Experimental correlations between pressuremeter parameters and laboratory test results

Transcript

1 nειραματικές συσχετίσεις πρεσσιμετρικών παραμέτρων και παραμέτρων εργαστηριακύ ελέγχυ Experimental correlations between pressuremeter parameters and laboratory test results Χ ΜΑΡΑΓΚΟΣ (Επίκ Καθηγητής, Τμέας Γεωτεχνικής Μηχανικής, ΑΠ Θ ) ΠΒΡΛΗΨΗ: Με βάση τη διεξαγωγή δύ αυττελών ερευνητικών πργραμμάτων απσκπεcται συσχετισμός των πρεσσιμετρικών μεγεθών με τις συμβατικές εδαφτεχνικές παραμέτρυς Τα απτελέσματα της έρευνας συγκρcννται με ανάλγες συσχετίσεις των δκιμών spt και CPT και σχλιάζνται ι δυνατότητες των πρεσσιμετρικών δκιμών για τν πρσδιρισμό των εδαφτεχνικών παραμέτρων ABSTRACT: Based η the results of two different research programs, an effort has been made to correlate the pressuremeter parameters with the conentional soil parameters The resul ts are compared wi th those of similar SPT and CPT correlations and the possibility of using the pressuremeter tests, to determine soil parameters, is discussed ΒΣΑΓΩΓΗ Οι πρεσσιμετρικές μέθδι χρησ ι μπιύνται σήμερα ευρύτατα στην εrtίλυση γεωτεχνικών πρβλημάτων Η πρσ'μίωση της εντατικής κατάστασης πλλών πρβλημάτων εφαρμγών με την εντατική κατάσταση πυ πρκαλεί η πρεσσιμετρική δκιμή, δήγησε στην ανάπτυξη ίδιων διαφρετικών των συμβατικών μεθόδων ανάλυσης των Για την καλύτερη αξιπίηση τυς ι πρεσσιμετρικές δκιμές διερευνύνται και στην κατεύθυνση πρσδιρισμύ των εδαφτεχνικών παραμέτρων Με βάση μcα ελαστπλαστική ανάλυση, διατυπώννται μαθηματικές σχέσεις πυ συνδέυν τα πρεσσιμετρικά μεγέθη με τις παραμέτρυς φ, c, Ε [5]' η εφαρμγή των σχέσεων αυτών δηγεί σε απτελέσματα πυ δεν είναι απδεκτά [1] Αναζητύνται έτσι εμπειρικές συσχετcσεις Οι πλείστες από αυτές αφρύν τα συνεκτικά εδάφη, ενώ στα κκκώpη εδάφη ι σχετικές διερευνήσεις είναι λίγες Και 75

2 ε(ναι ακριβώς αυτά τα εδάφη στα π(α πρσδιρισμός των μηχανικών παραμέτρων με τις επιτόπυ δκιμές, έχει λόγω της ανέφικτης αδιαταράκτυ δειγματληψ(ας βαρύνυσα σημασ(α Βασισμένη στη διεξαγωγή μιας έρευνας σε άμμ, η εργασ(α απσκπεc στην κατεύθυνση αυτή η διερεύνηση επεκτε(νεται και στα συνεκτικά εδάφη Στην εργασ(α περιγράφνται ι ερευνητικές εργασ(ες και δ(ννται τα απτελέσματα της αξιλόγησης των Με την παράθεση στιχείων και άλλων συναφών διερευνήσεων, η συνλική εικόνα συγκρ(νεται με ανάλγες συσχετ(σεις των δκιμών SPT και τυ στατικύ πενετρμέτρυ (CPT) και