ΠΡΟΤΥΠΕΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΠΟΡΟΜΕΤΡΙΚΗΣ ΚΑΜΠΥΛΗΣ ΜΗ ΥΦΑΣΜΕΝΩΝ ΓΕΩΥΦΑΣΜΑΤΩΝ

Transcript

1 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ :.Κ. ΑΤΜΑΤΖΙ ΗΣ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΠΡΟΤΥΠΕΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΠΟΡΟΜΕΤΡΙΚΗΣ ΚΑΜΠΥΛΗΣ ΜΗ ΥΦΑΣΜΕΝΩΝ ΓΕΩΥΦΑΣΜΑΤΩΝ ΙΑΤΡΙΒΗ ΓΙΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΙΠΛΩΜΑ ΕΙ ΙΚΕΥΣΗΣ ΕΛΕΝΗ Κ. ΠΑΝΑΓΙΩΤΙ Η ιπλ. Πολιτικός Μηχανικός ΠΑΤΡΑ, ΙΟΥΛΙΟΣ 25

2 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ :.Κ. ΑΤΜΑΤΖΙ ΗΣ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΠΡΟΤΥΠΕΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΠΟΡΟΜΕΤΡΙΚΗΣ ΚΑΜΠΥΛΗΣ ΜΗ ΥΦΑΣΜΕΝΩΝ ΓΕΩΥΦΑΣΜΑΤΩΝ ΙΑΤΡΙΒΗ ΓΙΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΙΠΛΩΜΑ ΕΙ ΙΚΕΥΣΗΣ ΕΛΕΝΗ Κ. ΠΑΝΑΓΙΩΤΙ Η ιπλ. Πολιτικός Μηχανικός ΠΑΤΡΑ, ΙΟΥΛΙΟΣ 25

3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Τα γεωσυνθετικά υλικά είναι κατασκευαστικά υλικά που άρχισαν να χρησιµοποιούνται σε έργα Πολιτικού Μηχανικού από τις αρχές της δεκαετίας του 197 και µέχρι σήµερα έχουν αναπτυχθεί ραγδαία. Η ονοµασία τους οφείλεται στις πρώτες ύλες κατασκευής τους, οι οποίες προέρχονται από την βιοµηχανία των πλαστικών (συνθετικά υλικά) και στο γεγονός ότι στις εφαρµογές τους συνδυάζονται µε γεωυλικά. Τα γεωυφάσµατα αποτελούν τη µεγαλύτερη κατηγορία γεωσυνθετικών υλικών και χρησιµοποιούνται ευρύτατα σε πολλές εφαρµογές της γεωτεχνικής µηχανικής όπου επιτελούν λειτουργίες φίλτρου, στράγγισης, διαχωρισµού εδαφών και ενίσχυσης ή οπλισµού εδαφών. Τα γεωυφάσµατα που πρόκειται να επιτελέσουν λειτουργία φίλτρου ή στραγγιστηρίου επιλέγονται έτσι ώστε να ικανοποιούνται ταυτόχρονα τα κριτήρια συγκράτησης και διαπερατότητας, να αποφεύγεται φραγή των πόρων τους για τον προβλεπόµενο χρόνο λειτουργίας του έργου και να µην υφίστανται φθορές ή βλάβες στο στάδιο της τοποθέτησής τους στο πεδίο ή και της λειτουργίας τους. Τα περισσότερα από τα κριτήρια σχεδιασµού φίλτρων ή στραγγιστηρίων βασίζονται σε σχέσεις που αναπτύσσονται µεταξύ ενός µεγέθους πόρων του γεωυφάσµατος (συνήθως του µεγαλύτερου) και του µεγέθους κόκκων του εδάφους. Παρόλο που τα κριτήρια αυτά θεωρούνται γενικά ικανοποιητικά, θα βελτιώνονταν ακόµη περισσότερο εάν βασίζονταν στην πλήρη ποροµετρική καµπύλη του γεωυφάσµατος αντί σε ένα µέγεθος πόρου. Πολλοί ερευνητές θεωρούν, ότι η καµπύλη κατανοµής πόρων ενός γεωυφάσµατος ορίζεται µονοσήµαντα. Αυτό δεν ισχύει αφού τα αποτελέσµατα προσδιορισµού των µεγεθών πόρων εξαρτώνται από την µέθοδο που χρησιµοποιείται για τον προσδιορισµό τους. Αν και έχουν προταθεί πολλές µέθοδοι για τον προσδιορισµό των µεγεθών πόρων των γεωυφασµάτων, δεν υπάρχει κάποια η οποία να χρησιµοποιείται κατά αποκλειστικότητα. Από τις µεθόδους αυτές µόνο τρεις διαθέτουν πρότυπα διεθνούς αποδοχής και εφαρµογής. Το πρότυπο ASTM D4751 µε τίτλο Πρότυπη µέθοδος για τον Προσδιορισµό του Φαινόµενου Μεγέθους Πόρων των Γεωυφασµάτων εγκρίθηκε πρώτο το Ακολούθησε το πρότυπο EN ISO µε τίτλο Γεωυφάσµατα και Συναφή προς Γεωυφάσµατα Προϊόντα Προσδιορισµός του Χαρακτηριστικού Μεγέθους Πόρων που εγκρίθηκε και δηµοσιεύτηκε το Τέλος, το πρότυπο ASTM D6767 που έχει τίτλο Πρότυπη Μέθοδος για τον Προσδιορισµό των Χαρακτηριστικών των Μεγεθών Πόρων των Γεωυφασµάτων µε έλεγχο Ροής σε τροχοειδή εγκρίθηκε το 22. Η µέθοδος προσδιορισµού της ποροµετρίας των γεωυφασµάτων που ορίζεται i

4 σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767, το οποίο είναι και το πιο πρόσφατα εγκεκριµένο, αποτελεί το κύριο αντικείµενο της παρούσας διατριβής. Για να αναπτυχθεί η δυνατότητα εκτέλεσης στο εργαστήριο δοκιµών µε τη µέθοδο αυτή ήταν αναγκαίος ο σχεδιασµός και η κατασκευή κατάλληλης εργαστηριακής διάταξης. Με σκοπό να προκύψει, κατά το δυνατόν ευρεία βάση πρωτογενών δεδοµένων, ελέγχθηκε ένας µεγάλος αριθµός (52) γεωυφασµάτων. Για να περιοριστεί στο δυνατόν ελάχιστο η επίδραση της χρήσης διαφορετικών πρώτων υλών στα εργαστηριακά αποτελέσµατα και στις συσχετίσεις που προκύπτουν από αυτά, χρησιµοποιήθηκαν µόνο µη υφασµένα γεωυφάσµατα που κατασκευάζονται από ίνες πολυπροπυλενίου. Τα γεωυφάσµατα αυτά επιλέχθηκαν έτσι ώστε να καλύπτουν ένα ικανοποιητικό φάσµα γνωστών εταιριών παραγωγής, τύπων και φυσικών ιδιοτήτων. Για την πλειοψηφία των γεωυφασµάτων που ελέγχθηκαν, ήταν διαθέσιµα αποτελέσµατα δοκιµών προσδιορισµού του µεγέθους πόρων από τις µεθόδους που ορίζονται σύµφωνα µε τα πρότυπα EN ISO και ASTM D4751. Τα αποτελέσµατα αυτά συµπληρώθηκαν και για τα υπόλοιπα γεωυφάσµατα, ώστε να είναι δυνατή η σύγκριση των αντίστοιχων µεγεθών πόρων των γεωυφασµάτων που προσδιορίστηκαν από τις τρεις πρότυπες µεθόδους. Κάθε µέθοδος προσδιορισµού δίνει διαφορετικά αποτελέσµατα ως προς τα µεγέθη πόρων και τις ποροµετρικές καµπύλες των γεωυφασµάτων. Τα µεγέθη πόρων που προέκυψαν από τις τρεις µεθόδους που ορίζονται σύµφωνα µε τα πρότυπα ASTM D6767, EN ISO και ASTM D4751, δεν συσχετίζονται ικανοποιητικά µεταξύ τους τόσο στο σύνολό τους όσο και εάν εξετασθούν ανά σειρά γεωυφασµάτων. Η παρατήρηση του συνόλου των ποροµετρικών καµπυλών που προέκυψαν για κάθε δοκίµιο ενός γεωυφάσµατος υποδεικνύει ότι υπάρχει πολύ καλή επαναληψιµότητα όταν οι δοκιµές γίνονται κατά ASTM D6767 και EN ISO Αντίθετα, οι δοκιµές κατά ASTM D4751 έχουν µειωµένη επαναληψιµότητα που µπορεί να θεωρηθεί απλά ικανοποιητική σε ορισµένες περιπτώσεις. Τα αποτελέσµατα των δοκιµών κατά ASTM D6767 εξαρτώνται από έναν αριθµό σηµαντικών υποθέσεων που υπεισέρχονται στους υπολογισµούς µε τους οποίους γίνεται η επεξεργασία των πρωτογενών δεδοµένων. Οι δύο βασικότερες υποθέσεις είναι (α) ότι η γωνία επαφής, θ, είναι ίση µε µηδέν (cosθ=1) και (β) ότι η µορφή της διατοµής των πόρων των γεωυφασµάτων είναι κυλινδρική. Λόγω της δοµής που έχουν τα µη υφασµένα γεωυφάσµατα, δεν είναι δυνατόν να επαληθευθεί η τιµή που αντιστοιχεί στη γωνία επαφής, θ ή η πραγµατική µορφή της διατοµής των πόρων τους. Εποµένως, προκύπτει η ανάγκη εισαγωγής ενός διορθωτικού συντελεστή στους υπολογισµούς που προβλέπονται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767. Η σύγκριση των µεγεθών πόρων που προσδιορίστηκαν ii

5 κατά ASTM D6767 και κατά EN ISO υποδεικνύει ότι, εάν στα αποτελέσµατα της δοκιµής κατά ASTM D6767 εφαρµοστεί ένας διορθωτικός συντελεστής µε τιµή περίπου 1/3, τα µεγέθη πόρων που προκύπτουν είναι πολύ κοντά σε αυτά που προσδιορίζονται από τη δοκιµή που εκτελείται σύµφωνα µε το πρότυπο EN ISO Η µάζα ανά µονάδα επιφάνειας των γεωυφασµάτων συσχετίζεται ικανοποιητικά µε πάχος τους, εφαρµόζοντας γραµµική συσχέτιση της µορφής y = A x + B, όταν η θεώρηση γίνεται ανά σειρά γεωυφασµάτων που ελέγχθηκαν. Η ποιότητα των συσχετίσεων µειώνεται σηµαντικά όταν θεωρείται το σύνολο των γεωυφασµάτων ή οι οµάδες των γεωυφασµάτων (βελονοδιάτρητα, θερµικά συγκολληµένα). Η αξιολόγηση των αποτελεσµάτων της συσχέτισης των µεγεθών πόρων O95, O 9, και O 5 που προέκυψαν από εργαστηριακές δοκιµές κατά ASTM D6767, EN ISO και ASTM D4751 µε το πάχος των γεωυφασµάτων υπέδειξε ότι δεν φαίνεται να υπάρχει δυνατότητα διατύπωσης γενικευµένων γραµµικών συσχετίσεων µεταξύ των συγκρινόµενων µεγεθών. Η σύγκρισή των τιµών που δηλώνουν οι κατασκευαστές των γεωυφασµάτων για τα µεγέθη πόρων O 95 κατά ASTM D4751 ή O 9 κατά EN ISO των προϊόντων τους µε τα αντίστοιχα µεγέθη που προσδιορίστηκαν εργαστηριακά έδειξε ότι, για το µέγεθος πόρων O 9, το οποίο προσδιορίστηκε από δοκιµές κατά EN ISO 12956, προέκυψε ικανοποιητική συσχέτιση. Αντίθετα, για το µέγεθος πόρων O 95, που προσδιορίστηκε από δοκιµές κατά ASTM D4751, η συσχέτιση ήταν ποιοτικά κατώτερη. Η σύγκριση των µεγεθών πόρων Ο 95, που προέκυψαν εργαστηριακά από δοκιµές που ορίζονται σύµφωνα µε τα πρότυπα ASTM D6767, EN ISO και ASTM D4751, µε τα µεγέθη πόρων Ο F (Ο F Ο 1 ), που υπολογίστηκαν από τη θεωρητική πρόβλεψη κατά Giroud, έδειξε ότι υπάρχει ικανοποιητική συσχέτιση µεταξύ των θεωρητικών µεγεθών πόρων και των µεγεθών πόρων Ο 95 που προσδιορίστηκαν εργαστηριακά κατά EN ISO 12956, παρόλο που τα δεύτερα ήταν συστηµατικά µεγαλύτερα. iii

6 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΠΕΡΙΛΗΨΗ... i ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ... iv ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ...vii ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ...xii ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ-ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΕΙΣ...xiv ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ Γεωυφάσµατα Λειτουργίες, ιδιότητες και εφαρµογές των γεωυφασµάτων Μέθοδοι προσδιορισµού των µεγεθών πόρων των γεωυφασµάτων Σύγκριση προτύπων Συσχέτιση των µεγεθών πόρων των γεωυφασµάτων µε φυσικές ιδιότητές τους Θεωρητική πρόβλεψη του µεγέθους των πόρων Περίληψη... 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3. ΣΥΝΤΟΜΟΣ ΣΧΟΛΙΑΣΜΟΣ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΥ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΠΟΡΩΝ ΚΑΤΑ ASTM D Μέθοδος ροής σε τριχοειδές κατά το πρότυπο ASTM D ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΙΑ ΙΚΑΣΙΕΣ οκιµές κατά ASTM D6767 (ροή σε τριχοειδές) οκιµές κατά EN ISO (υγρό κοσκίνισµα) οκιµές κατά ASTM D4751 (ξηρό κοσκίνισµα) Μέτρηση µάζας ανά µονάδα επιφάνειας κατά ASTM D Μέτρηση ονοµαστικού πάχους κατά ASTM D Περίληψη iv

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5. ΓΕΩΥΦΑΣΜΑΤΑ ΓΙΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΟΚΙΜΕΣ είγµατα γεωυφασµάτων Πρόγραµµα δοκιµών Φυσικές ιδιότητες γεωυφασµάτων Στοιχεία κατασκευαστών γαι το µέγεθος πόρων Θεωρητική πρόβλεψη µεγέθους πόρων κατά Giroud Περίληψη ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ, ΣΥΓΚΡΙΣΕΙΣ ΚΑΙ ΣΧΟΛΙΑΣΜΟΣ Αποτελέσµατα εργαστηριακών δοκιµών Συσχέτιση µεγεθών πόρων µε φυσικές ιδιότητες Συσχέτιση εργαστηριακών αποτελεσµάτων µε τιµές κατασκευαστών Συσχέτιση εργαστηριακών αποτελεσµάτων µε θεωρητική πρόβλεψη µεγέθους πόρων Σύγκριση αποτελεσµάτων προτύπων Συµπεράσµατα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α. ΠΡΟΤΥΠΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΟΚΙΜΩΝ...Α-1 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β. ΦΥΣΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΟΚΙΜΙΩΝ ΤΩΝ ΓΕΩΥΦΑΣΜΑΤΩΝ ΠΟΥ ΕΛΕΓΧΘΗΚΑΝ ΓΙΑ ΤΟΝ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟ ΤΩΝ ΜΕΓΕΘΩΝ ΠΟΡΩΝ...Β-1 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Γ. ΑΠΟΤΛΕΣΜΑΤΑ ΟΚΙΜΩΝ ΚΑΤΑ ASTM D Γ-1 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ. ΣΥΣΧΕΤΙΣΕΙΣ ΑΠΟΤΛΕΣΜΑΤΩΝ ΟΚΙΜΩΝ ΚΑΤΑ ASTM D6767 ΜΕ ΤΟ ΠΑΧΟΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ E. ΑΠΟΤΛΕΣΜΑΤΑ ΟΚΙΜΩΝ ΚΑΤΑ EN ISO E-1 v

8 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΣΤ. ΣΥΣΧΕΤΙΣΕΙΣ ΑΠΟΤΛΕΣΜΑΤΩΝ ΟΚΙΜΩΝ ΚΑΤΑ EN ISO ΜΕ ΤΟ ΠΑΧΟΣ...ΣΤ-1 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Z. ΑΠΟΤΛΕΣΜΑΤΑ ΟΚΙΜΩΝ ΚΑΤΑ ASTM D Ζ-1 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Η. ΣΥΣΧΕΤΙΣΕΙΣ ΑΠΟΤΛΕΣΜΑΤΩΝ ΟΚΙΜΩΝ ΚΑΤΑ ASTM D4751 ΜΕ ΤΟ ΠΑΧΟΣ...Η-1 vi

9 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήµα 2.1 Ποροµετρικές καµπύλες δύο γεωυφασµάτων µε το ίδιο µέγεθος πόρων O 95 (Prapaharan et al. 1989) Σχήµα 2.2 Τυπικές ποροµετρικές καµπύλες από δοκιµή ξηρού κοσκινίσµατος κατά ASTM D4751 για µη υφασµένα γεωυφάσµατα (Bhatia and Smith 1996β)... 2 Σχήµα 2.3 Σύγκριση ποροµετρικών καµπυλών ενός γεωυφάσµατος (Bhatia, Smith and Christopher 1994) Σχήµα 2.4 Σύγκριση αποτελεσµάτων για το µέγεθος πόρων Ο 95 µεταξύ των δοκιµών (α) υγρού κοσκινίσµατος και ξηρού κοσκινίσµατος και (β) ροής σε τριχοειδή και υγρού κοσκινίσµατος (Bhatia, Smith and Christopher 1994) Σχήµα 2.5 Σχήµα 2.6 Ποροµετρικές καµπύλες από διάφορες µεθόδους δοκιµών (κατά Bhatia and Smith 1994) Τυπικές καµπύλες κατανοµής πόρων που προέρχονται από τη µέθοδο που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 (κατά Fischer et al. 1996) Σχήµα 2.7 Αποτελέσµατα διεργαστηριακών δοκιµών υγρού κοσκινίσµατος (Dierickx and Myles 1996) Σχήµα 2.8 Αποτελέσµατα διεργαστηριακών δοκιµών ξηρού κοσκινίσµατος (Dierickx and Myles 1996) Σχήµα 2.9 Ποροµετρικές καµπύλες για ένα βελονοδιάτρητο µη υφασµένο γεωύφασµα που προέκυψαν µε δοκιµές κατά ASTM D6767 και χρήση τριών διαφορετικών υγρών διαβροχής (Tu, Bhatia and Mlynarek 22) Σχήµα 2.1 Ποροµετρικές καµπύλες για ένα θερµικά συγκολληµένο µη υφασµένο γεωύφασµα που προέκυψαν µε δοκιµές κατά ASTM D6767 και χρήση τριών διαφορετικών υγρών διαβροχής (Tu, Bhatia and Mlynarek 22) Σχήµα 2.11 Ποροµετρικές καµπύλες για ένα βελονοδιάτρητο µη υφασµένο γεωύφασµα που προέκυψαν µε µε δοκιµές κατά ASTM D6767 και χρήση δύο διαφορετικών συσκευών (Tu, Bhatia and Mlynarek 22) vii

10 Σχήµα 2.12 Αποτελέσµατα κατανοµής πόρων διάτρητου δίσκου που προέκυψαν µε µε δοκιµές κατά ASTM D6767 (Tu, Bhatia and Mlynarek 22)... 3 Σχήµα 3.1 Μηχανικός δονητής Σχήµα 3.2 ακτύλιοι συγκράτησης δοκιµίου Σχήµα 3.3 Εργαστηριακή διάταξη προσδιορισµού φαινόµενου µεγέθους κενών κατα ASTM D Σχήµα 3.4 Καπάκι συσκευής προσδιορισµού χαρακτηριστικού µεγέθους κενών κατα EN ISO Σχήµα 3.5 Σχήµα 3.6 Εργαστηριακή διάταξη προσδιορισµού χαρακτηριστικού µεγέθους κενών κατα EN ISO Κοκκοµετρία µείγµατος γυάλινων σφαιριδίων κατά EN ISO Σχήµα 3.7 Συσκευή µέτρησης πάχους κατά ASTM D Σχήµα 3.8 Συσκευή µέτρησης µάζας ανά µονάδα επιφάνειας Σχήµα 4.1 Εργαστηριακή διάταξη προσδιορισµού µεγέθους πόρων κατά ASTM D Σχήµα 4.2 Θάλαµος δοκιµίου για δοκιµές κατά ASTM D Σχήµα 4.3 Ποροµετρικές καµπύλες των υλικών που χρησιµοποιήθηκαν για τη βαθµονόµηση της εργαστηριακής διάταξης της δοκιµής ροής σε τριχοειδές Σχήµα 4.4 Εργαστηριακή διάταξη προσδιορισµού µεγέθους πόρων κατά EN ISO Σχήµα 4.5 ονητής για δοκιµές κατά EN ISO και ASTM D Σχήµα 4.6 ακτύλιοι συγκράτησης δοκιµίου για δοκιµές κατά ASTM D4751 και EN ISO Σχήµα 4.7 Καπάκι συσκευής προσδιορισµού χαρακτηριστικού µεγέθους κενών κατά EN ISO Σχήµα 4.8 Κοκκοµετρία µείγµατος γυάλινων σφαιριδίων για δοκιµή κατά EN ISO Σχήµα 4.9 ιαδικασία τοποθέτησης και ασφάλισης δοκιµίου γεωυφάσµατος ανάµεσα στους δακτύλιους για δοκιµή κατά EN ISO viii

11 Σχήµα 4.1 Σχήµα 4.11 ηµιουργία συσσωµατωµάτων κατά τη διάρκεια εκτέλεσης της δοκιµής υγρού κοσκινίσµατος σύµφωνα µε το πρότυπο EN ISO Εργαστηριακή διάταξη προσδιορισµού χαρακτηριστικού µεγέθους κενών κατά ASTM D Σχήµα 4.12 Ασφάλιση δοκιµίου γεωυφάσµατος ανάµεσα στους δακτυλίους συγκράτησής του (ASTM D4751) Σχήµα 4.13 Σχήµα 4.14 Προσδιορισµός συνολικού βάρους δοκιµίου γεωυφάσµατος και δακτυλίου (ASTM D4751) Ζυγός ακριβείας για τη µέτρηση µάζας ανά µονάδα επιφάνειας Σχήµα 4.15 Συσκευή µέτρησης πάχους κατά ASTM D Σχήµα 5.1 Σχήµα 5.2 Σχήµα 5.3 Σχήµα 5.4 Σχήµα 6.1 Σχήµα 6.2 Σχήµα 6.3 Σχήµα 6.4 Συσχέτιση της µάζας ανά µονάδα επιφάνειας µε το πάχος για το σύνολο των γεωυφασµάτων Συσχέτιση της µάζας ανά µονάδα επιφάνειας µε το πάχος για τα βελονοδιάτρητα γεωυφάσµατα Συσχέτιση της µάζας ανά µονάδα επιφάνειας µε το πάχος για τα θερµικά συγκολληµένα γεωυφάσµατα Συσχέτιση της µάζας ανά µονάδα επιφάνειας µε το πάχος ανά σειρά γεωυφασµάτων Τυπικές ποροµετρικές καµπύλες κατά ASTM D6767 (BP), EN ISO (WS) και ASTM D4751 (DS) Σύγκριση των µεγεθών πόρων Ο 95, Ο 9 καιο 5 που προέκυψαν από δοκιµές κατά ASTM D6767 (BP) µε το πάχος για το σύνολο των γεωυφασµάτων Σύγκριση των µεγεθών πόρων Ο 95, Ο 9 καιο 5 που προέκυψαν από δοκιµές EN ISO (WS) µε το πάχος για το σύνολο των γεωυφασµάτων... 9 Σύγκριση των µεγεθών πόρων Ο 95, Ο 9 καιο 5 που προέκυψαν από δοκιµές ASTM D4751 (DS) µε το πάχος για το σύνολο των γεωυφασµάτων Σχήµα 6.5 Σύγκριση εργαστηριακών αποτελεσµάτων και τιµών κατασκευαστών για το µέγεθος πόρων Ο 9 των ix

12 γεωυφασµάτων που προέκυψε µε εφαρµογή του προτύπου EN ISO (WS) Σχήµα 6.6 Σύγκριση εργαστηριακών αποτελεσµάτων και τιµών κατασκευαστών για το µέγεθος πόρων Ο 95 των γεωυφασµάτων που προέκυψε µε εφαρµογή του προτύπου ASTM D4751 (DS) Σχήµα 6.7 Σύγκριση εργαστηριακών αποτελεσµάτων για το µέγεθος πόρων Ο 95 που προκύπτουν µε εφαρµογή των προτύπων ASTM D6767, EN ISO και ASTM D4751 µε την θεωρητική πρόβλεψη (κατά Giroud 1996) για το σύνολο των γεωυφασµάτων Σχήµα 6.8 Σύγκριση τιµών κατασκευαστών για το µέγεθος πόρων Ο 9 που προκύπτουν µε εφαρµογή του προτύπου EN ISO µε την θεωρητική πρόβλεψη κατά Giroud (1996) Σχήµα 6.9 Σύγκριση των µεγεθών πόρων που προέκυψαν εργαστηριακά µε εφαρµογή των προτύπων EN ISO (WS) και ASTM D6767 (BP) για το σύνολο των γεωυφασµάτων... 1 Σχήµα 6.1 Ιστογράµµατα ποσοστών εµφάνισης των λόγων των τιµών αντίστοιχων µεγεθών πόρων που προκύπτουν µε εφαρµογή των προτύπων EN ISO (WS) και ASTM D6767 (BP) Σχήµα 6.11 Σύγκριση των µεγεθών πόρων που προέκυψαν εργαστηριακά µε εφαρµογή των προτύπων ASTM D4751 (DS) και ASTM D6767 (BP) για το σύνολο των γεωυφασµάτων Σχήµα 6.12 Ιστογράµµατα ποσοστών εµφάνισης των λόγων των τιµών αντίστοιχων µεγεθών πόρων που προκύπτουν µε εφαρµογή των προτύπων ASTM D4751 (DS) και ASTM D6767 (BP) Σχήµα 6.13 Σύγκριση των µεγεθών πόρων που προέκυψαν εργαστηριακά µε εφαρµογή των προτύπων ASTM D4751 (DS) και EN ISO (WS) για το σύνολο των γεωυφασµάτων Σχήµα 6.14 Ιστογράµµατα ποσοστών εµφάνισης των λόγων των τιµών αντίστοιχων µεγεθών πόρων που προκύπτουν µε x

13 εφαρµογή των προτύπων ASTM D4751 (DS) και EN ISO (WS) xi

14 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 2.1 Σχέσεις λειτουργιών και εφαρµογών των γεωυφασµάτων Πίνακας 2.2 Σχέσεις λειτουργιών και ιδιοτήτων των γεωυφασµάτων Πίνακας 2.3 Κριτήρια συγκράτησης για φίλτρα από γεωυφάσµατα Πίνακας 2.4 Κριτήρια απόφραξης για φίλτρα από γεωυφάσµατα Πίνακας 2.5 Χαρακτηριστικά γνωρίσµατα των διαφόρων µεθόδων προσδιορισµού µεγεθών πόρων (Fischer et al. 1996) Πίνακας 3.1 Πίνακας 3.2 Πίνακας 4.1 Μέγεθος πόρων γεωυφασµάτων για διάφορες γωνίες επαφής Επίδραση της µορφής των πόρων γεωυφασµάτων στο υπολογιζόµενο µέγεθος πόρων Κοκκοµετρία µείγµατος γυάλινων σφαιριδίων για δοκιµή κατά EN ISO Πίνακας 5.1 Προέλευση και αριθµός εργαστηριακών δειγµάτων Πίνακας 5.2 Φυσικές ιδιότητες γεωυφασµάτων Πίνακας 5.3 Πίνακας 5.4 Πίνακας 5.5 Συσχέτιση της µάζας ανά µονάδα επιφάνειας µε το πάχος των γεωυφασµάτων Μεγέθη πόρων που δίνουν οι κατασκευαστές για τα προϊόντα τους Μεγέθη πόρων που υπολογίζονται µε τη θεωρητική πρόβλεψη κατά Giroud (1996) Πίνακας 6.1 Αποτελέσµατα εργαστηριακών δοκιµών Πίνακας 6.2 Πίνακας 6.3 Αποτελέσµατα συσχετίσεων των µεγεθών πόρων που προέκυψαν από δοκιµές κατά ASTM D6767 (BP) µε το πάχος των γεωυφασµάτων Αποτελέσµατα συσχετίσεων των µεγεθών πόρων που προέκυψαν από τη δοκιµή κατά EN ISO (WS) µε το πάχος των γεωυφασµάτων xii

15 Πίνακας 6.4 Πίνακας 6.5 Πίνακας 6.6 Πίνακας 6.7 Πίνακας 6.8 Πίνακας 6.9 Αποτελέσµατα συσχετίσεων των µεγεθών πόρων που προέκυψαν από δοκιµές κατά ASTM D4751 (DS) µε το πάχος των γεωυφασµάτων Αποτελέσµατα συσχετίσεων των µεγεθών πόρων που προέκυψαν εργαστηριακά µε εφαρµογή των προτύπων EN ISO (WS) και ASTM D6767 (BP) Λόγοι µεγεθών πόρων που προκύπτουν µε εφαρµογή των προτύπων EN ISO (WS) και ASTM D6767 (BP) Αποτελέσµατα συσχετίσεων των µεγεθών πόρων που προέκυψαν εργαστηριακά µε εφαρµογή των προτύπων ASTM D4751(DS) και ASTM D6767 (BP) Λόγοι µεγεθών πόρων που προκύπτουν µε εφαρµογή των προτύπων ASTM D4751 (DS) και ASTM D6767 (BP) Αποτελέσµατα συσχετίσεων των µεγεθών πόρων που προέκυψαν εργαστηριακά µε εφαρµογή των προτύπων ASTM D4751 (DS) και EN ISO (WS) Πίνακας 6.1 Λόγοι µεγεθών πόρων που προκύπτουν µε εφαρµογή των προτύπων ASTM D4751 (WS) και EN ISO (WS) xiii

16 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΕΙΣ Εκφράζω τις θερµές µου ευχαριστίες στον επιβλέποντα καθηγητή κ. ηµήτριο Κ. Ατµατζίδη, Καθηγητή του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστηµίου Πατρών, χωρίς την καθοδήγηση και βοήθεια του οποίου δε θα ήταν δυνατή η εκπόνηση της παρούσας διατριβής. Ευχαριστώ, επίσης, το Λέκτορα κ. ηµήτριο Α. Χρυσικό για την ενθάρρυνση και τη βοήθειά που µου προσέφερε καθ όλη τη διάρκεια της διατριβής. Ευχαριστώ, τέλος, όλους τους συναδέλφους µου µεταπτυχιακούς φοιτητές για το άψογο κλίµα συνεργασίας που δηµιούργησαν σε όλο το διάστηµα της παραµονής µου στο Εργαστήριο Γεωτεχνικής Μηχανικής του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών. xiv

17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα γεωσυνθετικά υλικά είναι κατασκευαστικά υλικά που άρχισαν να χρησιµοποιούνται σε έργα Πολιτικού Μηχανικού από τις αρχές της δεκαετίας του 197 και µέχρι σήµερα έχουν αναπτυχθεί ραγδαία. Η ονοµασία τους οφείλεται στις πρώτες ύλες κατασκευής τους, οι οποίες προέρχονται από την βιοµηχανία των πλαστικών (συνθετικά υλικά) και στο γεγονός ότι στις εφαρµογές τους συνδυάζονται µε γεωυλικά. Τα γεωυφάσµατα αποτελούν τη µεγαλύτερη κατηγορία γεωσυνθετικών υλικών και χρησιµοποιούνται ευρύτατα σε πολλές εφαρµογές της γεωτεχνικής µηχανικής όπου επιτελούν λειτουργίες φίλτρου, στράγγισης, διαχωρισµού εδαφών και ενίσχυσης ή οπλισµού εδαφών. Τα γεωυφάσµατα που πρόκειται να επιτελέσουν λειτουργία φίλτρου ή στραγγιστηρίου επιλέγονται έτσι ώστε να ικανοποιούνται ταυτόχρονα τα κριτήρια συγκράτησης και διαπερατότητας, να αποφεύγεται φραγή των πόρων τους για τον προβλεπόµενο χρόνο λειτουργίας του έργου και να µην υφίστανται φθορές ή βλάβες στο στάδιο της τοποθέτησής τους στο πεδίο ή και της λειτουργίας τους. Τα περισσότερα από τα κριτήρια σχεδιασµού φίλτρων ή στραγγιστηρίων βασίζονται σε σχέσεις που αναπτύσσονται µεταξύ ενός µεγέθους πόρων του γεωυφάσµατος (συνήθως του µεγαλύτερου) και του µεγέθους κόκκων του εδάφους. Παρόλο που τα κριτήρια αυτά θεωρούνται γενικά ικανοποιητικά, θα βελτιώνονταν ακόµη περισσότερο εάν βασίζονταν στην πλήρη ποροµετρική καµπύλη του γεωυφάσµατος αντί σε ένα µέγεθος πόρου. Πολλοί ερευνητές θεωρούν, ότι η καµπύλη κατανοµής πόρων ενός γεωυφάσµατος ορίζεται µονοσήµαντα. Αυτό δεν ισχύει αφού τα αποτελέσµατα προσδιορισµού των µεγεθών πόρων εξαρτώνται από την µέθοδο που χρησιµοποιείται για τον προσδιορισµό τους. Αν και έχουν προταθεί πολλές µέθοδοι για τον προσδιορισµό των µεγεθών πόρων των γεωυφασµάτων, δεν υπάρχει κάποια η οποία να χρησιµοποιείται κατά αποκλειστικότητα. Από τις µεθόδους αυτές µόνο τρεις διαθέτουν πρότυπα διεθνούς αποδοχής και εφαρµογής. Το πρότυπο ASTM D4751 µε τίτλο Πρότυπη µέθοδος για τον Προσδιορισµό του Φαινόµενου Μεγέθους Πόρων των Γεωυφασµάτων εγκρίθηκε πρώτο το Ακολούθησε το πρότυπο EN ISO µε τίτλο Γεωυφάσµατα και Συναφή προς Γεωυφάσµατα Προϊόντα Προσδιορισµός του Χαρακτηριστικού Μεγέθους Πόρων που εγκρίθηκε 1

18 και δηµοσιεύτηκε το Τέλος, το πρότυπο ASTM D6767 που έχει τίτλο Πρότυπη Μέθοδος για τον Προσδιορισµό των Χαρακτηριστικών των Μεγεθών Πόρων των Γεωυφασµάτων µε έλεγχο Ροής σε τροχοειδή εγκρίθηκε το 22. Η µέθοδος προσδιορισµού της ποροµετρίας των γεωυφασµάτων που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767, το οποίο είναι και το πιο πρόσφατα εγκεκριµένο, αποτελεί το κύριο αντικείµενο της παρούσας διατριβής. Για να αναπτυχθεί η δυνατότητα εκτέλεσης στο εργαστήριο δοκιµών µε τη µέθοδο αυτή ήταν αναγκαίος ο σχεδιασµός και η κατασκευή κατάλληλης εργαστηριακής διάταξης. Με σκοπό να προκύψει, κατά το δυνατόν ευρεία βάση πρωτογενών δεδοµένων, ελέγχθηκε ένας µεγάλος αριθµός (52) γεωυφασµάτων. Για να περιοριστεί στο δυνατόν ελάχιστο η επίδραση της χρήσης διαφορετικών πρώτων υλών στα εργαστηριακά αποτελέσµατα και στις συσχετίσεις που προκύπτουν από αυτά, χρησιµοποιήθηκαν µόνο µη υφασµένα γεωυφάσµατα που κατασκευάζονται από ίνες πολυπροπυλενίου. Τα γεωυφάσµατα αυτά επιλέχθηκαν έτσι ώστε να καλύπτουν ένα ικανοποιητικό φάσµα γνωστών εταιριών παραγωγής, τύπων και φυσικών ιδιοτήτων. Για την πλειοψηφία των γεωυφασµάτων που ελέγχθηκαν, ήταν διαθέσιµα αποτελέσµατα δοκιµών προσδιορισµού του µεγέθους πόρων από τις µεθόδους που ορίζονται σύµφωνα µε τα πρότυπα EN ISO και ASTM D4751. Τα αποτελέσµατα αυτά συµπληρώθηκαν και για τα υπόλοιπα γεωυφάσµατα, ώστε να είναι δυνατή η σύγκριση των αντίστοιχων µεγεθών πόρων των γεωυφασµάτων που προσδιορίστηκαν από τις τρεις πρότυπες µεθόδους. Στο Κεφάλαιο 2 συνοψίζονται γενικές πληροφορίες που αφορούν τα γεωυφάσµατα (πρώτες ύλες που χρησιµοποιούνται για την κατασκευή τους, µέθοδοι κατασκευής και τύποι γεωυφασµάτων), απαριθµούνται οι ιδιότητές τους (φυσικές, υδραυλικές, µηχανικές, αποδόµησης, ανθεκτικότητας στο χρόνο), περιγράφονται οι λειτουργίες και συσχετίζονται οι ιδιότητες, οι λειτουργίες και οι εφαρµογές τους. Επίσης, σχολιάζονται τα πρότυπα ASTM D6767, EN ISO και ASTM D4751 που εφαρµόζονται για τον προσδιορισµό των µεγεθών πόρων των γεωυφασµάτων. Στη συνέχεια, συνοψίζονται πληροφορίες που είναι διαθέσιµες στη διεθνή βιβλιογραφία και αναφέρονται σε συγκριτική αξιολόγηση των προτύπων, στην επίδραση παραµέτρων εφαρµογής των πρότυπων µεθόδων στα αποτελέσµατα τους και σε συσχέτιση των ποροµετριών των γεωυφασµάτων. Τέλος περιγράφεται ένα θεωρητικό µοντέλο για τον υπολογισµό του µεγέθους του µεγαλύτερου πόρου ενός γεωυφάσµατος. 2

