Χαρακτηριστικές Καµπύλες Εδάφους-Νερού Εδαφικών Υλικών από τον Ελλαδικό Χώρο

Χαρακτηριστικές Καµπύλες Εδάφους-Νερού Εδαφικών Υλικών από τον Ελλαδικό Χώρο Soil-water Characteristic Curves of Soils from Greece ΜΠΑΡ ΑΝΗΣ, Μ. ΚΑΒΒΑ ΑΣ, Μ. Πολιτικός Μηχανικός ΕΜΠ, MSc/DIC, Υποψ. ιδ. Ε.Μ.Π., Ε ΑΦΟΣ Ε.Π.Ε. ρ Πολιτικός Μηχανικός, Αναπλ. Καθηγητής Ε.Μ.Π. ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Στο άρθρο παρουσιάζονται οι χαρακτηριστικές καµπύλες εδάφους-νερού (ΧΚΕΝ) που προσδιορίστηκαν για πέντε εδαφικά υλικά από τον ελλαδικό χώρο. Το πρόγραµµα δοκιµών επέτρεψε τον προσδιορισµό τιµών παραµέτρων για τα µεγέθη που υπεισέρχονται σε εδάφη από τον ελλαδικό χώρο και τον εντοπισµό των περιορισµών στην υπάρχουσα εργαστηριακή διάταξη για τον προσδιορισµό χαρακτηριστικών καµπυλών εδάφους-νερού. Επέτρεψε δε τη σύγκριση µεταξύ τέτοιων καµπυλών στο φυσικό και το αναζυµωµένο/επανασυµπιεσµένο υλικό. Φυσικά, σιµεντωµένα, εδαφικά υλικά βρέθηκαν να έχουν µεγαλύτερη πίεση διείσδυσης αέρα και δυνατότητα διατήρησης ύδατος στους πόρους τους από τα αντίστοιχα αναζυµωµένα. ABSTRACT : The soil-water characteristic curves (SWCC) of five soils from Greece are presented. The experimental program allowed the determination of the values of the properties involved for soils from Greece and the limitations of the laboratory equipment and the experimental procedure used. It also allowed the comparison of soil-water characteristic curves of natural and reconstituted/reconsolidated soils. Natural cemented soils were found to have a higher air-entry pressure and a higher water-retaining capacity than the same soil reconstituted and reconsolidated to the in-situ stress of the natural soil. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Βασική έννοια για την κατανόηση της µηχανικής συµπεριφοράς των µη κορεσµένων εδαφών είναι οι χαρακτηριστικές καµπύλες εδάφους-νερού (XKEN). Οι καµπύλες αυτές επιδεικνύουν τη συσχέτιση των φυσικών µεγεθών που εκφράζουν την κατανοµή της αέριας, της υγρής και της στερεάς φάσης των εδαφών όπως το ποσοστό υγρασίας, ο βαθµός κορεσµού και ο λόγος κενών, µεταξύ τους αλλά και µε την αρνητική πίεση πόρων/µύζηση (suction) που αναπτύσσεται εντός των µη κορεσµένων εδαφών. Στο άρθρο παρουσιάζονται οι χαρακτηριστικές καµπύλες εδάφους-νερού πέντε εδαφών από τον ελλαδικό χώρο και η εργαστηριακή διάταξη που χρησιµοποιήθηκε για τον προσδιορισµό τους. Οι καµπύλες αυτές είναι οι πρώτες πλήρεις καµπύλες (όλα τα µεγέθη υπολογισµένα και όχι µόνο το ποσοστό υγρασίας συναρτήσει της µύζησης) που παρουσιάζονται για εδάφη από τον ελλαδικό χώρο παρέχοντας τιµές παραµέτρων, ιδίως για µάργες για τις οποίες δεν απαντώνται δεδοµένα στη βιβλιογραφία. Για αυτές γίνεται επίσης σύγκριση των ΧΚΕΝ του φυσικού εδάφους και του α- ναζυµωµένου και επανασυµπιεσµένου στην ί- δια τάση µε εκείνη του υλικού επιτόπου. Το πρόγραµµα δοκιµών στην παρούσα φάση περιορίστηκε στον προσδιορισµό των κλάδων ξήρανσης. 2. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΙΑΤΑΞΗ Η εργαστηριακή διάταξη που χρησιµοποιήθηκε για τον προσδιορισµό των ΧΚΕΝ βασίζεται στη µέθοδο µετατόπισης άξονα (axis translation technique). Η µέθοδος αυτή προϋποθέτει ότι 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/6 1

