Εκτίμηση της Διατμητικής Αντοχής Αργιλικών Εδαφών με Συσχέτιση αποτελεσμάτων Επιτόπου και Εργαστηριακών Δοκιμών

Εκτίμηση της Διατμητικής Αντοχής Αργιλικών Εδαφών με Συσχέτιση αποτελεσμάτων Επιτόπου και Εργαστηριακών Δοκιμών Estimation of Shear Strength of Clay by the Correlation of In Situ and Laboratory test results ΠΑΠΑΧΑΡΑΛΑΜΠΟΥΣ, ΓΙΩΡΓΟΣ. Πολιτικός Μηχανικός, MSc, Σωτηρόπουλος και Συν/τες ΑΤΕ ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Η αστράγγιστη διατμητική αντοχή αποτελεί την κύρια εδαφική παράμετρο για τη διαστασιολόγηση θεμελιώσεων σε αργιλικά εδάφη, προσδιορίζεται δε συχνά έμμεσα από επιτόπου δοκιμές τυποποιημένης διείσδυσης και εργαστηριακές δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης. Στην παρούσα εργασία συγκεντρώνεται ένα μεγάλο πλήθος αποτελεσμάτων δοκιμών, από 46 διαφορετικές αργίλους σε θέσεις μεγάλων τεχνικών έργων στην Ελλάδα. Eξάγονται σχέσεις συσχέτισης της αντοχής σε ανεμπόδιστη (q u ) και τριαξονική θλίψη (Su TXL ) με τον αριθμό N SPT. Eξετάζεται η διακύμανση των αποτελεσμάτων και η επιρροή βασικών εδαφικών ιδιοτήτων (υγρασία, πλαστικότητα, τάσεις υπερκειμένων). Γίνεται επίσης σύγκριση με βιβλιογραφικά στοιχεία. ABSTRACT : The undrained shear strength is the fundamental parameter used for the design of foundations on clay. In many cases it is estimated indirectly on the basis of standard penetration test (SPT) blow counts and unconfined compression laboratory testing. The present paper evaluates numerous soil testing data in 46 different clays from various large projects in Greece, in order to extract correlations between unconfined compressive strength (q u ) and shear strength in triaxial compression (Su TXL ) with the SPT blow count (N SPT ). The effect of various ground properties (plasticity, moisture content, overburden stress) is also considered. The proposed correlations are compared to the commonly used equations. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η αστράγγιστη διατμητική αντοχή της αργίλου (Su ή cu) αποτελεί στην πρακτική γεωτεχνική μηχανική την κύρια εδαφική παράμετρο για τη διαστασιολόγηση θεμελιώσεων σε αργιλικά εδάφη, με βάση τους ισχύοντες κανονισμούς. H επιτυχής εκτίμησή της έχει συχνά μεγαλύτερη βαρύτητα στη διαστασιολόγηση των θεμελιώσεων από τη μέθοδο ανάλυσης ή το θεωρούμενο προσομοίωμα, ενώ και η πιθανότητα σημαντικού σφάλματος είναι μεγάλη. Για το λόγο αυτό η εκτίμηση της διατμητικής αντοχής πρέπει, και γίνεται συνήθως, με συναξιολόγηση διαφόρων αποτελεσμάτων της γεωτεχνικής έρευνας, όπως επιτόπου και εργαστηριακές δοκιμών άμεσου ή έμμεσου προσδιορισμού της (τριαξονική θλίψη, δοκιμή πτερυγίου, SPT, CPT, πρεσιόμετρο, ανεμπόδιστη θλίψη, άμεση διάτμηση), καθώς και των φυσικών και πρωτογενών χαρακτηριστικών της αργίλου (πλαστικότητα, φυσική υγρασία, κοκκομετρία), του βάθους και του τασικού πεδίου, των γεωλογικών συνθηκών, τη διατιθέμενη εμπειρία κλπ. Από τη γεωτεχνική έρευνα που εκτελείται σήμερα για τα διάφορα μεγάλα έργα, που κατασκευάζονται ή έχουν κατασκευαστεί στην Ελλάδα, συνεκτιμάται πολύ συχνά έμμεσα από επιτόπου δοκιμές τυποποιημένης διείσδυσης, μέσω του αριθμού κρούσεων N SPT και εργαστηριακές δοκιμές ανεμπόδιστης θλίψης, μέσω της αντοχής q u, και σε μικρότερο βαθμό από τριαξονικές ή άλλες δοκιμές. Η δοκιμή SPT είναι η συνηθέστερα εκτελούμενη δοκιμή εδαφομηχανικής. Παρότι η 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 1

