Μηχανική Συμπεριφορά ενός Συμπυκνωμένου Αποσαθρωμένου Σερπεντινίτη από την Σκύρο

Transcript

1 Μηχανική Συμπεριφορά ενός Συμπυκνωμένου Αποσαθρωμένου Σερπεντινίτη από την Σκύρο Mechanical Behaviour of a Compacted Weathered Serpentinite from the Island of Skiros ΜΠΑΡΔΑΝΗΣ, Μ.Ε. Πολιτικός Μηχανικός, MSc/DIC, ΕΔΑΦΟΣ Α.Ε., Υποψ. Διδ. ΕΜΠ ΓΡΙΦΙΖΑ, Σ. Γεωλόγος, ΕΔΑΦΟΣ Α.Ε. ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Στο άρθρο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της πειραματικής διερεύνησης που πραγματοποιήθηκε σε συμπυκνωμένο αποσαθρωμένο σερπεντινίτη. Αρχικά παρουσιάζονται οι φυσικές ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά συμπύκνωσης του υλικού. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα αποτελέσματα δοκιμών μηχανικών χαρακτηριστικών σε τρεις καταστάσεις ως προς την υγρασία συμπύκνωσης (στην, ξηρά και υγρά από αυτήν) και συγκεκριμένα: αποτελέσματα δοκιμών συμπιεσομέτρου, ύγρανσης υπό σταθερή κατακόρυφη τάση για τον προσδιορισμό των μεταβολών όγκου για διάφορες τιμές της τάσης, αποτελέσματα δοκιμών βραδείας διάτμησης με στερεοποίηση, μετρήσεις μύζησης και η χαρακτηριστική καμπύλη εδάφους-νερού για κάθε υγρασία. ABSTRACT : The results of an experimental investigation of the properties of a compacted weathered serpentinite are presented in the paper. First the index properties and compaction characteristics of the material are presented. Then the results of the mechanical tests for three moisture conditions (at optimum, dry and wet of optimum) and more specifically: one-dimensional compression tests, wetting tests for constant vertical stress in order to measure the volume change due to wetting for various values of stress, drained direct shear tests with prior consolidation of the specimens and finally measurements of suction in the compacted material at each moisture condition relative to optimum along with soil-water characteristic curves. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Για την κατασκευή των σωμάτων στήριξης του φράγματος Φερέκαμπου Σκύρου προγραμματίζεται η χρήση του αποσαθρωμένου σερπεντινίτη που εμφανίζεται σε μεγάλες ποσότητες στην περιοχή του έργου. Το φράγμα Φερέκαμπου έχει ύψος 25m με πυρήνα πλάτους 5m στην στέψη και 35m στην βάση του. Ο πυρήνας προγραμματίζεται να κατασκευαστεί από αμμώδη άργιλο που βρίσκεται στην περιοχή του έργου ως επιφανειακή στρώση υπερκείμενη του αποσαθρωμένου σερπεντινίτη. Ο αποσαθρωμένος σερπεντινίτης βρίσκεται κάτω α- πό την αμμώδη άργιλο τουλάχιστον μέχρι βάθος 25m ενώ εμφανίζεται και στην επιφάνεια του εδάφους στις πλευρές της κοιλάδας. Το υ- λικό εμφανίζεται σε μορφή τέτοια που ο όγκος του μειώνεται αρκετά κατά την διαβροχή ή/και την μηχανική αναμόχλευσή του, όπως π.χ. κατά την εκσκαφή και μεταφορά με μηχανικά μέσα. Αυτή η συμπεριφορά απετέλεσε την αφορμή για την πειραματική διερεύνηση της μηχανικής συμπεριφοράς του υλικού αυτού συμπυκνωμένου σε διάφορες υγρασίες ως προς την, με έμφαση στον προσδιορισμό των μεταβολών όγκου του κατά την ύγρανσή του για διάφορες τάσεις. Η πειραματική διερεύνηση επεκτάθηκε και στα υπόλοιπα μηχανικά χαρακτηριστικά του υλικού περιλαμβανομένων μετρήσεων μύζησης (suction) στο συμπυκνωμένο υλικό για διάφορες υγρασίες καθώς και προσδιορισμό της χαρακτηριστικής καμπύλης εδάφους-νερού για την υγρασία καθώς και υγρασίες ξηρά και υγρά από αυτήν. Οι καμπύλες αυτές είναι οι πρώτες που παρουσιάζονται στην βιβλιογραφία για συμπυκνωμένα εδάφη από τον ελλαδικό χώρο και μάλιστα στο 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 1