σχλιάζνται ι δυνατότητες πυ παρέχυν σήμερα ι πρεσσιμετρικές δκιμές για τν πρσδιρισμό των εδαφμηχανικών παραμέτρων ΕΡΕΥΝΗΤ1CΒΣ ΕΡΓΑΣΕΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ JCκχώδη Εδάφη Η έρευνα απσκπύσε στ συσχετισμό των πρεσσιμετρικών παραμέτρων με τη γων(α τριβής φ, την πυκνότητα Dn, τ ιδημετρικό μέτρ Ε 5 και την τιμή Ν 30 της SPT Λόγω της αδυναμ(ας λήψη ς αδιατάρακτων δειγμάτων σε αμμώδεις σχηματισμύς, η διερεύνηση στηρίχθηκε στη διεξαγωγή πρεσσιμετρήσεων σε εγκιβωτισμένη σε πειραματικό κιβώτι άμμ Εξετάστηκαν έξι πυκνότητες, με τιμές ι π(ες κυμα(ννταν από D= 0,37 έως 0,89 Η συμπύκνωση της άμμυ στ πειραματικό κιβώτι lγινε με δνητική πλάκα Ο βαθμός μιγένειας* ελέγχθηκε με μετρήσεις ραδιϊστόπων Σε διαφρετικές θέσεις τυ πειραματικύ σκάμματς έγιναν για κάθε πυκνότητα άμμυ κτώ πρεσσιμετρικές δκιμές (σχήμα 1) Ακλυθύσε η εκτέλεση δκιμών SPT Ο εργαστηριακός* έλεγχς, για σύγκριση με τ πρεσσιμετρικό απτέλεσμα, περιελάμβανε δκιμές τριαξνικής φόρτισης και δκιμές συμπιεστότητας Στν Π(νακα 1 παρατ(θενται ι μέσες τιμές των πρεσσιμετρικών μεγεθών και τα απτελέσματα τυ εργαστηριακύ ελέγχυ τ ιδημετρικό μέτρ ρ(ζεται με τις παραμέτρυς τυ Ohde υ, ω ( Ε υ pcι, 5 p: κατακόρυφη ενεργός τάση) Στ σχήμα 1 δεcχννται λεπτμέρειες τυ ερευνητικύ πργράμματς Συνεχτιχά Εδάφη Η διερεύνηση στηρ(ζεται στη διεξαγωγή στ ύπαιθρ πρεσσιμετρήσεων σε έξι διαφρετικύς συνεκτικύς σχηματισμύς Για να εξασφαλ(ζεται επάρκεια ικανπιητικά αδιατάρακτων δκιμίων, ι πρεσσιμετρικές δκιμές εκτελέστηκαν μέσα από γεωτρήσεις ι π(ες τπθετήθηκαν κντά σε πρανή ανικτών εκσκαφών Στ σχήμα 2 φα(νεται η διάταξη των γεωτρήσεων και ι θέσεις των πρεσσιμετρικών δκιμών για τ σχηματισμό Α Τα πρεσσιμετρικά μεγέθη για κάθε σχηματισμό ρ(ζνταν έτσι από τη μέση τιμή τριών πρεσσιμετρήσεων Η δειγματληψ(α, για εργαστηριακό έλεγχ, έγινε από τα πρανή σε απστάσεις από την ελεύθερη επιφάνεια πυ αντιστιχύσαν στα βάθη των πρεσσιμετρικών δκιμών (σχήμα 2) ~ * Η διερεύνηση έγινε στα πλαίσια ερεννητικύ πργράμματς με υψηλές απαιτήσεις ακριβείας: Απόσκπύσε εκτός από την παρύσα έρευνα στν t>eyχo της nαeαμρ+ωσιακής συμπερι+ράς κκκωδών εδα+ών κάτω από +ρτιζόμενα θεμέλια και στη διερεύνηση των δυναττήτων no παρέχυν ι πρεσσιμετρικές μέθδι για την πρόβλεψη των καθιζήσεων 76