πίεση αέρα που εφαρµόζεται στις ρευστές φάσεις ενός εδάφους προκαλεί την ίδια αύξηση και στην πίεση του αέρα των πόρων και στην πίεση του νερού των πόρων, και ότι η ίδια διαφορά µεταξύ πίεσης αέρα και πίεσης νερού των πόρων είναι αυτή που προκαλεί τα ίδια αποτελέσµατα στη µηχανική συµπεριφορά (και όχι οι απόλυτες τιµές των δύο µεγεθών). Στο Σχ. 1 παρουσιάζεται σε σκαρίφηµα η αρχή της µεθόδου µε την διάταξη όπως υλοποιήθηκε. οκίµιο του εδάφους αφού παρασκευαστεί στις επιθυµητές αρχικές συνθήκες ή αποκοπεί από δείγµα φυσικού υλικού τοποθετείται επί κεραµικού πορολίθου πίεσης διείσδυσης αέρα 15 Bar που βρίσκεται εντός θαλάµου (θάλαµος µύζησης), που σφραγίζεται αεροστεγώς (Σχ. 2). Ο πορόλιθος επικοινωνεί µε την εξωτερική πλευρά του θαλάµου και εφόσον η παρεχόµενη πίεση αέρα παραµένει µικρότερη από την πίεση διείσδυσης αέρα του πορολίθου, αυτός παρα- µένει πλήρως κορεσµένος, οπότε το νερό που εξέρχεται είναι µόνον νερό του δοκιµίου. Εάν στο θάλαµο έχει τοποθετηθεί µόνο ένα δοκίµιο, τότε ζυγίζοντας το δοκίµιο στην αρχή και στο τέλος της αλληλουχίας εφαρµοζόµενων τιµών µύζησης και µετρώντας την ποσότητα του νερού που εξέρχεται, προσδιορίζεται η ΧΚΕΝ του υλικού από µόνο ένα δοκίµιο σε όρους ποσοστού υγρασίας-µύζησης (w-s). Λόγω της µεγάλης διάρκειας των δοκιµών ωστόσο τοποθετούνται δοκίµια από περισσότερα εδάφη στη συσκευή. Τότε δεν µπορεί να είναι γνωστή η κατανοµή του εξερχόµενου νερού ανά δοκίµιο, αφού ο σωλήνας µεταφέρει το νερό που περνάει µέσα από τον πορόλιθο από όλα τα δοκί- µια επί αυτού. Όταν λοιπόν η συσκευή χρησι- µοποιείται για τον προσδιορισµό των ΧΚΕΝ περισσότερων υλικών ταυτόχρονα, ή απαιτείται ο υπολογισµός και άλλων µεγεθών εκτός από το ποσοστό υγρασίας, τότε δεν µπορεί να χρησιµοποιηθεί ένα δοκίµιο για εφαρµογή όλων των τιµών της µύζησης σε αυτό (Fredlund & Rahardjo, 1993). Τότε χρησιµοποιούνται ξεχωριστά δοκίµια από κάθε υλικό, τα ο- ποία έχουν αποκοπεί από ένα οµοιογενές δείγ- µα φυσικού υλικού, ή έχουν παρασκευαστεί έ- τσι ώστε να προκύψουν µε τα ίδια χαρακτηριστικά, προκειµένου για αναζυµωµένα υλικά. Τοποθετούνται µέσα στη συσκευή τα δοκίµια από όλα τα υλικά ή τις διαφορετικές αρχικές συνθήκες για τις οποίες ζητείται ο προσδιορισµός των XKEN, ο θάλαµος σφραγίζεται και εφαρµόζεται η πίεση που επιβάλει την επιθυ- µητή τιµή της µύζησης. Η πίεση αυτή αφήνεται µέχρι να αποκατασταθεί οµοιογένεια του ποσοστού υγρασίας εντός των δοκιµίων. Όταν παρέλθει αυτός ο χρόνος, η πίεση µηδενίζεται απότοµα, ο θάλαµος ανοίγεται