2 εύρος τιμών μύζησης 5kPa-15MPa. Η μέγιστη τιμή που αναφέρεται αντιστοιχεί σε τιμές της σχετικής υγρασίας σημαντικά μικρότερες των συνήθων τιμών της ατμόσφαιρας και αποτελεί αρκετά δύσκολο επίτευγμα η υλοποίησή τους σε δοκίμια εδαφικών υλικών. 2. ΦΥΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ & ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΣΥΜΠΥΚΝΩΣΗΣ. Από την ποσότητα του υλικού που μεταφέρθηκε στο εργαστήριο επιλέχθηκαν 5 τυχαία μικρότερα δείγματα στα οποία έγιναν δοκιμές φυσικών χαρακτηριστικών. Το όριο υδαρότητας του υλικού ήταν κατά μέσο όρο 27.4% με τυπική α- πόκλιση 1.9%, ο δείκτης πλαστικότητας ήταν 8.4 με τυπική απόκλιση 3.7, το ειδικό βάρος στερεών 2.61 με τυπική απόκλιση.3, η περιεχόμενη άργιλος 2.1% με τυπική απόκλιση 1.3%, η περιεχόμενη ιλύς 48.5% με τυπική α- πόκλιση 5.8% και η περιεχόμενη άμμος 48.6% με τυπική απόκλιση 6.3%, ενώ σε όλα τα δείγματα υπήρχαν και ίχνη χαλίκων. Στο Σχ. 1 παρουσιάζεται το διάγραμμα πλαστικότητας του Casagrande με τα πειραματικά σημεία και τον μέσο όρο των αποτελεσμάτων και στο Σχ. 2 παρουσιάζονται οι καμπύλες κοκκομετρικής διαβάθμισης και για τα 5 δείγματα. Με βάση αυτά τα αποτελέσματα το υλικό κατατάσσεται κατά USCS από SC έως CL με τις τιμές των μέσων όρων των φυσικών του χαρακτηριστικών να το κατατάσσουν ως CL. Με βάση το διάγραμμα πλαστικότητας του Casagrande τα δείγματα κατατάσσονται ως ML ή CL με τους μέσους όρους των ορίων Atterberg να κατατάσσουν το υλικό ως CL. Εκτός από δοκιμές προσδιορισμού φυσικών χαρακτηριστικών, σε δύο δείγματα πραγματοποιήθηκαν και δοκιμές συμπύκνωσης κατά Proctor με την πρότυπη ενέργεια συμπύκνωσης (standard Proctor test). Οι καμπύλες ξηρού φαινόμενου βάρους-υγρασίας συμπύκνωσης για τα δύο δείγματα παρουσιάζονται στο Σχ. 3. Από τις δοκιμές αυτές προέκυψε κατά μέσο όρο μέγιστο ξηρό φαινόμενο βάρος 19.3 kn/m 3 και υγρασία συμπύκνωσης 11.1%. Και τα δύο αυτά μεγέθη απείχαν πολύ λίγο στις δύο δοκιμές, αλλά είχαν σημαντική απόσταση μεταξύ τους οι κλάδοι των καμπυλών «ξηρά» από την υγρασία. Έ- τσι, από τις μορφές των καμπυλών ξηρού φαινόμενου βάρους-υγρασίας συμπύκνωσης προέκυψε ότι 95% του μέγιστου ξηρού φαινόμενου βάρους προκύπτει μέχρι και 2.5% «υγρά» από την υγρασία (με τις δύο καμπύλες να βρίσκονται πολύ κοντά), ενώ «ξηρά» από την Δείκτης πλαστικότητας Ip CL CH Γραμμή " Α" CL-ML OL/ML OH/MH ML Όριο υδαρότητας w L (%) Σχήμα 1. Διάγραμμα πλαστικότητας του Casagrande με πειραματικά σημεία (κενοί δείκτες) και τον μέσο τους όρο (γεμάτος δείκτης). Figure 1. Casagrande s plasticity chart with experimental points for weathered serpentinite (empty points) and their average (solid point). Διερχόμενο (%) Άνοιγμα οπής κοσκίνου (mm) Σχήμα 2. Καμπύλες κοκκομετρικής διαβάθμισης αποσαθρωμένου σερπεντινίτη. Figure 2. Grain size distribution curves of weathered serpentinite. Ξηρό φαινόμενο βάρος (kn/m 3 ) % 4% 5% 6% 8% S r =1% 9% 7% Ποσοστό υγρασίας (%) Σχήμα 3. Καμπύλες συμπύκνωσης κατά την πρότυπη δοκιμή Proctor. Figure 3. Standard Proctor compaction curves of weathered serpentinite. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 2