3 ' 1 :200 y) 1,: JI' ι f ι ~,, J 1 ι ι ~ 1 L '' i 1 δ) ε) στ) Σχήμα 1 Λεπτμέρειες από τ ερευνητικό πρόγραμμα στην άμμ θέσεις των πρεσσιμετρικών δκιμών στ πεψαματucό κιβώτι β) Μετα+ρά και διάστρωση της άμμυ γ) Σψmιιcνωση δ) Πρστατειιτικός σωλήνας και πρεσσιμετρική βλίδα ΑΧ ε) Πρώθηση τυ πρστατετικύ σωλήνα στη θέση της δκιμής στ) Πρεσσιμέτρηση με πρεσσιόμετρ τύπυ GB, Menard Figure 1 Details of the ίnνesιigaιion program ίn sand Pressuremeιer tesι locaιions in ιhe 'tesι container β) Transportation and laying of sand γ) Compacιion works δ) Slotted ιube and pressuremeιer probe ΑΧ ε) Pushίng forward of slotted tube on ιesι locatίon στ) Measuremcnt of prcssurcmetcr parameters with a GB Menard pressuremcter Dn ΕΜ α ΠΡΕΣΣΟΜΕΤΡΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΟ Ρι ~Ρι φ w η k Υ Ο , Ο t [ ΕΜ' P,] kpa SPT, Ν30, 157, 87, > 12 > 8 Πίνακας 1 Table 1 Αμμς Πρεσσιμετρ ικά μεγέθη και παράμετρι εργαστηριακύ ελtyχυ Sand Pressuremeter parameters and \aboratory ιesι resulιs Στν Πίνακα 2 περιλαμβάννται ι μέσες τιμές των πρεσσιμετρικών μεύεθών και τα απτελέσματα τυ εργαστηριακύ ελέύχυ Οι ερ'υαστηριακές παράμετρι απτελύν τις μέσες τιμές δκιμών τριαξνικής φόρτισης UU, δκιμών μναξνικής θλίψης και δκιμών συμπιεστότητας 77

4 2 3 Υ) δ) Aj {JJ 1: 200 ζ) ε) Σχήμα 2 Λεπτμέρειες αιτό τ ερευνητικό πρόγραμμα σε συνεκτικά εδάφη Διάταξη των πρεσσιμε τρικών δκιμών και θέση αδιαταράκτυ δειγματληψίας β) δ) Εργασίες δειγματληψίας αιτό τ πρανές ε) Πρεσσιμέτρηση στ) Τριαξνικές δκιμές UU ζ) Δκίμια τυ εδάφυς Α μετά αιτό τν εργαστηριαχό έλεγχ Figure 2 DctaiJs of the ίnesιigaιing program ίn cohesiνe soijs Pressuremeter ιcsι locations and location of undisturbed sampling β)δ) Undisturbcd sa mplίng from slope's surfacc ε) Pressuremeιer test στ) Laboratory testίng: UU triaxial ζ) Samples of soil Α aftcr laboraιory ιesιing ΠΡΕΣΣΟΜΕΤΡΟ α ΕΜ Pi Ρ ΕΡΓΑΣΤΗΡΟ Cu u Cu 0 Es Υ " s, Wc Wι Wp uscs Α cι Β MH+CH c Q CI D Q ' MH CH Ε CH F Q CI Πίνακας 2 Table 2 Συνεκτικά εδάφη Πρεσσιμετρικές παράμετρι και αιττελέσματα εργαστηριακύ ελtγχυ Cohesiνe soijs Pressurcmeter parameιcrs and laboraιory ιesι rcsulιs ΣΥΣΧΕΤΣΕΣ ΚΟΚΚΩΛΩΝ ΕΔΑΦΩΝ Η θεωρητική σχέση πυ συνδέει τη γωνία φ με τα πρεσσιμετρικά μεγέθη ρίζεται με την εξίσωση Ρ1 = (l+s inφ) Po [E / 2(1+ν)posinφ] sinφ/l+sinφ (1) όπυ p 1 η ριακή πίεση, p η ριζόντια πίεση ηρεμίας στ της δκιμής (πρσεγγίζεται 0 με την πρεσσιμετρική δκιμή), μέτρ τυ Young, ν λόγς τυ Poisson [5] Η σχέση αυτή δεν δηγεί σε απδεκτές τιμές* Τ πρτάθηκε από τ Centre d'etudes Menard η εμπειρική σχέση βάθς Ε τ 1970 [ kp 0 ) b=lθo για υγρό μιγενές έδαφς, b=350 έδαφς, b=250 κατά μέσ όρ (2) για ξηρό ανμιγενές * Διαιτιστώθηκε και στην παρύσα έρευνα 78