και κάθε δοκίµιο κόβεται στα δύο. Στο ένα τµήµα µετρείται το ποσοστό υγρασίας και στο άλλο ο ολικός ό- γκος. Από αυτά τα δύο µεγέθη υπολογίζονται τα υπόλοιπα µεγέθη που ενδιαφέρουν (βαθµός κορεσµού S r, λόγος κενών e και ογκοµετρικό ποσοστό υγρασίας θ). Η εργαστηριακή διάταξη και η πειραµατική µέθοδος που χρησιµοποιήθηκαν παρουσιάζονται λεπτοµερώς από τους Μπαρδάνη & Καββαδά (5). Βάση στήριξης οκίµιο είγµα Σχήµα 1. Σκαρίφηµα διάταξης προσδιορισµού των ΧΚΕΝ. Figure 1. Layout of the setup for the determination of the SWCC. Σχήµα 2. Ο θάλαµος µύζησης του Εργαστηρίου Θεµελιώσεων του Τοµέα Γεωτεχνικής ΕΜΠ. Figure 2. The pressure extractor of the Foundations Laboratory of the Department of Geotechnics of NTUA. 3. ΤΑ Ε ΑΦΙΚΑ ΥΛΙΚΑ Παροχή αέρα υπό πίεση Κεραµικός πορόλιθος Αεροστεγής θάλαµος Έξοδος νερού Τα εδαφικά υλικά του προγράµµατος δοκιµών ήταν η Ιλύς Λίµνης Ιωαννίνων, η Μάργα Κορίνθου, η Άργιλος Χανίων και η Άργιλος και η Μάργα Κηφισιάς. Το δείγµα της Ιλύος Λίµνης 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/6 2

Ιωαννίνων προήλθε από προϊόντα εκσκαφής, της Αργίλου Χανίων και της Αργίλου και της Μάργας Κηφισιάς από δείγµατα γεωτρήσεων (ληφθέντα µε φραγµό) και µόνο το δείγµα της Μάργας Κορίνθου από προσεκτική απόσπαση τεµαχών φυσικού υλικού από τα πρανή της ιώρυγας της Κορίνθου. Γι αυτό το λόγο µόνο στη Μάργα Κορίνθου έγινε προσδιορισµός των ΧΚΕΝ και του φυσικού υλικού εκτός από το αναζυµωµένο και επανασυµπιεσµένο στην εκτιµώµενη επιτόπου τάση όπως έγινε για τα υπόλοιπα εδάφη. Στον Πίνακα 1 παρουσιάζονται τα φυσικά χαρακτηριστικά των εδαφικών υλικών του προγράµµατος δοκιµών. Πίνακας 1. Φυσικά χαρακτηριστικά εδαφών του προγράµµατος δοκιµών. Table 1. Index properties of the soils tested. Έδαφος w L I P G s Άργιλος (%) - - (%) Ιλύς Λίµνης Ιωαννίνων 24 1 2.55 8 Μάργα Κορίνθου 34 12 2.67 11 Άργιλος Χανίων 24 9 2.68 18 Άργιλος Κηφισιάς 41 21 2.67 33 Μάργα Κηφισιάς 31 16 2.66 25 4. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Τα κύρια µεγέθη που ενδιαφέρει η εξέλιξή τους µε τη µύζηση s είναι ο λόγος κενών e, και ο βαθµός κορεσµού S r, ενώ παράλληλα ενδιαφέρει και η εξέλιξη του λόγου κενών µε τη µείωση του ποσοστού υγρασίας w και η µείωση του βαθµού κορεσµού µε τη µείωση του ποσοστού υγρασίας. Από τις καµπύλες e-s προκύπτουν παράµετροι για την καταστατική προσοµοίωση της µηχανικής συµπεριφοράς των µη κορεσµένων εδαφών όπως οι ρυθµοί µείωσης του λόγου κενών µε την µύζηση πριν και µετά την πίεση διείσδυσης αέρα του υλικού, η οποία όµως προκύπτει ευκολότερα από τις καµπύλες S r -s. Από τις καµπύλες e-w προκύπτουν το όριο συρρίκνωσης w s και η τιµή του τελικού (ultimate) ή παραµένοντος (residual) λόγου κενών e r. Τέλος οι καµπύλες S r -s επιτρέπουν τη συµπλήρωση δεδοµένων µε τον τρόπο που επιδεικνύεται παρακάτω. Στο Σχ. 3 παρουσιάζονται οι χαρακτηριστικές καµπύλες εδάφους-νερού