ΓΕΩΑΦΡΟΣ EPS ΙΟΓΚΩΜΕΝΟ ΠΟΛΥΣΤΥΡΕΝΙΟ ΣΕ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ. Πανελλήνιος Σύνδεσµος Παραγωγών ιογκωµένης Πολυστερίνης

Transcript

1 Πανελλήνιος Σύνδεσµος Παραγωγών ιογκωµένης Πολυστερίνης Πανεπιστήµιο Πατρών Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών Εργαστήριο Γεωτεχνικής Μηχανικής ΓΕΩΑΦΡΟΣ EPS ΙΟΓΚΩΜΕΝΟ ΠΟΛΥΣΤΥΡΕΝΙΟ ΣΕ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ

2 ΓΕΩΑΦΡΟΣ ΕPS Bιοµηχανικό προϊόν µορφής ορθογώνιου παραλληλεπίπεδου πρίσµατος. Εντάσσεται στα γεωσυνθετικά υλικά. Αποτελείται από θερµικά συγκολληµένες πολυεδρικές κυψέλες διογκωµένου πολυστυρένιου.

3 ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Πρώτη ύλη: ιογκώσιµα σφαιρίδια πολυστυρένιου Παροχή ατµού και θέρµανση πρώτο στάδιο διόγκωσης (pre-puff) Tοποθέτηση σε ατσάλινη µήτρα και παροχή ατµού τελική διόγκωση, συγκόλληση σφαιριδίων, διαµόρφωση πρίσµατος

4 ΦΥΣΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ιαστάσεις: Μήκος =2.0 έως 4.0 m Πλάτος = 1.0 έως 2.0 m Υψος = 0.5 m Πυκνότητα: 10 kg/m 3 έως 40 kg/m 3

5 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΣΕ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ εκαετίες '50, '60 : Θερµοµονωτικές στρώσεις για την αντιµετώπιση της εισχώρησης του παγετού στο υπέδαφος. εκαετία '70 έως σήµερα : Κατασκευή ελαφρών επιχωµάτων, διερεύνηση κατασκευής συµπιεστών παρεµβληµάτων και αποσβεστήρων ταλαντώσεων.

6 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΕΛΑΦΡΟΥ ΕΠΙΧΩΜΑΤΟΣ Το χαµηλό βάρος και η ιδιαίτερη µηχανική του συµπεριφορά καθιστούν το γεωαφρό EPS µια αξιόπιστη λύση για την κατασκευή ελαφρών επιχωµάτων πάνω σε µαλακά / συµπιεστά εδάφη. Ο γεωαφρός EPS ζυγίζει από 0.5% έως 2.5% του βάρους των συµβατικών επιχωµάτων και κατά την εφαρµογή ελαχιστοποιούνται οι εργασίες βελτίωσης του φυσικού εδάφους. Ελαχιστοποιούνται προβλήµατα καθιζήσεων. Μειώνεται του κόστους συντήρησης του έργου.

7 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΕΛΑΦΡΩΝ ΕΠΙΧΩΜΑΤΩΝ Επιχώµατα οδοποιίας (µεγαλύτερος αριθµός εφαρµογών). Μεταβατικά επιχώµατα γεφυρών. Επιχώµατα αποκατάστασης / βελτίωσης ευστάθειας πρανών. Ελαφρά επιχώµατα πάνω από υπόγειες κατασκευές. Ελαφρά επιχώµατα για διαµόρφωση τοπίων.

8 ΕΠΙΧΩΜΑΤΑ Ο ΟΠΟΙΙΑΣ Μείωση του ίδιου βάρους της κατασκευής. εν απαιτούνται χρονοβόρες εργασίες βελτίωσης του συµπιεστού φυσικού εδάφους (π.χ. επίχωµα προφόρτισης, στερεοποίηση). Μείωση του χρόνου κατασκευής. Μείωση του κόστους συντήρησης κατά τη λειτουργία του έργου.

9 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΑ ΕΠΙΧΩΜΑΤΑ ΓΕΦΥΡΩΝ Μείωση του ίδιου βάρους της κατασκευής. Αµελητέες καθιζήσεις του συµπιεστού υπεδάφους. Ικανότητα διαµόρφωσης κατακόρυφων παρειών. ραστική µείωση οριζόντιων φορτίων στο ακρόβαθρο της γέφυρας.