εφαρμογή της υιοθετήθηκε αρχικά σε αμμώδη εδάφη, επεκτάθηκε με σχετική αξιοπιστία σε αργίλους και σήμερα χρησιμοποιείται για την ποιοτική εκτίμηση της συμπεριφοράς όλων των εδαφών. Κατά την άποψη του γράφοντος η συνεκτίμηση των δοκιμών SPT για τον προσδιορισμό της διατμητικής αντοχής της αργίλου, έχει σημασία και συχνά μεγαλύτερη βαρύτητα από άλλες δοκιμές, λόγω του κατά κανόνα μεγαλύτερου πλήθους διαθέσιμων α- ποτελεσμάτων, της μικρότερης διασποράς τιμών, του μεγαλύτερου εύρους επιρροής της δοκιμής, αλλά και της τυποποιημένης και α- πλούστερης διαδικασίας εκτέλεσης, σε σχέση με τις εργαστηριακές δοκιμές όπου υπεισέρχονται περισσότεροι παράγοντες (μέθοδος και ποιότητα δειγματοληψίας, συντήρηση δείγματος, εργαστηριακός εξοπλισμός, προδιαγραφές). Η συσχέτιση της αντοχής Su και q u, με τον αριθμό Ν SPT δίνεται μέσω εμπειρικών και θεωρητικών σχέσεων και διαγραμμάτων από τη διεθνή βιβλιογραφία, μεταξύ των οποίων αναφέρονται οι ακόλουθες: q u = 12xΝ SPT, (Terzaghi, 1967) (1) q u = 12xΝ 7, (Bowles, 199) (2) S u = 6xΝ 6, (Κulhaway, 199) (3) S u = 4,1xΝ 6, (Hettiarachi, 29) (4) S u =4,1/(1-1.2e -8PI )xν SPT, (Stroud, 1974) () S u = 29x(Ν 6 ),72, (Hara, 1974) (6) q u = 7,xΝ SPT (CL-ML) 12. xν SPT (CH), (Sowers, 1979) (7) Οι περισσότερες σχέσεις συνδέουν γραμμικά τα μεγέθη Su και q u, με τον αριθμό Ν SPT, χωρίς την επίδραση άλλων παραγόντων. Μόνο η σχέση (2) λαμβάνει υπόψη την επίδραση του γεωστατικού πεδίου τάσεων, μέσω διόρθωσης του Ν σε Ν 7, ενώ οι σχέσεις () και (7) που θεωρούν επίδραση της πλαστικότητας είναι μεταξύ τους αντιφατικές, καθώς η () δίνει αύξηση του λόγου με αύξηση του δείκτη πλαστικότητας PI και η (7) μείωση. Η εργαστηριακή δοκιμή ανεμπόδιστης (μοναξονικής) θλίψης προσδιορίζει την αντοχή χωρίς άσκηση πλευρικής πίεσης και έμμεσα τη διατμητική αντοχή με εφαρμογή της θεωρητικής σχέσης q u = 2S u, με προϋπόθεση φ u =. Ανάλογα με την ανομοιογένεια, τη σύσταση και τη συνεκτικότητα του δείγματος η παραπάνω σχέση μπορεί να μην είναι ακριβής, ιδιαίτερα σε αργίλους με ρηγματώσεις, υψηλό ποσοστό άμμου ή χαμηλή πλαστικότητα, όπου συχνά παρατηρείται και μεγάλη διακύμανση αντοχής από δοκίμιο σε δοκίμιο. Η ταχεία δοκιμή τριαξονικής θλίψης (TXLc- UU) προσδιορίζει άμεσα την ολική αστράγγιστη αντοχή Su TXL,c. Παράγοντες όμως όπως η ανάπτυξη αρνητικών πιέσεων πόρων, η διασταλτικότητα (dilatancy) κυρίως σε χαμηλής πλαστικότητας αργίλους, η ανισοτροπία και το μοντέλο θραύσης, καθιστούν συχνά την εξαγόμενη αντοχή, διάφορη της διατμητικής αντοχής Su, όπως ορίζεται σε μεγάλης κλίμακας επιτόπου ταχεία φόρτιση. Πολύ συχνά άλλωστε προκύπτει γωνία φ u διάφορη της θεωρητικά οριζόμενης φ u =. Με εφαρμογή της ελαστικής θεωρίας ή και από εμπειρικά αποτελέσματα (Kulhaway, 199) διαπιστώνεται ότι η αντοχή Su TXL,c διαφέρει από τη διατμητική α- ντοχή σε δισδιάστατη ανάλυση (plane strain Su pc σε θλίψη ή Su pe σε εφελκυσμό) και σε άμεση διάτμηση (τ hf ) κατά ±1 3%. Με δεδομένους όλους τους παραπάνω περιορισμούς και αβεβαιότητες, στην παρούσα εργασία επιχειρείται μία προσέγγιση της συσχέτισης των μεγεθών Ν SPT, q u, S u, με βάση ένα μεγάλο πλήθος αποτελεσμάτων δοκιμών σε διάφορες αργίλους που διερευνήθηκαν στα πλαίσια της κατασκευής σημαντικών τεχνικών έργων στην ελληνική επικράτεια. 2. ΒΑΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Εξετάστηκαν 18 δείγματα από 46 διαφορετικές αργίλους σε 21 θέσεις μεγάλων τεχνικών έργων, που σημειώνονται στο χάρτη (Σχήμα 1). Σχήμα 1. Θέσεις εξετασθεισών αργίλων. Figure 1. Locations of tested clays. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 2