της Ιλύος Λίµνης Ιωαννίνων, στο Σχ. 4 της Μάργας Κορίνθου, στο Σχ. 5 της Αργίλου Χανίων και τέλος στο Σχ. 6 της Αργίλου και της Μάργας Κηφισιάς. Όπως προκύπτει από το Σχ. 3α, ο λόγος κενών της Ιλύος Λίµνης Ιωαννίνων µένει πρακτικά σταθερός κυµαινόµενος από.56 έως.63. Οι διαφορές αυτές είναι αρκετά µικρές, γεγονός το οποίο σε συνδυασµό µε την απουσία σαφούς τάσης εξέλιξης υποδηλώνει ότι πρακτικά δεν υπάρχει µείωση του λόγου κενών µε την αύξηση της µύζησης (όπως άλλωστε αναµενόταν δεδοµένου ότι το υλικό είναι χονδρόκοκκο και ελάχιστα συµπιεστό). Το ίδιο άλλωστε φαίνεται και από το Σχ. 3β (e-w). Από το Σχ. 3γ (S r -s) προκύπτει ότι ο αποκορεσµός (desaturation) του υλικού συµβαίνει µεταξύ 25 και 3 kpa (δηλαδή η πίεση διείσδυσης αέρα του υλικού είναι µεταξύ 25 και 3 kpa) και το δεύτερο σηµείο καµπής εντοπίζεται µεταξύ 15 και kpa προσδιορίζοντας τον παραµένοντα βαθµό κορεσµού µεταξύ 45 και 5%. Συνδυάζοντας τα αποτελέσµατα αυτά µε τα Σχ. 3β και 3δ προκύπτει ότι το ποσοστό υγρασίας που αντιστοιχεί στην πίεση διείσδυσης αέρα είναι περίπου 23% και το παραµένον ποσοστό υγρασίας w s είναι περίπου 11%. Στα Σχ. 3β και 3δ έχουν σχεδιαστεί και δύο θεωρητικές ευθείες. Στο Σχ. 3β έχει σχεδιαστεί η γραφική παράσταση της συσχέτισης µεταξύ λόγου κενών και ποσοστού υγρασίας για υπόθεση πλήρους κορεσµού. Ως γνωστόν η ανηγ- µένη πυκνότητα στερεάς φάσης G s, το ποσοστό υγρασίας w, ο βαθµός κορεσµού S r και ο λόγος κενών e συνδέονται µέσω της σχέσης G s w = S r e. Με υπόθεση διατήρησης πλήρους κορεσµού λοιπόν, η ανηγµένη πυκνότητα στερεάς φάσης G s είναι η κλίση της ευθείας που προκύπτει στο χώρο e-w. Η χρησιµότητά της έγκειται στο ότι όσο το εδαφικό υλικό παρα- µένει πλήρως κορεσµένο, τα πειραµατικά ση- µεία βρίσκονται επί αυτής της ευθείας, ενώ όταν πια γίνεται ο αποκορεσµός τα πειραµατικά σηµεία αρχίζουν να αποκλίνουν µέχρι που συµπίπτουν µε την ευθεία e = const = e r, όπου e r η τελική τιµή του λόγου κενών κατά τη συρρίκνωση. Έτσι εντοπίζεται ευκολότερα το ποσοστό υγρασίας που γίνεται ο αποκορεσµός. Σε ό,τι αφορά την ευθεία που έχει σχεδιαστεί στο Σχήµα 3δ, µε βάση τη σχέση G s w = S r e προκύπτει ότι αν βρισκόµαστε πια πέρα από το όριο συρρίκνωσης, οπότε ο λόγος κενών έ- χει σταθεροποιηθεί λαµβάνοντας την τιµή e r, τότε ο σταθερός πλέον λόγος G s /e r είναι η κλίση της ευθείας που εκφράζει τη γραµµική σχέση µεταξύ S r και w µετά τον αποκορεσµό. Η χρησιµότητά της έγκειται στον προσδιορισµό της τιµής του w στον αποκορεσµό αλλά και στον έλεγχο της ίδιας της εργαστηριακής µεθόδου σε ό,τι αφορά τη µύζηση επίτευξης αποκορεσµού, όπως επιδεικνύεται παρακάτω. Όπως προκύπτει από το Σχ. 4α (e-s) η διασπορά των αποτελεσµάτων είναι πολύ µεγα- 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/6 3