10 ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ / ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Μείωση της δρώσας µάζας ολίσθησης. υνατότητα κατασκευής κατακόρυφου µετώπου. Αύξηση του συντελεστή ασφάλειας. Ταχεία αποκατάσταση οδών σε περιοχές κατολισθήσεων.

11 ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΥΠΟΓΕΙΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ Σηµαντική αποµείωση της επιφόρτισης σε υπόγειες κατασκευές. υνατότητα ανύψωσης της στάθµης εδάφους χωρίς επιβάρυνση της υπάρχουσας κατασκευής.

12 ΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΤΟΠΙΟΥ ιαµόρφωση όγκου µε µικρή επιφόρτιση των υποκείµενων εδαφών ή κατασκευών. Ευελιξία στο σχεδιασµό. Προστασία σηράγγων από καταπτώσεις βράχων.

13 ΠΑΡΕΜΒΛΗΜΑΤΑ ΜΕΙΩΣΗΣ Ε ΑΦΙΚΩΝ ΩΘΗΣΕΩΝ Παρεµβολή πλάκας γεωαφρού EPS µεταξύ εδάφους και κατασκευής επιτρέπει την οριζόντια παραµόρφωση του εδάφους και τη µείωση των φορτίων που ασκούνται από το έδαφος στην κατασκευή. Κατά τη διάρκεια σεισµικής φόρτισης ο γεωαφρός EPS λειτουργεί και σαν αποσβεστήρας ταλαντώσεων. Οικονοµία στο σχεδιασµό της κατασκευής αντιστήριξης.

14 ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ 1. ιαπολιτειακή οδός Ι15, Salt Lake City, Utah, USA To πρόβληµα: Υπερβολικά συµπιεστό υπέδαφος, ύπαρξη ευαίσθητων υπόγειων αγωγών ύδρευσης, αερίου και τηλεπικοινωνιών, σφικτό χρονοδιάγραµµα. Η λύση: Κατασκευή επιχωµάτων µε γεωαφρό EPS. Αποτέλεσµα: Ελαχιστοποίηση καθιζήσεων, τήρηση χρονοδιαγράµµατος. Τεχνικά χαρακτηριστικά Ογκος EPS: m 3 Yψος επιχώµατος: 8.3 m (H max ) Kατακόρυφα πρανή Τύπος EPS: 20 kg/m 3

15 ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ 2. Mεταβατικό επίχωµα γέφυρας, Hjelmungen, Norway To πρόβληµα: Υπερβολικά συµπιεστό υπέδαφος, σηµαντικές καθιζήσεις των µεταβατικών επιχωµάτων, εγκάρσια εξώθηση υπεδάφους και προβλήµατα δυσλειτουργίας των ακροβάθρων. Η λύση: Αντικατάσταση επιχωµάτων πρόσβασης και ακροβάθρων µε γεωαφρό EPS. Τεχνικά χαρακτηριστικά Αποτέλεσµα: Ελαχιστοποίηση Ογκος EPS: 2500 m 3 συνολικών και διαφορικών Yψος επιχώµατος: 5.0 m (H max ) καθιζήσεων, αποκατάσταση Τύποι EPS: 20, 25, 35 kg/m λειτουργικότητας της γέφυρας. 3

16 ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ 3. Αποκατάσταση ολισθαίνοντος πρανούς, Schoharie, NY, USA To πρόβληµα: Συνεχής (ερπυστική) ολίσθηση πρανούς οδοποιίας, αναποτελεσµατικότητα συµβατικών γεωτεχνικών µεθόδων. Η λύση: Αντικατάσταση εδαφικού επιχώµατος µε γεωαφρό EPS. Αποτέλεσµα: Μείωση του βάρους της κατασκευής, αύξηση του συντελεστή ασφάλειας, αποκατάσταση οδού. Τεχνικά χαρακτηριστικά Ογκος EPS: 2800 m 3 Τύπος EPS: 20 kg/m 3

