (kpa) Αξονική Παραμόρφωση, ε (%) Σχήμα 5.3: Καμπύλες τάσης- παραμόρφωσης από δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης σε εμποτισμένες άμμους με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650

182 152 Στο σημείο αυτό αξίζει να υπενθυμίσουμε ότι τα εμποτισμένα δοκίμια με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 περιείχαν υπερρευστοποιητή σε ποσότητα 1% κατά βάρος ξηρού τσιμέντου, όπως έχει ήδη αναφερθεί στο Κεφάλαιο 3. Αντίθετα, τα δοκίμια που είχαν εμποτιστεί με τα κοινά τσιμέντα CEM (I και II) δεν περιείχαν καθόλου υπερρευστοποιητή, αφού η προσθήκη του προσέδιδε ανομοιομορφία στο αιώρημα (διαχωρισμός των συστατικών του). Γενικά, η χρήση υπερρευστοποιητή είναι συνήθης πρακτική σε εφαρμογές πεδίου για τη βελτίωση της ρεολογικής συμπεριφοράς των τσιμέντων, ωστόσο στην παρούσα έρευνα μάς απασχόλησε περισσότερο η εξέταση του τρόπου επίδρασης του τελικού ποσοστού εξίδρωσης στις μηχανικές ιδιότητες της εμποτισμένης άμμου. Συνεπώς, η ποσότητα των δεδομένων δεν είναι επαρκής ώστε να προκύψουν ασφαλή συμπεράσματα σχετικά με την επίδραση της χρήσης υπερρευστοποιητή στη συμπεριφορά του εμποτισμένου εδάφους Μορφές αστοχίας Η μορφή αστοχίας ήταν παρόμοια για τις περισσότερες περιπτώσεις των δοκιμίων που εξετάστηκαν. Συγκεκριμένα, τα περισσότερα δοκίμια παρουσίασαν διόγκωση περί το μέσο του ύψους τους και ρωγμές παράλληλες προς τον άξονα φόρτισης, ενώ στις επιφάνειες φόρτισης δημιουργούνταν κώνος από απαραμόρφωτο υλικό, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.4α. Αρκετές φορές η διόγκωση ήταν ελαφρά μετατοπισμένη προς την πάνω επιφάνεια φόρτισης, που αντιστοιχεί στην έξοδο του ενέματος από την μήτρα κατά τον εμποτισμό. Αυτό μπορεί να αποδοθεί σε τρεις λόγους: (α) στην καλύτερη συμπύκνωση του δοκιμίου στο κάτω τμήμα του, (β) στο γεγονός ότι στο κάτω τμήμα του δοκιμίου γίνεται κατακράτηση στερεών και συμπίεση του ενέματος και έτσι το τμήμα αυτό περιέχει μεγαλύτερη ποσότητα τσιμέντου από το πάνω τμήμα του δοκιμίου και (γ) στην πιθανή καθίζηση των κόκκων τσιμέντου προς το κάτω τμήμα του δοκιμίου, κυρίως στα πιο αραιά ενέματα, λόγω εξίδρωσης. Σε ορισμένες περιπτώσεις, και κυρίως στα πιο ισχυρά δοκίμια όπου η αστοχία ήταν ψαθυρή, το δοκίμιο δεν εμφάνιζε ορατή διόγκωση αλλά διαχωρίζονταν απότομα σε δύο κώνους, πάνω και κάτω, και σε τέσσερα με πέντε, συνήθως συμπαγή, διαμήκη τμήματα (Σχήμα 5.4β). Στο Σχήμα 5.5 παρουσιάζονται χαρακτηριστικοί τρόποι αστοχίας εμποτισμένων άμμων με πυκνά αιωρήματα τσιμέντου (λόγος Ν/Τ μικρότερος από 2:1), και σε αντιδιαστολή αυτών παρατίθενται στο Σχήμα 5.6 μορφές αστοχίας εμποτισμένων άμμων με αραιά αιωρήματα τσιμέντου (λόγος Ν/Τ μεγαλύτερος ή ίσος του 2:1), όπου γίνεται εμφανής η διόγκωση των δοκιμίων κατά την αστοχία τους, λόγω του μεγάλου εύρους πλαστικής περιοχής που παρουσίασαν. Τέλος, στο Σχήμα 5.7 παρουσιάζονται κάποιες επιπλέον μορφές αστοχίας, όπου φαίνεται η διαφορετική ρηγμάτωση των εμποτισμένων δοκιμίων. Η μορφή της αστοχίας των εμποτισμένων άμμων δε φάνηκε να επηρεάζεται από τον τύπο του τσιμέντου που χρησιμοποιήθηκε, ενώ ο λόγος Ν/Τ καθόρισε τον τρόπο αστοχίας τους (ψαθυρή για τα εμποτισμένα δοκίμια με πυκνά αιωρήματα τσιμέντων και πλαστική για τα εμποτισμένα με αραιά αιωρήματα). Παρόμοιες μορφές αστοχίας είχαν παρατηρηθεί και από τον Πανταζόπουλο (2009). Γενικά, ο τρόπος αστοχίας που εμφανίστηκε στην πλειοψηφία των δοκιμίων, παρατηρείται και σε δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης σε σκυρόδεμα και σε βράχους και μπορεί

183 153 (α) (β) Σχήμα 5.4: Χαρακτηριστικές μορφές αστοχίας εμποτισμένων άμμων σε δοκιμή ανεμπόδιστης θλίψης Σχήμα 5.5: Μορφές αστοχίας εμποτισμένων άμμων με πυκνά αιωρήματα τσιμέντου σε δοκιμή ανεμπόδιστης θλίψης

184 154 Σχήμα 5.6: Μορφές αστοχίας εμποτισμένων άμμων με αραιά αιωρήματα τσιμέντου σε δοκιμή ανεμπόδιστης θλίψης Σχήμα 5.7: Ρηγμάτωση εμποτισμένων δοκιμίων έπειτα από αστοχία τους σε δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης

185 155 να αποδοθεί στην επίδραση της παρεμπόδισης που εξασκούν στις επιφάνειες φόρτισης του δοκιμίου οι πλάκες φόρτισης της συσκευής (ανάπτυξη δυνάμεων τριβής στην περιοχή των επιφανειών επαφής με τις άκαμπτες πλάκες της μηχανής φόρτισης). Συγκεκριμένα, σε δοκίμια σκυροδέματος με λόγο ύψους προς βάση τουλάχιστον 2:1, οι τροχιές των κυρίων τάσεων στο μέσο του ύψους είναι σχεδόν ευθύγραμμες, οπότε και οι επιφάνειες θραύσης είναι παράλληλες ή σχηματίζουν μικρές γωνίες με τη διεύθυνση φόρτισης (Σχήμα 5.8). Σχήμα 5.8: Μορφή αστοχίας κυλινδρικού δοκιμίου από σκυρόδεμα κατά τη δοκιμή θλίψης Επίσης, από θεωρητικές αναλύσεις της κατανομής των τάσεων σε δοκίμια βράχων που υποβάλλονται σε δοκιμή ανεμπόδιστης θλίψης με πλήρη ακτινικό περιορισμό στα άκρα, είναι γνωστό ότι, οι περιοχές του δοκιμίου που καταπονούνται πιο έντονα είναι αυτές που βρίσκονται στις κορυφές δύο τμημάτων κωνικού σχήματος στις βάσεις των δοκιμίων, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.9. Ως αποτέλεσμα, οι τάσεις στην κεντρική περιοχή του δοκιμίου είναι μεγαλύτερες από αυτές στην περιφέρειά του και η αστοχία αρχίζει από αυτές τις θέσεις. Σχήμα 5.9: Δημιουργία κωνικών τμημάτων εντός των δοκιμίων έπειτα από θραύση λόγω ανεμπόδιστης θλίψης

186 Παραμόρφωση αστοχίας των εμποτισμένων άμμων Ένα μέγεθος που είναι ενδεικτικό της παραμορφωσιμότητας των εμποτισμένων δοκιμίων και μπορεί να εκτιμηθεί από τις καμπύλες τάσης παραμόρφωσης, είναι η παραμόρφωση αστοχίας, ε f, δηλαδή η παραμόρφωση που αντιστοιχεί στη μέγιστη τιμή της θλιπτικής τάσης. Από τα αποτελέσματα των δοκιμών ανεμπόδιστης θλίψης που συνοψίστηκαν στον Πίνακα 5.1, προκύπτει ότι η παραμόρφωση αστοχίας κυμαίνεται από 0.13% έως 0.67% με εξαίρεση δύο περιπτώσεις (Ν/Τ =0.6:1) όπου βρέθηκε ίση προς 1.01% και 1.16%. Συγκεκριμένα, για τις άμμους που έχουν εμποτιστεί με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650, οι τιμές της παραμόρφωσης αστοχίας, ε f, κυμαίνονται κατά μέσο όρο από 0.13% έως 0.62%. Στο Σχήμα 5.10 φαίνεται η επίδραση της κοκκομετρίας της άμμου στις τιμές της παραμόρφωσης αστοχίας, ε f. Σημειώνεται, ότι στα διαγράμματα αυτά η κοκκομετρία της εκάστοτε άμμου δηλώνεται με χρήση της ενεργού διαμέτρου, d 10. Παρατηρείται, γενικά, ότι η κοκκομετρία της άμμου, στο εύρος που αυτή μελετήθηκε, δεν επηρεάζει σε σημαντικό βαθμό ούτε με κάποιο συστηματικό τρόπο τις τιμές της παραμόρφωσης αστοχίας των εμποτισμένων άμμων. Μάλιστα, οι τιμές αυτές κινούνται μέσα σε παρόμοια εύρη για όλες τις διαφορετικές κοκκομετρίες άμμου ( 0.62%-0.13% για την άμμο #14-#20, 0.51%-0.16% για την άμμο #20-#30, 0.54%-0.16% για τη χαλαζιακή #20- #30 ottawa και 0.63%-0.21% για την άμμο #30-#50). Βέβαια, στην περίπτωση εμποτισμού των άμμων με πιο αραιά ενέματα τσιμέντου (λόγοι Ν/Τ ίσοι προς 2:1, 2.5:1 και 3:1) η λεπτότερη άμμος (κοκκομετρία #30-#50) φαίνεται να διαφοροποιείται από τις υπόλοιπες πιο χονδρόκοκκες άμμους και να εμφανίζει μεγαλύτερες τιμές αξονικής παραμόρφωσης. Αυτό μπορεί να αποδοθεί στην καλύτερη τσιμέντωση που υφίσταται η λεπτότερη άμμος λόγω της αυξημένης ειδικής επιφάνειας και του μεγαλύτερου αριθμού επαφών μεταξύ κόκκων ανά μονάδα όγκου. Εντούτοις, η προσαύξηση των τιμών αυτών δεν υπερβαίνει το 50% σε σχέση με τις αντίστοιχες τιμές που εμφάνισαν οι πιο χονδρόκοκκες άμμοι. Επιπρόσθετα, η ορυκτολογική σύσταση των άμμων δε φαίνεται να επηρεάζει με κάποιο σαφή τρόπο τις τιμές της αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας, όπως προκύπτει από τη σύγκριση μεταξύ των σχετικών τιμών που εμφάνισαν η ασβεστολιθική άμμος κοκκομετρίας #20-#30 και η χαλαζιακή #20-#30 ottawa. Συγκεκριμένα, στους μεγαλύτερους λόγους Ν/Τ (λόγος Ν/Τ ίσος με 2.5:1 και 3:1) οι τιμές της παραμόρφωσης αστοχίας των δύο διαφορετικής ορυκτολογικής σύστασης άμμων φαίνεται να κινούνται στα ίδια επίπεδα, ενώ στους μικρότερους λόγους Ν/Τ (λόγος Ν/Τ ίσος προς 1:1 και 1.25:1) οι τιμές της ασβεστολιθικής άμμου #20-#30 είναι υψηλότερες έως και κατά 30% σε σχέση με τις αντίστοιχες τιμές της χαλαζιακής #20-#30 ottawa. Αυτό το τελευταίο θα μπορούσε να αποδοθεί στην καλύτερη αλληλεμπλοκή των κόκκων της ασβεστολιθικής άμμου, λόγω του γωνιώδους σχήματός τους και κατά συνέπεια, στην ισχυρότερη «τσιμέντωσή» τους. Ακόμα, από το Σχήμα 5.10 μπορούμε να λάβουμε μια πρώτη εκτίμηση της επίδρασης του λόγου Ν/Τ στις τιμές της παραμόρφωσης αστοχίας των εμποτισμένων άμμων, η οποία

187 157 (α) (β) Σχήμα 5.10: Παραμόρφωση αστοχίας των εμποτισμένων άμμων σε σχέση με την κοκκομετρία των άμμων (αιωρήματα Rheocem 650 )

188 φαίνεται να αποτελεί τη σπουδαιότερη παράμετρο επιρροής των τιμών αυτών. Έτσι, σε συνδυασμό με τα στοιχεία του Σχήματος 5.11 α, διαπιστώνουμε τη μείωση της τιμής της παραμόρφωσης αστοχίας με την αύξηση του λόγου Ν/Τ. Η συμπεριφορά αυτή παρατηρείται σε όλες τις άμμους, ανεξαιρέτως κοκκομετρίας ή ορυκτολογικής σύστασης. Πιο αναλυτικά, για λόγο Ν/Τ ίσο προς 1:1 η παραμόρφωση αστοχίας του συνόλου των δοκιμίων που εξετάστηκαν με το συγκεκριμένο αιώρημα τσιμέντου Rheocem 650 κυμαίνεται από 0.54 % έως 0.62%, για λόγο Ν/Τ ίσο προς 1.25:1 από 0.41% έως 0.63%, για λόγο Ν/Τ ίσο προς 2:1 από 0.17% έως 0.36%, ενώ για λόγους Ν/Τ ίσους προς 2.5:1 και 3:1 η παραμόρφωση αστοχίας εμφανίζει τιμές στο διάστημα 0.17% έως 0.33% και 0.13% έως 0.21%, αντίστοιχα. Ακόμα, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.11α, μπορούμε να προσαρμόσουμε στα σημεία που αποτελούν το μέσο όρο των τιμών της αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας των διαφορετικών εμποτισμένων άμμων μια καμπύλη τύπου δύναμης, η οποία, μάλιστα, εμφανίζει αρκετά ικανοποιητικό συντελεστή συσχέτισης (R ). Μια παράμετρος με την οποία μπορεί να συσχετίζεται ικανοποιητικά η παραμόρφωση αστοχίας των εμποτισμένων άμμων είναι το τελικό ποσοστό εξίδρωσης, και αυτό διότι αποτελεί το συνδυασμό τριών εξίσου σημαντικών παραμέτρων: (α) του λόγου νερού προς τσιμέντο, (β) του τύπου και (γ) της κοκκομετρίας του τσιμέντου. Στο Σχήμα 5.11β φαίνεται ο τρόπος μεταβολής των τιμών της παραμόρφωσης αστοχίας όλων των άμμων με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης των αιωρημάτων τσιμέντου Rheocem 650. Με βάση λοιπόν τα δεδομένα του Σχήματος αυτού γίνεται σαφές ότι η μείωση του τελικού ποσοστού εξίδρωσης προκαλεί σημαντική αύξηση της αξονικής παραμόρφωσης των εμποτισμένων άμμων, ανεξάρτητα από την κοκκομετρία τους. Μάλιστα, οι άμμοι που έχουν εμποτιστεί με ευσταθή αιωρήματα τσιμέντου (σχεδόν μηδενική τιμή του τελικού ποσοστού εξίδρωσης) έχουν τις υψηλότερες τιμές της αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας (γύρω στο 0.6%), σχεδόν τριπλάσιες σε σχέση με τις αντίστοιχες τιμές των εμποτισμένων άμμων με ασταθή αιωρήματα τσιμέντου (αιωρήματα με τελικό ποσοστό εξίδρωσης στο διάστημα του 15% με 30%). Παρόλα αυτά, υψηλές τιμές αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας σημειώνονται και σε άμμους εμποτισμένες με ασταθή αιωρήματα τσιμέντου (τελικό ποσοστό εξίδρωσης ίσο με 9% περίπου). Βέβαια, τα αιωρήματα αυτά, αν και ασταθή, ήταν αρκετά πυκνά (λόγος Ν/Τ ίσος προς 1.25:1), γεγονός που υποδεικνύει ότι δε θα πρέπει να γίνεται «απόλυτος» διαχωρισμός αιωρημάτων σε ευσταθή και ασταθή αλλά ότι και ο λόγος Ν/Τ είναι καθοριστικός. Η καμπύλη προσαρμογής στους μέσους όρους των τιμών της αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας του συνόλου των εμποτισμένων άμμων, που φαίνεται στο Σχήμα 5.11β, θυμίζει χαρακτηριστική καμπύλη στερεοποίησης αργιλικού εδάφους (καμπύλη συμπίεσης δοκιμίουχρόνο φόρτισης). Στο αρχικό της τμήμα η καμπύλη αυτή εμφανίζει μια σχετικά μικρή κλίση, που σηματοδοτεί τη μετάβαση από την ευσταθή κατάσταση των αιωρημάτων (μηδενικό τελικό ποσοστό εξίδρωσης) στην ασταθή (τελικό ποσοστό εξίδρωσης μεγαλύτερο από 5% ). Η κλίση αυτή εντείνεται σημαντικά για τελικά ποσοστά εξίδρωσης στο διάστημα του 9% με 15% περίπου, ενώ στη συνέχεια, για μεγαλύτερα ποσοστά εξίδρωσης (τελικό ποσοστό εξίδρωσης μεγαλύτερο από 15%) εξομαλύνεται ή και σταθεροποιείται. 158

189 159 (α) (β) Σχήμα 5.11: Επίδραση (α) του λόγου Ν/Τ και (β) του τελικού ποσοστού εξίδρωσης στην παραμόρφωση αστοχίας των εμποτισμένων άμμων (αιωρήματα Rheocem 650)

190 160 Στο Σχήμα 5.12 δίνονται τα διαγράμματα μεταβολής της αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας των εμποτισμένων άμμων με τα αιωρήματα των κοινών τσιμέντων, που εξετάστηκαν στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής, σε σχέση με το λόγο νερού προς τσιμέντο, Ν/Τ, καθώς και το τελικό ποσοστό εξίδρωσης των αιωρημάτων αυτών. Απ αυτό, διαπιστώνεται εκ νέου η μείωση της αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας των εμποτισμένων άμμων με την αύξηση του λόγου νερού προς τσιμέντο, Ν/Τ, αλλά και την αύξηση του τελικού ποσοστού εξίδρωσης. Συγκεκριμένα, η μεταβολή της αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας με το λόγο νερού προς τσιμέντο συσχετίζεται αρκετά ικανοποιητικά με μια καμπύλη τύπου δύναμης ( R ). Εάν μάλιστα παραλείψουμε τις δύο ακραίες τιμές της αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας (έλεγχος στο πλαίσιο MTS) μπορούμε να έχουμε την καλύτερα δυνατή συσχέτιση (R 2 1), όπως φαίνεται με μπλε διακεκομμένη γραμμή στο Σχήμα 5.12 α. Με παρόμοιο τρόπο συσχετίζεται και η αξονική παραμόρφωση αστοχίας των εμποτισμένων άμμων με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης (R ), όπως γίνεται εμφανές στο Σχήμα 5.12β, ενώ εξαιρώντας και πάλι τις δύο ακραίες τιμές της αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας μπορούμε να έχουμε μια πιο καλή (R ) γραμμική συσχέτιση (μπλε διακεκομμένη γραμμή στο Σχήμα 5.12β). Επιπλέον, από το Σχήμα 5.12 διαπιστώνεται ότι η τιμή της παραμόρφωσης αστοχίας των εμποτισμένων άμμων επηρεάζεται, σε κάποιο βαθμό, τόσο από τον τύπο του τσιμέντου όσο και από την κοκκομετρία του. Βέβαια, το σύνολο των αποτελεσμάτων δε θεωρείται αρκετό για τη διατύπωση ασφαλών συμπερασμάτων ωστόσο, από τα διαθέσιμα στοιχεία, μπορούμε να παρατηρήσουμε μια αυξητική τάση της τιμής της παραμόρφωσης αστοχίας των εμποτισμένων άμμων με τη μείωση του μεγέθους των κόκκων του τσιμέντου (μείωση ονομαστικού μέγιστου μεγέθους κόκκων τσιμέντου από d max =100 μm σε d max =40 μm), η οποία γίνεται πιο έκδηλη στα πιο αραιά ενέματα ( λόγος Ν/Τ=2:1). Στα δε πυκνά αιωρήματα με λόγο Ν/Τ ίσο προς 1:1 δε φαίνεται να επιδρά ιδιαίτερα η κοκκομετρία του τσιμέντου στην τιμή της αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας των εμποτισμένων άμμων. Από την άλλη πλευρά, ο εμποτισμός των άμμων με αιωρήματα τσιμέντου μεγάλης περιεκτικότητας σε κλίνκερ φαίνεται να προσδίσδει ελαφρώς μεγαλύτερες τιμές αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας στις εμποτισμένες άμμους (κατά 10% περίπου μεγαλύτερες) σε σχέση με τις αντίστοιχες τιμές των άμμων που έχουν εμποτιστεί με αιωρήματα ποζολανικών τσιμέντων.

191 161 (α) (β) Σχήμα 5.12: Επίδραση (α) του λόγου Ν/Τ και (β) του τελικού ποσοστού εξίδρωσης στην παραμόφωση αστοχίας των εμποτισμένων άμμων (αιωρήματα κοινών τσιμέντων)

192 162 Στο Σχήμα 5.13 παρουσιάζεται ο τρόπος μεταβολής των τιμών της αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας του συνόλου των εμποτισμένων δοκιμίων, η συμπεριφορά των οποίων μάς απασχόλησε στο πλαίσιο της τρέχουσας έρευνας, σε σχέση με το λόγο νερού προς τσιμέντο, Ν/Τ (Σχήμα 5.13α) και το τελικό ποσοστό εξίδρωσης (Σχήμα 5.13β). Αρχικά λοιπόν, παρατηρούμε από το Σχήμα 5.13α, ότι για τους ίδιους λόγους Ν/Τ, οι άμμοι που έχουν εμποτιστεί με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 εμφανίζουν παραπλήσιες τιμές αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας με τις αντίστοιχες τιμές των άμμων που έχουν εμποτιστεί με αιωρήματα τσιμέντου CEM (I ή II). Μάλιστα, στα σημεία που αποτελούν τους μέσους όρους των διαφόρων τιμών της αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας, για τον κάθε λόγο Ν/Τ που εξετάστηκε, μπορούμε να προσαρμόσουμε αρκετά καλά (συντελεστής συσχέτισης : R ) μια καμπύλη δύναμης ή πιο απλά, μια ευθεία (γραμμική συσχέτιση με R ) για την περίπτωση που εξαιρέσουμε τις δύο ακραίες τιμές. Επιπλέον, από το Σχήμα 5.13β είναι πρόδηλο ότι τα αιωρήματα των κοινών τσιμέντων παρουσιάζουν αρκετά μεγαλύτερα (διπλάσια σχεδόν) ποσοστά εξίδρωσης από αυτά που εμφανίζουν τα αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650, ενώ για το ίδιο ή σχεδόν το ίδιο τελικό ποσοστό εξίδρωσης οι άμμοι οι εμποτισμένες με τα αιωρήματα των κοινών τσιμέντων δίνουν έως διπλάσιες τιμές αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας (π.χ. άμμοι εμποτισμένες με πυκνά Ν/Τ=0.6:1- αιωρήματα κοινών τσιμέντων) από εκείνες των εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650. Η αξονική παραμόρφωση αστοχίας των εμποτισμένων άμμων με τα αιωρήματα τύπου CEM συσχετίζεται με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης των αιωρημάτων αυτών αρκετά ικανοποιητικά με μια καμπύλη τύπου δύναμης και συντελεστή συσχέτισης ίσο με 0.91 περίπου ή με μια γραμμική σχέση ικανοποιητικότερης συσχέτισης (R ), εάν αγνοηθούν οι δύο ακραίες τιμές. Αντίθετα, η καλύτερα δυνατή συσχέτιση που μπορεί να επιτευχθεί για τις τιμές της αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας των εμποτισμένων άμμων με τα αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 και το τελικό ποσοστό εξίδρωσης των αιωρημάτων αυτών, έχει εκθετική μορφή και εμφανίζει συντελεστή συσχέτισης της τάξης του 0.88 (σχετικά μικρό). Η αξονική παραμόρφωση αστοχίας εμφανίζει μια ανοδική τάση με την αύξηση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη, όπως συμπεραίνεται από τα δεδομένα του Σχήματος Η διαπίστωση αυτή φαίνεται ότι ισχύει για όλα τα δοκίμια, ανεξαρτήτως τύπου και κοκκομετρίας τσιμέντου ή κοκκομετρίας άμμου, που ελέγχθηκαν σε δοκιμή ανεμπόδιστης θλίψης στο πλαίσιο της παρούσας έρευνας. Εάν μάλιστα αγνοήσουμε τις δύο ακραίες τιμές, μπορούμε να προσαρμόσουμε στα υπόλοιπα σημεία μια καμπύλη με συντελεστή συσχέτισης περίπου ίσο με 0.81.