3 , η διασπορά των καμπυλών είναι τέτοια που αυτό το ξηρό φαινόμενο βάρος μπορεί να προκύπτει (ανάλογα την καμπύλη) από 4% έως 1.5% «ξηρά» από την υγρασία. 3. ΔΟΚΙΜΕΣ ΜΟΝΟΔΙΑΣΤΑΤΗΣ ΣΥΜΠΙΕΣΗΣ Η πρώτη ομάδα δοκιμών προσδιορισμού μηχανικών χαρακτηριστικών που πραγματοποιήθηκε, ήταν δοκιμές μονοδιάστατης συμπίεσης μέχρι κατακόρυφη τάση 76 kpa (Σχ. 4). Οι δοκιμές έγιναν σε συμπιεσόμετρα υδραυλικά ελεγχόμενης τάσης σε δακτυλίους διαμέτρου 5mm με λεία εσωτερική επιφάνεια με ελαφρά λίπανση για ελαχιστοποίηση της τριβής κατά μήκος της πλευρικής επιφάνειας των δοκιμίων. Σε όλα τα συμπιεσόμετρα που χρησιμοποιήθηκαν, προηγήθηκαν δοκιμές συμμόρφωσης επί χαλύβδινων δοκιμίων της ίδιας διαμέτρου με την εσωτερική διάμετρο των δακτυλίων. Οι χρησιμοποιηθέντες πορόλιθοι καθαρίζονταν σε λουτρό υπερήχων πριν από κάθε δοκιμή για εξασφάλιση της μέγιστης δυνατής διαπερατότητας τους. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σε δοκίμια που αποκόπηκαν από μεγάλα συμπυκνωμένα δείγματα παρασκευασμένα στον αυτόματο συμπυκνωτή που έγιναν και οι δοκιμές Proctor. Αυτή η μέθοδος προετοιμασίας δοκιμίων προτιμήθηκε επειδή παρέχει την μεγαλύτερη δυνατή τυποποίηση κατά την προετοιμασία πολλών δοκιμίων, που ήταν ιδιαίτερα κρίσιμο για τις δοκιμές αυτής της ομάδας, αλλά κυρίως για αυτές που παρουσιάζονται στην Παρ. 4. e (α) e (γ) Διαβροχή στα 76 kpa Διαβροχή από την αρχή σ ν (kpa) Διαβροχή στα 76 kpa Διαβροχή από την αρχή σ ν (kpa) e (β) e (δ) Διαβροχή στα 76 kpa Διαβροχή από την αρχή σ ν (kpa) Ξηρά -2.5% Βέλτιστη Υγρά +2.5% σ ν (kpa) Σχήμα 4. Δοκιμές μονοδιάστατης συμπίεσης σε αποσαθρωμένο σερπεντινίτη με διαβροχή εξ αρχής ή στα 76 kpa για υγρασία συμπύκνωσης: α) ξηρά από την, β) στην, γ) υγρά από την, και δ) όλες μαζί οι δοκιμές μονοδιάστατης συμπίεσης για όλες τις υγρασίες συμπύκνωσης μόνο για διαβροχή στα 76 kpa. Figure 4. One-dimensional compression tests on weathered serpentinite with wetting at the beginning of the test and at 76 kpa for compaction moisture content: a) dry of optimum, b) at optimum, c) wet of optimum, and d) all the one-dimensional compression curves for all compaction moisture contents only for wetting at 76 kpa. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 3

4 Για την προετοιμασία των δοκιμίων επιλέχθηκαν οι υγρασίες συμπύκνωσης:, ξηρά από αυτήν στο -2.5% και υγρά από αυτήν στο +2.5%. Για τις υγρασίες υγρά από την η υγρασία που επιλέχθηκε δεν αναμενόταν να δημιουργήσει προβλήματα με την ομοιογένεια των παρασκευαζόμενων δοκιμίων. Για τις υγρασίες όμως ξηρά από την, ό- πως εξηγήθηκε στην Παρ. 2 και φαίνεται και στο Σχ. 3, η διαφορά μεταξύ των καμπυλών συμπύκνωσης ήταν αρκετά σημαντική με αποτέλεσμα η επιλεχθείσα υγρασία να δημιουργεί κάποιες φορές πυκνότητες μικρότερες του 95% της μέγιστης. Τα δοκίμια αυτά απορρίπτονταν και φτιάχνονταν καινούργια μέχρι την επίτευξη της επιθυμητής αρχικής πυκνότητας. Εκτός από τις συμβατικές δοκιμές που έγιναν με διαβροχή των δοκιμίων από την αρχή (όπως γίνεται στις συνήθεις δοκιμές μονοδιάστατης συμπίεσης), πραγματοποιήθηκαν και δοκιμές σταθερού ποσοστού υγρασίας μέχρι την μέγιστη κατακόρυφη τάση, κατά τις οποίες η διαβροχή έγινε αφού ολοκληρώθηκε η στερεοποίηση υπό την μέγιστη κατακόρυφη τάση. Για την αποφυγή ξήρανσης των δοκιμίων μέσα στις κυψέλες μέχρι την εφαρμογή της μέγιστης τάσης, το άνοιγμα των