5 r oes 5 3 Γ Q88 / ;),_ π ι1 38 )ι; 1 j αei 3 ~ ~ ~ / J J 3111_~ j ~ 7 dl ;;:l \,,: 33 ~/, ιt ι,iι;!/1 31 ::ι"ι f/! "' ιι i V! IJ '!> ~ 17 " ) 27 J 1/ ι ι 2δ Ρι Ρ Ω kpo ;ι ΡιΡ fj) i [/ 3000 kpa Jι ~ w 1δ 2,0 2,2 MPa Ρι Ρ δ) 3000 kpa Σχήμα 3 Αnτελέσματα της πειραματικής διερεύνησης στην άμμ Figure 3 Experimental inνestigation results ίη sand Menard Laier Menard Wίnter ι Rodriguez Menard Winter ι Rodr iguez " δ " δ δ Π(νακας 3 Διερευνήσεις των Laier και Winter/Rodriguez Table 3 Laier's and Winter's/Rodriguez' inestigations Απτελέσματα διερεύνησης της εμπειρικής σχέσης τυ Menard από τυς Laier [3] και WinterRodriguez [7] συνψcζνται στν Π(νακα 3 Στηρίζνται στη διεξαγωγή έξι και δεκατριών αντίστιχα πρεσσιμετρήσεων σε κκκώδη εδάφη 79

6 1 Peck t 1 2 Meyerho f 3 Τ ι is /Αιwιg nι ιρulι 4 Oesai et 5 Sowers δ Ohsιk i Σχήμα 4 Figure 4,, kρ /cm2 Ν30 q β) Συσχετίσεις γωνίας τριβής και απτελεσμάτων επιτόπυ διcιμών διείσδυσης αsρτ, β CΡΤ Correlations between fήction angle and insitu penetration ιesι results αsρτ, β CΡΤ Κατά τν Laier, η σχέση τυ Menard υπερεκτιμά την τιμή της φ κατά 16 κατά μέσ όρ Αντ(θετα, σύμφωνα με τυς άλλυς ερευνητές, η σχέση τυ Menard πρσεγγcζει με εξαίρεση τρεις περιπτιίχ1εις, στις πίες παρατηρύνται διαφρές 410 πλύ καλά τη γωνία τριβής Στ σχήμα 3 δίννται τα απτελέσματα της π~ρύσας έρευνας Στ σχήμα 3α απεικνίζεται και η εμπειρική σχέση τυ Menard Οι διαφρές* πυ παρατηρύνται είναι μικρ6τερες στις πυκνές δμές και κυμαίννται για τις πυκν6τητες πυ εξετάσθηκαν μεταξύ 6,5 13,5 κατά μέσ όρ Οι διαφρές αυτές είναι κατά τι μεγαλύτερες αντίστιχων συσχετίσεων δκιμών SPT και CPT (σχήμα 4) Οι πειραματικές σχέσεις μεταξύ των πρεσσιμετρικών παραμέτρων και της πυκν6τητας Dn, της τιμής Ν 30 και τυ Ε 5 απεικίζνται στ σχήμα 3 Στα διαγράμματα της παρύσας έρευνας απεικνίζνται όπυ υπάρχυν και εμπειρικές σχέσεις άλλων ερευνητών ΣΥΣΧΕΤΣΕΣ ΣΥΝΕΚΤΚΩΝ ΕΔΑΦΩΝ Η θεωρητική σχέση μεταξύ της αστράγγιστης δ ι ατμητ ι κής αντχής cu και της p 1 είναι β= l+ln(e/3cu) ( 3) Η εφαρμγή της σχέσης αυτής για τν πρσδιρισμό της c δηγεί σε τιμές, ι πίες δεν είναι απδεκτές τ ίδι διαπιστώ~ θηκε και στην παρύσα έρευνα Τ 1970 πρτάθηκε από τ Menard η ημιεμπειρική σχέση μια τιμή δηλαδή για τη β ίση με 5,5 Τα απτελέσματα της