,8,8,7,7,1,1 (α) (β) 5 1 15 25 3 1 1 Βαθµός κορεσµού S r (%). 8 6 Βαθµός κορεσµού S r (%). 8 6 5 1 15 25 3 (γ) (δ) Σχήµα 3. Χαρακτηριστικές καµπύλες εδάφους-νερού της Ιλύος Λίµνης Ιωαννίνων, α) λόγος κενών- µύζηση, β) λόγος κενών-ποσοστό υγρασίας, γ) βαθµός κορεσµού-µύζηση και δ) βαθµός κορεσµού-ποσοστό υγρασίας. Figure 3. Soil-water characteristic curves of Ioannina Lake Silt, a) void ratio-suction, b) void ratiowater content, degree of saturation-suction, and d) degree of saturation-water content. λύτερη για την φυσική Μάργα Κορίνθου από ότι για την αναζυµωµένη/επανασυµπιεσµένη. Η περιοχή µέγιστης διασποράς για την φυσική µάργα εντοπίζεται µεταξύ 6 και 11 kpa µύζησης. Αυτό οφείλεται στο ότι εδώ έχουµε να κάνουµε µε ένα φυσικό υλικό στο οποίο οι µικροδιαφορές από τεµάχιο σε τεµάχιο που αποκόπτεται για τοποθέτηση στο θάλαµο µύζησης δεν µπορούν να ελεγχθούν. Αντίθετα η αναζυµωµένη/επανασυµπιεσµένη µάργα παρουσιάζει αρκετά µικρή διασπορά, η οποία, παρά την µικρή συµπιεστότητα του υλικού, επιτρέπει να διαφανεί µία σαφής τάση µείωσης του λόγου κενών από το.66 (πλήρως κορεσµένο υλικό) στο.59 (1 kpa). Όπως φαίνεται από τα Σχ. 4β (e-w) και 4γ (S r -s) έγινε αποκορεσµός (desaturation) και του φυσικού και του αναζυµωµένου/επανασυµπιεσµένου υ- λικού. Προκειµένου για το αναζυµωµένο/επανασυµπιεσµένο υλικό η πίεση διείσδυσης αέρα εντοπίζεται µεταξύ 1 και kpa ενώ για το φυσικό υλικό εντοπίζεται µεταξύ και 3 kpa. Για καµµία από τις δύο καµπύλες δεν εντοπίστηκε το δεύτερο σηµείο καµπυλότητας που αντιστοιχεί στην επίτευξη παραµένοντος ποσοστού υγρασίας, οπότε, δεδοµένων των περιορισµών της συσκευής, εκτιµάται ότι αυτό επιτυγχάνεται για µύζηση µεγαλύτερη των 15 kpa. Η φυσική µάργα βρέθηκε να διατηρεί µεγαλύτερο βαθµό κορεσµού για την ίδια 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/6 4

,8,8,7,7,1,1 Αναζυµωµένο Φυσικό (α) (β) 5 1 15 25 3 1 1 Βαθµός κορεσµού S r (%). 8 6 Βαθµός κορεσµού S r (%). 8 6 (γ) (δ) 5 1 15 25 3 Σχήµα 4. Χαρακτηριστικές καµπύλες εδάφους-νερού της Μάργας Κορίνθου (για το φυσικό και για το αναζυµωµένο-επανασυµπιεσµένο υλικό), α) λόγος κενών-µύζηση, β) λόγος κενών-ποσοστό υγρασίας, γ) βαθµός κορεσµού-µύζηση και δ) βαθµός κορεσµού-ποσοστό υγρασίας. Figure 4. Soil-water characteristic curves of Corinth Marl (natural and reconstituted-reconsolidated material), a) void ratio-suction, b) void ratio-water content, degree of saturation-suction, and d) degree of saturation-water content. µύζηση. Η παρατήρηση αυτή είναι συµβατή µε τα αποτελέσµατα των Huang et al (1998). Αυτοί προσδιόρισαν τις XKEN µίας ιλυώδους άµµου µε άργιλο µετά από στερεοποίηση και αποφόρτισή της σε διάφορες τάσεις. Όπως προέκυψε, όσο υψηλότερη ήταν η τάση προστερεοποίησης, τόσο υψηλότερη ήταν η πίεση διείσδυσης αέρα και η ικανότητα διατήρησης ύδατος στους πόρους του υλικού για την ίδια µύζηση (water-retaining capacity). Αντίστοιχα λοιπόν για τη Μάργα Κορίνθου, η δοµή λόγω σιµέντωσης και προστερεοποίησης του φυσικού υλικού του επιτρέπει