193 163 (α) (β) Σχήμα 5.13: Επίδραση (α) του λόγου Ν/Τ και (β) του τελικού ποσοστού εξίδρωσης στην παραμόφωση αστοχίας των εμποτισμένων άμμων ( όλα τα αιωρήματα)

194 164 Σχήμα 5.14: Συσχέτιση αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας με την αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη (δοκιμές παρούσας έρευνας) Στη συνέχεια εξετάζονται τα αποτελέσματα αυτά, για λόγους σύγκρισης και καλύτερης αξιολόγησης της ορθότητάς τους, με τα αντίστοιχα που προέκυψαν από την έρευνα του Πανταζόπουλου (2009). Με τον τρόπο αυτό επιδιώκεται και η εξέταση του τρόπου επίδρασης των διαφορετικών κοκκομετριών (σύγκριση λεπτόκοκκων- d max = 10 & 20 μm- με χονδρόκοκκα τσιμέντα- d max = 40 & 100 μm) και τύπων τσιμέντων (CEM I, II, IV και Rheocem 650) στις τιμές της αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας των εμποτισμένων δοκιμίων. Υπενθυμίζεται ότι τα αποτελέσματα των δοκιμών ανεμπόδιστης θλίψης σε εμποτισμένες άμμους της διδακτορικής διατριβής του Πανταζόπουλου (2009) έχουν ήδη παρατεθεί σε πινακοποιημένη μορφή στο Κεφάλαιο της βιβλιογραφικής ανασκόπησης (Κεφάλαιο 2, Πίνακας 2.7). Στο Σχήμα 5.15 παρουσιάζεται η συσχέτιση της αξονικής παραμόρφωσης των εμποτισμένων άμμων με το μέγιστο κόκκο τσιμέντου, d max. Τα δεδομένα του σχήματος αυτού δίνονται ομαδοποιημένα ως προς τη σύσταση των τσιμέντων (καθαρό τσιμέντο Portland ή μεικτό με μεγάλη περιεκτικότητα σε ποζολάνες) και τη χρήση ή όχι υπερρευστοποιητή (SP) στο αιώρημα. Από το Σχήμα 5.15 σε συνδυασμό με τις πληροφορίες που αντλούνται από το Σχήμα 5.16, όπου παρουσιάζονται οι τιμές της αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας των εμποτισμένων άμμων (ομαδοποίηση δεδομένων κατά τύπο και κοκκομετρία τσιμέντου) ως συνάρτηση του λόγου Ν/Τ ( Σχήμα 5.16α) και του τελικού ποσοστού εξίδρωσης (Σχήμα

195 165 Σχήμα 5.15: Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση της αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας των εμποτισμένων άμμων με το μέγιστο κόκκο τσιμέντου 5.16β), συμπεραίνουμε ότι παράμετροι όπως ο τύπος του τσιμέντου (ταχύπηκτο τσιμέντο, τσιμέντο με μεγάλη περιεκτικότητα σε κλίνκερ ή ποζολανικό τσιμέντο), η κοκκομετρία του τσιμέντο (χονδρόκοκκα ή λεπτόκοκκα τσιμέντα) και η χρήση υπερρευστοποιητή στο ένεμα δεν επηρεάζουν σημαντικά ή με κάποιο σαφή και συστηματικό τρόπο την τιμή της παραμόρφωσης αστοχίας των εμποτισμένων άμμων. Από την άλλη, γίνεται σαφές μέσα από την παρατήρηση του Σχήματος 5.16α, ότι ο λόγος νερού προς τσιμέντο των ενεμάτων έχει τη σημαντικότερη επίδραση στην παραμορφωσιμότητα των εμποτισμένων άμμων. Συγκεκριμένα, η παραμόρφωση αστοχίας των εμποτισμένων άμμων με αραιά ενέματα είναι μικρότερη από αυτή των εμποτισμένων άμμων με πυκνά ενέματα, γεγονός που αποδίδεται στους σχετικά αδύναμους δεσμούς που δημιουργούνται μεταξύ των κόκκων των άμμων όταν εμποτίζονται με αραιά ενέματα. Μάλιστα, τα αραιά ενέματα που χρησιμοποιήθηκαν (λόγος Ν/Τ ίσος προς 2:1, 2.5:1 και 3:1), κυρίως τα ενέματα των τσιμέντων τύπου CEM ( I, II και IV), έχουν πολύ υψηλή τιμή τελικού ποσοστού εξίδρωσης (υπερβαίνει το 60% σε ορισμένες περιπτώσεις) με αποτέλεσμα την πλημμελή πλήρωση των κενών της άμμου με προϊόντα ενυδάτωσης τσιμέντου. Υπό συνθήκες μηδενικής πλευρικής τάσης, σ 3, όπως συμβαίνει στη δοκιμή ανεμπόδιστης θλίψης, οι αδύναμοι δεσμοί μεταξύ των κόκκων της άμμου αστοχούν υπό μικρή σχετικά παραμόρφωση

196 166 (α) (β) Σχήμα 5.16: Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση της αξονικής παραμόφωσης αστοχίας των εμποτισμένων άμμων με (α) το λόγο Ν/Τ και (β) το τελικό ποσοστό εξίδρωσης

197 167 και τα δοκίμια καταρρέουν. Αντίθετα, σε δοκιμές τριαξονικής φόρτισης, η ύπαρξη πλευρικής τάσης, σ 3, λειτουργεί ως «περίσφιξη», αυξάνει το εύρος της πλαστικής περιοχής και οδηγεί σε αύξηση της παραμόρφωσης αστοχίας (Πανταζόπουλος, 2009). Αύξηση του τελικού ποσοστού εξίδρωσης των ενεμάτων τείνει να μειώσει την αξονική παραμόρφωση αστοχίας των εμποτισμένων άμμων, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.16β, με διαφορετικό, μάλιστα, ρυθμό μείωσης ανάλογα τον τύπο του τσιμέντου ( πιο έντονο ρυθμό για το ταχύπηκτο τσιμέντο Rheocem 650 και πιο αργό για την περίπτωση των κοινών τσιμέντων CEM). Τέλος, από το Σχήμα 5.17, μπορούμε να διαπιστώσουμε μια αυξητική τάση της αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας των εμποτισμένων άμμων με την αύξηση της αντοχής τους σε ανεμπόδιστη θλίψη. Σχήμα 5.17: Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση αξονικής παραμόφωσης αστοχίας των εμποτισμένων άμμων με την αντοχή τους σε ανεμπόδιστη θλίψη Τέμνον μέτρο ελαστικότητας Ένα ακόμη μέγεθος ενδεικτικό της παραμορφωσιμότητας των εμποτισμένων δοκιμίων, εκτός από την παραμόφωση αστοχίας, ε f, το οποίο μπορεί να εκτιμηθεί από τις καμπύλες

198 168 τάσης παραμόρφωσης, είναι το μέτρο ελαστικότητας. Στο Σχήμα 5.18 παρουσιάζονται γραφικά οι ορισμοί των δύο πιο χαρακτηριστικών τρόπων προσδιορισμού του μέτρου ελαστικότητας: του αρχικού μέτρου ελαστικότητας, Ε 0, που δίνεται από την κλίση της καμπύλης τάσης-παραμόρφωσης στην αρχή των αξόνων, και του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας, το οποίο δίνεται από την κλίση του ευθύγραμμου τμήματος που ενώνει την αρχή των αξόνων με το σημείο αναφοράς. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής αποφασίστηκε για τη μελέτη της παραμορφωσιμότητας των εμποτισμένων άμμων ο προσδιορισμός του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας, Ε 50, για παραμόρφωση ίση προς 50% της παραμόρφωσης αστοχίας, αφού το αρχικό μέτρο ελαστικότητας ήταν δύσκολο να προσδιοριστεί αξιόπιστα λόγω της μορφής αρκετών καμπυλών στο αρχικό τους τμήμα (σιγμοειδής μορφή, όπως έχει γίνει λόγος σε προηγούμενη παράγραφο). Σχήμα 5.18: Ορισμός χαρακτηριστικών μέτρων ελαστικότητας για τις εμποτισμένες άμμους Το εύρος των τιμών του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας, Ε 50, (μέγιστη, ελάχιστη και μέσος όρος τιμών για το σύνολο των δοκιμίων που εξετάστηκαν ανά κατηγορία) έχουν ήδη δηλωθεί στο Πίνακα 5.1 του Κεφαλαίου αυτού, όπου διαπιστώνεται σημαντική διακύμανση των τιμών αυτών. Η διασπορά αυτή μπορεί να οφείλεται στη διαφορετικότητα του κάθε δοκιμίου και στην ενδεχόμενη ύπαρξη κάποιων ασυνεχειών μικρορωγμών στο εσωτερικό

199 169 τους, λόγω πλημμελούς τσιμέντωσης, παρά τις προσπάθειες που έγιναν για καλή συμπύκνωση του εδαφικού υλικού στη μήτρα και για ορθό εμποτισμό του δοκιμίου. Αυτή ακριβώς η διακύμανση των τιμών γίνεται έκδηλη στα ακόλουθα σχήματα (Σχήματα ) και εμποδίζει τη διατύπωση σαφών και συνεπώς, ασφαλών συμπερασμάτων για τον τρόπο επίδρασης μιας σειράς παραμέτρων στο τέμνον μέτρο ελαστικότητας, Ε 50. Παρόλα αυτά, παρατηρείται μια τάση μεταβολής των τιμών αυτών με την αντίστοιχη μεταβολή των διαφόρων παραμέτρων, η οποία σχολιάζεται παρακάτω. Έτσι, όπως συμπεραίνουμε από το Σχήμα 5.19, όπου παρουσιάζεται η μεταβολή των τιμών του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας των εμποτισμένων άμμων με την κοκκομετρία των άμμων αυτών και το λόγο Ν/Τ, οι ασβεστολιθικές άμμοι που εμποτίστηκαν με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650, σε γενικές γραμμές, εμφανίζουν παραπλήσιες τιμές τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας, Ε 50, για τον ίδιο λόγο νερού προς τσιμέντο. Ωστόσο, σημειώνονται και σημαντικές αποκλίσεις, κυρίως στην περίπτωση των αραιών ενεμάτων (λόγοι Ν/Τ ίσοι προς 2:1, 2.5:1 και 3:1), όπου η άμμος κοκκομετρίας #20-#30 εμφανίζει σχεδόν διπλάσιες τιμές τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας, Ε 50, από τη λεπτότερη άμμο (άμμος κοκκομετρίας #30-#50). Αντίθετα, οι τιμές του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας για τη χονδρότερη άμμο (άμμος #14-#20) εμφανίζει καλύτερη σύγκλιση με τις αντίστοιχες τιμές που εμφανίζει η λεπτότερη άμμος, για τους ίδιους λόγους νερού προς τσιμέντο. Από τη άλλη πλευρά, η χαλαζιακή άμμος #20-#30 Ottawa φαίνεται (Σχήμα 5.19) να εμφανίζει τις μικρότερες τιμές του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας, Ε 50, από όλες τις ασβεστολιθικές άμμους των διαφόρων κοκκομετριών, για την περίπτωση του εμποτισμού της με αραιά αιωρήματα τσιμέντου (Ν/Τ ίσος με 2:1, 2.5:1 και 3:1). Μάλιστα, οι τιμές αυτές είναι κατά 30% έως και 100% (οι μισές δηλαδή) μικρότερες από τις αντίστοιχες που δίνει, για τον ίδιο λόγο Ν/Τ, η ασβεστολιθική άμμος #20-#30. Αντίθετα, η εμποτισμένη χαλαζιακή άμμος #20-#30 με πυκνά αιωρήματα τσιμέντου (λόγοι Ν/Τ ίσοι προς 1:1 και 1.25:1) δίνει τις μεγαλύτερες τιμές του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας ( έως και 15% μεγαλύτερες) από όλες τις ασβεστολιθικές άμμους που έχουν εμποτιστεί με λόγο Ν/Τ ίσο προς 1:1 ή 1.25:1. Σε παρόμοιες διαπιστώσεις είχαμε καταλήξει και κατά την εξέταση του τρόπου επίδρασης της ορυκτολογικής σύστασης των εμποτισμένων άμμων στις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας (Κεφάλαιο 4).

200 170 (α) (β) Σχήμα 5.19: Mεταβολή του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας των εμποτισμένων άμμων με την κοκκομετρία της άμμου και το λόγο νερού προς τσιμέντο (αιωρήματα Rheocem 650)

201 171 Πιο σαφή συμπεράσματα μπορούμε να συνάγουμε για τον τρόπο επιρροής του λόγου Ν/Τ και του τελικού ποσοστού εξίδρωσης στις τιμές του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας, Ε 50, των εμποτισμένων άμμων, η συσχέτιση των οποίων παρουσιάζεται στο Σχήμα Είναι εμφανής, λοιπόν, από τα Σχήματα 5.19 και 5.20α, η μείωση του μέτρου ελαστικότητας, Ε 50, με την αύξηση του λόγου Ν/Τ, για όλες ανεξαιρέτως τις άμμους των διαφορετικών κοκκομετριών και της διαφορετικής ορυκτολογικής σύστασης. Συγκεκριμένα, για λόγο Ν/Τ ίσο προς 1:1 το τέμνον μέτρο ελαστικότητας, Ε 50, των εμποτισμένων άμμων λαμβάνει τιμές κυμαινόμενες από 3.16 GPa έως 3.72 GPa, από 2.1 GPa έως 2.42 GPa για λόγο Ν/Τ ίσο προς 1.25:1, από 1.3 GPa έως 2.04 GPa για λόγο Ν/Τ ίσο προς 2:1, από 0.94 GPa έως 1.71 GPa για λόγο Ν/Τ ίσο προς 2.5:1 και από 0.5 GPa έως 1.14 GPa για λόγο Ν/Τ ίσο προς 3:1. Μάλιστα, μπορούμε να προσαρμόσουμε μια εκθετική καμπύλη καλής συσχέτισης ( R ) στους μέσους όρους των τιμών αυτών, ανά λόγο Ν/Τ, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.20α. Μείωση των τιμών του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας των εμποτισμένων άμμων, Ε 50, παρατηρείται και με την αύξηση του τελικού ποσοστού εξίδρωσης, το οποίο είναι συνάρτηση τόσο του λόγου Ν/Τ όσο και της κοκκομετρίας του τσιμέντου, και παράλληλα, θεωρείται ικανοποιητικός δείκτης του ποσοστού πλήρωσης των κενών των άμμων με τα προϊόντα ενυδάτωσης του τσιμέντου των αιωρημάτων. Το τέμνον μέτρο ελαστικότητας, Ε 50, για τα εμποτισμένα δοκίμια με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650, μπορεί να συσχετιστεί αρκετά ικανοποιητικά (R ) με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης των αιωρημάτων αυτών και η συσχέτισή τους δύναται να λάβει τη μορφή μιας εκθετικής καμπύλης (Σχήμα 5.20β).

202 172 (α) (β) Σχήμα 5.20: Επίδραση (α) του λόγου Ν/Τ και (β) του τελικού ποσοστού εξίδρωσης στο τέμνον μέτρο ελαστικότητας των εμποτισμένων άμμων (αιωρήματα Rheocem 650)

203 173 Όσον αφορά στις άμμους που έχουν εμποτιστεί με αιωρήματα κοινών τσιμέντων, η συσχέτιση των τιμών του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητάς τους, Ε 50, με το λόγο νερού προς τσιμέντο και το τελικό ποσοστό εξίδρωσης παρουσιάζεται στο Σχήμα 5.21, από όπου διαπιστώνουμε μείωση των τιμών αυτών με την αύξηση του λόγου Ν/Τ ή του τελικού ποσοστού εξίδρωσης των αιωρημάτων, όπως ακριβώς συνέβη και στην περίπτωση των ενεμάτων τσιμέντων Rheocem 650. Ακόμη, οι τιμές αυτές συσχετίζονται, τόσο με το λόγο Ν/Τ όσο και με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης, με μια καμπύλη εκθετικής μορφής. Ωστόσο, η συσχέτισή τους δε θεωρείται πολύ ικανοποιητική (R Σχήμα 5.21), αφού παρατηρούνται κάποιες ακραίες τιμές για το τέμνον μέτρο ελαστικότητας, Ε 50, οι οποίες ενδεχομένως να οφείλονται στη διαφορετική κοκκομετρία των άμμων που εμποτίστηκαν. Επίσης, από το Σχήμα 5.21 μπορούμε να αποκομίσουμε κάποιες πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο επίδρασης του τύπου και της κοκκομετρίας του τσιμέντου στις τιμές του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας των εμποτισμένων άμμων με τα αιωρήματα των κοινών τσιμέντων, που εξετάστηκαν στη συγκεκριμένη έρευνα. Βέβαια, θα πρέπει να σημειωθεί ότι τα συμπεράσματα αυτά δε θεωρούνται πολύ ασφαλή, λόγω του μικρού αριθμού των δεδομένων. Διαπιστώνουμε, λοιπόν, μια μικρή αύξηση των τιμών του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας, Ε 50, των εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα καθαρού τσιμέντου Portland (CEM I ) σε σχέση με τις αντίστοιχες τιμές των άμμων που έχουν εμποτιστεί με αιωρήματα ποζολανικού τσιμέντου (CEM II) ίδιας κοκκομετρίας (d max =40 μm) και για τον ίδιο λόγο Ν/Τ. Βέβαια, οι διαφορές αυτές τυχαίνει να είναι πολύ μικρές. Παρόμοιο τρόπο μεταβολής των τιμών του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας με τον τύπο του τσιμέντου είχε παρατηρήσει και ο Πανταζόπουλος (2009), εκτελώντας όμως δοκιμές τριαξονικής φόρτισης. Από την άλλη πλευρά, η κοκκομετρία του τσιμέντου δε φαίνεται να επηρεάζει σημαντικά τις τιμές του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας, Ε 50, για την περίπτωση εμποτισμού τους με αραιό ένεμα τσιμέντου (λόγος Ν/Τ ίσος προς 2:1) όταν, όμως, εμποτίζονται με πυκνό αιώρημα τσιμέντου (λόγος Ν/Τ ίσος προς 1:1), τα χονδρόκκοκα τσιμέντα (d max = 100 μm) προσδίδουν λίγο μικρότερες (κατά 30% περίπου) τιμές τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας σε σχέση με τα πιο λεπτόκοκκα (d max = 40 μm).

204 174 (α) (β) Σχήμα 5.21: Επίδραση (α) του λόγου Ν/Τ και (β) του τελικού ποσοστού εξίδρωσης στο τέμνον μέτρο ελαστικότητας των εμποτισμένων άμμων (αιωρήματα κοινών τσιμέντων)

205 175 Στο Σχήμα 5.22 φαίνεται η συσχέτιση του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας με το λόγο Ν/Τ (Σχήμα 5.22α) καθώς και το τελικό ποσοστό εξίδρωσης (Σχήμα 5.22β), για το σύνολο των διαφόρων αιωρημάτων που εξετάστηκαν στην παρούσα διατριβή. Έτσι, κατόπιν παρατήρησης του Σχήματος 5.22α, μπορούμε να διαπιστώσουμε, αρχικά, τη σύγκλιση των τιμών του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας των εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 με τις αντίστοιχες τιμες (τιμές για τον ίδιο λόγο Ν/Τ) των άμμων που έχουν εμποτιστεί με αιωρήματα κοινών τσιμέντων (CEM I ή II), αλλά της ίδιας κοκκομετρίας (μέγιστος ονομαστικός κόκκος τσιμέντου d max =40 μm). Μάλιστα, στους μέσους όρους των τιμών του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας μπορεί να προσαρμοστεί μια ευθεία εκθετικού τύπου, με συντελεστή συσχέτισης ίσο με 0.92 περίπου. Η συσχέτιση αυτή δε θεωρείται ιδιαίτερα ικανοποιητική, εξαιτίας της ύπαρξης κάποιων ακραίων τιμών. Ωστόσο, για τη συντριπτική πλειοψηφία των εμποτισμένων άμμων με πυκνά αιωρήματα τσιμέντου (λόγος Ν/Τ από 0.6:1 έως και 1.25:1) οι τιμές του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας κυμαίνονται στο διάστημα των 2 GPa με 4 GPa, ενώ στο 1 GPa με 2 GPa κυμαίνονται οι αντίστοιχες τιμές για την πλειοψηφία των εμποτισμένων άμμων με αραιά αιωρήματα τσιμέντου. Οι άμμοι που έχουν εμποτιστεί με ευσταθή αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 (μηδενικό τελικό ποσοστό εξίδρωσης) εμφανίζουν τις μεγαλύτερες τιμές του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας σε σχέση με αυτές των άμμων που έχουν εμποτιστεί με ασταθή αιωρήματα του ίδιου τσιμέντου. Από την άλλη πλευρά, παρατηρούνται μεγάλες τιμές του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας για άμμους εμποτισμένες με σχεδόν ευσταθή καθώς και με κάποια ασταθή αιωρήματα κοινών τσιμέντων. Βέβαια, τα ασταθή αυτά αιωρήματα είναι πυκνά αιωρήματα τσιμέντου, με λόγους Ν/Τ ίσους προς 0.8:1 και 1:1. Επίσης, από το Σχήμα 5.22β φαίνεται ότι, για το ίδιο τελικό ποσοστό εξίδρωσης, τα αιωρήματα κοινών τσιμέντων προσδίσδουν, με την εισπίεσή τους στις άμμους, μεγαλύτερες τιμές τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας απ ότι τα αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650. Τέλος, παρατηρείται μια αυξητική τάση των τιμών του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας των εμποτισμένων άμμων με την αύξηση της αντοχής τους σε ανεμπόδιστη θλίψη (Σχήμα 5.23). Μάλιστα, αν απορρίψουμε τις τρεις ακραίες τιμές, η μεταξύ τους συσχέτιση μπορεί να λάβει τη γραμμική μορφή που φαίνεται στο Σχήμα 5.23 (κόκκινη διακεκομμένη γραμμή) με συντελεστή συσχέτισης ίσο προς 0.94 περίπου. Από δημοσιευμένες καμπύλες τάσης- παραμόρφωσης που προέρχονται από δοκιμές σε ανεμπόδιστη θλίψη σε εμποτισμένες άμμους, είναι δυνατό να προδιοριστεί ένα ενδεικτικό εύρος τιμών για τα μεγέθη που καθορίζουν την παραμορφωσιμότητα των δοκιμίων αυτών, προκειμένου να έχουμε ένα μέτρο σύγκρισης και αξιολόγησης της ορθότητας των αποτελέσματων της παρούσας έρευνας. Στηριζόμενοι, λοιπόν, στον περιορισμένο αριθμό των σχετικών δημοσιεύσεων (Vipulanandan et al., 1992, Krizek et al., 1992 και Dupla et al., 2003), μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι οι αξονικές παραμορφώσεις αστοχίας σημειώνουν, για όλες ανεξαιρέτως τις περιπτώσεις των εμποτισμένων άμμων, πολύ χαμηλές τιμές ( στο διάστημα του 0.1% με 0.5%). Σε επίσης χαμηλά επίπεδα παρέμειναν οι αντίστοιχες τιμές στην έρευνα του Πανταζόπουλου (2009) καθώς και στην παρούσα (δεν ξεπέρασαν το 1.2%). Οι τιμές του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας της τρέχουσας έρευνας (1 GPa έως 6 GPa,

206 176 (α) (β) Σχήμα 5.22: Επίδραση (α) του λόγου Ν/Τ και (β) του τελικού ποσοστού εξίδρωσης στο τέμνον μέτρο ελαστικότητας των εμποτισμένων άμμων (όλα τα αιωρήματα)