qu (kpa) 2 2 1 Περιλαμβάνεται ένα εκτεταμένο φάσμα αργιλικών εδαφών, με μεγάλο εύρος διακύμανσης ως προς τα φυσικά χαρακτηριστικά τους (PI=7 4%, λεπτόκοκκα 7 1%, w=13 >3%, γ=12 22kN/m 3, LI=< >1), τα μηχανικά χαρακτηριστικά τους (Ν SPT = >7, q u = >1kPa, Su TXL,c = 8 >4kPa), τη γεωλογική προέλευση και το βάθος όπου συναντώνται ( >4m). Τα παραπάνω στοιχεία αναφέρονται σε μέσες τιμές για κάθε άργιλο, ενώ επιμέρους δείγματα εμφανίζουν ακόμη μεγαλύτερη διακύμανση. Επίσης διαφοροποιείται ο εξοπλισμός και ο φορέας εκτέλεσης της έρευνας (9 διαφορετικοί). Σχήμα 2. Διακύμανση q u ~ Ν, q u /Ν, Su/Ν. Figure 2. Variation of q u ~ N, q u /Ν, Su/Ν. Από την επεξεργασία δεν εξαιρέθηκε κανένα αποτέλεσμα. Η συσχέτιση των μεγεθών γίνεται με βάση αποτελέσματα δοκιμών στην ίδια θέση, κοινή εδαφική ενότητα και το ίδιο σχεδόν βάθος, δεδομένου ότι οι δοκιμές SPT δεν εκτελούνται στο βάθος δειγματοληψίας για εργαστηριακές δοκιμές. Οι δοκιμές τριαξονικής θλίψης κατά κανόνα γίνονται σε τρία δοκίμια, υπό διαφοροποιούμενη ολόπλευρη πίεση. Συχνά προκύπτει διαφορετική αντοχή για κάθε δοκίμιο και περιβάλλουσα Mohr-Coulomb με γωνία φ u. Στην επεξεργασία χρησιμοποιείται μοναδιαία τιμή Su για κάθε δείγμα/βάθος, που προσδιορίζεται με συνεκτίμηση του επιτόπου (α) (β) y = 8.48x R 2 =.29 1 2 3 4 6 7 8 9 1 1 1 1 N (SPT) τασικού πεδίου, της περιβάλλουσας Mohr Coulomb της δοκιμής και το μέσο όρο των επιμέρους αποτελεσμάτων. Από τη βάση δεδομένων εξάγονται διαγράμματα μεταβολής και συσχέτισης των μεγεθών Ν SPT, q u, S u, μεταξύ τους, αλλά και με άλλους πιθανούς παράγοντες επιρροής (w, σ v, PI, LL, LI). Στο Σχήμα 2α εμφανίζεται η μεταβολή της αντοχής q u σε σχέση με το N SPT για το σύνολο των αποτελεσμάτων και στο σχήμα 2β η διακύμανση των λόγων q u /N και S u /N σε λογαριθμική κλίμακα. 3. ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΣΥΣΧΕΤΙΣΗΣ Su TXL,c,q u, Ν SPT Στα διαγράμματα, ιδιαίτερα του Σχήματος 2β, αποτυπώνεται εντυπωσιακή διασπορά αποτελεσμάτων, υποδεικνύοντας ότι η γενικευμένη ισχύς και εφαρμογή μίας απευθείας γραμμικής συσχέτισης των μεγεθών Su TXL,c και q u με το Ν SPT δεν παρέχει αξιοπιστία και απαιτείται περαιτέρω διερεύνηση άλλων παραγόντων για τη βελτίωση της σχέσης. Για καθεμία από τις 46 αργίλους που εξετάστηκαν, εξήχθησαν μέσοι όροι των τιμών των φυσικών και μηχανικών χαρακτηριστικών τους, καθώς και η διασπορά και τα ακραία όρια τους. Τα μέσα χαρακτηριστικά για κάθε άργιλο παρουσιάζονται συγκεντρωτικά στον Πίνακα 1. Πέραν της εξέτασης και συσχέτισης παραμέτρων σε επιμέρους δείγματα, γίνεται και συσχέτιση με βάση τις μέσες τιμές για κάθε άργιλο και τους λόγους q u(μέσο) /N (μέσο) και S u(μέσο) /N (μέσο) ή (S u /N) (μέσο). Έτσι εξαλείφονται ακραίες τιμές, που μπορεί να οφείλονται σε τοπικές διαφοροποιήσεις, αλλά και σε ατέλειες κατά τη δειγματοληψία ή την εκτέλεση δοκιμών ή την παρουσία μικρορηγματώσεων, άμμου, χαλίκων