ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ: «ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ & ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ» ΘΕΜΑ: ΠΟΙΟΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΚΑΤΑΛΛΗΛΟΤΗΤΑΣ ΓΕΩΥΛΙΚΩΝ ΓΙΑ ΒΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΥΠΟΒΑΣΕΙΣ ΟΔΟΣΤΡΩΜΑΤΟΣ ΚΑΡΑΜΠΕΛΑ ΧΡΙΣΤΙΝΑ Α.Μ. 09055 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΣΑΜΠΑΤΑΚΑΚΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ
Πίνακας περιεχομένων ΠΡΟΛΟΓΟΣ... 3 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ... 4 ΠΕΡΙΛΗΨΗ... 5 1.Εισαγωγή... 7 1.1Γενικά για τα αδρανή... 7 1.2 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ... 7 ΕΚΡΗΞΙΓΕΝΗ ΜΑΓΜΑΤΙΚΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ... 7 ΙΖΗΜΑΤΟΓΕΝΗ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ... 8 ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΣΧΙΣΤΩΔΗ Ή ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ... 8 1.3.1.Ταξινόμηση βάση την προέλευσή τους... 9 1.3.2. Ταξινόμηση βάση την πηγή λήψης τους... 9 1.3.3. Ταξινόμηση βάση του μεγέθους των κόκκων... 10 1.3.4. Ταξινόμηση βάση του ειδικού βάρους... 10 2. ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΕΝΟΤΗΤΕΣ ΚΑΙ ΘΕΣΕΙΣ ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑΣ... 11 2.1 ΓΕΝΙΚΑ.... 11 2.2 ΜΕΘΑΝΑ... 11 2.2.1 ΠΕΤΡΟΓΡΑΦΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΛΙΘΟΤΥΠΩΝ ΤΩΝ ΜΕΘΑΝΩΝ... 12 2.2. ΑΓΙΟΙ ΘΕΟΔΩΡΟΙ ΚΟΡΙΝΘΙΑΣ... 13 2.3 ΦΛΩΡΙΝΑ... 13 2.4ΜΗΛΙΑ... 15 3. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΔΟΚΙΜΕΣ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΩΝ... 17 3.1 ΓΕΝΙΚΑ... 17 3.1.1 Γενικές ιδιότητες αδρανών υλικών... 18 3.1.2 ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΑΔΡΑΝΩΝ ΥΛΙΚΩΝ... 19 3.1.3 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΑΔΡΑΝΩΝ ΥΛΙΚΩΝ... 19 3.1.3ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΑΔΡΑΝΩΝ ΥΛΙΚΩΝ... 19 4.ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ... 20 4.1.ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΕΣ... 20 4.1.1Προσδιορισμός Δείκτης πλακοειδούς... 20 4.1.2 Ισοδύναμο άμμου... 22 4.2.Φυσικές ιδιότητες... 25 4.2.1.Προσδιορισμός φαινόμενης πυκνότητας και υδαταπορροφητικότητας... 25 4.3.Μηχανικές ιδιότητες... 26 4.3.1.Δοκιμή Micro Deval... 26 4.3.2Δοκιμή Los Angeles... 29 1
4.3.3.Δοκιμή αντίστασης σε επιταχυνόμενη στίλβωση (PSV)... 31 4.3.4.Δοκιμή αντίστασης σε κρούση (AIV)... 37 5.ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΕΡΕΥΝΑ... 39 Στη συνέχεια ακολούθησε το κοσκίνισμα των δειγμάτων έτσι ώστε να πραγματοποιηθούν οι δοκιμές.... 39 5.1.ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΔΟΚΙΜΩΝ... 39 5.1.1.ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ... 39 5.1.2.ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ... 40 5.2.ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΥΠΩΣΗ ΣΥΣΧΕΤΙΣΕΩΝ... 41... 42 5.3. Καταλληλότητα γεωυλικών για διάφορες χρήσεις... 46 5.3.1. Καταλληλότητα γεωυλικών για βάσεις υποβάσεις οδοστρωμάτων, για ασφαλτομίγματα και για σκυρόδεμα... 46 5.3.2. Καταλληλότητα γεωυλικών για έρμα (σκύρα) σιδηροδρομικών γραμμών υψηλών ταχυτήτων... 47 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... 49 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ... 50 2
ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η συγκεκριμένη πτυχιακή εργασία καθώς και οι δοκιμές που παρουσιάζονται πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας του Τμήματος Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών. Στην παρούσα εργασία μελετάται η τεχνικογεωλογική συμπεριφορά συγκεκριμένων βραχωδών σχηματισμών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αδρανή υλικά για την κατασκευή βάσεων και υποβάσεων οδοστρωμάτων. 3
ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Με την εκπόνηση της παρούσας πτυχιακής εργασίας, θα ήθελα να εκφράσω την εκτίμηση και τις ευχαριστίες μου σε όσους συντέλεσαν στην υλοποίηση της και ιδιαίτερα: Στον επιβλέποντα καθηγητή της πτυχιακής μου κ. Σαμπατακάκη Νικόλαο για την ανάθεσή του, την υποψήφια διδάκτορα Ιωάννα Τσελίκα, τον μεταπτυχιακό φοιτητή Μούζουλα Γεώργιο καθώς και όλους τους συμφοιτητές μου που δουλέψαμε μαζί για την πολύτιμη βοήθεια τους. Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω την οικογένειά μου και τον κύριο Άρη Παναγιωτάκη. 4
ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η συγκεκριμένη εργασία επικεντρώνεται στην εκτίμηση της καταλληλότητας κάποιων βασικών υπερβασικών πετρωμάτων ως αδρανή υλικά για τις συγκεκριμένες χρήσεις και κυρίως για βάσεις και υποβάσεις οδοστρώματος.η έρευνα αφορούσε ηφαιστειακά πετρώματα από την περιοχή των Μεθάνων του νομού Αργολίδας καθώς και υλικά από επιλεγμένες θέσεις του Νομού Κορινθίας και συγκεκριμένα από την περιοχή Αγίων Θεοδώρων (δακιτικά πετρώματα).άλλα δείγματα προήλθαν από την Φλώρινα (γρανιτικά πετρώματα και γρανιτογνεύσιοι),ενώ ένα δείγμα προήλθε από την περιοχή Μηλιά του Μετσόβου. Στα δείγματα αυτά αξιολογήθηκε η καταλληλότητα τους με βάση τα αποτελέσματα ποιοτικού ελέγχου που περιλάμβανε όλες τις σχετικές διαδικασίες και απαιτήσεις που ορίζονται στα αντίστοιχα Ευρωπαϊκά Πρότυπα ΕΝ, συγκεκριμένα: Γεωμετρικές ιδιότητες (δείκτες πλακοειδούς, μορφής και ισοδύναμο άμμου) Φυσικές ιδιότητες (φαινόμενη πυκνότητα και υγρασία απορρόφησης) Μηχανικές ιδιότητες (δείκτης Micro-Deval, δείκτης LAΑV, δείκτης AIV) 5
Στον πατέρα μου 6
1.Εισαγωγή 1.1Γενικά για τα αδρανή Αδρανή υλικά (aggregates) είναι τα διαβαθμισμένα υλικά, κυρίως ορυκτής αλλά και βιομηχανικής προέλευσης, που χρησιμοποιούνται αυτούσια (π.χ. έρμα σιδηροδρομικών γραμμών, στραγγιστήρια, επιχώματα, βράχοι θωράκισης κλπ) είτε με κάποιο συγκολλητικό μέσο (κονιάματα, σκυροδέματα, ασφαλτομίγματα κλπ) στα τεχνικά έργα. Ο Ν. 1428/1984 περί εκμετάλλευσης λατομείων δίνει ένα τεχνοκρατικό ορισμό για τα αδρανή υλικά. Έτσι αδρανή είναι τα υλικά διαφόρων διαστάσεων που προέρχονται από την εξόρυξη κατάλληλων πετρωμάτων ή την απόληψη φυσικών αποθέσεων θραυσμάτων τους και χρησιμοποιούνται όπως έχουν ή μετά από θραύση ή λειοτρίβηση ή ταξινόμηση για την κατασκευή σκυροδεμάτων ή κονιαμάτων ή με τη μορφή σκύρων ή μεγαλύτερων κομματιών, στην οδοποιία ή σε λοιπά τεχνικά έργα ή οικοδομές, καθώς και τα ασβεστολιθικά πετρώματα που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ασβέστη ή υδραυλικών κονιών ή σιλλιπασμάτων μεταλλουργίας. Σύμφωνα με την κλασσική αντίληψη, δεν αντιδρούν χημικά με το συγκολλητικό μέσο παρά μόνο συγκρατούνται από αυτό. Στην πραγματικότητα όμως πρόκειται για υλικά χημικά ενεργά που ελέγχουν τις ιδιότητες και τη συμπεριφορά της μάζας στην οποία συμμετέχουν. 