19 Στο Κεφάλαιο 3 καθορίζονται οι στόχοι της εργαστηριακής διερεύνησης πραγµατοποιείται ένας σύντοµος σχολιασµός της µεθόδου προσδιορισµού µεγέθους πόρων κατά ASTM D6767. Στο Κεφάλαιο 4 περιγράφονται όλες οι εργαστηριακές διατάξεις που χρησιµοποιήθηκαν και οι πειραµατικές διαδικασίες που ακολουθήθηκαν για τον προσδιορισµό των µεγεθών πόρων των γεωυφασµάτων σύµφωνα µε τα πρότυπα ASTM D6767, EN ISO και ASTM D4751. Πληροφορίες για το σύνολο των 52 µη υφασµένων γεωυφασµάτων από ίνες πολυπροπυλενίου που ελέγχθηκαν εργαστηριακά, µε σκοπό τον προσδιορισµό της ποροµετρικής τους σύνθεσης, παρουσιάζονται στο Κεφάλαιο 5. Επιπλέον, περιγράφεται το πρόγραµµα δοκιµών που εκτελέστηκαν. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται και σχολιάζονται οι τιµές των φυσικών ιδιοτήτων των γεωυφασµάτων που ελέγχθηκαν καθώς και τα αποτελέσµατα των συσχετίσεων µεταξύ των φυσικών ιδιοτήτων. Ακολούθως, παρουσιάζονται οι τιµές των µεγεθών πόρων που δηλώνουν οι κατασκευαστές των γεωυφασµάτων για τα προϊόντα τους και οι τιµές του µεγαλύτερου µεγέθους πόρων που υπολογίστηκαν µε βάση το θεωρητικό µοντέλο πρόβλεψης κατά Giroud. Στο κεφάλαιο 6 συνοψίζονται και αξιολογούνται τα αποτελέσµατα όλων των εργαστηριακών δοκιµών που πραγµατοποιήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας διατριβής. Αρχικά, παρουσιάζονται τα µεγέθη πόρων Ο 95, Ο 9 και Ο 5 που προέκυψαν από τις εργαστηριακές δοκιµές σύµφωνα µε τα πρότυπα ASTM D6767, EN ISO και ASTM D4751 και πραγµατοποιείται µια αρχική σύγκριση µεταξύ των τιµών που προκύπτουν από την εφαρµογή των διαφορετικών προτύπων. Ακολούθως, επιδιώκεται η συσχέτιση των παραπάνω µεγεθών πόρων µε το πάχος των γεωυφασµάτων, τις αντίστοιχες τιµές που δίνουν οι κατασκευαστές για τα προϊόντα τους (όπου αυτό είναι δυνατόν) και την θεωρητική πρόβλεψη του µεγέθους πόρων κατά Giroud. Τέλος, διερευνάται η δυνατότητα συσχέτισης των αντίστοιχων µεγεθών πόρων που προσδιορίζονται σύµφωνα µε τις µεθόδους που καθορίζονται από τα πρότυπα ASTM D6767, EN ISO και ASTM D4751 και σχολιάζονται τα αποτελέσµατα των συσχετίσεων αυτών. Στο Παράρτηµα Α δίνονται τα κύρια σηµεία των προτύπων ASTM D6767, EN ISO και ASTM D4751 για τον προσδιορισµό των µεγεθών πόρων, του πρότυπου ASTM D5261 για τον προσδιορισµό της µάζας ανά µονάδα επιφάνειας και του πρότυπου ASTM D5199 του πάχους των γεωυφασµάτων. Στο Παράρτηµα 3

20 Β παρατίθενται οι τιµές των φυσικών ιδιοτήτων όλων των δοκιµίων που ελέγχθηκαν για τον προσδιορισµό του µεγέθους πόρων. Στα Παραρτήµατα Γ, Ε και Ζ παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα των δοκιµών για τον προσδιορισµό των µεγεθών πόρων κατά ASTM D6767, EN ISO και ASTM D4751, αντίστοιχα. Τέλος, στα Παραρτήµατα, ΣΤ και Η παρουσιάζονται οι συσχετίσεις των µεγεθών πόρων µε το πάχος ανά σειρά γεωυφασµάτων. 4

21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ Τα γεωσυνθετικά υλικά είναι κατασκευαστικά υλικά που άρχισαν να χρησιµοποιούνται σε έργα Πολιτικού Μηχανικού από τις αρχές της δεκαετίας του 197 και µέχρι σήµερα έχουν αναπτυχθεί ραγδαία. Η ονοµασία τους οφείλεται στις πρώτες ύλες κατασκευής τους, οι οποίες προέρχονται από την βιοµηχανία των πλαστικών (συνθετικά υλικά) και στο γεγονός ότι στις εφαρµογές τους συνδυάζονται µε γεωυλικά. Τα γεωυφάσµατα αποτελούν τη µεγαλύτερη κατηγορία γεωσυνθετικών υλικών και χρησιµοποιούνται ευρύτατα σε πολλές εφαρµογές της γεωτεχνικής µηχανικής όπου επιτελούν λειτουργίες φίλτρου, στράγγισης, διαχωρισµού εδαφών και ενίσχυσης ή οπλισµού εδαφών. Ο σχεδιασµός έργων, όπου το γεωύφασµα αξιοποιείται ως προς τις υδραυλικές ιδιότητές του, απαιτεί τη γνώση των υδραυλικών χαρακτηριστικών του γεωυφάσµατος. Μια χαρακτηριστική υδραυλική ιδιότητα του γεωυφάσµατος είναι το µέγεθος των πόρων του. Στο πρώτο µέρος αυτού του κεφαλαίου συνοψίζονται γενικές πληροφορίες που αφορούν τα γεωυφάσµατα (πρώτες ύλες που χρησιµοποιούνται για την κατασκευή τους, µέθοδοι κατασκευής και τύποι γεωυφασµάτων), απαριθµούνται οι ιδιότητές τους (φυσικές, υδραυλικές, µηχανικές, αποδόµησης, ανθεκτικότητας στο χρόνο), περιγράφονται οι λειτουργίες και συσχετίζονται οι ιδιότητες, οι λειτουργίες και οι εφαρµογές τους. Ακολούθως, σχολιάζονται τα πρότυπα ASTM D6767, EN ISO και ASTM D4751 που εφαρµόζονται για τον προσδιορισµό των µεγεθών πόρων των γεωυφασµάτων. Στη συνέχεια, συνοψίζονται πληροφορίες που είναι διαθέσιµες στη διεθνή βιβλιογραφία και αναφέρονται σε συγκριτική αξιολόγηση των προτύπων, στην επίδραση παραµέτρων εφαρµογής των πρότυπων µεθόδων στα αποτελέσµατα τους και σε συσχέτιση των ποροµετριών των γεωυφασµάτων. Τέλος περιγράφεται ένα θεωρητικό µοντέλο για τον υπολογισµό του µεγέθους του µεγαλύτερου πόρου ενός γεωυφάσµατος. 2.1 Γεωυφάσµατα Σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D4439 (ASTM 21) και τον Koerner (1994), τα γεωυφάσµατα ορίζονται ως διαπερατά, συνήθως συνθετικά, υλικά που µοιάζουν µε υφάσµατα και ενσωµατώνονται σε µια κατασκευή σε συνδυασµό µε γεωυλικά, 5

22 µε στόχο τη βελτίωση της συµπεριφοράς και/ή τη µείωση του κόστους της κατασκευής. Η µεγάλη ποικιλία γεωυφασµάτων που διατίθενται σήµερα στο εµπόριο οφείλεται στις διαφορές που υπάρχουν µεταξύ των χρησιµοποιούµενων πρώτων υλών, τύπων νηµάτων και µεθόδων κατασκευής του τελικού προϊόντος. Γενικά, κάθε κατασκευαστής παράγει είτε ένα µόνο τύπο γεωυφάσµατος (που διατίθεται σε διαφορετικά πάχη ή µάζα ανά µονάδα επιφάνειας) είτε µια ποικιλία τύπων γεωυφασµάτων, που ο καθένας προορίζεται για µια συγκεκριµένη εφαρµογή. Οι πρώτες ύλες (πολυµερή) που χρησιµοποιούνται για την κατασκευή των γεωυφασµάτων είναι το πολυπροπυλένιο, ο πολυεστέρας, το πολυαµίδιο (νάυλον) και το πολυαιθυλένιο. Στοιχεία για τις ποσότητες των χρησιµοποιούµενων πρώτων υλών (Jagielski 1991a, Shukla 22, GFR 22) δείχνουν ότι το πολυπροπυλένιο κυριαρχεί (περίπου 8% του χρησιµοποιούµενου όγκου) ενώ έπεται ο πολυεστέρας µε περίπου 15%. Οι πρώτες ύλες είναι συνήθως σε στερεά, κοκκώδη κατάσταση και για να πάρουν τη µορφή ίνας τήκονται, υποβάλλονται σε διέλαση µέσω ειδικής διάτρητης κεφαλής που µοιάζει µε καταιονιστήρα και ακολούθως σκληρύνονται µε ψύξη. Ταυτόχρονα µε την ψύξη ή µετά την ψύξη, οι ίνες εφελκύονται ώστε να µειωθεί η διάµετρός τους και να γίνει πιο οµοιόµορφη η διάταξη των µακροµορίων του πολυµερούς. Έτσι επιτυγχάνεται αύξηση της αντοχής των ινών, µείωση της επιµήκυνσης στην αστοχία και αύξηση του µέτρου ελαστικότητας. Αυτές οι µεγάλου µήκους ίνες χρησιµοποιούνται, σαν µονόκλωνο νήµα, για την κατασκευή γεωυφασµάτων. Τα µονόκλωνα νήµατα µπορούν επίσης να συνδυαστούν ώστε να κατασκευαστεί ένα πολύκλωνο νήµα. Κάπως διαφορετικής µορφής είναι τα νήµατα που κατασκευάζονται από λεπτές ίνες µικρού µήκους (25mm ως 1mm) και που µπορούν να ονοµαστούν κλωστές. Οι αρχικές µεγάλου µήκους ίνες κόβονται σε µικρά µήκη και ακολούθως συστρίβονται ή κλώθονται σε µεγάλα µήκη (κλωστές). Επιπλέον, οι τεµαχισµένες ίνες χρησιµοποιούνται ως έχουν για την κατασκευή των γεωυφασµάτων. Ο τελευταίος τύπος νήµατος που χρησιµοποιείται για την κατασκευή γεωυφασµάτων ονοµάζεται ταινία και έχει διατοµή ορθογωνική. Παράγεται από ένα συνεχές λεπτό φύλλο πολυµερούς που κόβεται σε νήµατα (ταινίες) µε κατάλληλα µαχαίρια ή φλέβες πεπιεσµένου αέρα. Ο τύπος του γεωυφάσµατος καθορίζεται από την µέθοδο που χρησιµοποιείται έτσι ώστε να δηµιουργηθεί µια επίπεδη κατασκευή από νήµατα ή ταινίες. Οι τρεις κατηγορίες γεωυφασµάτων είναι τα υφασµένα, τα µη υφασµένα και τα πλεκτά γεωυφάσµατα. Στοιχεία για τους τύπους των διακινούµενων γεωυφασµάτων (Jagielski 1991a και 1991b, Shukla 22, GFR 22) δείχνουν ότι τα µη 6

23 υφασµένα αντιστοιχούν αριθµητικά στο 6% των παραγόµενων προϊόντων αλλά καλύπτουν σηµαντικά υψηλότερο ποσοστό (8%) των ετήσιων πωλήσεων. Τα υφασµένα προϊόντα αποτελούνται από δύο κάθετες µεταξύ τους σειρές νηµάτων, που συνδέονται µεταξύ τους συστηµατικά µε µηχανικό τρόπο. Κατασκευάζονται µε τις συνήθεις υφαντουργικές µηχανές σε µεγάλη ποικιλία µορφών ή τύπων ύφανσης. Τα πλεκτά προϊόντα αποτελούνται από ένα µόνο νήµα που πλέκεται συστηµατικά. Αυτή η µέθοδος παραγωγής χρησιµοποιείται πλέον σπάνια για την κατασκευή γεωυφασµάτων. Τα στάδια κατασκευής των µη υφασµένων προϊόντων περιλαµβάνουν τη διαµόρφωση του ιστού και τη σύνδεση ή συγκόλληση των ινών. Αποτελούνται από ίνες ή νήµατα που έχουν τυχαίο προσανατολισµό και κατά το δυνατό οµοιόµορφη κατανοµή. Στη µεγάλη πλειοψηφία των µη υφασµένων γεωυφασµάτων οι ίνες που χρησιµοποιούνται είναι ίνες πολυπροπυλενίου. Η σύνδεση των ινών γίνεται είτε µηχανικά είτε θερµικά είτε χηµικά. Στα θερµικά συγκολληµένα µη υφασµένα γεωυφάσµατα οι ίνες συγκολλούνται στις θέσεις διασταύρωσης τους µε τήξη καθώς ο ιστός περνά µέσα από φούρνο ή ανάµεσα από δύο θερµαινόµενους κυλίνδρους που περιστρέφονται αντίθετα ο ένας ως προς τον άλλον. Η χηµική επεξεργασία περιλαµβάνει ψεκασµό της επιφάνειας ή εµποτισµό του ιστού συνήθως µε ακρυλική ρητίνη και πιθανώς κυλινδρισµό. Συχνά χρησιµοποιείται φλέβα ξηρού αέρα για να στεγνώσει το προϊόν και να διανοιχτούν οι πόροι του. Τα προϊόντα που παράγονται µε διαδικασία µηχανικής εµπλοκής των ινών (βελονοδιάτρητα), διαµορφώνονται διοχετεύοντας το χαλαρό ιστό κάτω από µια οµάδα αγκαθωτών βελονών που εκτελούν παλινδροµική κίνηση κάθετα προς τον ιστό και διαπερνούν τον ιστό. Η πυκνότητα και το πάχος του τελικού προϊόντος εξαρτάται από την πυκνότητα των βελονών και από την ταχύτητα της µεταφορικής ταινίας ή της κίνησης του ιστού. 2.2 Λειτουργίες, ιδιότητες και εφαρµογές των γεωυφασµάτων Ο σχεδιασµός έργων µε γεωυφάσµατα βασίζεται σε µεγάλο βαθµό στη σωστή επιλογή γεωυφάσµατος ώστε αυτό να είναι ικανό να λειτουργήσει αποτελεσµατικά ανάλογα µε τις απαιτήσεις του έργου και τις συνθήκες του πεδίου. Οι τέσσερις κύριες λειτουργίες των γεωυφασµάτων είναι οι εξής: διαχωρισµός, ενίσχυση - οπλισµός, φιλτράρισµα και στράγγιση. Η λειτουργία του διαχωρισµού έχει την έννοια της εισαγωγής ενός γεωυφάσµατος µεταξύ δύο ανόµοιων εδαφικών στρώσεων ώστε να εξασφαλίζεται η ακεραιότητα τους και να βελτιώνεται η λειτουργικότητα των υλικών αυτών. Σε πολλές 7

24 περιπτώσεις απαιτείται η διάστρωση χονδρόκοκκου υλικού πάνω σε σχετικά λεπτόκοκκο έδαφος. Η κατάσταση αυτή µπορεί να οδηγήσει στην ταυτόχρονη εµφάνιση δύο προβληµάτων. Κόκκοι του λεπτόκοκκου εδάφους µπορεί να εισχωρήσουν στα κενά του χονδρόκοκκου υλικού µε αποτέλεσµα τη µείωση της διαπερατότητάς του και τον περιορισµό της ικανότητάς του να λειτουργήσει σαν µέσο στράγγισης. Ακόµα, κόκκοι του χονδρόκοκκου υλικού µπορεί να βυθιστούν στο λεπτόκοκκο έδαφος και έτσι να µειωθεί το ενεργό πάχος της χονδρόκοκκης στρώσης των αδρανών. Τα προβλήµατα αυτά αποφεύγονται µε την τοποθέτηση µεταξύ των δύο στρώσεων ενός σωστά επιλεγµένου γεωυφάσµατος. Η λειτουργία της ενίσχυσης ή του οπλισµού εδαφικού υλικού υλοποιείται µε την ενσωµάτωση του γεωυφάσµατος στη µάζα του εδάφους και είναι αποτέλεσµα της συνεργασίας ή της αλληλεπίδρασης του γεωυφάσµατος µε το έδαφος. Πιο συγκεκριµένα, µπορεί να αναπτυχθούν τρεις διαφορετικοί µηχανισµοί: ο µηχανισµός µεµβράνης, ο µηχανισµός διάτµησης και ο µηχανισµός αγκύρωσης. Το γεωύφασµα λειτουργεί σαν µεµβράνη όταν εδράζεται πάνω σε παραµορφώσιµο έδαφος και φορτίζεται κάθετα προς την επιφάνεια του. Το αποτέλεσµα αυτής της φόρτισης είναι η ανάπτυξη εφελκυστικών τάσεων στο γεωύφασµα. ιατµητικές τάσεις αναπτύσσονται στη διεπιφάνεια εδάφουςγεωυφάσµατος όταν το σύνθετο υλικό φορτίζεται και παραµορφώνεται. Τέλος, το γεωύφασµα µπορεί να λειτουργήσει σαν αγκύριο όταν αναπτύσσονται φορτία που τείνουν να το εξολκεύσουν από το έδαφος που το περιβάλλει. Το γεωύφασµα λειτουργεί σαν φίλτρο όταν επιτρέπει την ελεύθερη κίνηση νερού, αλλά όχι και εδαφικών κόκκων, κάθετα στο επίπεδο του για απροσδιόριστα µακρό χρονικό διάστηµα. Από αυτή την άποψη, το γεωύφασµα λειτουργεί ακριβώς όπως τα κλασικά γεωτεχνικά φίλτρα από κοκκώδη υλικά. Όµοια, το γεωύφασµα εκτελεί λειτουργία στράγγισης όταν επιτρέπει την ελεύθερη κίνηση νερού, αλλά όχι και εδαφικών κόκκων, στο εσωτερικό του (παράλληλα προς την επιφάνειά του) για απροσδιόριστα µακρό χρονικό διάστηµα. Γενικά, τα περισσότερα γεωυφάσµατα µπορούν να επιτελέσουν αυτή τη λειτουργία αλλά είναι προφανές ότι πλεονεκτούν σηµαντικά τα µη υφασµένα γεωυφάσµατα µε µηχανική εµπλοκή των ινών επειδή έχουν µεγαλύτερο πάχος. Οι ιδιότητες των γεωυφασµάτων διακρίνονται σε φυσικές, υδραυλικές, µηχανικές, ανθεκτικότητας στο χρόνο και αποδόµησης. Οι φυσικές ιδιότητες αφορούν τη γεωµετρία και το βάρος των υλικών όπως παράγονται ή όπως παραλαµβάνονται στο πεδίο. Οι πιο χαρακτηριστικές φυσικές ιδιότητες είναι µάζα ανά µονάδα επιφάνειας και το πάχος. 8

25 Οι υδραυλικές ιδιότητες των γεωυφασµάτων έχουν σχέση µε το µέγεθος και την κατανοµή των κενών στον όγκο του, δηλαδή µε την ικανότητα του να επιτρέπει στο νερό να περνά από τη µάζα του, εµποδίζοντας να περάσουν και κόκκοι γειτονικού εδάφους. Οι υδραυλικές ιδιότητες µπορεί να επηρεαστούν από τη συµπιεστότητα του γεωυφάσµατος και από τη συσσώρευση υλικών (εδαφικοί κόκκοι, αποθέσεις από χηµικές ή βιολογικές διεργασίες) στα κενά του. Οι συνήθως αναφερόµενες υδραυλικές ιδιότητες είναι το φαινόµενο (ή χαρακτηριστικό) µέγεθος κενών, η υδραυλική επιτρεπτότητα, η υδραυλική µεταβιβασιµότητα, η διαπερατότητα, το ποσοστό ελεύθερης επιφάνειας και το πορώδες. Οι µηχανικές ιδιότητες είναι ενδεικτικές της αντίστασης που παρουσιάζει το υλικό σε µηχανική καταπόνηση από επιβαλλόµενα φορτία και περιλαµβάνουν τη συµπιεστότητα, τον µονοαξονικό εφελκυσµό, την αντοχή συρραφής, την κόπωση, την αντοχή σε διάρρηξη, την αντοχή σε σχίσιµο, την αντοχή σε δυναµική διάτρηση, την αντοχή σε διάτρηση και την αλληλεπίδραση γεωυφάσµατος-άλλου υλικού. Μεγάλος όγκος εφαρµογών απαιτεί για το σχεδιασµό τη γνώση των τιµών της αντοχής σε εφελκυσµό. Σε αντίθεση µε τις προηγούµενες κατηγορίες ιδιοτήτων που αφορούν ιδιότητες του υλικού όπως παράγεται ή όπως παραλαµβάνεται, οι ιδιότητες ανθεκτικότητας στο χρόνο αφορούν τη συµπεριφορά του υλικού σαν συνάρτηση του χρόνου, δηλαδή κατά το χρόνο λειτουργίας του στο πεδίο και αναφέρονται κυρίως σε ερπυσµό, αντίσταση σε απόξεση και φραγή. Τέλος, οι ιδιότητες αποδόµησης αναφέρονται στην επίδραση που έχουν διάφοροι παράγοντες του περιβάλλοντος στη δοµή των πολυµερών και συνεπώς στις ιδιότητες των γεωυφασµάτων και περιλαµβάνουν κυρίως την αντίσταση σε χηµικά, την αντίσταση σε θερµότητα και την αντίσταση σε υπεριώδη ακτινοβολία και καιρικές συνθήκες. Ο αριθµός των εφαρµογών όπου είναι δυνατό να χρησιµοποιηθούν γεωυφάσµατα είναι εντυπωσιακός. Οι εφαρµογές αυτές µπορούν να ταξινοµηθούν σύµφωνα µε τις βασικές λειτουργίες του γεωυφάσµατος (φίλτρο, στράγγιση, διαχωρισµός, ενίσχυση). Ο Koerner (1994) αναφέρει περίπου εκατό χαρακτηριστικές εφαρµογές χωρίς αυτό να σηµαίνει ότι ο κατάλογος είναι πλήρης ή ότι δεν έχει ήδη διευρυνθεί. Οι λειτουργίες που επιτελούν τα γεωυφάσµατα, ο µεγάλος αριθµός εφαρµογών και η κατηγοριοποίηση του πλήθους των ιδιοτήτων τους, υποδεικνύουν συσχετισµούς µεταξύ των λειτουργιών, των ιδιοτήτων και των εφαρµογών των γεωυφασµάτων, όπως συνοψίζονται στους Πίνακες 2.1 και

26 Οι µέθοδοι σχεδιασµού έργων µε γεωυφάσµατα οδηγούν στον προσδιορισµό της απαιτούµενης τιµής για µία ή περισσότερες ιδιότητες του γεωυφάσµατος ανάλογα µε τη λειτουργία που πρόκειται να επιτελέσει. Κατόπιν, οι τιµές αυτές συγκρίνονται µε τις τιµές των ιδιοτήτων που έχουν τα διαθέσιµα στο εµπόριο γεωυφάσµατα (διαθέσιµες τιµές) και επιλέγεται το πιο κατάλληλο υλικό ώστε να ικανοποιούνται τόσο τα κριτήρια (συντελεστές) ασφάλειας όσο και τα κριτήρια για οικονοµικό σχεδιασµό. Τα γεωυφάσµατα που πρόκειται να επιτελέσουν λειτουργία φίλτρου ή στραγγιστηρίου επιλέγονται έτσι ώστε να ικανοποιούνται ταυτόχρονα τα κριτήρια συγκράτησης και διαπερατότητας, να αποφεύγεται φραγή των πόρων τους για τον προβλεπόµενο χρόνο λειτουργίας του έργου και να µην υφίστανται φθορές ή βλάβες στο στάδιο της τοποθέτησής τους στο πεδίο ή και της λειτουργίας τους. Τα περισσότερα από τα κριτήρια σχεδιασµού φίλτρων ή στραγγιστηρίων βασίζονται σε σχέσεις που αναπτύσσονται µεταξύ ενός µεγέθους πόρων του γεωυφάσµατος (συνήθως του µεγαλύτερου) και του µεγέθους κόκκων του εδάφους. Παρόλο που τα κριτήρια αυτά θεωρούνται γενικά ικανοποιητικά, θα βελτιώνονταν ακόµη περισσότερο εάν βασίζονταν στην πλήρη ποροµετρική καµπύλη του γεωυφάσµατος αντί σε ένα µέγεθος πόρου. Το µέγεθος ή η διάµετρος των πόρων ενός γεωυφάσµατος έχει καθιερωθεί διεθνώς να συµβολίζεται µε το γράµµα Ο και µε έναν αριθµητικό δείκτη. Για παράδειγµα, το σύµβολο Ο 95 δηλώνει το µέγεθος πόρου που είναι µεγαλύτερο από το 95% των πόρων του γεωυφάσµατος. Ένας αριθµός κριτηρίων σχεδιασµού οδηγεί στον προσδιορισµό του µεγέθους πόρου Ο 95 που θεωρείται ισοδύναµο µε το µέγεθος των µεγαλύτερων πόρων ενός γεωυφάσµατος. Στο εργαστήριο, το µέγεθος αυτό προσδιορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D4751 (προσδιορισµός του φαινόµενου µεγέθους πόρων γεωυφάσµατος). Τέτοια κριτήρια φαίνονται στον Πίνακα 2.3 (AASHTO 199 και Giroud 1982) και στον Πίνακα 2.4 (Christopher and Holz 1985). Άλλα κριτήρια οδηγούν στον προσδιορισµό διαφορετικών µεγεθών πόρων, όπως το O 9, τα οποία εξακολουθούν να εκφράζουν τον σχεδόν µεγαλύτερο πόρο του γεωυφάσµατος ενώ, εργαστηριακά ο προσδιορισµός γίνεται µε διαφορετική µέθοδο. Παρόλο που έχει προταθεί και η χρήση µικρότερων µεγεθών πόρων στα κριτήρια σχεδιασµού, όπως για παράδειγµα από τους Christopher and Holtz (1985) (Πίνακας 2.3) και Fischer et al (199) (Πίνακας 2.4), στο παρελθόν ήταν δύσκολο αυτά να προσδιοριστούν µε ακρίβεια. Η δυσκολία αυτή δεν ήταν δυνατό να µειώσει τη σηµασία των µικρών µεγεθών πόρων ενός γεωυφάσµατος αφού, όπως φαίνεται στο Σχήµα 2.1, δύο γεωυφάσµατα µε το ίδιο Ο 95 µπορεί να έχουν εντελώς διαφορετική κατανοµή των µεγεθών των πόρων. Το γεγονός αυτό επηρεάζει τόσο τη διαπερατότητά των γεωυφασµάτων όσο και γενικά τα 1

27 Πίνακας 2.1 Σχέσεις λειτουργιών και εφαρµογών των γεωυφασµάτων Εφαρµογές ρόµοι χωρίς επίστρωµα Προστασία γεωµεµβράνων Μεταξύ παλαιού και νέου ασφαλτοτάπητα Κάτω από επιχώµατα σε µαλακά εδάφη Τοίχοι αντιστ. από οπλισµένο έδαφος Πρανή από οπλισµένο έδαφος Ενίσχυση αναχωµάτων στη βάση τους Έυκαµπτος "ξυλότυπος" Προστασία εδαφών από διάβρωση Φράκτες ιλύος Στράγγιση τοίχων αντιστήριξης Προστασία στραγγιστηρίων Στραγγιστήριο µε ροή υπό πίεση Στραγγιστήριο µε ροή λόγω βαρύτητας Λειτουργίες ιαχωρισµός Οπλισµός Φιλτράρισµα Στράγγιση Κύρια ή σηµαντική λειτουργία Μη σηµαντική λειτουργία για την εφαρµογή Πίνακας 2.2 Σχέσεις λειτουργιών και ιδιοτήτων των γεωυφασµάτων Ιδιότητες Πάχος Αντοχή σε εφελκυσµό Μέτρο εφελκυσµού Αντοχή σε διάρρηξη Αντοχή σε διάτρηση Αντοχή σε σχίσιµο Αντοχή σε κρούση Αντοχή συρραφής Συµπιεστότητα Φαινόµενη γωνία τριβής Πορώδες Ποσοστό ελεύθερης επιφάνειας Φαινόµενο µέγεθος κενών Υδραυλική επιτρεπτότητα Υδραυλική µεταβιβασιµότητα Ερπυσµός Απόξεση Φραγή Αποδόµηση Λειτουργίες ιαχωρισµός Οπλισµός Φιλτράρισµα Στράγγιση Ιδιότητα σηµαντική για τη λειτουργία Ιδιότητα που µπορεί να επηρεάσει τη λειτουργία Ιδιότητα που δεν επηρεάζει τη λειτουργία 11

28 Πίνακας 2.3 Κριτήρια συγκράτησης για φίλτρα από γεωυφάσµατα CU: συντελεστής οµοιοµορφίας του εδάφους d 1, d 15, d 4, d 5, d 85, d 9 : µεγέθη κόκκων εδάφους i : υδραυλική κλίση στο έδαφος κοντά στο γεωύφασµα Ο 95 : µέγεθος πόρων γεωυφάσµατος Ο 5 : µέσο µέγεθος πόρων γεωυφάσµατος Πίνακας 2.4 Κριτήρια απόφραξης για φίλτρα από γεωυφάσµατα d 15, d 5 : µεγέθη κόκκων εδάφους Ο 15, Ο 5 Ο 95 : µεγέθη πόρων γεωυφάσµατος 12

29 Σχήµα 2.1 Ποροµετρικές καµπύλες δύο γεωυφασµάτων µε το ίδιο µέγεθος πόρων O 95 (Prapaharan et al. 1989) υδραυλικά χαρακτηριστικά τους. Εποµένως προκύπτει η ανάγκη γνώσης της πλήρους ποροµετρίας ενός γεωυφάσµατος και όχι µόνο του µεγαλύτερου µεγέθους πόρων του. 2.3 Μέθοδοι προσδιορισµού των µεγεθών πόρων των γεωυφασµάτων Η εκτεταµένη χρήση γεωυφασµάτων σε εφαρµογές όπου αυτά λειτουργούν ως φίλτρα ή στραγγιστήρια καθιστά αναγκαίο τον αξιόπιστο ποσοτικό προσδιορισµό των υδραυλικών χαρακτηριστικών τους. Πολλοί ερευνητές θεωρούν ότι η καµπύλη κατανοµής πόρων ενός γεωυφάσµατος ορίζεται µονοσήµαντα. Αυτό δεν ισχύει αφού τα αποτελέσµατα προσδιορισµού των µεγεθών πόρων εξαρτώνται από την µέθοδο που χρησιµοποιείται για τον προσδιορισµό τους (Bhatia, Smith and Christopher 1994, Tu, Bhatia and Mlynarek 22). Παρόλα αυτά δεν υπάρχει κάποια συγκεκριµένη µέθοδος η οποία να χρησιµοποιείται κατά αποκλειστικότητα. Σύµφωνα µε τους Fischer et al (1996) τα µεγέθη πόρων και οι ποροµετρικές καµπύλες των γεωυφασµάτων µπορούν να διακριθούν σε τουλάχιστον 4 κατηγορίες ανάλογα µε τη µέθοδο προσδιορισµού τους. Οι κατηγορίες αυτές είναι οι εξής: 13

30 1. Μεγέθη που ο προσδιορισµός τους βασίζεται στην πιθανότητα ένας κόκκος συγκεκριµένης διαµέτρου να διαπεράσει το γεωύφασµα κατά τη διάρκεια δόνησης συγκεκριµένης χρονικής διάρκειας ή κατά τη διάρκεια συγκεκριµένου αριθµού κύκλων βύθισης σε νερό. 2. Μεγέθη που υπολογίζονται θεωρητικά (γεωµετρικά) και προσδιορίζονται µε βάση µε συγκεκριµένες ιδιότητες των γεωυφασµάτων. 3. Μεγέθη που προκύπτουν από την καταµέτρηση του αριθµού ίσων πόρων (ή ίσων στενώσεων 1 των πόρων) στο γεωύφασµα. 4. Μεγέθη που προκύπτουν από το ποσοστό του συνολικού όγκου ίσων µεγεθών πόρων ως προς το συνολικό όγκο των πόρων του γεωυφάσµατος. Πολλές µέθοδοι έχουν διερευνηθεί για τον προσδιορισµό των µεγεθών πόρων των γεωυφασµάτων. Στον Πίνακα 2.5 συνοψίζονται τα κύρια χαρακτηριστικά γνωρίσµατα των µεθόδων αυτών και παρέχονται πληροφορίες για το είδος του πόρου που η κάθε µία προσδιορίζει. Όπως φαίνεται, οι µέθοδοι που έχουν διερευνηθεί συµπεριλαµβάνουν το ξηρό κοσκίνισµα µε έδαφος ή µε γυάλινα σφαιρίδια (π.χ. Αµερικανικό πρότυπο ASTM D4751), το υγρό κοσκίνισµα (π.χ. Ευρωπαϊκό πρότυπο EN ISO 12956), το υδροδυναµικό κοσκίνισµα (Καναδική, Γαλλική και Ιταλική µέθοδος), την αναρρόφηση υγρού, τη διείσδυση υδραργύρου (Prapaharan et al. 1989), την αφαίρεση υγρού, την ροή σε τριχοειδές (π.χ. πρότυπο ASTM D6767), την ελάχιστη αντίσταση από επιφανειακή τάση (Miller et al., 1986) και την ανάλυση εικόνας (Prapaharan et al. 1989). Επιπρόσθετα, θεωρητικά µοντέλα έχουν προταθεί σαν εναλλακτική µέθοδος προσδιορισµού του µεγέθους πόρων των γεωυφασµάτων (Giroud 1996, Faure et al. 1986). Τρεις από τις παραπάνω µεθόδους προσδιορισµού των µεγεθών πόρων ενός γεωυφάσµατος έχουν καθιερωθεί και διαθέτουν πρότυπα διεθνούς αποδοχής και εφαρµογής. Για τον λόγο αυτό οι τρεις αυτές µέθοδοι επιλέχθηκαν στην παρούσα διατριβή για τον προσδιορισµό των διαφόρων µεγεθών πόρων και της καµπύλης κατανοµής πόρων των υπό εξέταση γεωυφασµάτων. Τα πρότυπα αυτά είναι: ASTM D4751 : Πρότυπη µέθοδος για τον Προσδιορισµό του Φαινόµενου Μεγέθους Πόρων των Γεωυφασµάτων (έναρξη ισχύος 1993). EN ISO : Γεωυφάσµατα και Συναφή προς Γεωυφάσµατα Προϊόντα Προσδιορισµός του Χαρακτηριστικού Μεγέθους Πόρων (έναρξη ισχύος 1998). ASTM D6767 : Πρότυπη Μέθοδος για τον Προσδιορισµό των Χαρακτηριστικών των Μεγεθών Πόρων των Γεωυφασµάτων µε έλεγχο Ροής σε τροχοειδή (έναρξη ισχύος 22). 1 Στένωση = Η µικρότερη διάµετρος σε µια αλληλουχία πόρων που διαπερνούν το γεωύφασµα. 14

31 Τα βασικά στοιχεία των προτύπων αυτών παρουσιάζονται στο Παράρτηµα Α. Πίνακας 2.5 Χαρακτηριστικά γνωρίσµατα των διαφόρων µεθόδων προσδιορισµού µεγεθών πόρων (Fischer et al. 1996) Μέθοδος Ξηρό κοσκίνισµα Υγρό κοσκίνισµα Υδροδυναµικό κοσκίνισµα Αναρόφηση υγρού ιείσδυση υδραργύρου Αφαίρεση υγρού Ροή σε τριχοειδή Ελάχιστη αντίσταση από επιφανειακή τάση Σχετικό Τύπος πόρου υνατότητα Σχετικός Σχετικό µέγεθος που προσδιορισµού χρόνος κόστος δείγµατος προσδιορίζεται ποροµετρικής δοκιµής δοκιµής Μεγάλο Μεγάλο Μεγάλο είκτης µεγέθους πόρου είκτης µεγέθους πόρου είκτης µεγέθους πόρου καµπύλης Μεγάλος Μικρό Όγκος πόρου Ναι Μικρός Χαµηλό Χαµηλό Εµβαδόν των Μικρό Ναι Μικρός Μέτριο στενώσεων πόρων Αριθµός των Μικρό στενώσεων πόρων Οχι Μεγάλος Υψηλό Οχι Οχι Ναι Μικρό Όγκος πόρου Ναι Μεγάλος Μεγάλος Μεγάλο Όγκος πόρου Ναι Μικρός Μικρός Υψηλό Μέτριο Μέτριο Υψηλό Ανάλυση εικόνας Μικρό ιάσταση πόρου Ναι Μεγάλος Υψηλό Θεωρητικές µέθοδοι - ιάσταση πόρου Ναι Μικρός Μέτριο Το πρότυπο ASTM D4751 ορίζει µία διαδικασία ξηρού κοσκινίσµατος. Το υλικό που χρησιµοποιείται είναι γυάλινα σφαιρίδια τα οποία είναι χωρισµένα σε κλάσµατα. Κάθε κλάσµα γυάλινων σφαιριδίων αποτελείται από ισοµεγέθεις κόκκους. Η διαδικασία ξεκινάει µε το κλάσµα των σφαιριδίων µε τη µικρότερη διάµετρο και κάθε φορά συνεχίζεται µε το κλάσµα των σφαιριδίων µε την αµέσως µεγαλύτερη διάµετρο. Σκοπός της δοκιµής είναι ο προσδιορισµός του µεγέθους πόρων Ο 95 ενός γεωυφάσµατος κοσκινίζοντας οµοιόµορφα γυάλινα σφαιρίδια µέσω του γεωυφάσµατος ώστε να προσδιοριστεί το µέγεθος εκείνο των σφαιριδίων των οποίων το 5% ή λιγότερο διαπερνά το γεωύφασµα. Η µέθοδος που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D4751 οδηγεί στον προσδιορισµό ενός µεγέθους πόρων (σχεδόν του µεγαλύτερού) σε ένα γεωύφασµα. Παρόλα αυτά υπάρχει δυνατότητα επέκτασης της µεθόδου ώστε να παρέχει και την καµπύλη κατανοµής πόρων του γεωυφάσµατος. 15