κλπ. σε μεμονωμένα δείγματα ή τέλος σε αναντιστοιχία ως προς τα εδαφικά χαρακτηριστικά του εργαστηριακού δοκιμίου και του εδάφους εκτέλεσης της δοκιμής SPT. Επιπλέον εξομαλύνεται η ετεροβαρής συμμετοχή στη διαμόρφωση του τελικού αποτελέσματος αργίλων με μεγάλο πλήθος διαθέσιμων αποτελεσμάτων. Πάντως και για τις μέσες τιμές των αποτελεσμάτων σε κάθε άργιλο (Πίνακας 1), προκύπτει σημαντική διακύμανση των λόγων q u /N και S u /N. Στα Σχήματα 3, 4, απεικονίζεται η επιρροή άλλων παραγόντων. Τα διαγράμματα αριστερά δείχνουν τη διακύμανση των λόγων q u /Ν SPT και Su/ Ν SPT, σε συνάρτηση με την πλαστικότητα (δείκτης PI), τη φυσική υγρασία (w) και την ενεργό κατακόρυφη τάση (σ v ), με βάση τις μέσες τιμές για κάθε άργιλο, ενώ τα δεξιά με 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 3

4 4 3 3 2 2 1 y = -.x + 12.83 R 2 =.6 1 2 3 4 PI(%) 4 4 3 3 2 2 1 y =.12x + 9.32 R 2 =.1 y = -.7x + 12.4 R 2 =.1 2 4 6 8 1 LL (%) Σχήμα 3. Διακύμανση q u / Ν SPT, Su TXL,c / Ν SPT συναρτήσει της πλαστικότητας. Figure 3. Variation of q u / Ν SPT, Su TXL,c / Ν SPT versus plasticity. 4 4 3 3 2 2 1 2 4 6 8 1 w (%) 1. 1. 1. 1..1 1 1 1 1 w(%) Σχήμα 4. Διακύμανση q u / Ν SPT, Su TXL,c / Ν SPT συναρτήσει της φυσικής υγρασίας. Figure 4. Variation of q u / Ν SPT, Su TXL,c / Ν SPT versus moisture content. 4 4 3 3 2 2 1 y = -6.9Ln(x) + 47.2 R 2 =. y = -9.6Ln(x) + 7.4 R 2 =.4 1 2 3 4 σvo(kpa) 1 9 8 7 6 4 3 2 1 = -9.7Ln(x) + 64.3 R 2 =.1 = -6.1Ln(x) + 4.2 R 2 =.2 1 2 3 4 6 7 8 σvo (kpa) Σχήμα. Διακύμανση q u / Ν SPT, Su TXL,c / Ν SPT συναρτήσει της κατακόρυφης επιτόπου τάσης σ v. Figure. Variation of q u / Ν SPT, Su TXL,c / Ν SPT versus effective overburden stress σ v. βάση το σύνολο των αποτελεσμάτων των επιμέρους δειγμάτων. Από το Σχήμα 3 δεν διαπιστώνεται συστηματική επίδραση της πλαστικότητας (LL και PI) στη σχέση των παραμέτρων q u, Su TXL,c και Ν SPT. Παρατηρείται μόνο μεγάλη διασπορά και σε κάποιες περιπτώσεις πολύ υψηλές τιμές των λόγων q u /Ν SPT και Su/ Ν SPT, για αργίλους χαμηλής πλαστικότητας. Από το Σχήμα 4 δεν διαπιστώνεται επίδραση της φυσικής υγρασίας στη συσχέτιση εργαστηριακής αντοχής και Ν SPT, κάτι που έχει άλλωστε επισημανθεί και σε προηγούμενες σχετικές έρευνες. Αντίθετα είναι εμφανής η σταδιακή μείωση των λόγων q u / Ν SPT, Su TXL,c / Ν SPT, με αύξηση των κατακορύφων τάσεων σ v (Σχήμα ). Ιδιαίτερα για πολύ χαμηλές τιμές των τάσεων, διαπιστώνονται πολύ υψηλότερες τιμές των λόγων. Η επιρροή αποδίδεται καλύτερα με λογαριθμική συνάρτηση. Προκειμένου να ενσωματωθεί το παραπάνω εύρημα στην αναζήτηση βέλτιστης συσχέτισης της διατμητικής αντοχής με τα αποτελέσματα της δοκιμής SPT, γίνεται διόρθωση του Ν SPT λόγω υπερκειμένων τάσεων. Για τη διόρθωση αυτή δεν χρησιμοποιούνται διαδεδομένες σχέσεις που έχουν διατυπωθεί για άμμους, όπως π.χ. η σχέση: Ν = Ν SPT (1/ σ v ), (Liao, 1986, σ v σε kpa), καθώς με την εφαρμογή τους η διόρθωση είναι πολύ μεγαλύτερη από την παρατηρηθείσα επίδραση. Εφαρμόζεται λοι- 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 4