να διατηρεί υψηλότερη πίεση διείσδυσης αέρα από το αντίστοιχο αναζυµωµένο/επανασυµπιεσµένο υλικό, καθώς και µεγαλύτερη δυνατότητα διατήρησης νερού στους πόρους του για την ίδια µύζηση. Από το Σχ. 4β προκύπτει e r =.62 για το φυσικό υλικό και e r =.58 για το αναζυµωµένο/επανασυµπιεσµένο, µε w s αντίστοιχα 23% και 22%. Το υψηλότερο όριο συρρίκνωσης του φυσικού υλικού υποδηλώνει ότι αν και συχνά το όριο συρρίκνωσης θεωρείται φυσική ιδιότητα ανεξάρτητη της δοµής, όπως τα όρια Atterberg, στην πραγµατικότητα δεν είναι. Όπως προκύπτει από το Σχ. 5α (e-s) ο λόγος κενών της Αργίλου Χανίων κατά την απώλεια υγρασίας της φαίνεται να µειώνεται µε την 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/6 5

,8,8,7,7,1,1 5 1 15 25 3 (α) (β) Βαθµός κορεσµού S r (%). 1 8 6 Βαθµός κορεσµού Sr (%). 1 8 6 (γ) (δ) 5 1 15 25 Σχήµα 5. Χαρακτηριστικές καµπύλες εδάφους-νερού της Αργίλου Χανίων, α) λόγος κενών-µύζηση, β) λόγος κενών-ποσοστό υγρασίας, γ) βαθµός κορεσµού-µύζηση και δ) βαθµός κορεσµού-ποσοστό υγρασίας. Figure 5. Soil-water characteristic curves of Chania Clay, a) void ratio-suction, b) void ratio-water content, degree of saturation-suction, and d) degree of saturation-water content. µύζηση µε µικρό ρυθµό. Ξεκινάει από.52 για 29 kpa µύζηση και καταλήγει σε τιµές µεταξύ.42 και.47 αλλά µε σηµαντική διακύµανση για τιµές της µύζησης από έως 15 kpa. Όπως φαίνεται από τα Σχ. 5β (e-w) και 5γ (S r - s) µάλλον δεν έγινε αποκορεσµός του υλικού. Για τιµές της µύζησης µετά τα 6 kpa µετρήθηκαν τιµές του βαθµού κορεσµού µικρότερες του 1%, οι οποίες αντιστοιχούσαν και σε σηµεία λόγου κενών-ποσοστού υγρασίας οριακά αποµακρυσµένα από την ευθεία πλήρους κορεσµού στο Σχ. 5β. Επί τη βάσει αυτών θα µπορούσε να υποστηριχθεί ότι είχε αρχίσει να εµφανίζεται αποκορεσµός στο υλικό αυτό για τις υψηλές τιµές της µύζησης. Όπως προκύπτει όµως από το Σχ. 5δ, αυτό δεν ισχύει. Στο σχήµα αυτό φαίνονται τα σηµεία βαθµού κορεσµού-ποσοστού υγρασίας µε βαθµό κορεσµού µικρότερο του 1% αλλά δεν ταυτίζεται η θέση τους µε την αρχή της θεωρητικής ευθείας που αντιστοιχεί στον προσδιορισθέντα παραµένοντα λόγο κενών e r (.33). Η ευθεία αυτή είναι η συνεχής γραµµή στο Σχ. 5δ. Για να είχε ξεκινήσει πράγµατι αποκορεσµός και οι µετρήσεις του βαθµού κορεσµού που προέκυψαν µικρότερες του 1% να αντιστοιχούν πράγµατι σε αυτό, θα έπρεπε ο παραµένων λόγος κενών να είναι αρκετά µεγαλύτερος 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/6 6