κυψελών σφραγιζόταν επιμελώς με ελαστική μεμβράνη. Στο Σχ. 4 παρουσιάζονται οι καμπύλες μονοδιάστατης συμπίεσης και για τα δύο είδη δοκιμών ανά υγρασία συμπύκνωσης (Σχ. 4α ξηρά από την, Σχ. 4β στην, και Σχ. 4γ υγρά από την ) και για όλες τις υγρασίες συμπύκνωσης μαζί (Σχ. 4δ, μόνο οι δοκιμές με διαβροχή στα 76 kpa). Όπως προκύπτει από τα Σχ. 4α, 4β και 4γ, σε όλες τις υγρασίες συμπύκνωσης το δοκίμιο στο οποίο έγινε διαβροχή από την αρχή ήταν πιο συμπιεστό από το δοκίμιο που συμπιέστηκε υπό σταθερό ποσοστό υγρασίας, με την διαφορά να είναι μεγαλύτερη για υγρασία συμπύκνωσης ξηρά από την και την και μικρότερη για υγρασία συμπύκνωσης υγρά από την (η διαφορά είναι μικρότερη της ακρίβειας αναφοράς του δείκτη συμπίεσης για την υγρασία υγρά από την ). Οι τιμές του δείκτη συμπίεσης παρουσιάζονται στον Πιν. 4. Επίσης η μεταβολή του λόγου κενών κατά την διαβροχή στην τάση των 76 kpa ήταν τόσο μεγαλύτερη όσο μικρότερη ήταν η υγρασία συμπύκνωσης του προετοιμασμένου δοκιμίου (βλ. συγκριτικά το Σχ. 4δ). Το φαινόμενο αυτό επεξηγείται αναλυτικά στην επόμενη παράγραφο όπου παρουσιάζεται και η σχετική πειραματική διερεύνηση για διάφορες τιμές της κατακόρυφης τάσης. Πίνακας 1. Δείκτης συμπίεσης για όλες τις συνθήκες συμπύκνωσης και διαβροχής. Table 1. Compression index for all compaction and wetting conditions. Υγρασία συμπύκνωσης Δείκτης συμπίεσης Διαβροχή εξ αρχής Διαβροχή στα 76 kpa Ξηρά από την.14.9 Στην.12.7 Υγρά από την ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΟΓΚΟΥ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΥΓΡΑΝΣΗ ΥΠΟ ΜΟΝΟΔΙΑΣΤΑΤΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ Εκτός από τις δοκιμές μονοδιάστατης συμπίεσης της Παρ. 3 έγιναν και δοκιμές με διαβροχή σε διάφορες τιμές της κατακόρυφης τάσης προκειμένου να διερευνηθεί η εξέλιξη της παραμόρφωσης λόγω διαβροχής με την τάση. Ειδικά για αυτό το κομμάτι της μηχανικής συμπεριφοράς του υλικού μπορούν να βρεθούν αναλυτικά τα αποτελέσματα και η πειραματική μέθοδος που αναπτύχθηκε στους Bardanis & Grifiza (21). Στο Σχ. 5 παρουσιάζονται συνοπτικά τα αποτελέσματα των δοκιμών αυτών. Για υγρασίες συμπύκνωσης 2.5% ξηρά α- πό την η θλιπτική παραμόρφωση κατά την ύγρανση αρχίζει να αυξάνεται ραγδαία από την κατακόρυφη τάση των 25 kpa και μετά, ενώ σταθεροποιείται από τα 4 kpa και μετά. Η μέγιστη θλιπτική παραμόρφωση έφτασε το 6.4%. Μηδενική παραμόρφωση παρατηρήθηκε στην τάση των 125 kpa. Για τάσεις μικρότερες από αυτήν παρουσιάστηκε διόγκωση με μέγιστη τιμή της παραμόρφωσης (κατ απόλυτη τιμή).19% για την ελάχιστη εφαρμοσθείσα τάση των 8 kpa. Για υγρασίες συμπύκνωσης στην οι παρατηρήσεις ήταν αντίστοιχες με την θλιπτική παραμόρφωση κατά την ύγρανση να αρχίζει να αυξάνεται ραγδαία μεν αλλά λιγότερο από την προηγούμενη περίπτωση από την κατακόρυφη τάση μεταξύ 5 και 75 kpa και μετά, και να σταθεροποιείται όπως και πριν από τα 4 kpa και μετά. Η μέγιστη θλιπτική παραμόρφωση έφτασε το 2.7%. Μηδενική παραμόρφωση παρατηρήθηκε στην τάση των 225 kpa. Για τάσεις μικρότερες από αυτήν παρουσιάστηκε διόγκωση με μέγιστη τιμή της παραμόρφωσης (κατ απόλυτη τιμή).34% για την ελάχιστη εφαρμοσθείσα τάση των 8 kpa. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 4