πόν ηπιότερη διόρθωση με εξίσωση λογαριθμικής μορφής: Ν cor = 2/ [log 1 (σ v )] x Ν SPT (8) Με την παραπάνω διόρθωση παρουσιάζονται οι λόγοι q u / Ν cor, Su TXL,c / Ν cor για κάθε άργιλο στον Πίνακα 1 και το συγκεντρωτικό διάγραμμα του Σχήματος 6. Παρατηρείται σημαντική διακύμανση από άργιλο σε άργιλο και ότι η συσχέτιση των μεγεθών δεν αποδίδεται επιτυχώς με γραμμική συνάρτηση. Η μεγαλύτερη απόκλιση παρατηρείται για μαλακές αργίλους, χαμηλής κυρίως πλαστικότητας, καθώς και για υψηλής αντοχής σκληρές έως ημιβραχώδεις αργίλους, όπου άλλωστε συχνά προκύπτει άρνηση κατά τη δοκιμή SPT. Πίνακας 1. Σύνοψη δεδομένων. Table 1. Data summary. Σήμανση Σύνολο Βάθος Tάση Επιτ. δοκιμές Δοκιμές Κατάταξης Φυσικά Χαρακτηριστ. Aνεμπ.Θλίψη Τριαξονική θλίψη Στοιχεία επεξεργασίας μέσων τιμών Διόρθωση και συσχέτιση καταγραφών σ'v N No. #2 LL PI γb w qu Su LI qu ~ /N ~ Su ~ /N ~ Ncor cor cor qu/su (m) (kpa) (SPT) (%) (%) (%) (kn/m3) (%) (kpa) (kpa) Α1 4 7 98 18 93 61 4 2 28 227 14 123 6.2 12.3 6.7 18. 12.3 6.7 1.8 Α2 14 16 191 12 91 66 38 17 2 9 9 136.6 8. 11. 1.4 9.2 13.1.7 Α3 23 3 329 23 79 43 26 2 2 23 9 178.3 8.7 7.6 18. 11. 9.6 1.1 Α4 12 2 23 13 86 7 34 79 12 1.1 12. 8.2 1.9 14.2 9.7 1. Β1 4 11 189 26 9 2 31 2 27 286 11 121.2 11.1 4.7 22.6 12.7.3 2.4 C1 7 14 238 36 84 38 21 21 21 326 1 199 6.2 9.1.6 3. 1.9 6.6 1.6 C3 14 6 7 1 81 39 22 2 24 1 13 87 9.3 11.9 9. 1.3 11.2 8.4 1.3 C4 8 91 94 62 27 18 2 99 7.8 1.9 19.8.1 1.7 19.4.6 D3 11 4 46 72 27 13 21 2 94 23 111 36.4 18.7 22.2 6..6 18..8 D4 26 1 142 23 6 28 13 21 18 223 12 91 6.2 9.9.7 21. 1.6 6.1 2. E1 16 1 126 11 68 37 19 2 24 149 14 148 22.3 13.3 13.2 1.7 14. 13.9 1. F1 2 6 122 21 89 28 1 2 36 18 246 14 -.2 14.3 11. 2. 14.9 12. 1.2 F2 48 18 37 76 88 29 12 21 16 388 366 6 -.1.1 4.8 9.3 6.6 6.2 1.1 G1 3 2 2 8 88 29 1 19 26 119 7 8 7.8.8 7.7 1.8 11.1.4 2. G3 8 9 93 12 92 36 2 29 134 11 81 8. 1.8 6. 12.7 1.6 6.4 1.7 G4 7 19 178 7 97 36 17 19 37 84 13 63 9 1. 11.8 8.8 6.3 13.2 9.9 1.3 G 23 23 224 11 91 29 9 2 3 9 1 1 9 1.1 8.4 8.7 9.7 9.8 1.3 1. G6 7 38 369 18 97 36 19 29 9 144 8.6 8.6 8. 14.1 11. 1.2 1.1 H1 11 6 68 7 99 47 24 19 39 86 4 42 8.7 11.6 7.8 8.1 1.7 7.2 2.1 I1 26 1 12 19 27 14 14. 18. 14.6 J1 82 11 2 13 93 9 7.2 11.2 8.3 K1 24 19 386 48 78 29 7 21 2 27 1 34 7 -.3.7 7.1 37.1 7.4 9.2.8 K2 8 1 28 3 97 4 24 18 3 426 14 79 7.2 14.3 7.1 2.8 16. 8.3 L1 32 12 22 47 7 37 2 22 247 6 171 8 -.1.2 3.6 41. 6. 4.2 1.4 M1 7 3 7 11 76 37 22 2 22 1 7 8 6.3 1..2 12.6 9.2 4.6 2. M2 26 13 179 96 63 39 19 3 37 16 244.1 7.4 4.9 44.8 8.4. 1. N1 3 6 116 23 7 64 4 19 27 241 12 116 7.1 1.3. 22.7 1.6.1 2.1 N2 9 2 323 39 84 62 36 19 33 37 9 197.2 9.1. 31.3 11.4 6.3 1.8 O1 11 1 8 9 29 1 2 3 31 4 22 7 1.1 3.9 7.4 7.6 4. 7.6 1.4 P1 71 27 292 18 88 42 22 2 27 24 11 144 8.3 11.4 8.1 14. 14.1 9.9 1.4 P2 8 9 161 1 8 22 16 63 218 24 1 11 1.4 22.4 1.2 8.8 24.7 11.3 2.2 P3 8 44 419 18 92 61 28 16 8 1 9.9 8.3 8.1 13.9 1.8 Q1 16 9 9 12 78 64 43 19 28 21 22 212 11.2 16.8 1.7 12.1 16.7 1.6.9 Q2 12 21 24 22 98 69 4 19 34 367 14 166 8.2 16.8 7.6 18.9 19.4 8.8 2.2 R2 32 21 163 9 2 27 18 46 4 13 4 13.8 8.9 1.1 4.1 9.9 11.1.9 S1 9 3 2 6 94 43 18 19 3 73 9 46 9. 13.2 8.4 6.4 11.3 7.2 1.6 S2 38 16 186 3 86 7 36 21 22 7 12 444 11. 1.6 8.4 46.4 12. 9.6 1.3 T1 117 11 23 7 8 28 12 21 16 716 212 4. 12.7 3.7 49. 14.6 4.3 3.4 T2 17 14 236 64 9 44 22 21 2 69 12 26 7 -.1 1.2 4. 