207 177 Σχήμα 5.23: Συσχέτιση του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας των εμποτισμένων άμμων με την αντοχή τους σε ανεμπόδιστη θλίψη (όλα τα αιωρήματα) περίπου) έρχονται και αυτές σε συμφωνία με αντίστοιχα δημοσιευμένα αποτελέσματα δοκιμών σε ανεμπόδιστη θλίψη (από 1 GPa έως 8 GPa, περίπου). Τέλος, βάσει των τιμών του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας και της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη (Πίνακας 5.1), οι εμποτισμένες άμμοι της διατριβής αυτής θα μπορούσαν να προσομοιώσουν τη συμπεριφορά ψαμμιτών πολύ χαμηλής έως χαμηλής αντοχής (Παπαντωνόπουλος, 2005). 5.2 ΑΝΤΟΧΗ ΣΕ ΑΝΕΜΠΟΔΙΣΤΗ ΘΛΙΨΗ ΤΩΝ ΕΜΠΟΤΙΣΜΕΝΩΝ ΑΜΜΩΝ Η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων κυμαίνεται από 0.6 έως 38 MPa, περίπου, για το σύνολο των περιπτώσεων που εξετάστηκαν. Από τα στοιχεία του Πίνακα 5.1, φαίνεται ότι κάποιες παράμετροι επηρεάζουν σε πιο σημαντικό βαθμό τις τιμές της αντοχής των εμποτισμένων άμμων, όπως για παράδειγμα, ο λόγος νερού προς τσιμέντο, ενώ κάποιες άλλες είτε δεν επηρεάζουν τόσο σημαντικά είτε τα διαθέσιμα δεδομένα δεν είναι ικανά να αναδείξουν την επίδρασή τους, όπως για παράδειγμα, η κοκκομετρία του τσιμέντου. Σημειώνεται ότι με το σύμβολο q u,s δηλώνεται παρακάτω, η τιμή της αντοχής των εμποτισμένων άμμων με ευσταθή αιωρήματα τσιμέντου ( s αρχικό της αγγλικής λέξης stable, δηλαδή ευσταθές). Ακόμα, στην προσπάθεια κανονικοποίησης των τιμών της ανεμπόδιστης θλίψης των εμποτισμένων δοκιμίων, αποφασίστηκε η διαίρεση των τιμών

208 178 αυτών με την τιμή της αντοχής (μέγιστη προκύπτουσα τιμή) του εμποτισμένου δοκιμίου με το ευσταθές αιώρημα (q u,s ). Συγκεκριμένα, για την περίπτωση του τσιμέντου Rheocem 650, όπου διαθέτουμε στοιχεία για τέσσερις διαφορετικές άμμους, η κανονικοποίηση πραγματοποιήθηκε ανά κοκκομετρία άμμου. Για παράδειγμα, για την εμποτισμένη #14-#20 ασβεστολιθική άμμο η αντοχή που παρουσιάζει ( μέγιστη αντοχή στην ουσία) κατά τον εμποτισμό της με το ευσταθές αιώρημα ( Ν/Τ=1:1) είναι kpa (=μέσος όρος μιας σειράς τιμών δοκιμίων της ίδιας κατηγορίας). Η τιμή αυτή αποτέλεσε κοινό διαιρέτη των αντίστοιχων τιμών που εμφανίζει η ίδια άμμος στις περιπτώσεις εμποτισμού της με τα ασταθή αιωρήματα (αιωρήματα με λόγο Ν/Τ μεγαλύτερο από 1:1) που εξετάστηκαν. Στην περίπτωση της #30-#50 άμμου όπου, λόγω της αποτυχίας του εμποτισμού της με το ευσταθές αιώρημα (Ν/Τ=1:1), δεν κατέστη δυνατός ο προσδιορισμός της q u,s, η τιμή αυτή εκτιμήθηκε από την καμπύλη του Σχήματος Από την άλλη πλευρά, στα κοινά τσιμέντα του ίδιου τύπου και της ίδιας κοκκομετρίας, έγινε επίσης διαίρεση των τιμών της αντοχής των εμποτισμένων άμμων με ασταθή αιωρήματα (λόγοι Ν/Τ μεγαλύτεροι από 0.6:1) με την αντίστοιχη του ευσταθούς, θεωρώντας όμως αμελητέα την επιρροή που μπορεί να επιφέρει σε αυτές τις τιμές η διαφορετική κοκκομετρία των άμμων. Οι τιμές της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων δοκιμίων με χονδρόκοκκα τσιμέντα (d max =100 μm) δεν κανονικοποιήθηκαν, αφού δεν κατορθώθηκε να προσδιοριστεί η q u,s Εμποτισμοί με αιωρήματα Rheocem 650 Στο Σχήμα 5.24 δίνονται γραφικά ως συνάρτηση του λόγου νερού προς τσιμέντο, για την καθεμία διαφορετικής κοκκομετρίας ή ορυκτολογικής σύστασης εμποτισμένη άμμο, οι μέσοι όροι του συνόλου των τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650. Μάλιστα, στα σημεία αυτά προσαρμόζεται καμπύλη κατάλληλου τύπου, για τον κάθε λόγο Ν/Τ που εξετάστηκε, έτσι ώστε να έχουμε τη βέλτιστη δυνατή συσχέτιση των τιμών αυτών με το λόγο Ν/Τ. Πράγματι, παρατηρείται μια εξαιρετικά ικανοποιητική συσχέτιση για την καθεμία άμμο χωριστά, εφόσον ο συντελεστής συσχέτισης, R 2, των καμπυλών προσαρμογής κυμαίνεται από 0.98 (για την #14-#20 άμμο) έως και 1 ( για την #30-#50 άμμο).

209 179 Αντοχή σε Ανεμπόδιστη Θλίψη, qu (kpa) Λόγος Νερού προς Τσιμέντο, Ν/Τ Σχήμα 5.24: Μεταβολή της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη με το λόγο νερού προς τσιμέντο, ανά κοκκομετρία άμμου (αιωρήματα Rheocem 650) Για τον έλεγχο της επίδρασης της κοκκομετρίας της άμμου στις τιμές της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων, εκτελέστηκαν εμποτισμοί με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 (d max = 40 μm) σε 3 διαφορετικές κοκκομετρίες ασβεστολιθικής άμμου (#14-#20, #20-#30 και #30-#50) και για πέντε διαφορετικούς λόγους Ν/Τ. Παράλληλα, εξετάστηκε η επίδραση της ορυκτολογικής σύστασης της άμμου στις τιμές αυτές μέσα από τον εμποτισμό, με τα εν λόγω αιωρήματα τσιμέντου, της χαλαζιακής άμμου Ottawa, κοκκομετρίας #20-#30. Στο Σχήμα 5.25 φαίνεται αυτή η συσχέτιση των τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με την κοκκομετρία τους καθώς και το λόγο Ν/Τ. Διαπιστώνεται ότι η αύξηση της λεπτότητας της άμμου έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη του εμποτισμένου εδάφους. Συγκεκριμένα, η

210 λεπτότερη εμποτισμένη ασβεστολιθική άμμος (άμμος κοκκομετρίας #30-#50) παρουσιάζει έως και κατά 42.5% αυξημένες τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη σε σχέση με τη χονδρότερη εξεταζόμενη εμποτισμένη άμμο ( άμμος κοκκομετρίας #14-#20). Οι διαφορές αυτές είναι εμφανείς σε όλους τους λόγους Ν/Τ που εξετάστηκαν. Αναφέρεται ενδεικτικά για εμποτισμό των ασβεστολιθικών άμμων με αιώρημα τσιμέντου Rheocem 650 και λόγο Ν/Τ ίσο προς 2:1 ότι, για αντιπροσωπευτικό μέγεθος κόκκου, d 10, ίσο προς 0.33, 0.62 και 0.90 mm προέκυψαν τιμές της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη ίσες προς 3208, 2212 και 1855 kpa, αντίστοιχα. Η σημαντική επίδραση της λεπτότητας των άμμων επιβεβαιώνεται και από άλλους ερευνητές (Zebovitz et al., 1989, Dupla et al., 2004, Dano et al., 2004, Schwarz and Krizek, 2006), όπως παρουσιάστηκε στην Παράγραφο 2.5.3, και αποδίδεται στο γεγονός ότι ένα έδαφος με μικρότερο μέγεθος κόκκων έχει μεγαλύτερη ελεύθερη επιφάνεια κόκκων (ειδική επιφάνεια) και μεγαλύτερο αριθμό επαφών κόκκων ανά μονάδα όγκου με αποτέλεσμα να παρουσιάζει μεγαλύτερη ικανότητα κατακράτησης κόκκων τσιμέντου επί των κόκκων της άμμου κατά τη διάρκεια της ροής του αιωρήματος μέσω της εδαφικής μάζας και περισσότερα σημεία επαφής μεταξύ των κόκκων άμμου και τσιμέντου. Η κατακράτηση μεγαλύτερης ποσότητας τσιμέντου έχει ως άμεση συνέπεια την καλύτερη «τσιμέντωση» των άμμων και, τελικά, τη βελτίωση της αντοχής τους. Οι τιμές της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη της εμποτισμένης χαλαζιακής άμμου (Ottawa #20-#30), σε γενικές γραμμές, ήταν συγκρίσιμες με αυτές του αντίστοιχου ασβεστολιθικού κλάσματος (διαφορές της τάξεως του 10% περίπου ) εξαιρείται, ωστόσο, η περίπτωση εμποτισμού τους με πολύ αραιά ενέματα (λόγος Ν/Τ ίσος με 2.5:1 και 3:1). Έτσι, για τον εμποτισμό της χαλαζιακής άμμου με αιώρημα λόγου Ν/Τ ίσο προς 2.5:1 σημειώθηκε κατά 53% μικρότερη αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη σε σχέση με την αντίστοιχη τιμή της ασβεστολιθικής εμποτισμένης άμμου της ίδιας κοκκομετρίας. Παρόμοια συμπεριφορά είχε παρατηρηθεί και στα μεγέθη καθορισμού της παραμορφωσιμότητας των εμποτισμένων άμμων, αλλά και στο συντελεστή διαπερατότητάς τους. 180

211 181 (α) (β) Σχήμα 5.25: Μεταβολή της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με την κοκκομετρία της άμμου και το λόγο νερού προς τσιμέντο (αιωρήματα Rheocem 650)

212 182 Στο Σχήμα 5.26 εμφανίζονται κανονικοποιημένες, ως προς το ευσταθές, οι τιμές της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων, και πάλι ως συνάρτηση της κοκκομετρίας της άμμου και του λόγου Ν/Τ. Αυτό γίνεται με σκοπό την ποσοτικοποίηση της βελτίωσης που αποφέρει στην αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των άμμων ο εμποτισμός τους με αιώρημα τσιμέντου Rheocem 650 μηδενικής εξίδρωσης (ευσταθές) από ότι με ένα οποιοδήποτε άλλο μεγαλύτερης εξίδρωσης. Παρατηρείται, λοιπόν, ότι οι εμποτισμένες ασβεστολιθικές άμμοι παρουσιάζουν, ανεξάρτητα από την κοκκομετρία τους και για την περίπτωση εμποτισμού τους με το ίδιο ένεμα τσιμέντου, παραπλήσιους λόγους αντοχών ( q u / q u,s x 100 %). Ειδικότερα, οι άμμοι που έχουν εμποτιστεί με το πιο αραιό αιώρημα ( λόγος Ν/Τ ίσος προς 3:1) σημειώνουν τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη ίσες προς το 8% μόλις, των αντίστοιχων τιμών που εμφανίζουν οι ίδιες οι άμμοι οι εμποτισμένες με το ευσταθές αιώρημα ( Ν/Τ=1:1). Το ποσοστό αυτό υποδιπλασιάζεται για την περίπτωση εμποτισμού της χαλαζιακής άμμου, γεγονός που αποδίδεται στη σφαιρικότητα των κόκκων της και τη διαφορετική της ορυκτολογική σύσταση. Αντίθετα, στην περίπτωση εμποτισμού της Ottawa με πυκνότερα αιωρήματα τσιμέντου ( λόγοι Ν/Τ ίσοι προς 1:1, 1.25:1 και 2:1), η ποσότητα του τσιμέντου θεωρείται ικανή ώστε η χαλαζιακή αυτή άμμος να αποδώσει συγκρίσιμες τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη και κατά συνέπεια παρόμοιους λόγους αντοχών (q u / q u,s ) με εκείνους της ασβεστολιθικής άμμου της ίδιας κοκκομετρίας. Σχήμα 5.26: Μεταβολή των κανονικοποιημένων τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων σε σχέση με την κοκκομετρία τους και το λόγο νερού προς τσιμέντου (αιωρήματα Rheocem 650)

213 183 Η επίδραση, όμως, της κοκκομετρίας των εμποτισμένων άμμων στις τιμές της αντοχή τους σε ανεμπόδιστη θλίψη, δεν είναι τόσο σημαντική όσο του λόγου νερού προς τσιμέντο. Αυτό συμπεραίνεται από το Σχήμα 5.27, όπου δίνεται η συσχέτιση των τιμών ( κανονικοποιημένων και μη) της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με το λόγο Ν/Τ. Βάσει λοιπόν του Σχήματος 5.26 παρατηρείται ότι, οι εμποτισμένες άμμοι με αιωρήματα λόγου Ν/Τ ίσου προς 1:1 εμφάνισαν τιμές αντοχής που κυμαίνονται από 14 έως 12.9 MPa περίπου. Οι εμποτισμένες άμμοι με αιωρήματα με λόγους Ν/Τ 1.25:1, 2:1, 2.5:1 και 3:1 παρουσίασαν τιμές αντοχής κυμαινόμενες από 9.1 έως 7 MPa, από 3.2 έως 1.9 MPa, από 1.9 έως 1.2 MPa και από 1.3 έως 0.6 MPa, αντίστοιχα. Διαπιστώνεται, επομένως, αύξηση της αντοχής με τη μείωση του λόγου νερού προς τσιμέντο, η οποία ακολουθεί τη μορφή μιας καμπύλης τύπου δύναμης και εξαιρετικής συσχέτισης ( R 2 1), όπως προκύπτει από το Σχήμα Με άλλα λόγια, θα μπορούσαμε να πούμε ότι μια μείωση του λόγου Ν/Τ από 3:1 σε 2:1 (μείωση του λόγου Ν/Τ κατά 33%) οδηγεί σε αύξηση κατά 67% περίπου των τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη, βάσει της καμπύλης που προσαρμόζεται στους μέσους όρους των τιμών αυτών. Παρομοίως, μείωση του λόγου Ν/Τ από 1.25:1 σε 1:1 (μείωση κατά 20%) συνοδεύεται από διπλασιασμό των τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων. Η συμπεριφορά αυτή μπορεί να ερμηνευτεί αν ληφθούν υπόψη οι παρατηρήσεις που έγιναν σε προηγούμενη παράγραφο σχετικά με την πλήρωση των κενών του εδάφους ως αποτέλεσμα του εμποτισμού. Ειδικότερα, η μείωση του λόγου Ν/Τ οδηγεί στην αύξηση του τελικού ποσοστού πλήρωσης των κενών της άμμου με αποτέλεσμα να αυξάνεται το ποσοστό τσιμέντωσης των άμμων και, κατά συνέπεια, η αντοχή του εμποτισμένου εδάφους. Η σημαντική επίδραση της μείωσης του λόγου Ν/Τ στη αύξηση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων έχει τεκμηριωθεί από πολλούς ερευνητές (Zebovitz et al., 1989, De Paoli et al., 1992b, Krizek and Helal, 1992, Schwarz and Krizek, 1994, Santagata and Collepardi, 1998, Dano et al., 2004, Ανδρέου κ.ά, 2006, Saada et al., 2006, Schwarz and Chirumalla, 2007) για άμμους εμποτισμένες με αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων. Συγκεκριμένα, οι Ανδρέου κ.ά. (2006) παρουσίασαν τιμές αντοχής που κυμαίνονταν από 2.50 MPa ως 7.25 MPa, από 1.75 MPa ως 3.75 MPa και από 1.25 MPa ως 3.50 MPa για λόγους Ν/Τ ίσους με 5:1, 6.67:1 και 10:1, αντίστοιχα. Οι Schwarz and Chirumalla (2007) κατέγραψαν τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη δοκιμίων με λόγο Ν/Τ 2:1 που κυμαίνονταν από 3.45 MPa ως 9.85 MPa, ενώ για δοκίμια με λόγο Ν/Τ 4:1 η αντοχή κυμαίνονταν από 1.76 MPa ως 4.96 MPa. Οι τιμές αντοχής που αναφέρθηκαν παραπάνω αντιστοιχούν σε δοκίμια εμποτισμένης άμμου ηλικίας 28 ημερών. Τιμές αντοχής που αντιστοιχούν σε δοκίμια εμποτισμένης άμμου ηλικίας 7 ημερών προσδιορίστηκαν από τους Saada et al. (2006) και επίσης επιβεβαιώνουν τη μείωση της αντοχής με την αύξηση του λόγου Ν/Τ, εφόσον λόγοι Ν/Τ ίσοι με 1:1, 1.5:1, 2:1 και 3:1 απέδωσαν τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη ίσες με 14.0 MPa, 12.0 MPa, 10.0 MPa και 8.5 MPa, αντίστοιχα.

214 184 (α) (β) Σχήμα 5.27: Συσχέτιση (α) της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων και (β) των κανονικοποιημένων τιμών τους με το λόγο Ν/Τ (αιωρήματα Rheocem 650)

215 Σημαντικές δημοσιευμένες εργασίες ερευνητών που επιβεβαιώνουν την αύξηση της αντοχής των εμποτισμένων άμμων με τη μείωση του λόγου Ν/Τ έχουν συνοψιστεί και στην Παράγραφο Αξίζει να επισημανθεί η διερεύνηση των Schwarz and Krizek (1994) που μελέτησαν την αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη δοκιμίων άμμου, μέσης-λεπτής κοκκομετρίας, εμποτισμένων με αιωρήματα λεπτόκοκκου τσιμέντου, σε λόγους Ν/Τ ίσους προς 1:1, 2:1 και 3:1, ως συνάρτηση του ποσοστού πλήρωσης με τσιμέντο του όγκου των πόρων του εδάφους. Από τα δεδομένα που παρουσιάστηκαν στο Σχήμα 2.25 προκύπτει ότι αύξηση του ποσοστού πλήρωσης των κενών από 25% σε 100%, με αιωρήματα με λόγο Ν/Τ ίσο προς 3:1, 2:1 και 1:1 έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της αντοχής κατά 2 φορές, 3 και 12, αντίστοιχα. Αν θεωρηθεί ότι το τελικό ποσοστό εξίδρωσης είναι ικανοποιητικός δείκτης του ποσοστού πλήρωσης των κενών των άμμων με τα προϊόντα ενυδάτωσης του τσιμέντου των αιωρημάτων, τότε αυτό θα πρέπει να συσχετίζεται με την τιμή της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη. Η συσχέτιση αυτή παρουσιάζεται στο Σχήμα 5.28, όπου, πράγματι, διαπιστώνεται η σημαντική επίδραση του ποσοστού πλήρωσης των κενών των άμμων στην αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη. Η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων είναι συνάρτηση τόσο του λόγου Ν/Τ των αιωρημάτων όσο και της κοκκομετρίας των τσιμέντων που, συνδυασμένα, καθορίζουν το τελικό ποσοστό εξίδρωσης (το ποσοστό πλήρωσης των κενών των άμμων). Συγκεκριμένα, η μετάβαση του αιωρήματος τσιμέντου Rheocem 650 από την ευσταθή του κατάσταση (μηδενικό σχεδόν τελικό ποσοστό εξίδρωσης) στην αμέσως ασταθή του κατάσταση (τελικό ποσοστό εξίδρωσης αιωρημάτων έως 10% περίπου) συνοδεύεται από τον υποδιπλασιασμό των τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων, παρατηρείται δηλαδή υψηλός ρυθμός μείωσης της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη. Ακολούθως, ο ρυθμός αυτός μειώνεται για υψηλότερα ποσοστά εξίδρωσης (τελικό ποσοστό εξίδρωσης μεγαλύτερο από 10% περίπου). Ενδεικτικά αναφέρεται ότι, αιώρημα με τελικό ποσοστό εξίδρωσης ίσο προς 14.6% προσδίδει στην άμμο τιμή αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη ίση με το 18% περίπου της αντίστοιχης τιμής της άμμου που έχει εμποτιστεί με ευσταθές αιώρημα, ενώ άμμος εμποτισμένη με αιώρημα τελικού ποσοστού εξίδρωσης γύρω στο 30% έχει αντοχή ίση με το 5% περίπου της αντίστοιχης τιμής για το ευσταθές αιώρημα (q u,s ). 185

216 186 (α) (β) Σχήμα 5.28: Συσχέτιση (α) της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων και (β) των κανονικοποιημένων τιμών τους με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης (αιωρήματα Rheocem 650)

217 Εμποτισμοί με αιωρήματα κοινών τσιμέντων Παρόμοια συμπεράσματα σχετικά με τον τρόπο επιρροής του λόγου Ν/Τ και του τελικού ποσοστού εξίδρωσης στις τιμές της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων απορρέουν και από τα αντίστοιχα αποτελέσματα για τα αιωρήματα κοινών τσιμέντων, που μελετήθηκαν στην παρούσα διατριβή. Τα αποτελέσματα αυτά δίνονται γραφικά στα Σχήματα 5.29 και 5.30, όπου φαίνεται η πολύ καλή συσχέτιση των τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με το λόγο Ν/Τ (R ) και μια επίσης ικανοποιητική συσχέτιση των τιμών αυτών με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης των αιωρημάτων (R ). Έτσι, άμμοι εμποτισμένες με αιωρήματα κοινών τσιμέντων με λόγο Ν/Τ 0.6:1 και 0.8:1, που βρίσκονται σε ευσταθή ή σχεδόν ευσταθή κατάσταση, αντίστοιχα, εμφανίζουν τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη γύρω στα 28 με 35 MPa, δηλαδή από 2 έως και 9 φορές περίπου μεγαλύτερες σε σχέση με τις αντίστοιχες τιμές που δίνουν τα πιο αραιά-ασταθή αιωρήματα (λόγος Ν/Τ ίσος προς 1:1 έως και 2:1) του ίδιου τύπου λεπτόκοκκου τσιμέντου ( CEM I ή II με d max =40 μm). Ακόμα, από τα δεδομένα που παρουσιάζονται στα Σχήματα 5.29 και 5.30 μπορούμε να συνάγουμε συμπεράσματα σχετικά με τον τρόπο επίδρασης του τύπου και της κοκκομετρίας του τσιμέντου στις τιμές της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων, που όμως, λόγω του μικρού όγκου τους, δε θεωρούνται ιδιαίτερα αξιόπιστα. Παρατηρούμε, λοιπόν, ένα μικρό προβάδισμα των τιμών της αντοχής των εμποτισμένων άμμων της ίδιας κοκκομετρίας (d max =40 μm) με τσιμέντα καθαρού κλίνκερ (CEM I) σε σχέση με τα ποζολανικά τσιμέντα (CEM II). Η αύξηση των τιμών αυτών με τον τύπο του τσιμέντου κυμαίνεται από 9%, για την περίπτωση εμποτισμού της άμμου με ένεμα λόγου Ν/Τ ίσου προς 0.8:1, έως και 22% περίπου, για τον εμποτισμό της με ένεμα λόγου Ν/Τ ίσου προς 1:1. Βέβαια, η ίδια η αντοχή του τσιμέντου Portland είναι μεγαλύτερη από αυτή του ποζολανικού ( 42.5 MPa για το Portland και 32.5 MPa για το ποζολανικό), γεγονός που προσδίδει από μόνο του κάποια υπεροχή στην αντοχή των εμποτισμένων άμμων με τα καθαρά τσιμέντα κλίνκερ από ότι με αυτά που περιέχουν μεγαλύτερες ποσότητες προσθέτων, όπως είναι η ποζολάνη. Φαίνεται, μάλιστα, ότι οι διαφοροποιήσεις στις τιμές αυτές εντείνονται με την αύξηση του λόγου Ν/Τ ( αύξηση από 9%, για Ν/Τ ίσο με 0.8:1 σε 22%, για Ν/Τ ίσο με 1:1, όπως σημειώθηκε παραπάνω), δε θεωρούνται όμως τόσο σημαντικές, γεγονός που καθιστά τον τύπο του τσιμέντου σε παράμετρο δευτερεύουσας σημασίας, στο θέμα της επιρροής της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων. Η επίδραση της κοκκομετρίας του τσιμέντου είναι μία ακόμη παράμετρος που επηρεάζει με συστηματικό τρόπο την τιμή της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων. Παρατηρείται ότι, μείωση του μεγέθους των κόκκων του ίδιου τύπου τσιμέντου (από d max = 100 μm σε d max = 40 μm ) προκαλεί αύξηση-διπλασιασμό της αντοχής, τόσο για πυκνά ενέματα ( Ν/Τ =1:1) όσο και για τα αραιά ( Ν/Τ=2:1). Αυτό οφείλεται στην καλύτερη διείσδυση των λεπτότερων τσιμέντων (d max = 40 μm) και, συνεπώς, την ικανοποιητικότερη πλήρωση των εδαφικών κενών, που επιτυγχάνουν έναντι των χονδρόκοκκων (d max = 100 μm ). Μάλιστα, με τα λεπτότερα τσιμέντα είναι δυνατός ο