32 O Giroud (1996) σε µία προσπάθεια αξιολόγησης των µεθόδων προσδιορισµού των µεγεθών πόρων επισηµαίνει για τη µέθοδο που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D4751 τα εξής: Κατά τη διάρκεια της δοκιµής κοσκινίσµατος εν ξηρώ τα γυάλινα σφαιρίδια παραµένουν σε επαφή µε τις συνθετικές ίνες των γεωυφασµάτων αντί να περνούν ανάµεσα από αυτές, λόγω ηλεκτροστατικών δυνάµεων. Θα ήταν εποµένως λογικό να µην χρησιµοποιούνται στις δοκιµές αυτές γυάλινα σφαιρίδια. Όµως η διαδικασία αυτή αποτελεί την πρότυπη µέθοδο προσδιορισµού µεγέθους πόρων γεωυφασµάτων τόσο στην Αµερική όσο και σε άλλες χώρες. Το πρότυπο ASTM D4751 ορίζει την χρήση κλασµάτων σφαιριδίων κατά τη δοκιµή ξηρού κοσκινίσµατος, από τα οποία αυτά µε τη µικρότερη διάµετρο θα κοσκινίζονται από το γεωύφασµα πρώτα και θα ακολουθούν τα κλάσµατα που περιέχουν σφαιρίδια µεγαλύτερης διαµέτρου. Κατά τη διαδικασία αυτή είναι δυνατόν κόκκοι µε µικρή διάµετρο, οι οποίοι αρχικά εγκλωβίστηκαν στο γεωύφασµα, να διέλθουν για κάποιο λόγο από αυτό όταν θα κοσκινίζονται κόκκοι κάποιας µεγαλύτερης διαµέτρου, µε αποτέλεσµα να υπεισέρχονται λάθη στον προσδιορισµό των µεγεθών πόρων. Για να αποφευχθεί αυτό ο Giroud (1996) προτείνει κάθε κλάσµα σφαιριδίων να κοσκινίζεται µέσα από διαφορετικό δοκίµιο γεωυφάσµατος. Στην περίπτωση όπου ελέγχονται µη υφασµένα βελονοδιάτρητα γεωυφάσµατα µε µεγάλο πάχος µε τη µέθοδο του ξηρού κοσκινίσµατος, η ενέργεια που τροφοδοτείται από τη δόνηση µειώνεται λόγω της τριβής µεταξύ των ινών τους. Για τον λόγο αυτό µέρος των κόκκων που θα µπορούσαν να διέλθουν από το γεωύφασµα παραµένουν εγκλωβισµένοι µέσα σε αυτό. Το πρόβληµα δεν υφίσταται στη περίπτωση λεπτών γεωυφασµάτων στα οποία οι ίνες είναι σφιχτά συνδεδεµένες, όπως για παράδειγµα στα θερµικά συγκολληµένα γεωυφάσµατα. Οπότε ο προσδιορισµός του µεγέθους πόρων στα µη υφασµένα βελονοδιάτρητα γεωυφάσµατα δεν θα πρέπει να γίνεται µε την δοκιµή που προτείνεται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D4751. Το πρότυπο EN ISO καθορίζει µια µέθοδο για τον προσδιορισµό ενός µεγέθους πόρων γεωυφάσµατος, Ο 9, χρησιµοποιώντας την αρχή του υγρού κοσκινίσµατος. Σύµφωνα µε το πρότυπο προσδιορίζεται η κοκκοµετρική σύνθεση του κλάσµατος ενός πρότυπου κοκκώδους υλικού (εδαφικού υλικού) που διαπερνά το γεωύφασµα µετά από υγρό κοσκίνισµα. Το µέγεθος των πόρων του γεωυφάσµατος προσδιορίζεται µε βάση τη θεώρηση ότι η κοκκοµετρική καµπύλη του υλικού αντιστοιχεί στην ποροµετρική καµπύλη του γεωυφάσµατος. Η µέθοδος που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο EN ISO οδηγεί και αυτή στον 16

33 προσδιορισµό ενός µεγέθους πόρων (του Ο 9 που αντιστοιχεί στην διάµετρο d 9 του κοκκώδους υλικού) σε ένα γεωύφασµα. Παρόλα αυτά υπάρχει δυνατότητα επέκτασης της µεθόδου ώστε να παρέχει και την καµπύλη κατανοµής πόρων του γεωυφάσµατος. Σε αρκετές από τις ερευνητικές εργασίες που εκτελέστηκαν στο παρελθόν µε στόχο τη διερεύνηση της ποροµετρίας ή του µεγέθους πόρων των γεωυφασµάτων εφαρµόζοντας διάφορα πρότυπα ή διαδικασίες ελέγχου, χρησιµοποιήθηκαν γυάλινα σφαιρίδια αντί οποιουδήποτε άλλου κοκκώδους υλικού. Οι Bhatia et al. (1995) χρησιµοποίησαν γυάλινα σφαιρίδια σε δοκιµές φιλτραρίσµατος που στόχο είχαν την εκτίµηση της ευστάθειας της διεπιφάνειας εδάφους γεωυφάσµατος όταν συµβαίνει ξαφνική αλλαγή της υδραυλικής κλίσης. Οι Bhatia and Smith (1996α και 1996β) πραγµατοποίησαν εργαστηριακούς ελέγχους για τον προσδιορισµό του φαινόµενου µεγέθους πόρων και της ποροµετρίας υφασµένων και µη υφασµένων γεωυφασµάτων, εφαρµόζοντας διάφορες διαδικασίες και χρησιµοποιώντας γυάλινα σφαιρίδια. Οι Bhatia et al. (1996) χρησιµοποίησαν γυάλινα σφαιρίδια σε συγκριτική µελέτη µεταξύ των διαφόρων εργαστηριακών µεθόδων για τον προσδιορισµό του µεγέθους των πόρων των γεωυφασµάτων. Οι Palmeira and Fannin (1998) στην προσπάθεια τους να αναπτύξουν µια µεθοδολογία εκτίµησης του µεγέθους των πόρων ενός γεωυφάσµατος όταν αυτό συµπιέζεται, χρησιµοποίησαν γυάλινα σφαιρίδια για την εκτέλεση των απαραίτητων δοκιµών. Οι Smith et al. (1999), διερεύνησαν την επίδραση του πορώδους και του φαινόµενου µεγέθους πόρων των γεωυφασµάτων σε θέµατα συγκράτησης και απόφραξης, χρησιµοποιώντας γυάλινα σφαιρίδια σε όλες τις δοκιµές. Η επιλογή των γυάλινων σφαιριδίων παρουσιάζει, σύµφωνα µε αρκετούς ερευνητές (Bhatia and Smith, 1996α και 1996β, Bhatia et al και Palmeira and Fannin, 1998), πλεονεκτήµατα σε σχέση µε τη χρήση εδαφικού υλικού. Τα σφαιρίδια έχουν ειδικό βάρος παρόµοιο µε αυτό της χαλαζιακής άµµου, έχουν σφαιρικό ή περίπου σφαιρικό σχήµα και διατίθενται στο εµπόριο σε ποικιλία µεγεθών έτσι ώστε να µπορεί να γίνει σύνθεση ενός µείγµατος µε κατάλληλη κοκκοµετρική καµπύλη. Αντίθετα ο Giroud (1996) υποστηρίζει ότι εάν και τα γυάλινα σφαιρίδια υπερτερούν στο γεγονός ότι έχουν ένα γνωστό και οµοιόµορφο σχήµα, οι κόκκοι άµµου αντιπροσωπεύουν µε µεγαλύτερη ακρίβεια την πραγµατικότητα στο πεδίο. Επειδή και δύο δοκιµές κοσκινίσµατος εκτελούνται µε δόνηση, οι κόκκοι, έχουν την ελευθερία να περιστρέφονται και, θεωρητικά, όπως θα περάσει ένας σφαιρικός κόκκος από το γεωύφασµα έτσι θα περάσει και ένας κόκκος µε στενόµακρο σχήµα που η µία του διάσταση είναι όση η διάµετρος του σφαιρικού κόκκου. Ο Giroud (1996) καταλήγει στο γεγονός ότι είναι δυνατό στις 17

34 δοκιµές κοσκινίσµατος να χρησιµοποιούνται είτε γυάλινα σφαιρίδια είτε εδαφικοί κόκκοι. H µέθοδος που ορίζεται από το πρότυπο ASTM D6767 βασίζεται στο γεγονός ότι ένα κορεσµένο πορώδες υλικό µορφής δίσκου θα επιτρέψει σε αέρα υπό πίεση να το διαπεράσει όταν η πίεση του αέρα ξεπεράσει την αντίσταση που αναπτύσσεται λόγω επιφανειακής τάσης στους µεγαλύτερους πόρους (Miller et al. 1986). Σταδιακή αύξηση της πίεσης του αέρα προκαλεί διάνοιξη όλο και µικρότερων πόρων. Θεωρώντας ότι η πίεση του αέρα είναι αντιστρόφως ανάλογη του µεγέθους των πόρων, προσδιορίζεται η ποροµετρική καµπύλη του γεωυφάσµατος ή για ορισµένους ερευνητές (Fischer et al and Aydilek, Oguz and Edil 25) η καµπύλη κατανοµής των µεγεθών των στενώσεων των πόρων του γεωυφάσµατος. Η κύρια παραδοχή που κάνει η µέθοδος που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 είναι ότι οι πόροι του γεωυφάσµατος έχουν κυλινδρική διατοµή συγκεκριµένης διαµέτρου. Αξίζει να σηµειωθεί ότι σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 στην εξίσωση συσχετισµού του µεγέθους πόρων των γεωυφασµάτων µε την εφαρµοζόµενη πίεση αέρα υπεισέρχεται ένας διορθωτικός συντελεστής, Β (για τον οποίο εκτεταµένη αναφορά θα γίνει στο Κεφάλαιο 3) τον οποίο όµως δεν συµπεριλαµβάνουν όλοι οι ερευνητές στην αντίστοιχη εξίσωση που χρησιµοποιούν στις εργασίες τους (Vermeersch and Mlynarek 1996, Bhatia and Smith 1994 και Tu, Bhatia and Mlynarek 22). Ακόµη, σύµφωνα µε τους Fischer et al. (1996), η µέθοδος BP είναι εφικτό να παρέχει και τον αριθµό των στενώσεων των πόρων ενός γεωυφάσµατος µε απλούς µαθηµατικούς χειρισµούς. Τέλος, οι Aydilek, Oguz and Edil (25) υποστηρίζουν ότι µελέτες των Bhatia and Smith (1995, 1996) έδειξαν ότι το υγρό διαβροχής, η πίεση του αέρα και ο τύπος της συσκευής που χρησιµοποιούνται παίζουν σηµαντικό ρόλο στα αποτελέσµατα της δοκιµής BP. 2.4 Σύγκριση προτύπων Η σύγκριση των αποτελεσµάτων που προκύπτουν από εργαστηριακές δοκιµές που ακολουθούν διαφορετικές µεταξύ τους πρότυπες διαδικασίες είναι πολύπλοκη. Αυτό συµβαίνει διότι υπεισέρχονται σε αυτές διάφορες παράµετροι και υποθέσεις οι οποίες πρέπει να διερευνηθούν. Στη διαθέσιµη βιβλιογραφία υπάρχει ένας ικανοποιητικός αριθµός δηµοσιεύσεων µε θέµα τη σύγκριση και την αξιολόγηση των διαφόρων εργαστηριακών µεθόδων προσδιορισµού της ποροµετρίας των γεωυφασµάτων. Οι Bhatia and Smith (1996α, 1996β) πραγµατοποίησαν εργαστηριακές δοκιµές σύµφωνα µε τα πρότυπα ASTM D4751 και EN ISO 12956, για τον προσδιορισµό 18

35 της ποροµετρικής σύνθεσης 23 µη υφασµένων γεωυφασµάτων. Όπως φαίνεται στο Σχήµα 2.2 η επαναληψιµότητα της δοκιµής κατά ASTM D4751 ήταν ικανοποιητική για αρκετά από τα γεωυφάσµατα που ελέγχθηκαν. ιαπιστώθηκε όµως ότι τα ηλεκτροστατικά φαινόµενα περιόριζαν τη δυνατότητα αυτής της δοκιµής όταν τα γυάλινα σφαιρίδια είχαν διάµετρο µικρότερη των,9mm (Σχήµα 2.2α). Τα θερµικά συγκολληµένα γεωυφάσµατα δεν παρουσίασαν ουσιώδη διασπορά στα αποτελέσµατα που προέκυψαν διότι η πιθανότητα τα γυάλινα σφαιρίδια να εγκλωβίζονται στους πόρους τους κατά τη διάρκεια του κοσκινίσµατος είναι πολύ µικρή. Αντίθετα, για τα υπόλοιπα µη υφασµένα βελονοδιάτρητα γεωυφάσµατα τα αποτελέσµατα παρουσίασαν αρκετά µεγάλη διασπορά που αποδόθηκε σε ηλεκτροστατικά φαινόµενα, στον εγκλωβισµό γυάλινων σφαιριδίων µέσα στους πόρους τους και στην ανοµοιογένεια µεταξύ των δοκιµίων κάθε γεωυφάσµατος. Αυτά τα φαινόµενα µπορεί να έχουν ως αποτέλεσµα τον προσδιορισµό µικρότερης τιµής του µεγέθους πόρων σε σχέση µε την πραγµατική. Στην περίπτωση της δοκιµής κατά EN ISO οι ερευνητές χρησιµοποίησαν γυάλινα σφαιρίδια αντί για πρότυπο εδαφικό υλικό που καθορίζει το πρότυπο. ιαπιστώθηκε ότι η επαναληψιµότητα της δοκιµής ήταν καλή. Το κύριο πρόβληµα που αντιµετωπίστηκε κατά τη διάρκεια εκτέλεσης των δοκιµών ήταν η δηµιουργία συσσωµατωµάτων από τα γυάλινα σφαιρίδια στην επιφάνεια των δοκιµίων µε αποτέλεσµα πολλά λεπτά σφαιρίδια να µην µπορούν να διαπεράσουν το γεωύφασµα εξαιτίας της συγκράτησής τους στους µηνίσκους που δηµιουργούνταν. Επιπλέον, παρουσιαζόταν µικρή κάµψη των δοκιµίων, λόγω βάρους, κατά τη διάρκεια της δοκιµής. Τα µη υφασµένα βελονοδιάτρητα γεωυφάσµατα έδειξαν τη µικρότερη διασπορά στα αποτελέσµατα της µεθόδου υγρού κοσκινίσµατος, ενώ τα θερµικά συγκολληµένα γεωυφάσµατα τη µεγαλύτερη. Συγκρίνοντας τις τιµές των µεγεθών πόρων που προέκυψαν από τις δύο µεθόδους κοσκινίσµατος προέκυψε ότι η µέθοδος που ορίζεται από το πρότυπο EN ISO δίνει συστηµατικά µικρότερα µεγέθη πόρων από τη µέθοδο που ορίζεται από το πρότυπο ASTM D4751. Οι Bhatia, Smith and Christopher (1994) επιχείρησαν να συγκρίνουν τα αποτελέσµατα που προκύπτουν για την ποροµετρία γεωυφασµάτων από διάφορες εργαστηριακές µεθόδους. Ανάµεσα σε αυτές συµπεριλαµβάνονταν και οι τρεις πρότυπες µέθοδοι όπως αυτές ορίζονται από τα πρότυπα ASTM D6767, EN ISO και ASTM D4751. Για τον σκοπό αυτό δοκίµασαν 22 µη υφασµένα γεωυφάσµατα. Τυπικά αποτελέσµατα της σύγκρισης φαίνονται στα Σχήµατα

36 Σχήµα 2.2 Τυπικές ποροµετρικές καµπύλες από δοκιµή ξηρού κοσκινίσµατος κατά ASTM D4751 για µη υφασµένα γεωυφάσµατα (Bhatia and Smith 1996β) 2

37 και 2.4.Τα συµπεράσµατα που προέκυψαν από αυτά για τις δύο µεθόδους κοσκινίσµατος που ορίζονται σύµφωνα µε τα πρότυπα EN ISO και ASTM D4751 είναι όµοια µε αυτά που αναφέρονται παραπάνω από τους Bhatia and Smith (1996α και 1996β). Για τη µέθοδο που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 προέκυψε ότι δίνει αποτελέσµατα µε καλή επαναληψιµότητα. Εάν και διαπιστώθηκε µία αδυναµία διάκρισης των µη υφασµένων βελονοδιάτρητων γεωυφασµάτων µε διαφορετικά πάχη, για τα οποία έδωσε µεγέθη πόρων που δεν διαφέρουν αρκετά µεταξύ τους. Αντίθετα στην περίπτωση των µη υφασµένων θερµικά συγκολληµένων γεωυφασµάτων η µέθοδος έδωσε µεγέθη πόρων τα οποία µεταβάλλονται µε το πάχος τους. Αυτό συµβαίνει διότι γενικά ο αέρας που εφαρµόζεται στο γεωύφασµα κατά τη διάρκεια της µεθόδου προσπαθεί να βρει τον µεγαλύτερο πόρο του γεωυφάσµατος για να διέλθει από αυτόν. Στα βελονοδιάτρητα γεωυφάσµατα λόγω της διαδικασίας παραγωγής τους το µέγεθος του µεγαλύτερου πόρου δεν διαφέρει σηµαντικά. Αντίθετα στα θερµικά συγκολληµένα γεωυφάσµατα η τήξη των ινών κατά τη διαδικασία παραγωγής τους έχει σαν αποτέλεσµα να παρουσιάζονται διαφορές στην εσωτερική δοµή τους, κατά συνέπεια και στο µέγεθος του µεγαλύτερου πόρου τους ανάλογα µε το πάχος του γεωυφάσµατος. Συγκρίνοντας τα αποτελέσµατα της µεθόδου BP µε τις δύο µεθόδους κοσκινίσµατος WS και DS προκύπτει, όπως φαίνεται και στο Σχήµα 2.3, προκύπτει ότι η µέθοδος BP δίνει πάντα τα µικρότερα µεγέθη πόρων. Ακόµη σύµφωνα µε τους Bhatia, Smith and Christopher (1994) το µέγεθος πόρων O 95 της δοκιµής BP είναι κατά µέσο όρο 6% µικρότερο από το αντίστοιχο της δοκιµής DS. Σχήµα 2.3 Σύγκριση ποροµετρικών καµπυλών ενός γεωυφάσµατος (Bhatia, Smith and Christopher 1994) 21

38 (α) (β) Σχήµα 2.4 Σύγκριση αποτελεσµάτων για το µέγεθος πόρων Ο 95 µεταξύ των δοκιµών (α) υγρού κοσκινίσµατος και ξηρού κοσκινίσµατος και (β) ροής σε τριχοειδή και υγρού κοσκινίσµατος (Bhatia, Smith and Christopher 1994) 22

39 Οι Fischer et al. (1996), παρουσίασαν τα αποτελέσµατα του προσδιορισµού της ποροµετρίας γεωυφασµάτων µε διάφορες µεθόδους όπως φαίνεται στο Σχήµα 2.5. Από αυτά προκύπτει ότι οι καµπύλες κατανοµής πόρων που προσδιορίζονται από διαφορετικές µεθόδους καλύπτουν ένα µεγάλο εύρος τιµών ακόµη και για το ίδιο γεωύφασµα. Το µέγεθος πόρων Ο 95 που παρέχουν οι µέθοδοι που ορίζονται σύµφωνα µε τα πρότυπα ASTM D6767, EN ISO και ASTM D4751 διαφέρει κατά ένα συντελεστή ίσο µε 3, ενώ το µέγεθος πόρων Ο 5 κατά ένα συντελεστή ίσο µε 5. Στο Σχήµα 2.5 φαίνεται καθαρά ότι η µέθοδος που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 δίνει τις µικρότερες τιµές για τα µεγέθη πόρων των γεωυφασµάτων. Οι συγγραφείς βασιζόµενοι στην περιγραφή του είδους των πόρων που παρέχει η κάθε µέθοδος (Παράγραφος 2.3) και στην παρατήρηση των de Mello (1977), Wates (198) και Kenney et al (1985) ότι η δυνατότητα ενός κόκκου εδάφους να διέλθει από ένα δοκίµιο γεωυφάσµατος καθορίζεται από το µέγεθος των στενώσεων των πόρων του, θεωρούν ότι τα πιο αξιόπιστα αποτελέσµατα δίνει η µέθοδος ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767, η οποία είναι η µόνη που µπορεί να προσδιορίσει µια πλήρη και πραγµατική καµπύλη κατανοµής µεγεθών στενώσεων των πόρων των γεωυφασµάτων. Τυπικές ποροµετρικές καµπύλες που προέκυψαν από δοκιµές κατά ASTM D6767 για τέσσερις τύπους γεωυφασµάτων φαίνονται στο Σχήµα 2.6. Οι Fischer et al (1996) υποστηρίζουν ότι τα αποτελέσµατα των δοκιµών αυτών είχαν πολύ καλή επαναληψιµότητα. Σχήµα 2.5 Ποροµετρικές καµπύλες από διάφορες µεθόδους δοκιµών (κατά Bhatia and Smith 1994) 23

40 Σχήµα 2.6 Τυπικές καµπύλες κατανοµής πόρων που προέρχονται από τη µέθοδο που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 (κατά Fischer et al. 1996) Οι Dierickx and Myles (1996) παρουσίασαν τα αποτελέσµατα των δοκιµών που εκτελέστηκαν σύµφωνα µε τα πρότυπα EN ISO και ASTM D4751 για τον προσδιορισµό των µεγεθών πόρων σε 5 σειρές γεωυφασµάτων (2 σειρές υφασµένων, 1 σειρά θερµικά συγκολληµένων και 2 σειρές βελονοδιάτρητων). Οι δοκιµές πραγµατοποιήθηκαν σε διάφορα εργαστήρια της Ευρώπης, της Κίνας και της Βόρειας Αµερικής. Από τη δοκιµή κατά EN ISO προσδιορίστηκε το µέγεθος πόρων Ο 9 των γεωυφασµάτων. Τα αποτελέσµατα των δοκιµών που φαίνονται στο Σχήµα 2.7 αποδεικνύουν ότι η διασπορά των τιµών του Ο 9 που προσδιορίστηκαν στα διάφορα εργαστήρια είναι πολύ µικρή. Εξαίρεση αποτελούν οι τιµές που έδωσε το εργαστήριο DE5 οι οποίες είναι σηµαντικά µικρότερες και οφείλονται πιθανά σε κάποιο συστηµατικό λάθος κατά τη διεξαγωγή των δοκιµών του υγρού κοσκινίσµατος. Τα αποτελέσµατα της δοκιµής κατά ASTM D4751 που φαίνονται στο Σχήµα 2.8 φανερώνουν σηµαντικές διαφορές στις τιµές των 24

41 µεγεθών πόρων (Ο 5, Ο 9, Ο 95 και Ο 98 ) που προσδιορίστηκαν στα διάφορα εργαστήρια. Οι αποκλίσεις αυτές αποδίδονται κατά κύριο λόγο σε µη τήρηση των κανόνων του πρότυπου ASTM D4751 από τα συµµετέχοντα εργαστήρια. Συµπερασµατικά τα Σχήµατα 2.7 και 2.8 δείχνουν καθαρά ότι η πιο αξιόπιστη µέθοδος κοσκινίσµατος για τον προσδιορισµό του µεγέθους πόρων (Ο 9 ) των γεωυφασµάτων είναι η µέθοδος του υγρού κοσκινίσµατος, WS. Οι Tu, Bhatia and Mlynarek (22) εξέτασαν δύο σηµαντικές παραµέτρους, που είναι δυνατόν να επηρεάσουν τα αποτελέσµατα δοκιµών κατά ASTM D6767. Αυτές είναι το είδος της συσκευής και το υγρό διαβροχής που χρησιµοποιούνται. Επιπλέον προσπάθησαν να βαθµονοµήσουν τα αποτελέσµατα της δοκιµής κατά ASTM D6767 δοκιµάζοντας έναν διάτρητο δίσκο µε κυλινδρικά ανοίγµατα γνωστού µεγέθους. Συνολικά πραγµατοποίησαν δοκιµές κατά ASTM D6767 σε 23 µη υφασµένα βελονοδιάτρητα ή θερµικά συγκολληµένα γεωυφάσµατα κατασκευασµένα από ίνες πολυπροπυλενίου, πολυεστέρα ή συνδυασµό αυτών και σε έναν διάτρητο δίσκο από ατσάλι. Για να διερευνήσουν την επιρροή του υγρού διαβροχής στα αποτελέσµατα της δοκιµής πραγµατοποίησαν δοκιµές σε γεωυφάσµατα µε µέγιστο µέγεθος πόρων µεταξύ 5 και 25µm. Σε κάθε γεωύφασµα πραγµατοποιήθηκαν 3 δοκιµές κατά ASTM D6767 µε χρήση διαφορετικού υγρού διαβροχής κάθε φορά. Η διαβροχή των γεωυφασµάτων είναι µία πολύ σηµαντική διαδικασία πριν την υγρή φάση της δοκιµής κατά ASTM D6767. Εάν το δοκίµιο δεν είναι πλήρως κορεσµένο τα αποτελέσµατα της δοκιµής θα είναι εσφαλµένα. Βασική αρχή της µεθόδου που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 είναι ότι το υγρό διαβροχής πρέπει να προβάλλει αντίσταση (µέσω της επιφανειακής τάσης) όταν εφαρµοστεί πίεση στη µία πλευρά του γεωυφάσµατος. Αυτή η αντίσταση των τριχοειδών εξαρτάται από την επιφανειακή τάση του υγρού διαβροχής. Τα υγρά διαβροχής που χρησιµοποιήθηκαν ήταν τα Mineral oil, Silwick και Porewick µε επιφανειακή τάση µεταξύ 15 και 35dynes/cm. Τυπικές ποροµετρικές καµπύλες που προέκυψαν από τη παραπάνω διαδικασία για ένα βελονοδιάτρητο και ένα θερµικά συγκολληµένο γεωύφασµα φαίνονται στα Σχήµατα 2.9 και 2.1 αντίστοιχα. Στο Σχήµα 2.9 παρατηρείται ότι οι ποροµετρικές καµπύλες σχεδόν ταυτίζονται για ποσοστό διερχοµένων µεταξύ 5% και 1%. Αντίθετα οι καµπύλες παρουσιάζουν διαφορές για τα µικρά µεγέθη πόρων, δηλαδή για ποσοστό διερχοµένων µικρότερο του 5%. Οι Tu, Bhatia and Mlynarek (22) θεωρούν ότι τα τρία υγρά διαβροχής ήταν ικανά να διαβρέξουν τα γεωυφάσµατα µε µεγέθη πόρων µεταξύ 5 και 1µm. Το γεωύφασµα του Σχήµατος 2.1 είναι πολύ λεπτό (µε πάχος,32mm) µε µεγάλα µεγέθη πόρων. Οι ποροµετρίες του γεωυφάσµατος που προέκυψαν µε τη µέθοδο που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 και 25

42 Σχήµα 2.7 Αποτελέσµατα διεργαστηριακών δοκιµών υγρού κοσκινίσµατος (Dierickx and Myles 1996) 26

43 Σχήµα 2.8 Αποτελέσµατα διεργαστηριακών δοκιµών ξηρού κοσκινίσµατος (Dierickx and Myles 1996) 27

44 Σχήµα 2.9 Ποροµετρικές καµπύλες για ένα βελονοδιάτρητο µη υφασµένο γεωύφασµα που προέκυψαν µε δοκιµές κατά ASTM D6767 και χρήση τριών διαφορετικών υγρών διαβροχής (Tu, Bhatia and Mlynarek 22) Σχήµα 2.1 Ποροµετρικές καµπύλες για ένα θερµικά συγκολληµένο µη υφασµένο γεωύφασµα που προέκυψαν µε δοκιµές κατά ASTM D6767 και χρήση τριών διαφορετικών υγρών διαβροχής (Tu, Bhatia and Mlynarek 22) 28

45 χρήση τριών διαφορετικών υγρών διαβροχής έδειξαν ότι υπάρχει µεγάλη συµβατότητα για µεγέθη πόρων µεταξύ 25 και 6µm. Γενικά τα αποτελέσµατα έδειξαν ότι τα τρία υγρά διαβροχής είναι ικανά να χρησιµοποιηθούν για γεωυφάσµατα µε µεγέθη πόρων µεταξύ 5 και 25µm. Ένα υγρό διαβροχής µε µεγαλύτερη επιφανειακή τάση είναι δυνατόν να παρέχει καλύτερο κορεσµό σε γεωυφάσµατα µε ανοίγµατα µεγαλύτερα από 25µm ή µικρότερα από 5µm. Επίσης, οι Tu, Bhatia and Mlynarek (22) για να διερευνήσουν την επίδραση της συσκευής στα αποτελέσµατα της δοκιµής κατά ASTM D6767, πραγµατοποίησαν δοκιµές στο Πανεπιστήµιο των Syracuse, όπου χρησιµοποιείται ένα Automated Capillary Flow Porometer µε διάµετρο δοκιµίου 21mm και στην εταιρία Sageos όπου χρησιµοποιείται το Coulter Porometer II µε διάµετρο δοκιµίου 25mm. Τα αποτελέσµατα της σύγκρισης για ένα βελονοδιάτρητο µη υφασµένο γεωύφασµα φαίνονται στο Σχήµα Από αυτό συµπεραίνεται ότι εάν και η ποροµετρικές καµπύλες έχουν την ίδια µορφή, το µέγιστο µέγεθος πόρων που προσδιορίζουν διαφέρει κατά περίπου 12µm. Σχήµα 2.11 Ποροµετρικές καµπύλες για ένα βελονοδιάτρητο µη υφασµένο γεωύφασµα που προέκυψαν µε δοκιµές κατά ASTM D6767 και χρήση δύο διαφορετικών συσκευών (Tu, Bhatia and Mlynarek 22) 29

46 Ακόµη, οι Tu, Bhatia and Mlynarek (22) θέλησαν να βαθµονοµήσουν τα αποτελέσµατα της δοκιµής κατά ASTM D6767. Για τον σκοπό αυτό χρησιµοποίησαν σαν δοκίµιο έναν ατσάλινο διάτρητο δίσκο του οποίου οι οπές ήταν σχεδόν κυλινδρικές µε οµοιόµορφη κατανοµή και µέγεθος πόρων 16 18µm. Τα αποτελέσµατα της δοκιµής φαίνονται στο Σχήµα Από αυτό προκύπτει ότι ο µεγαλύτερος πόρος του δίσκου έχει µέγεθος 167µm, γεγονός που συµφωνεί µε την αρχική θεώρηση. Επιπλέον η κατακόρυφη πτώση των ποροµετρικών καµπυλών από το 95% στο% για διαµέτρους µεγαλύτερες από του µέγιστου πόρου, αποδεικνύει ότι σχεδόν όλοι οι πόροι του δίσκου έχουν σχεδόν το ίδιο µέγεθος. Εποµένως η µέθοδος που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 δίνει αξιόπιστα αποτελέσµατα για το µέγιστο µέγεθος πόρων και τη συνολική ποροµετρία του δίσκου. Αυτό σηµαίνει ότι µπορεί να θεωρηθεί αξιόπιστη όταν χρησιµοποιείται σε γεωυφάσµατα µε µέγεθος πόρων µεταξύ 2 και 2µm. Σχήµα 2.12 Αποτελέσµατα κατανοµής πόρων διάτρητου δίσκου που προέκυψαν µε δοκιµές κατά ASTM D6767 (Tu, Bhatia and Mlynarek 22) Τέλος, οι Tu, Bhatia and Mlynarek (22) συγκρίναν τη δοκιµή κατά ASTM D6767 µε τη δοκιµή υδροδυναµικού κοσκινίσµατος, HS, η οποία αποτελεί την πρότυπη µέθοδο προσδιορισµού του µεγέθους πόρων O 9 ή Ο 95 στον Καναδά. Όπως 3

47 φαίνεται στο Σχήµα 2.13, για ένα γεωύφασµα που η µέθοδος που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 έδωσε Ο 95 ίσο µε 7µm, ή µέθοδος HS έδωσε Ο 95 ίσο µε 57µm. Παρόλο που η διαφορά αυτή δεν είναι τόσο σηµαντική, ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι οι Bhatia and Mlynarek (22) υποστηρίζουν ότι για όλα τα µη υφασµένα γεωυφάσµατα τα αποτελέσµατα της µεθόδου που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 ήταν ελαφρώς µεγαλύτερα από αυτά του υδροδυναµικού κοσκινίσµατος, συµπέρασµα που έρχεται σε αντίθεση µε τα αποτελέσµατα των Fischer et al. (1996), (Σχήµα 2.5) και Bhatia, Smith and Christopher (1994), (Σχήµα 2.3). Σχήµα 2.13 Σύγκριση αποτελεσµάτων δοκιµών κατά ASTM D6767 και υδροδυναµικού κοσκινίσµατος (Tu, Bhatia and Mlynarek 22) Τέλος τόσο οι προαναφερθέντες όσο και αρκετοί ακόµα ερευνητές, που ασχολήθηκαν µε τον προσδιορισµό των µεγεθών πόρων των γεωυφασµάτων µε διάφορες µεθόδους, καταλήγουν στις ακόλουθες γενικές παρατηρήσεις: Σε κάθε περίπτωση η µέθοδος που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο EN ISO 12956) είναι προτιµότερη από αυτή που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D4751. οκιµές κατά ASTM D4751 πρέπει να πραγµατοποιούνται µόνο σε λεπτά µη υφασµένα θερµικά συγκολληµένα γεωυφάσµατα των οποίων οι ίνες είναι σφιχτά συνδεδεµένες µεταξύ τους (Giroud, 1996). 31

48 Τα καλύτερα αποτελέσµατα µεταξύ των µεθόδων κοσκινίσµατος δίνει η µέθοδος η µέθοδος που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο EN ISO (Faure et al., 199 και Bhatia et al. 1994). Επιπρόσθετα συµπληρώνουν τα εξής: Γενικά η µέθοδος που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 δίνει αποτελέσµατα όµοια µε αυτά της µεθόδου που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο EN ISO όταν χρησιµοποιείται σε αυτή µείγµα γυάλινων σφαιριδίων (Bhatia and Smith 1994). Οι διαφορές µεταξύ των αποτελεσµάτων των δοκιµών κοσκινίσµατος κατά EN ISO και κατά ASTM D4751 αυξάνονται µε αύξηση των τιµών του O 95. Η σχέση µεταξύ των δύο αυτών µεθόδων είναι διαφορετική για βελονοδιάτρητα και θερµικά συγκολληµένα γεωυφάσµατα (Bhatia, Smith and Christopher 1996). Το µέγεθος των πόρων O 9 είναι µια πολύ πιο σταθερή τιµή από το µέγεθος πόρων O 95 (δηλαδή όχι ευαίσθητο σε µεταβολές) λόγω της θέσης που κατέχει στην ποροµετρική καµπύλη ενός γεωυφάσµατος (Dierickx and Myles 1996). Από όλες τις µεθόδους, µόνο αυτή που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 µπορεί να εκτιµήσει το µέγεθος των στενώσεων (Aydilek, Oguz and Edil 25). 2.5 Συσχέτιση των µεγεθών πόρων των γεωυφασµάτων µε φυσικές ιδιότητές τους Οι κύριες φυσικές ιδιότητες των γεωυφασµάτων είναι η µάζα ανά µονάδα επιφάνειας, m και το πάχος, t. Στη διαθέσιµη βιβλιογραφία υπάρχουν περιορισµένες πληροφορίες σχετικά µε την πιθανή συσχέτιση µεταξύ του µεγέθους πόρων των γεωυφασµάτων και µίας από αυτές τις ιδιότητες. Η µόνη γενική παρατήρηση, την οποία φαίνεται να υποστηρίζουν πολλοί ερευνητές (Rigo et al 199, Bhatia and Smith 1994 και Giroud 1996) τα τελευταία χρόνια, είναι το γεγονός ότι το µέγεθος των πόρων των γεωυφασµάτων µειώνεται µε την αύξηση του πάχους. Στο Σχήµα 2.14 παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα µετρήσεων της µάζας ανά µονάδα επιφάνειας και του πάχους σηµαντικού αριθµού δοκιµίων από 28 διαφορετικά γεωυφάσµατα (Bhatia and Smith 1996α). Όπως φαίνεται, τουλάχιστον για τα µη υφασµένα γεωυφάσµατα µπορεί να υπάρχει ικανοποιητική συσχέτιση µεταξύ των δύο φυσικών ιδιοτήτων. Κατά συνέπεια, οι Bhatia and Smith (1996α, 1996β) και οι Bhatia et al (1996) επέλεξαν να διερευνήσουν συσχετίσεις µεγέθους πόρων των γεωυφασµάτων µε το ονοµαστικό πάχος τους. 32

49 Σχήµα 2.14 Σχέση µάζας ανά µονάδα επιφάνειας και πάχους για υφασµένα και µη υφασµένα γεωυφάσµατα (Bhatia and Smith 1996α). Στο Σχήµα 2.15 παρουσιάζονται οι τιµές του φαινόµενου µεγέθους πόρων, Ο 95, που προέκυψαν από δοκιµές κατά ASTM D4751, ως συνάρτηση του πάχους των δοκιµίων που χρησιµοποιήθηκαν. Όπως παρατηρείται, οι τιµές του φαινόµενου µεγέθους πόρων που προέκυψαν για τα υφασµένα γεωυφάσµατα δεν φαίνεται να εξαρτώνται από το πάχος. Αντιθέτως, οι τιµές που προσδιορίστηκαν για τα θερµικά συγκολληµένα γεωυφάσµατα υποδεικνύουν γραµµική συσχέτιση µε το πάχος για ένα εύρος τιµών πάχους από,4 mm έως,6 mm, ενώ για τιµές τους πάχους εκτός της περιοχής αυτής οι τιµές του µεγέθους πόρων, Ο 95, εµφανίζουν έντονη διασπορά. Τέλος, για τα βελονοδιάτρητα µη υφασµένα γεωυφάσµατα παρατηρείται µείωση του µεγέθους πόρων όταν το πάχος αυξάνει µεταξύ 1, και 2, mm αλλά για µεγαλύτερα πάχη οι τιµές του µεγέθους πόρων διατηρούνται σταθερές ή υπάρχει ασαφής συσχέτιση. Τα αποτελέσµατα των δοκιµών κατά EN ISO φαίνονται στο Σχήµα 2.16 οδηγούν σε παρόµοιες παρατηρήσεις. Οι Bhatia et al (1996) επαναξιολόγησαν τα αποτελέσµατα που παρουσίασαν οι Bhatia and Smith (1996α, 1996β) ιδιαίτερα για µη υφασµένα γεωυφάσµατα. Τα αποτελέσµατα φαίνονται στο Σχήµα Από σύγκριση των µεθόδων που ορίζονται σύµφωνα µε τα πρότυπα ASTM D4751 και EN ISO προκύπτουν τα εξής γενικά συµπεράσµατα α) τα λεπτότερα γεωυφάσµατα παρουσιάζουν 33

50 Σχήµα 2.15 Σχέση µεγέθους πόρων δοκιµής κατά ASTM D4751 µε το πάχος (α) για υφασµένα και θερµικά συγκολληµένα µη υφασµένα γεωυφάσµατα και (β) µη υφασµένα βελονοδιάτρητα γεωυφάσµατα (Bhatia and Smith 1996β) 34

51 . Σχήµα 2.16 Σχέση µεγέθους πόρων δοκιµής κατά EN ISO µε το πάχος (α) υφασµένα γεωυφάσµατα και θερµικά συγκολληµένα µη υφασµένα γεωυφάσµατα και (β) µη υφασµένα βελονοδιάτρητα γεωυφάσµατα (Bhatia and Smith 1996β) 35

52 Σχήµα 2.17 Συσχετίσεις του µεγέθους πόρων Ο 95 µε το πάχος για µη υφασµένα γεωυφάσµατα (α) βελονοδιάτρητα µε µικρού µήκους ίνες, (β) βελονοδιάτρητα µε συνεχείς ίνες και (γ) θερµικά συγκολληµένα µε συνεχείς ίνες (Bhatia et al. 1996) µεγαλύτερη διασπορά των αποτελεσµάτων, β) η δοκιµή κατά µε ASTM D4751 καταλήγει γενικά σε µεγαλύτερες τιµές του µεγέθους των πόρων σε σχέση µε τη δοκιµή κατά EN ISO και γ) ικανοποιητικές συσχετίσεις µεγέθους πόρων µε το πάχος είναι πιθανές αλλά όχι για το σύνολο των γεωυφασµάτων. 36