17 ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ 4. Ανύψωση στάθµης εδάφους, Dusseldorf, Germany To πρόβληµα: Ανύψωση στάθµης εδάφους κατά 5.0 m και κατασκευή οδού πάνω από υπόγειο τερµατικό σταθµό µετρό. Η λύση: Κατασκευή επιχώµατος µε γεωαφρό EPS. Αποτέλεσµα: Μικρή επιφόρτιση υπόγειας κατασκευής, διασφάλιση υπάρχουσας κατασκευής χωρίς πρόσθετα µέτρα. Τεχνικά χαρακτηριστικά Ογκος EPS: 2165 m 3 Yψος επιχώµατος: 5.5 m Tύποι EPS: 15, 20 kg/m 3

18 ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ 5. Ανάπλαση τοπίου, Ηamburg, Germany To πρόβληµα: ιαµόρφωση τοπίου πάνω από σήραγγα αυτοκινητόδροµου. Η λύση: Κατασκευή επιχώµατος µε γεωαφρό EPS, εδαφική επικάλυψη, δενδροφύτευση. Αποτέλεσµα: Μικρή επιφόρτιση υπόκειµενης κατασκευής, βελτίωση της αισθητικής του χώρου. Τεχνικά χαρακτηριστικά Ογκος EPS: 2100 m 3 Yψος επιχώµατος: 6.0 m Τύπος EPS: 15 kg/m 3

19 ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΓΕΩΑΦΡΟ EPS Στράγγιση: Οι γεωαφροί EPS είναι ελαφρύτεροι από το νερό και συστήνεται η κατασκευή στραγγιστηρίων (χονδρόκοκκα αδρανή) στη βάση και στις παρειές του επιχώµατος.

20 ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΓΕΩΑΦΡΟ EPS Επικάλυψη: Συστήνεται η κατασκευή πλάκας οπλισµένου σκυροδέµατος στη στέψη του επιχώµατος για την κατανοµή των κινητών φορτίων στη µάζα του επιχώµατος.

21 ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΓΕΩΑΦΡΟ EPS Πρόληψη διάβρωσης: Συστήνεται η επικάλυψη των ελεύθερων επιφανειών των γεωαφρών EPS µε κατάλληλες γεωµεµβράνες ώστε να προλαµβάνεται η επαφή µε πετρελαϊκά προϊόντα (λάδια, βενζίνες, κτλ.).

22 ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΕΠΙΛΟΓΗΣ ΤΥΠΟΥ ΓΕΩΑΦΡΟΥ EPS Μηχανική συµπεριφορά σε θλίψη: Απαραίτητη η γνώση των παραµέτρων συµπεριφοράς σε ανεµπόδιστη και τριαξονική θλίψη για την κατάλληλη επιλογή τύπου γεωαφρού EPS και τον υπολογισµό των αρχικών παραµορφώσεων. Ερπυσµός: Πρόβλεψη της εξέλιξης των παραµορφώσεων στο χρονο λειτουργίας της κατασκευής. Αλληλεπίδραση µε άλλα υλικά: Αντιστάσεις ολίσθησης στις επιφάνειες επαφής µεταξύ πρισµάτων γεωαφρού EPS και υλικών µε τα οποία έρχονται σε επαφή (γεωαφρός EPS, έδαφος, σκυρόδεµα, γεωσυνθετικά).

23 ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ Ι ΙΟΤΗΤΩΝ 1. οκιµές Ανεµπόδιστης Θλίψης Ανεµπόδιστη θλίψη Κύβοι a=50 mm r=10%/min EPS35 Ορθή τάση, σ (kpa) EPS30 EPS25 EPS20 EPS15 50 EPS Αξονική παραµόρφωση, ε a (%) Από δοκιµές στο Εργαστήριο Γεωτεχνικής Μηχανικής του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήµιο Πατρών.

24 Ανεµπόδιστη Θλίψη

27 ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ Ι ΙΟΤΗΤΩΝ 2. οκιµές Τριαξονικής Φόρτισης 100 Εκτροπική τάση, σ 1 (kpa) EPS20 σ 3 =0 kpa ρ=19,75 kg/m 3 σ 3 =10 kpa ρ=20,21 kg/m 3 σ 3 =15 kpa ρ=19,53 kg/m 3 σ 3 =25 kpa ρ=18,99 kg/m 3 σ 3 =50 kpa ρ=20,83 kg/m 3 Ογκ. παραµόρφωση, ε V (%) Αξονική παραµόρφωση, ε a (%) Από δοκιµές στο Εργαστήριο Γεωτεχνικής Μηχανικής του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήµιο Πατρών.