218 188 (α) (β) Σχήμα 5.29: Συσχέτιση (α) της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων και (β) των κανονικοποιημένων τιμών τους με το λόγο Ν/Τ (αιωρήματα κοινών τσιμέντων)

219 189 (α) (β) Σχήμα 5.30: Συσχέτιση (α) της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων και (β) των κανονικοποιημένων τιμών τους με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης (αιωρήματα κοινών τσιμέντων)

220 190 πιο λεπτών κοκκομετριών άμμων, και με αιωρήματα αρκετά μικρότερων εξιδρώσεων από ότι συμβαίνει με αντίστοιχα αιωρήματα (αιωρήματα του ίδιου Ν/Τ) των χονδρόκοκκων τσιμέντων. Τα ευσταθή αιωρήματα τσιμέντου CEM I 42.5 και κοκκομετρίας d max = 40 μm παρουσιάζουν 4 φορές μεγαλύτερη αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη από την αντίστοιχη των εμποτισμένων δοκιμίων με αιώρημα χονδρόκοκκου τσιμέντου (d max = 100 μm), του ίδιου τύπου και λόγου Ν/Τ ίσου προς 1:1 (τελικό ποσοστό εξίδρωσης γύρω στο 30%), και 19 φορές μεγαλύτερη για την περίπτωση του ίδιου ενέματος με τη διπλάσια όμως ποσότητα Ν/Τ ( Ν/Τ ίσο με 2:1 και τελικό ποσοστό εξίδρωσης 60%). Ακόμα, από το Σχήμα 5.30β, φαίνεται ότι, οι εμποτισμένες άμμοι με τα ασταθή αιωρήματα των τσιμέντων CEM I, II και κοκκομετρίας d max = 40 μm, που έχουν τελικό ποσοστό εξίδρωσης στο διάστημα μεταξύ 10% και 30% περίπου, δίνουν τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη ίσες προς το 60% έως 10%, περίπου,των αντίστοιχων τιμών των ευσταθών αιωρημάτων Σύνθεση αποτελεσμάτων Στην παράγραφο αυτή παρουσιάζεται, αρχικά, ο τρόπος μεταβολής των τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων συναρτήσει του λόγου νερού προς τσιμέντο και του τελικού ποσοστού εξίδρωσης, για το σύνολο των δοκιμίων (άμμοι εμποτισμένες με αιωρήματα Rheocem 650 και με αιωρήματα των κοινών ελληνικών τσιμέντων μέγιστου κόκκου ίσου προς 40 μm και 100 μm) που εξετάστηκαν στο πλάισιο της διατριβής αυτής με σκοπό τον προσδιορισμό της μηχανικής συμπεριφοράς των εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα διαφορετικών τύπων τσιμέντου. Έπειτα, το σύνολο των αποτελεσμάτων της παρούσας διατριβής καθώς και της διατριβής του Πανταζόπουλου (2009) συσχετίζονται,στο ίδιο σχήμα, με το λόγο Ν/Τ, αλλά και το τελικό ποσοστό εξίδρωσης. Ανάλογο τρόπο παρουσίασης των αποτελεσμάτων των δύο ερευνών ακολουθήσαμε και στο Κεφάλαιο της Διαπερατότητας ( Κεφάλαιο 4), όπου δόθηκαν επιγραμματικά και οι λόγοι που μας ώθησαν σε αυτό το εγχείρημα (π.χ. εξέταση ορθότητας αποτελεσμάτων παρούσας έρευνας, σύγκριση μεταξύ λεπτόκοκκων και χονδρόκοκκων τσιμέντων κ.ά.). Στα Σχήματα 5.31 και 5.32 φαίνεται η συσχέτιση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων καθώς και των κανονικοποιημένων τιμών τους σε σχέση με το λόγο Ν/Τ και το τελικό ποσοστό εξίδρωσης, αντίστοιχα, για όλα τα αιωρήματα τσιμέντου που χρησιμοποιήθηκαν κατά τους εμποτισμούς της διατριβής αυτής. Από τα Σχήματα αυτά μπορούμε να συμπεράνουμε τα εξής:

221 191 (α) (β) Σχήμα 5.31: Συσχέτιση (α) της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων και (β) των κανονικοποιημένων τιμών τους με το λόγο Ν/Τ (όλα τα αιωρήματα)

222 192 (α) (β) Σχήμα 5.32: Συσχέτιση (α) της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων και (β) των κανονικοποιημένων τιμών τους με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης (όλα τα αιωρήματα)

223 Οι τιμές των αντοχών σε ανεμπόδιστη θλίψη του συνόλου των αποτελεσμάτων της παρούσας έρευνας εμφανίζει πολύ καλή συσχέτιση με το λόγο Ν/Τ (συντελεστής συσχέτισης περίπου μονάδα), η οποία επιτυγχάνεται μέσα από την προσαρμογή μιας καμπύλης τύπου δύναμης στους μέσους όρους του συνόλου των τιμών, του κάθε λόγου Ν/Τ. 2. Για την περίπτωση του εμποτισμού των άμμων με αραιά ενέματα τσιμέντου ( λόγος Ν/Τ =2:1), το τσιμέντο CEM I 42.5 φαίνεται να προσδίδει μεγαλύτερες αντοχές από το ταχύπηκτο. Οι αντοχές αυτές του CEM I 42.5 είναι σχεδόν τριπλάσιες από τις αντίστοιχες του Rheocem 650 (Πίνακας 5.1), αλλά λόγω του μεγάλου εύρους του συνόλου των τιμών της αντοχής των εμποτισμένων άμμων, δεν ήταν δυνατό να φανούν καθαρά οι διαφορές αυτές στην κλίμακα του Σχήματος Τα αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 με λόγο Ν/Τ ίσο προς 2:1 δίνουν παρόμοιες τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη με τα αιωρήματα του χονδρόκοκκου τσιμέντου CEM I 42.5, ενώ τα αντίστοιχα αιωρήματα με λόγο Ν/Τ ίσο με 1:1 δίνουν παραπλήσιες τιμές αντοχών με εκείνες των εμποτισμένων άμμων με το τσιμέντο καθαρού κλίνκερ και μέγιστου ονομαστικού μεγέθους κόκκου, d max, ίσου με 40 μm. 4. Η βελτίωση που αποφέρει ένα ευσταθές αιώρημα κοινού τσιμέντου στην αντοχή των εμποτισμένων άμμων είναι, για τον ίδιο λόγο Ν/Τ, μεγαλύτερη από την αντίστοιχη ενός ευσταθούς αιωρήματος τσιμέντου Rheocem 650, γεγονός για το οποίο οφείλονται οι πολύ μεγαλύτερες εξιδρώσεις που εμφανίζει στον ίδιο λόγο Ν/Τ ένα αιώρημα κοινού τσιμέντου από ένα αιώρημα ταχύπηκτου τσιμέντου, με ό,τι αυτό συνεπάγεται ( μικρότερο ποσοστό πλήρωσης των κενών των εδαφικών κόκκων και άρα μικρότερες τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη). 5. Η διαφορετικότητα στη σύσταση που εμφανίζουν τα κοινά τσιμέντα από το ταχύπηκτο γίνεται εμφανής στο Σχήμα Συγκεκριμένα, το ταχύπηκτο τσιμέντο έχει μικρότερες εξιδρώσεις από τα κοινά. Παρόλα αυτά, οι αντοχές των εμποτισμένων άμμων με τα κοινά τσιμέντα φαίνεται να μεταβάλλονται πιο ομαλά με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης, εμφανίζοντας μάλιστα, μια αρκετά ικανοποιητική συσχέτιση (συντελεστής συσχέτισης της εκθετικής ευθείας προσαρμογής των σημείων τους ίσος με 0.98, περίπου). 6. Τέλος, για το ίδιο τελικό ποσοστό εξίδρωσης οι άμμοι που έχουν εμποτιστεί με αιωρήματα κοινών τσιμέντων δίνουν από διπλάσιες (περίπτωση μικρών ποσοστών εξίδρωσης μέχρι 10% περίπου) έως περίπου δεκαπλάσιες (περίπτωση ποσοστών εξίδρωσης μεγαλύτερων του 10%) τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη σε σχέση με τις αντίστοιχες των εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650. Αιτία αυτής της συμπεριφοράς είναι ότι το ίδιο ποσοστό εξίδρωσης για τις δύο κατηγορίες τσιμέντου (ταχύπηκτο και μη) επιτυγχάνεται σε αρκετά μικρότερους λόγους Ν/Τ για τα κοινά τσιμέντα σε σχέση με το τσιμέντο Rheocem 650 (μεγαλύτερη ποσότητα τσιμέντου). Κατά ανάλογο τρόπο δικαιολογείται και το ότι το ευσταθές αιώρημα ενός κοινού τσιμέντου βελτιώνει (αυξάνει) λιγότερο την αντοχή της εμποτισμένης άμμου σε σχέση με ότι συμβαίνει με το αντίστοιχο ευσταθές του τσιμέντου Rheocem 650, για το ίδιο τελικό ποσοστό εξίδρωσης. Στη συνέχεια, τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής παρουσιάζονται γραφικά μαζί με τα αντίστοιχα της διατριβής του Πανταζόπουλου (2009) για λόγους σύγκρισης και

224 194 καλύτερης αξιολόγησής τους. Αναφέρεται ότι όλες οι τιμές της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη στα ακόλουθα Σχήματα (Σχήματα 5.33 με 5.37) παύουν να αποτελούν μέσους όρους τιμών, αλλά τις κανονικές τιμές όπως προέκυψαν από τις δοκιμές, για το λόγο αυτό παρατηρείται μεγαλύτερο πλήθος δεδομένων από ότι είχαμε στα προηγούμενα Σχήματα του παρόντος Κεφαλαίου. Σημειώνεται, ακόμα, ότι τα πρωτογενή δεδομένα της έρευνας του Πανταζόπουλου (2009) έχουν ήδη παρουσιαστεί σε πινακοποιημένη μορφή στο Κεφάλαιο της βιβλιογραφικής ανασκόπησης ( Πίνακας 2.7). Αρχικά, στο Σχήμα 5.33 παρουσιάζεται η διαφοροποίηση των τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψης των εμποτισμένων δοκιμίων της παρούσας έρευνας και της έρευνας του Πανταζόπουλου (2009) ως συνάρτηση του μέγιστου κόκκου τσιμέντου του αιωρήματος που χρησιμοποιήθηκε. Μάλιστα, οι τιμές είναι ομαδοποιημένες ανά τύπο τσιμέντου (τσιμέντο Portland, ποζολανικό τσιμέντο ή ταχύπηκτο τσιμέντο Rheocem 650), ενώ αναφέρεται και η χρήση ή όχι υπερρευστοποιητή στο αιώρημα ( SP). Αυτό που διαπιστώνεται από το Σχήμα αυτό είναι η πολύ μεγάλη διασπορά στις τιμές της αντοχής των εμποτισμένων άμμων, που μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι ο μέγιστος κόκκος του χρησιμοποιούμενου τσιμέντου δεν επηρεάζει με ένα σαφή τρόπο την αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων. Σχήμα 5.33: Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με το μέγιστο κόκκο τσιμέντου

225 195 Αντίθετα, διατηρώντας τον ίδιο τρόπο ομαδοποίησης των δεδομένων όπως στο Σχήμα 5.33, παρουσιάζουμε στο Σχήμα 5.34 τη μεταβολή των τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη σε σχέση με το λόγο Ν/Τ (Σχήμα 5.34α) και το τελικό ποσοστό εξίδρωσης (Σχήμα 5.34β). Από το Σχήμα 5.34α φαίνεται καθαρά μια τάση μείωσης των τιμών της ανεμπόδιστης θλίψης των εμποτισμένων άμμων με την αύξηση του λόγου Ν/Τ. Οι τιμές αυτές όμως εμφανίζουν μεγάλη διασπορά. Ειδικότερα, για λόγο Ν/Τ ίσο προς 1 σημειώνονται για τα διάφορα εμποτισμένα δοκίμια τιμές της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη στο διάστημα του 1.5 MPa με 16 MPa περίπου. Παρόλα αυτά, η καμπύλη προσαρμογής που διέρχεται από του μέσους όρων των τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη του ίδιου λόγου Ν/Τ, δίνει μια πολύ καλή συσχέτιση (συντελεστής συσχέτισης ίσος προς 0.99, περίπου). Ακόμα, φαίνεται ότι τα κοινά τσιμέντα καθαρού Portland αποφέρουν, για τον ίδιο λόγο Ν/Τ, υψηλότερες τιμές αντοχής στις εμποτισμένες άμμους, από εκείνες των άμμων που εμποτίζονται με ποζολανικά τσιμέντα. Στο Σχήμα 5.34β γίνεται εμφανής η μείωση των τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με την αύξηση του τελικού ποσοστού εξίδρωσης, ο οποίος αποτελεί συνδυασμό δύο επιμέρους παραμέτρων, του λόγου Ν/Τ και της κοκομετρίας του τσιμέντου. Μάλιστα, παρατηρούνται δύο διαφορετικοί ρυθμοί μείωσης των αντοχών των εμποτισμένων άμμων με την αύξηση του τελικού ποσοστού εξίδρωσης. Ο πιο γρήγορος ανήκει στις άμμους που είχαν εμποτιστεί με ενέματα που περιείχαν υπερρευστοποιητή. Επιπλέον, οι εμποτισμένες αυτές άμμοι εμφανίζουν μικρότερες αντοχές σε ανεμπόδιστη θλίψη από εκείνες των άμμων που είχαν εμποτιστεί με αιωρήματα από τα οποία απουσίαζε ο υπερρευστοποιητής, για το ίδιο τελικό ποσοστό εξίδρωσης. Οι διαφορές αυτές γίνονται ιδιαίτερα έντονες στις μικρές εξιδρώσεις (τελικό ποσοστό εξίδρωσης μέχρι 20%), ενώ για μεγαλύτερες μετριάζονται (τελικό ποσοστό εξίδρωσης μεγαλύτερες του 30%). Χαρακτηριστικά για το θέμα αυτό ο Πανταζόπουλος είχε αναφέρει στη διατριβή του ότι, η προσθήκη υπερρευστοποιητή προκάλεσε μείωση της αντοχής της εμποτισμένης άμμου κατά 30% έως 60% σε σχέση με την τιμή της αντοχής της ίδιας της άμμου που εμποτίστηκε με αιώρημα χωρίς υπερευστοποιητή. Κατόπιν, στα Σχήματα 5.35 με 5.37 προβάλλεται εκ νέου η συσχέτιση των τιμών της αντοχής της παρούσας έρευνας και της έρευνας του Πανταζόπουλου με το λόγο Ν/Τ και το τελικό ποσοστό εξίδρωσης, έχοντας όμως τα αποτελέσματα ομαδοποιημένα ως προς την κοκκομετρία του τσιμέντου που εμπότισε την κάθε άμμο. Έτσι, για μία ακόμα φορά διαπιστώνεται μεγάλη διασπορά των τιμών των δύο ερευνών, γεγονός που μας αποτρέπει από τη διατύπωση ασφαλών και ξεκάθαρων συμπερασμάτων. Αυτή η διακύμανση των τιμών των δύο ερευνών φαίνεται να περιορίζεται κάπως στο Σχήμα 5.36, όπου παρουσιάζονται μόνο τα αποτελέσματα των άμμων που έχουν εμποτιστεί με τσιμέντα μέγιστου μεγέθους κόκκου ίσου με d max =40 μm. Ωστόσο, και εδώ παρατηρείται η μεγάλη διακύμανση των τιμών της αντοχής των εμποτισμένων άμμων σε όλους τους λόγους Ν/Τ, αλλά έχουμε εξαιρετική συσχέτιση της αντοχής της ανεμπόδιστης θλίψης με το λόγο Ν/Τ (R 2 1).

226 196 (α) (β) Σχήμα 5.34: Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με (α) το λόγο Ν/Τ και (β) το τελικό ποσοστό εξίδρωσης

227 197 (α) (β) Σχήμα 5.35: Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση α) της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων και (β) των κανονικοποιημένων τιμών τους με το λόγο Ν/Τ

228 198 Σχήμα 5.36: Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με το λόγο Ν/Τ (αιωρήματα τσιμέντων κοκκομετρίας, d max, 40 μm ) Ομοίως και στη σύσχετιση των τιμών της αντοχής των εμποτισμένων άμμων με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης (Σχήμα 5.37) παρατηρούνται κάποιες τιμές που δεν μπορούν να εξηγηθούν, ενώ γενικά διαφοροποιείται η συμπεριφορά του ταχύπηκτου τσιμέντου (μεγαλύτερος ρυθμός μείωσης της αντοχής των εμποτισμένων άμμων με το τσιμέντο αυτό) από την αντίστοιχη της πλειοψηφίας των εμποτισμένων δοκιμίων με τα κοινά τσιμέντα των διαφόρων κοκκομετριών. Αυτή η ανομοιμορφία στις τιμές είναι λογικό να μεταφέρεται και στο λόγο της αντοχής των εμποτισμένων άμμων με ένα οποιοδήποτε ασταθές αιώρημα προς εκείνη του ευσταθούς αιωρήματος του ίδιου τύπου και της ίδιας κοκκομετρίας τσιμέντου (λόγος q u /q u,s στα Σχήματα 5.35β και 5.37β). Ο Πανταζόπουλος (2009) κατάφερε στην έρευνά του να ποσοτικοποιήσει τον τρόπο επίδρασης των διαφόρων κοκκομετριών του ίδιου τύπου τσιμέντου (CEM II 32.5) στις τιμές της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη της εμποτισμένης άμμου #14-#25. Παρατήρησε λοιπόν ότι, εμποτισμοί με τις λεπτότερες κοκκομετρίες (d max ίσο προς 20 μm και 10 μm) και ασταθή αιωρήματα (Ν/Τ=1:1) απέδωσαν τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη που ήταν κατά 5 έως 10 φορές υψηλότερες των δοκιμίων που εμποτίστηκαν με αιώρημα λόγου Ν/Τ ίσου προς 2:1 και κατά 10 έως 20 φορές υψηλότερες των δοκιμίων που εμποτίστηκαν με αιώρημα λόγου Ν/Τ ίσου προς 3:1. Ομοίως, χρήση των πιο χονδρόκοκκων τσιμέντων (d max ίσο προς 100μm και 40μm) απέδωσαν αντίστοιχους λόγους αντοχής, που ήταν κατά 4 έως 9 φορές υψηλότεροι

229 199 (α) (β) Σχήμα 5.37: Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση α) της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων και (β) των κανονικοποιημένων τιμών τους με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης

230 200 για εμποτισμούς με πυκνά (Ν/Τ=1:1) σε σχέση με εμποτισμούς με αραιά (Ν/Τ=2:1 και 3:1) αιωρήματα. Εντούτοις, στην παρούσα έρευνα προέκυψαν πολύ μεγαλύτερες τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη από εκείνες της έρευνας του Πανταζόπουλου, ακόμα και για τον ίδιο λόγο Ν/Τ. Παρατηρούμε μάλιστα τα πιο χονδρόκοκκα τσιμέντα ( τσιμέντα με d max = 40 και 100 μm) να εμφανίζουν σε όλους τους λόγους Ν/Τ μεγαλύτερες τιμές από τα πιο λεπτόκοκκα τσιμέντα (τσιμέντα με d max =10 και 20 μm) που είχε εξετάσει κατά τη διατριβή του ο Πανταζόπουλος. Η διασπορά αυτή στις τιμές μπορεί να αποδοθεί σε δύο βασικούς λόγους: (α) στη χρήση υπερρευστοποιητή και (β) στη χρήση της συγκολλητικής πάστας για την καλύτερη έδραση των δοκιμίων στη βάση. Πιο αναλυτικά, κατά την παρασκευή των αιωρημάτων κοινών τσιμέντων της παρούσας έρευνας είχε αποφευχθεί η χρήση υπερρευστοποιητή, αφού προέκυψε ανομοιογένεια του ενέματος καθόλο το ύψος της στήλης εξίδρωσης και διαχωρισμός των συστατικών του. Μάλιστα, σε προηγούμενη παράγραφο του Κεφαλαίου 3 είχε γίνει λόγος για ασυμβατότητα του συγκεκριμένου υπερρευστοποιητή με τα κοινά τσιμέντα, σε αντίθεση με τον αντίστοιχο που χρησιμοποιήθηκε στο τσιμέντο Rheocem 650 κι έδωσε μεγάλη διαύγεια των αιωρημάτων του και σαφή ποσοστά εξίδρωσης. Στην έρευνα εμποτισμού των κοινών τσιμέντων του Πανταζόπουλου (2009), η χρήση υπερρευστοποιητή ενδεχομένως να επέφερε ανομοιόμορφη κατανομή των κόκκων του τσιμέντου στο εσωτερικό των δοκιμίων, με αποτέλεσμα τον πλημμελή εμποτισμό τους και συνεπώς, τις σημαντικά μικρότερες τιμές της αντοχής τους σε ανεμπόδιστη θλίψη. Από την άλλη πλευρά, όπως προκύπτει από τα δεδομένα του Πίνακα 2.7, μία άμεσα συγκρίσιμη τιμή αντοχής του Πανταζόπουλου (2009) θεωρείται αυτή του εμποτισμού της άμμου #10-#14, με αιώρημα τύπου τσιμέντου I 42.5 και κοκκομετρίας d max =100 μm, δίχως τη χρήση υπερρευστοποιητή. Η τιμή αυτή προέκυψε ίση με 5.3 MPa περίπου, δηλαδή 2.3 MPa μικρότερη από την ακριβώς αντίστοιχη τιμή της παρούσας έρευνας. Η διαφορά αυτή δε θεωρείται ευκαταφρόνητη και αποδίδεται στη χρήση της συγκολλητικής πάστας που έγινε στην τρέχουσα έρευνα, με αποτέλεσμα την πολύ καλύτερη εφαρμογή των βάσεων του εκάστοτε δοκιμίου μεταξύ των άκαμπτων μεταλλικών πλακών της συσκευής θλίψης. 5.3 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στο Κεφάλαιο αυτό παρουσιάστηκαν τα αποτελέσματα της διερεύνησης της μηχανικής συμπεριφοράς των εμποτισμένων άμμων και ποσοτικοποιήθηκε η βελτίωση που επιφέρει στις ιδιότητες των εμποτισμένων άμμων η χρήση ευσταθών αιωρημάτων έναντι ασταθών του ίδιου τύπου και της ίδιας κοκκομετρίας τσιμέντου. Η διερεύνηση αυτή βασίσθηκε εξ ολοκλήρου στα αποτελέσματα δοκιμών σε ανεμπόδιστη θλίψη. Με βάση τα αποτελέσματα που προέκυψαν και τις παρατηρήσεις που έγιναν μπορούν να διατυπωθούν τα ακόλουθα συμπεράσματα: 1. Τα ισχυρά δοκίμια (δοκίμια εμποτισμένα με πυκνά αιωρήματα) σημείωσαν ψαθυρή αστοχία, απότομο δηλαδή διαχωρισμό σε 4-5 διαμήκη τμήματα και σε δύο κώνους. Αντίθετα,