5 Τέλος για υγρασίες συμπύκνωσης υγρά α- πό την η θλιπτική παραμόρφωση κατά την ύγρανση που μετρήθηκε ακόμα και κατά την διαβροχή στην κατακόρυφη τάση των 76 kpa ήταν πρακτικά αμελητέα. Σε αυτή την συγκεκριμένη περίπτωση θα μπορούσε να επιχειρηματολογήσει κανείς ότι στην πραγματικότητα δεν υπήρξε συρρίκνωση λόγω διαβροχής αλλά ότι οι παρατηρηθείσες παραμορφώσεις είναι α- πλώς η δευτερεύουσα στερεοποίηση που συνεχίστηκε για τις 24h που μετρούντο οι παραμορφώσεις λόγω διαβροχής μετά την διαβροχή (ειδικά μάλιστα προκειμένου για τις πολύ μεγάλες τάσεις). Ανεξάρτητα από αυτό μηδενική μεταβολή όγκου κατά την διαβροχή παρατηρήθηκε στην τάση των 5 kpa. Για χαμηλότερες τιμές της τάσης παρατηρήθηκε διόγκωση με μέγιστη τιμή (κατ απόλυτη τιμή).9% για την ελάχιστη εφαρμοσθείσα τάση των 8 kpa. Αν η τάση διόγκωσης οριστεί (και ορθά) ως η τάση σε ένα δοκίμιο κατά την οποία δεν παρατηρείται καμιά μεταβολή όγκου όταν πραγματοποιείται διαβροχή του δοκιμίου (αφού έχει παρέλθει επαρκής χρόνος για να ολοκληρωθούν οι παραμορφώσεις λόγω επιβολής της τάσης αυτής), τότε οι τιμές που αντιστοιχούν στο υλικό αυτό για κάθε υγρασία συμπύκνωσης είναι 125 kpa, 225 kpa and 5 kpa αντίστοιχα για ξηρά από την, την και υγρά από αυτήν. Δεδομένης της υψηλότερης πυκνότητας για συμπύκνωση στην υγρασία συμπύκνωσης η υψηλότερη τιμή της τάσης διόγκωσης από εκείνη για την υγρασία συμπύκνωσης ξηρά από την είναι λογική παρά τον χαμηλότερο βαθμό κορεσμού και την υψηλότερη αρχική τιμή της μύζησης των δοκιμίων αυτών. Αντίθετα η αρκετά υψηλότερη τιμή της τάσης διόγκωσης για την υγρασία συμπύκνωσης υγρά από την α- πλά μοιάζει να μην έχει νόημα. Εάν ληφθεί υ- πόψη το μέγεθος των παραμορφώσεων πριν και μετά από αυτήν την τιμή της τάσης διόγκωσης μπορεί να υποτεθεί εύλογα ότι μέχρι αυτή την τάση το δοκίμιο έχει ήδη κορεστεί και κατά συνέπεια η διόγκωση που παρατηρείται για τάσεις μικρότερες από αυτή την «τάση διόγκωσης» δεν είναι αυτές που αντιστοιχούν στις μεταβολές του βαθμού κορεσμού και της μύζησης ενός αρχικά μη κορεσμένου εδάφους αλλά στην ελάχιστη έστω, αλλά υπαρκτή- διογκωσιμότητα κάποιων εκ των περιεχόμενων αργιλικών ορυκτών ακόμα και όταν το εδαφικό υλικό είναι αρχικά πλήρως κορεσμένο, υπό την προϋπόθεση βέβαια ότι έχει αρκετά μεγάλη πυκνότητα (Katti, et al., 22). Η παρατήρηση αυτή συζητείται και στην επόμενη παράγραφο. (α) Διόγκωση/Κατάρρευση (%) (β) Διόγκωση/Κατάρρευση (%) (γ) Διόγκωση/Κατάρρευση (%) Κατακόρυφη τάση (kpa) Βέλτιστη-2.5% Βέλτιστη Βέλτιστη+2.5% Κατακόρυφη τάση (kpa) Βέλτιστη-2.5% Βέλτιστη Βέλτιστη+2.5% Κατακόρυφη τάση (kpa) Βέλτιστη-2.5% Βέλτιστη Βέλτιστη+2.5% Σχήμα 5. Παραμόρφωση λόγω διαβροχής με την κατακόρυφη τάση για κάθε μια από τις υγρασίες συμπύκνωσης με την κατακόρυφη τάση σε α) γραμμική κλίμακα, β) λογαριθμική κλίμακα, και γ) λογαριθμική κλίμακα αλλά στο εύρος 1-1 kpa. Figure 5. Strain due to wetting versus vertical stress prior to wetting at each of the three moisture contents tested for vertical stress in a) linear scale, b) logarithmic scale, and c) logarithmic scale but only in the range 1 to 1 kpa. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 5