28 0 0 E dev / E i σ c10,dev / σ c10 σ y,dev / σ y EPS15 EPS20 EPS25 EPS30 EPS35 Μέτρο Ελαστικότητας, Ε i σ 3 / σ c10 Όριο ιαρροής, σ y Αντοχή σε Θλίψη, σ c10 Για ορθές τάσεις µικρότερες του ορίου ελαστικής συµπεριφοράς (0.6% ως 0.8% παραµόρφωση) τα αποτελέσµατα δοκιµών ανεµπόδιστης θλίψης είναι αρκούντως αντιπροσωπευτικά της συµπεριφοράς του υλικού στο πεδίο

29 Ολόγος Poisson έχει θετική τιµή για φορτίσεις εντός της περιοχής ελαστικής συµπεριφοράς 0,5 0,4 Λόγος Poisson, v 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0-0,1-0,2-0,3-0,4 Εύρος Ορίων Ελαστικής Παραµόρφωσης EPS15 EPS20 EPS25 EPS30 EPS35 Λόγος Poisson, v 0,2 0,0-0,2-0,4-0,6-0,8-0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Αξονική Παραµόρφωση, ε is (%) -1,0 0,0 0,

30 ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ Ι ΙΟΤΗΤΩΝ 3. οκιµές Ερπυσµού Συνολική αξονική παραµόρφωση, ε t (%) EPS20 Ερπυσµός WLF Method σ=15.8 kpa σ=31.6 kpa σ=47.4 kpa Χρόνος, t (έτη) Από δοκιµές στο Εργαστήριο Γεωτεχνικής Μηχανικής του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήµιο Πατρών.

31 Εφαρµογη Της Αρχης Της Επαλληλιας Χρονου - Θερµοκρασιας

32 ΚΑΤΑΣΤΑΤΙΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΤΙΚΗ ΕΞΙΣΩΣΗ ΕΞΙΣΩΣΗ tot o c t t ε σ σ = 30% σ σ 10 c 0.50% ε tot c tot σ σ ε = (t=0) E i tot o i t t E ε σ =

33 ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ Ι ΙΟΤΗΤΩΝ 4. οκιµές ιατµητικής Αντίστασης ιατµητική τάση, τ (kpa) Χυτό επί-τόπου EPS15, c a = 29.0 kpa EPS20, c a = 48.5 kpa EPS30, c a = 72.0 kpa Ορθή τάση, σ (kpa) Προκατασκευασµένο EPS15, δ=33 ο EPS20, δ=34.5 ο EPS30, δ=36 ο Από δοκιµές στο Εργαστήριο Γεωτεχνικής Μηχανικής του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήµιο Πατρών.

34 ΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 140 ιατµητική τάση, τ (kpa) EPS15, δ=39 ο EPS20, δ=40 ο EPS25, δ=35 ο EPS30, δ=40 ο EPS35, δ=37 ο MO, δ=38.5 ο Ορθή τάση, σ (kpa)

35 ΓΕΩΑΦΡΟΣ EPS20 - ΓΕΩΥΦΑΣΜΑΤΑ ιατµητική τάση, τ (kpa) Γεωύφασµα µε µηχανική εµπλοκή των ινών ΓΥ1, δ=33 ο ιατµητική τάση, τ (kpa) Γεωυφάσµατα µε θερµική συγκόλληση των ινών ΓΥ2, δ=25.5 ο ΓΥ3, δ=23.5 ο ιατµητική τάση, τ (kpa) Υφασµένα γεωυφάσµατα Ορθή τάση, σ (kpa) ΓΥ4, δ=21 ο ΓΥ5, δ=32 ο

36 ΓΕΩΑΦΡΟΣ EPS20 - ΓΕΩΜΕΜΒΡΑΝΕΣ ιατµητική τάση, τ (kpa) ΓΜ1, δ=15 ο ΓΜ2, δ=38.5 ο ΓΜ3, δ=31.5 ο Γεωµεµβράνες HDPE ιατµητική τάση, τ (kpa) Γεωµεµβράνη ΡP ΓΜ4, δ=25.5 ο ιατµητική τάση, τ (kpa) Γεωµεµβράνη PVC ΓΜ5, δ=33 ο Ορθή τάση, σ (kpa)