4.3 12.1 4.7 2.6 T3 23 8 117 64 3 14 21 2 9 23 61 19.4 2.9 13.4 4.4 21.6 13.8 1.6 U1 7 6 3 2 8 38 11 16 2 41 41 2.2 27.3 4.9 1.7 23. D1 18 4 9 91 8 22 12 36 9 11.1 43.3 71.3.3 2.6 34..6 D2 6 2 2 96 48 24 16 64 3 74 1.6.6 1.7 G2 98 4 49 91 3 9 2 27 78 24 69 23.8 17.3.2.3 14.6 12.9 1.1 R1 31 41 99 2 28 17 49 14.9 43.8 48.2.4 3.2 38.8.9 C2 32 12 22 6 88 42 2 21 13 1138 19 214 4 -.2 17.4 3.3 4.4 2.9 3.9.3 ελάχιστο 4. 1.7 9..1 7.1 27.3 7.2 11.8 13..4 4.1 8.9 3. -.3 3.9 3.3.3 4. 3.9.6 μέγιστο 23. 43.9 418.6 7.6 99.3 8. 4. 21.7 36.4 1138 74.1 443.7 3.9 11.1 43.8 71.3 9.3 1.7 38.8.3 τυπική απόκλ. 44.6 9.2 14.3 19.4 11.2. 1.3 1.9 44. 212.3 11.3 96.2 6.3 1.7 8.1 11.9.8 7.9 7..9 μέση τιμή 39. 12.9 166. 21.1 8.7 4.8 22.7 19.1 38.3 224.2 14. 139.4 9..7 13.4 1.7 18.6 14.1 1.2 1.6 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος

2 2 1 cor cor Α1 Α3 Β1 C3D3E1 F2G3GH1 J1 K2M1N1 O1P2Q1R2S2 T2 U1 D2R1 Σχήμα 6. q u, Su TXL,c / Ν cor για κάθε άργιλο. Figure 6. Presentation chart of q u, Su TXL,c / Ν cor q u (kpa) = 11,8 (±1,9) x Ν cor Su TXL,c (kpa) = 6, 8,8 x Ν cor (9α) (9β) Για το σύνολο των αποτελεσμάτων, χωρίς εξαίρεση των παραπάνω, προκύπτουν μεγαλύτεροι συντελεστές q u Ν cor, Su TXL,c 1 Ν cor και πολύ μεγάλη διασπορά. Στο Σχήμα 8 εμφανίζεται η διακύμανση της αντοχής q u και Su TXL,c συναρτήσει του Ν cor., με βάση τις μέσες τιμές για κάθε άργιλο και για όλα τα επιμέρους αποτελέσματα ξεχωριστά. H συσχέτιση των μεγεθών αποδίδεται με πολύ καλύτερη προσέγγιση με μη γραμμικές σχέσεις, που παρουσιάζονται στη συνέχεια: q u (kpa) = 21 x Ν cor,8 (1α) cor, cor 6 4 3 2 1 y = -4.9Ln(x) + 24. R 2 =.38 y = -.3Ln(x) + 23.7 R 2 =.73 1 2 3 4 6 Ncor' cor cor Σχήμα 7. Διακύμανση q u / Ν cor, Su TXL,c / Ν cor συναρτήσει του διορθωμένου αριθμού Ν cor. Figure 7. Variation of q u / Ν cor, Su TXL,c / Ν cor versus corrected SPT blow count Ν cor. Στο Σχήμα 7 απεικονίζεται η συστηματική μείωση των λόγων q u /Ν και Su/ Ν, με αύξηση του Ν. H γραμμική σχέση έχει σχετικά ικανοποιητική προσέγγιση μόνο για Ν>4 και q u <8kPa, όπου για το δείγμα που εξετάστηκε προκύπτουν οι ακόλουθες σχέσεις: Su TXL,c (kpa) = 24 x Ν cor,6 (1β) Με τις σχέσεις αυτές επιτυγχάνεται για το δείγμα που εξετάστηκε πολύ ικανοποιητική συσχέτιση με συντελεστές R =,93 και,77 για τη σχέση (1α) και R =,87 και,67 για τη σχέση (1β), για τις μέσες τιμές για κάθε άργιλο και για το σύνολο των δειγμάτων αντίστοιχα. Συμπεριλαμβάνεται μάλιστα το σύνολο των αποτελεσμάτων, χωρίς εξαίρεση εκείνων με Ν<4 ή q u <8kPa. Η ενσωμάτωση μάλιστα αυτών των περιπτώσεων αυξάνει το συντελεστή συσχέτισης, χωρίς να τροποποιεί ουσιαστικά τη σχέση. Από τις παραπάνω σχέσεις προκύπτει μικρή απόκλιση από τη γραμμική συσχέτιση και των q u (kpa), Su TXL,c. Μάλιστα για Ν cor 2 προκύπτει q u (kpa) / Su TXL,c 1 και ο λόγος σταδιακά αυξάνεται με αύξηση του Ν cor, φθάνοντας στη θεωρητική σχέση q u = 2x Su για Ν cor = 6 και q u > 4kPa. Η παραπάνω συμπεριφορά βρίσκεται σε συμφωνία με τα πειραματικά δεδομένα (Σχήμα 9). 12 1 8 6 4 2 qu, Sutxl (kpa) qu Su Ncor qu = 2.8N.8 R 2 =.87 Su = 21.3N.63 R 2 =.7 1 2 3 4 6 7 14 12 1 8 6 4 2 Qu,Su (kpa) qu Su Su = 28,1N,3 R 2 =,4 qu = 23,8N,73 R 2 =,9 2 4 Ncor 6 8 1 Σχήμα 8. Διακύμανση q u, Su TXL,c συναρτήσει του διορθωμένου αριθμού Ν cor. Figure 8. Variation of q u, Su TXL,c versus corrected SPT blow count Ν cor. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 6