6 5. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΜΥΖΗΣΗΣ ΑΜΕΣΩΣ ΜΕΤΑ ΤΗΝ ΣΥΜΠΥΚΝΩΣΗ Για όλες τις υγρασίες συμπύκνωσης πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις της μύζησης (suction) σε δείγματα αμέσως μετά την συμπύκνωσή τους. Μετρήθηκε και η μύζηση εδαφικού σκελετού με εργαστηριακά τενσιόμετρα (tensionmeters) καθώς και η ολική μύζηση με υγρόμετρο ψυχρού κατόπτρου (chilled mirror hygrometer) Φωτ. 1. Μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε πολλά δείγματα και σε πολλές θέσεις καθενός (προκειμένου για τα τενσιόμετρα) από τις οποίες μετά την αφαίρεση του οργάνου λαμβάνοντο δείγματα για την μέτρηση της ολικής μύζησης στο υγρόμετρο ψυχρού κατόπτρου. Στον Πιν. 2 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των σχετικών μετρήσεων. Για το υλικό αυτό προκύπτει (για την χρήση απιονισμένου νερού που έγινε στο εργαστήριο) ωσμωτική συνιστώσα της μύζησης μεταξύ 2 και 3 kpa περίπου. Πίνακας 2. Μύζηση αμέσως μετά την συμπύκνωση. Table 2. Suction immediately after compaction. Υγρασία συμπύκνωσης Ξηρά από την Στην Υγρά από την Μύζηση εδαφικού σκελετού (kpa) Ολική μύζηση (kpa) Ωσμωτική συνιστώσα της μύζησης (kpa) 69±2 384±46 314±47 3±5 234±27 25±25 12±2 239±3 227±31 Οι μετρήσεις αυτές ενδέχεται να εξηγούν εν μέρει τις προσδιορισθείσες τιμές της τάσης διόγκωσης. Μύζηση μόλις 12 kpa για τα συμπυκνωμένα δοκίμια υγρά από την υγρασία μπορεί να θεωρηθεί λογικό ότι πράγματι ε- ξαλείφθηκε κατά την συμπίεση μέχρι μέτριες έως μεγάλες τιμές της τάσης, και άρα πιθανότατα η εξήγηση για την μεγαλύτερη τιμή της τάσης διόγκωσης σε αυτήν την υγρασία που δόθηκε στην Παρ. 4 να είναι λογική. Άλλωστε σε κάθε περίπτωση, στις δοκιμές μονοδιάστατης συμπίεσης με διαβροχή εξαρχής σε δείγματα συμπυκνωμένα σε αυτήν την υγρασία δεν παρατηρήθηκε καμιά διόγκωση ακόμα και για την μικρότερη εφαρμοσθείσα τάση (ως γνωστόν, η τάση διόγκωσης που μετρείται με αυτή την μέθοδο είναι συστηματικά λαθασμένη και μάλιστα μεγαλύτερη από αυτήν που μετρείται με την μέθοδο της διαβροχής σε διάφορες τάσεις). Φωτογραφία 1. Υγρόμετρο ψυχρού κατόπτρου με τον θάλαμο εισαγωγής δοκιμίου ανοικτό. Photograph 1. Chilled mirror hygrometer with the measurement chamber open. 6. ΔΟΚΙΜΕΣ ΒΡΑΔΕΙΑΣ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ ΜΕ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗ Για τις δοκιμές βραδείας άμεσης διάτμησης με στερεοποίηση προετοιμάστηκαν και πάλι συμπυκνωμένα δείγματα στον αυτόματο συμπυκνωτή στις τρεις επιλεχθείσες υγρασίες και α- πό αυτά μορφώθηκαν δοκίμια ύψους 25.4mm και διαμέτρου 63.5mm για την εκτέλεση των δοκιμών. Σε αυτήν την φάση της ερευνητικής προσπάθειας πραγματοποιήθηκαν δοκιμές κατά τις οποίες η στερεοποίηση συνδυαζόταν με διαβροχή από την αρχή. Οι δοκιμές έγιναν σε κατακόρυφες τάσεις από 5 έως 1 kpa. Η ταχύτητα διάτμησης για όλες τις δοκιμές ήταν.5mm/min, η οποία ήταν επαρκώς αργή ο- δηγώντας σε χρόνο διάρκειας της διάτμησης πολύ μεγαλύτερο από τον προβλεπόμενο 5x t 5 προσδιοριζόμενο από το προηγηθέν στάδιο της στερεοποίησης. Στο Σχ. 6 παρουσιάζονται οι περιβάλλουσες διατμητικής αντοχής και για τις τρεις υγρασίες συμπύκνωσης και στον Πιν. 3 οι τιμές των παραμέτρων διατμητικής αντοχής. Πίνακας 3. Παράμετροι διατμητικής αντοχής. Table 3. Shear strength parameters. Γωνία Υγρασία Συνοχή c διατμητικής συμπύκνωσης (kpa) αντοχής φ ( ο ) Ξηρά από την Στην Υγρά από την ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 6