231 οι εμποτισμένες άμμοι με αραιά αιωρήματα τσιμέντου παρουσίασαν διόγκωση κατά την αστοχία τους, λόγω του μεγάλου εύρους της πλαστικής τους περιοχής. 2. Η παραμόρφωση αστοχίας των εμποτισμένων άμμων κυμαίνεται από 0.13% έως 1.25% για το σύνολο των περιπτώσεων που εξετάστηκαν στην παρούσα έρευνα και δε φαίνεται να επηρεάζονται σημαντικά είτε με κάποιο συστηματικό τρόπο από την κοκκομετρία της εμποτισμένης άμμου, τον τύπο και την κοκκομετρία του χρησιμοποιούμενου τσιμέντου ή τη χρήση υπερρευστοποιητή στο ένεμα. Το ίδιο ακριβώς παρατηρείται και για το τέμνον μέτρο ελαστικότητας, Ε 50, που έχει τιμές στο διάστημα μεταξύ του 1 GPa έως 6 GPa. 3. Οι τιμές της παραμόρφωσης αστοχίας καθώς και του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας των εμποτισμένων άμμων μειώνονται με την αύξηση του λόγου Ν/Τ, ο οποίος αποτελεί τη σημαντικότερη παράμετρο επιρροής τους. Ανάλογη συμπεριφορά παρουσιάζουν με την αύξηση του τελικού ποσοστού εξίδρωσης των ενεμάτων. Μάλιστα, ευσταθή αιωρήματα εμφανίζουν τις μεγαλύτερες τιμές παραμόρφωσης αστοχίας των εμποτισμένων άμμων, ενώ σημειώνονται και ασταθή, πυκνά όμως, αιωρήματα με συγκρίσιμες τιμές. 4. Τόσο η αξονική παραμόρφωση αστοχίας, ε f, όσο και το τέμνον μέτρο ελαστικότητας, Ε 50, των εμποτισμένων δοκιμίων εμφανίζει αυξητική τάση με την αύξηση της αντοχής τους σε ανεμπόδιστη θλίψη. 5. Η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων κυμαίνεται από 0.6 έως 38 MPa, περίπου, για το σύνολο των περιπτώσεων που εξετάστηκαν στο πλαίσιο της διατριβής αυτής και αυξάνεται με την αύξηση της λεπτότητας της άμμου, ενώ δεν επηρεάζεται ιδιαίτερα από την ορυκτολογική σύσταση της άμμου. 6. Η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων είναι συνάρτηση τόσο του λόγου Ν/Τ των αιωρημάτων όσο και της κοκκομετρίας των τσιμέντων που, συδυασμένα καθορίζουν το τελικό ποσοστό εξίδρωσης (το ποσοστό πλήρωσης των κενών των άμμων). Συνεπώς, η κοκκομετρία της εμποτισμένης άμμου και ο τύπος του τσιμέντου δε επηρεάζουν σε τόσο σημαντικό βαθμό τις τιμές της αντοχής τους σε ανεμπόδιστη θλίψη. 7. Eμποτισμένες άμμοι με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 και λόγου Ν/Τ ίσου προς 1:1, 1.25:1, 2:1, 2.5:1 και 3:1 εμφανίζουν τιμές αντοχής που κυμαίνονται από 14 έως 12.9 MPa περίπου, από 9.1 έως 7 MPa, από 3.2 έως 1.9 MPa, από 1.9 έως 1.2 MPa και από 1.3 έως 0.6 MPa, αντίστοιχα. Ακόμα, οι άμμοι που έχουν εμποτιστεί με το ευσταθές αιώρημα τσιμέντου Rheocem 650 σημειώνουν μέχρι δωδεκαπλάσια περίπου αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη από εκείνη των εμποτισμένων άμμων με το πιο αραιό αιώρημα ( λόγος Ν/Τ ίσος προς 3:1). Από την άλλη πλευρά, άμμοι εμποτισμένες με αιωρήματα κοινών τσιμέντων με λόγο Ν/Τ 0.6:1 και 0.8:1, που βρίσκονται σε ευσταθή ή σχεδόν ευσταθή κατάσταση, αντίστοιχα, εμφανίζουν τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη γύρω στα 28 με 35 MPa, δηλαδή από 2 έως και 9 φορές περίπου μεγαλύτερες σε σχέση με τις αντίστοιχες τιμές που δίνουν τα πιο αραιά-ασταθή αιωρήματα (λόγος Ν/Τ ίσος προς 1:1 έως και 2:1) του ίδιου τύπου τσιμέντου ( CEM I ή II με d max =40 μm). 8. Μείωση του μεγέθους των κόκκων του ίδιου τύπου τσιμέντου (από d max = 100 μm σε d max = 40 μm ) προκαλεί αύξηση-διπλασιασμό της αντοχής, τόσο για τα πυκνά ενέματα ( Ν/Τ =1:1) όσο και για τα αραιά ( Ν/Τ=2:1). 201

232 9. Τα ευσταθή αιωρήματα τσιμέντου CEM I 42.5 και κοκκομετρίας d max = 40 μm παρουσιάζουν 4 φορές μεγαλύτερη αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη από την αντίστοιχη των εμποτισμένων δοκιμίων με αιώρημα χονδρόκοκκου τσιμέντου (d max = 100 μm), του ίδιου τύπου και λόγου Ν/Τ ίσου προς 1:1 (τελικό ποσοστό εξίδρωσης γύρω στο 30%), και 19 φορές μεγαλύτερη για την περίπτωση του ίδιου ενέματος με τη διπλάσια όμως ποσότητα Ν/Τ ( Ν/Τ ίσο με 2:1 και τελικό ποσοστό εξίδρωσης 60%). 10. Για την περίπτωση του εμποτισμού των άμμων με αραιά ενέματα τσιμέντου (λόγος Ν/Τ =2:1), το τσιμέντο CEM I 42.5 προσδίδει σχεδόν τριπλάσιες αντοχές από το ταχύπηκτο Rheocem 650. Από την άλλη, τα αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 με λόγο Ν/Τ ίσο προς 2:1 δίνουν παρόμοιες τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη με τα αιωρήματα του χονδρόκοκκου τσιμέντου CEM I 42.5, ενώ τα αντίστοιχα αιωρήματα με λόγο Ν/Τ ίσο με 1:1 δίνουν παραπλήσιες τιμές αντοχών με εκείνες των εμποτισμένων άμμων με το λεπτόκοκκο τσιμέντο καθαρού κλίνκερ και μέγιστου ονομαστικού μεγέθους κόκκου, d max, ίσου με 40 μm. 11. Η βελτίωση που αποφέρει ένα ευσταθές αιώρημα κοινού τσιμέντου στην αντοχή των εμποτισμένων άμμων είναι, για τον ίδιο λόγο Ν/Τ, μεγαλύτερη από την αντίστοιχη ενός ευσταθούς αιωρήματος τσιμέντου Rheocem 650. Κατά ανάλογο τρόπο, για το ίδιο τελικό ποσοστό εξίδρωσης, οι άμμοι που έχουν εμποτιστεί με αιωρήματα κοινών τσιμέντων δίνουν από διπλάσιες έως περίπου δεκαπλάσιες τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη σε σχέση με τις αντίστοιχες των εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem Η μεγάλη διασπορά που παρατηρείται μεταξύ των τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων δοκιμίων της παρούσας έρευνας και της έρευνας του Πανταζόπουλου (2009) αποδίδεται: (α) στη χρήση υπερρευστοποιητή και (β) στη χρήση της συγκολλητικής πάστας για την καλύτερη έδραση των δοκιμίων στη βάση. 202

233 203 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Στο Κεφάλαιο αυτό γίνεται μια προσπάθεια αξιοποίησης των διαθέσιμων στη βιβλιογραφία πληροφοριών σχετικά με τις τιμές του συντελεστή διαπεράτοτητας και της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα τσιμέντου. Τα αποτελέσματα αυτά δίνονται σε μορφή γραφήματος μαζί με τα αντίστοιχα αποτελέσματα της παρούσας έρευνας και της έρευνας του Πανταζόπουλου (2009), ως συνάρτηση, κυρίως, του λόγου νερού προς τσιμέντο, Ν/Τ, αφού, όπως προέκυψε από την ανάλυση των αποτελεσμάτων της συγκεκριμένης έρευνας καθώς και από πολλές άλλες μελέτες που έχουν γίνει στο παρελθόν ( π.χ. Zebovitz et al., 1989, De Paoli et al.,1992b, Krizek and Helal,1992, Schwarz and Krizek, 1994, Akbulut and Saglamer,2002), ο λόγος Ν/Τ είναι η παράμετρος με τη σημαντικότερη επιρροή στις τιμές τόσο του συντελεστή διαπερατότητας όσο και της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων. Τέλος, παρουσιάζεται συσχέτιση των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας με την αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με τα διαφορετικά τσιμέντα που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα έρευνα ( Rheocem 650 και κοινά CEM I και II), καθώς και σε συνδυασμό με τα αντίστοιχα αποτελέσματα της έρευνας του Πανταζόπουλου (2009) και των διαθέσιμων αποτελεσμάτων άλλων ερευνών που συγκεντρώθηκαν κατά τη βιβλιογραφική ανασκόπηση. Στόχος αυτού του τρόπου προβολής των αποτελεσμάτων είναι η καλύτερη αξιολόγησή τους. Μέσα δηλαδή από όλη αυτή τη διαδικασία επιδιώκουμε: (α) τον καθορισμό της διακύμανσης των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας και της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με το λόγο νερού προς τσιμέντο για το σύνολο του ερευνητικού έργου που έχει διεξαχθεί και έχει κοινοποιηθεί έως σήμερα, (β) τον εντοπισμό της κύμανσης των αποτελεσμάτων της παρούσας έρευνας αλλά και της έρευνας του Πανταζόπουλου (2009), που χρησιμoποίησε όμοια υλικά, σε σχέση με τα αντίστοιχα αποτέλεσματα των υπόλοιπων ερευνών και (γ) στον προσδιορισμό των ορίων (άνω και κάτω όριο) διακύμανσης του συνόλου των αποτελεσμάτων, εφόσον είναι εφικτό, και ενός μέσου όρου, έτσι ώστε να μπορεί να γίνει δυνατή μια πρώτη εκτίμηση της υδραυλικής (συντελεστής διαπερατότητας) και της μηχανικής (αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη) συμπεριφοράς των εμποτισμένων άμμων μόνο με τη χρήση μιας εξίσωσης. Στο Παράρτημα Γ συνοψίζονται τα αποτελέσματα που συλλέχτηκαν από τη βιβλιογραφική ανασκόπηση και αφορούν τον προσδιορισμό του συντελεστή διαπερατότητας ή/ και της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα τσιμέντων (λεπτόκοκκων- d max 20μm ή χονδρόκοκκων-d max >20μm, κατά βάση όμως τσιμέντων Portland και ενδεχομένως και κάποιων μεικτών τσιμέντων, π.χ. ποζολανικών ή τσιμέντων που περιείχαν σε μικρή περιεκτικότητα πρόσθετα όπως είναι η πυριτική παιπάλη ή ο μπεντονίτης). Με βάση τις πληροφορίες που περιέχονται στους Πίνακες του Παραρτήματος Γ, διαπιστώνουμε σημαντικές διαφοροποιήσεις μεταξύ των ερευνών που έχουν σχέση με τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν (χρήση ή όχι υπερρευστοποιητή, κοκκομετρίες άμμων, τύπος και κοκκομετρία τσιμέντων), αλλά και τον τρόπο παραγωγής των δοκιμίων (π.χ. διαφορετική

234 204 συμπύκνωση των άμμων που δηλώνεται από το ποσοστό σχετικής πυκνότητας) και διαδικασιών ελέγχου στις δοκιμές διαπερατότητας και ανεμπόδιστης θλίψης (π.χ. έλεγχος αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη έπειτα από 7, 14 ή και 28 ημέρες ωρίμανσης του εμποτισμένου δοκιμίου). Όλες αυτές οι διαφοροποιήσεις συντελούν, άλλες σε μικρότερο και άλλες σε σημαντικότερο βαθμό, στη λήψη αποτελεσμάτων με μεγάλες αποκλίσεις για τον ίδιο λόγο Ν/Τ. Ωστόσο, επιδιώχθηκε εξαρχής η συλλογή των αποτελεσμάτων που προέκυψαν με όσο το δυνατόν πιο όμοιο τρόπο με τα αντίστοιχα της παρούσας έρευνας και της έρευνας του Πανταζόπουλου (π.χ. παραγωγή μικρών δοκιμίων έτοιμων για εργαστηριακό έλεγχο χωρίς την απαίτηση της κοπής τους ή άλλων διαδικασιών διαμόρφωσής τους, εμποτισμός σε μικρές πιέσεις, πυκνά δοκίμια άμμου), ώστε να είναι πιο αξιόπιστες και αντιπροσωπευτικές οι μεταξύ τους συγκρίσεις. Έτσι, στους Πίνακες του Παραρτήματος Γ δηλώνονται τα κυριότερα στοιχεία της καθεμίας έρευνας (κοκκομετρία άμμου, τύπος και κοκκομετρία τσιμέντου, χρήση υπερρευστοποιητή, λόγοι Ν/Τ, τελικό ποσοστό εξίδρωσης αιωρημάτων- εφόσον μπόρεσε να ευρεθεί, τιμές συντελεστή διαπερατότητα εμποτισμένων άμμων, βελτίωση -μείωση σε τάξεις μεγέθους- του συντελεστή διαπερατότητας που αποφέρει ο εμποτισμός στις καθαρές άμμους και οι τιμές της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη), η πλειοψηφία των οποίων θα αποτελέσει και τα δεδομένα των Σχημάτων του Κεφαλαίου αυτού. Για περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με την καθεμία έρευνα συνιστάται η μελέτη των ίδιων των δημοσιευμένων άρθρων ή η πιο σύντομη αναφορά σε αυτά που έχει γίνει στο Κεφάλαιο της Βιβλιογραφικής Ανασκόπησης (Κεφάλαιο 2) της διατριβής αυτής. 6.1 ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ ΕΜΠΟΤΙΣΜΕΝΩΝ ΑΜΜΩΝ Στο Σχήμα 6.1 παρουσιάζεται η συσχέτιση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων των διαφόρων ερευνών που έχουν πραγματοποιηθεί μέχρι σήμερα με το λόγο νερού προς τσιμέντο (Σχήμα 6.1α) καθώς και με το τελικό ποσοστό εξίδρωσης (Σχήμα 6.1β). Σημειώνεται ότι τα δεδομένα της παρούσας έρευνας που αναφέρονται στα σχήματα της παραγράφου αυτής έχουν ήδη δηλωθεί στον Πίνακα 4.1 της διατριβής αυτής, ενώ στον Πίνακα 2.3 δίνονται τα δεδομένα της διδακτορικής διατριβής του Πανταζόπουλου (2009). Επίσης, στο Παράρτημα Γ δηλώνονται και τα στοιχεία των υπόλοιπων ερευνών. Από την παρατήρηση του Σχήματος 6.1α διαπιστώνεται, για το σύνολο των αποτελεσμάτων, ότι ο ρυθμός αύξησης των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με την αύξηση του λόγου Ν/Τ, είναι σχετικά υψηλός για τους χαμηλότερους λόγους Ν/Τ (από 0.6:1 έως 3:1) και στη συνέχεια, για λόγους Ν/Τ μεγαλύτερους του 3:1, μειώνεται σημαντικά και σχεδόν σταθεροποιείται με τιμή της τάξεως του 10-3 cm/sec. Μάλιστα, τόσο τα αποτελέσματα της παρούσας έρευνας όσο και αυτά της έρευνας του Πανταζόπουλου (2009) φαίνεται να συμβαδίζουν με τα αντίστοιχα των υπόλοιπων ερευνών. Στα ίδια συμπεράσματα καταλήγουμε και από την εποπτεία του Σχήματος 6.1β, αφού το τελικό ποσοστό εξίδρωσης αποτελεί συνάρτηση του λόγου Ν/Τ. Στο Σχήμα 6.1β τα

235 205 (α) (β) Σχήμα 6.1: Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με (α) το λόγο Ν/Τ και (β) το τελικό ποσοστό εξίδρωσης

236 206 δεδομένα γίνονται πιο ευδιάκριτα, λόγω του μεγάλου εύρους τιμών του τελικού ποσοστού εξίδρωσης που οφείλεται στο γεγονός ότι οι τιμές αυτές δεν επηρεάζονται μόνο από το λόγο νερού προς τσιμέντο των αιωρημάτων, αλλά και από τον τύπο και την κοκκομετρία του ίδιου του τσιμέντου καθώς και τη χρήση ή όχι υπερρευστοποιητή και άλλων προσμίκτων ή και προσθέτων στο αιώρημα. Το αξιοσημείωτο είναι ότι και στα δύο αυτά Σχήματα ( Σχήμα 6.1α και Σχήμα 6.1β) παρατηρείται ένας διαχωρισμός των δεδομένων σε δύο ομάδες ανάλογα με την πυκνότητα του αιωρήματος που εμπότισε τις άμμους. Συγκεκριμένα, στο Σχήμα 6.1α διαπιστώνεται μια συγκέντρωση των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας στο διάστημα μεταξύ 10-8 cm/sec με 10-7 cm/sec, περίπου, για λόγους Ν/Τ μικρότερους του 2, ενώ μια δεύτερη ομάδα δεδομένων εμφανίζει τιμές του συντελεστή διαπερατότητας στο διάστημα μεταξύ 10-5 cm/sec και 10-2 cm/sec (και κυρίως μεταξύ 10-4 cm/sec και 10-3 cm/sec), για λόγους Ν/Τ μεγαλύτερους ή και ίσους προς 2:1. Παράλληλα, η περιοχή που ορίζεται από τις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας στο εύρος του 10-7 cm/sec με 10-5 cm/sec, περίπου, για λόγους Ν/Τ μεταξύ των 1:1 με 2:1 ή για τιμές του τελικού ποσοστού εξίδρωσης στο διάστημα μεταξύ του 10% με 30%, περίπου, παραμένει σχεδόν κενή. Αυτός ο διαχωρισμός των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων σε δύο ομάδες γίνεται πιο σαφής στο Σχήμα 6.1β, ενώ μια παρόμοια συμπεριφορά έχει ήδη παρατηρηθεί μόνο στα αποτελέσματα της παρούσας έρευνας ( Σχήμα 4.12). Συμπεραίνουμε λοιπόν την ύπαρξη μιας «μεταβατικής ζώνης» (k από 10-7 cm/sec έως 10-5 cm/sec, περίπου) στις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων, η οποία ενδεχομένως προκύπτει από έντονη διαφοροποίηση των χαρακτηριστικών των αιωρημάτων εμποτισμού (π.χ. διαφορετικός λόγος Ν/Τ, άλλος τύπος ή/και κοκκομετρία τσιμέντου, χρήση ή όχι υπερρευστοποιητή, SP). Στο Σχήμα 6.2 παρουσιάζεται εκ νέου η συσχέτιση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων ολόκληρου του ερευνητικού έργου έως σήμερα με το λόγο Ν/Τ, με τη διαφορά ότι τα δεδομένα έχουν ομαδοποιηθεί βάσει της κοκκομετρίας του τσιμέντου που εμπότισε τις άμμους (διαχώρισμος σε λεπτόκοκκα-d max 20 μm και χονδρόκοκκα τσιμένταd max >20μm στο Σχήμα 6.2α) αλλά και ως προς τη χρήση ή όχι υπερρευστοποιητή στα ενέματα (Σχήμα 6.2β). Φαίνεται λοιπόν από το Σχήμα 6.2 ότι τόσο η κοκκομετρία του τσιμέντου όσο και η παρουσία του υπερρευστοποιητή στα αιωρήματα δεν επηρεάζουν με κάποιο σαφή ή συστηματικό τρόπο τις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων, γεγονός που θέτει τις παραμέτρους αυτές σε δεύτερη μοίρα και κατατάσσει το λόγο Ν/Τ πρώτο στην κλίμακα της ιεραρχίας της σπουδαιότητας των παραμέτρων επίδρασης στις τιμές αυτές. Ακόμα, από το σύνολο των Σχημάτων της παρούσας παραγράφου (Σχήματα 6.1 με 6.2) διαπιστώνουμε ότι μπορούμε να ορίσουμε με σαφήνεια ένα άνω όριο και ένα κάτω όριο διακύμανσης των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων σε σχέση με του διάφορους λόγους Ν/Τ των αιωρημάτων που χρησιμοποιήθηκαν. Στο Σχήμα 6.3 παρουσιάζεται η διγραμμική μορφή των ευθειών που οριοθετούν τις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων κατά τη μεταβολή τους με το λόγο Ν/Τ, όπου με

237 207 (α) Συντελεστής Διαπερατότητας, k (cm/sec) (β) Λόγος Νερού προς Τσιμέντο, Ν/Τ Σχήμα 6.2: Σύνθεση αποτελεσμάτων : συσχέτιση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με το λόγο Ν/Τ

238 208 πράσινη διακεκομμένη γραμμή δηλώνεται το άνω όριο, με κόκκινη διακεκομμένη γραμμή ο μέσος όρος και με μπλε διακεκομμένη γραμμή το κάτω όριο διακύμανσης των τιμών αυτών. Η συγκεκριμένη μορφή των ευθειών δηλώνει την έντονη αύξηση των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με την αύξηση του λόγου Ν/Τ έως την τιμή του 2.5:1 με 3:1, περίπου (κλίση πρώτου σκέλους καθενός διγραμμικού συνόρου) και τον αισθητά μειωμένο ρυθμό της αύξησης των τιμών αυτών για λόγους Ν/Τ μεγαλύτερους από τους προαναφερθέντες (κλίση δεύτερης γραμμής καθενός ορίου). Τέλος, στο Σχήμα 6.3 σημειώνεται ο τύπος της εξίσωσης της καμπύλης που προσαρμόζεται στους μέσους όρους των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα του ίδιου λόγου Ν/Τ (κόκκινη συνεχής καμπύλη) και ο συντελεστής συσχέτισης (R ). Σχήμα 6.3: Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με το λόγο Ν/Τ και οριοθέτηση των τιμών αυτών

239 ΑΝΤΟΧΗ ΣΕ ΑΝΕΜΠΟΔΙΣΤΗ ΘΛΙΨΗ ΕΜΠΟΤΙΣΜΕΝΩΝ ΑΜΜΩΝ Στο Σχήμα 6.4 παρουσιάζεται η μεταβολή της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα τσιμέντων σε σχέση με το λόγο Ν/Τ ( Σχήμα 6.4α) και το τελικό ποσοστό εξίδρωσης ( Σχήμα 6.4β), για όλες τις έρευνες που έχουν γίνει έως τις ημέρες μας. Υπενθυμίζεται ότι τα δεδομένα που συμπεριλαμβάνονται στο Σχήμα αυτό δίνονται στον Πίνακα 2.7 (τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη εμποτισμένων άμμων διδακτορικής διατριβής Πανταζόπουλου,2009), στον Πίνακα 4.1 (αντίστοιχες τιμές παρούσας έρευνας) καθώς και στους Πίνακες του Παρατήματος Γ (τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη εμποτισμένων άμμων άλλων ερευνητών). Από το Σχήμα 6.4 γίνεται σαφής ο ορισμός ενός άνω ορίου διακύμανσης των τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων όπως αυτές μεταβάλλονται με το λόγο Ν/Τ, σε αντίθεση με το κάτω όριο που θεωρείται δύσκολο να οριστεί λόγω της μεγάλης διασποράς των τιμών για τον ίδιο λόγο Ν/Τ. Η διασπορά αυτή ενδεχομένως να οφείλεται στα διαφορετικά υλικά που χρησιμοποιήθηκαν ανά έρευνα (διαφορετικές κοκκομετρίες άμμων, άλλοι τύποι και κοκκομετρίες τσιμέντων, παρουσία υπερρευστοποιητή σε διαφορετικές ποσότητες κλπ.), στο διαφορετικό τρόπο παραγωγής των δοκιμίων (π.χ. χρήση διάταξης ενέσεων εμποτισμού σε πολλαπλές μήτρες ή χρήση διάταξης εμποτισμού σε στήλες μεγάλου μήκους) ή/και στον τρόπο διεξαγωγής των δοκιμών (π.χ. άλλος χρόνος ωρίμανσης δοκιμίων, άλλος ρυθμός αξονικής παραμόρφωσης). Ενδεικτικά, αναφέρεται ότι οι τιμές της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων κυμαίνονται για λόγο Ν/Τ ίσο προς 1:1 από 2200 kpa σε kpa,περίπου, και από 510 kpa σε kpa, περίπου για λόγο Ν/Τ ίσο προς 2:1. Έντονη εξακολουθεί να εμφανίζεται η διακύμανση των τιμών αυτών και στις περιπτώσεις των πιο αραιών αιωρημάτων (Ν/Τ>2:1), χωρίς ωστόσο να φαίνεται σε τόσο μεγάλο βαθμό λόγω της κλίμακας που έχει χρησιμοποιηθεί αλλά και του περιορισμένου αριθμού δεδομένων που παρουσιάζονται. Παρόμοια συμπεριφορά των τιμών αυτών είχαμε διαπιστώσει και κατά τη σύγκριση των αποτελεσμάτων της τρέχουσας έρευνας με εκείνης του Πανταζόπουλου (2009), όπου οι διακυμάνσεις των τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων ήταν πολύ μεγάλες παρά το γεγονός ότι οι ομοιότητες στον τρόπο διεξαγωγής των ερευνών αυτών υπήρξαν αρκετές (παρόμοιες κοκκομετρίες άμμων, άμμοι ίδιας ορυκτολογικής σύστασης, τσιμέντα ίδιας κοκκομετρίας, χρήση ίδιας διάταξης εμποτισμού). Μάλιστα, οι διαφοροποιήσεις που σημειώθηκαν στις τιμές αυτές των δύο ερευνών υπενθυμίζεται ότι αποδόθηκαν στη χρήση υπερρευστοποιητή στα ενέματα της διατριβής του Πανταζόπουλου (2009) αλλά και στη χρήση της συγκολλητικής πάστας για την καλύτερη έδραση των δοκιμίων της παρούσας διατριβής στη συσκευή θλίψεως ( Κεφάλαιο 5). Επίσης, στο Σχήμα 6.4α δίνεται ο τύπος και η εξίσωση της καμπύλης προσαρμογής στους μέσους όρους των τιμών της ανεμπόδιστης θλίψης των εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα του ίδιου λόγου Ν/Τ. Η καμπύλη αυτή δίνει την καλύτερη δυνατή συσχέτιση των τιμών αυτών με το λόγο Ν/Τ ( R ), η οποία ωστόσο δε θεωρείται ιδιαίτερα

240 210 (α) (β) Σχήμα 6.4: Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με (α) το λόγο Ν/Τ και (β) το τελικό ποσοστό εξίδρωσης

241 211 ικανοποιητική εξαιτίας της μεγάλης διασποράς των τιμών της ανεμπόδιστης θλίψης των εμποτισμένων άμμων. Στο Σχήμα 6.5 προβάλλεται η συσχέτιση των τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με το λόγο νερού προς τσιμέντο, έχοντας τώρα ομαδοποιήσει τις τιμές αυτές ως προς την κοκκομετρία των τσιμέντων (διαχώρισμος σε λεπτόκοκκα-d max 20 μm και χονδρόκοκκα τσιμέντα- d max >20μm στο Σχήμα 6.5α) και τη χρήση ή όχι υπερρευστοποιητή (Σχήμα 6.5β) στα αιωρήματα εμποτισμού. Συμπεραίνουμε λοιπόν ότι ούτε η κοκκομετρία του τσιμέντου ούτε η παρουσία του υπερρευστοποιητή φαίνεται να επιδρά με κάποιο συγκεκριμένο τρόπο στις τιμές της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων, γεγονός που υποδηλώνει την ύπαρξη σημαντικότερων παραμέτρων επιρροής των τιμών αυτών, όπως είναι ο λόγος Ν/Τ και το τελικό ποσοστό εξίδρωσης. Στο Σχήμα 6.6 παρουσιάζεται εκ νέου η συσχέτιση των τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με το λόγο Ν/Τ, έχοντας ορίσει, κατά εκτίμηση, ένα άνω (πράσινη διακεκομμένη γραμμή) και ένα κάτω όριο (μπλε διακεκομμένη γραμμή) διακύμανσης των τιμών αυτών.