qu (kpa) 12 1 8 6 4 2 y = 1.6x R 2 =.4 qu = 2 Su 1 2 3 4 6 Su (kpa) Σχήμα 9. Διάγραμμα Συσχέτισης q u ~ Su TXL,c. Figure 9. Correlation plot q u ~ Su TXL,c. 4. ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕ ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΕΣ ΣΧΕΣΕΙΣ O προσδιορισμός της αντοχής της αργίλου με βάση το Ν από τις προτεινόμενες σχέσεις συγκρίνεται με τα αποτελέσματα των σχέσεων (1) έως (7) από τη διεθνή βιβλιογραφία. Στο Σχήμα 1 παρουσιάζεται η καμπύλη διακύμανσης της αντοχής q u συναρτήσει του Ν cor όπως ορίζεται από τη σχέση (1α), συγκρινόμενη με τις σχέσεις (1) και (2). Θεωρείται Ν SPT = Ν 7, βάσει του τρόπου εκτέλεσης της δοκιμής στις περισσότερες περιπτώσεις. Καθώς η σχέση (1) δεν υπολογίζει διόρθωση του Ν με την τάση υπερκειμένων, η δε σχέση (2) εφαρμόζει εντονότερη διόρθωση σε σχέση με την προτεινόμενη στην παρούσα εργασία, α- πεικονίζεται η διακύμανση για διάφορες τάσεις σ v = 4, 1, 2 και 8kPa, με αντίστοιχη διόρθωση των Ν SPT και Ν 7, βάσει της σχέσης (8). Διαπιστώνεται ότι για σ v = 1kPa (μηδενική διόρθωση), η προτεινόμενη σχέση (1α) δίνει ελαφρώς μεγαλύτερες τιμές q u για Ν cor <17 και χαμηλότερες έως σταδιακά πολύ χαμηλότερες τιμές για περαιτέρω αύξηση του Ν cor συγκρινόμενη με τις σχέσεις (1) και (2). Η προτεινόμενη καμπύλη προσεγγίζει τις καμπύλες της σχέσης (2) διαδοχικά σε αυξανόμενες σ v έως 2kPa όσο αυξάνεται το Ν cor,κάτι που είναι εύλογο. Για μεγαλύτερες όμως τάσεις η σχέση (2) δίνει πολύ χαμηλότερες αντοχές, γεγονός που αποδίδεται στην έντονη διόρθωση του Ν. Αντίθετα δεν είναι εύλογη η προσέγγιση στις καμπύλες της σχέσης (1), σε τάσεις σ v που μειώνονται όσο αυξάνει το Ν cor, λόγω μη διόρθωσης του Ν. Πάντως για 1< Ν cor < 3 και σ v = 1kPa η απόκλιση είναι <1%. Στο Σχήμα 11 παρουσιάζεται η διακύμανσης της αντοχής S u συναρτήσει του Ν cor όπως ορίζεται από τη σχέση (1β). Στο Σχήμα 11.α συγκρίνεται με την πλέον διαδεδομένη σχέση (3), για διάφορες τάσεις σ v, με θεώρηση Ν SPT = 1,1 Ν 6. Η προτεινόμενη καμπύλη δίνει αισθητά υψηλότερες τιμές αντοχής για Ν cor < 2 και στη συνέχεια με αύξηση του Ν cor προσεγγίζει διαδοχικά τις καμπύλες της σχέσης (3), με αντίστροφη όμως σειρά κατά τα αναφερθέντα πιο πάνω. Στο Σχήμα 11.β συγκρίνεται, για σ v = 1kPa, με τις σχέσεις () και (7), που θεωρούν επίδραση της πλαστικότητας της αργίλου. Παρατηρείται μεγάλη απόκλιση για αργίλους χαμηλής πλαστικότητας και η αντίφαση μεταξύ των σχέσεων () και (7). Τέλος στο Σχήμα 11.γ γίνεται σύγκριση με την ανάλογης μορφής μη γραμμική σχέση συσχέτισης (6). Η σχέση (6) δίνει αισθητά υψηλότερες τιμές αντοχής, τόσο σε σχέση με την προτεινόμενη σχέση (1β) όσο και με τη σχέση (3), κυρίως για υψηλές τιμές σ v και Ν cor qu(kpa) 1 9 8 7 6 4 3 2 1 Qu=21Ncor^.8 qu=12ncor'=12nspt(1kpa) qu=12nspt, σ'v (kpa) = 4 qu=12nspt, σ'v (kpa) = 2 qu=12nspt, σ'v (kpa) = 8 1 2 3 4 6 1 9 8 7 6 4 3 2 1 Qu=21Ncor^.8 Σχήμα 1. Μεταβολή της αντοχής q u με το Ν cor από διάφορες σχέσεις. Figure 1. Variation of strength q u with Ν cor by various correlations. qu=12ncor'=12nspt(1kpa) qu=12n'7, σ'v (kpa) = 4 qu=12n'7, σ'v (kpa) = 2 qu=12n'7, σ'v (kpa) = 8 1 2 3 4 6 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 7