,8,8,7,7,1,1 Άργιλος Μάργα 5 1 15 25 3 (α) (β) 1 1 Βαθµός κορεσµού Sr (%). 8 6 Βαθµός κορεσµού Sr (%). 8 6 5 1 15 25 3 (γ) (δ) Σχήµα 6. Χαρακτηριστικές καµπύλες εδάφους-νερού της Αργίλου και της Μάργας Κηφισιάς, α) λόγος κενών-µύζηση, β) λόγος κενών-ποσοστό υγρασίας, γ) βαθµός κορεσµού-µύζηση και δ) βαθ- µός κορεσµού-ποσοστό υγρασίας. Figure 6. Soil-water characteristic curves of Kifissia Clay and Marl, a) void ratio-suction, b) void ratio-water content, degree of saturation-suction, and d) degree of saturation-water content. (., αντιστοιχεί στη διακεκοµµένη ευθεία στο Σχ. 5δ). Κάτι τέτοιο όµως δεν φαίνεται πιθανό αφού η προσδιορισθείσα τιµή του λόγου κενών στο όριο συρρίκνωσης µετρήθηκε σε τέσσερα διαφορετικά δοκίµια και βρέθηκε να απέχει µόλις.15 από την µέση τιµή του.33, όπως επίσης και να είναι πολύ κοντινή και στην τιµή του λόγου κενών του εντελώς ξηρού δοκιµίου (.32). Κατά συνέπεια οι προσδιορισθείσες τιµές του βαθµού κορεσµού που ήταν µικρότερες του 1% είναι µάλλον ανακριβείς, οφειλόµενες στα µειονεκτήµατα της µεθόδου υπολογισµού ολικού όγκου µε εµβάπτιση σε παραφίνη και άρα η Άργιλος Χανίων έχει ση- µείο απόκορεσµού µεγαλύτερο των 15 kpa. Ενδεχόµενη παρουσία καµπύλου τµήµατος κατά την µετάβαση από την ευθεία S r = 1% στην ευθεία S r = (G s /e s ) w δεν µπορεί να αποκλειστεί, αλλά σε κάθε περίπτωση το σηµείο απoκορεσµού εκτιµάται ότι πρέπει να είναι µεγαλύτερο των 1-13 kpa. Όπως προκύπτει από το Σχ. 6α (e-s) η Άργιλος Κηφισιάς διατηρεί µεγαλύτερο αρχικό λόγο κενών από την Μάργα Κηφισιάς, προφανώς ως αποτέλεσµα του υψηλότερου ορίου υδαρότητας, του υψηλότερου ποσοστού περιεχόµενης αργίλου και της διαφορετικής ορυκτολογίας. Η µείωση δε του λόγου κενών είναι µεγαλύτερη για την άργιλο απ ότι για τη µάργα µε αποτέλεσµα για µύζηση 15 kpa πρακτικά 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/6 7

να συµπίπτουν οι τιµές τους (ένα σηµείο σηµαντικά υψηλότερου λόγου κενών για την Άργιλο Κηφισιάς στα 11 kpa οφείλεται µάλλον σε σφάλµα µέτρησης). Όπως φαίνεται από τα Σχ. 6β (e-w) και 6γ (S r -s) δεν έγινε αποκορεσµός για κανένα από τα δύο υλικά. Για τιµές της µύζησης µεγαλύτερες των 6 kpa µετρήθηκαν τιµές του βαθµού κορεσµού µικρότερες του 1% για την Άργιλο Κηφισιάς, οι οποίες αντιστοιχούσαν και σε σηµεία λόγου κενώνποσοστού υγρασίας οριακά αποµακρυσµένα από την ευθεία πλήρους κορεσµού στο Σχ. 6β. Όπως προκύπτει όµως από το Σχ. 6δ, αυτό δεν ισχύει. Στο σχήµα αυτό φαίνονται τα σηµεία βαθµού κορεσµού-ποσοστού υγρασίας µε βαθµό κορεσµού µικρότερο του 1% αλλά δεν ταυτίζεται η θέση τους µε την αρχή της θεωρητικής ευθείας που αντιστοιχεί στον προσδιορισθέντα παραµένοντα λόγο κενών (.33, πολύ κοντινός, πρακτικά κοινός, και για τα δύο υλικά). Η ευθεία αυτή είναι η γραµµή που έχει σχεδιαστεί στο Σχ. 6δ. Για να είχε ξεκινήσει πράγµατι αποκορεσµός και οι µετρήσεις του βαθµού κορεσµού που προέκυψαν µικρότερες του 1% να αντιστοιχούν πράγµατι σε αυτό, θα έπρεπε ο παραµένων λόγος κενών να είναι αρκετά µεγαλύτερος. Άρα οι προσδιορισθείσες τιµές του βαθµού κορεσµού που ήταν µικρότερες του 1% είναι µάλλον ανακριβείς και η Άργιλος και η Μάργα Κηφισιάς έχουν σηµείο αποκορεσµού µεγαλύτερο των 15 kpa. Στον Πίνακα 2 συγκεντρώνονται οι βασικές τιµές παραµέτρων για την περιγραφή των χαρακτηριστικών καµπυλών εδάφους-νερού για το κάθε ένα από τα εδαφικά υλικά. 