53 Επιπλέον, στο Σχήµα 2.18 παρουσιάζονται στοιχεία για µη υφασµένα γεωυφάσµατα που είναι διαθέσιµα στο εργαστήριο Γεωτεχνικής Μηχανικής του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών. Τα στοιχεία αυτά προέρχονται από τα τεχνικά φυλλάδια των κατασκευαστών αυτών των γεωυφασµάτων. Σηµειώνεται ότι άλλοι κατασκευαστές ελέγχουν τα γεωυφάσµατα τους σύµφωνα µε τη µέθοδο υγρού κοσκινίσµατος, DS κατά ASTM D4751 και άλλοι σύµφωνα µε τη µέθοδο υγρού κοσκινίσµατος, WS κατά EN ISO Όπως φαίνεται στο Σχήµα 2.18 και στα δύο µεγέθη πόρων Ο 95 και Ο 9 παρατηρείται η τάση να µειώνονται µε αύξηση του πάχους των γεωυφασµάτων, εάν και η συσχέτιση δεν είναι καλή O 95,PROD = -31.6*t R 2 = -.48 Μέγεθος κενών, Ο 95,PROD (µm) Πάχος, t (mm) O 9,PROD = -17.5*t R 2 = -.25 Μέγεθος κενών, Ο 9,PROD (µm) Πάχος, t (mm) Σχήµα 2.18 Συσχέτιση του µεγέθους κενών Ο 95 κατά ASTM D4751 και Ο 9 κατά EN ISO που δίνουν οι κατασκευαστές των γεωυφασµάτων µε το πάχος 37

54 2.6 Θεωρητική πρόβλεψη του µεγέθους πόρων Τόσο το µέγεθος πόρων των γεωυφασµάτων όσο και η πλήρης ποροµετρική τους σύνθεση είναι δυνατόν να προσδιοριστούν αναλυτικά µε χρήση µαθηµατικών ή πιθανοτικών µοντέλων. Τα µοντέλα αυτά χρησιµοποιούν σχέσεις στις οποίες υπεισέρχονται η µάζα ανά µονάδα επιφάνειας, m, το πάχος, t, η πυκνότητα, ρ και η διάµετρος των ινών των γεωυφασµάτων, d. Το κύριο µειονέκτηµα των θεωρητικών µεθόδων είναι ότι δεν είναι δυνατόν να προσδιορίσουν το µέγεθος των πόρων που στην πραγµατικότητα βρίσκονται στο γεωύφασµα. Σύµφωνα µε τον Giroud (1996), διάφοροι ερευνητές έχουν προτείνει απλά γεωµετρικά µοντέλα για µη υφασµένα γεωυφάσµατα µε τυχαία διάταξη ινών. Κάθε ένα από αυτά δίνει µία τιµή για τη διάµετρο σφαιρικών σωµατιδίων που µπορούν να διέλθουν από το γεωύφασµα. Οι τιµές αυτές εκφράζονται γενικά από τον ακόλουθη σχέση: (2.1) O F d = δ 1 n 1 όπου: Το πορώδες, όπου: O F d n είναι το µέγεθος του µεγαλύτερου πόρου στο γεωύφασµα είναι η διάµετρος των ινών του γεωυφάσµατος είναι το πορώδες του γεωυφάσµατος δ είναι ο συντελεστής που κυµαίνεται από,89 έως 1,65 ανάλογα µε το µοντέλο n, του γεωυφάσµατος ορίζεται ως εξής: m n = m ρ t 1 (2.2) είναι η µάζα του γεωυφάσµατος t είναι το πάχος του γεωυφάσµατος ρ είναι η πυκνότητα των ινών του γεωυφάσµατος Θεωρώντας το δ=1 στην Εξίσωση 2.1 προκύπτει το µικρότερο µέγεθος πόρων ενός µη υφασµένου γεωυφάσµατος: O F,min 1 = 1 (2.3) d 1 n 38

55 Το µέγεθος πόρων O F,min που προκύπτει από την Εξίσωση 2.3 αντιστοιχεί στο µέγεθος πόρων ενός γεωυφάσµατος µε άπειρο πάχος. Όσο µειώνεται το πάχος ενός µη υφασµένου γεωυφάσµατος, αυξάνεται το µέγεθος πόρων του. Εποµένως, εφόσον το µικρότερο µέγεθος πόρων συναντάται σε ένα γεωύφασµα µε άπειρο πάχος, ένα γεωύφασµα µε απειροελάχιστο πάχος θα έχει µέγεθος πόρων που θα τείνει στο άπειρο. Για ένα µη υφασµένο γεωύφασµα µε οποιοδήποτε πάχος µεταξύ µηδέν και άπειρο το µέγεθος πόρων του µπορεί να προκύψει από την Εξίσωση 2.3 εάν σε αυτή προστεθεί ένας υπερβολικός όρος, ο οποίος θα έχει τον λόγο t / d στον παρονοµαστή. Για τον υπερβολικό όρο πρέπει να ικανοποιούνται οι ακόλουθοι περιορισµοί: i) να ισούται µε µηδέν για n =, επειδή τότε ισχύει = ii) να ισούται µε µηδέν για O F m, επειδή τότε t και O F = O F, min Μία εξίσωση που ικανοποιεί όλους τους παραπάνω περιορισµούς και προτείνεται από τον Giroud (1996) για τον υπολογισµό του µεγαλύτερου µεγέθους πόρων, Ο F των γεωυφασµάτων είναι η εξής: O F d = 1 ξ n 1+ 1 n (1 n) t d (2.4) όπου: ξ είναι µία άγνωστη αδιάστατη παράµετρος, της οποίας οι τιµές προσδιορίζονται µε βαθµονόµηση της εξίσωσης µε πειραµατικά δεδοµένα Σύµφωνα µε τον Giroud (1996), τα αποτελέσµατα εργαστηριακών δοκιµών που πραγµατοποίησαν οι Rigo et al. (199) βρίσκονται σε πολύ καλή συµφωνία µε τις τιµές του µεγέθους πόρων που προκύπτουν από την Εξίσωση 2.3 για ξ=1. Εποµένως θέτοντας ξ=1 η Εξίσωση 2.3, παίρνει τη µορφή: O F d = 1 1 n 1 n 1+ (1 n) t d (2.5) Από την Εξίσωση 2.5 είναι δυνατόν να προσδιοριστεί το µέγεθος του µεγαλύτερου πόρου για ένα γεωύφασµα, εάν είναι γνωστά η µάζα ανά µονάδα επιφάνειας, m, το πάχος, t, η διάµετρος των ινών, d και η πυκνότητα του υλικού, ρ, από το οποίο είναι κατασκευασµένες οι ίνες του. 39

56 2.7 Περίληψη Όταν στα κριτήρια σχεδιασµού έργων υπεισέρχεται ως παράµετρος ένα µέγεθος πόρων ή ολόκληρη η κατανοµή πόρων ενός γεωυφάσµατος είναι κρίσιµή η επιλογή της µεθόδου προσδιορισµού τους. Υπάρχουν πολλές µέθοδοι που είναι διαθέσιµες για τον προσδιορισµό των µεγεθών πόρων των γεωυφασµάτων. Πολλοί µελετητές θεωρούν ότι η κατανοµή των µεγεθών των πόρων ενός γεωυφάσµατος είναι µία ιδιότητα του γεωυφάσµατος που ορίζεται µονοσήµαντα. Ωστόσο, κάθε µέθοδος παρέχει µεγέθη πόρων και κατανοµές οι οποίες δεν ορίζονται απαραίτητα µε µοναδικό τρόπο αλλά αντίθετα εξαρτώνται από τη µέθοδο µε βάση την οποία προσδιορίζονται. Μία κριτική αξιολόγηση των αποτελεσµάτων που παρέχουν οι διάφορες µέθοδοι υποδεικνύει ότι µόνο η µέθοδος που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 προσδιορίζει τα πραγµατικά µεγέθη πόρων (στενώσεων) ενός γεωυφάσµατος. Επιπρόσθετα η µέθοδος που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 υπερτερεί λόγω του γεγονότος ότι είναι γρήγορη, αποτελεσµατική και έχει καλή επαναληψιµότητα. Πρέπει όµως να σηµειωθεί ότι (α) οι διαθέσιµες στη βιβλιογραφία πληροφορίες βασίζονται σε έλεγχο σχετικά µικρού αριθµού γεωυφασµάτων, (β) δεν δίνονται σε καµία δηµοσίευση πρωτογενή δεδοµένα δοκιµής κατά ASTM D6767 και (γ) δεν διευκρινίζεται σε καµία δηµοσίευση η ανάγκη ή ο λόγος εισαγωγής διορθωτικού συντελεστή για την επεξεργασία των πρωτογενών δεδοµένων της δοκιµής κατά ASTM D6767 (ο συντελεστής εισάγεται µε το πρότυπο χωρίς τεκµηρίωση). 4

57 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΣΥΝΤΟΜΟΣ ΣΧΟΛΙΑΣΜΟΣ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΥ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΠΟΡΩΝ ΚΑΤΑ ASTM D6767 Η δυνατότητα εργαστηριακής µέτρησης του µεγέθους των πόρων ενός φίλτρου, µε βάση την τιµή της επιφανειακής τάσης που αναπτύσσεται όταν το φίλτρο είναι κορεσµένο µε κάποιο υγρό, έχει αναγνωριστεί από εκατό και πλέον χρόνια. Οι µέθοδοι που έχουν αναπτυχθεί βασίζονται στην ισορροπία µεταξύ της δύναµης που οφείλεται στην επιφανειακή τάση που ασκείται στην περίµετρο ενός µηνίσκου και της δύναµης που οφείλεται στην πίεση του αέρα στην εξωτερική επιφάνεια του µηνίσκου. Οι Miller et al. (1986) αναφέρουν εφαρµογή για τον προσδιορισµό της κατανοµής µεγεθών πόρων σε υφάσµατα και αναφέρουν επίσης ότι παρόµοιες εφαρµογές σε υφάσµατα γίνονταν από τα τέλη της δεκαετίας του 194. Οι δυνατότητες αυτής της µεθοδολογίας αξιοποιήθηκαν κυρίως για µετρήσεις σε φίλτρα τύπου µεµβράνης, δηλαδή σε φίλτρα µε περίπου οµοιόµορφα ανοίγµατα και σχετικά µικρό πάχος. Παράδειγµα προτυποποίησης των διαδικασιών αποτελεί το πρότυπο ASTM F316 που ενεργοποιήθηκε το 197. Η δυνατότητα εφαρµογής της µεθοδολογίας αυτής για τη µέτρηση του µεγέθους πόρων και της κατανοµής των µεγεθών των πόρων των γεωυφασµάτων αποτέλεσε αντικείµενο έρευνας τα αποτελέσµατα της οποίας οδήγησαν στη σύνταξη και ενεργοποίηση του προτύπου ASTM D6767 το 22. Όπως αναφέρθηκε και στο προηγούµενο Κεφάλαιο, τις τελευταίες τρεις δεκαετίες διερευνήθηκε και αναπτύχθηκε ποικιλία µεθόδων µέτρησης του µεγέθους πόρων των γεωυφασµάτων και δύο από αυτές έχουν προτυποποιηθεί (ASTM D4751 και EN ISO 12956) και τυγχάνουν διεθνούς αποδοχής. Οι διαθέσιµες πληροφορίες που περιλαµβάνονται στην βιβλιογραφία σχετικά µε τα αποτελέσµατα που προκύπτουν από την εφαρµογή των προτύπων ASTM D6767, EN ISO 12956, ASTM D4751 συγκλίνουν στα εξής: 1. Το µέγεθος πόρων και η καµπύλη κατανοµής πόρων ενός γεωυφάσµατος δεν είναι ιδιότητες που ορίζονται µονοσήµαντα, αλλά εξαρτώνται από τη µέθοδο µε βάση την οποία προσδιορίζονται. 2. Από τις τρεις µεθόδους προσδιορισµού του µεγέθους πόρων και της ποροµετρικής καµπύλης, η µέθοδος που εκτελείται σύµφωνα µε το πρότυπο 41

58 ASTM D6767 είναι αυτή που δίνει τα πιο αξιόπιστα αποτελέσµατα, τα οποία προσεγγίζουν την πραγµατικότητα. 3. Για τη µέθοδο ροής σε τριχοειδές κατά ASTM D6767 δεν παρουσιάζονται σε καµία δηµοσίευση πρωτογενή δεδοµένα. 4. εν έχει ποσοτικοποιηθεί η πιθανή συσχέτιση του µεγέθους πόρων των γεωυφασµάτων µε κάποια από τις κύριες φυσικές ιδιότητες (µάζα ανά µονάδα επιφάνειας και πάχος). Πρωταρχικός στόχος της παρούσας διατριβής ήταν ο προσδιορισµός της ποροµετρίας των γεωυφασµάτων που επιλέχθηκαν µε τη µέθοδο ροής σε τριχοειδές σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767. Για να αναπτυχθεί η δυνατότητα αυτή στο εργαστήριο ήταν αναγκαίος ο σχεδιασµός και η κατασκευή κατάλληλης εργαστηριακής διάταξης. Η εργαστηριακή διερεύνηση που εκτελέστηκε στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής στοχεύει στον εµπλουτισµό των διαθέσιµων πληροφοριών µε στοιχεία που να συµβάλλουν στη διευκρίνιση των ανωτέρω παρατηρήσεων. Για τον λόγο αυτό η έρευνα περιορίστηκε στα µη υφασµένα γεωυφάσµατα µε σκοπό να ελεγχθεί µεγάλος αριθµός αυτών ώστε να προκύψει, κατά το δυνατόν, ευρεία βάση πρωτογενών δεδοµένων. Ειδικότερα, οι στόχοι της εργαστηριακής έρευνας που εκτελέστηκε περιλαµβάνουν: 1. ιερεύνηση της συσχέτισης της µάζας ανά µονάδα επιφάνειας και του ονοµαστικού πάχους των γεωυφασµάτων ώστε να επιλεγεί ένα από αυτά ως αντιπροσωπευτική φυσική ιδιότητα. 2. ιερεύνηση της δυνατότητας συσχέτισης των µεγεθών πόρων (Ο 95, Ο 9, Ο 5 ) των γεωυφασµάτων µε την αντιπροσωπευτική φυσική ιδιότητα που θα επιλεγεί. 3. Σύγκριση εργαστηριακών µετρήσεων µε θεωρητικές προβλέψεις των µεγεθών πόρων 4. Σύγκριση εργαστηριακών µετρήσεων µε µεγέθη πόρων που δηλώνουν οι κατασκευαστές γεωυφασµάτων 5. Σύγκριση των αποτελεσµάτων που προκύπτουν σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 µε τα αντίστοιχα των προτύπων EN ISO και ASTM D ιερεύνηση της δυνατότητας συσχέτισης των αποτελεσµάτων που προκύπτουν µε το πρότυπο ASTM D6767 µε τα αντίστοιχα των προτύπων EN ISO και ASTM D ιερεύνηση των υποθέσεων που περιλαµβάνονται στο πρότυπο ASTM D6767 αναφορικά µε την τιµή της γωνίας επαφής, θ, τη µορφή της διατοµής των πόρων και την προέλευση και την τιµή της παραµέτρου B. 42

59 3.1 Μέθοδος ροής σε τριχοειδές κατά το πρότυπο ASTM D6767 Ο προσδιορισµός των µεγεθών πόρων ενός γεωυφάσµατος µε τη µέθοδο που καθορίζει το πρότυπo ASTM D6767 βασίζεται στη συσχέτιση των µεγεθών των πόρων µε τη πίεση αέρα που εφαρµόζεται στο γεωύφασµα και διανοίγει τους πόρους. Υποτίθεται ότι οι πόροι του γεωυφάσµατος έχουν κυλινδρικό σχήµα. Η µέθοδος θεωρεί ότι σε ένα δίσκο κορεσµένου πορώδους υλικού στην µία πλευρά του οποίου εφαρµόζεται αέρας υπό πίεση, ο αέρας θα έχει τη δυνατότητα να διέλθει από αυτό όταν και µόνο όταν η εφαρµοζόµενη πίεση ξεπεράσει οριακά την αντίσταση που οφείλεται στο σύνολο των επιφανειακών τάσεων που αναπτύσσονται στους πόρους µε το µεγαλύτερο µέγεθος (διάµετρο). Η ισορροπία των δυνάµεων αυτών περιγράφεται ως εξής: F P = F C (3.1) 2 όµως: = P A = P ( π r ) (3.2) F P F C = B γ S cosθ = B γ (2 π r) cosθ (3.3) όπου: F P είναι η δύναµη που οφείλεται στην πίεση του αέρα F C είναι η συνισταµένη της επιφανειακής τάσης P είναι η εφαρµοζόµενη πίεση αέρα A είναι το εµβαδόν του πόρου r είναι η ακτίνα του πόρου γ είναι η επιφανειακή τάση του υγρού διαβροχής S είναι η περίµετρος του πόρου θ είναι η γωνία επαφής B είναι η σταθερά τριχοειδούς Με αντικατάσταση των Εξισώσεων 3.2 και 3.3 στην Εξίσωση 3.1, προκύπτει: P ( π r 2 ) = B γ (2 π r) cosθ ή P r = B γ 2 cosθ (3.4) Όµως 2 r = d, όπου d = η διάµετρος του πόρου = O. Εποµένως η Εξίσωση 3.4 παίρνει τη µορφή: 43

60 O 4 B γ cosθ P = (3.5) Από την Εξίσωση 3.5 υπολογίζεται το µέγεθος των πόρων του γεωυφάσµατος που θα ανοίξουν όταν εφαρµοστεί σε αυτό πίεση P. Με αύξηση της πίεσης, διανοίγονται αντίστοιχα πόροι µικρότερης διαµέτρου. Στο πρότυπο ASTM D6767 γίνεται η υπόθεση ότι η γωνία επαφής θ είναι ίση µε µηδέν (cosθ=1). Παράλληλα, το πρότυπο αναγνωρίζει ότι για γωνία επαφής µεγαλύτερη του µηδενός υπολογίζονται από την Εξίσωση 3.5 µεγέθη πόρων που είναι µεγαλύτερα από τα πραγµατικά. Από την Εξίσωση 3.5 για θ= προκύπτει: B γ O = 4 (3.6) P Στην πραγµατικότητα δεν είναι δυνατόν να επαληθευθεί, λόγω της δοµής που έχουν τα µη υφασµένα γεωυφάσµατα, η τιµή που θα πρέπει να αντιστοιχηθεί στη γωνία επαφής, θ, που µπορεί να µεταβάλλεται λαµβάνοντας διάφορες τιµές. Τα αποτελέσµατα που προκύπτουν από την εφαρµογή της Εξίσωσης 3.5 για διάφορες τιµές της γωνίας επαφής µεγαλύτερες του µηδενός, και περιέχονται στον Πίνακα 3.1, υποδεικνύουν ότι τα ισοδύναµα µεγέθη πόρων που υπολογίζονται είναι σε όλες τις περιπτώσεις µεγαλύτερα από το πραγµατικό µέγεθος πόρων, D. Πίνακας 3.1 Μέγεθος πόρων γεωυφασµάτων για διάφορες γωνίες επαφής Γωνία επαφής, θ ο Μέγεθος πόρων, Ο Ισοδύναµο µέγεθος πόρων, D B γ 4 O P B γ 3,94 1,2*O P B γ 3,46 1,16*O P B γ 2,83 1,41*O P B γ 2, 2,*O P 44

61 Στη συνέχεια, σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 αποδίδεται στην αδιάστατη σταθερά τριχοειδούς τιµή ίση µε,715 όταν η πίεση P εκφράζεται σε kpa. Το πρότυπο παραπέµπει τόσο για τον λόγο εισαγωγής της στην εξίσωση προσδιορισµού του µεγέθους πόρων όσο και για την τιµή της σε µία δηµοσίευση του Bechhold (198). Στη δηµοσίευση αυτή ο Bechhold χρησιµοποιεί τον όρο Kapillaritatskonstante, β, ο οποίος αντιστοιχεί στην επιφανειακή τάση η οποία συνοδεύεται από τις αντίστοιχες µονάδες, εποµένως δεν µπορεί να πρόκειται για την αδιάστατη σταθερά B του προτύπου ASTM D6767. Επιπλέον ο Bechhold (198) εισάγει στην εξίσωση υπολογισµού του µεγέθους πόρων ενός φίλτρου έναν συντελεστή συσχέτισης, i, µε άγνωστη τιµή, η οποία όµως εκτιµά ότι κυµαίνεται µεταξύ,1 και 1,. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, στην προσπάθεια διερεύνησης της σταθεράς B (τόσο ως προς τον λόγο ύπαρξής της όσο και ως προς την τιµή της) τέθηκαν τα εξής ερωτήµατα προς την επιτροπή σύνταξης το προτύπου ASTM D6767, τον κ. Christopher 1, ο οποίος είναι µέλος της παραπάνω επιτροπής και τον κ. Elton 2, ο οποίος ασχολείται αρκετά χρόνια µε τη δοκιµή ροής σε τριχοειδές: 1. Τι αντιπροσωπεύει η σταθερά B; 2. Πως συνδέεται µε τη σταθερά Β η παραποµπή στη δηµοσίευση του Bechhold (198); 3. Στην περίπτωση που η σταθερά B αντιστοιχεί στον διορθωτικό συντελεστή i του Bechhold, για ποιό λόγο αυτή έχει τη τιµή,715 και γιατί θα πρέπει να έχει παγκόσµια ισχύ; 4. Είναι δυνατόν η τιµή της σταθεράς B να εξαρτάται από τη συσκευή που χρησιµοποιείται για την εκτέλεση των δοκιµών ροής σε τριχοειδές ή από άλλους παράγοντες; Η ανταπόκριση εκ µέρους των ανωτέρω αναφεροµένων ήταν απογοητευτική. Στην πραγµατικότητα δήλωσαν ότι δεν γνωρίζουν την προέλευση του παράγοντα B και της τιµής του και ότι θα ενηµερώσουν όταν έχουν κάτι συγκεκριµένο. Επιπλέον, ο λόγος ύπαρξης της σταθεράς B αναζητήθηκε στο πρότυπο ASTM F316, το οποίο αποτελεί το πρότυπο αναφοράς για το µεταγενέστερο ASTM D6767. ιαπιστώθηκε όµως ότι και σε αυτό για την σταθερά B γίνεται παραποµπή στη δηµοσίευση του Bechhold (198). 1 Consultant, Roswell, Georgia, U.S.A. 2 Professor, Department of Civil Engineering, University of Auburn, U.S.A. 45

62 Ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι σε αρκετές ερευνητικές εργασίες της βιβλιογραφίας που σχετίζονται µε τη µέθοδο ροής σε τριχοειδές (Vermeersch and Mlynarek, 1996, Bhatia and Smith, 1994 και Bhatia and Mlynarek, 22) δεν περιλαµβάνεται η σταθερά B στην εξίσωση προσδιορισµού του µεγέθους πόρων των γεωυφασµάτων. Τέλος, θα πρέπει να διερευνηθεί η βασική υπόθεση του προτύπου ASTM D6767 ότι οι πόροι των γεωυφασµάτων έχουν κυλινδρικό σχήµα και η επίδραση της στις τιµές των µεγεθών πόρων που υπολογίζονται σύµφωνα µε το πρότυπο αυτό. Οι Chin and Nikraz (1996) σε µία δηµοσίευσή τους στην οποία προτείνουν ένα θεωρητικό µοντέλο για τον προσδιορισµό της ποροµετρίας µη υφασµένων γεωυφασµάτων, αξιολογούν την επιλογή του σχήµατος των πόρων των γεωυφασµάτων που θα πρέπει να προσοµοιώσουν ως ένα από τα σηµαντικότερα προβλήµατά τους λόγω του τυχαίου προσανατολισµού των ινών που το αποτελούν. Οι Elsharief and Lovell (1996) περιγράφοντας µία δοκιµή ροής (δοκιµή διείσδυσης υδραργύρου) µε βάση την οποία εκτέλεσαν σειρά δοκιµών σε µη υφασµένα γεωυφάσµατα, αναφέρουν ότι η κύρια υπόθεση που γίνεται κατά τον υπολογισµό του µεγέθους των πόρων είναι ότι το σχήµα των πόρων των γεωυφασµάτων είναι κυλινδρικό και στη συνέχεια διερευνούν την διαφοροποίηση της εξίσωσης υπολογισµού του µεγέθους των πόρων για περιπτώσεις όπου το σχήµα των πόρων είναι διαφορετικό. Στην περίπτωση της δοκιµής σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 η επιλογή του σχήµατος των πόρων αποτελεί σηµαντική παράµετρο. Στον Πίνακα 3.2 φαίνονται τα αποτελέσµατα των µεγεθών πόρων που προκύπτουν σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 για τέσσερις διαφορετικές πιθανές διατοµές πόρων από τις οποίες µπορεί να διέλθει µία σφαίρα διαµέτρου D. Από αυτά προκύπτει ότι εάν θεωρηθεί ότι ο πόρος είναι κυλινδρικός, δηλαδή έχει διάµετρο D οι υπολογισµοί σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 δίνουν ισοδύναµο µέγεθος πόρων ίσο µε D. Το ίδιο προκύπτει εάν ο πόρος έχει τετραγωνική διατοµή πλευράς D. Εάν όµως ο πόρος έχει ορθογωνική διατοµή µε την µικρότερη πλευρά ίση µε D, τότε το ισοδύναµο µέγεθος πόρων που προκύπτει µε εφαρµογή του προτύπου ASTM D6767 είναι ίσο µε 1,33*D και εάν ο πόρος έχει σχήµα ρόµβου, τότε το ισοδύναµο µέγεθος πόρων προκύπτει ίσο µε 2*D. Από τις παραπάνω παρατηρήσεις συµπεραίνεται ότι εάν και η µέθοδος BP θεωρείται αξιόπιστη και ικανή να παρέχει µεγέθη πόρων για ένα γεωύφασµα, τα οποία να προσεγγίζουν καλύτερα από κάθε άλλη µέθοδο την πραγµατικότητα (Fischer et al., 1996) στο πρότυπο ASTM D6767 υπάρχουν διάφορες σηµαντικές υποθέσεις οι οποίες είναι δυνατόν να οδηγήσουν σε εσφαλµένη εκτίµηση της τιµής του µεγέθους πόρων ενός γεωυφάσµατος. Μία από αυτές αφορά την εισαγωγή 46

63 στους υπολογισµούς και την ακριβή τιµή της σταθεράς τριχοειδούς (B). Από τη διερεύνηση, που πραγµατοποιήθηκε στα πλαίσια της παρούσας διατριβής και παρουσιάζεται στο Κεφάλαιο αυτό, προκύπτει ότι το Β είναι ένας διορθωτικός συντελεστής µε αβέβαιη τιµή. Συνδυάζοντας τις πληροφορίες που φαίνονται στους Πίνακες 3.1 και 3.2, προκύπτει το εύρος τιµών που µπορεί να έχει ο συντελεστής B είναι µεταξύ,25 και 1. Πίνακας 3.2 Επίδραση της µορφής των πόρων γεωυφασµάτων στο υπολογιζόµενο µέγεθος πόρων ιατοµή πόρων Μέγεθος πόρων, Ο Ισοδύναµο µέγεθος πόρων, D D B γ 4 D P D D B γ 4 D P D 2D B γ 3 1,33*D P D B γ 2 2*D P 47

64 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΙΑ ΙΚΑΣΙΕΣ Στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής εκτελέστηκε σειρά εργαστηριακών δοκιµών για τον προσδιορισµό του µεγέθους πόρων γεωυφασµάτων µε τη µέθοδο ροής σε τριχοειδές (ASTM D6767). Για την εκτέλεση αυτών των δοκιµών σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε κατάλληλη εργαστηριακή διάταξη σύµφωνα µε τις προβλέψεις του προτύπου ASTM D6767. Για την πλειοψηφία των γεωυφασµάτων που ελέγχθηκαν, ήταν διαθέσιµα από προηγούµενες ερευνητικές εργασίες (Σκάρα 24, Παναγιωτίδη 23) αποτελέσµατα δοκιµών προσδιορισµού του µεγέθους πόρων σύµφωνα µε τις µεθόδους υγρού κοσκινίσµατος (EN ISO 12956) και ξηρού κοσκινίσµατος (ASTM D4751). Τα αποτελέσµατα αυτά συµπληρώθηκαν και για τα υπόλοιπα γεωυφάσµατα. Ακόµη, για το σύνολο των γεωυφασµάτων προσδιορίστηκε η µάζα ανά µονάδα επιφάνειας (κατά ASTM D5261) και το πάχος (κατά ASTM D5199 ). Στο κεφάλαιο αυτό περιγράφονται όλες οι εργαστηριακές διατάξεις που χρησιµοποιήθηκαν και οι πειραµατικές διαδικασίες που εφαρµόστηκαν σύµφωνα µε τα κατάλληλα πρότυπα. 4.1 οκιµές κατά ASTM D6767 (ροή σε τριχοειδές) Η εργαστηριακή διάταξη που κατασκευάστηκε για τις ανάγκες της παρούσας διατριβής ώστε να υπάρξει η δυνατότητα διεξαγωγής εργαστηριακών δοκιµών προσδιορισµού της ποροµετρικής σύνθεσης γεωυφασµάτων φαίνεται στο Σχήµα 4.1. Η εργαστηριακή διάταξη κατασκευάστηκε έτσι ώστε να ικανοποιούνται όλες οι προβλέψεις του προτύπου ASTM D6767 και αποτελείται από εξαρτήµατα τα οποία προµηθεύτηκε το εργαστήριο Γεωτεχνικής Μηχανικής από διάφορες εταιρίες και από εξαρτήµατα που κατασκευάστηκαν στο Πανεπιστηµιακό Μηχανουργείο. Όπως φαίνεται στο Σχήµα 4.1, όλα τα εξαρτήµατα τοποθετήθηκαν σε ένα µεταλλικό πλαίσιο που στηρίζει πλάκα από ανοξείδωτο χάλυβα µε διαστάσεις 72x6cm. Αναλυτικότερα, η εργαστηριακή διάταξη αποτελείται από τα εξής: (1) Παροχή πεπιεσµένου αέρα (δίκτυο εργαστηρίου) (2) Ρυθµιστή πίεσης µεγάλης ακρίβειας της εταιρίας Moore Products Co. (3) Σωλήνα από ανοξείδωτο χάλυβα εσωτερικής διαµέτρου 25mm στον οποίο είναι ενσωµατωµένος ο θάλαµος τοποθέτησης του δοκιµίου. 48

65 (4) Ηλεκτρονικό διαφορικό µανόµετρο, FCO 16,της εταιρίας Furness που καλύπτει ένα εύρος πιέσεων από 1 έως +1,999bar. Η µία θέση του µανοµέτρου είναι ελεύθερη (µετρά την ατµοσφαιρική πίεση) και η άλλη συνδέεται µε το άνω τµήµα του σωλήνα µέσα στον οποίο βρίσκεται ο θάλαµος τοποθέτησης του δοκιµίου, σε απόσταση 4mm ανάντη του δοκιµίου. (5) οχείο ένδειξης φυσαλίδων κατασκευασµένο από διαφανές πλαστικό για τον άµεσο εντοπισµό της αρχικής διέλευσης αέρα µέσω του δοκιµίου. Στη θέση σύνδεσης του δοχείου µε τον σωλήνα µέσα στον οποίο βρίσκεται ο θάλαµος τοποθέτησης του δοκιµίου είναι προσαρµοσµένη µία βαλβίδα η οποία έχει τη δυνατότητα να αποµονώσει το δοχείο ένδειξης φυσαλίδων από το υπόλοιπο σύστηµα µε σκοπό το σύνολο της ροής του αέρα να παροχετεύεται προς τα παροχόµετρα. (6) Παγίδα νερού κατασκευασµένη από ανοξείδωτο χάλυβα η οποία βρίσκεται τοποθετηµένη αµέσως πριν τη συστοιχία των παροχοµέτρων για να τα προστατέψει από την υγρασία. (7) Συστοιχία πέντε παροχοµέτρων της εταιρίας Aalborg που καλύπτουν ένα εύρος ροής από έως 1 L/min σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767. Κάθε παροχόµετρο είναι δυνατόν να αποµονωθεί από το σύστηµα µε βαλβίδα στροφής ¼. Το εύρος τιµών της παροχής που καλύπτει το κάθε παροχόµετρο είναι διαφορετικό ώστε να επιτυγχάνεται µεγαλύτερή ακρίβεια στις µετρήσεις. Για κάθε ένα από τα πέντε παροχόµετρα το εύρος τιµών που καλύπτει είναι: Παροχόµετρο 1:,2 L/min Παροχόµετρο 2: 1,7 L/min Παροχόµετρο 3: 18 L/min Παροχόµετρο 4: 62 L/min Παροχόµετρο 5: 14 L/min Όπως φαίνεται στο Σχήµα 4.2, ο σωλήνας αποτελείται από δύο τµήµατα. Το κάτω τµήµα είναι σταθερά συνδεδεµένο µε την υπόλοιπη εργαστηριακή διάταξη και το πάνω µέρος του είναι κατάλληλα διαµορφωµένο ώστε να δέχεται το δοκίµιο που ελέγχεται. Το πάνω τµήµα είναι στερεωµένο µε τέτοιο τρόπο ώστε να µπορεί να αποσπαστεί εύκολα. Στο εσωτερικό του σωλήνα βρίσκονται τα εξής: ιάτρητος δίσκος κατασκευασµένος από ανοξείδωτο χάλυβα, ο οποίος χρησιµοποιείται για να στηρίζεται το δοκίµιο. Το µέγεθος των οπών του δίσκου είναί τέτοιο ώστε να µην εµποδίζεται η ροή του αέρα από το δοκίµιο. Στην περίµετρο του δίσκου έχει τοποθετηθεί ελαστικός δακτύλιος φλάντζα (O-ring) που χρησιµεύει για να αποτραπεί η διαρροή αέρα πλευρικά του δίσκου. Μεταλλικό δαχτυλίδι µε ενσωµατωµένο στην περίµετρό του ελαστικό δαχτυλίδι φλάντζα (O-ring). Το µεταλλικό δαχτυλίδι τοποθετείται ανάµεσα στα δύο 49

66 Σχήµα 4.1 Εργαστηριακή διάταξη προσδιορισµού µεγέθους πόρων κατά ASTM D6767 α) Πάνω τµήµα σωλήνα β) Κάτω τµήµα σωλήνα γ) ιάτρητος δίσκος δ, ζ) Πλαστικά δαχτυλίδιαφλάντζες (O-ring) cm ε) οκίµιο γεωυφάσµατος στ) Μεταλλικό δαχτυλίδι Σχήµα 4.2 Θάλαµος δοκιµίου για δοκιµές κατά ASTM D6767 5

67 τµήµατα του σωλήνα πριν αυτός κλείσει µε σκοπό να αποτραπεί η διαρροή αέρα από την εργαστηριακή διάταξη διαµέσω των δύο τµηµάτων του σωλήνα. Τέλος ο δακτύλιος κλείνει και ασφαλίζεται µε ειδικό εξάρτηµα περίσφιξης. Με εφαρµογή της µεθόδου ροής σε τριχοειδές σε ένα δοκίµιο πορώδους υλικού προκύπτουν το µέγεθος (διάµετρος) των πόρων του και το επί τις εκατό ποσοστό των πόρων που έχουν µέγεθος µικρότερο από το µέγεθος αυτό. Το µέγεθος των πόρων του υλικού υπολογίζεται σαν συνάρτηση της πίεσης που εφαρµόζεται στο δοκίµιο κατά τη διάρκεια της δοκιµής. Το ποσοστό µικρότερων προσδιορίζεται από τη σύγκριση των παροχών που προκύπτουν για την ίδια πίεση κατά την εφαρµογή της µεθόδου σε υγρό και σε ξηρό δοκίµιο. Οι διαδικασίες που ακολουθήθηκαν για την εκτέλεση των δοκιµών έχουν ως εξής: 1. Ρυθµίζονται οι βαλβίδες ροής της εργαστηριακής διάταξης ώστε ο αέρας που θα διέλθει µέσα από το δοκίµιο να παροχετεύεται µόνο στο δοχείο ένδειξης φυσαλίδων. 2. Τοποθετείται, ειδική µονωτική κόλλα στην περίµετρο του διάτρητου δίσκου ώστε να αποφεύγεται η διαρροή αέρα πλευρικά του δοκιµίου. Ο δίσκος τοποθετείται µέσα στο δακτύλιο. 3. Το δοκίµιο, αφού βυθιστεί σε νερό ώστε να διαβραχεί για τουλάχιστον 3min, τοποθετείται πάνω στον διάτρητο δίσκο. Στη συνέχεια, ψεκάζεται µε νερό για να διασφαλιστεί η πλήρης διαβροχής του. 4. Ο σωλήνας που περιέχει τον θάλαµο τοποθέτησης του δοκιµίου κλείνει και ασφαλίζεται. 5. Ανοίγεται η βαλβίδα παροχής αέρα στο σύστηµα. Η παροχή αυξάνεται µε µικρά βήµατα. 6. Όταν στο δοχείο ένδειξης φυσαλίδων εµφανιστεί η πρώτη φυσαλίδα, σηµαίνει ότι η εφαρµοζόµενη πίεση έχει ξεπεράσει την επιφανειακή τάση στον µεγαλύτερο πόρο του δοκιµίου και αέρας έχει περάσει µέσα από αυτό. 7. Ρυθµίζονται οι βαλβίδες της εργαστηριακής διάταξης ώστε ο αέρας που διέρχεται από το δοκίµιο να παροχετευτεί στο πρώτο παροχόµετρο και ταυτόχρονα να διακοπεί η παροχή αέρα προς το δοχείο ένδειξης φυσαλίδων. 8. Λαµβάνεται από το πρώτο παροχόµετρο η παροχή που αντιστοιχεί στη συγκεκριµένη πίεση αέρα. 9. Η πίεση του αέρα αυξάνεται µε µικρά προκαθορισµένα βήµατα και καθώς πόροι µικρότερης διαµέτρου διανοίγονται, λαµβάνεται η αντίστοιχη παροχή από το κατάλληλο παροχόµετρο. Η δοκιµή ολοκληρώνεται όταν όλοι οι πόροι του δοκιµίου έχουν διανοιχθεί και το δοκίµιο έχει επανέλθει στη ξηρή του κατάσταση. 51