6 4 Sutxl=24Ncor^.6 Su=6Ncor'/1.1=6N6(1kPa) Su=6N6, f(σ'v) 4 Su=6N6, f(σ'v) 2 Su=6N6, f(σ'v) 8 6 4 Sutxl=24Ncor^.6 Su=6Ncor'/1.1=6N6(1kPa) Su=7.*NSPT/2 (1kPa), PI(%)= 1 Su=12.*NSPT/2 (1kPa), PI(%)= 3 Su=4.1/(1-1.2e-8PI)NSPT (1kPa), PI(%)= 1 Su=4.1/(1-1.2e-8PI)NSPT (1kPa), PI(%)= 3 6 4 Sutxl=24Ncor^.6 Su=6Ncor'/1.1=6N6(1kPa) Su=29*N6^.72, σ'v (kpa)= 4 Su=29*N6.72 1 Su=29*N6.72 2 Su=29*N6.72 8 Su(kPa) 3 3 3 2 2 2 1 1 1 1 2 3 4 6 1 2 3 4 6 Σχήμα 11. Μεταβολή της αντοχής S u με το Ν cor από διάφορες σχέσεις. Figure 11. Variation of strength S u versus Ν cor by various correlations. 1 2 3 4 6. ΣΥΝΟΨΗ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η παρούσα εργασία βασιζόμενη στην επεξεργασία ενός μεγάλου πλήθους δοκιμών σε ένα σημαντικό αριθμό αργίλων, με μεγάλο εύρος διακύμανσης χαρακτηριστικών, σε διάφορες θέσεις στην Ελλάδα, εξάγει σχέσεις συσχέτισης της αστράγγιστης διατμητικής α- ντοχής από εργαστηριακές δοκιμές με τα αποτελέσματα των δοκιμών SPT. Διαπιστώνεται ότι η συσχέτιση των παραπάνω δεν επηρεάζεται συστηματικά από τα πρωτογενή και τα φυσικά χαρακτηριστικά της αργίλου, παρά μόνο από το επιτόπου τασικό πεδίο και για αυτό προτείνεται κατάλληλη διόρθωση του Ν SPT. Διαπιστώνεται επίσης, σε αντίθεση με τις περισσότερες σχετικές μελέτες, ότι η συσχέτιση αποδίδεται καλύτερα με μη γραμμική σχέση της μορφής S u (ή q u ) = α Ν SPT β (β<1). Οι προτεινόμενες στην παρούσα εργασία σχέσεις προκύπτουν μόνο εμπειρικά, χωρίς αντίστοιχη θεωρητική τεκμηρίωση, με κριτήριο τη βέλτιστη προσαρμογή στη βάση δεδομένων που χρησιμοποιήθηκε. Θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την εκτίμηση της διατμητικής αντοχής της αργίλου μέσω των αποτελεσμάτων των δοκιμών SPT, συμπληρωματικά σε ακριβέστερες μεθόδους μέτρησης, λαμβάνοντας υπόψη και την παρατηρούμενη μεγάλη διασπορά τιμών. Πιο σημαντική είναι η διασπορά σε χαμηλής κυρίως πλαστικότητας, μαλακές αργίλους με Ν<4, καθώς και σε σκληρές έως ημιβραχώδεις αργίλους με q u >8kPa, όπου η εκτίμηση της διατμητικής αντοχής μέσω της δοκιμής SPT με την προτεινόμενη μη γραμμική σχέση, πολύ περισσότερο δε με υφιστάμενες γραμμικές σχέσεις, είναι ιδιαίτερα επισφαλής. 6. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Bowles, J.E. (1996), Foundation Analysis and Design th ed., Mc Graw Hill Inc., USA Hara, A., Ohta, T., Niwa, M., Tanaka, S. and Banno, T. (1974), Shear modulus and Shear Strength of Cohesive Soils, Soils Foundation, 14(3), pp.1-12 Hettiarachchi, H. and Brown, T. (29), Use of SPT to estimate Shear Strength properties of soils: Energy Balance approach, J.Geotech.Geoenvironm.Eng., 13(6) Kulhaway, F.H., and Mayne, P.W. (199), Manual on estimating Soil Properties for Foundation Design, Electric Power Research Institute, Pato Alto, USA Kulhaway, F.H., Ardulan, H. and Nariman- Zadeh, N. (29), An investigation on the Su-N SPT correlation using GDMH type neural networks and genetic algorithms, Engineering Geology, V.14, pp.144- Liao, S.S.C. and Whitman, R.V. (1986), Overburden correction factor for SPT in sand, J.Geotech.Eng., 112(3), pp.373-377 Sowers, G.F., (1979), Introductory Soil Mechanics and Foundations, Pentice Hall Stroud, M.A., (197), The Standard Penetration test in insensitive Clays and soft Rocks, Proc.Euripean Symp. on Penetration Testing, Vol.2, pp.367-37 Terzaghi, K. and Peck, R.B. (1967), Soil Mechanics in Engineering Practice, Wiley, New York 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 21, Βόλος 8