242 212 (α) (β) Σχήμα 6.5: Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με το λόγο Ν/Τ

243 213 Σχήμα 6.6: Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με το λόγο Ν/Τ (οριοθέτηση των τιμών) Στη συνέχεια, παρουσιάζεται στο Σχήμα 6.7α η μεταβολή των τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων της παρούσας διατριβής, της διατριβής του Πανταζόπουλου (2009) καθώς και άλλων ερευνητών (Vipulanandan and Shenoy, 1992, Helal and Krizek, 1992, De Paoli et al., 1992, Clarke et al., 1992, Schwarz and Krizek, 1994, Santagata and Collepardi,1998, Saada et al.,2006, Schwarz and Chirumalla,2007, Mollamahmutoglu et al., 2007 και Mollamahmutoglu and Yimaz,2010) με το μέγιστο ονομαστικό μέγεθος των κόκκων, d max, του τσιμέντου που χρησιμοποιήθηκε κατά τον εμποτισμό και για λόγο Ν/Τ σταθερό και ίσο με 1:1. Ακόμα, στο Σχήμα 6.7α δίνονται οι καμπύλες που οριοθετούν το εύρος διακύμανσης των τιμών αυτών με το d max (άνω και κάτω όριο) καθώς και η εξίσωση και ο συντελεστής συσχέτισης της καμπύλης που προσαρμόζει καλύτερα στους μέσους όρους των τιμών ανεμπόδιστης θλίψης των άμμων που έχουν εμποτιστεί με αιωρήματα τσιμέντων ίδιας κοκκομετρίας. Κατά ανάλογο τρόπο παρουσιάζονται στο Σχήμα 6.7β οι τιμές της αντοχής των εμποτισμένων άμμων με το μέγιστο ονομαστικό μέγεθος των κόκκων, d max, του τσιμέντου που χρησιμοποιήθηκε, για λόγο όμως Ν/Τ ίσο με 2:1. Μάλιστα στο Σχήμα αυτό εμφανίζονται τα αποτελέσματα της παρούσας έρευνας, της έρευνας του Πανταζόπουλου (2009) καθώς και των ερευνητών Shimoda and Ohmori,1982, Ατμαζίδη, 1988,, Zebovitz et al., 1989, Helal and Krizek, 1992, Schwarz and Krizek, 1994, De Paoli et al., 1992,

244 214 (α) (β) Σχήμα 6.7: Σύνθεση αποτελεσμάτων : συσχέτιση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με το μέγιστο κόκκο του τσιμέντου για αιωρήματα (α) με λόγο Ν/Τ ίσο προς 1:1 και (β) με λόγο Ν/Τ ίσο προς 2:1

245 215 Krizek et al., 1992, Clarke et al., 1992, Schwarz and Krizek, 2006, Saada et al.,2006, Schwarz and Chirumalla,2007 και Δρουδάκη κ.ά.. Από τη θεώρηση των Σχημάτων 6.7α και 6.7β διαπιστώνουμε τη μείωση των τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων με την αύξηση του μεγέθους του κόκκου, d max, του τσιμέντου του ενέματος. Η μείωση αυτή είναι πιο έντονη στην περίπτωση των εμποτισμένων άμμων με πυκνά αιωρήματα ( αιωρήματα με λόγο Ν/Τ ίσο προς 1:1), ενώ φαίνεται να ελαττώνεται με την αύξηση του λόγου Ν/Τ ( αύξηση Ν/Τ από 1:1 σε 2:1). Βέβαια και στις δύο περιπτώσεις (ενέματα με Ν/Τ ίσο προς 1:1 και 2:1) εξακολουθούμε να συναντάμε μεγάλη διασπορά στις τιμές της αντοχής των εμποτισμένων άμμων, για τους λόγους που έχουν ήδη σημειωθεί παραπάνω, πράγμα που οδήγησε σε καμπύλες προσαρμογής μικρού συντελεστή συσχέτισης (R για αιωρήματα με λόγο Ν/Τ=1:1 και R για αιωρήματα με λόγο Ν/Τ=2:1). Από όλα αυτά όμως συνάγουμε το συμπέρασμα ότι τα λεπτόκοκκα τσιμέντα (d max 20 μm) μπορούν να προσδώσουν στην εμποτισμένη άμμο, για τον ίδιο λόγο Ν/Τ, πολύ μεγαλύτερες τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη σε σχέση με τα χονδρόκοκκα (d max 40 μm), γεγονός που οφείλεται στη μεγάλη διεισδυτικότητα των λεπτόκοκκων τσιμέντων ακόμα και στις πιο λεπτές κοκκομετρίες άμμου αλλά και στα μικρότερα ποσοστά εξίδρωσης που εμφανίζουν σε σχέση με τα αντίστοιχα των αιωρημάτων των πιο χονδρόκοκκων τσιμέντων, με αποτέλεσμα την καλύτερη «τσιμέντωση» (=πλήρωση των εδαφικών κενών με προϊόντα ενυδάτωσης του τσιμέντου) των άμμων και κατά συνέπεια την αύξηση της αντοχής τους σε ανεμπόδιστη θλίψη. 6.3 ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ k- q u Στο Σχήμα 6.8 παρουσιάζεται η συσχέτιση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων της παρούσας διατριβής με την αντοχή τους σε ανεμπόδιστη θλίψη. Συγκεκριμένα, στο Σχήμα 6.8α δίνεται η συσχέτιση αυτή για τα αιωρήματα Rheocem 650 και στο Σχήμα 6.8β για τα αιωρήματα κοινών τσιμέντων που χρησιμοποιήθηκαν στο πλαίσιο της έρευνας αυτής. Μάλιστα, οι τιμές της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη αποτελούν μέσο όρο ενός συνόλου τιμών της ίδιας κατηγορίας δοκιμίων και έχουν ήδη δηλωθεί στον Πίνακα 5.1 της παρούσας διατριβής. Ομοίως και οι τιμές του συντελεστή διαπερατότητας έχουν προκύψει ως μέσοι όροι ενός συνόλου τιμών που ελήφθησαν για το ίδιο δοκίμιο κατά τον έλεγχό του σε δοκιμή διαπερατότητας ( Πίνακας 4.1 της διατριβής αυτής). Στο Σχήμα 6.8 φαίνεται η τάση μείωσης των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με την αύξηση της αντοχή τους σε ανεμπόδιστη θλίψη, ανεξαρτήτως τύπου τσιμέντου του αιωρήματος (Rheocem 650 ή CEM I,II). Με άλλα λόγια, οι μεγαλύτερες τιμές της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων σημειώνονται για τις περιπτώσεις των ουσιαστικά αδιαπέρατων δοκιμίων, δηλαδή εκείνων των εμποτισμένων δοκιμίων που εμφανίζουν συντελεστή διαπερατότητας μικρότερο ή και ίσο προς 10-7 cm/sec. Το φαινόμενο αυτό είναι λογικό και αναμενόμενο να παρατηρείται εφόσον τα δοκίμια με τους μικρότερους συντελεστές διαπερατότητας είναι τα δοκίμια που έχουν εμποτιστεί με τα πιο πυκνά ενέματα (λόγος Ν/Τ από 0.6:1 έως και 1:1) και συνεπώς, αυτά

246 216 (α) (β) Σχήμα 6.8: Συσχέτιση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με της αντοχή τους σε ανεμπόδιστη θλίψη για αιωρήματα (α) Rheocem 650 και (β) κοινών τσιμέντων της παρούσας διατριβής

247 217 που εμφανίζουν την καλύτερη πλήρωση των κενών των κόκκων τους με τα προϊόντα της ενυδάτωσης του τσιμέντου ( καλύτερη «τσιμέντωση»). Επίσης, όπως έχει αναφερθεί στις παραπάνω παραγράφους του Κεφαλαίου αυτού τόσο ο συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων όσο και η αντοχή τους σε ανεμπόδιστη θλίψη επηρεάζονται άμεσα από το λόγο Ν/Τ των αιωρημάτων. Αν μάλιστα αναλογιστούμε ότι οι ρόμβοι του ίδιου χρωματισμού στο Σχήμα 6.8 αντιπροσωπεύουν άμμους διαφορετικών κοκκομετρίων ή και ορυκτολογικής σύστασης, εμποτισμένες όμως με αιωρήματα τσιμέντων ίδιου λόγου Ν/Τ, οδηγούμαστε στη διαπίστωση ότι όλες οι άμμοι (ανεξάρτητα από την κοκκομετρία τους ή την ορυκτολογική τους σύσταση) που έχουν εμποτιστεί με αιωρήματα του ίδιου λόγου Ν/Τ φαίνεται να συμβαδίζουν στις τιμές τόσο της αντοχής τους σε ανεμπόδιστη θλίψη όσο και του συντελεστή διαπερατότητας που εμφανίζουν. Για μία ακόμα φορά παρατηρείται ο διαχωρισμός των εμποτισμένων άμμων σε δύο ομάδες, αυτής των άμμων που έχουν εμποτιστεί με τα πιο πυκνά ενέματα (λόγοι Ν/Τ<2:1) που δίνουν τους μικρότερους συντελεστές διαπερατότητας (k 10-7 cm/sec, περίπου) και εκείνης των εμποτισμένων άμμων με τα πιο αραιά αιωρήματα τσιμέντου (λόγος Ν/Τ 2:1) και άρα τους μεγαλύτερους συντελεστές διαπερατότητας ( k 10-4 cm/sec, περίπου). Στις ίδιες διαπιστώσεις καταλήγουμε και από την παρατήρηση του Σχήματος 6.9, όπου παρουσιάζονται στο ίδιο Σχήμα τα αποτελέσματα της παρούσας έρευνας και της έρευνας του Πανταζόπουλου (2009). Σημειώνεται ότι όπως συνέβη με τα αποτελέσματα της διατριβής αυτής έτσι και με τα αποτελέσματα της διδακτορικής διατριβής του Πανταζόπουλου (2009) έγινε χρήση μέσων όρων τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη αλλά και του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων. Μάλιστα, το σύνολο των αποτελεσμάτων της έρευνας του Πανταζόπουλου (2009) έχουν ήδη δηλωθεί σε προηγούμενους Πίνακες ( Πίνακας 2.3 για τις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων και Πίνακας 2.7 για τις τιμές της ανεμπόδιστης θλίψης των άμμων αυτών). Μια νέα παρατήρηση που θα μπορούσαμε να προσθέσουμε στα όσα έχουν ήδη ειπωθεί στο θέμα της συσχέτισης του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με την αντοχή τους σε ανεμπόδιστη θλίψη και τα οποία επιβεβαιώνονται από το Σχήμα 6.9, αφορά στον τρόπο επίδρασης της κοκκομετρίας των τσιμέντων των ενεμάτων, εφόσον στην έρευνα του Πανταζόπουλου χρησιμοποιήθηκαν λειοτριβημένα λεπτόκοκκα τσιμέντα (d max ίσος προς 10 μm και 20 μm). Παρατηρούμε λοιπόν ότι ούτε αυτή η παράμετρος επηρεάζει τον τρόπο συσχέτισης των δύο ιδιοτήτων των εμποτισμένων άμμων, πράγμα αναμενόμενο βάσει των όσων έχουν αναφερθεί κατά τον προσδιορισμό των παραμέτρων εκείνων που καθορίζουν την υδραυλική και μηχανική συμπεριφορά των εμποτισμένων άμμων.

248 218 (α) (β) Σχήμα 6.9: Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με την αντοχή τους σε ανεμπόδιστη θλίψη (αιωρήματα παρούσας έρευνας και έρευνας Πανταζόπουλου,2009)

249 219 Στο Σχήμα 6.10 δίνονται τα αποτελέσματα της έρευνας αυτής, του Πανταζόπουλου (2009) καθώς και των υπόλοιπων ερευνητών που αναφέρονται στη βιβλιογραφία (Shimoda and Ohmori,1982, Ατμαζίδη, 1988, Zebovitz et al., 1989, Helal and Krizek, 1992, Schwarz and Krizek,1994, De Paoli et al., 1992, Schwarz and Krizek, 2006, Mollamahmutoglu,2003, Schwarz and Chirumalla,2007, Mollamahmutoglu et al., 2007 και Mollamahmutoglu and Yimaz,2010 και Δρουδάκης κ.ά.), όπου διαπιστώνεται και πάλι η τάση μείωσης των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με την αύξηση των τιμών τους σε ανεμπόδιστη θλίψη. Μάλιστα, είναι εμφανής, πέρα από κάποιες αποκλίνουσες τιμές, ο διαχωρισμός των δεδομένων σε δύο κατηγορίες, αυτής των άμμων που έχουν εμποτιστεί με αραιά ενέματα (λόγος Ν/Τ 2:1) και εκείνης των εμποτισμένων άμμων με πυκνά αιωρήματα τσιμέντου (Ν/Τ <2:1) και συνεπώς τις μικρότερες τιμές συντελεστή διαπερατότητας ( k < 10-6 cm/sec ) και τις μεγαλύτερες τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη ( q u > 8 MPa). Απ αυτό συμπεραίνεται και πάλι ο καθοριστικός ρόλος του λόγου Ν/Τ κατά τον προσδιορισμό της υδραυλικής και μηχανικής συμπεριφοράς των εμποτισμένων άμμων, γεγονός που δικαιώνει την πλειοψηφία των ερευνών εμποτισμού που είχαν ως θέμα την τεκμηρίωση της σημαντικής αυτής επίδρασης του λόγου Ν/Τ στις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων καθώς και της αντοχής τους σε ανεμπόδιστη θλίψη. Τέλος, στο Σχήμα 6.10α μπορούν να εκτιμηθούν με σαφήνεια οι ακραίες καμπύλες (άνω όριο- πράσινη διακεκομμένη καμπύλη και κάτω όριο- μπλε διακεκομμένη καμπύλη) που οριοθετούν τη διακύμανση των τιμών αυτών καθώς και η καμπύλη προσδορισμού της διακύμανσης των μέσων τιμών των δύο ιδιοτήτων των εμποτισμένων άμμων, της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη και του συντελεστή διαπερατότητας (κόκκινη διακεκομμένη καμπύλη). Θα πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι από τα Σχήματα 6.10α και 6.10β φαίνεται ότι οι τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων έχουν την τάση να απολήγουν στο 10-8 cm/sec. Η τιμή αυτή όμως για το σύνολο των πειραμάτων μπορεί να είναι ακόμα μικρότερη και να μην ήταν εφικτή η ποσοτικοποίησή της κατά τη διεξαγωγή των δοκιμών διαπερατότητας λόγω αδυναμίας της ίδιας της συσκευής. Αυτό όμως που έχει σημασία είναι ότι τα εμποτισμένα δοκίμια με τιμές του συντελεστή διαπερατότητας γύρω στο 10-8 cm/sec είναι ουσιαστικά αδιαπέρατα.

250 220 (α) (β) Σχήμα 6.10: Σύνθεση αποτελεσμάτων: συσχέτιση του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με την αντοχή τους σε ανεμπόδιστη θλίψη (αιωρήματα όλων των ερευνών έως σήμερα)

251 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στο Κεφάλαιο αυτό αξιολογήθηκαν τα αποτελέσματα της διαπερατότητας και της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων της παρούσας έρευνας και εκείνης του Πανταζόπουλου (2009) βάσει του συνόλου των αντίστοιχων αποτελεσμάτων ερευνών που αντλήθηκαν από τη βιβλιογραφία. Η σύνθεση αυτή των αποτελεσμάτων αποφασίστηκε να γίνει ως συνάρτηση του λόγου Ν/Τ, αφού αποτελεί την παράμετρο που έχει απασχολήσει περισσότερο το ερευνητικό έργο των εμποτισμών με ενέματα και έχει ανακηρυχθεί μέσα από το κείμενο της παρούσας διατριβής ως η σπουδαιότερη παράμετρος επίδρασης στην υδραυλική και μηχανική συμπεριφορά των εμποτισμένων άμμων. Στη συνέχεια, προσδιορίστηκε μέσα από μια σειρά σχημάτων η συσχέτιση των δύο βασικών ιδιοτήτων των εμποτισμένων άμμων, της διαπερατότητάς τους με την αντοχή τους σε ανεμπόδιστη θλίψη. Από όλα αυτά προκύπτουν τα εξής πολύ ενδιαφέροντα συμπεράσματα: 1. Ο συντελεστής διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων παρουσιάζει μια ανοδική τάση με την αύξηση του λόγου Ν/Τ καθώς και του τελικού ποσοστού εξίδρωσης, ενώ δε φαίνεται να επηρεάζεται με κάποιο σαφή και συστηματικό τρόπο από την κοκκομετρία του τσιμέντου ή την παρουσία υπερρευστοποιητή στο αιώρημα. 2. Ο ρυθμός αύξησης των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με την αύξηση του λόγου Ν/Τ, είναι σχετικά υψηλός για τους χαμηλότερους λόγους Ν/Τ (από 0.6:1 έως 3:1), ενώ για λόγους Ν/Τ μεγαλύτερους του 3:1 μειώνεται σημαντικά και σχεδόν σταθεροποιείται με τιμή της τάξεως του 10-3 cm/sec. 3. Οι τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων διακρίνονται σε δύο ομάδες ανάλογα με την πυκνότητα των ενεμάτων που έχουν χρησιμοποιηθεί (άμμοι εμποτισμένες με αιωρήματα λόγου Ν/Τ <2:1 και άμμοι εμποτισμένες με αιωρήματα λόγου Ν/Τ 2:1) αφήνοντας ανάμεσά τους μια «μεταβατική ζώνη» που ορίζεται από τιμές του συντελεστή διαπερατότητας στο διάστημα μεταξύ του 10-7 με 10-5 cm/sec, περίπου. 4. Οι τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων για το σύνολο των ερευνών που έχουν διεξαχθεί έως σήμερα μπορούν να οριοθετηθούν από δύο ευθείες διγραμμικής μορφής (άνω και κάτω όριο), ενώ στους μέσους όρους των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα του ίδιου λόγου Ν/Τ προσαρμόζεται καμπύλη τύπου δύναμης με συντελεστή συσχέτισης ίσο προς Οι τιμές της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων μειώνονται με την αύξηση του λόγου Ν/Τ και του τελικού ποσοστού εξίδρωσης, ενώ δε φαίνεται να επηρεάζονται με κάποιο σαφή τρόπο από τον τύπο του τσιμέντου και τη χρήση υπερρευστοποιητή στο ένεμα. 6. Εύκολα μπορεί να οριστεί ένα άνω όριο διακύμανσης των τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων καθώς αυτές μεταβάλλονται με το λόγο Ν/Τ. Ωστόσο, δεν παρατηρείται κάτι ανάλογο για το κάτω όριο διακύμανσης των τιμών αυτών, εξαιτίας της παρουσίας μεγάλης διασποράς για τον ίδιο λόγο Ν/Τ. 7. Για λόγο Ν/Τ ίσο προς 1:1 οι τιμές της αντοχής των εμποτισμένων άμμων αυξάνονται με τη μείωση του μέγιστου κόκκου του τσιμέντου. Η αύξηση αυτή παύει να

252 γίνεται τόσο αισθητή καθώς μεταβαίνουμε σε δοκίμια εμποτισμένα με αραιότερα αιωρήματα τσιμέντου και συγκεκριμένα αιωρήματα λόγου Ν/Τ ίσου προς 2:1. 8. Ο συντελεστής διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων μειώνεται με την αύξηση των τιμών της αντοχής τους σε ανεμπόδιστη θλίψη, ανεξάρτητα από τον τύπο και την κοκκομετρία του τσιμέντου καθώς και την κοκκομετρία της άμμου που εμποτίστηκε. Ο λόγος Ν/Τ διαμορφώνει τον τρόπο συσχέτισης των δύο αυτών ιδιοτήτων των εμποτισμένων άμμων, καθώς άμμοι εμποτισμένες με τα πιο πυκνά αιωρήματα τσιμέντων ( λόγος Ν/Τ 2:1) εμφανίζουν τις μεγαλύτερες τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη και τις μικρότερες τιμές του συντελεστή διαπερατότητας. 9. Ο τρόπος μεταβολής των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με τις αντίστοιχες τιμές της αντοχής τους σε ανεμπόδιστη θλίψη μπορεί να περιγραφεί με τη χρήση δύο οριακών καμπυλών (άνω και κάτω όριο τιμών) καθώς και μιας καμπύλης που ακολουθεί το μέσο όρο των τιμών αυτών. 222