68 1. Στη συνέχεια, η πίεση του αέρα µειώνεται ως την τιµή που παρατηρήθηκε η πρώτη φυσαλίδα, δηλ. ως την τιµή που άρχισε να περνάει αέρας µέσα από το κορεσµένο δοκίµιο και λαµβάνεται η αντίστοιχη ένδειξη της παροχής για το ξηρό πλέον δοκίµιο. 11. Η πίεση αυξάνεται µε τα ίδια µικρά προκαθορισµένα βήµατα που εφαρµόστηκαν στο Βήµα 9 και λαµβάνεται η αντίστοιχη παροχή από το κατάλληλο παροχόµετρο. Η δοκιµή ολοκληρώνεται για πίεση ίση µε τη µεγαλύτερη πίεση της δοκιµής σε υγρό δοκίµιο. Μετά τη διαµόρφωση της εργαστηριακής διάταξης επιχειρήθηκε η βαθµονόµησή της. Για τον σκοπό αυτό χρησιµοποιήθηκαν δύο φίλτρα και ένα πλέγµα. Τα φίλτρα ανήκουν στην κατηγορία των φίλτρων βάθους, είναι κατασκευασµένα από κυτταρίνη (cellulose filters) και τα προµηθεύτηκε το εργαστήριο Γεωτεχνικής Μηχανικής από την εταιρία Whatman. Το φίλτρο µε κωδικό #91 έχει ονοµαστικό µέγεθος πόρων 1µm και το φίλτρο µε κωδικό #13 έχει ονοµαστικό µέγεθος πόρων 3µm. Το πλέγµα προέρχεται από ένα κόσκινο του εργαστηρίου µε µέγεθος οπών 75µm (κόσκινο #2). Αποφασίστηκε να χρησιµοποιηθούν τα φίλτρα αυτά διότι λόγω της µορφής τους η συµπεριφορά τους προσοµοιώνει σε αρκετά µεγάλο βαθµό τη συµπεριφορά των µη υφασµένων γεωυφασµάτων κατά τη διάρκεια των δοκιµών ροής σε τριχοειδές. Οι µέσοι όροι των ποροµετρικών καµπυλών των δοκιµίων των φίλτρων και του πλέγµατος που προέκυψαν από τις δοκιµές κατά ASTM D6767 φαίνονται στο Σχήµα 4.3. Τα µεγέθη πόρων υπολογίστηκαν σύµφωνα µε την Εξίσωση 3.5, χωρίς την εφαρµογή του συντελεστή Β που προβλέπει το πρότυπο ASTM D6767. Αυτό έγινε επειδή δεν έχει βρεθεί κατάλληλη ερµηνεία για την αντιστοίχιση κάποιας αριθµητικής τιµής στον συντελεστή B. Με βάση τα αποτελέσµατα που προέκυψαν, µπορούν να γίνουν οι εξής παρατηρήσεις για τα φίλτρα βάθους που προσοµοιώνουν µη υφασµένα γεωυφάσµατα: 1) Το φίλτρο µε ονοµαστικό µέγεθος πόρων ίσο προς 1µm (#91 Whatman) έχει περίπου 1% των πόρων µεγαλύτερο των 3µm, ενώ το 85% των πόρων έχει µέγεθος µεταξύ 2µm και 3µm. 2) Το φίλτρο µε ονοµαστικό µέγεθος πόρων ίσο προς 3µm (#113 Whatman) έχει περίπου 1% των πόρων µεγαλύτερο των 9µm, ενώ το 9% των πόρων έχει µέγεθος µεταξύ 3µm και 9µm. 3) Αυτά τα αριθµητικά στοιχεία υποδεικνύουν ότι, εάν ο συντελεστής B που προβλέπεται στο πρότυπο ASTM D6767 έχει τιµή περίπου 1/3, τότε η δοκιµές που εκτελέστηκαν αποδίδουν ποροµετρικές καµπύλες πολύ κοντά στις αναµενόµενες. 52

69 1 9 8 Ποσοστό µικρότερων (%) ΦΙΛΤΡΟ #91 1E-3,1,1 1 Μέγεθος κόκκων (mm) Ποσοστό µικρότερων (%) ΦΙΛΤΡΟ #113 1E-3,1,1 1 Μέγεθος κόκκων (mm) Ποσοστό µικρότερων (%) ΠΛΕΓΜΑ #2 Σχήµα 4.3,1,1 1 Μέγεθος κόκκων (mm) Ποροµετρικές καµπύλες των υλικών που χρησιµοποιήθηκαν για τη βαθµονόµηση της εργαστηριακής διάταξης της δοκιµής ροής σε τριχοειδές. 53

70 Ως προς τα αποτελέσµατα που προέκυψαν για το µεταλλικό πλέγµα των 75µm (από κόσκινο #2) παρατηρούνται τα εξής: 1) Η ποροµετρική καµπύλη παρουσιάζει µη αναµενόµενη µορφή αφού υποδεικνύει πόρους µε µεγέθη από 4µm έως 3µm και σηµαντική τιµή για συντελεστή οµοιοµορφίας (Ο 6 :Ο 1 περίπου 2). 2) Εφαρµογή διορθωτικού συντελεστή, B, µε τιµή όπως ανωτέρω (,33) οδηγεί σε µέγεθος πόρων ίσο περίπου προς την ονοµαστική τιµή ανοιγµάτων του κοσκίνου αλλά µόνο για µικρό ποσοστό των πόρων (περίπου 1%). 4.2 οκιµές κατά EN ISO (υγρό κοσκίνισµα) Για τον προσδιορισµό της ποροµετρικής σύνθεσης των γεωυφασµάτων σύµφωνα µε το πρότυπο EN ISO χρησιµοποιήθηκε η εργαστηριακή διάταξη που φαίνεται στο Σχήµα 4.4, η οποία αποτελείται από τις παρακάτω συσκευές και εξαρτήµατα: (1) Μηχανικό δονητή, που φαίνεται στο Σχήµα 4.5 µε ρυθµιζόµενο πλάτος ταλάντωσης έως 1,5 mm. Ο δονητής χρησιµοποιείται συνήθως για τον προσδιορισµό της κοκκοµετρικής σύνθεσης εδάφους. (2) ακτυλίους συγκράτησης των δοκιµίων µε διάµετρο 22 mm εξωτερικά και 17 mm εσωτερικά κατασκευασµένους από αλουµίνιο. Στον κάτω δακτύλιο υπάρχουν 6 οπές διαµέτρου 7mm σε κυκλική διάταξη και αντίστοιχοι κοχλίες στον άνω δακτύλιο, όπως φαίνεται στα Σχήµατα 4.6. (3) Καπάκι εφοδιασµένο µε ακροφύσιο ψεκασµού, όπως φαίνεται στο Σχήµα 4.7. (4) Σειρά κοσκίνων σύµφωνα µε τις προβλέψεις του προτύπου. (5) Συλλέκτης µε κατάλληλη απορροή για τη συγκέντρωση του υγρού και των σφαιριδίων που διαπερνούν το γεωύφασµα. (6) ιηθητικό χαρτί. Για την εκτέλεση των εργαστηριακών δοκιµών χρησιµοποιήθηκε µείγµα πρότυπων γυάλινων σφαιριδίων αντί για το εδαφικό υλικό που προβλέπεται στο πρότυπο EN ISO Το µείγµα γυάλινων σφαιριδίων έχει την κοκκοµετρική σύνθεση που φαίνεται στον Πίνακα 4.1 και στο Σχήµα 4.8 και ικανοποιεί την απαίτηση του προτύπου. Οι διαδικασίες που ακολουθήθηκαν για την εκτέλεση των δοκιµών έχουν ως εξής: 1. Τοποθετείται ειδικό µονωτικό υλικό στους δακτυλίους συγκράτησης, το οποίο παραµένει όλο το χρονικό διάστηµα που χρειάζεται για να ολοκληρωθούν οι δοκιµές. Το υλικό αυτό χρησιµοποιείται ώστε να αποφεύγεται η διαφυγή υλικού κατά τη διάρκεια της δόνησης µε αποτέλεσµα την αλλοίωση των αποτελεσµάτων. 54

71 Προσδιορίζεται το βάρος του στεγνού δοκιµίου το οποίο αφού βυθιστεί σε νερό έτσι ώστε να διαβραχεί για τουλάχιστον 12 h, στερεώνεται στον δακτύλιο συγκράτησης (σε επίπεδη θέση) χωρίς να είναι τεντωµένο. Η διαδικασία τοποθέτησης και ασφάλισης του γεωυφάσµατος στους δακτυλίους συγκράτησης παρουσιάζεται στις φωτογραφίες του Σχήµατος 4.9. το δοκίµιο στηρίζεται σε πλέγµα µε διάµετρο σύρµατος 1mm και µέγεθος ανοίγµατος 1±1mm. 3. Στην επιφάνεια του γεωυφάσµατος τοποθετούνται 17 g (7 ±,1 kg/m 2 στην ελεύθερη επιφάνεια του δοκιµίου) του µείγµατος γυάλινων σφαιριδίων µε κοκκοµετρική σύνθεση που ικανοποιεί τις απαιτήσεις του προτύπου (Σχήµα 4.8). Οι δακτύλιοι µε το γεωύφασµα τοποθετούνται στο συλλέκτη και το όλο σύστηµα πάνω στον δονητή και ασφαλίζεται µε το καπάκι ώστε να παραµένει σταθερό καθ όλη τη διάρκεια της δόνησης. 4. Ανοίγεται η βαλβίδα παροχής νερού ώστε να αρχίσει η διαβροχή του δοκιµίου και του υλικού και τίθεται σε λειτουργία η συσκευή δόνησης, της οποίας αυξάνεται σταδιακά, µέσα στα δυο πρώτα λεπτά, το πλάτος ταλάντωσης έως ότου λάβει τη µέγιστη τιµή (1,5 mm). Η δόνηση διαρκεί 1 min. 5. Κατά τη διάρκεια της δόνησης, το υλικό που διέρχεται από το γεωύφασµα περνάει µέσα από τον συλλέκτη και καταλήγει µαζί µε το νερό σε κατάλληλο δοχείο. Η ποσότητα που προκύπτει φιλτράρεται µέσα από διηθητικό χαρτί ώστε να συγκρατηθούν οι κόκκοι του διερχόµενου κοκκώδους υλικού. 6. Στη συνέχεια το διερχόµενο υλικό και το συγκρατούµενο υλικό µαζί µε το γεωύφασµα τοποθετούνται στον φούρνο ώστε να στεγνώσουν. 7. Μετράται µε ζυγό ακριβείας το βάρος των σφαιριδίων που πέρασε µέσα από το γεωύφασµα και αυτό που συγκρατήθηκε στην επιφάνεια του. 8. Προσδιορίζεται η κοκκοµετρική σύνθεση του διερχόµενου υλικού µε κατάλληλη δοκιµή, σύµφωνα µε τις «Προδιαγραφές Εργαστηριακών οκιµών Εδαφοµηχανικής (Ε 15-86)». Παρατηρήθηκε ότι αρχικά η ανάµειξη του νερού µε τα γυάλινα σφαιρίδια εµφάνιζε οµοιογένεια αλλά αργότερα κατά τη διάρκεια του υγρού κοσκινίσµατος το υλικό δηµιουργούσε συσσωµατώµατα κόκκων στην επιφάνεια του γεωυφάσµατος, όπως φαίνεται στη φωτογραφία του Σχήµατος 4.1. Όταν συνέβαινε αυτό, η ροή του νερού αυξανόταν έως ότου διασπαστούν τα συσσωµατώµατα. Το γεγονός αυτό οφείλεται πιθανά στην ανάπτυξη επιφανειακών τάσεων στους µηνίσκους, µεταξύ κόκκων. Άλλες φορές νερό συγκεντρωνόταν στην επιφάνεια του δοκιµίου. Τότε η παροχή του νερού µειωνόταν για να αποφευχθεί η απώλεια κόκκων εδάφους. Τα φαινόµενα αυτά αποδείχθηκε ότι τελικά ελάχιστα επηρέασαν τα αποτελέσµατα. 55

72 Σχήµα 4.4 Εργαστηριακή διάταξη προσδιορισµού µεγέθους πόρων κατά EN ISO Σχήµα 4.5 ονητής για δοκιµές κατά EN ISO και ASTM D

73 Σχήµα 4.6 ακτύλιοι συγκράτησης δοκιµίου για δοκιµές κατά ASTM D4751 και EN ISO

74 Σχήµα 4.7 Καπάκι συσκευής προσδιορισµού χαρακτηριστικού µεγέθους κενών κατά EN ISO Πίνακας 4.1 Κοκκοµετρία µείγµατος γυάλινων σφαιριδίων για δοκιµή κατά EN ISO ΙΑΜΕΤΡΟΣ ΟΠΩΝ ΚΟΣΚΙΝΟΥ (mm) # ΚΟΣΚΙΝΟΥ ΠΟΣΟΣΤΟ ΥΛΙΚΟΥ (%) ΒΑΡΟΣ ΥΛΙΚΟΥ (g), , , , , , , , , , , , , , , ,

75 1 9 8 Ποσοστό διερχοµενων % Κοκκοµετρία υλικού Ορια Προτύπου EN ISO 12956: Μέγεθος κόκκου (mm) Σχήµα 4.8 Κοκκοµετρία µείγµατος γυάλινων σφαιριδίων για δοκιµή κατά EN ISO α β γ δ Σχήµα 4.9 ιαδικασία τοποθέτησης και ασφάλισης δοκιµίου γεωυφάσµατος ανάµεσα στους δακτυλίους για δοκιµή κατά EN ISO

76 Σχήµα 4.1 ηµιουργία συσσωµατωµάτων κατά τη διάρκεια εκτέλεσης της δοκιµής υγρού κοσκινίσµατος σύµφωνα µε το πρότυπο EN ISO οκιµές κατά ASTM D4751 (ξηρό κοσκίνισµα) Για τον προσδιορισµό της ποροµετρικής σύνθεσης των γεωυφασµάτων σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D4571 χρησιµοποιήθηκε η εργαστηριακή διάταξη που φαίνεται και στο Σχήµα Ο βασικός εξοπλισµός, δηλαδή ο µηχανικός δονητής (Σχήµα 4.5), οι δακτύλιοι συγκράτησης (Σχήµα 4.6) και τα κόσκινα, είναι ίδιος µε αυτόν της δοκιµής κατά EN ISO που περιγράφηκε στην προηγούµενη παράγραφο. Επιπρόσθετα, η εργαστηριακή διάταξη περιλαµβάνει καπάκι και συλλέκτη διαµέτρου 2mm, εξαρτήµατα που είναι αντίστοιχα µε αυτά που χρησιµοποιούνται στις δοκιµές κοκκοµετρίας χονδρόκοκκων εδαφών. Οι διαδικασίες που ακολουθήθηκαν για την εκτέλεση των δοκιµών, έχουν ως εξής: 1. Το δοκίµιο στερεώνεται ανάµεσα στους δακτύλιους και ασφαλίζεται κατάλληλα ώστε να είναι τεντωµένο χωρίς να δηµιουργούνται πτυχώσεις και εξογκώµατα στην επιφάνειά του. Στη συνέχεια, προσδιορίζεται το συνολικό βάρος του δοκιµίου του γεωυφάσµατος µαζί µε τους δακτυλίους. Οι παραπάνω διαδικασίες παρουσιάζονται στις φωτογραφίες των Σχηµάτων 4.12 και Στην επιφάνεια του γεωυφάσµατος τοποθετούνται 5 g σφαιριδίων της µικρότερης διαµέτρου. Οι δακτύλιοι τοποθετούνται µεταξύ συλλέκτη και καπακιού. 6

77 3. Το σύστηµα που συνθέτουν το γεωύφασµα, οι δακτύλιοι συγκράτησης, ο συλλέκτης και το καπάκι τοποθετείται στο δονητή και ασφαλίζεται ώστε να παραµένει σταθερό καθ όλη τη διάρκεια της δόνησης (1 λεπτά). 4. Στη συνέχεια µετράται µε ζυγό ακριβείας το βάρος των σφαιριδίων που πέρασαν µέσα από το γεωύφασµα και κατέληξαν στο συλλέκτη καθώς και το βάρος των σφαιριδίων που παρέµειναν στην επιφάνεια του δοκιµίου. Η διαφορά των δύο ποσοτήτων δίνει τη ποσότητα σφαιριδίων που εγκλωβίστηκε στο εσωτερικό (στους πόρους) του δοκιµίου. 5. Η δοκιµή συνεχίζεται, για το ίδιο δοκίµιο, κοσκινίζοντας το αµέσως µεγαλύτερο κλάσµα σφαιριδίων. 6. Παρατηρήθηκε ότι µια ποσότητα σφαιριδίων που εγκλωβίζεται στο γεωύφασµα είναι δυνατόν να ελευθερώνεται σε κάποιο από τα επόµενα κοσκινίσµατα, µε συνέπεια την αλλοίωση των αποτελεσµάτων. Για το λόγο αυτό, πριν από κάθε χρήση το δοκίµιο καθαριζόταν µε πεπιεσµένο αέρα. Σύµφωνα µε τα καθοριζόµενα στο πρότυπο ASTM D4751, δοκιµάστηκε η χρήση αντιστατικού σπρέι στην επιφάνεια περιορισµένου αριθµού δοκιµίων. Συγκρίνοντας τα αποτελέσµατα µε αντίστοιχα από δοκιµές σε ίδιου τύπου δοκίµια χωρίς τη χρήση αντιστατικού δεν προέκυψε διαφοροποίηση. Σχήµα 4.11 Εργαστηριακή διάταξη προσδιορισµού χαρακτηριστικού µεγέθους κενών κατά ASTM D

78 Σχήµα 4.12 Ασφάλιση δοκιµίου γεωυφάσµατος ανάµεσα στους δακτυλίους συγκράτησής του (ASTM D4751) Σχήµα 4.13 Προσδιορισµός συνολικού βάρους δοκιµίου γεωυφάσµατος και δακτυλίων (ASTM D4751) 62

79 4.4 Mέτρηση µάζας ανά µονάδα επιφάνειας κατά ASTM D5261 Η µέτρηση της µάζας ανά µονάδα επιφάνειας των δοκιµίων έγινε µε τη βοήθεια ηλεκτρονικού ζυγού ακριβείας, διακριτοποίησης,1 g, ο οποίος φαίνεται στο Σχήµα Ο ίδιος ζυγός χρησιµοποιήθηκε και για τις µετρήσεις βαρών που είναι απαραίτητες κατά την εκτέλεση των δοκιµών κατά EN ISO και ASTM D4751. Σχήµα 4.14 Ζυγός ακριβείας για τη µέτρηση µάζας ανά µονάδα επιφάνειας 4.5 Μέτρηση ονοµαστικού πάχους κατά ASTM D5199 Η µέτρηση του πάχους των δοκιµίων έγινε µε συσκευή που αποτελείται από µεταλλική βάση εξοπλισµένη µε µηκυνσιόµετρο, η οποία φαίνεται στο Σχήµα Το δοκίµιο τοποθετείται πάνω στη βάση και ασκείται σ αυτό σταδιακά ορθή τάση 2kPa µέσω βαρών σε µορφή δίσκου που χρησιµοποιούνται σαν φορτίο. Για κάθε δοκίµιο πραγµατοποιούνταν 5 µετρήσεις του πάχους, από τις οποίες οι τέσσερις γίνονταν κοντά στην περιφέρεια του δοκιµίου και η µία στο κέντρο του και υπολογιζόταν ο µέσος όρος αυτών των µετρήσεων. 63

80 Σχήµα 4.15 Συσκευή µέτρησης πάχους κατά ASTM D Περίληψη Στο Κεφάλαιο αυτό περιγράφηκε η εργαστηριακή διάταξη που κατασκευάστηκε για την εκτέλεση δοκιµών προσδιορισµού της ποροµετρικής σύνθεσης γεωυφασµάτων µε τη µέθοδο ροής σε τριχοειδές (κατά ASTM D6767). Ακολούθως περιγράφηκαν οι εργαστηριακές διατάξεις που χρησιµοποιήθηκαν και οι πειραµατικές διαδικασίες που εφαρµόστηκαν για τον προσδιορισµό της ποροµετρικής σύνθεσης των γεωυφασµάτων µε τις µεθόδους υγρού κοσκινίσµατος (EN ISO 12956) και ξηρού κοσκινίσµατος (ASTM D4751). 64

81 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΓΕΩΥΦΑΣΜΑΤΑ ΓΙΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΟΚΙΜΕΣ Στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής εκτελέστηκε σειρά εργαστηριακών δοκιµών ροής σε τριχοειδή (κατά ASTM D6767), υγρού κοσκινίσµατος (κατά EN ISO 12956), και ξηρού κοσκινίσµατος (κατά ASTM D4751) για τον προσδιορισµό των µεγεθών πόρων σε µη υφασµένα γεωυφάσµατα κατασκευασµένα από ίνες πολυπροπυλενίου. Τα γεωυφάσµατα αυτού του τύπου αποτελούν τη συντριπτική πλειοψηφία (περίπου το 8%) των µη υφασµένων γεωυφασµάτων που διατίθενται στη αγορά. Στο Κεφάλαιο αυτό περιγράφονται αρχικά, τα γεωυφάσµατα που χρησιµοποιήθηκαν καθώς και το πρόγραµµα των δοκιµών που εκτελέστηκαν. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα του εργαστηριακού προσδιορισµού των φυσικών ιδιοτήτων των γεωυφασµάτων, οι τιµές των µεγεθών πόρων που δίνουν οι κατασκευαστές των γεωυφασµάτων για τα προϊόντα τους και οι τιµές του µεγαλύτερου µεγέθους πόρων των γεωυφασµάτων που υπολογίστηκαν θεωρητικά κατά Giroud (1996). 5.1 είγµατα γεωυφασµάτων Για να περιοριστεί στο δυνατόν ελάχιστο η επίδραση της χρήσης διαφορετικών πρώτων υλών στα εργαστηριακά αποτελέσµατα και στις συσχετίσεις που προκύπτουν από αυτά, χρησιµοποιήθηκαν µόνο µη υφασµένα γεωυφάσµατα που κατασκευάζονται από ίνες πολυπροπυλενίου. Τα γεωυφάσµατα αυτά επιλέχθηκαν έτσι ώστε να καλύπτουν ένα ικανοποιητικό φάσµα γνωστών εταιριών παραγωγής, τύπων και φυσικών ιδιοτήτων. Ελέγχθηκαν συνολικά 52 διαφορετικά γεωυφάσµατα που αντιπροσωπεύουν 9 σειρές γεωυφασµάτων προερχόµενες από διαφορετικούς κατασκευαστές. Από κάθε σειρά επιλέχτηκαν 4 έως 7 γεωυφάσµατα. Λεπτοµέρειες σχετικά µε τα προϊόντα αυτά δίνονται στον Πίνακα 5.1. Τα δοκίµια που ελέγχθηκαν προέρχονται από εργαστηριακά δείγµατα που είχαν παραληφθεί στο Εργαστήριο Γεωτεχνικής Μηχανικής του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών στο πλαίσιο παλαιότερου ερευνητικού προγράµµατος. Αυτά τα εργαστηριακά δείγµατα είχαν συνήθως πλάτος όσο και το πλάτος παραγωγής (4 m έως 6 m) και µήκος που κυµαίνονταν περίπου από 2,5 m έως 5, m. Τα 65

82 γεωυφάσµατα των εταιριών TC MIRAFI, AMOCO FABRICS CO, SYNTHETIC INDUSTRIES, FIBERTEX A/S (Α), LINQ και POLYFELT GMBH είναι βελονοδιάτρητα, δηλαδή έχουν παραχθεί µε µηχανική εµπλοκή των ινών τους. Η δεύτερη σειρά των γεωυφασµάτων της εταιρίας FIBERTEX A/S (Β) είναι βελονοδιάτρητα προϊόντα τα οποία έχουν υποστεί θερµική µετεπεξεργασία στη µία τους πλευρά. Τα γεωυφάσµατα των εταιριών DU PONT και BONAR TF έχουν παραχθεί µε θερµική συγκόλληση των ινών τους, αλλά µε διαφορετικές µεθόδους παραγωγής η κάθε σειρά. Πίνακας 5.1 Προέλευση και αριθµός εργαστηριακών δειγµάτων Εταιρεία Σειρά γεωυφασµάτων Αριθµός Παραγωγής Κωδικός Πλήθος ειγµάτων TC MIRAFI MIRAFI N AMOCO FABRICS CO. SYNTHETIC INDUSTRIES AMOCO , FIBERTEX A/S FIBERTEX F M (Α) 8 5 LINQ LINQ EX 1 6 FIBERTEX A/S FIBERTEX G, F (Β) 1 6 POLYFELT GMBH POLYFELT TS 9 5 DU PONT TYPAR SF 11 5 BONAR TF BonTec NW.../ : αριθµητικός κωδικός 66

83 5.2 Πρόγραµµα δοκιµών Οι εργαστηριακές δοκιµές που εκτελέστηκαν για τις ανάγκες της παρούσας διατριβής περιλαµβάνουν τον προσδιορισµό των µεγεθών πόρων (Ο 95, Ο 9 και Ο 5 ) αλλά και ολόκληρης της ποροµετρικής σύνθεσης των 52 µη υφασµένων γεωυφασµάτων σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767. Για 41 από αυτά τα γεωυφάσµατα ήταν διαθέσιµα από προηγούµενες εργασίες (Σκάρα 24, Παναγιωτίδη 23) αποτελέσµατα δοκιµών υγρού κοσκινίσµατος (κατά EN ISO 12956) και ξηρού κοσκινίσµατος (κατά ASTM D4751). Τα αποτελέσµατα αυτά συµπληρώθηκαν ώστε να καλύπτουν το σύνολο των 52 γεωυφασµάτων. Ακόµη, για το σύνολο των γεωυφασµάτων προσδιορίστηκε η µάζα ανά µονάδα επιφάνειας και το πάχος σύµφωνα µε τα πρότυπα ASTM D5261 και ASTM D5199, αντίστοιχα. Τα βασικά σηµεία όλων των προτύπων που εφαρµόστηκαν για την εκτέλεση των εργαστηριακών δοκιµών παρουσιάζονται στο Παράρτηµα Α. Τα δοκίµια κόβονταν από τα εργαστηριακά δείγµατα, που είχαν µέγεθος µεγαλύτερο του ελάχιστου απαιτούµενου για κάθε δοκιµή και από διάφορες θέσεις κατά το µήκος και το πλάτος του δείγµατος ώστε να αντιπροσωπεύεται κατάλληλα η σχετική ανοµοιογένεια του υλικού. Η µάζα ανά µονάδα επιφάνειας και το πάχος µετρήθηκαν για κάθε δοκίµιο που χρησιµοποιήθηκε. Για τον προσδιορισµό της ποροµετικής σύνθεσης των γεωυφασµάτων δοκιµάστηκαν δύο δοκίµια ανά δείγµα γεωυφασµάτων µε τη µέθοδο ροής σε τριχοειδή (ASTM D6767), τρία δοκίµια µε τη µέθοδο υγρού κοσκινίσµατος (EN ISO 12956) και τρία δοκίµια µε τη µέθοδο ξηρού κοσκινίσµατος (ASTM D4751). Ο αριθµός των δοκιµίων ανά δείγµα είναι η βασική διαφοροποίηση του προγράµµατος δοκιµών που εκτελέστηκε σε σχέση µε τις προβλέψεις των προτύπων που εφαρµόστηκαν (πέντε δοκίµια ανά δείγµα). Επιπλέον τα προβλεπόµενα στα πρότυπα EN ISO12956 και ASTM D4751 διαφοροποιήθηκαν σε µικρό βαθµό για πρακτικούς λόγους χωρίς όµως να αναµένεται αλλοίωση των αποτελεσµάτων. Συγκεκριµένα, η θερµοκρασία του εργαστηριακού χώρου όπου εκτελέστηκαν οι δοκιµές κυµαινόταν µεταξύ 2º και 25ºC ενώ δεν γινόταν έλεγχος του επιπέδου της σχετικής υγρασίας του χώρου. Η εξισορρόπηση της υγρασίας των δοκιµίων δεν εξεταζόταν, αλλά τα δείγµατα έµεναν εκτεθειµένα στις τυπικές συνθήκες ατµόσφαιρας του εργαστηριακού χώρου για διάστηµα αρκετών ηµερών ώστε να θεωρείται ότι έχει επιτευχθεί πλήρης εγκλιµατισµός τους. Τέλος για την εκτέλεση των δοκιµών κατά EN ISO αποφασίστηκε να χρησιµοποιηθούν γυάλινα σφαιρίδια, τα οποία υπήρχαν στο Εργαστήριο Γεωτεχνικής Μηχανικής. 67

84 5.3 Φυσικές ιδιότητες των γεωυφασµάτων Η µάζα ανά µονάδα επιφάνειας και το πάχος αποτελούν τις κύριες φυσικές ιδιότητες των γεωυφασµάτων. Ειδικά για τα µη υφασµένα γεωυφάσµατα, στα οποία ανήκει το σύνολο των γεωυφασµάτων που ελέγχθηκαν εργαστηριακά, έχει σηµασία και η γνώση του πορώδους (Giroud 1996). Για όλα τα δοκίµια που ελέγχθηκαν µε σκοπό τον προσδιορισµό του µεγέθους πόρων µε τις τρεις δοκιµές κατά ASTM D6767, EN ISO και ASTM D4751 µετρήθηκαν η µάζα ανά µονάδα επιφάνειας και το πάχος. Από τα δύο αυτά µεγέθη υπολογίστηκε το πορώδες σύµφωνα µε τη σχέση: όπου: m t n = ρ 2 m είναι η µάζα ανά µονάδα επιφάνειας, σε g/m t είναι το πάχος, σε mm ρ είναι το ειδικό βάρος του πολυπροπυλενίου που θεωρείται ίσο προς 9kg/m 3 Τα αποτελέσµατα ανά δοκίµιο γεωυφάσµατος δίνονται στο Παράρτηµα Β, ενώ ο µέσος όρος των τιµών ανά γεωύφασµα δίνεται στον Πίνακα 5.2 Για τα γεωυφάσµατα που ελέγχθηκαν, οι ακραίες τιµές της µάζας ανά µονάδα επιφάνειας είναι 72,6g/m 2 και 697,8g/m 2 ενώ του πάχους είναι από,36mm και 4,77mm. Παρατηρείται ότι οι τιµές αυτών των δυο φυσικών ιδιοτήτων καλύπτουν ένα ευρύ πεδίο (διαφορά µιας τάξης µεγέθους µεταξύ της µικρότερης και της µεγαλύτερης τιµής) που µπορεί να θεωρηθεί αρκετά αντιπροσωπευτικό του πεδίου τιµών των µη υφασµένων γεωυφασµάτων. Επιπλέον, παρατηρείται συστηµατικά ότι η αύξηση της τιµής της µάζας ανά µονάδα επιφάνειας αντιστοιχεί σε αύξηση της τιµής του πάχους. Κατά συνέπεια, είναι πολύ πιθανό να υπάρχουν ποιοτικά ικανοποιητικές συσχετίσεις µεταξύ αυτών των ιδιοτήτων ανά σειρά γεωυφασµάτων αλλά και για το σύνολο των γεωυφασµάτων. Σε πρώτη ανάγνωση, οι τιµές του πορώδους των γεωυφασµάτων που ελέγχθηκαν φαίνεται να καλύπτουν ένα σχετικά ευρύ πεδίο τιµών (από,51 έως,899). Προσεκτικότερη παρατήρηση και διάκριση των γεωυφασµάτων σε οµάδες ανάλογα µε τις διαδικασίες παραγωγής τους υποδεικνύει τα εξής : 1) Τα βελονοδιάτρητα γεωυφάσµατα παρουσιάζουν µικρή διακύµανση στις τιµές του πορώδους (από,84 έως,899). Επιπλέον δεν παρατηρείται συστηµατική αύξηση ή µείωση του πορώδους µε την αύξηση ή µείωση της 68

85 Πίνακας 5.2 Φυσικές ιδιότητες γεωυφασµάτων Γεωύφασµα Φυσικές ιδιότητες γεωυφασµάτων Μάζα, m (g/m 2 ) Πάχος, t (mm) Πορώδες, n MIRAFI 14NL 139,9 1,1,859 MIRAFI 16N 246,1 1,81,849 MIRAFI 18N 325,3 2,87,874 MIRAFI 11N 368,3 2,52,838 MIRAFI 116N 566,5 3,73,831 MIRAFI 14NC 166,2 1,19,845 MIRAFI 112N 454,2 2,87,824 AMOCO ,8,91,844 AMOCO ,1 1,36,849 AMOCO , 2,22,858 AMOCO ,3 2,44,84 AMOCO ,7 3,21,845 AMOCO , 2,47,879 AMOCO ,1 1,71,859 SYNTH.IND ,7 1,25,889 SYNTH.IND ,2 1,81,899 SYNTH.IND ,9 2,81,866 SYNTH.IND ,1 3,34,873 SYNTH.IND ,7 1,24,884 SYNTH.IND ,7 1,61,888 SYNTH.IND 11 39, 2,83,879 FIBERT. F32M 25,7 2,22,897 FIBERT. F4M 318,4 3,2,883 FIBERT. F4M 39,2 3,37,871 FIBERT. F45M 476,2 3,7,828 FIBERT. F65M 64,3 4,77,851 LINQ 125EX 145,9 1,37,882 LINQ 14EX 198,7 2,12,896 LINQ 16EX 243,5 1,99,864 LINQ 25EX 48,6 3,34,864 LINQ 15EX 236,9 2,1,869 LINQ 225EX 327, 2,67,864 FIBERT. G1 112,9,7,821 FIBERT. F3 178,1 1,31,849 FIBERT. F33 242,7 1,65,837 FIBERT. F43S 29,5 1,56,793 FIBERT. F5 384,2 1,96,782 FIBERT. F2B 162,2 1,42,873 POLYF. TS1 116,6 1,7,879 POLYF. TS2 142,6 1,46,891 POLYF. TS4 188, 1,76,881 POLYF. TS6 264, 2,21,867 POLYF. TS7 32,1 2,69,868 TYPAR SF2 69,9,36,784 TYPAR SF4 139,6,46,663 TYPAR SF56 197,2,57,616 TYPAR SF94 333,5,77,519 TYPAR SF ,3,86,51 BON. TNW 8/8 141,8 1,33,882 BON. TNW 12/12 212,4 1,7,861 BON. TNW 25/25 41,2 2,67,833 BON. TNW 3/3 543,4 3,3,817 69

86 µάζας ανά µονάδα επιφάνειας ή του πάχους των γεωυφασµάτων που ελέγχθηκαν. 2) Η σειρά των βελονοδιάτρητων γεωυφασµάτων µε θερµική µετεπεξεργασία των επιφανειών τους έχει πορώδες µε τιµές από,782 έως,873 που καλύπτουν το κάτω όριο των τιµών που προσδιορίστηκαν για τα βελονοδιάτρητα γεωυφάσµατα. 3) Οι δύο σειρές των θερµικά συγκολληµένων γεωυφασµάτων παρουσιάζουν σηµαντικές διαφορές µεταξύ τους. Η σειρά των γεωυφασµάτων TYPAR έχει πορώδες που είναι σαφώς µικρότερο από το πορώδες των βελονοδιάτρητων γεωυφασµάτων και µειώνεται από,784 σε,51 µε την αύξηση του πάχους από,36mm σε,86mm. Αντίθετα η σειρά των γεωυφασµάτων BONAR έχει τιµές πορώδους που εµπίπτουν στο εύρος τιµών των βελονοδιάτρητων γεωυφασµάτων. Οι παραπάνω παρατηρήσεις ως προς τις φυσικές ιδιότητες των γεωυφασµάτων που ελέγχθηκαν για τον προσδιορισµό του µεγέθους των πόρων τους σύµφωνα µε τα πρότυπα ASTM D6767, EN ISO και ASTM D4751, υποδεικνύουν τουλάχιστον ποιοτικά ότι (α) δεν πρέπει να αναµένονται ικανοποιητικές συσχετίσεις µεταξύ όλων των φυσικών ιδιοτήτων είτε ανά σειρά είτε για το σύνολο των γεωυφασµάτων, (β) είναι πιθανότερο να υπάρχουν ικανοποιητικές συσχετίσεις µεταξύ µάζας ανά µονάδα επιφάνειας και πάχους και (γ) ικανοποιητικές συσχετίσεις των µεγεθών πόρων µε φυσικές ιδιότητες είναι πιθανό να προκύψουν ανά σειρά γεωυφασµάτων παρά για το σύνολο των γεωυφασµάτων. Για τον έλεγχο των υποθέσεων αυτών, παρουσιάζονται στον Πίνακα 5.3 και στο Σχήµα 5.1 αποτελέσµατα των συσχετίσεων της µάζας ανά µονάδα επιφάνειας µε το πάχος των γεωυφασµάτων. Για τον προσδιορισµό των συσχετίσεων επιλέχτηκε η απλούστερη δυνατή µαθηµατική µορφή, δηλαδή γραµµική συσχέτιση της µορφής y = A x + B. Όπως φαίνεται στον Πίνακα 5.3 και στο Σχήµα 5.1 ο συντελεστής συσχέτισης που προκύπτει για το σύνολο των γεωυφασµάτων είναι χαµηλός (R 2 =,64). Παρατηρείται, ακόµη, ότι είναι δυνατόν να βελτιωθεί σε κάποιον βαθµό (R 2 =,82) εάν στη διαδικασία της συσχέτισης δεν συµπεριληφθούν οι τιµές που δίνουν τα δοκίµια 2 γεωυφασµάτων της σειράς Typar, τα ζεύγη των οποίων είναι αρκετά αποµακρυσµένα από τα υπόλοιπα, όπως φαίνεται και στο Σχήµα 5.1. Η αδυναµία καλύτερης συσχέτισης µεταξύ των δύο φυσικών ιδιοτήτων για το σύνολο των γεωυφασµάτων είναι αναµενόµενη αφού σε αυτό περιλαµβάνονται υλικά µε διαφορετική διαδικασία παραγωγής. 7

87 Πίνακας 5.3 Συσχέτιση της µάζας ανά µονάδα επιφάνειας µε το πάχος των γεωυφασµάτων Τύπος t=a*m+ B γεωυφάσµατος A B R 2 MIRAFI,6,31,91 AMOCO,6,37,82 SYNTHETIC,8,37,97 FIBERTEX A,5 1,19,88 LINQ,7,48,91 FIBERTEX B,4,53,77 POLYFELT,7,31,98 TYPAR,2,24,99 BONAR,5,64 1 ΒΕΛΟΝΟ ΙΑΤΡΗΤΑ,6,43,84 ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΛΗΜΕΝΑ ΣΥΝΟΛΟ,6,39, t =.6m +.39 R 2 =.64 t =.7m +.32 R 2 =.81 ΣΥΝΟΛΟ Πάχος,t (mm) Μάζα ανά µονάδα επιφάνειας, m (g/m 2 ) Σχήµα 5.1 Συσχέτιση της µάζας ανά µονάδα επιφάνειας µε το πάχος για το σύνολο των γεωυφασµάτων 71