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τα αποτελέσµατα των δοκιµών που παρουσιάστηκαν επέτρεψαν τον προσδιορισµό παραµέτρων περιγραφής των κλάδων παρθένας ξήρανσης χαρακτηριστικών καµπυλών εδάφουςνερού από εδάφη από τον ελλαδικό χώρο. Για πρώτη φορά προσδιορίστηκαν πλήρεις χαρακτηριστικές καµπύλες εδάφους-νερού και συγκρίθηκαν οι καµπύλες αυτές από φυσικά, έ- ντονα σιµεντωµένα εδάφη και τα αντίστοιχα α- ναζυµωµένα και επανασυµπιεσµένα στον ίδιο αρχικό λόγο κενών µε αυτόν του φυσικού εδάφους. Οι δοκιµές αυτές λοιπόν προσφέρονται αφενός για την χονδροειδή εκτίµηση της χαρακτηριστικής καµπύλης εδάφους-νερού για παρόµοια εδάφη από τον ελλαδικό χώρο και αφετέρου για την εκτίµηση της καταλληλότητας του εργαστηριακού εξοπλισµού και της πειραµατικής µεθόδου για άλλα εδάφη. Το φυσικό σιµεντωµένο εδαφικό υλικό βρέθηκε να µπορεί να διατηρεί µεγαλύτερο ποσοστό υγρασίας από το αντίστοιχο αναζυµωµένο και άρα να παραµένει πλήρως κορεσµένο για µεγαλύτερη τιµή της µύζησης (έχει δηλαδή µεγαλύτερη πίεση διείσδυσης αέρα). Πίνακας 2. Τιµές παραµέτρων ΧΚΕΝ των εδαφών του προγράµµατος δοκιµών. Table 2. SWCC parameters of the soils tested. Έδαφος s o w s e r S r,res (kpa) (%) - (%) Ιλύς Λίµνης Ιωαννίνων 25 3 11.58 45-5 Μάργα Κορίνθου (αναζυµωµένη) 1 22.58 <35 Μάργα Κορίνθου (φυσική) 3 23.62 <35 Άργιλος Χανίων >13 ~13.33 ; Άργιλος Κηφισιάς >15 ~17.33 ; Μάργα Κηφισιάς >15 ~17.33 ; 6. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ είγµατα της Αργίλου Χανίων και της Αργίλου και της Μάργας Κηφισιάς προσφέρθηκαν από την εταιρεία Ε ΑΦΟΣ Ε.Π.Ε. είγµατα της Ιλύος Λίµνης Ιωαννίνων προήλθαν από το εργοτάξιο της εταιρείας ΤΕΡΝΑ Α.Ε. στη θέση Βοτανικός Ιωαννίνων µε τη βοήθεια του κ. Μπάκα. Ο κ. Κωνσταντάκης της «Περίανδρος» Α.Ε. προσέφερε βοήθεια για την προµήθεια δειγµάτων Μάργας Κορίνθου από τα πρανή της διώρυγας. Ο κ. Γ. Πυργιώτης, τεχνικός του Εργαστηρίου Θεµελιώσεων του Τοµέα Γεωτεχνικής ΕΜΠ, βοήθησε στην προετοιµασία δειγµάτων και στο σχεδιασµό και την υλοποίηση πειραµατικών διατάξεων. Μέρος της έρευνας του κ. Μπαρδάνη χρηµατοδοτήθηκε από το Ίδρυµα Κρατικών Υποτροφιών (ΙΚΥ). 7. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Fredlund, D. G., Rahardjo, H. (1993). Soil Mechanics for Unsaturated Soils, John Wiley & Sons, Inc., New York, p. 517. Huang, S., Barbour, S.L., Fredlund, D.G. (1998). Development and verification of a coefficient of permeability function for a deformable unsaturated soil, Can. Geotech. J., Vol. 35, pp. 411-425. Μπαρδάνης, Μ.Ε., Καββαδάς, Μ.Ι. (5), «Εργαστηριακή διάταξη προσδιορισµού χαρακτηριστικών καµπυλών εδάφους-νερού. Χρήση ξεχωριστών δοκιµίων χωρίς υπόθεση σταθερού όγκου», Πρ. 1 ου Τακτικού Ε- θνικού Συνεδρίου Μετρολογίας, Αθήνα, 11-12 Νοεµβρίου 5, σελ. 5-414. 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/6 8