37 ιατµητική τάση, τ (kpa) ΓΕΩΑΦΡΟΣ EPS - Ε ΑΦΗ EPS30-Αµµος, δ=37.5 ο EPS15-Αµµος, δ=37.5 ο EPS20-Αµµος, δ=37.5 ο EPS20-Χαλίκι, δ=50.5 ο EPS20-Αργιλος, δ=22.5 ο Ορθή τάση, σ (kpa)

38 ΓΕΝΙΚΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 1. Η µηχανική συµπεριφορά των γεωαφρών EPS καθορίζεται από τη συµπιεστότητα των δοµικών τους µονάδων (κυψέλες). 2. Ανοµοιοµορφίες στο σχήµα και το µέγεθος των κυψελών έχουν δυσµενείς επιπτώσεις. 3. Οι γεωαφροί EPS που ελέγχθηκαν παρουσιάζουν ποιοτικά την ίδια µηχανική συµπεριφορά. 4. Ελαστική περιοχή: ε=0.8% ή σ=0.4 σ c10 (ταχεία φόρτιση) 5. Ερπυσµός: Γραµµική ιξωδοελαστικότητα µέχρι ε tot,i =0.5% ή σ=0.3σ c10

39 ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ 1. Εκθετική συσχέτιση των παραµέτρων µηχανικής συµπεριφοράς µε την πυκνότητα των γεωαφρών EPS. 2. Οριο διαρροής, σ y και αντοχή σε θλίψη, σ c10, εξαρτώνται µόνο από την πυκνότητα του γεωαφρού EPS. 3. Αρχικό µέτρο ελαστικότητας, Ε i = f (ρ ΕPS, V, h/d, σ 3 ) 4. Πρακτικά: Ε i,500 =E i,d100h200 =2E i,50

40 ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ 5. Μείωση του φαινόµενου µέτρου ελαστικότητας, Ε dev, µε αύξηση της περιβάλλουσας τάσης, σ Λόγος Poisson, ν=0.04 (ελαστική περιοχή) ν<0 (τριαξονική φόρτιση) 7. Ιξωδοελαστικά γραµµική απόκριση των γεωαφρών EPS για ε tot, i <0.5%. ε tot (t=50 yrs) = 2 ε tot,i

41 ΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ Tύπου τριβής. Σκυρόδεµα "χυτό επί τόπου" : Υψηλή συνάφεια (ca 0.4 σc10) Φαινόµενη γωνία τριβής, δ, EPS - EPS 38.5o Επαφή γεωαφρών EPS µε "λεία" υλικά : Χαµηλή αντίσταση (δ<< 38.5o) Επαφή γεωαφρών EPS µε χονδρόκοκκα εδάφη, τραχιές γεωµεµβράνες : Ικανοποιητική έως υψηλή αντίσταση (δ 38.5o)

42 Οι γεωαφροί EPS προσφέρουν στο σχεδιασµό µεγάλης ποικιλίας κατασκευών εναλλακτικές λύσεις που χαρακτηρίζονται από: Τεχνική αρτιότητα Ασφάλεια Οικονοµικότητα κατασκευής συντήρησης Βελτιστοποίηση χρόνου κόστους Οι απαραίτητες µεγάλες ποσότητες υλικού παράγονται από Ελληνικές Εταιρίες, µέλη του Συνδέσµου Παραγωγών Προϊόντων ιογκωµένου Πολυστυρένιου σε τεχνολογικά σύγχρονες εγκαταστάσεις.

43 Πανελλήνιος Σύνδεσµος Παραγωγών ιογκωµένης Πολυστερίνης Νερατζιωτίσσης ΜΑΡΟΥΣΙ, ΑΘΗΝΑ Τηλ: Fax: Πανεπιστήµιο Πατρών Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών Εργαστήριο Γεωτεχνικής Μηχανικής ΡΙΟ, ΠΑΤΡΑ Υπεύθυνος: Καθηγητής.Κ. Ατµατζίδης Τηλ: Fax: Φωτογραφικό υλικό και πληροφορίες από: Εργαστήριο Γεωτεχνικής Μηχανικής, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήµιο Πατρών Hans Tepper, Stybenex, The Netherlands Steven Bartlett, University of Utah, USA