88 Για τον λόγο αυτό επιχειρήθηκε στη συνέχεια η συσχέτιση της µάζας ανά µονάδα επιφάνειας και του πάχους ξεχωριστά για τα βελονοδιάτρητα και τα θερµικά συγκολληµένα γεωυφάσµατα. Τα αποτελέσµατα της συσχέτισης φαίνονται στον Πίνακα 5.3 και στα Σχήµατα 5.2 και 5.3. Παρατηρείται, πραγµατικά ότι ο συντελεστής συσχέτισης για τα βελονοδιάτρητα γεωυφάσµατα βελτιώθηκε (R 2 =,84) σε σχέση µε αυτόν του συνόλου. Για τις δύο σειρές των θερµικά συγκολληµένων γεωυφασµάτων συµπεραίνεται ότι παρόλο που στο σύνολό τους δεν φαίνεται να συσχετίζονται, µεµονωµένα για κάθε σειρά η µάζα ανά µονάδα επιφάνειας και το πάχος συσχετίζονται πάρα πολύ καλά. Τέλος η συσχέτιση των δύο φυσικών ιδιοτήτων εξετάσθηκε ξεχωριστά για κάθε µία σειρά γεωυφασµάτων που ελέγχθηκαν. Από τα αποτελέσµατα που φαίνονται στον Πίνακα 5.3 και στο Σχήµα 5.4 προκύπτει ότι για όλες τις σειρές, εκτός αυτής των βελονοδιάτρητων γεωυφασµάτων µε θερµική µετεπεξεργασία Fibertex Β οι δύο φυσικές ιδιότητες συσχετίζονται πολύ καλά µε συντελεστή συσχέτισης που κυµαίνεται από,82 έως 1. Οι παρατηρήσεις αυτές οδηγούν στο συµπέρασµα ότι γεωυφάσµατα µε την ίδια διαδικασία παραγωγής, και κυρίως για γεωυφάσµατα της ίδιας σειράς, η µάζα ανά µονάδα επιφάνειας και το πάχος συσχετίζονται πολύ καλά. Για τον λόγο αυτό επιλέχθηκε ένα από αυτά, το πάχος, για να εξεταστεί σε επόµενο Κεφάλαιο (Κεφάλαιο 6) εάν και µε ποιό τρόπο είναι δυνατόν να συσχετιστεί µε τα µεγέθη πόρων (Ο 95, Ο 9 και Ο 5 ) των γεωυφασµάτων που προέκυψαν από τις εργαστηριακές δοκιµές. 5.4 Στοιχεία κατασκευαστών για το µέγεθος πόρων Τα γεωυφάσµατα που χρησιµοποιήθηκαν στο εργαστήριο για τον προσδιορισµό της ποροµετρικής τους σύνθεσης παράγονται, όπως αναφέρθηκε και παραπάνω, από 8 διαφορετικές εταιρίες. Οι κατασκευαστές των γεωυφασµάτων δηλώνουν στους πίνακες των ιδιοτήτων που παρέχουν για τα προϊόντα τους την τιµή του σχεδόν µεγαλύτερου µεγέθους πόρων, Ο 95 ή Ο 9, όπως προκύπτει από τις δοκιµές ξηρού κοσκινίσµατος (ASTM D4751) ή από τις δοκιµές υγρού κοσκινίσµατος (EN ISO 12956). Οι τιµές αυτές για τα γεωυφάσµατα που ελέγχθηκαν εργαστηριακά φαίνονται στον Πίνακα

89 6 5 t =.6m +.43 R 2 =.84 ΒΕΛΟΝΟ ΙΑΤΡΗΤΑ 4 Πάχος,t (mm) Μάζα ανά µονάδα επιφάνειας, m (g/m 2 ) Σχήµα 5.2 Συσχέτιση της µάζας ανά µονάδα επιφάνειας µε το πάχος για τα βελονοδιάτρητα γεωυφάσµατα 4, 3,5 3, BONAR Πάχος,t (mm) 2,5 2, 1,5 1, TYPAR,5, Μάζα ανά µονάδα επιφάνειας, m (g/m 2 ) Σχήµα 5.3 Συσχέτιση της µάζας ανά µονάδα επιφάνειας µε το πάχος για τα θερµικά συγκολληµένα γεωυφάσµατα 73

90 6 5 t =.6m +.31 R 2 =.91 MIRAFI 4 Πάχος,t (mm) Μάζα ανά µονάδα επιφάνειας, m (g/m 2 ) 6 5 t =.6m +.37 R 2 =.82 AMOCO 4 Πάχος,t (mm) Μάζα ανά µονάδα επιφάνειας, m (g/m 2 ) 6 5 t =.8m +.37 R 2 =.97 SYNTHETIC 4 Πάχος,t (mm) Μάζα ανά µονάδα επιφάνειας, m (g/m 2 ) Σχήµα 5.4 Συσχέτιση της µάζας ανά µονάδα επιφάνειας µε το πάχος ανά σειρά γεωυφασµάτων 74

91 6 5 t =.5m R 2 =.88 FIBERTEX A 4 Πάχος,t (mm) Μάζα ανά µονάδα επιφάνειας, m (g/m 2 ) 6 5 t =.7m +.48 R 2 =.91 LINQ 4 Πάχος,t (mm) Μάζα ανά µονάδα επιφάνειας, m (g/m 2 ) 6 5 t =.4m +.53 R 2 =.77 FIBERTEX B 4 Πάχος,t (mm) Μάζα ανά µονάδα επιφάνειας, m (g/m 2 ) Σχήµα 5.4 (Συνέχεια) 75

92 6 5 t =.7m +.31 R 2 =.98 POLYFELT 4 Πάχος,t (mm) Μάζα ανά µονάδα επιφάνειας, m (g/m 2 ) 1,5 t =.2m +.24 R 2 =.99 TYPAR 1, Πάχος,t (mm),5, Μάζα ανά µονάδα επιφάνειας, m (g/m 2 ) 6 5 t =.5m +.64 R 2 = 1 BONAR 4 Πάχος,t (mm) Μάζα ανά µονάδα επιφάνειας, m (g/m 2 ) Σχήµα 5.4 (Συνέχεια) 76

93 Πίνακας 5.4 Μεγέθη πόρων που δίνουν οι κατασκευαστές για τα προϊόντα τους Γεωύφασµα Μέγεθος πόρων (µm) Μέγεθος πόρων (µm) Γεωύφασµα O 95,DS O 9,WS O 95,DS O 9,WS MIRAFI 14NL 25 - LINQ 125EX 21 - MIRAFI 16N LINQ 14EX 21 - MIRAFI 18N 18 - LINQ 16EX 18 - MIRAFI 11N 15 - LINQ 25EX 15 - MIRAFI 116N 15 - LINQ 15EX 18 - MIRAFI 14NC LINQ 225EX 15 - MIRAFI 112N 15 - FIBERT. G1-11 AMOCO FIBERT. F3-9 AMOCO FIBERT. F33-8 AMOCO FIBERT. F43S - 7 AMOCO FIBERT. F5-65 AMOCO FIBERT. F2B - 85 AMOCO POLYF. TS1-13 AMOCO POLYF. TS2-12 SYNTH.IND POLYF. TS4-1 SYNTH.IND POLYF. TS6-9 SYNTH.IND POLYF. TS7-9 SYNTH.IND TYPAR SF2-227 SYNTH.IND TYPAR SF4-12 SYNTH.IND TYPAR SF56-8 SYNTH.IND TYPAR SF94-57 FIBERT. F32M - 11 TYPAR SF FIBERT. F4M - 8 BON. TNW 8/8-13 FIBERT. F4M - 7 BON. TNW 12/12-9 FIBERT. F45M - 45 BON. TNW 25/25-46 FIBERT. F65M - 65 BON. TNW 3/3 - < Θεωρητική πρόβλεψη µεγέθους πόρων κατά Giroud Τα µεγέθη πόρων των γεωυφασµάτων είναι δυνατόν να προκύψουν µε εφαρµογή κάποιας θεωρητικής µεθόδου. Οι θεωρητικές µέθοδοι υπολογίζουν ένα µέγεθος πόρων (συνήθως το µεγαλύτερο) ή και ολόκληρη την ποροµετρική σύνθεση των γεωυφασµάτων µε κάποιο µαθηµατικό µοντέλο που βασίζεται στις φυσικές ιδιότητες των γεωυφασµάτων. Το µοντέλο που χρησιµοποιήθηκε στην παρούσα διατριβή έχει προταθεί από τον Giroud (1996). Οι τιµές του µεγαλύτερου µεγέθους πόρων ( Ο F Ο 1 ) που αυτό υπολογίζει, σύµφωνα µε την Εξίσωση 2.5, δίνονται για τα γεωυφάσµατα που ελέγχθηκαν εργαστηριακά στον Πίνακα 5.5. Η τιµή της διαµέτρου των ινών των γεωυφασµάτων, d, θεωρήθηκε ίση µε 3µm. Η τιµή αυτή 77

94 αντιστοιχεί στον µέσο όρο της διαµέτρου των ινών για την πλειοψηφία των µη υφασµένων γεωυφασµάτων (Giroud 1996). Τα µεγέθη πόρων που προκύπτουν από τη θεωρητική πρόβλεψη κατά Giroud αναµένεται να είναι µικρότερα από το µέγεθος Ο 95 που προκύπτει εργαστηριακά µε εφαρµογή των µεθόδων ροής σε τριχοειδές (ASTM D6767), υγρού κοσκινίσµατος (EN ISO 12956) και ξηρού κοσκινίσµατος (ASTM D4751). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι µε το θεωρητικό µοντέλο του Giroud υπολογίζεται η µικρότερη (κρίσιµη) διάµετρος πόρου σε µία διαδροµή κάθετα προς την επιφάνεια του γεωυφάσµατος. Οι µέθοδοι υγρού και ξηρού κοσκινίσµατος θεωρούνται ότι αδυνατούν να προσδιορίσουν αυτό το µέγεθος των στενώσεων των πόρων, ενώ η µέθοδος ροής σε τροχοειδές είναι η µοναδική, σύµφωνα µε τη βιβλιογραφία, που µπορεί να το προσεγγίσει. Πίνακας 5.5 Μεγέθη πόρων που υπολογίζονται µε τη θεωρητική πρόβλεψη κατά Giroud (1996) Γεωύφασµα Μέγεθος πόρων (µm) O F Γεωύφασµα Μέγεθος πόρων (µm) MIRAFI 14NL 114 LINQ 125EX 119 MIRAFI 16N 84 LINQ 14EX 18 MIRAFI 18N 82 LINQ 16EX 88 MIRAFI 11N 69 LINQ 25EX 73 MIRAFI 116N 59 LINQ 15EX 91 MIRAFI 14NC 1 LINQ 225EX 79 MIRAFI 112N 61 FIBERT. G1 121 AMOCO FIBERT. F3 98 AMOCO FIBERT. F33 81 AMOCO FIBERT. F43S 67 AMOCO FIBERT. F5 58 AMOCO FIBERT. F2B 11 AMOCO POLYF. TS1 133 AMOCO POLYF. TS2 124 SYNTH.IND POLYF. TS4 15 SYNTH.IND POLYF. TS6 86 SYNTH.IND POLYF. TS7 81 SYNTH.IND TYPAR SF2 163 SYNTH.IND TYPAR SF4 86 SYNTH.IND TYPAR SF56 64 SYNTH.IND TYPAR SF94 4 FIBERT. F32M 17 TYPAR SF FIBERT. F4M 86 BON. TNW 8/8 121 FIBERT. F4M 77 BON. TNW 12/12 93 FIBERT. F45M 61 BON. TNW 25/25 66 FIBERT. F65M 62 BON. TNW 3/3 57 O F 78

95 5.6 Περίληψη Στο Κεφάλαιο αυτό παρουσιάστηκαν οι τιµές των φυσικών ιδιοτήτων των γεωυφασµάτων που ελέγχθηκαν στην παρούσα διατριβή και διερευνήθηκε η δυνατότητα συσχέτισης µεταξύ τους. Στη συνέχεια παρουσιάστηκαν και σχολιάστηκαν οι τιµές των µεγεθών πόρων που παρέχουν οι κατασκευαστές των γεωυφασµάτων για τα προϊόντα τους καθώς επίσης και η θεωρητική πρόβλεψη του µεγαλύτερου µεγέθους πόρων τους, σύµφωνα µε το µοντέλο του Giroud. 79

96 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ, ΣΥΓΚΡΙΣΕΙΣ ΚΑΙ ΣΧΟΛΙΑΣΜΟΣ Στο κεφάλαιο αυτό συνοψίζονται και αξιολογούνται τα αποτελέσµατα όλων των εργαστηριακών δοκιµών που πραγµατοποιήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας διατριβής αλλά και σε προηγούµενες σχετικές εργασίες που εκτελέστηκαν στο Εργαστήριο Γεωτεχνικής Μηχανικής. Αρχικά, παρουσιάζονται τα µεγέθη πόρων Ο 95, Ο 9 και Ο 5 που προέκυψαν από τις εργαστηριακές δοκιµές σύµφωνα µε τα πρότυπα ASTM D6767, EN ISO και ASTM D4751 και πραγµατοποιείται µια αρχική σύγκριση µεταξύ των τιµών που προκύπτουν από την εφαρµογή των διαφορετικών προτύπων. Ακολούθως, επιδιώκεται η συσχέτιση των παραπάνω µεγεθών πόρων µε το πάχος των γεωυφασµάτων, τις αντίστοιχες τιµές που δίνουν οι κατασκευαστές για τα προϊόντα τους (όπου αυτό είναι δυνατόν) και την θεωρητική πρόβλεψη του µεγέθους πόρων κατά Giroud. Τέλος, διερευνάται η δυνατότητα συσχέτισης των αντίστοιχων µεγεθών πόρων που προσδιορίζονται σύµφωνα µε τις µεθόδους που καθορίζονται από τα πρότυπα ASTM D6767, EN ISO και ASTM D4751 και σχολιάζονται τα αποτελέσµατα των συσχετίσεων αυτών. Σηµειώνεται ότι, για λόγους συντοµίας, χρησιµοποιούνται ιδιαίτερα στους Πίνακες και στα Σχήµατα αυτού του Κεφαλαίου οι συµβολισµοί BP, WS και DS για να δηλώσουν αποτελέσµατα των δοκιµών ASTM D6767 (ροή σε τριχοειδή) EN ISO (υγρό κοσκίνισµα) και ASTM D4751 (ξηρό κοσκίνισµα), αντίστοιχα. 6.1 Αποτελέσµατα εργαστηριακών δοκιµών Στον Πίνακα 6.1 δίνονται τα µεγέθη πόρων Ο 95, Ο 9 και Ο 5 για κάθε γεωύφασµα που ελέγχθηκε στο εργαστήριο µε τις µεθόδους που ορίζουν τα πρότυπα ASTM D6767 (BP), EN ISO (WS) και ASTM D4751 (DS). Οι τιµές που δίνονται στον Πίνακα 6.1 είναι ο µέσος όρος των τιµών που προέκυψαν για το σύνολο των δοκιµίων κάθε γεωυφάσµατος που ελέγχθηκε. Στο Σχήµα 6.1 παρουσιάζονται, ενδεικτικά, οι ποροµετρικές καµπύλες για ένα γεωύφασµα από κάθε σειρά γεωυφασµάτων που ελέγχθηκε. Το σύνολο των ποροµετρικών καµπυλών των δοκιµίων που ελέγχθηκαν στο εργαστήριο παρουσιάζεται στα Παραρτήµατα Γ, Ε και Ζ. Η παρατήρηση των ποροµετρικών καµπυλών που προέκυψαν για κάθε δοκίµιο ενός γεωυφάσµατος υποδεικνύει ότι υπάρχει πολύ καλή επαναληψιµότητα όταν οι δοκιµές γίνονται κατά ASTM D6767 (BP) και EN ISO (WS). 8

97 Αντίθετα, η δοκιµές κατά ASTM D4751 (DS) έχουν µειωµένη επαναληψιµότητα που µπορεί να Πίνακας 6.1 Αποτελέσµατα εργαστηριακών δοκιµών Μέγεθος πόρων (µm) Γεωύφασµα O 95 O 9 O 5 DS WS BP DS WS BP DS WS BP MIRAFI 14NL MIRAFI 16N MIRAFI 18N MIRAFI 11N MIRAFI 116N MIRAFI 14NC MIRAFI 112N AMOCO AMOCO AMOCO AMOCO AMOCO AMOCO AMOCO SYNTH.IND SYNTH.IND SYNTH.IND SYNTH.IND SYNTH.IND SYNTH.IND SYNTH.IND FIBERT. F32M FIBERT. F4M FIBERT. F4M FIBERT. F45M FIBERT. F65M LINQ 125EX LINQ 14EX LINQ 16EX LINQ 25EX LINQ 15EX LINQ 225EX FIBERT. G FIBERT. F FIBERT. F FIBERT. F43S FIBERT. F FIBERT. F2B POLYF. TS POLYF. TS POLYF. TS POLYF. TS POLYF. TS TYPAR SF TYPAR SF TYPAR SF TYPAR SF TYPAR SF BON. TNW 8/ BON. TNW 12/ BON. TNW 25/ BON. TNW 3/

98 1 9 MIRAFI 14NC 8 Ποσοστό µικρότερων (%) BP WS DS,1,1 1 Μέγεθος πόρων (mm) 1 9 AMOCO 4546 Πο σοστό µικρότερων (% ) BP 1 WS DS,1,1 1 Μέγεθος πόρων (mm) 82

99 Σχήµα Τυπικές ποροµετρικές καµπύλες κατά ASTM D6767 (BP), EN ISO (WS) και ASTM D4751 (DS) SYNTHETIC IND311 8 Ποσοστό µικρότερων (%) BP WS DS,1,1 1 Μέγεθος πόρων (mm) 1 9 FIBERTEX F2B 8 Ποσοστό µικρότερων (%) BP WS DS,1,1 1 Μέγεθος πόρων (mm) 83

100 Σχήµα (Συνέχεια) LINQ 16EX 8 (%) µικρότερων Ποσοστό BP WS DS,1,1 1 Μέγεθος πόρων (mm) 1 9 FIBERTEX F32M 8 Ποσοστό µικρότερων (%) BP WS DS,1,1 1 Μέγεθος πόρων (mm) 84

101 Σχήµα (Συνέχεια) BONAR TNW8/8 8 (%) 7 Ποσοστό µικρότερων Σχήµα 6.1 BP WS DS,1,1 1 (Συνέχεια) Μέγεθος πόρων (mm) θεωρηθεί απλά ικανοποιητική σε ορισµένες περιπτώσεις. Συγκρίνοντας τις ποροµετρικές καµπύλες που προκύπτουν µε εφαρµογή των τριών διαφορετικών προτύπων, παρατηρείται ότι για οποιοδήποτε γεωύφασµα τα µεγέθη πόρων που προκύπτουν κατά EN ISO (WS) είναι µικρότερα από αυτά που προκύπτουν κατά ASTM D6767 (BP) και ASTM D4751 (DS). Επιπλέον, παρατηρείται ότι τα µεγαλύτερα µεγέθη πόρων προκύπτουν, γενικά, όταν εφαρµόζεται το πρότυπο ASTM D6767 (BP). Το γεγονός αυτό έρχεται σε αντίθεση µε πληροφορίες που υπάρχουν στην βιβλιογραφία και υποδεικνύει την αναγκαιότητα εισαγωγής ενός διορθωτικού συντελεστή στον υπολογισµό των µεγεθών πόρων κατά την επεξεργασία των αποτελεσµάτων δοκιµών κατά ASTM D6767 (BP). 6.2 Συσχέτιση µεγεθών πόρων µε φυσικές ιδιότητες Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάστηκαν τα αποτελέσµατα της συσχέτισης δύο βασικών φυσικών ιδιοτήτων των γεωυφασµάτων, της µάζας ανά µονάδα επιφάνειας και του πάχους. Από αυτά προέκυψε ότι τα δύο µεγέθη συσχετίζονται ικανοποιητικά. Για τον λόγο αυτό στην παράγραφο αυτή επιχειρείται η συσχέτιση των διαφόρων µεγεθών πόρων των γεωυφασµάτων µόνο µε το πάχος τους. Παρόµοια τακτική 85

102 ακολουθείται και σε αρκετές σχετικές δηµοσιεύσεις που συµπεριλαµβάνονται στη βιβλιογραφία. Τα αποτελέσµατα των συσχετίσεων για το σύνολο αλλά και ανά σειρά γεωυφασµάτων συνοψίζονται στους Πίνακες 6.2, 6.3 και 6.4 και απεικονίζονται γραφικά στα Σχήµατα 6.2, 6.3 και 6.4. Επιπλέον, διερευνήθηκε η δυνατότητα συσχέτισης µεγέθους πόρων και πάχους για δύο γενικές οµάδες γεωυφασµάτων που αναφέρονται στους παραπάνω Πίνακες ως βελονοδιάτρητα και θερµικά συγκολληµένα. Η επιλογή της ονοµασίας κάθε οµάδας οφείλεται στον τρόπο παραγωγής τους, εποµένως στα θερµικά συγκολληµένα γεωυφάσµατα συµπεριλαµβάνονται οι σειρές Typar και Bonar, ενώ όλες οι υπόλοιπες σειρές συµπεριλαµβάνονται στην οµάδα των βελονοδιάτρητων γεωυφασµάτων. Πρέπει ακόµα να σηµειωθεί ότι η σύγκριση του µεγέθους πόρων των γεωυφασµάτων µε το πάχος ήταν εφικτή µόνο για τις σειρές για τις οποίες ήταν διαθέσιµα τουλάχιστον τρία ζεύγη τιµών. Τα µεγέθη πόρων Ο 95, Ο 9 και Ο 5 που προέκυψαν µε εφαρµογή του προτύπου ASTM D6767 (BP) παρουσιάζουν κακή συσχέτιση µε το πάχος τόσο ανά σειρά όσο και για το σύνολο των γεωυφασµάτων, όπως φαίνεται και από τους αντίστοιχους συντελεστές συσχέτισης, R 2, στον Πίνακα 6.2 και στο Σχήµα 6.2. Εξαίρεση αποτελεί η σειρά των θερµικά συγκολληµένων γεωυφασµάτων Typar που δίνει πολύ υψηλούς συντελεστές συσχέτισης (πολύ κοντά στη µονάδα), παρόλο που στην σύγκριση των µεγεθών πόρων µε το πάχος για το σύνολο των γεωυφασµάτων χρειάστηκε να µην ληφθούν υπόψη στην επεξεργασία δύο γεωυφάσµατα της σειράς αυτής, τα οποία έδιναν ζεύγη τιµών που ήταν πολύ αποµακρυσµένα από τα υπόλοιπα. Η πολύ καλή συσχέτιση για τα γεωυφάσµατα της σειράς Typar, οφείλεται πιθανά στην οµοιοµορφία που επέρχεται σ αυτά λόγω της θερµικής επεξεργασίας τους. Από τον Πίνακα 6.3 και το Σχήµα 6.3 διαπιστώνεται ότι οι συντελεστές συσχέτισης, R 2, που προκύπτουν για την µέθοδο που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο EN ISO (WS) αν και είναι µεγαλύτεροι από τους αντίστοιχους της µεθόδου που ορίζει το πρότυπο ASTM D6767 (BP) εξακολουθούν να είναι αρκετά µικρότεροι της µονάδας και εποµένως να δίνουν κακές συσχετίσεις του µεγέθους πόρων µε το πάχος. Εξαίρεση για ακόµη µία φορά αποτελούν τα θερµικά συγκολληµένα γεωυφάσµατα της σειράς Typar. Τα γεωυφάσµατα Typar δίνουν συντελεστές συσχέτισης 1.,.98 και.98 για τα µεγέθη πόρων Ο 95, Ο 9 και Ο 5, αντίστοιχα. Πρέπει όµως να σηµειωθεί ότι ένα γεωύφασµα της σειράς αυτής δεν συµπεριλήφθηκε στην διαδικασία επεξεργασίας της συσχέτισης τόσο για το σύνολο των γεωυφασµάτων όσο και για τη σειρά Typar, διότι το ζεύγος τιµών που παρείχε ήταν εκτός της λογικής σειράς που έδειχναν τα υπόλοιπα γεωυφάσµατα. 86

103 Πίνακας 6.2 Αποτελέσµατα συσχετίσεων των µεγεθών πόρων που προέκυψαν από δοκιµές κατά ASTM D6767 (BP) µε το πάχος των γεωυφασµάτων Τύπος t=a*o 95, BP + B γεωυφάσµατος A B R 2 MIRAFI -,1 6,2 -,59 AMOCO -,1 5,38 -,38 SYNTHETIC -,4 1,74 -,17 FIBERTEX A -,8 5,88 -,11 LINQ -,1 6,75 -,46 FIBERTEX B -,3 1,51 POLYFELT -,7 4,19 -,39 TYPAR -,2 1,22 -,99 BONAR -,1 5,4 -,19 ΒΕΛΟΝΟ ΙΑΤΡΗΤΑ -,6 4,13 -,14 ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΗΜΕΝΑ -,1 4,55 -,37 ΣΥΝΟΛΟ -,6 3,99 -,15 Τύπος t=a*o 9, BP + B γεωυφάσµατος A B R 2 MIRAFI -,1 6,53 -,67 AMOCO -,1 5,71 -,37 SYNTHETIC -,1 6,78 -,62 FIBERTEX A -,1 6,12 -,14 LINQ -,1 5,22 -,29 FIBERTEX B -,5 2,72 -,11 POLYFELT -,9 4,69 -,25 TYPAR -,2 1,2 -,98 BONAR -,2 6,11 -,35 ΒΕΛΟΝΟ ΙΑΤΡΗΤΑ -,7 4,24 -,14 ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΗΜΕΝΑ -,1 4,56 -,37 ΣΥΝΟΛΟ -,7 4,12 -,14 Τύπος t=a*o 5, BP + B γεωυφάσµατος A B R 2 MIRAFI -,3 8,26 -,69 AMOCO -,7 14,71 -,76 SYNTHETIC -,4 1,74 -,17 FIBERTEX A -,3 8,41 -,25 LINQ -,7 3,47 -,3 FIBERTEX B -,3 5,9 -,57 POLYFELT -,3 2,45 -,1 TYPAR -,4 1,19 -,92 BONAR -,3 7,25 -,52 ΒΕΛΟΝΟ ΙΑΤΡΗΤΑ -,1 4,17 -,7 ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΗΜΕΝΑ -,1 3,44 -,9 ΣΥΝΟΛΟ -,9 3,69 -,5 87

104 5 4 t = -.6*O 95, BP R 2 = -.15 Πάχος, t (mm) Μέγεθος πόρων, Ο 95, BP (µm) 5 4 t = -.7*O 9, BP R 2 = -.14 Πάχος, t (mm) Μέγεθος πόρων, Ο 9, BP (µm) 5 4 t = -.9*O 5, BP R 2 = -.5 Πάχος, t (mm) Μέγεθος πόρων, Ο 5, BP (µm) Σχήµα 6.2 Σύγκριση των µεγεθών πόρων Ο 95, Ο 9 καιο 5 που προέκυψαν από δοκιµές κατά ASTM D6767 (BP) µε το πάχος για το σύνολο των γεωυφασµάτων 88

105 Πίνακας 6.3 Αποτελέσµατα συσχετίσεων των µεγεθών πόρων που προέκυψαν από τη δοκιµή κατά EN ISO (WS) µε το πάχος των γεωυφασµάτων Τύπος t=a*o 95, WS + B γεωυφάσµατος A B R 2 MIRAFI -,4 6,9 -,82 AMOCO -,3 5,54 -,53 SYNTHETIC -,4 7,27 -,18 FIBERTEX A -,5 7,7 -,74 LINQ -,5 8,15 -,59 FIBERTEX B -,1 2,82 -,48 POLYFELT -,3 6,43 -,85 TYPAR -,4 1,5-1 BONAR -,4 5,64 -,69 ΒΕΛΟΝΟ ΙΑΤΡΗΤΑ -,2 4,81 -,34 ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΗΜΕΝΑ -,3 3,83 -,51 ΣΥΝΟΛΟ -,2 4,21 -,26 Τύπος t=a*o 9, WS + B γεωυφάσµατος A B R 2 MIRAFI -,4 5,74 -,77 AMOCO -,3 4,78 -,42 SYNTHETIC -,3 5,88 -,19 FIBERTEX A -,7 9,23 -,81 LINQ -,7 9,51 -,29 FIBERTEX B -,2 3,1 -,73 POLYFELT -,3 6,13 -,9 TYPAR -,4 1,3 -,98 BONAR -,5 6,1 -,79 ΒΕΛΟΝΟ ΙΑΤΡΗΤΑ -,2 4,81 -,34 ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΗΜΕΝΑ -,3 3,83 -,74 ΣΥΝΟΛΟ -,2 4,15 -,23 Τύπος t=a*o 5, WS + B γεωυφάσµατος A B R 2 MIRAFI -,17 11,46 -,76 AMOCO -,7 5,76 -,22 SYNTHETIC -,5 4,81 -,2 FIBERTEX A -,21 13,61 -,34 LINQ -,6-1,6 -,3 FIBERTEX B -,6 3,89 -,32 POLYFELT -,12 9,6 -,64 TYPAR -,2 1,44 -,98 BONAR -,15 9,14 -,15 ΒΕΛΟΝΟ ΙΑΤΡΗΤΑ -,8 6,53 -,19 ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΗΜΕΝΑ -,1 6,46 -,55 ΣΥΝΟΛΟ -,7 5,67 -,16 89

106 6 5 t = -.2*O 95, WS R 2 = Πάχος, t (mm) Μέγεθος πόρων Ο 95, WS (µm) 6 5 t = -.2*O 9, WS R 2 = Πάχος, t (mm) Μέγεθος πόρων Ο 9, WS (µm) 6 5 t = -.7*O 5, WS R 2 = Πάχος, t (mm) Μέγεθος πόρων Ο 5, WS (µm) Σχήµα 6.3 Σύγκριση των µεγεθών πόρων Ο 95, Ο 9 καιο 5 που προέκυψαν από δοκιµές EN ISO (WS) µε το πάχος για το σύνολο των γεωυφασµάτων 9

107 Πίνακας 6.4 Αποτελέσµατα συσχετίσεων των µεγεθών πόρων που προέκυψαν από δοκιµές κατά ASTM D4751 (DS) µε το πάχος των γεωυφασµάτων Τύπος t=a*o 95, DS + B γεωυφάσµατος A B R 2 MIRAFI -,2 4,34 -,5 AMOCO -,2 4,86 -,85 SYNTHETIC -,4 7,16 -,66 FIBERTEX A LINQ -,1 3,85 -,3 FIBERTEX B -,4 2 -,6 POLYFELT -,2 4,94 -,88 TYPAR -,2,97 -,21 BONAR ΒΕΛΟΝΟ ΙΑΤΡΗΤΑ -,2 4,31 -,48 ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΗΜΕΝΑ -,9 2,45 -,74 ΣΥΝΟΛΟ -,1 3,91 -,4 Τύπος t=a*o 9, DS + B γεωυφάσµατος A B R 2 MIRAFI -,2 4,2 -,59 AMOCO -,2 4,67 -,77 SYNTHETIC -,5 8,2 -,74 FIBERTEX A LINQ -,6 2,89 -,3 FIBERTEX B -,4 1,86 -,2 POLYFELT -,2 5,12 -,79 TYPAR -,3 1,16 -,72 BONAR ΒΕΛΟΝΟ ΙΑΤΡΗΤΑ -,2 4,16 -,46 ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΗΜΕΝΑ -,1 2,31 -,64 ΣΥΝΟΛΟ -,1 3,81 -,4 Τύπος t=a*o 5, DS + B γεωυφάσµατος A B R 2 MIRAFI AMOCO -,3 4,75 -,83 SYNTHETIC -,2 3,66 -,9 FIBERTEX A LINQ -,3 5,21 -,96 FIBERTEX B -,2 3,41 -,36 POLYFELT -,4 7,46 -,88 TYPAR -,4,97 -,99 BONAR ΒΕΛΟΝΟ ΙΑΤΡΗΤΑ -,2 3,75 -,32 ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΗΜΕΝΑ -,7 1,62 -,25 ΣΥΝΟΛΟ -,1 3,2 -,2 91

108 5 4 t = -.1*O 95,DS R 2 = -.4 Πάχος, t (mm) Μέγεθος πόρων, Ο 95,DS (µm) 5 4 t = -.1*O 9,DS R 2 = -.4 Πάχος, t (mm) Μέγεθος πόρων, Ο 9,DS (µm) 5 4 t = -.1*O 5,DS R 2 = -.2 Πάχος, t (mm) Μέγεθος πόρων, Ο 5,DS (µm) Σχήµα 6.4 Σύγκριση των µεγεθών πόρων Ο 95, Ο 9 καιο 5 που προέκυψαν από δοκιµές ASTM D4751 (DS) µε το πάχος για το σύνολο των γεωυφασµάτων 92

109 Τέλος, τα µεγέθη πόρων που προέκυψαν µε εφαρµογή του προτύπου ASTM D4751 (DS), δεν συσχετίζονται ικανοποιητικά µε το πάχος, όπως φαίνεται από τους συντελεστές συσχέτισης που περιλαµβάνονται στον Πίνακα 6.4 και στο Σχήµα 6.4. Αξίζει να σηµειωθεί ότι στην περίπτωση αυτή ακόµη και η σειρά των θερµικά συγκολληµένων γεωυφασµάτων Typar δεν δίνει καλύτερα αποτελέσµατα από τις υπόλοιπες. Το σύνολο των παραπάνω παρατηρήσεων υποδεικνύει ότι δεν φαίνεται να υπάρχει δυνατότητα διατύπωσης γενικευµένων γραµµικών συσχετίσεων µεταξύ των µεγεθών πόρων Ο 95, Ο 9 και Ο 5, που προκύπτουν µε εφαρµογή των µεθόδων κατά ASTM D6767 (BP), EN ISO (WS) και ASTM D4751 (DS) µε το πάχος των γεωυφασµάτων. 6.3 Συσχέτιση εργαστηριακών αποτελεσµάτων µε τιµές κατασκευαστών Οι κατασκευαστές των γεωυφασµάτων δίνουν τιµές για ένα µέγεθος πόρων των προϊόντων τους που είναι είτε το Ο 9 και έχει προκύψει µε τη µέθοδο υγρού κοσκινίσµατος (WS), σύµφωνα µε το πρότυπο EN ISO ή το Ο 95 και έχει προκύψει µε τη µέθοδο ξηρού κοσκινίσµατος (DS) σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D4751. Εποµένως, η σύγκριση µε τις τιµές µεγέθους πόρων των κατασκευαστών έχει νόηµα να πραγµατοποιηθεί µόνο µε τα αντίστοιχα µεγέθη που προσδιορίστηκαν εργαστηριακά. Το µέγεθος πόρων Ο 9 που προσδιορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο EN ISO (WS) δίνεται από τους κατασκευαστές για 25 γεωυφάσµατα και η σύγκρισή του µε την αντίστοιχη εργαστηριακή τιµή φαίνεται στο Σχήµα 6.5. Παρατηρείται ότι η συσχέτιση είναι αρκετά ικανοποιητική (συντελεστής συσχέτισης, R 2 =,82) και ότι στην πλειοψηφία τους οι τιµές που προσδιορίστηκαν εργαστηριακά είναι µεγαλύτερες από αυτές που δηλώνουν οι κατασκευαστές για τα προϊόντα τους στον πίνακα ιδιοτήτων τους. Οι διαφορές αυτές µπορούν να αποδοθούν σε µεγάλο βαθµό, στη χρήση γυάλινων σφαιριδίων αντί "πρότυπου εδάφους" για την εκτέλεση των εργαστηριακών δοκιµών. Τα γυάλινα σφαιρίδια αποτελούνται από κόκκους µε σφαιρική µορφή, γεγονός που πιθανόν να διευκολύνει την κίνηση τους µέσω των κενών του γεωυφάσµατος σε αντίθεση µε τους εδαφικούς κόκκους οι οποίοι έχουν πιο γωνιώδες σχήµα µε αποτέλεσµα περισσότεροι κόκκοι να εγκλωβίζονται στο γεωύφασµα κατά τη διάρκεια του κοσκινίσµατος. Για τα υπόλοιπα 27 γεωυφάσµατα που ελέγχθηκαν εργαστηριακά οι κατασκευαστές τους δηλώνουν τιµές για το µέγεθος πόρων Ο 95, το οποίο έχει 93

110 35 3 O 9, WS = 1.13*O 9, prod R 2 =.82 Μέγεθος πόρων, O 9, WS (µm) O 9, WS = O 9, prod Μέγεθος πόρων, O 9, prod (µm) Σχήµα 6.5 Σύγκριση εργαστηριακών αποτελεσµάτων και τιµών κατασκευαστών για το µέγεθος πόρων Ο 9 των γεωυφασµάτων που προέκυψε µε εφαρµογή του προτύπου EN ISO (WS) προσδιοριστεί µε εφαρµογή της µεθόδου ξηρού κοσκινίσµατος (DS) σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D4571. Ο εργαστηριακός προσδιορισµός του µεγέθους αυτού ήταν εφικτός για 19 από τα παραπάνω γεωυφάσµατα. Η σύγκριση των µεγεθών πόρων O 95 που προτείνουν οι κατασκευαστές µε τις αντίστοιχες που προσδιορίστηκαν εργαστηριακά για τα 19 αυτά γεωυφάσµατα φαίνεται στο Σχήµα 6.6. Από αυτό διαπιστώνεται ότι τα συγκρινόµενα µεγέθη δεν συσχετίζονται ικανοποιητικά. Όµως, η συσχέτιση είναι δυνατόν να βελτιωθεί, εάν τα αποτελέσµατα των εργαστηριακών δοκιµών ερµηνευτούν σύµφωνα µε την πρόβλεψη του προτύπου ASTM D6767 ώστε να αποδίδεται στο µέγεθος πόρων τιµή ίση µε το αµέσως µεγαλύτερο άνοιγµα πρότυπου κοσκίνου. Τότε, για 1 από τα 19 γεωυφάσµατα παρατηρείται απόλυτη ταύτιση των τιµών των µεγεθών πόρων O 95 που δηλώνουν οι κατασκευαστές µε τις αντίστοιχες που προσδιορίστηκαν εργαστηριακά. Για 2 γεωυφάσµατα τα εργαστηριακά προσδιοριζόµενα µεγέθη είναι µεγαλύτερα από αυτά που δηλώνουν οι κατασκευαστές, ενώ για τα υπόλοιπα 7 είναι µικρότερα. 94