έρευνας δ(ννται στ σχήμα 5 Στ σχήμα 5α φαίνεται η σχέση (p 1 p ) πρς c Παρατηρείται μεγάλη διασπρά τιμών Τα σημεία εμπίπτ~υν στηνuπεριχή πυ ρίζεται από τις ευθείες c u = ( p 1 p 0 ) /3 και c u = (p 1 p 0 ) /24 ( 4) Οι δια+ρές αυτές θα πρέπει να απδθύν κυρίως στη δια+ρετική διαβάθμιση και μρtή των κόκκων των εξετασθέντων εδα+ών Οι διερευνήσε ις θα πρέπει να στρα+ύν στην αναζήτηση σχέσης μεταξύ της Dn και της p 1 (σχήμα 3β) Για τν έμμεσ αυτό τρόπ πρσδιρισμύ της+ υπάρχει αρκετή εμπειρία 80

7 1δΟ 120 > u 1 80 / / ",_ ~~~ / '11,_ Jι Υ Α < ι ρ Ρ <J'~ ~ 11" ~ / Δ ~ 8UU Ρι Ρ kp 2 8 ')'1 ~ ~,, δ ~ "'/ 4 / J 2/ 200,, ~7,7 / ι ;, 800 '""' oe 1000 kpa 2 10 wi 11, 4 / 2 f _J ', 1 ll,,!;' ~ " '{// Ν l/iιj,, "' /J 4 roe ι σ ΜΡ Σχήμα 5 Απτελέσματα της πειραματικής διερεύνησης σε σννεκτικ:ά εδάφη Figure 5 Experimental inestigation results in cohesie soils CΆΑΝ cloy PLAHCOE CUBZ~ cloy f'ιλνοrεs cloy ΜλRΝΕ N4w Town cloy )()() ΜΕ!>Νtι S 1 ΡεRΕ cloy ΡΟΗΤ ιέveque clo y 250, GRENOθLE ctoy Μ ΝGuεττεs ;,, (kpo) Τ ilr <ΟΟ} ++ ~ u j 1 εuιε cloy 200 * ΡΟΗΤ ur L' λuοε c1oy AHGERS u h\ιl R tsιe ι\ηι ROMAINVIL LE c loy GΑΜθlλ ρ a ORLY ailt ι ~ DUNKERCIUE cloy dι ltotr\ HιGGINS d a to rrom Cλ$$ΑΝ so dalo fr om Μ:ΟΜΟRΝΚ 500 Σχήμα 6 Συσχετίσεις cu πρς (p 1 p 0 ) άλλι>ν ερευνητών Figure 6 cu crsus (p 1 p 0 ) from othcr published sources eo Cu PJ Δ UU Ο ι kp , 1 ' δ ' υ Σχήμα 7 cu πρς Ν 30 Menzenbach (1959) β) Μαραγκός (1986) Figure 7 cu crsus Ν 30 Menzcnbach (1959) β) Marangos (1986) ' Ji υ ' Ν30 PJ "' Την ίδια περίπυ εικόνα παρυσιάζει και τ σχήμα 6, στ πί περιέχνται ανάλγες διερευνήσεις Στ σχήμα 7 παρατίθενται απτελέσματα συσχετισμύ της τιμής Ν 30 της SPT με τη cu Αφρύν διερευνήσεις τυ Menzenbach [6] και τυ συγγραφέα [ 4) σε κρεσμέ νυς συνεκτικύς σχηματισμύς και εδώ η διασπρά εcναι μεγάλη 81

8 Καλή σχέση φαίνεται να υπάρχει μεταξύ της p 1 ιδημετρικύ μέτρυ Ε 5 (σχήμα 5β) Στ σχήμα 5γ γίνεται των μέτρων Ε~ και ΕΜ η εμπειρική σχέση τυ Menard, βρίσκεται πλυ κντά στ απτέλεσμα της έρευνας αυτής και τυ σύγκριση Es= ΕΜ/α ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τα απτελέσματα της έρευνας επέτρεψαν τη διατύπωση πειραματικών σχέσεων μεταξύ των πρεσσι μετρικών μεγεθών και των συμβατικών εδαφτεχνικών παραμέτρων Στα κκκώδη εδάφη, όπυ η αδιατάρακτη δειγματληψία είναι ανέφικτη, ι πρεσσιμετρικές δκιμές απδεικνύνται χρήσιμες Εντύτις λόγω της μικρής σχετικά εμπειρίας στα