7 Διατμητική τάση (kpa) Wet Opt Dry Κατακόρυφη τάση (kpa) Σχήμα 6. Περιβάλλουσες διατμητικής αντοχής συμπυκνωμένου αποσαθρωμένου σερπεντινίτη για τις τρεις υγρασίες συμπύκνωσης. Figure 6. Failure envelopes of compacted weathered serpentinite for the three compaction moisture contents. 7. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΕΣ ΚΑΜΠΥΛΕΣ ΕΔΑΦΟΥΣ-ΝΕΡΟΥ Εκτός από τις προηγούμενες κατηγορίες εργαστηριακών δοκιμών πραγματοποιήθηκαν και δοκιμές προσδιορισμού των χαρακτηριστικών καμπυλών εδάφους-νερού για κάθε υγρασία συμπύκνωσης. Για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών καμπυλών εδάφους-νερού χρησιμοποιήθηκαν τρείς μέθοδοι ελέγχου της μύζησης: η μέθοδος μετατόπισης άξονα υλοποιούμενη σε θάλαμο μύζησης κεραμικών πορολίθων πίεσης διείσδυσης αέρα 15 kpa, η μέθοδος κορεσμένων υδατικών διαλυμάτων αλάτων και η ξήρανση στην ατμόσφαιρα σε συνδυασμό με χρήση του υγρομέτρου ψυχρού κατοπτρου για μέτρηση της αναπτυσσόμενης μύζησης. Η μέθοδος μετατόπισης άξονα αποτελεί την πιο διαδεδομένη μέθοδο ελέγχου της μύζησης αλλά με εύρος ελέγχου μόνο μεταξύ 1 και 15 kpa. Περισσότερα για την μέθοδο αυτή μπορούν να βρεθούν στους Μπαρδάνη & Καββαδά (25 και 26). Για την υλοποίηση μεγαλύτερων τιμών της μύζησης, δοκίμια συμπυκνωμένου υλικού είτε αφέθηκαν να ξεραθούν στην ατμόσφαιρα μέχρι διάφορα ποσοστά υγρασίας οπότε και η αναπτυχθείσα σε αυτά μύζηση μετρήθηκε με υγρόμετρο ψυχρού κατόπτρου, είτε τοποθετήθηκαν σε θαλάμους με κορεσμένα υδατικά διαλύματα αλάτων. Η τελευταία μέθοδος ελέγχει ουσιαστικά την σχετική υγρασία που αναπτύσσεται στον αέρα μέσα σε ένα αεροστεγώς κλεισμένο δοχείο στην βάση του οποίου υπάρχει κορεσμένο υδατικό διάλυμα ενός άλατος. Εάν ένα δοκίμιο εδαφικού υλικού τοποθετηθεί και αφεθεί σε αυτό το περιβάλλον θα συνεχίσει να α- νταλλάσει νερό με τον αέρα μέσα στο δοχείο μέχρι να επέλθει υδραυλική ισορροπία ανάμεσα στην σχετική υγρασία του αέρα και την ολική μύζηση στο εδαφικό υλικό κατά τις προβλέψεις του Νόμου του Kelvin. Για την ε- φαρμογή της μεθόδου μπορούν να χρησιμοποιηθούν και ακόρεστα διαλύματα αλλά γενικώς προτιμώνται τα κορεσμένα αφού σε αυτά η ανταλλαγή υγρασίας με τον υπερκείμενο αέρα δεν αλλοιώνει την συγκέντρωσή των διαλυμάτων και κατά συνέπεια την σχετική υγρασία που μπορούν να δημιουργήσουν. Στην συγκεκριμένη πειραματική διερεύνηση χρησιμοποιήθηκαν 5 κορεσμένα υδατικά διαλύματα διαφορετικών αλάτων. Τα άλατα επιλέχθηκαν με βάση την ολική μύζηση που μπορεί να δημιουργήσει η σχετική υγρασία που αναπτύσσουν και μετρήθηκε ότι όντως επιτυγχάνεται με το υγρόμετρο ψυχρού κατόπτρου. Επίσης πραγματοποιήθηκαν δοκιμές μεταβολής της συγκέντρωσης μέχρι επίτευξης κορεσμού των υδατικών διαλυμάτων. Η συγκέντρωσή των διαλυμάτων που χρησιμοποιήθηκαν για τον έ- λεγχο της μύζησης ρυθμίστηκε στο +1M για κάθε διάλυμα. Τα χαρακτηριστικά των χρησιμοποιηθέντων διαλυμάτων παρουσιάζονται στον Πιν. 4. Στο Σχ. 7 παρουσιάζονται οι χαρακτηριστικές καμπύλες εδάφους-νερού του υλικού συμπυκνωμένου στις τρεις επιλεχθείσες υγρασίες. Στο μεν Σχ. 7α παρουσιάζονται σε όρους ποσοστού υγρασίας-μύζησης και στο Σχ. 7β σε όρους κανονικοποιημένου ποσοστού υγρασίας-μύζησης (το «Α» συμβολίζει τιμές μύζησης ρυθμισμένες με διαλύματα αλάτων). Όπως προκύπτει από το Σχ. 7β το υλικό που έχει συμπυκνωθεί «ξηρά» από την υγρασία παρουσιάζει μεγαλύτερη αντίσταση στην περαιτέρω απώλεια υγρασίας μέσω της ξήρανσής του, το υλικό στην υγρασία λιγότερο και το υλικό «υγρά» από την το λιγότερο από όλες τις υγρασίες συμπύκνωσης. 8. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στο άρθρο παρουσιάστηκε εκτεταμένη πειραματική διερεύνηση της μηχανικής συμπεριφοράς του συμπυκνωμένου αποσαθρωμένου σερπεντινίτη για τρεις διαφορετικές υγρασίες συμπύκνωσης: την, 2.5% ξηρά από αυτήν και 2.5% υγρά από αυτήν. Κίνητρο για την σχετική πειραματική διερεύνηση υπήρξε η προγραμματισμένη χρήση του υλικού αυτού 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 7