111 Μέγεθος πόρων, O 95, DS (µm) O 95, DS =.32*O 95, prod R 2 =.22 O 95, DS = O 95, prod Μέγεθος πόρων, O 95, prod (µm) Σχήµα 6.6 Σύγκριση εργαστηριακών αποτελεσµάτων και τιµών κατασκευαστών για το µέγεθος πόρων Ο 95 των γεωυφασµάτων που προέκυψε µε εφαρµογή του προτύπου ASTM D4751 (DS) 6.4 Συσχέτιση εργαστηριακών αποτελεσµάτων µε θεωρητική πρόβλεψη µεγέθους πόρων Σε αυτή την παράγραφο επιχειρείται η συσχέτιση των µεγεθών πόρων, που προέκυψαν εργαστηριακά από τις τρεις δοκιµές BP, WS και DS σύµφωνα µε τα αντίστοιχα πρότυπα ASTM D6767, EN ISO και ASTM D4751, µε την θεωρητική πρόβλεψη για το µέγεθος πόρων των γεωυφασµάτων κατά Giroud, O F. Η σύγκριση που για κάθε µία δοκιµή φαίνεται σε ένα από τα τρία διαγράµµατα του Σχήµατος 6.7 πραγµατοποιείται για το µεγαλύτερο εργαστηριακά προσδιοριζόµενο µέγεθος πόρου, Ο 95. Αυτό συµβαίνει επειδή το O F αντιστοιχεί στη διάµετρο του µεγαλύτερου κόκκου που µπορεί να περάσει µέσα από ένα δοκίµιο γεωυφάσµατος (Giroud, 1996), δηλαδή στον απόλυτα µεγαλύτερο πόρο του γεωυφάσµατος και τυπικά ισοδυναµεί µε το Ο 1. Παρατηρείται ότι οι τιµές που προκύπτουν από την θεωρητική πρόβλεψη κατά Giroud είναι συστηµατικά µικρότερες από αυτές των εργαστηριακών µεθόδων. Η απόκλιση των τιµών είναι αναµενόµενη αφού οι εργαστηριακές µέθοδοι δίνουν, όπως είναι φυσικό, µια προσέγγιση της θεωρητικής τιµής του µεγέθους πόρων, O F. Αυτό συµβαίνει κατά κύριο λόγο επειδή η θεωρητική πρόβλεψη προσδιορίζει την διάµετρο της απόλυτα µικρότερης στένωσης που περιέχεται σε έναν πόρο, 95

112 Μέγεθος πόρων, Ο F, GIROUD (µm) Ο F, GIROUD =.24*Ο 95, BP R 2 =.37 Ο F, GIROUD = Ο 95, BP Μέγεθος πόρων, Ο 95, BP (µm) 2 Ο F, GIROUD =.68*Ο 95, WS R 2 =.5 Μέγεθος πόρων, Ο F, GIROUD (µm) Ο F, GIROUD = Ο 95, WS Μέγεθος πόρων, Ο 95, WS (µm) Μέγεθος πόρων, Ο F, GIROUD (µm) Ο F, GIROUD = -.11*Ο 95, DS R 2 = -.8 Ο F, GIROUD = Ο 95, DS Μέγεθος πόρων, Ο 95, DS (µm) Σχήµα 6.7 Σύγκριση εργαστηριακών αποτελεσµάτων για το µέγεθος πόρων Ο 95 που προκύπτουν µε εφαρµογή των προτύπων ASTM D6767, EN ISO και ASTM D4751 µε την θεωρητική πρόβλεψη (κατά Giroud, 1996) για το σύνολο των γεωυφασµάτων 96

113 µέγεθος το οποίο δεν µπορεί να προσδιοριστεί µε ακρίβεια στην πράξη, ακόµη πιθανά να οφείλεται στις διαφορετικές παραδοχές και υποθέσεις που περιλαµβάνονται στα πρότυπα των τριών εργαστηριακών δοκιµών. Παρόλα αυτά από τα διαγράµµατα του Σχήµατος 6.7 διαπιστώνεται ότι οι πειραµατικές τιµές των µεγεθών πόρων Ο 95 που προκύπτουν εργαστηριακά µε εφαρµογή του προτύπου EN ISO (WS), αν και είναι συστηµατικά µεγαλύτερες, προσεγγίζουν ικανοποιητικά τα θεωρητικά µεγέθη πόρων, O F, γεγονός που επιβεβαιώνεται και από τον Giroud (1996). Οι διαφορές µεταξύ τους οφείλονται πιθανά στο γεγονός ότι κατά την εκτέλεση των δοκιµών στο εργαστήριο χρησιµοποιήθηκαν γυάλινα σφαιρίδια αντί εδάφους, τα οποία έχουν σαν αποτέλεσµα τον προσδιορισµό µεγαλύτερων µεγεθών πόρων. Τέλος, η καλή συσχέτιση των θεωρητικών µεγεθών O F µε τα µεγέθη πόρων Ο 9 που προκύπτουν µε εφαρµογή του προτύπου EN ISO (WS) επιβεβαιώνεται όπως φαίνεται στο Σχήµα 6.8 και για τις τιµές του Ο 9 που δηλώνουν οι κατασκευαστές των γεωυφασµάτων για τα προϊόντα τους. Μέγεθος πόρων, Ο F, GIROUD (µm) Σχήµα Ο F, GIROUD =.7*Ο 9, prod R 2 =.77 Ο F, GIROUD = Ο 9, prod Μέγεθος πόρων, Ο 9, prod (µm) Σύγκριση τιµών κατασκευαστών για το µέγεθος πόρων Ο 9 που προκύπτουν µε εφαρµογή του προτύπου EN ISO µε την θεωρητική πρόβλεψη κατά Giroud (1996) 6.5 Σύγκριση αποτελεσµάτων προτύπων Ιδιαίτερο ενδιαφέρον στο πλαίσιο αυτής της εργαστηριακής διερεύνησης παρουσιάζει η σύγκριση µεταξύ αποτελεσµάτων που προκύπτουν από την εφαρµογή των τριών προτύπων ASTM D6767, EN ISO και ASTM D

114 τόσο ως προς τη γενική µορφή των ποροµετρικών καµπυλών όσο και ως προς συγκεκριµένες τιµές µεγέθους κενών (Ο 95, Ο 9 και Ο 5 ) για κάθε γεωύφασµα. Οι συσχετίσεις µεταξύ αντίστοιχων µεγεθών πόρων (π.χ. Ο 95 που προκύπτει από δοκιµές κατά ASTM D6767 και EN ISO 12956) ήταν δυνατό να γίνουν µόνο για αυτές τις σειρές γεωυφασµάτων για κάθε µία από τις οποίες ήταν διαθέσιµα τουλάχιστον τρία ζεύγη τιµών.για κάθε συνδυασµό προτύπων µεθόδων (WS - BP, DS BP και DS WS) πραγµατοποιήθηκε η σύγκριση µεταξύ των αντίστοιχων µεγεθών πόρων για το σύνολο των γεωυφασµάτων, για τα βελονοδιάτρητα γεωυφάσµατα, για τα θερµικά συγκολληµένα γεωυφάσµατα αλλά και ανά σειρά γεωυφασµάτων. Ακολούθως, προσδιορίστηκε για κάθε συνδυασµό προτύπων µεθόδων ο λόγος των αντίστοιχων µεγεθών πόρων για κάθε γεωύφασµα και υπολογίστηκε το ποσοστό εµφάνισης (%) του λόγου αυτού σε προκαθορισµένα διαστήµατα τιµών. Σηµειώνεται ότι οι βέλτιστες γραµµικές συσχετίσεις που προέκυψαν σε κάθε περίπτωση ήταν της µορφής y = A x + B. Για λόγους συγκρίσεων αλλά και ορθότερης προσέγγισης της πραγµατικότητας, υπολογίστηκαν και συσχετίσεις της µορφής y = A x τα αποτελέσµατα των οποίων δίνονται στους επόµενους Πίνακες και Σχήµατα αυτού του Κεφαλαίου. Στον Πίνακα 6.5 συνοψίζονται τα αποτελέσµατα της γραµµικής συσχέτισης µεταξύ των αντίστοιχων µεγεθών πόρων Ο 95, Ο 9 και Ο 5 που προέκυψαν σύµφωνα µε τα πρότυπα ASTM D6767 (BP) και EN ISO (WS) για τις διάφορες σειρές γεωυφασµάτων καθώς και για οµαδοποιήσεις τους. Από τους συντελεστές συσχέτισης που περιλαµβάνονται στον Πίνακα 6.5 προκύπτει ότι η συσχέτιση µεταξύ των µεγεθών πόρων των δύο µεθόδων δεν είναι καλή, µε εξαίρεση τη σειρά των θερµικά συγκολληµένων γεωυφασµάτων Typar. Στο Σχήµα 6.9 παρουσιάζονται σε γραφική µορφή τα αποτελέσµατα για το σύνολο των γεωυφασµάτων. ιαπιστώνεται ότι οι τιµές των µεγεθών πόρων που προσδιορίζονται µε τη µέθοδο που ορίζεται από το πρότυπο ASTM D6767 (BP) είναι συστηµατικά µεγαλύτερες από τις αντίστοιχες της µεθόδου που ορίζεται µε το πρότυπο EN ISO (WS). Το γεγονός αυτό έρχεται σε αντίθεση µε πληροφορίες που καταγράφονται στη βιβλιογραφία όπου φαίνεται ότι τα µεγέθη πόρων που προσδιορίζονται µε εφαρµογή του προτύπου ASTM D6767 (BP) είναι όµοια µε τα αντίστοιχα που προσδιορίζονται µε εφαρµογή του προτύπου EN ISO (WS). Επιβεβαιώνονται έτσι οι παρατηρήσεις που έγιναν στο Κεφάλαιο 3 σχετικά µε την ανάγκη εισαγωγής ενός διορθωτικού συντελεστή στην εξίσωση προσδιορισµού του µεγέθους πόρων των γεωυφασµάτων που ορίζεται από το πρότυπο ASTM D6767 (BP). 98

115 Πίνακας 6.5 Αποτελέσµατα συσχετίσεων των µεγεθών πόρων που προέκυψαν εργαστηριακά µε εφαρµογή των προτύπων EN ISO (WS) και ASTM D6767 (BP) Τύπος O 95, WS =A*O 95, BP γεωυφάσµατος A R 2 MIRAFI,31,5 AMOCO,35,74 SYNTHETIC,32,8 FIBERTEX A,3,32 LINQ,36,92 FIBERTEX B,35,14 POLYFELT,4,22 TYPAR,38 1, BONAR,32,86 ΒΕΛΟΝΟ ΙΑΤΡΗΤΑ,33,46 ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΗΜΕΝΑ,34,96 ΣΥΝΟΛΟ,34,51 Τύπος O 9, WS =A*O 9, BP γεωυφάσµατος A R 2 MIRAFI,31,58 AMOCO,33,55 SYNTHETIC,32,25 FIBERTEX A,31,1 LINQ,35,51 FIBERTEX B,35,14 POLYFELT,39,21 TYPAR,37,94 BONAR,32,77 ΒΕΛΟΝΟ ΙΑΤΡΗΤΑ,33,44 ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΗΜΕΝΑ,35,92 ΣΥΝΟΛΟ,33,55 Τύπος O 5, WS =A*O 5, BP γεωυφάσµατος A R 2 MIRAFI,3,44 AMOCO,3,54 SYNTHETIC,3,2 FIBERTEX A,28,9 LINQ,31,18 FIBERTEX B,33,57 POLYFELT,28,4 TYPAR,37,81 BONAR,32,78 ΒΕΛΟΝΟ ΙΑΤΡΗΤΑ,3,37 ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΗΜΕΝΑ,34,62 ΣΥΝΟΛΟ,3,46 99

116 4 35 Ο 95, WS =.34*Ο 95, BP Ο 95, WS =.3*Ο 95, BP Μέγεθος πόρων, Ο 95, WS (µm) R 2 =.51 Ο 95, WS = Ο 95, BP Μέγεθος πόρων, Ο 95, BP (µm) 4 Ο 9, WS =.33*Ο 9, BP 35 Ο 9, WS =.3*Ο 9, BP Μέγεθος πόρων, Ο 9, WS (µm) R 2 =.55 Ο 9, WS = Ο 9, BP Μέγεθος πόρων, Ο 9, BP (µm) 2 Ο 5, WS =.3*Ο 5, BP Ο 5, WS =.15*Ο 5, BP Μέγεθος πόρων, Ο 5, WS (µm) R 2 =.46 Ο 5, WS = Ο 5, BP Μέγεθος πόρων, Ο 5, BP (µm) Σχήµα 6.9 Σύγκριση των µεγεθών πόρων που προέκυψαν εργαστηριακά µε εφαρµογή των προτύπων EN ISO (WS) και ASTM D6767 (BP) για το σύνολο των γεωυφασµάτων 1

117 Λεπτοµερέστερη παρατήρηση των αποτελεσµάτων της συσχέτισης των αντίστοιχων µεγεθών πόρων που προέκυψαν εργαστηριακά µε εφαρµογή των προτύπων EN ISO (WS) και ASTM D6767 (BP) υποδεικνύει για τους λόγους των αντίστοιχων µεγεθών τα ακόλουθα: 1. Όταν η συσχέτιση πραγµατοποιείται ανά σειρά γεωυφασµάτων οι λόγοι παίρνουν τιµές που κυµαίνονται µεταξύ:,3,4 για τα µεγέθη Ο 95,31,39 για τα µεγέθη Ο 9,28,37 για τα µεγέθη Ο 5 2. Όταν η συσχέτιση πραγµατοποιείται για το σύνολο των γεωυφασµάτων ο λόγος έχει τιµή ίση µε:,34 για τα µεγέθη Ο 95,33 για τα µεγέθη Ο 9,3 για τα µεγέθη Ο 5 Από τα παραπάνω συµπεραίνεται ότι η τιµή του λόγου των αντίστοιχων µεγεθών που προκύπτουν εργαστηριακά κατά EN ISO (WS) και ASTM D6767 (BP) εµφανίζει περίπου το ίδιο εύρος διακύµανσης για όλα τα µεγέθη όταν η σύγκριση γίνεται ανά σειρά γεωυφασµάτων. Επίσης η τιµή του λόγου αυτού που προκύπτει από τη σύγκριση του συνόλου των γεωυφασµάτων αντιστοιχεί περίπου στο µέσο του εύρους των τιµών όταν η θεώρηση γίνεται ανά σειρά. Στον Πίνακα 6.6 και στο Σχήµα 6.1 παρουσιάζονται τα ποσοστά εµφάνισης σε προκαθορισµένα διαστήµατα του λόγου των αντίστοιχων µεγεθών πόρων που προσδιορίζονται κατά EN ISO (WS) και ASTM D6767 (BP). ιαπιστώνεται ότι η πιο πιθανή τιµή του λόγου βρίσκεται µεταξύ,3 και,35. Η παρατήρηση αυτή έρχεται σε συµφωνία µε τις προηγούµενες παρατηρήσεις. Πίνακας 6.6 Λόγοι µεγεθών πόρων που προκύπτουν µε εφαρµογή των προτύπων EN ISO (WS) και ASTM D6767 (BP) Ποσοστό εµφάνισης (%) Αναλογία Λόγος Ο 95, WS /O 95, BP Ο 9, WS /O 9, BP Ο 5, WS /O 5, BP,2-, ,25-, ,3-, ,35-, ,4-, ,45-,

118 5 45 Ποσοστό εµφάνισης (%) ,2-,25,25-,3,3-,35,35-,4,4-,45,45-,5 O 95, WS / O 95, BP 5 45 Ποσοστό εµφάνισης (%) ,2-,25,25-,3,3-,35,35-,4,4-,45,45-,5 O 9, WS / O 9, BP Ποσοστό εµφάνισης (%) ,2-,25,25-,3,3-,35,35-,4,4-,45 O 5, WS / O 5, BP Σχήµα 6.1 Ιστογράµµατα ποσοστών εµφάνισης των λόγων των τιµών αντίστοιχων µεγεθών πόρων που προκύπτουν µε εφαρµογή των προτύπων EN ISO (WS) και ASTM D6767 (BP) 12

119 Στον Πίνακα 6.7 συνοψίζονται τα αποτελέσµατα της γραµµικής συσχέτισης µεταξύ των αντίστοιχων µεγεθών πόρων Ο 95, Ο 9 και Ο 5 που προέκυψαν σύµφωνα µε τα πρότυπα ASTM D6767 (BP) και ASTM D4751 (DS) για τις διάφορες σειρές γεωυφασµάτων καθώς και για οµαδοποιήσεις τους. Από τους συντελεστές συσχέτισης που περιλαµβάνονται στον Πίνακα 6.7 προκύπτει ότι η συσχέτιση µεταξύ των µεγεθών πόρων των δύο µεθόδων δεν είναι γενικά καλή. Στο Σχήµα 6.11 παρουσιάζονται σε γραφική µορφή τα αποτελέσµατα για το σύνολο των γεωυφασµάτων. ιαπιστώνεται ότι οι τιµές των µεγεθών πόρων που προσδιορίζονται µε τη µέθοδο που ορίζεται από το πρότυπο ASTM D6767 (BP) είναι συστηµατικά µεγαλύτερες από τις αντίστοιχες της µεθόδου που ορίζεται µε το πρότυπο ASTM D4751 (DS). Το γεγονός αυτό έρχεται σε αντίθεση µε πληροφορίες που καταγράφονται στη βιβλιογραφία σύµφωνα µε τις οποίες τα µεγέθη πόρων που προσδιορίζονται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 (BP) είναι γενικά µικρότερα από τα αντίστοιχα που προσδιορίζονται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D4751 (DS). Το γεγονός αυτό υποδεικνύει για ακόµη µία φορά την ανάγκη διόρθωσης των εργαστηριακών τιµών που προέκυψαν κατά ASTM D6767 (BP). Λεπτοµερέστερη παρατήρηση των αποτελεσµάτων της συσχέτισης των αντίστοιχων µεγεθών πόρων που προέκυψαν εργαστηριακά µε εφαρµογή των προτύπων ASTM D4751 (DS) και ASTM D6767 (BP) υποδεικνύει για τους λόγους των αντίστοιχων µεγεθών τα ακόλουθα: 1. Όταν η συσχέτιση πραγµατοποιείται ανά σειρά γεωυφασµάτων οι λόγοι παίρνουν τιµές που κυµαίνονται µεταξύ:,38,56 για τα µεγέθη Ο 95,38,56 για τα µεγέθη Ο 9,55,69 για τα µεγέθη Ο 5 2. Όταν η συσχέτιση πραγµατοποιείται για το σύνολο των γεωυφασµάτων ο λόγος έχει τιµή ίση µε:,45 για τα µεγέθη Ο 95,45 για τα µεγέθη Ο 9,61 για τα µεγέθη Ο 5 Από τα παραπάνω συµπεραίνεται ότι οι λόγοι των αντίστοιχων µεγεθών που προκύπτουν εργαστηριακά κατά ASTM D4751 (DS) και ASTM D6767 (BP) είναι µεγαλύτεροι από τους λόγους των αντίστοιχων µεγεθών που προέκυψαν κατά τη σύγκριση των αποτελεσµάτων των προτύπων EN ISO (WS) και ASTM D6767 (BP). Το γεγονός αυτό ήταν αναµενόµενο εφόσον γενικά τα αποτελέσµατα των εργαστηριακών δοκιµών έδειξαν ότι τα µεγέθη πόρων που προσδιορίστηκαν σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D4751 (DS) ήταν µεγαλύτερα από αυτά που 13

120 Πίνακας 6.7 Αποτελέσµατα συσχετίσεων των µεγεθών πόρων που προέκυψαν εργαστηριακά µε εφαρµογή των προτύπων ASTM D4751(DS) και ASTM D6767 (BP) Τύπος O 95, DS =A*O 95, BP γεωυφάσµατος A R 2 MIRAFI,39,16 AMOCO,48,16 SYNTHETIC,38,5 FIBERTEX A - - LINQ,45,55 FIBERTEX B,55,9 POLYFELT,45,12 TYPAR,56,69 BONAR - - ΒΕΛΟΝΟ ΙΑΤΡΗΤΑ,44,3 ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΗΜΕΝΑ,45,69 ΣΥΝΟΛΟ,45,17 Τύπος O 9, DS =A*O 9, BP γεωυφάσµατος A R 2 MIRAFI,39,1 AMOCO,49,8 SYNTHETIC,38,51 FIBERTEX A - - LINQ,46,68 FIBERTEX B,56,83 POLYFELT,52,11 TYPAR,55,82 BONAR - - ΒΕΛΟΝΟ ΙΑΤΡΗΤΑ,45,2 ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΗΜΕΝΑ,52,8 ΣΥΝΟΛΟ,45,18 Τύπος O 5, DS =A*O 5, BP γεωυφάσµατος A R 2 MIRAFI - - AMOCO,61,46 SYNTHETIC,56,17 FIBERTEX A - - LINQ,55,75 FIBERTEX B,68,4 POLYFELT,62,4 TYPAR,69,88 BONAR - - ΒΕΛΟΝΟ ΙΑΤΡΗΤΑ,61,18 ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΗΜΕΝΑ,64,77 ΣΥΝΟΛΟ,61,44 14

121 4 Ο 95, DS =.45*Ο 95, BP 35 Ο 95, DS =.23*Ο 95, BP + 29,19 Μέγεθος πόρων, Ο 95, DS (µm) R 2 =.17 Ο 95, DS = Ο 95, BP Μέγεθος πόρων, Ο 95, BP (µm) 4 Ο 9, DS =.45 *Ο 9, BP 35 Ο 9, DS =.24*Ο 9, BP Μέγεθος πόρων, Ο 9, DS (µm) R 2 =.18 Ο 9, DS = Ο 9, BP Μέγεθος πόρων, Ο 9, BP (µm) 25 Ο 5, DS =.61*Ο 5, BP Ο 5, DS =.57*Ο 5, BP Μέγεθος πόρων, Ο 5, DS (µm) R 2 =.44 Ο 5, DS = Ο 5, BP Μέγεθος πόρων, Ο 5, BP (µm) Σχήµα 6.11 Σύγκριση των µεγεθών πόρων που προέκυψαν εργαστηριακά µε εφαρµογή των προτύπων ASTM D4751 (DS) και ASTM D6767 (BP) για το σύνολο των γεωυφασµάτων 15

122 προσδιορίστηκαν σύµφωνα µε το πρότυπο EN ISO (WS) και µικρότερα από αυτά που προσδιορίστηκαν σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 (BP). Επιπρόσθετα, οι λόγοι των αντίστοιχων µεγεθών που προέκυψαν κατά ASTM D4751 (DS) και ASTM D6767 (BP) εµφανίζουν σχετικά µεγάλη διασπορά. Η διασπορά είναι µεγαλύτερη για τους λόγους των µεγεθών Ο 5 που προσδιορίστηκαν µε τα δύο πρότυπα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι δοκιµές που πραγµατοποιούνται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D4751 είναι ικανές να προσδιορίσουν τον σχεδόν µεγαλύτερο πόρο (Ο 95 ) των γεωυφασµάτων και όχι την πλήρη ποροµετρία του. Τα µεγέθη πόρων Ο 5 προκύπτουν µε επέκταση της διαδικασίας που περιγράφεται στο πρότυπο ASTM D4751 και κατά συνέπεια µε µικρότερη ακρίβεια. Στον Πίνακα 6.8 και στο Σχήµα 6.12 παρουσιάζονται τα ποσοστά εµφάνισης σε προκαθορισµένα διαστήµατα του λόγου των αντίστοιχων µεγεθών πόρων που προσδιορίζονται κατά ASTM D4751 (DS) και ASTM D6767 (BP). Από αυτά επιβεβαιώνεται ότι για τα µεγέθη Ο 95 και Ο 9 η πιο πιθανή τιµή του λόγου βρίσκεται µεταξύ,45 και,5. Ενώ από το Σχήµα 6.12 φαίνεται καθαρά η µεγάλη διασπορά των τιµών του λόγου για τα µεγέθη Ο 5. Πίνακας 6.8 Λόγοι µεγεθών πόρων που προκύπτουν µε εφαρµογή των προτύπων ASTM D4751 (DS) και ASTM D6767 (BP) Ποσοστό εµφάνισης (%) Λόγος Αναλογία Ο 95, DS /O 95, BP Ο 9, DS /O 9, BP Ο 5, DS /O 5, BP,25-, ,3-, ,35-, ,4-, ,45-, ,5-, ,55-, ,6-, ,65-, ,7-,75-7,75-,8 6-7,8-,

123 Ποσοστό εµφάνισης (%) ,25-,3,3-,35,35-,4,4-,45,45-,5,5-,55,55-,6,6-,65,65-,7,7-,75,75-,8 O 95, DS / O 95, BP 5 45 Ποσοστό εµφάνισης (%) ,25-,3,3-,35,35-,4,4-,45,45-,5,5-,55,55-,6,6-,65,65-,7 O 9, DS / O 9, BP Ποσοστό εµφάνισης (%) ,4-,45,45-,5,5-,55,55-,6,6-,65,65-,7,7-,75,75-,8,8-,85 O 5, DS / O 5, BP Σχήµα 6.12 Ιστογράµµατα ποσοστών εµφάνισης των λόγων των τιµών αντίστοιχων µεγεθών πόρων που προκύπτουν µε εφαρµογή των προτύπων ASTM D4751 (DS) και ASTM D6767 (BP) 17

124 Τέλος, στον Πίνακα 6.9 συνοψίζονται τα αποτελέσµατα της γραµµικής συσχέτισης µεταξύ των αντίστοιχων µεγεθών πόρων Ο 95, Ο 9 και Ο 5 που προέκυψαν σύµφωνα µε τα πρότυπα ASTM D6767 (BP) και EN ISO (WS) για τις διάφορες σειρές γεωυφασµάτων καθώς και για οµαδοποιήσεις τους. Από τους συντελεστές συσχέτισης που περιλαµβάνονται στον Πίνακα 6.9 προκύπτει ότι η συσχέτιση µεταξύ των µεγεθών πόρων των δύο µεθόδων δεν είναι γενικά καλή. Στο Σχήµα 6.13 παρουσιάζονται σε γραφική µορφή τα αποτελέσµατα για το σύνολο των γεωυφασµάτων. ιαπιστώνεται ότι οι τιµές των µεγεθών πόρων που προσδιορίζονται µε τη µέθοδο που ορίζεται από το πρότυπο ASTM D4751 (DS) είναι συστηµατικά µεγαλύτερες από τις αντίστοιχες της µεθόδου που ορίζεται µε το πρότυπο EN ISO (WS). Το γεγονός αυτό συµφωνεί µε το σύνολο των βιβλιογραφικών αναφορών. Εξαίρεση αποτελεί το µέγεθος πόρων Ο 9 ενός γεωυφάσµατος της σειράς των βελονοδιάτρητων γεωυφασµάτων Fibertex A που προκύπτει µεγαλύτερο για τη µέθοδο που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο EN ISO (WS). Η παρέκκλιση αυτή µπορεί πιθανά να αποδοθεί σε πειραµατικό σφάλµα. Λεπτοµερέστερη παρατήρηση των αποτελεσµάτων της συσχέτισης των αντίστοιχων µεγεθών πόρων που προέκυψαν εργαστηριακά µε εφαρµογή των προτύπων ASTM D4751 (DS) και EN ISO (WS) υποδεικνύει για τους λόγους των αντίστοιχων µεγεθών τα ακόλουθα: 1. Όταν η συσχέτιση πραγµατοποιείται ανά σειρά γεωυφασµάτων οι λόγοι παίρνουν τιµές που κυµαίνονται µεταξύ:,53 1,49 για τα µεγέθη Ο 95,53 1,49 για τα µεγέθη Ο 9,61 2,3 για τα µεγέθη Ο 5 2. Όταν η συσχέτιση πραγµατοποιείται για το σύνολο των γεωυφασµάτων ο λόγος έχει τιµή ίση µε:,64 για τα µεγέθη Ο 95,64 για τα µεγέθη Ο 9,61 για τα µεγέθη Ο 5 Από τα παραπάνω συµπεραίνεται ότι οι τιµές των λόγων των αντίστοιχων µεγεθών που προκύπτουν εργαστηριακά κατά ASTM D4751 (DS) και EN ISO (WS) έχουν σηµαντικό εύρος διακύµανσης. Στον Πίνακα 6.1 και στο Σχήµα 6.14 παρουσιάζονται τα ποσοστά εµφάνισης σε προκαθορισµένα διαστήµατα του λόγου των αντίστοιχων µεγεθών πόρων που προσδιορίζονται κατά ASTM D4751 (DS) και EN ISO (WS). Από αυτά επιβεβαιώνεται ότι δεν υπάρχει ουσιώδης συγκέντρωση τιµών σε κάποιο διάστηµα ή σε µικρό αριθµό γειτονικών διαστηµάτων. 18

125 Πίνακας 6.9 Αποτελέσµατα συσχετίσεων των µεγεθών πόρων που προέκυψαν εργαστηριακά µε εφαρµογή των προτύπων ASTM D4751 (DS) και EN ISO (WS) Τύπος O 95, DS =A*O 95, WS γεωυφάσµατος A R 2 MIRAFI,55,16 AMOCO,67,16 SYNTHETIC,53,5 FIBERTEX A - - LINQ,63,55 FIBERTEX B,77,9 POLYFELT,73,12 TYPAR,85,61 BONAR - - ΒΕΛΟΝΟ ΙΑΤΡΗΤΑ 1,27,51 ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΗΜΕΝΑ 1,49,46 ΣΥΝΟΛΟ,64,17 Τύπος O 9, DS =A*O 9, WS γεωυφάσµατος A R 2 MIRAFI,55,1 AMOCO,68,8 SYNTHETIC,53,51 FIBERTEX A - - LINQ,64,68 FIBERTEX B,78,83 POLYFELT,33,11 TYPAR,76,82 BONAR - - ΒΕΛΟΝΟ ΙΑΤΡΗΤΑ 1,31,41 ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΗΜΕΝΑ 1,47,73 ΣΥΝΟΛΟ,64,18 Τύπος O 5, DS =A*O 5, WS γεωυφάσµατος A R 2 MIRAFI,87,3 AMOCO,86,46 SYNTHETIC,78,17 FIBERTEX A - - LINQ,77,75 FIBERTEX B,95,4 POLYFELT,87,3 TYPAR,97,88 BONAR - - ΒΕΛΟΝΟ ΙΑΤΡΗΤΑ 2,3,31 ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΗΜΕΝΑ 1,8,88 ΣΥΝΟΛΟ,61,44 19

126 25 Μέγεθος πόρων, Ο 95, DS (µm) 2 Ο 95, DS = Ο 95, WS Ο 95, DS = 1.3*Ο 95, WS Ο 95, DS = 1.4*Ο 95, WS R 2 = Μέγεθος πόρων, Ο 95, WS (µm) 25 Μέγεθος πόρων, Ο 9, DS (µm) Ο 9, DS = Ο 9, WS Ο 9, DS = 1.33*Ο 9, WS Ο 9, DS = 1.16*Ο 9, WS R 2 = Μέγεθος πόρων, Ο 9, WS (µm) Μέγεθος πόρων, Ο 5, DS (µm) Ο 12 5, DS = Ο 5, WS Ο 5, DS = 1.99*Ο 5, WS 2 Ο 5, DS = 3.61*Ο 5, WS R 2 = Μέγεθος πόρων, Ο 5, WS (µm) Σχήµα 6.13 Σύγκριση των µεγεθών πόρων που προέκυψαν εργαστηριακά µε εφαρµογή των προτύπων ASTM D4751 (DS) και EN ISO (WS) για το σύνολο των γεωυφασµάτων 11

127 Πίνακας 6.1 Λόγοι µεγεθών πόρων που προκύπτουν µε εφαρµογή των προτύπων ASTM D4751 (WS) και EN ISO (WS) Λόγος Αναλογία Ποσοστό εµφάνισης (%) Ο 95, DS /O 95, BP Ο 9, DS /O 9, BP Ο 5, DS /O 5, BP,25-, ,3-, ,35-, ,4-, ,45-, ,5-, ,55-, ,6-, ,65-, ,7-,75-7,75-,8 6-7,8-, Ποσοστό εµφάνισης (%) ,-1,5 1,5-,1, 1,1-1,15 1,15-1,2 1,2-1,25 1,25-1,3 1,3-1,35 1,35-1,4 1,4-1,45 1,45-1,5 1,5-1,55 1,55-1,6 1,6-1,65 1,65-1,7 1,7-1,75 25 O 95, DS / O 95, WS Ποσοστό εµφάνισης (%) ,8-,85,85-,9,9-,95,95-1, 1,-1,5 1,5-1,1 1,1-1,15 1,15-1,2 1,2-1,25 1,25-1,3 1,3-1,35 1,35-1,4 O 9, DS / O 9, WS 1,4-1,45 1,45-1,5 1,5-1,55 1,55-1,6 1,6-1,65 1,65-1,7 1,7-1,75 1,75-1,8 1,8-1,85 1,85-1,9 1,9-1,95 1,95-2, 2,-2,5 Σχήµα 6.14 Ιστογράµµατα ποσοστών εµφάνισης των λόγων των τιµών αντίστοιχων µεγεθών πόρων που προκύπτουν µε εφαρµογή των προτύπων ASTM D4751 (DS) και EN ISO (WS) 111

128 25 2 Ποσοστό εµφάνισης (%) Σχήµα ,1-1,15 1,15-1,2 1,2-1,25 1,25-1,3 1,3-1,35 1,35-1,4 (Συνέχεια) 6.6 Συµπεράσµατα 1,4-1,45 1,45-1,5 1,5-1,55 1,55-1,6 1,6-1,65 1,65-1,7 1,7-1,75 O 5, DS / O 5, WS 1,75-1,8 1,8-1,85 1,85-1,9 1,9-1,95 1,95-2, 2,-2,5 2,5-2,1 2,1-2,15 2,15-2,2 2,2-2,25 2,25-2,3 2,3-2,35 2,35-2,4 Στο Κεφάλαιο αυτό παρουσιάστηκαν και αξιολογήθηκαν όλα τα αποτελέσµατα των εργαστηριακών δοκιµών που πραγµατοποιήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας διατριβής αλλά και σε προηγούµενες σχετικές εργασίες που εκτελέστηκαν στο Εργαστήριο Γεωτεχνικής Μηχανικής. Αρχικά, παρουσιάζονται ενδεικτικά οι ποροµετρικές καµπύλες που έχουν προκύψει από δοκιµές κατά ASTM D6767 (BP), EN ISO (WS) και ASTM D4751 (DS), για ένα γεωύφασµα από κάθε σειρά των γεωυφασµάτων που ελέγχθηκαν. Από αυτές παρατηρείται ότι για οποιοδήποτε γεωύφασµα τα µεγέθη πόρων που προκύπτουν κατά EN ISO (WS) είναι µικρότερα από αυτά που προκύπτουν κατά ASTM D6767 (BP) και ASTM D4751 (DS). Τα µεγαλύτερα µεγέθη πόρων προκύπτουν µε εφαρµογή του προτύπου ASTM D6767 (BP). Το γεγονός αυτό έρχεται σε αντίθεση µε τις βιβλιογραφικές αναφορές και υποδεικνύει την ανάγκη εισαγωγής ενός διορθωτικού συντελεστή στον υπολογισµό των µεγεθών των πόρων κατά την επεξεργασία των αποτελεσµάτων των δοκιµών κατά ASTM D6767 (BP). Η παρατήρηση του συνόλου των ποροµετρικών καµπυλών που προέκυψαν για κάθε δοκίµιο ενός γεωυφάσµατος υποδεικνύει ότι υπάρχει πολύ καλή επαναληψιµότητα όταν οι δοκιµές γίνονται κατά ASTM D6767 (BP) και EN ISO (WS). Αντίθετα, η δοκιµές κατά ASTM D4751 (DS) έχουν µειωµένη επαναληψιµότητα που µπορεί να θεωρηθεί απλά ικανοποιητική σε ορισµένες περιπτώσεις. Στη συνέχεια, διερευνήθηκε η δυνατότητα συσχέτισης των µεγεθών πόρων O 95, O 9, και O 5 που προέκυψαν από εργαστηριακές δοκιµές κατά ASTM D6767 (BP), EN ISO (WS) και ASTM D4751 (DS) µε το πάχος των γεωυφασµάτων. Η 112

129 αξιολόγηση των αποτελεσµάτων υποδεικνύει ότι δεν φαίνεται να υπάρχει δυνατότητα διατύπωσης γενικευµένων γραµµικών συσχετίσεων µεταξύ των συγκρινόµενων µεγεθών. Έπειτα, πραγµατοποιήθηκε η σύγκρισή των τιµών που δίνουν οι κατασκευαστές των γεωυφασµάτων για τα µεγέθη πόρων O 95 κατά ASTM D4751 (DS) ή O 9 κατά EN ISO (WS) των προϊόντων τους, µε τα αντίστοιχα µεγέθη που προσδιορίστηκαν εργαστηριακά. Για το µέγεθος πόρων O 9, το οποίο προσδιορίστηκε από δοκιµές κατά EN ISO 12956, προκύπτει ικανοποιητική συσχέτιση. Αντίθετα, για το µέγεθος πόρων O 95, που προσδιορίστηκε από δοκιµές κατά ASTM D4751 (DS), η συσχέτιση ήταν ποιοτικά κατώτερη. Τα µεγέθη πόρων Ο 95 που προέκυψαν εργαστηριακά από δοκιµές που ορίζονται σύµφωνα µε τα πρότυπα ASTM D6767 (BP), EN ISO (WS) και ASTM D4751 (DS) συγκρίθηκαν µε τα µεγέθη πόρων Ο F (Ο F Ο 1 ) που υπολογίστηκαν από τη θεωρητική πρόβλεψη κατά Giroud (1996). ιαπιστώθηκε ότι υπάρχει ικανοποιητική συσχέτιση µεταξύ των θεωρητικών µεγεθών πόρων και των µεγεθών πόρων Ο 95 που προσδιορίστηκαν εργαστηριακά κατά EN ISO (WS), παρόλο που τα δεύτερα ήταν συστηµατικά µεγαλύτερα. Οι διαφορές αυτές οφείλονται κατά κύριο λόγο στο γεγονός ότι η θεωρητική πρόβλεψη κατά Giroud (1996) προσδιορίζει τη διάµετρο της απόλυτα µικρότερης στένωσης που περιέχεται σε έναν πόρο, µέγεθος το οποίο δεν προβλέπεται ότι µπορεί να προσδιοριστεί από εργαστηριακές δοκιµές σύµφωνα µε το πρότυπο EN ISO (WS). Επιπλέον κατά την εκτέλεση στο εργαστήριο δοκιµών που ορίζονται σύµφωνα µε το πρότυπο EN ISO (WS) χρησιµοποιήθηκαν γυάλινα σφαιρίδια αντί εδάφους, τα οποία έχουν σαν αποτέλεσµα τον προσδιορισµό µεγαλύτερων µεγεθών πόρων. Τέλος διερευνήθηκε η δυνατότητα γραµµικής συσχέτισης των αντίστοιχων µεγεθών πόρων που προσδιορίζονται σύµφωνα µε τις τρεις µεθόδους που καθορίζονται από τα πρότυπα ASTM D6767 (BP), EN ISO (WS) και ASTM D4751 (DS). Η παρατήρηση των αποτελεσµάτων υποδεικνύει ότι τα µεγέθη πόρων που προκύπτουν από τις τρεις δοκιµές δεν συσχετίζονται ικανοποιητικά µεταξύ τους τόσο στο σύνολό τους όσο και εάν εξετασθούν ανά σειρά γεωυφασµάτων (µε ελάχιστες εξαιρέσεις). Το γεγονός αυτό έρχεται σε συµφωνία µε τις πληροφορίες που καταγράφονται στην βιβλιογραφία, σύµφωνα µε τις οποίες τα µεγέθη πόρων και οι ποροµετρικές καµπύλες των γεωυφασµάτων δεν ορίζονται µονοσήµαντα αλλά εξαρτώνται από την µέθοδο µε βάση την οποία προσδιορίζονται. Ειδικότερα, από τη σύγκριση των µεγεθών πόρων που 113