εδάφη αυτά, κρίνεται απαραίτητη η π~ραιτέρ(} διερεύνηση τυς Θα πρέπει να στραφεί στην αναζήτηση σχέσης μεταξύ της ριακής πίεσης και της πυκνότητας στν έμμεσ δηλαδή πρσδιρισμό της γωνίας τριβής Στα συνεκτικά εδάφη, η πρσέγγιση της c από τα πρεσσιμετρικά χαρακτηριστικά δε θα είναι καλή ~υτό όμως συμβαίνει και με τις δκιμές SPT και CPT Η καλή σχέση μεταξύ της ριακής πίεσης και τυ ιδημετρικύ μέτρυ πυ διαπιστώθηκε, απτελεί χρήσιμ στιχεί, δεν παρέχει όμως πληρφρίες αναφρικά με τη μεταβλή τυ μέτρυ αυτύ με τ μέγεθς τυ φρτίυ Στυς συνεκτικύς σχηματισμύς ι δυνατότητες των επιτόπυ δκιμών είναι περιρισμένες Σε Τtεριπτώσεις πυ δεν υτtάρχυν απτeλέσματα εργαστηριακύ ελέγχυ, η χρήση εμπειρικών συσχετίσεων χρειάζεται ιδιαίτερη πρσχή και εμπειρία Η λήψη αδιατάρακτων δειγμάτων στυς σχηματισμύς αυτύς πυ είναι εξάλλυ απλή και εργαστηριακός πρσδιρισμός των μηχανικών παραμέτρων συνιστύν απαραίτητες εργασίες ΕΥΧΑΡΣΤΕΣ Οι ερευνητικές εργασίες διεξήχθησαν από τ συγγρα+έα στ Εργαστήρι Εδα+μηχανικής της Νυρεμβέργης Ο συγγρα+έας επιθυμεί να εκ+ράσει τις ευχαριστίες τυ στν καθηγητή MKany και στ dipling SJanke για τη διάθεση ειδικευμένυ τεχνικύ πρσωπικύ και τυ απαραίτητυ μηχανικύ εξπλισμύ ΒΒΛΟΓΡΑΦΑ ΑΡθΡΟΓΡΑΦΑ [l] Baguelin F etal (1978), "The Pressuremeter and Foundation Engineering", TransTechPublications, Germany [2] Γιάνναρς Χ, Χριστδύλιας (1988), "Συσχετίσεις Πρεσσιμετρήσεων με Επιτόπυ και Εργαστηριακές Δκιμές", Πρακτικά lυ ΠανΣυνΓεωτεχνικής Μηχανικής, Τόμς 1, σελ [3] Laier JE (1973), ''Effects of Pressuremeter Probe Length / Diameter Ratio and Borehole Disturbance on Pressuremeter Test Results, in Dry Sand", PhDDissertation, Uniof Florida [4] Μαραγκός Χ ( 1986), "Κριτική Θεώρηση των Δυναττήτων των Επιτόπυ Δκιμών Διείσδυσης για τν Πρσδιρισμό των Εδαφικών Παραμέτρων Συσχετίσεις Αντίστασης σε Διείσδυση Μηχανικών Παραμέτρων", Δελτί ΚΕΛΕ, Τεύχς 34, σελ 7591 [5] Menard L (1957), "Mesures in Situ des Proprietes Physiques des Sols", Anndes Ponts & Chaussees, MaiJuin [6] Menzenbach Ε (1959), "Die Anwendbarkeit on Sonden zur Prufung der Festigkeitseigenschaften des Bangrundes", MittInst Verkehrswasserbau, Grundbau & Bodenmechanik, THAachen, Η20 [7] Winter Ε, Rodriguez Α (1975), "Ealuation of Preconsolidation and Friction Angle in Granular Soils Using the Pressuremeter", Procof Specialty Confon Insitu Measurement of Soil Properties, AmSocCiEng, Raleigh NC, Vol1, pp