253 223 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η εργαστηριακή διερεύνηση που εκτελέστηκε στο πλαίσιο αυτής της διατριβής αποτελεί συμπλήρωση- επέκταση μέρους εκτεταμένου ερευνητικού προγράμματος με αντικείμενο την ανάπτυξη και την επιστημονική τεκμηρίωση των ιδιοτήτων και του πεδίου εφαρμογής μιας σειράς νέων υλικών ενέσεως τύπου αιωρήματος που έχουν τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν αντί χημικών διαλυμάτων για τη βελτίωση των ιδιοτήτων εδαφών με κοκκομετρία έως λεπτόκοκκης άμμου. Ειδικότερα, η παρούσα έρευνα βασίστηκε στη συγκριτική αξιολόγηση της βελτίωσης των υδραυλικών και μηχανικών ιδιοτήτων των εμποτισμένων άμμων με χρήση ευσταθών και ασταθών αιωρημάτων και, ιδιαίτερα, στη μελέτη της επίδρασης της ευστάθειας των αιωρημάτων στη διαπερατότητα και την αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων. Συγκεκριμένα, το παρόν ερευνητικό πρόγραμμα προσδιορίζεται από τους εξής γενικούς στόχους: Έλεγχος βιομηχανικά παραγόμενων τσιμέντων και συγκριτική αξιολόγησή τους με βάση διαθέσιμες πληροφορίες για άλλα λεπτόκοκκα ή/και κοινά τσιμέντα Portland. Εκτέλεση δοκιμών διαπερατότητας και δοκιμών ανεμπόδιστης θλίψης στα εμποτισμένα δοκίμια. Έλεγχος της επίδρασης του τελικού ποσοστού εξίδρωσης των αιωρημάτων τσιμέντου, που φάνηκε να συνδυάζει επιμέρους παραμέτρους, όπως ο λόγος νερου προς τσιμέντο, Ν/Τ, και το μέγεθος των κόκκων του τσιμέντου. Παραμετρική διερεύνηση του συντελεστή διαπερατότητας και της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη άμμων που έχουν εμποτιστεί με ενέματα τσιμέντων για την ποσοτικοποίηση της επίδρασης παραμέτρων όπως ο λόγος νερού προς τσιμέντο, Ν/Τ, το τελικό ποσοστό εξίδρωσης, η κοκκομετρία και η ορυκτολογική σύσταση της άμμου, ο τύπος και η κοκκομετρία του τσιμέντου. Η έρευνα που εκτελέστηκε στο πλαίσιο αυτής της διατριβής περιλαμβάνει, αρχικά, την τεκμηρίωση των βασικών ιδιοτήτων των αιωρημάτων των τσιμέντων με δοκιμές εξίδρωσης και ιξωδομέτρησης και τον εργαστηριακό έλεγχο της ενεσιμότητάς τους με δοκιμές εισπίεσης σε μικρά δοκίμια. Τα αποτελέσματα αυτής της διερεύνησης οδήγησαν στον προσδιορισμό του πεδίου εφαρμογής των αιωρημάτων και στη διαμόρφωση του προγράμματος δοκιμών για το κυρίως αντικείμενο της εργασίας, που σχεδιάστηκε και εκτελέστηκε ώστε να τεκμηριωθούν υδραυλικές και μηχανικές ιδιότητες των εδαφών που εμποτίζονται με αιωρήματα λεπτόκοκκων και κοινών τσιμέντων. Για τις ανάγκες της εργαστηριακής διερεύνησης χρησιμοποιήθηκαν τρεις τύποι τσιμέντου, ένα βιομηχανοποιημένο τσιμέντο, ένα καθαρό τσιμέντο Portland και ένα σύνθετο τσιμέντο Portland. Τα δύο τελευταία τσιμέντα λειοτριβήθηκαν ώστε να προκύψει μία επιπλέον κοκκομετρική σύνθεση από το καθένα με μέγιστο μεγέθος κόκκων 40 μm. Ως εδάφη για την παραγωγή εμποτισμένων δοκιμίων,

254 224 χρησιμοποιήθηκαν τέσσερις διαφορετικής κοκκομετρικής διαβάθμισης ασβεστολιθικές άμμοι και μια χαλαζιακή άμμος Ottawa, με συντελεστή ομοιομορφίας, Cu, κυμαινόμενο μεταξύ 1.20 και 1.46 και χαρακτηριστικό μέγεθος κόκκων, d 10, κυμαινόμενο από περίπου 0.3 mm έως περίπου 2.0 mm. Η διερεύνηση των ιδιοτήτων των αιωρημάτων περιλαμβάνει έλεγχο όλων των συνδυασμών των τύπων τσιμέντου, κοκκομετριών των τσιμέντων και τιμών του λόγου νερού προς τσιμέντο των αιωρημάτων, δηλαδή έλεγχο δεκαπέντε (15) διαφορετικών αιωρημάτων. Οι μετρήσεις του ιξώδους των αιωρημάτων πραγματοποιήθηκαν με ιξωδόμετρο τύπου δύο ομοαξονικών κυλίνδρων που είναι το πλέον κατάλληλο για τη συγκεκριμένη χρήση. Η μελέτη του φαινομένου της εξίδρωσης περιελάμβανε τον προσδιορισμό του τελικού ποσοστού εξίδρωσης και την καταγραφή του ρυθμού εξίδρωσης των αιωρημάτων. Ο εργαστηριακός έλεγχος της διαπερατότητας και της συμπεριφοράς σε στατική φόρτιση των εμποτισμένων άμμων έγινε με χρήση κατάλληλων δοκιμίων ( 11.3 cm ύψους και 5.0 cm διαμέτρου) που παράγονταν χρησιμοποιώντας ειδική διάταξη εμποτισμού μονοδιάστατης ροής. Εκτελέστηκαν συνολικά 44 δοκιμές διαπερατότητας εμποτισμένων δοκιμίων σε θάλαμο τριαξονικής φόρτισης με σύστημα εσωτερικής πίεσης, σε εργαστηριακή διάταξη της εταιρείας GDS, ενώ η μελέτη της συμπεριφοράς των εμποτισμένων άμμων σε στατική φόρτιση βασίστηκε εξ ολοκλήρου σε δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης (75 δοκίμια). Για λόγους σύγκρισης και αποτίμησης της βελτίωσης που επιφέρει ο εμποτισμός με αιωρήματα τσιμέντου στην υδατοστεγανότητα των άμμων εκτελέστηκαν δοκιμές διαπερατότητας σταθερού φορτίου για όλες τις καθαρές άμμους που εμποτίστηκαν και ενόσω αυτές βρίσκονταν σε πυκνή κατάσταση. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και οι παρατηρήσεις που έγιναν κατά την εκτέλεση αυτής της εργαστηριακής διερεύνησης, οδηγούν στα εξής συμπεράσματα: Αιωρήματα των τσιμέντων 1. Τα αιωρήματα του τσιμέντου Rheocem 650 παρουσίασαν, γενικά, την πιο ισορροπημένη συμπεριφορά, σε αντίθεση με τα αιωρήματα των τσιμέντων τύπου Ι42.5 και II32.5 που εμφάνισαν ακραίες τιμές ιδιοτήτων ως προς το φαινόμενο ιξώδες, την ενεσιμότητα και το τελικό ποσοστό εξίδρωσης. 2. Οι τιμές του φαινόμενου ιξώδους των διαφόρων αιωρημάτων τσιμέντων βρέθηκαν για λόγους Ν/Τ ίσους προς 1:1, 2:1 και 3:1 κυμαινόμενες από 55 cp έως 70 cp, από 12 cp έως 14 cp και ίσες προς 6 cp, αντίστοιχα. Για τα πιο πυκνά αιωρήματα, με λόγους Ν/Τ ίσους προς 0.6:1 και 0.8:1, οι τιμές του αρχικού φαινόμενου ιξώδους ήταν ίσες προς 690 cp και 105 cp, αντίστοιχα. Οι τιμές αυτές θεωρούνται υψηλές για εμποτισμό σε λεπτόκοκκα εδάφη. 3. Ο τύπος του τσιμέντου δεν επηρεάζει σε τόσο σημαντικό βαθμό τις τιμές του φαινόμενου ιξώδους όσο ο λόγος νερού προς τσιμέντο, Ν/Τ.

255 Το τελικό ποσοστό εξίδρωσης για αιωρήματα Rheocem 650 με υπερρευστοποιητή και με λόγους Ν/Τ 1:1, 2:1 και 3:1 ήταν 0%, 15% και 31%, αντίστοιχα. Για αιωρήματα τσιμέντων Ι42.5 και ΙΙ32.5 με λόγους Ν/Τ 0.6:1, 0.8:1, 1:1, 2:1 και 3:1, το τελικό ποσοστό εξίδρωσης κυμάνθηκε από 5% έως 7%, 10% έως 19%, 18% έως 29%, 38% έως 59% και 57% έως 69%, αντίστοιχα. 5. Η λειοτρίβηση των τσιμέντων επηρεάζει σημαντικά τις τιμές του τελικού ποσοστού εξίδρωσης. Μείωση του μέγιστου μεγέθους κόκκου, d max, από τα 100 μm στα 40 μm προκάλεσε μείωση έως και 50% στο τελικό ποσοστό εξίδρωσης. Αντίθετα, ο τύπος του τσιμέντου έχει μικρή επίδραση στο τελικό ποσοστό εξίδρωσης. 6. Ευσταθή αιωρήματα (τελικό ποσοστό εξίδρωσης μικρότερο του 5%) θεωρούνται μόνο τα αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650, με λόγο Ν/Τ ίσο με 1:1 και μόνο τα αιωρήματα των υπόλοιπων λειοτριβημένων τσιμέντων (d max = 40 μm) με λόγο Ν/Τ ίσο προς 0.6:1. 7. Η ενεσιμότητα των αιωρημάτων εξαρτάται όχι μόνο από τη σχέση μεταξύ χαρακτηριστικών κόκκων της άμμου και του τσιμέντου αλλά και από άλλες παραμέτρους, όπως το ιξώδες των αιωρημάτων. Διαπερατότητα εμποτισμένων άμμων 1. Οι εμποτισμένες άμμοι με το ταχύπηκτο τσιμέντο Rheocem 650 εμφανίζουν παρόμοια υδραυλική συμπεριφορά με αυτή των εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα κοινών ελληνικών τσιμέντων και ίδιου λόγου Ν/Τ. 2. Ο εμποτισμός των άμμων με λειοτριβημένα κοινά τσιμέντα επιφέρει, για τον ίδιο λόγο Ν/Τ, παρόμοια υδραυλική συμπεριφορά με αυτή των εμποτισμένων άμμων με χονδρόκοκκα κoινά τσιμέντα. 3. Ο λόγος νερού προς τσιμέντο των αιωρημάτων καθορίζει την κατανομή των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων, ενώ ο τύπος, η κοκκομετρία του τσιμέντου και το μέγεθος των κόκκων της άμμου δεν επηρεάζουν σημαντικά ή με κάποιο συστηματικό τρόπο τις τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων. 4. Αύξηση του λόγου Ν/Τ των αιωρημάτων εμποτισμού των άμμων οδηγεί σε αντίστοιχη αύξηση των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων, καθώς άμμοι εμποτισμένες με πυκνά αιωρήματα (Ν/Τ=0.6:1 έως και 1.25:1) δίνουν τιμή του συντελεστή διαπερατότητας κυμαινόμενη από 10-8 cm/s έως 10-7 cm/s, ενώ οι άμμοι που εμποτίστηκαν με αραιά αιωρήματα (Ν/Τ=2:1 ή 3:1) εμφανίζουν κατά δύο με πέντε τάξεις μεγέθους υψηλότερη τιμή του συντελεστή διαπερατότητας.

256 Ο εμποτισμός των καθαρών άμμων με πυκνό αιώρημα τσιμέντου (λόγος Ν/Τ ίσος με 0.6:1 έως και 1.25:1) επιφέρει μείωση της διαπερατότητάς τους κατά έξι με επτά τάξεις μεγέθους, ενώ η εισπίεση αραιού αιωρήματος τσιμέντου ( λόγος Ν/Τ μεταξύ του 2:1 και 3:1 ) στην άμμο προκαλεί τη μείωση του συντελεστή διαπερατότητάς της κατά τρεις με τέσσερις τάξεις μεγέθους. 6. Άμμοι εμποτισμένες με ευσταθή αιωρήματα παρουσιάζουν τις χαμηλότερες τιμές του συντελεστή διαπερατότητας ( τάξη μεγέθους του 10-7 cm/sec με 10-8 cm/sec), ωστόσο παραπλήσιες τιμές συντελεστή διαπερατότητας παρατηρούνται και σε άμμους που έχουν εμποτιστεί με ασταθή αλλά πυκνά αιωρήματα τσιμέντου (Ν/Τ ίσο προς 0.8:1 έως 1:1 για τα κοινά τσιμέντα και Ν/Τ ίσο προς 1.25:1 για το ταχύπηκτο τσιμέντο). Τα ασταθή αυτά αιωρήματα δίνουν μεγάλο ποσοστό εξίδρωσης, ( φτάνει το 30% για την περίπτωση των κοινών τσιμέντων), γεγονός που θέτει σε υπεροχή την παράμετρο του λόγου Ν/Τ και την καθιστά τον πιο αντιπροσωπευτικό δείκτη της πλήρωσης των εδαφικών κενών. Μηχανικές ιδιότητες εμποτισμένων άμμων 1. Τα εμποτισμένα δοκίμια με πυκνά αιωρήματα σημείωσαν ψαθυρή αστοχία, απότομο δηλαδή διαχωρισμό σε δύο κώνους και σε 4-5 διαμήκη τμήματα, ενώ οι εμποτισμένες άμμοι με αραιά αιωρήματα τσιμέντου παρουσίασαν διόγκωση κατά την αστοχία τους, λόγω του μεγάλου εύρους της πλαστικής τους περιοχής. 2. Η παραμόρφωση αστοχίας των εμποτισμένων άμμων κυμαίνεται από 0.13% έως 1.25% για το σύνολο των περιπτώσεων που εξετάστηκαν στην παρούσα έρευνα, ενώ το τέμνον μέτρο ελαστικότητας, Ε 50, εμφανίζει τιμές στο διάστημα μεταξύ του 1 GPa έως 6 GPa. Και οι δύο αυτές παράμετροι δε φαίνεται να επηρεάζονται σημαντικά ή με κάποιο συστηματικό τρόπο από την κοκκομετρία της εμποτισμένης άμμου, τον τύπο και την κοκκομετρία του χρησιμοποιούμενου τσιμέντου ή την παρουσία υπερρευστοποιητή στο ένεμα. 3. Οι τιμές της παραμόρφωσης αστοχίας καθώς και του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας των εμποτισμένων άμμων μειώνονται με την αύξηση του λόγου Ν/Τ, ο οποίος αποτελεί τη σημαντικότερη παράμετρο επιρροής τους. Ανάλογη συμπεριφορά παρουσιάζουν με την αύξηση του τελικού ποσοστού εξίδρωσης των ενεμάτων. Μάλιστα, ευσταθή αιωρήματα αποφέρουν στις εμποτισμένες άμμους τις μεγαλύτερες τιμές παραμόρφωσης αστοχίας, ενώ σημειώνονται και ασταθή, πυκνά όμως αιωρήματα τα οποία προσδίδουν εξίσου υψηλές τιμές των δύο αυτών παραμέτρων παραμόρφωσης. 4. Τόσο η αξονική παραμόρφωση αστοχίας, ε f, όσο και το τέμνον μέτρο ελαστικότητας, Ε 50, των εμποτισμένων δοκιμίων εμφανίζουν αυξητική τάση με την αύξηση της αντοχής τους σε ανεμπόδιστη θλίψη.

257 Η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων κυμαίνεται από 0.6 MPa έως 38 MPa, περίπου, για το σύνολο των περιπτώσεων που εξετάστηκαν στο πλαίσιο της διατριβής αυτής και δεν επηρεάζεται σημαντικά από την κοκκομετρία, το σχήμα των κόκκων και την ορυκτολογική σύσταση της άμμου ούτε από τον τύπο του τσιμέντου του αιωρήματος. 6. Η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων είναι συνάρτηση τόσο του λόγου Ν/Τ των αιωρημάτων όσο και της κοκκομετρίας των τσιμέντων που, συδυασμένα καθορίζουν το τελικό ποσοστό εξίδρωσης, δηλαδή το ποσοστό πλήρωσης των κενών των άμμων με προϊόντα της ενυδάτωσης του τσιμέντου. 7. Eμποτισμένες άμμοι με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 και λόγου Ν/Τ ίσου προς 1:1, 1.25:1, 2:1, 2.5:1 και 3:1 εμφανίζουν, κατά μέσο όρο, τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη ίσες προς 13.3 MPa, 8.0 MPa, 2.4 MPa, 1.6 MPa και 1.0 MPa, αντίστοιχα. Οι άμμοι που έχουν εμποτιστεί με το ευσταθές αιώρημα τσιμέντου Rheocem 650 σημειώνουν μέχρι δωδεκαπλάσια περίπου αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη από εκείνη των εμποτισμένων άμμων με το πιο αραιό αιώρημα ( λόγος Ν/Τ ίσος προς 3:1). 8. Άμμοι εμποτισμένες με αιωρήματα κοινών τσιμέντων με λόγο Ν/Τ 0.6:1 και 0.8:1, που βρίσκονται σε ευσταθή ή σχεδόν ευσταθή κατάσταση, αντίστοιχα, εμφανίζουν τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη γύρω στα 28 με 35 MPa, δηλαδή από 2 έως και 9 φορές περίπου μεγαλύτερες σε σχέση με τις αντίστοιχες τιμές που δίνουν τα πιο αραιά-ασταθή αιωρήματα (λόγος Ν/Τ ίσος προς 1:1 έως και 2:1) του ίδιου τύπου τσιμέντου ( CEM I ή II με d max =40 μm). 9. Η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων αυξάνεται με τη μείωση του μέγιστου μεγέθους των κόκκων του τσιμέντου (μείωση από d max = 100 μm σε d max = 40 μm ). Μάλιστα, παρατηρείται διπλασιασμός των τιμών αυτών τόσο για τα πυκνά ενέματα λόγου Ν/Τ ίσου προς 1:1 όσο και για τα αραιά με λόγο Ν/Τ ίσο προς 2: Άμμοι εμποτισμένες με αιωρήματα κοινών τσιμέντων δίνουν, για το ίδιο τελικό ποσοστό εξίδρωσης, b, από διπλάσιες (b <10%) έως περίπου δεκαπλάσιες ( b>10%) τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη σε σχέση με τις αντίστοιχες των εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650 και τούτο διότι το ίδιο ποσοστό εξίδρωσης επιτυγχάνεται σε αρκετά μικρότερους λόγους Ν/Τ για τα κοινά τσιμέντα από ότι για το ταχύπηκτο τσιμέντο. Σύνθεση αποτελεσμάτων 1. Οι τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων για το σύνολο των ερευνών που έχουν διεξαχθεί έως σήμερα παρουσιάζει μια ανοδική τάση με την αύξηση του λόγου Ν/Τ καθώς και του τελικού ποσοστού εξίδρωσης, ενώ δε φαίνεται να επηρεάζονται με κάποιο σαφή και συστηματικό τρόπο από την

258 228 κοκκομετρία του τσιμέντου ή την παρουσία υπερρευστοποιητή στο αιώρημα. Μάλιστα για τους ίδιους λόγους Ν/Τ, οι προκύπτουσες τιμές διαπερατότητας από την παρούσα εργαστηριακή διερεύνηση εμφανίζουν ικανοποιητική συνάφεια με τις αντίστοιχες τιμές της έρευνας του Πανταζόπουλου (2009) καθώς και των υπόλοιπων ερευνητών. 2. Ο ρυθμός αύξησης των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με την αύξηση του λόγου Ν/Τ, είναι σχετικά υψηλός για τους χαμηλότερους λόγους Ν/Τ (από 0.6:1 έως 3:1), ενώ για λόγους Ν/Τ μεγαλύτερους του 3:1, μειώνεται σημαντικά και σχεδόν σταθεροποιείται με τιμή της τάξεως του 10-3 cm/sec. 3. Οι τιμές του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων για το σύνολο των ερευνών που έχουν διεξαχθεί έως σήμερα μπορούν να οριοθετηθούν από ευθείες διγραμμικής μορφής (άνω και κάτω όριο), ενώ στους μέσους όρους των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με αιωρήματα του ίδιου λόγου Ν/Τ προσαρμόζεται καμπύλη με συντελεστή συσχέτισης ίσο προς Οι τιμές της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων μειώνονται με την αύξηση του λόγου Ν/Τ και του τελικού ποσοστού εξίδρωσης, ενώ δε φαίνεται να επηρεάζονται με κάποιο σαφή τρόπο από τον τύπο του τσιμέντου και τη χρήση υπερρευστοποιητή στο ένεμα. 5. Ένα άνω όριο των τιμών της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των εμποτισμένων άμμων, καθώς αυτές μεταβάλλονται με το λόγο Ν/Τ, μπορεί να οριστεί με μεγάλη σαφήνεια, δε συμβαίνει όμως το ίδιο με το κάτω όριο αφού εμφανίζουν μεγάλη διακύμανση. 6. Οι τιμές της αντοχής των εμποτισμένων άμμων αυξάνονται με τη μείωση του μέγιστου κόκκου του τσιμέντου. Η μείωση αυτή παρατηρείται σε μικρότερο βαθμό καθώς μεταβαίνουμε σε μεγαλύτερους λόγους Ν/Τ (π.χ. αύξηση του λόγου Ν/Τ από 1:1 σε 2:1). 7. Ο συντελεστής διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων μειώνεται με την αύξηση των τιμών της αντοχής τους σε ανεμπόδιστη θλίψη, ανεξάρτητα από τον τύπο και την κοκκομετρία του τσιμέντου καθώς και την κοκκομετρία της άμμου που εμποτίστηκε. Ο λόγος Ν/Τ διαμορφώνει τον τρόπο συσχέτισης των δύο αυτών ιδιοτήτων των εμποτισμένων άμμων, καθώς άμμοι εμποτισμένες με τα πιο πυκνά αιωρήματα τσιμέντων ( λόγος Ν/Τ 2:1) εμφανίζουν τις μεγαλύτερες τιμές αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη και τις μικρότερες τιμές του συντελεστή διαπερατότητας. 8. Ο τρόπος μεταβολής των τιμών του συντελεστή διαπερατότητας των εμποτισμένων άμμων με τις αντίστοιχες τιμές της αντοχής τους σε ανεμπόδιστη θλίψη μπορεί να περιγραφεί με τη χρήση δύο οριακών καμπυλών (άνω και κάτω όριο τιμών) καθώς και μιας καμπύλης που ακολουθεί το μέσο όρο των τιμών αυτών.

259 229 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΑΝΑΦΟΡΕΣ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Αθανασόπουλος Γ.Α. (2001), Συνοπτική Θεωρία και Προβλήματα Εδαφομηχανικής, Εκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών, Πάτρα. Ανδρέου Π., Canou J. and Dupla J.C. (2006), Μελέτη της Μηχανικής Συμπεριφοράς Αμμων Εμποτισμένων με Ενεμα Τσιμέντου, Πρακτικά, 5 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, Ξάνθη, Τόμος 1, σελ Ατματζίδης Δ.Κ. και Αθανασόπουλος Γ.Α. (2008), Βελτιώσεις-Ενισχύσεις Εδαφών, Εκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών, Πάτρα. Ατματζίδης Δ.Κ. (1988), "Ενίσχυση Εδαφών με Αιωρήματα Πολύ Λεπτόκοκκου Τσιμέντου", Πρακτικά, 1 o Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής Μηχανικής, Αθήνα, Τόμος 2, σελ Βαλαλάς Δ.Θ. (2001), Εδαφομηχανική, Εκδοτικός Οίκος Αδελφών Κυριακίδη α.ε., Θεσσαλονίκη. Δρουδάκης Α.Ι., Μάρκου Ι.Ν.& Χριστοδούλου Δ.Ν.(2010), Παραμετρική Διερεύνηση της Αποτελεσματικότητας Ενέσεων Εμποτισμού Εδαφών με Αιωρήματα Λεπτόκοκκων Τσιμέντων, Πρακτικά 6 ου Πανελλήνιου Συνέδριου Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, Τόμος 3, Εκδόσεις Τεχνικού Επιμελητηρίου Ελλάδας, Αθήνα. Θεολογίτης Δ. (1985), Beton Kalender 1984, Τόμος 3, Εκδότης Μ. Γκιούρδας, Αθήνα. Μάρκου Ι.Ν. (1995), Λειοτριβημένη Ελληνική Λιγνιτική Ιπτάμενη Τέφρα σαν Υλικό Ενεσης Τύπου Αιωρήματος για την Επί-τόπου Βελτίωση Ενίσχυση Εδαφών, Διδακτορική Διατριβή, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών. Μπασάς Β.Γ. (2012), Δυναμικές Ιδιότητες Άμμων Εμποτισμένων με Αιωρήματα Τσιμέντων, Μεταπτυχιακή Διατριβή, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών, Πάτρα. Πανταζόπουλος Ι.Α. (2009), Προσδιορισμός Παραμέτρων Σχεδιασμού Εδαφών Εμποτισμένων με Αιωρήματα Λεπτόκοκκων Τσιμέντων, Διδακτορική Διατριβή, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών, Πάτρα. Πανταζόπουλος Ι.Α., Ατματζίδης Δ.Κ.& Μάρκου Ι.Ν. (2010), Μηχανική Συμπεριφορά Άμμων Εμποτισμένων με Αιωρήματα Λεπτόκοκκων Τσιμέντων, Πρακτικά 6 ου Πανελλήνιου Συνέδριου Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, Τόμος 3, Εκδόσεις Τεχνικού Επιμελητηρίου Ελλάδας, Αθήνα. Παπαντωνόπουλος Κ.Ι. (2005), Εισαγωγή στη Βραχμηχανική, Εκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών, Πάτρα. Τριανταφύλλου Α.Χ. (2004), Δομικά Υλικά, Εκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών, Πάτρα. Χρηστάρας Β. (2002), Εργαστηριακές και επί τόπου δοκιμές Εδαφομηχανικής, Εκδόσεις Τεχνικού Επιμελητηρίου Ελλάδας, Αθήνα. Χριστούλας Σ. (1998), Επιλογές Εφαρμοσμένης Γεωτεχνικής Μηχανικής, Εκδόσεις Συμεών,Αθήνα.