130 προσδιορίστηκαν κατά ASTM D6767 (BP) και κατά EN ISO (WS) προέκυψε ότι, εάν στα αποτελέσµατα της δοκιµής κατά ASTM D6767 (BP) εφαρµοστεί ένας διορθωτικός συντελεστής µε τιµή µεταξύ,3 και,35, τα µεγέθη πόρων που προκύπτουν είναι πολύ κοντά σε αυτά που προσδιορίζονται από τη δοκιµή που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο EN ISO (WS). Η οµοιότητα των µεγεθών των πόρων που προκύπτουν µε εφαρµογή των δύο αυτών πρότυπων µεθόδων αναφέρεται συχνά και στη βιβλιογραφία. 114

131 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η εκτεταµένη χρήση γεωυφασµάτων σε εφαρµογές όπου αυτά λειτουργούν ως φίλτρα ή στραγγιστήρια καθιστά αναγκαίο τον αξιόπιστο ποσοτικό προσδιορισµό των υδραυλικών χαρακτηριστικών τους. Τα γεωυφάσµατα που πρόκειται να επιτελέσουν λειτουργία φίλτρου ή στραγγιστηρίου επιλέγονται έτσι ώστε να ικανοποιούνται ταυτόχρονα τα κριτήρια συγκράτησης και διαπερατότητας, να αποφεύγεται φραγή των πόρων τους για τον προβλεπόµενο χρόνο λειτουργίας του έργου και να µην υφίστανται φθορές ή βλάβες στο στάδιο της τοποθέτησής τους στο πεδίο ή και της λειτουργίας τους. Τα περισσότερα από τα κριτήρια σχεδιασµού φίλτρων ή στραγγιστηρίων βασίζονται σε σχέσεις που αναπτύσσονται µεταξύ ενός µεγέθους πόρων του γεωυφάσµατος (συνήθως του µεγαλύτερου) και του µεγέθους κόκκων του εδάφους. Παρόλο που τα κριτήρια αυτά θεωρούνται γενικά ικανοποιητικά, θα βελτιώνονταν ακόµη περισσότερο εάν βασίζονταν στην πλήρη ποροµετρική καµπύλη του γεωυφάσµατος αντί σε ένα µέγεθος πόρου. Έχουν προταθεί πολλές µέθοδοι για τον προσδιορισµό των µεγεθών πόρων των γεωυφασµάτων, όµως δεν υπάρχει κάποια που να χρησιµοποιείται κατά αποκλειστικότητα. Από τις µεθόδους αυτές µόνο τρεις διαθέτουν πρότυπα διεθνούς αποδοχής και εφαρµογής Το πρότυπο ASTM D4751 εγκρίθηκε και δηµοσιεύτηκε αρχικά το 1993 και οδηγεί στον προσδιορισµό του φαινόµενου µεγέθους κενών, Ο 95. Ακολούθησε το πρότυπο EN ISO που εγκρίθηκε τελικά και δηµοσιεύτηκε το 1999 και οδηγεί στον προσδιορισµό του χαρακτηριστικού µεγέθους κενών, Ο 9. Τέλος, εντελώς πρόσφατα, εγκρίθηκε και δηµοσιεύτηκε το πρότυπο ASTM D6767 (Αύγουστος 22) που στοχεύει στον προσδιορισµό της ποροµετρικής καµπύλης των γεωυφασµάτων. Με βάση τα αποτελέσµατα των εργαστηριακών δοκιµών, τις παρατηρήσεις, τις συγκρίσεις και τις συσχετίσεις που πραγµατοποιήθηκαν, µπορούν να εξαχθούν τα εξής συµπεράσµατα: 1. Κάθε µέθοδος προσδιορισµού δίνει διαφορετικά αποτελέσµατα ως προς τα µεγέθη πόρων και τις ποροµετρικές καµπύλες των γεωυφασµάτων. Τα µεγέθη πόρων που προέκυψαν από τις τρεις µεθόδους που ορίζονται σύµφωνα µε τα πρότυπα ASTM D6767, EN ISO και ASTM D4751, δεν συσχετίζονται 115

132 ικανοποιητικά µεταξύ τους τόσο στο σύνολό τους όσο και εάν εξετασθούν ανά σειρά γεωυφασµάτων. 2. Η παρατήρηση του συνόλου των ποροµετρικών καµπυλών που προέκυψαν για κάθε δοκίµιο ενός γεωυφάσµατος υποδεικνύει ότι υπάρχει πολύ καλή επαναληψιµότητα όταν οι δοκιµές γίνονται κατά ASTM D6767 και EN ISO Αντίθετα, οι δοκιµές κατά ASTM D4751 έχουν µειωµένη επαναληψιµότητα που µπορεί να θεωρηθεί απλά ικανοποιητική σε ορισµένες περιπτώσεις. 3. Τα αποτελέσµατα των δοκιµών κατά ASTM D6767 εξαρτώνται από έναν αριθµό σηµαντικών υποθέσεων που υπεισέρχονται στους υπολογισµούς µε τους οποίους γίνεται η επεξεργασία των πρωτογενών δεδοµένων. Οι δύο βασικότερες υποθέσεις είναι (α) ότι η γωνία επαφής, θ, είναι ίση µε µηδέν (cosθ=1) και (β) ότι η µορφή της διατοµής των πόρων των γεωυφασµάτων είναι κυλινδρική. Λόγω της δοµής που έχουν τα µη υφασµένα γεωυφάσµατα, δεν είναι δυνατόν να επαληθευθεί η τιµή που αντιστοιχεί στη γωνία επαφής, θ ή η πραγµατική µορφή της διατοµής των πόρων τους. Εποµένως, προκύπτει η ανάγκη εισαγωγής ενός διορθωτικού συντελεστή στους υπολογισµούς που προβλέπονται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D Η σύγκριση των µεγεθών πόρων που προσδιορίστηκαν κατά ASTM D6767 και κατά EN ISO υποδεικνύει ότι, εάν στα αποτελέσµατα της δοκιµής κατά ASTM D6767 εφαρµοστεί ένας διορθωτικός συντελεστής µε τιµή περίπου 1/3, τα µεγέθη πόρων που προκύπτουν είναι πολύ κοντά σε αυτά που προσδιορίζονται από τη δοκιµή που εκτελείται σύµφωνα µε το πρότυπο EN ISO Εφόσον η εργαστηριακή διάταξη που χρησιµοποιείται για την εκτέλεση των δοκιµών κατά ASTM D6767 είναι ορθά βαθµονοµηµένη, η µέθοδος που ορίζεται σύµφωνα σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6767 δίνει αποτελέσµατα όµοια µε αυτά της µεθόδου που ορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο EN ISO όταν χρησιµοποιείται σε αυτή µείγµα γυάλινων σφαιριδίων. 6. Η µάζα ανά µονάδα επιφάνειας των γεωυφασµάτων συσχετίζεται ικανοποιητικά µε πάχος τους, εφαρµόζοντας γραµµική συσχέτιση της µορφής y = A x + B, όταν η θεώρηση γίνεται ανά σειρά γεωυφασµάτων που ελέγχθηκαν. Η ποιότητα των συσχετίσεων µειώνεται σηµαντικά όταν θεωρείται το σύνολο των γεωυφασµάτων ή οι οµάδες των γεωυφασµάτων (βελονοδιάτρητα, θερµικά συγκολληµένα). 7. Η αξιολόγηση των αποτελεσµάτων της συσχέτισης των µεγεθών πόρων O 95, O 9, και O 5 που προέκυψαν από εργαστηριακές δοκιµές κατά ASTM D6767, EN ISO και ASTM D4751 µε το πάχος των γεωυφασµάτων υπέδειξε ότι 116

133 δεν φαίνεται να υπάρχει δυνατότητα διατύπωσης γενικευµένων γραµµικών συσχετίσεων µεταξύ των συγκρινόµενων µεγεθών. 8. Η σύγκρισή των τιµών που δηλώνουν οι κατασκευαστές των γεωυφασµάτων για τα µεγέθη πόρων O 95 κατά ASTM D4751 ή O 9 κατά EN ISO των προϊόντων τους µε τα αντίστοιχα µεγέθη που προσδιορίστηκαν εργαστηριακά έδειξε ότι, για το µέγεθος πόρων O 9, το οποίο προσδιορίστηκε από δοκιµές κατά EN ISO 12956, προέκυψε ικανοποιητική συσχέτιση. Αντίθετα, για το µέγεθος πόρων O 95, που προσδιορίστηκε από δοκιµές κατά ASTM D4751, η συσχέτιση ήταν ποιοτικά κατώτερη. 9. Η σύγκριση των µεγεθών πόρων Ο 95, που προέκυψαν εργαστηριακά από δοκιµές που ορίζονται σύµφωνα µε τα πρότυπα ASTM D6767, EN ISO και ASTM D4751, µε τα µεγέθη πόρων Ο F (Ο F Ο 1 ), που υπολογίστηκαν από τη θεωρητική πρόβλεψη κατά Giroud, έδειξε ότι υπάρχει ικανοποιητική συσχέτιση µεταξύ των θεωρητικών µεγεθών πόρων και των µεγεθών πόρων Ο 95 που προσδιορίστηκαν εργαστηριακά κατά EN ISO 12956, παρόλο που τα δεύτερα ήταν συστηµατικά µεγαλύτερα. 117

134 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α ΠΡΟΤΥΠΟ ASTM D6767: ΠΡΟΤΥΠΟ EN ISO 12956: ΠΡΟΤΥΠΟ ASTM D4751: ΠΡΟΤΥΠΟ ASTM D5261: Προσδιορισµός µεγέθους πόρων γεωυφασµάτων µε τη µέθοδο τριχοειδούς ροής, BP Προσδιορισµός µεγέθους πόρων γεωυφασµάτων µε τη µέθοδο υγρού κοσκινίσµατος, WS Προσδιορισµός µεγέθους πόρων γεωυφασµάτων µε τη µέθοδο ξηρού κοσκινίσµατος, DS Προσδιορισµός µάζας ανά µονάδα επιφάνειας των γεωυφασµάτων ΠΡΟΤΥΠΟ ASTM D5199: Προσδιορισµός πάχους των γεωυφασµάτων

135 Πρότυπο ASTM D6767: Προσδιορισµός του µεγέθους πόρων γεωυφασµάτων µε τη µέθοδο της τριχοειδούς ροής Το πρότυπο ASTM D6767 καθορίζει µία µέθοδο για τον προσδιορισµό της κατανοµής των µεγεθών των πόρων των γεωυφασµάτων. Η µέθοδος βασίζεται στο γεγονός ότι ένα κορεσµένο πορώδες υλικό µορφής δίσκου θα επιτρέψει σε αέρα υπό πίεση να το διαπεράσει όταν η πίεση του αέρα ξεπεράσει την αντίσταση που αναπτύσσεται λόγω επιφανειακής τάσης στους µεγαλύτερους πόρους του. Η πίεση που απαιτείται για να αποµακρύνει το υγρό από τους πόρους του δοκιµίου είναι συνάρτηση της διαµέτρου των πόρων. Συσκευές και παρελκόµενα Ο εξοπλισµός που απαιτείται για τη δοκιµή αυτή είναι: 1) Πηγή καθαρού αερίου µε ρυθµιστή. 2) Μετρητής πίεσης, ο οποίος να καλύπτει το απαιτούµενο εύρος πιέσεων σύµφωνα µε τον Πίνακα Α.1. 3) ακτύλιος συγκράτησης (Σχήµα Α.1) 4) Μεταλικός διακορευτής, για την κοπή των δοκιµίων σε κατάλληλο µέγεθος. 5) Συστοιχία παροχοµέτρων που να κατύπτουν εύρος παροχών από έως 1L/min. 6) Παγίδα νερού, για την προστασία των παροχοµέτρων από το υγρό. 7) Κατάλληλους σωλήνες και συνδέσµους για τη συναρµολόγηση της εργαστηριακής διάταξης όπως φαίνεται στο Σχήµα Α.2. 8) x - y καταγραφέα, για τη γραφική απεικόνηση των αποτελεσµάτων της δοκιµής. Πίνακας Α.1 Απαιτούµενα εύρη πιέσης Υγρό Εύρος µεγεθών πόρων που θα εξετασθούν διαβροχής 1µm 5µm 1µm 1µm Επιφανειακή τάση (dynes/cm) στους 25 ο C Νερό -2,5kPa -7,5kPa -25kPa -2kPa 72 Απεσταγµένο πετρέλαιο -1kPa 3 Ορυκτό έλαιο - 75kPa 34,7 Α-2

136 Σχήµα Α.1 Κλειστός δακτύλιος συγκράτησης Σχήµα Α.2 Εργαστηριακή διάταξη ειγµατοληψία Για συνήθεις δοκιµές ελέγχου ποιότητας ή για δοκιµές διασφάλισης ποιότητας λαµβάνεται ένας αριθµός ρολών ως δείγµα µιας παρτίδας παραγωγής, σύµφωνα µε τα προβλεπόµενα στο πρότυπο ASTM D4354. Από το άκρο κάθε ρολού λαµβάνεται ως εργαστηριακό δείγµα µια λωρίδα µήκους 1m και πλάτους όσο και το πλάτος του ρολού. Το πρώτο τµήµα, µήκους τουλάχιστον 1m, στο εξωτερικό του ρολού δε χρησιµοποιείται για δειγµατοληψία. Από κάθε εργαστηριακό δείγµα κόβονται 5 δοκίµια κατά µήκους µιας διαγωνίου του δείγµατος. Α-3

137 ιαδικασίες εκτέλεσης δοκιµής Το ξηρό δοκίµιο τοποθετείται στον δακτύλιο συγκράτησης. Ο δακτύλιος συγκράτησης κλείνει και εφαρµόζεται πίεση αέρα η οποία αυξάνεται σταδιακά µε µικρά προκαθορισµένα βήµατα. Καταγράφεται η πίεση και η παροχή που αντιστοιχεί στην πίεση αέρα για τα παραπάνω προκαθορισµένα βήµατακαι σχεδιάζεται η παροχή ως προς την πίεση. Η πίεση αέρα µειώνεται και αποµακρύνεται το δοκίµιο του γεωυφάσµατος από τον δακτύλιο. Στη συνέχεια το δοκίµιο βυθίζεται στο υγρό διαβροχής (π.χ. στο νερό) για 3min. Το υγρό δοκίµιο γεωυφάσµατος τοποθετείται στον δακτύλιο συγκράτησης και εφαρµόζεται µια πολύ µικρή πίεση ώστε να διασφαλιστεί ότι το δοκίµιο είναι πλήρως κορεσµένο. Η πίεση αυτή δεν πρέπει να ξεπερνάει την πίεση που αντιστοιχεί στο µεγαλύτερο µέγεθος πόρων. Σχεδιάζεται η παροχή για την υγρή διαδικασία που αντιστοιχεί σε αύξηση της πίεσης όµοια µε τα βήµατα που εφαρµόστηκαν στη ξηρή διαδικασία. Η πίεση µειώνεται, το δοκίµιο αποµακρύνεται και ο δακτύλιος συγκράτησης καθαρίζεται ώστε να είναι έτοιµος για την επόµενη δοκιµή. Υπολογισµοί Ο υπολογισµός των µεγεθών πόρων βασίζεται στην ισορροπία δυνάµεων που φαίνεται στην Εξύσωση Α.1. π 2 π Oi γ B cosθ = ( ) O P (Α.1) 4 όπου: Ο i είναι το µέγεθος πόρων σε µm γ είναι η επιφανειακή τάση σε mn/m (dynes/cm) P είναι η πίεση σε Pa ή cmhg και Β είναι η σταθερά τριχοειδούς Το αριστερό µέλος της Εξίσωσης Α.1 είναι η δύναµη αντίστασης που αναπτύσσεται από την επιφανειακή τάση που δρα µεταξύ του υγρού διαβροχής και των πλευρικών τοιχωµάτων µιας στένωσης πόρων διαµέτρου Ο. Το δεξιό µέλος της Εξίσωσης Α.1 είναι η δύναµη δράσης που αναπτύσσεται από την εφαρµοζόµενη πίεση επί την επιφάνεια της στένωσης του πόρου. Η εξίσωση Α.2 προκύπτει λύνοντας την Εξίσωη Α.1 ως προς Ο 4 T B (cosθ) O = (Α.2) P Εάν είναι γνωστό ότι το υγρό που χρησιµοποιείται στη δοκιµή είναι ικανό να διαβρέξει πλήρως το γεωύφασµα, τότε θ= και: Α-4

138 C γ O = (Α.3) P όπου: C είναι µία σταθερά ίση µε 286 όταν η πίεση P εκφράζεται σε Pa, 2.15 όταν η πίεση P εκφράζεται σε cmhg και,415 όταν η πίεση P εκφράζεται σε psi. Στη συνέχεια επιλέγονται τα όρια του εύρους των µεγεθών πόρων που θα εκτιµηθεί. Τα όρια αυτά αντικαθίστανται χωριστά από τα µεγέθη πόρων διαιρεµένα µε την εξίσωση της πίεσης. Προκύπτουν έτσι οι αντίστοιχες πιέσεις και σχεδιάζονται τα αποτελέσµατα. Από τα αποτελέσµατα προσδιορίζονται οι παροχές της υγρής και ξηρής διαδικασίας για κάθε πίεση, όπως φαίνεται στο Σχήµα Α.3. Η καµπύλη κατανοµής πόρων ενός γεωυφάσµατος προκύπτει µε χρήση της εξίσωσης Α.4 για κάθε διαφορική πίεση και παροχή που προσδιορίστηκε. Υγρή παροχή % Λεπτά = [1 ] (1) (Α.4) Ξηρή παροχή Σχήµα Α.3 Παράδειγµα προσδιορισµού των µεγεθών πόρων Τεχνική έκθεση Στην τεχνική έκθεση πρέπει να αναφέρονται η ηµεροµηνία και η ώρα διεξαγωγής της δοκιµής καθώς επίσης και όλες οι συνθήκες που επικρατούσαν κατά τη διάρκεια εκτέλεσής της. Σε έναν Πίνακα πρέπει να φαίνονται για κάθε δοκίµιο τα Α-5

139 µεγέθη πόρων Ο 9, Ο 85, Ο 6, Ο 3, Ο 15, Ο 1, Ο 5. Επίσης πρέπει να φαίνεται ο µέσος όρος και ο συντελεστής της διασποράς κάθε µεγέθους πόρων. Τέλος πρέπει να παρέχεται η καµπύλη κατανοµής των µεγεθών πόρων, στην οποία το µέγεθος πόρων θα αντιστοιχεί στον x άξονα και το ποσοστό µικρότερων στον y άξονα, όπως φαίνεται στο Σχήµα Α.4. Σχήµα Α.4 Τυπική ποροµετρική καµπύλη γεωυφάσµατος Πρότυπο ΕΝ ISO 12956: Προσδιορισµός του µεγέθους πόρων γεωυφασµάτων µε τη µέθοδο του υγρού κοσκινίσµατος Το ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΝ ISO καθορίζει µια µέθοδο για τον προσδιορισµό ενός µεγέθους πόρων γεωυφάσµατος, Ο 9, χρησιµοποιώντας την αρχή του υγρού κοσκινίσµατος. Προσδιορίζεται η κοκκοµετρική σύνθεση του κλάσµατος ενός πρότυπου κοκκώδους υλικού (εδαφικού υλικού) που διαπερνά το γεωύφασµα µετά από υγρό κοσκίνισµα. Ως χαρακτηριστικό µέγεθος κενών, Ο 9, ορίζεται η διάµετρος d 9 του διερχόµενου κλάσµατος του πρότυπου εδαφικού υλικού. Α-6

140 Συσκευές και παρελκόµενα Η βασική εργαστηριακή διάταξη που περιγράφεται στο κείµενο του προτύπου ΕΝ ISO παρουσιάζεται σχηµατικά στο Σχήµα Α.5. Η εργαστηριακή διάταξη πρέπει να επιτρέπει τον έλεγχο δοκιµίων µε ελεύθερη επιφάνεια διαµέτρου τουλάχιστον 13mm και αποτελείται από : 1) Συσκευή δόνησης µε συχνότητα από 5Hz έως 6 Hz, της οποίας η κυρίαρχη κάθετη δονητική κίνηση είναι ικανή να διατηρήσει ένα πλάτος ταλάντωσης 1,5 mm κατά τη διάρκεια της δοκιµής. 2) Σύστηµα παροχής νερού. 3) Ακροφύσιο ψεκασµού, προσαρµοσµένο σε διαφανές καπάκι, ώστε να αποφεύγεται η απώλεια υλικού, και να διαβρέχεται οµαλά το δοκίµιο. Συνιστάται το ακροφύσιο να έχει τη δυνατότητα παροχής νερού περίπου,5 l/min υπό πίεση περίπου 3kPa. 4) ακτύλιο συγκράτησης του δοκιµίου. 5) Κατάλληλο συλλέκτη εφοδιασµένο µε σωλήνα απορροής για τη συλλογή του νερού και του κοκκώδους υλικού που διέρχεται από το δοκίµιο. 6) Πλέγµα από σύρµα διαµέτρου 1 mm µε µέγεθος ανοίγµατος (1 ± 1)mm για την υποστήριξη του δοκιµίου κατά την διάρκεια της δοκιµής, ώστε να αποφεύγονται οι υπερβολικές παραµορφώσεις του υπό το βάρος του κοκκώδους υλικού. 7) Φίλτρο για την συλλογή του διερχόµενου κοκκώδους υλικού. Αν το υλικό περιέχει κλάσµα ιλύος, το φίλτρο πρέπει να έχει µέγιστο µέγεθος πόρων1µm. Κοκκώδες υλικό Το κοκκώδες υλικό πρέπει να ικανοποιεί τις ακόλουθες απαιτήσεις: Να είναι µη συνεκτικό ( d,1 mm), έτσι ώστε οι κόκκοι να µην δηµιουργούν συσσωµατώµατα όταν διαβρέχονται. Να είναι καλά διαβαθµισµένο και οι κόκκοι να είναι στρογγυλεµένοι (γωνιώδεις και πεπλατυσµένοι κόκκοι πρέπει να αποφεύγονται). Ο συντελεστής οµοιοµορφίας να βρίσκεται εντός των ορίων: 3 C 2. Για µεγαλύτερη ακρίβεια στον προσδιορισµό του χαρακτηριστικού µεγέθους κενών, θα πρέπει: d 2 O9 d8. Η ζώνη που καθορίζει τα όρια της κοκκοµετρικής σύνθεσης του πρότυπου κοκκώδους υλικού δίνεται στο Σχήµα Α.6. u Α-7

141 1 παροχή νερού 7 συλλέκτης 2 ακροφύσιο ψεκασµού 8 σωλήνας απορροής 3 δακτύλιος συγκράτησης 9 ρυθµιστής ταλάντωσης 4 κοκκώδες υλικό 1 φίλτρο 5 δοκίµιο 11 συσκευή συλλογής 6 πλέγµα Σχήµα Α.5 Εργαστηριακή διάταξη κατά EN ISO Πίνακας Α.2 Μεγέθη πρότυπων κοσκίνων κατά ISO 565/R2 Α-8

142 Σχήµα Α.6 Όρια ζώνης κοκκοµετρίας του κοκκώδους υλικού κατά EN ISO ειγµατοληψία Το εργαστηριακό δείγµα πρέπει να µην διπλώνεται, ώστε να αποφεύγονται διαταραχές του ιστού του, και να φυλάσσεται σε επίπεδη θέση χωρίς επιφόρτιση. Λαµβάνονται 5 δοκίµια µε κατάλληλες διαστάσεις, συµβατές µε τη συσκευή κοσκινίσµατος, από το κάθε δείγµα. Τα δοκίµια πρέπει να είναι καθαρά, χωρίς επιφανειακές αποθέσεις και χωρίς εµφανή φθορά ή σηµάδια αναδίπλωσης. ιαδικασίες εκτέλεσης δοκιµής Προσδιορίζεται και καταγράφεται η µάζα των στεγνών δοκιµίων µε ακρίβεια,1g. Τα δοκίµια θεωρούνται στεγνά όταν υπάρχει µείωση της µάζας τους µικρότερη από,1% µεταξύ δύο διαδοχικών µετρήσεων που απέχουν χρονικά 6s. Το στέγνωµα πρέπει να πραγµατοποιείται σε θερµοκρασία 7 ο C ή χαµηλότερη αν αυτή επηρεάζει το υλικό. Τα δοκίµια τοποθετούνται σε νερό σε θερµοκρασία εργαστηρίου και αφήνονται να διαβραχούν τουλάχιστον για 12h. Έπειτα αποµακρύνονται από το νερό και τοποθετούνται χωρίς να τεντωθούν στον δακτύλιο συγκράτησης. Ο δακτύλιος τοποθετείται στην συσκευή δόνησης. Τα δοκίµια πρέπει να είναι οριζόντια ώστε να αποφεύγεται η συσσώρευση υλικού σε µια περιοχή της επιφανειάς τους. Α-9

143 Προσδιορίζεται το ξηρό βάρος του κοκκώδους υλικού µε ακρίβεια,1g. Πρέπει να χρησιµοποιείται αρκετό υλικό ώστε να επιτυγχάνεται οµοιόµορφη κατανοµή ίση µε 7, ±,1 kg/m 2 στην επιφάνεια του δοκιµίου. Ωστόσο, αν η ποσότητα κοκκώδους υλικού που διέρχεται από το γεωύφασµα κατά τη διάρκεια της δοκιµής είναι ανεπαρκής, τότε η συνολική ποσότητα πρέπει να προσαρµοστεί µε τέτοιο τρόπο ώστε να διέρχεται αρκετό υλικό για να είναι δυνατόν στη συνέχεια να κοκκοµετρηθεί. Το υλικό απλώνεται οµοιόµορφα στο δοκίµιο. Η παροχή νερού ανοίγεται και νερό ψεκάζεται οµοιόµορφα πάνω σε ολόκληρο το δοκίµιο. Η ποσότητα του νερού ρυθµίζεται ώστε να υπάρχει πλήρης διαβροχή των κόκκων αλλά να µην συγκεντρώνεται νερό πάνω από το δοκίµιο. Η παροχή νερού πρέπει να παραµένει σταθερή καθ όλη τη διάρκεια της διαδικασίας του κοσκινίσµατος. Η συσκευή κοσκινίσµατος τίθεται σε λειτουργία και αργά αυξάνεται το πλάτος ταλάντωσης σε 1,5mm. Συλλέγεται το υλικό που έχει περάσει από το δοκίµιο. Μετά από χρόνο κοσκινίσµατος που αντιστοιχεί σε 6s διακόπτεται η λειτουργία της συσκευής και η παροχή νερού. Συγκεντρώνονται ξεχωριστά το διερχόµενο και το συγκρατούµενο υλικό. Το συγκρατούµενο υλικό συλλέγεται µαζί µε το δοκίµιο και τοποθετείται στο φούρνο για να στεγνώσει. Στη συνέχεια προσδιορίζεται το ξηρό βάρος του συγκρατούµενου υλικού µε ακρίβεια,1g αφαιρώντας το βάρος του ξηρού δοκιµίου από το βάρος του ξηρού δοκιµίου µαζί µε το ξηρό συγκρατούµενο υλικό. Προσδιορίζεται το βάρος του ξηρού διερχόµενου υλικού. Αν το άθροισµα του βάρους του διερχόµενου και του συγκρατούµενου υλικού διαφέρει περισσότερο από 1% από την αρχική ποσότητα ξηρού υλικού, η δοκιµή θεωρείται άκυρη και πρέπει να επαναληφθεί. Υπολογισµοί Η αρχική ποσότητα του κοκκώδους υλικού καθώς και οι ποσότητες του διερχόµενου και συγκρατούµενου υλικού καταγράφονται και υπολογίζεται το ποσοστό του που χάθηκε. Οι ποσότητες κοκκώδους υλικού που διέρχονται από κάθε ένα από τα δοκίµια του δείγµατος αναµειγνύονται και προσδιορίζεται η κοκκοµετρία της συνολικής ποσότητας. Η κοκκοµετρική σύνθεση αυτής της ποσότητας παριστάνεται γραφικά σε ηµιλογαριθµικό χαρτί και προσδιορίζεται το Ο 9 του γεωυφάσµατος που ισούται µε την διάµετρο d 9 της κοκκοµετρικής καµπύλης (δηλ. Ο 9 = d 9 ). Α-1

144 Τεχνική έκθεση Η τεχνική έκθεση πρέπει να περιέχει: τον αριθµό και την χρονολογία δηµοσίευσης αυτού του προτύπου, το εργαστήριο και αν απαιτείται τον χειριστή των δοκιµών, περιγραφή του γεωυφάσµατος που ελέγθηκε σύµφωνα µε το πρότυπο EN 332, λεπτοµέρειες για την συσκευή που χρησιµοποιήθηκε (συµπεριλαµβανοµένου διαγράµµατος αν απαιτείται), την ελεύθερη επιφάνεια του δοκιµίου, την κοκκοµετρική καµπύλη του υλικού που χρησιµοποιήθηκε, το αρχικό βάρος του κοκκώδους υλικού και το βάρος του διερχόµενου και συγκρατούµενου υλικού για κάθε δοκίµιο (αν απαιτείται και τα ποσοστά διερχόµενου υλικού και απωλειών) και το µέγεθος πόρων, Ο 9, των δοκιµίων. Τέλος, αναφέρεται κάθε παρέκκλιση από την πρότυπη µέθοδο και κάθε ανωµαλία στην συµπεριφορά των δοκιµίων. Πρότυπο ASTM D4751: Προσδιορισµός του µεγέθους πόρων γεωυφασµάτων µε τη µέθοδο του ξηρού κοσκινίσµατος Το µέγεθος πόρων ενός γεωυφάσµατος, O 95, αντιστοιχεί περίπου στο µέγιστο µέγεθος των ανοιγµάτων ή των πόρων που είναι διαθέσιµα για διαµπερή κίνηση εδαφικών κόκκων µέσα από το γεωύφασµα. Σκοπός της δοκιµής αυτής είναι ο προσδιορισµός του µεγέθους πόρων ενός γεωυφάσµατος (AOS) κοσκινίζοντας οµοιόµορφα γυάλινα σφαιρίδια µέσω του γεωυφάσµατος ώστε να προσδιοριστεί το µέγεθος εκείνο των σφαιριδίων των οποίων το 5% ή λιγότερο διαπερνά το γεωύφασµα. Συσκευές και παρελκόµενα Ο εξοπλισµός που χρειάζεται γι αυτή τη δοκιµή είναι : 1) Ένας µηχανικός δονητής, ο οποίος επιβάλλει εγκάρσια και κατακόρυφη ταλάντωση, κάνοντας τα σφαιρίδια να αναπηδούν ώστε να παρουσιάζουν διαφορετικούς προσανατολισµούς ως προς την επιφάνεια κοσκινίσµατος. 2) Συλλέκτης, καπάκι και κόσκινα διαµέτρου 2 mm. 3) Γυάλινα σφαιρίδια σε κλάσµατα µεγέθους σύµφωνα µε τα καθοριζόµενα στον Πίνακα Α.3. Το µέγεθος των σφαιριδίων επαληθεύεται πριν από κάθε χρήση χρησιµοποιώντας τη σειρά κοσκίνων του Πίνακα Α.3. Προετοιµάζονται 5g περίπου από κάθε µέγεθος πριν αρχίσει η δοκιµή. 4) Ζυγός µε ακρίβεια ±,5g. Α-11

145 5) Για να αποτραπεί η ανάπτυξη φορτίων στατικού ηλεκτρισµού, καθώς τα σφαιρίδια δονούνται στην επιφάνεια του γεωυφάσµατος, χρησιµοποιούνται σπρέι ή κατάλληλες συσκευές κατά του στατικού ηλεκτρισµού. 6) Φούρνος ειγµατοληψία Για συνήθεις δοκιµές ελέγχου ποιότητας ή για δοκιµές διασφάλισης ποιότητας λαµβάνεται ένας αριθµός ρολών ως δείγµα µιας παρτίδας παραγωγής, σύµφωνα µε τα προβλεπόµενα στο πρότυπο ASTM D4354. Από το άκρο κάθε ρολού λαµβάνεται ως εργαστηριακό δείγµα µια λωρίδα µήκους 1m και πλάτους όσο και το πλάτος του ρολού. Το πρώτο τµήµα, µήκους τουλάχιστον 1m, στο εξωτερικό του ρολού δε χρησιµοποιείται για δειγµατοληψία. Από κάθε εργαστηριακό δείγµα κόβονται 5 δοκίµια κατά µήκους µιας διαγωνίου του δείγµατος. Πίνακας Α.3 Μέγεθος γυάλινων σφαιριδίων για δοκιµές κατά ASTM D4751 ΚΛΑΣΜΑΤΑ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΣΦΑΙΡΙ ΙΩΝ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΙΕΡΧΟΜΕΝΑ ΑΠΟ ΤΟ ΣΥΓΚΡΑΤΟΥΜΕΝΑ ΣΦΑΙΡΙ ΙΩΝ ΚΟΣΚΙΝΟ ΣΤΟ ΚΟΣΚΙΝΟ mm # mm # mm # ιαδικασίες εκτέλεσης δοκιµής Τα δοκίµια ζυγίζονται και στη συνέχεια βυθίζονται σε αποσταγµένο νερό για 1 ώρα. Η δοκιµή εκτελείται σε συνθήκες ατµόσφαιρας για έλεγχο γεωυφασµάτων (σχετική υγρασία µεταξύ 5% και 7%, θερµοκρασία 21 ο ± 2 ο C) και επιπλέον υπό Α-12

146 συνθήκες που εµποδίζουν την ανάπτυξη στατικού ηλεκτρισµού που µπορεί να επηρεάζει τα αποτελέσµατα. Αν δεν µπορούν να δηµιουργηθούν οι ιδανικές συνθήκες, τότε χρησιµοποιείται είτε κάποιο από τα εµπορικά διαθέσιµα σπρέι είτε κατάλληλη συσκευή κατά του στατικού ηλεκτρισµού.το δοκίµιο πρέπει να είναι τεντωµένο, χωρίς να δηµιουργούνται πτυχώσεις και εξογκώµατα. εν πρέπει όµως να τεντωθεί τόσο ώστε να παραµορφωθούν τα ανοίγµατά του. Το δοκίµιο µπορεί να συγκρατηθεί µεταξύ δύο κοσκίνων ή να σφηνωθεί µέσα σ ένα κόσκινο µε ειδικό δακτύλιο.η δοκιµή αρχίζει µε τα µικρότερης διαµέτρου σφαιρίδια που θα χρησιµοποιηθούν, τοποθετώντας 5g από αυτά στο κέντρο του δοκιµίου. Τοποθετούνται ο συλλέκτης και το καπάκι και το γεωύφασµα δονείται για 1 λεπτά. Τα σφαιρίδια που παραµένουν στην επιφάνεια του γεωυφάσµατος συγκεντρώνονται σε ένα συλλέκτη (µαζί µε όσα πέφτουν καθώς το γεωύφασµα τοποθετείται ανάποδα και ασκούνται κτύποι στο δακτύλιο ή στα κόσκινα που το συγκρατούν) και ζυγίζονται. Ζυγίζονται και τα σφαιρίδια που έχουν διαπεράσει το γεωύφασµα. Υπολογισµοί Για κάθε µέγεθος σφαιριδίων που χρησιµοποιείται υπολογίζεται το ποσοστό διερχοµένων από το δοκίµιο, ως εξής : Β=1P/T (Α.5) όπου B είναι το ποσοστό διερχοµένων (%), P είναι η µάζα των σφαιριδίων στο συλλέκτη (g) και T είναι η ολική µάζα σφαιριδίων που χρησιµοποιήθηκε (g). Τα αποτελέσµατα για κάθε δοκίµιο γεωυφάσµατος και για κάθε µέγεθος σφαιριδίων καταγράφονται στο πρότυπο έντυπο εργαστηρίου που φαίνεται στο Σχήµα Α.7.Το µέγεθος πόρων κάθε δοκιµίου είναι το µέγεθος, σε mm, των σφαιριδίων των οποίων το 5% ή λιγότερο πέρασε από το δοκίµιο. Για τον προσδιορισµό του φαινόµενου µεγέθους πόρωνσχεδιάζεται διάγραµµα, σε ηµιλογαριθµικό χαρτί, του ποσοστού διερχοµένων (κατακόρυφος άξονας) σε σχέση µε το µέγεθος των σφαιριδίων (οριζόντιος, λογαριθµικός άξονας) για κάθε δοκίµιο. Σχεδιάζεται ευθεία γραµµή που ενώνει τα δύο σηµεία που αντιπροσωπεύουν το µέγεθος σφαιριδίων ακριβώς πριν και µετά από το 5% διερχοµένων. Η τιµή του µεγέθους πόρων του δοκιµίου αντιστοιχεί στο σηµείο τοµής της ευθείας αυτής και της οριζόντιας γραµµής που αντιστοιχεί στο ποσοστό διερχοµένων 5%. Το µέγεθος πόρων για το δείγµα του γεωυφάσµατος είναι ο µέσος όρος των αποτελεσµάτων των πέντε δοκιµίων. Συχνά εκφράζεται µε το αντίστοιχο µέγεθος κοσκίνου ή το αµέσως µεγαλύτερο. Α-13

147 Σχήµα Α.7 Πρότυπο έντυπο εργαστηρίου για δοκιµή κατά ASTM D4751 Τεχνική έκθεση Αρχικά αναφέρεται ότι οι δοκιµές εκτελέστηκαν σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D4751 και περιγράφεται το υλικό και ο τρόπος δειγµατοληψίας. Ακολούθως, παρέχονται οι εξής πληροφορίες : τα συµπληρωµένα εργαστηριακά έντυπα όπου φαίνεται το εύρος τιµών του µεγέθους των σφαιριδίων που χρησιµοποιήθηκαν, διαγράµµατα µεγέθους σφαιριδίων - ποσοστού διερχοµένων (εφ όσον απαιτείται), ο µέσος όρος των αποτελεσµάτων για τα πέντε δοκίµια, το βάρος του δείγµατος και ο τύπος του δονητή που χρησιµοποιήθηκε. Τέλος, αναφέρεται κάθε παρέκκλιση από την πρότυπη µέθοδο. Α-14