8 Πίνακας 4. Χαρακτηριστικά χρησιμοποιηθέντων υδατικών διαλυμάτων αλάτων. Table 4. Characteristics of salt solutions used. Διάλυμα Σχετική υγρασία (25 ο C) Μύζηση (25 ο C) Μύζηση όπως μετρήθηκε Συγκέντρωση επίτευξης κορεσμού διαλύματος (%) (MPa) (MPa) (Μ) BaCl 2.2Η 2Ο KCl NaCl Mg(NO 3) MgCl 2.6Η 2Ο w (%) (α) w/wo (%) (β) Wet Optimum Dry Wet Optimum Dry Μύζηση (kpa) Wet(A) Opt(A) Dry(A) Wet(A) Opt(A) Dry(A) Μύζηση (kpa) Σχήμα 7. Χαρακτηριστικές καμπύλες εδάφουςνερού συμπυκνωμένου σερπεντινίτη για τις τρεις υγρασίες συμπύκνωσης σε όρους α) ποσοστού υγρασίας-μύζησης, και β) κανονικοποιημένου ποσοστού υγρασίας-μύζησης. Figure 7. Soil-water characteristic curves of compacted serpentinite for the three compaction moisture contents in terms of a) moisture content-suction, and b) normalized moisture content-suction. για την κατασκευή των σωμάτων στήριξης του φράγματος Φερέκαμπου στην Σκύρο. Η σχετική πειραματική διερεύνηση ωστόσο επεκτάθηκε στο βαθμό που δημιουργήθηκε μία σημαντική βάση δεδομένων για την μηχανική συμπεριφορά του υλικού αυτού, η οποία περιλαμβάνει μέχρι και αποτελέσματα ιδιαίτερα εξεζητημένων εργαστηριακών δοκιμών όπως δοκιμές μονοδιάστατης συμπίεσης με διαβροχή για ύγρανση των δοκιμίων υπό διάφορες κατακόρυφες τάσεις και χαρακτηριστικές καμπύλες ε- δάφους-νερού, οι οποίες αποτελούν τις πρώτες που παρουσιάζονται στην βιβλιογραφία για συμπυκνωμένα υλικά από τον ελλαδικό χώρο. 9. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Κύριος του έργου κατασκευής του Φράγματος Φερέκαμπου είναι το Υπουργείο Αγροτικής Α- νάπτυξης και Τροφίμων. Ανάδοχος κατάσκευής του έργου είναι η εταιρεία «Ελληνική Υδροκατασκευή» Α.Ε. Η εταιρεία ΕΔΑΦΟΣ Α.Ε. είχε τον έλεγχο ποιότητας των υλικών και διαδικασιών κατασκευής του φράγματος. Οι δοκιμές που παρουσιάστηκαν στο άρθρο εκτελέστηκαν στο εργαστήριο της ΕΔΑΦΟΣ Α.Ε. Οι κ.κ. Χ. Βαγενάς και Μ. Τσουκαλαδάκης, τεχνικοί του εργαστηρίου της ΕΔΑΦΟΣ Α.Ε. βοήθησαν στην προετοιμασία δειγμάτων και διατάξεων δοκιμών. 1. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Bardanis, M. E., Grifiza, S. (21), Collapse potential of a compacted weathered serpentinite from Skiros island, Greece, proc. of the 5 th International Conf. on Unsaturated Soils, UNSAT 21, Barcelona, Spain, 6-8 September 21. Katti, R. K., Katti, D. R., Katti, A. R. (22), Behaviour of saturated expansive soil and control methods, Revised Enlarged Edition, Taylor & Francis, p Μπαρδάνης, Μ., Καββαδάς, Μ. (25), Εργαστηριακή διάταξη προσδιορισμού χαρακτηριστικών καμπυλών εδάφους-νερού. Χρήση ξεχωριστών δοκιμίων χωρίς υπόθεση σταθερού όγκου, Πρακτικά 1 ου Τακτικού Εθνικού Συνεδρίου Μετρολογίας, Αθήνα, Νοεμβρίου 25, σελ Μπαρδάνης, Μ., Καββαδάς, Μ. (26), Χαρακτηριστικές καμπύλες εδάφους-νερού εδαφικών υλικών από τον ελλαδικό χώρο, 5ο Παν. Συν. Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, Ξάνθη, 31 Μαΐου-2 Ιουνίου 26, Τόμος 1, σελ ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 8