260 230 ΞΕΝΟΓΛΩΣΣΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Abreu J.V., Mezzalira F.A. and Cruz L.O.M. (2005), Brazilian Special Cements for Shotcrete and Injections In Underground Constructions, Proceedings, Conference on Waterproofing, ITA-AITES, Sao Paulo, Brazil. Akbulut S., and Saglamer A. (2002), "Estimating the Groutability of Granular Soils: a New Approach", Tunnelling and Underground Space Technology, Elsevier Science Ltd, Vol. 17, pp Arenzana L. (1987), "An Experimental Investigation of the Properties and Behaviour of Dilute Microfine Cement Grouts", Ph. D. Thesis, Dept. of Civil Engineering, Northwestern University, Evanston, Illinois, U.S.A. Arenzana L., Krizek R.J. and Pepper S.F. (1989), Injection of Dilute Microfine Cement Suspensions into Fine Sands, Proceedings, of 12 th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, A.A. Balkema, Rotterdam, The Netherlands, Vol. 2, pp Atkinson R.H. and Schuller M.P. (1993), Evaluation of Injectable Cementitious Grouts for Repair and Retrofit of Masonry, ASTM Special Technical Publication, 1180, pp Axelsson M. and Gustafsson G. (2007), Grouting with High Water / Solid-Ratios Literature and Laboratory Study, Technical Report No. 2007, Department of Civil and Environmental Engineering, Division of GeoEngineering, Research Group of Engineering Geology, Chalmers University of Technology, Göteborg, Sweden. Bouchelaghem F. and Almosni A. (2003), Experimental Determination of the Longitudinal Dispersivity During the Injection of a Micro-cement Grout in a One-dimensional Soil Column, Transport in Porous Media, Vol. 52, No. 1, pp Bremen R. (1997), "The Use of Additives in Cement Grouts", International Journal of Hydropower and Dams, Vol. 4, No. 1, pp Brooke Cox, M. (2011), The Influence of Grain Shape on Dilatancy, Ann Arbor, MI: ProQuest, UMI Dissertation Publishing. Bruce D.A., Littlejohn S. and Naudts C.A. (1997), "Grouting Materials for Ground Treatment: A Practitioner's Guide", Proceedings, Conference on Grouting: Compaction, Remediation, Testing, Vipulanandan C., Editor, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 66, pp Bruce D. A. (2005), Glossary of Grouting Terminology, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol. 131, No. 12, pp Bruce D.A. (1992), "Trends and Developments in American Grouting Practice", Proceedings, Conference on Grouting in the Ground, Bell A.L., Editor, Thomas Telford, London, England, pp Budhu Muni (2000), Soil Mechanics & Foundations, John Wiley & Sons, Inc..

261 Buekett J. (1998), "International Admixture Standards", Cement and Concrete Composites, Special Issue on Chemical Admixtures, Elsevier Science Ltd, Vol. 20, No. 2/3, pp Burwell, E.B. (1958), Cement and Clay Grouting of Foundations. Practice of the Corps of Engineering, Journal of Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, Vol. 84, No. 1551, pp Chapuis R.P., Pare J.J. and Loiselle A.A. (1982), "Laboratory Test Results on Water- Bentonite-Cement Mixes for Impervious Flexible Cut-Offs", Proceedings, 35th Canadian Geotechnical Conference, Montreal, Quebec, Canada, pp Christopher B.R., Atmatzidis D.K. and Krizek R.J. (1989), Laboratory Testing of Chemically Grouted Sand, ASTM, Geotechnical Testing Journal, Vol. 12, No. 2, pp Chuaqui M. and Bruce D.A. (2003), "Mix Design and Quality Control Procedures for High Mobility Cement Based Grouts", Proceedings, 3rd International Conference on Grouting and Ground Treatment, Johnsen F.L., Bruce A.D. and Byle J.M., Editors, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 120, Vol.2, pp Clarke W.J. (1984), "Performance Characteristics of Microfine Cement", ASCE Preprint , Atlanta, Ga., U.S.A., pp Clarke W.J. and McNally A.C. (1993), Ultrafine Cement for Oilwell Cementing, Rocky Mountain Regional Meeting/Low Permeability Reservoirs Symposium and Exhibition, Society of Petroleum Engineers, Richardson, TX, USA, pp Clarke W.J., Boyd M.D. and Helal M. (1992), "Ultrafine Cement Tests and Dam Test Grouting", Proceedings, Conference on Grouting, Soil Improvement and Geosynthetics, Borden R.H., Holtz R.D. and Juran I., Editors, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 30, Vol. 1, pp Clarke W.J., Boyd M.D. and Helal M. (1993), "Ultrafine Cement Tests and Drilling Warm Spring Dam", Proceedings, Geotechnical Practice in Dam Rehabilitation, Specialty Conference, Anderson L.R., Editor, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 35, pp Dano C. and Derache N. (2001), Grout Injection in the Laboratory, Proceedings, Landmarks in Earth Reinforcement, International Symposium on Earth Reinforcement, Fukuoka, Japan, pp Dano C., and Hicher P.-Y. (2003), Behavior of Uncemented Sands and Grouted Sands before Peak Strength, Soils and Foundations, Vol. 43, No. 4, pp Dano C., Hicher P.Y. and Tailliez S. (2004), "Engineering Properties of Grouted Sands", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, pp De Paoli B., Bosco B., Granata R. and Bruce D.A. (1992a), "Fundamental Observations on Cement Based Grouts (1): Traditional Material", Proceedings, Conference on Grouting, Soil Improvement and Geosynthetics, Borden R.H., Holtz R.D. and Juran I., Editors, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 30, Vol. 1, pp De Paoli B., Bosco B., Granata R. and Bruce D.A. (1992b), "Fundamental Observations on Cement Based Grouts (2): Microfine Cements and the Cemill Process", Proceedings, 231

262 Conference on Grouting, Soil Improvement and Geosynthetics, Borden R.H., Holtz R.D. and Juran I., Editors, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 30, Vol. 1, pp DeDeere D.U. and Lombardi G. (1985), "Grout Slurries - Thick or Thin?", Proceedings, Issues in Dam Grouting, Baker W.H., Editor, ASCE, pp Dupla J.-C., Canou J. and Gouvenot D. (2004), An Advanced Experimental Set-up for Studying a Monodirectional Grout Injection Process, Ground Improvement, Thomas Telford Ltd, Vol. 8, No. 3, pp Eklund D. (2005), Penetrability due to Filtration Tendency of Cement Based Grouts, Doctoral Thesis, Division of Soil and Rock Mechanics, Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden. Eriksson M. and Stille H. (2003), "A Method for Measuring and Evaluating the Permeability of Grouts", Proceedings, 3rd International Conference on Grouting and Ground Treatment, Johnsen F.L., Bruce A.D. and Byle J.M., Editors, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 120, Vol.2, pp Eriksson M., Friedrich M., and Vorschulze C. (2003), "Variations in the Rheology and Penetrability of Cement-based Grouts - An Experimental Study", Cement and Concrete Research, Elsevier Ltd, Vol. 34, pp Gause C. and Bruce D.A. (1997a), "Control of Fluid Properties of Particulate Grouts: Part 1 - General Concepts", Proceedings, Conference on Grouting: Compaction, Remediation, Testing, Vipulanandan C., Editor, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 66, pp Gause C. and Bruce D.A. (1997b), "Control of Fluid Properties of Particulate Grouts: Part 2 - Case Histories", Proceedings, Conference on Grouting: Compaction, Remediation, Testing, Vipulanandan C., Editor, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 66, pp Gelade P., Le Roy R., Boucenna I. and Flaud P. (2002), Stability of Cement Grout: Study of Sedimentation Phenomena, Applied Rheology, Vol.12, No 1, pp Gouvenot D. (1996), "State of the Art in European Grouting Technologies", Proceedings, Conference on Grouting and Deep Mixing, Yonekura R., Terashi M. and Shibazaki M., Editors, A.A. Balkema., Rotterdam, The Netherlands, Vol. 2, pp Guan X., Hu S., and Guan B. (2002), Research on Properties of Microfine Cement-based Material for Grouting, Proceedings, Mining Science and Safety Technology, pp Hakansson U., Hassler L. and Stille H. (1992), "Rheological Properties of Microfine Cement Grouts with Additives", Proceedings, Conference on Grouting, Soil Improvement and Geosynthetics, Borden R.H., Holtz R.D. and Juran I., Editors, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 30, Vol. 1, pp Head K.H. (1986), Manual of Soil Laboratory Testing, Vol. 1-3, Pentech Press Ltd., London, England. Helal M. and Krizek R.J. (1992), "Preferred Orientation of Pore Structure in Cement- Grouted Sand", Proceedings, Conference on Grouting, Soil Improvement and 232

263 Geosynthetics, Borden R.H., Holtz R.D. and Juran I., Editors, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 30, Vol. 1, pp Henn R., Davenport R., Tzobery S., and Bandimere S. (2005), Additional Test Results for Comparison of Penetration of Grout Made with Various Ultrafine Cement Products, Proceedings, Rapid Excavation and Tunneling Conference, Elsevier Science B.V., Amsterdam, pp Henn R., Ganse P., Bandimere S., Smoak G. and Warner J. (2001), Comparison of Penetration Test Results of Grouts Made with Various Ultrafine Cement Products, Proceedings, Rapid Excavation and Tunneling Conference, Elsevier Science B.V., Amsterdam, pp Hontoria E. and Sanchez-Blanco M. (2006), Technology Innovation in Underground Construction, State-of-the-Art Report: Ground Injections, TunConstruct, Intergrated Project. Houlsby A.C. (1985), "Cement Grouting: Water Minimising Practices", Proceedings, Issues in Dam Grouting, Baker W.H., Editor, ASCE, pp Houlsby A.C., (1982), "Cement Grouting for Dams", Grouting in Geotechnical Engineering, W.H. Baker, Editor, pp Huang Z., Chen M. and Chen X. (2002), "A Developed Technology for Wet-ground Fine Cement Slurry with its Applications", Cement and Concrete Research, Elsevier Science Ltd, Vol. 33, pp Incecik, M. and Ceren, I. (1995), Cement Grouting Model Tests, Bulletin of the Technical University of Istanbul, Istanbul, Turkey, Vol. 48, No. 2, pp Karol R.H. (1982), "Chemical Grouts and their Properties", Proceedings, Conference on Grouting in Geotechnical Engineering, Baker W.H., Editor, ASCE, Vol. 1, pp Krieger I.M. and Elrod H. (1953), Direct Determination of the Flow Curves of Non- Newtonian Fluids. II. Shearing Rate in the Concentric Cylinder Viscometer, Journal of Applied Physics, Vol. 24, No. 2, pp Krieger I.M. and Maron S.H. (1954), Direct Determination of the Flow Curves of Non- Newtonian Fluids. III. Standardized Tretment of Viscometric Data, Journal of Applied Physics, Vol. 25, No. 1, pp Krizek R.J. and Helal M. (1992), "Anisotropic Behavior of Cement Grouted Sand", Proceedings, Conference on Grouting, Soil Improvement and Geosynthetics, Borden R.H., Holtz R.D. and Juran I., Editors, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 30, Vol. 1, pp Krizek R.J., Atmatzidis D.K. and Wu Z.H. (1986), "Behavior of Grouted Erksak Sand", Department of Civil Engineering, Northwestern University, Evanston, IL, U.S.A. Krizek R.J., Liao H.J. and Borden R.H. (1992), "Mechanical Properties of Microfine Cement/Sodium Silicate Grouted Sand", Proceedings, Conference on Grouting, Soil Improvement and Geosynthetics, Borden R.H., Holtz R.D. and Juran I., Editors, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 30, Vol. 1, pp

264 Kutzner C. (1982), "Grout Mixes and Grouting Work", Proceedings, Symposium on Recent Developments in Ground Improvement Techniques, A.A. Balkema, Rotterdam, The Netherlands pp Kutzner, C. (1996), Grouting of Rock and Soil, Balkema, The Neterlands. Lau D. and Crawford A. (1986), "Grouting for the Underground Containment of Radioactive Waste", Report Prepared for Atomic Energy of Canada Ltd, Dept. of Civil Engineering, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada. Legendre Y., Hery Ph. and Vattement H. (1987), "Microsol Grouting, A Method for Grouting Fine Alluvium", Proceedings, 6th International Conference, Offshore Mechanics and Arctic Engineering Symposium, ASCE, Vol. 1, pp Li N. and Woods R.D. (1987), "Dynamic Behavior of Grouted Sand", Proceedings, 3rd International Conference on Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Cakmak A.S., Editor, Soil-Structure Interaction Developments in Geotechnical Engineering, Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, The Netherlands, Vol. 43, pp Littlejohn G.S. (1982), "Design of Cement Based Grouts", Proceedings, Conference on Grouting in Geotechnical Engineering, Baker W.H., Editor, ASCE, Vol. 1, pp Littlejohn G.S. (2003), "The Development of Practice in Permeation and Compensation Grouting: A Historical Review ( )". Proceedings, 3 rd International Conference on Grouting and Ground Treatment, Johnsen F.L., Bruce A.D. and Byle J.M., Editors, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 120, Vol.1, pp Lombardi G. (2003), "Grouting of Rock Masses", Proceedings, 3 rd International Conference on Grouting and Ground Treatment, Johnsen F.L., Bruce A.D. and Byle J.M., Editors, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 120, Vol.1, pp Mitchell J.K. (1970), "In-Place Treatment of Foundation Soils", Journal of the Soil Mechanic and Foundations Division, Proceedings of the American Society of Civil Engineers, Vol.96, No. SM1, pp Mitchell J.K. (1981), "Soil Improvement - State of the Art Report", Proceedings, 10th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Stockholm, Sweden, Balkema, Rotterdam, Netherlands, Vol. 4, pp Mollamahmutoglu M. (2003), "Treatment of Medium to Coarse Sands by Microcem H900 as an Alternative Grouting to Silicate-Ester Grouts", Proceedings, 3rd International Conference on Grouting and Ground Treatment, Johnsen F.L., Bruce A.D. and Byle J.M., Editors, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 120, Vol.2, pp Mollamahmutoglu M., Yilmaz Y. and Kutlu I. (2007), Grouting Performance of Microfine Cement and Silica Fume Mix into Sands, Journal of ASTM International, Vol. 4, Issue 4, p. 7. Mollamahmutoglu M. and Yilmaz Y. (2010), Engineering Properties of Medium-to-Fine Sands Injected with Microfine Cement Grout, Marine Geosources and Geotechnology, 29:95-109,2011. Naudts A. and Landry E. (2003), "New On-site Wet Milling Technology for the Preparation of Ultrafine Cement-Based Grouts", Proceedings, 3rd International Conference on Grouting 234

265 and Ground Treatment, Johnsen F.L., Bruce A.D. and Byle J.M., Editors, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 120, Vol.2, pp Naudts A.,Landry E., Hooey S. and Naudts W. (2003), Additives and Admixtures in Cement- Based Grouts, Proceedings, 3rd International Conference on Grouting and Ground Treatment, Johnsen F.L., Bruce A.D. and Byle J.M., Editors, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 120, Vol.2, pp Nonveiller E. (1989), Grouting Theory and Practice, Developments in Geotechnical Engineering Vol. 57, Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, The Netherlands. Perret S., Ballivy G., Khayat K. and Mnif T. (1997), "Injectability of Fine Sand with Cement- Based Grout", Proceedings, Conference on Grouting: Compaction, Remediation, Testing, Vipulanandan C., Editor, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 66, pp Perret S., Palardy D. and Ballivy G. (2000), Rheological Behavior and Setting Time of Microfine Cement-Based Grouts, ACI Materials Journal, Vol. 97, No. 4, pp Saada Z., Canou J., Dormieux L. and Dupla J.C. (2006), Evaluation of Elementary Filtration Properties of a Cement Grout Injected in a Sand, Canadian Geotechnical Journal, Vol. 43, No12, pp Sano M., Shimoda M., Matsuo O. and Koseki J. (1996), "Microfine Cement Grouting as a Countermeasure Against Liquefaction", Proceedings, Conference on Grouting and Deep Mixing, Yonekura R., Terashi M. and Shibazaki M., Editors, A.A. Balkema., Rotterdam, The Netherlands, Vol. 1, pp Santagata M.C. and Collepardi M. (1998), Selection of Cement-based Grouts for Soil Treatment, Proceedings, Sessions of Geo-Congress 98, Johnsen L. and Berry D., Editors, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 80, pp Santagata M.C. and Santagata E. (2003), "Experimental Investigation of Factors Affecting the Injectability of Microcement Grouts", Proceedings, 3rd International Conference on Grouting and Ground Treatment, Johnsen F.L., Bruce A.D. and Byle J.M., Editors, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 120, Vol. 2, pp Santagata M.C., Bonora G. and Collepardi M. (1997), Superplasticized Microcement Grouts, Proceedings, CANMET-ACI Conference on Superplasticizers and Other Admixtures in Concrete, Rome, Italy, pp Schwarz L.G. and Chirumalla M. (2007), Effect of Injection Pressure on Permeability and Strength of Microfine Cement Grouted Sand, Grouting for Ground Improvement: Innovative Concepts and Applications, Geo-Denver 2007 ASCE, Geotechnical Special Publication 168. Schwarz L.G. and Krizek R.J. (1992), "Effects of Mixing on Rheological Properties of Microfine Cement Grout", Proceedings, Conference on Grouting, Soil Improvement and Geosynthetics, Borden R.H., Holtz R.D. and Juran I., Editors, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 30, Vol. 1, pp Schwarz L.G. and Krizek R.J. (1994), "Effect of Preparation Technique on Permeability and Strength of Cement-Grouted Sand", Geotechnical Testing Journal, ASTM, Vol. 17, No.4, pp

266 Schwarz L.G. and Krizek R.J. (2000), Evolving Morphology of Early Age Microfine Cement Grout, Proceedings, GeoDenver 2000 Conference Advances in Grouting and Ground Modification, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 104, pp Schwarz L.G. and Krizek R.J. (2006), "Hydrocarbon Residuals and Containment in Microfine Cement Grouted Sand", Journal of Materials in Civil Engineering, ASCE, Vol. 18, No. 2, pp Shimoda M. and Ohmori H. (1982), "Ultrafine Grouting Material", Proceedings, Conference on Grouting in Geotechnical Engineering, Baker W.H., Editor, ASCE, Vol. 1, pp Skempton A.W. (1954), The Pore-Pressure Coefficients A and B, Geotechnique, Vol. 4, No. 4, pp Tamura M., Goto T., Ogino T. and Shimizu K. (1994), Injection with Ultra-Fine Cement into Fine Sand Layer, Proceedings, 4th International Offshore and Polar Engineering Conference, International Society of Offshore and Polar Engineers, Vol. 1, pp Tattersall G.H. and Banfill P.F.G. (1983), The Rheology of Fresh Concrete, Pitman Books Ltd., London, England. Tolpannen P. and Syrjanen P. (2003), Hard Rock Tunnel Grouting Practice in Finland, Sweden, and Norway: Literature Study, Technical Report, Finnish Tunnelling Association. Tosca S. and Evans J.C. (1992), The Effects of Fillers and Admixtures on Grout Performance, ASCE, Geotechnical Special Publication 30, Vol. 1, pp Van der Stoel A.E.C. (1999), Full Scale Injection Test North/South Metroline Amsterdam, Geotechnical Engineering for Transportation Infrastructure, Proceedings, 12th European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Balkema, Rotterdam, The Netherlands, Vol. 1, pp Van der Stoel A.E.C. (2001), Grouting for Pile Foundation Improvement, Ph. D. Thesis, Technische Universiteit Delft, Published and Distributed by: DUP Science. Verfel J. (1989), Rock Grouting and Diaphragm Wall Construction, Developments in Geotechnical Engineering, Vol. 55, Elsevier Science Publishing Company, Amsterdam, The Netherlands. Vipulanandan C. and Shenoy S. (1992), "Properties of Cement Grouts and Grouted Sands with Additives", Proceedings, Conference on Grouting, Soil Improvement and Geosynthetics, Borden R.H., Holtz R.D. and Juran I., Editors, ASCE, Geotechnical Special Publication No. 30, Vol. 1, pp Warren Spring Laboratory (1990), Viscosity Measurement - A User s Guide to Viscometers, Viscometers (UK) Ltd., A UK Manufacturing Company. Weaver K.D. (1991), Dam Foundation Grouting, A.S.C.E., New York, U.S.A.. Weaver K., Coad R.M. and McIntosh K.R. (1992), "Grouting Against Hazwaste", Civil Engineering, ASCE, Vol. 62, No. 5, pp Zebovitz S., Krizek R.J and Atmatzidis D.K. (1989), "Injection of Fine Sands with Very Fine Cement Grout", Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, New York, U.S.A., Vol. 115, No. 12, pp

267 237 Ziming W., Daneng H. and Yaosheng X. (1990), "Investigation of the Rheological Properties and Groutability of Fresh Cement Pastes", Proceedings, Rheology of Fresh Cement and Concrete, International Conference organized by the British Society of Rheology, P.F.G. Banfill, Editor, E.&F.N. Spon, London, England, pp ΠΡΟΤΥΠΑ A.S.T.M. C , (2004), Standard Specification for Portland Cement, Annual Book of ASTM Standards, Annual Book of ASTM Standards, Sec. 4, Vol , Cement, Lime, Gypsum, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, U.S.A. A.S.T.M. C , (2004), Standard Specification for Chemical Admixtures for Concrete, Annual Book of ASTM Standards, Sec. 4, Vol , Concrete and Aggregates, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, U.S.A. A.S.T.M. C , (2002) Standard test method for permeability of granular soils (constant head), Annual book of ASTM Standards, West Conshohocken, PA,USA: American Society for Testing and Materials, pp A.S.T.M. D , (2004) Standard Test Method for Laboratory Preparation of Chemically Grouted Soil Specimens for Obtaining Design Strength Parameters, Annual Book of ASTM Standards, Sec. 4, Vol , Soil and Rock, Building Stones, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, U.S.A. Ε (1986), Προδιαγραφές Εργαστηριακών Δοκιμών Εδαφομηχανικής. EN 12715:2000, (2000), Execution of Special Geotechnical Work Grouting. EN 12716:2001, (2001), Execution of Special Geotechnical Works Jet Grouting. EN :2005, (2005), Methods of Testing Cement Part 3: Determination of Setting Times and Soundness. EN 197-1:2000, (2000), Cement Part 1: Composition, Specifications and Conformity Criteria for Common Cements. EN 934-2:2001, (2001), Admixtures for Concrete, Mortar and Grout Part 2: Concrete admixtures Definitions, Requirements, Conformity, Marking and Labelling. Πρότυπο ΕΛΟΤ Τσιμέντο Μέρος 1: Σύνθεση, προδιαγραφές και κριτήρια συμμόρφωσης για τα κοινά τσιμέντα. ΣΥΝΔΕΣΜΟΙ

268 238

269 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΙΞΩΔΟΥΣ

270

271 Φαινόμενο Ιξώδες, n (cp) Χρόνος, t (min)

272 Φαινόμενο Ιξώδες, n (cp) Χρόνος, t (min)

273 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΔΟΚΙΜΩΝ ΑΝΕΜΠΟΔΙΣΤΗΣ ΘΛΙΨΗΣ ΣΕ ΕΜΠΟΤΙΣΜΕΝΕΣ ΑΜΜΟΥΣ

274

275 Αξονική Τάση, σ (kpa) Αξονική Παραμόρφωση, ε (%)

276 Αξονική Τάση, σ (kpa) Αξονική Παραμόρφωση, ε (%)

277 Αξονική Τάση, σ (kpa) Αξονική Παραμόφωση, ε (%)

278 Αξονική Τάση, σ (kpa) Αξονική Παραμόρφωση, ε (%)

279 Αξονική Τάση, σ (kpa) Αξονική Παραμόρφωση, ε (%)

280 Αξονική Τάση, σ (kpa) Αξονική Παραμόρφση, ε (%)