1.2 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Στη φύση τα πετρώματα, ανάλογα του τρόπου σχηματισμού τους και της προέλευσής τους, διακρίνονται σε τρεις μεγάλες κατηγορίες: μαγματικά ή εκρηξιγενή, ιζηματογενή και μεταμορφωμένα. ΕΚΡΗΞΙΓΕΝΗ ΜΑΓΜΑΤΙΚΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ Πρόκειται για πετρώματα που προέρχονται από κρυστάλλωση του μάγματος, η οποία προκαλείται από τη μεταβολή των φυσικοχημικών συνθηκών και κυρίως της πίεσης και της θερμοκρασίας, όταν το μάγμα ανεβαίνει σε υψηλότερους ορίζοντες μέσα στη λιθόσφαιρα. Εμφανίζονται με ποικίλες μορφές που εξαρτώνται από τη μορφολογία των χώρων που καταλαμβάνει το μάγμα, μέσα στη λιθόσφαιρα, την κατάσταση των περιβαλλόντων πετρωμάτων ή αυτών μέσα στα οποία διεισδύει, του βάθους κρυστάλλωσής τους, καθώς και της σύστασης του ίδιου του μάγματος. Έτσι, διακρίνονται σε πλουτώνια, φλεβικά και ηφαιστειακά. Τα πλουτώνια πετρώματα προέρχονται από κρυστάλλωση του μάγματος σε βαθείς ορίζοντες μέσα στη λιθόσφαιρα, είναι ολοκρυσταλλικά παρουσιάζονται σε μεγάλη έκταση κι έχουν ομοιογένεια στην ορυκτολογική τους σύσταση. Τα φλεβικά πετρώματα δημιουργούνται από κρυστάλλωση εναπομείναντος από τους πλουτωνίτες μάγματος, το οποίο διεισδύει μέσα σε ρωγμές (κενά). απόψυξης του ίδιου του πλουτωνίτη ή σε ρωγμές των πετρωμάτων που περιβάλλουν το πλουτώνιο σώμα. Τα φλεβικά πετρώματα είναι ολοκρυσταλλικά, διαφοροποιούνται συχνά στην ορυκτολογική τους σύσταση με το βάθος κρυστάλλωσης και παρουσιάζονται με μικρό σχετικό πάχος σε σχέση με το μήκος και το πλάτος τους. 7
Τα ηφαιστειακά πετρώματα προέρχονται από την ψύξη της λάβας κατά την έκχυση της στην επιφάνεια της λιθόσφαιρας. Είναι ημικρυσταλλικά, όταν έχουν κρυστάλλους και άμορφη ή υαλώδη μάζα, ή και άμορφα όταν η κύρια μάζα τους δεν περιέχει κρυστάλλους, όπως οι ηφαιστειακοί ύαλοι. ΙΖΗΜΑΤΟΓΕΝΗ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ Πρόκειται για πετρώματα που προέρχονται από καθίζηση ουσιών που βρίσκονται σε αιώρηση ή διάλυση σε ρευστό μέσο και στη συνέχεια μετατρέπονται σε συμπαγές σώμα με συγκόλληση και διαγένεση. Ανάλογα με τον τρόπο γένεσής τους διακρίνονται σε τρεις μεγάλες κατηγορίες τα μηχανικά ή κλαστικά, τα χημικά και τα βιομηχανικά. Τα κλαστικά προέρχονται από απόθεση ουσιών, κλάστες που αιωρούνται ή μετακινούνται από ρευστά (κυρίως νερό) αλλά κι από τον αέρα. Σημαντικό ρόλο στην περίπτωση αυτή παίζει η μηχανική ενέργεια που έχει το ρευστό. Τα χημικά προέρχονται από καθίζηση διαλυμένων ουσιών μέσα σε ένα ρευστό (κυρίως νερό). Τον κυριότερο ρόλο στην περίπτωση αυτή παίζει η δυνατότητα του ρευστού να συγκρατεί σε διάλυση τις ουσίες, γεγονός που εξαρτάται άμεσα από τη σύσταση και τις συνθήκες (θερμοκρασία, πίεση) του ρευστού. Τα βιοχημικά έχουν την ίδια προέλευση με τα χημικά με τη διαφορά ότι στην καθίζησή τους σημαντικό ρόλο παίζουν οι ζωϊκοί ή φυτικοί οργανισμοί. Σημαντικό ρόλο εκτός από αυτόν που προαναφέρθηκε, παίζει επίσης και η κατάσταση των οργανισμών. ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΣΧΙΣΤΩΔΗ Ή ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ Κρυσταλλοσχιστώδη ή μεταμορφωμένα πετρώματα είναι αυτά που προέρχονται από τη μεταβολή, μεταμόρφωση, ενός ήδη προϋπάρχοντος πετρώματος, που πραγματοποιείται σε ορισμένο βάθος κάτω από συνθήκες πίεσης (P) και θερμοκρασίας (Τ) μεγαλύτερες από αυτές της επιφάνειας. Κατά τη μεταμόρφωση, τα πετρώματα αποτελούν ένα κλειστό σύνολο μέσα στο οποίο τα ορυκτά μετατρέπονται σε άλλες σταθερότερες μορφές στις επικρατούσες όμως συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. Έτσι έχουμε σταθερές μετατροπές ορυκτού σε άλλο ορυκτό ή αντιδράσεις αθροισμάτων ορυκτών σε αθροίσματα άλλων ορυκτών. Ανάλογα με τις συνθήκες κυρίως της θερμοκρασίας (Τ) και λιγότερο της πίεσης (Ρ), που προκάλεσαν τη μεταμόρφωση, διακρίνουμε τα ακόλουθα είδη μεταμορφώσεων (εικόνα 1.1): Μεταμόρφωση πολύ χαμηλού βαθμού (200-340οC). Μεταμόρφωση χαμηλού βαθμού πρασινοσχιστολιθική (340-500οC). Μεταμόρφωση ενδιάμεσου βαθμού (500-550οC). Μεταμόρφωση υψηλού βαθμού - αμφιβολιτική Μεταμόρφωση υψηλού βαθμού - αμφιβολιτική (> 550ΟC, έως την έναρξη της μετατροπής του πετρώματος σε τήγμα) 1.3.Ταξινόμηση αδρανών υλικών 8
1.3.1.Ταξινόμηση βάση την προέλευσή τους Φυσικής προέλευσης: πρόκειται για τα αδρανή υλικά, τα οποία έχουν ληφθεί από το φυσικό περιβάλλον, χωρίς να έχουν υποστεί κάποια μηχανική επεξεργασία θραύσης, πλυσίματος και διαλογής. Είναι η κύρια κατηγορία των αδρανών και διαχωρίζεται περαιτέρω α) σε αμμοχαλικώδεις χαλαρές αποθέσεις και β) σε θραυστά υλικά Οι αμμοχαλικώδεις χαλαρές αποθέσεις βρίσκονται σε περιοχές με ήπιο ανάγλυφο και ο τρόπος λήψης τους είναι αρκετά εύκολος. Επειδή όμως, πρόκειται για χαμηλής ποιότητας αδρανών και με γνώμονα ότι για τη μεταφορά κι επεξεργασία τους απαιτείται μεγάλο κόστος, τα υλικά αυτά χρησιμοποιούνται κυρίως σε τεχνικά έργα κοντά στην περιοχή δειγματοληψίας τους. Τα θραυστά υλικά είναι τα υλικά που για να χρησιμοποιηθούν ως αδρανή απαιτείται η διάνοιξη λατομείων με σκοπό να συλλεχθούν με εκσκαφή. Τεχνητά ή βιομηχανικά: πρόκειται για τα αδρανή υλικά, τα οποία έχουν προκύψει έπειτα από βιομηχανική δραστηριότητα με χημική ή θερμική επεξεργασία πρώτων υλών ορυκτής ή άλλης προέλευσης. Τα κυριότερα από αυτά είναι τα εξής: Σκωρία υψικαμίνων, όπου τα παραπροϊόντα υψικαμίνων είναι δυνατόν να δώσουν έπειτα από αργή ψύξη και τεμαχισμό διάφορα είδη αδρανών. Ιπτάμενη τέφρα λιγνιτών, η οποία χρησιμοποιείται με αυστηρές προδιαγραφές, εξαιτίας των σοβαρών περιβαλλοντικών επιπτώσεων που προκαλούν. Μπετονίτης, δηλαδή κολλοειδής άργιλος εξαιρετικής πλαστικότητας, η οποία έχει την ιδιότητα να απορροφάει μεγάλες ποσότητες νερού και να διογκώνεται. Κουρασάνι, το οποίο προέρχεται από θραύση και κονιοποίηση υλικών ψημένης αργίλου (τούβλα, κεραμίδια). Κίσσηρης, η οποία αποτελεί το κυριότερο και φθηνότερο ελαφρό αδρανές στην Ελλάδα. Περλίτης, ο οποίος προκύπτει από την απότομη ψύξη της λάβας, που δίνει προϊόντα σαν το φυσικό γυαλί, πλούσια σε οξείδια του πυριτίου και του αργιλίου. Ο διογκωμένος περλίτης είναι ελαφρός, αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες (μέχρι 850 ο C), έχει εξαιρετικές μονωτικές ιδιότητες και δεν προσβάλλεται από την υγρασία (Λεγάκης, 1993). Βερμικουλίτης, πρόκειται για ένα φυσικό πέτρωμα που συναντάται στη νότια Αφρική και στη βόρεια Αμερική. Ανακυκλωμένα: πρόκειται για τα αδρανή υλικά που προκύπτουν έπειτα από επεξεργασία και επαναχρησιμοποίηση ήδη χρησιμοποιημένων υλικών σε άλλα τεχνικά έργα. 1.3.2. Ταξινόμηση βάση την πηγή λήψης τους Φυσικά ή συλλεκτά: πρόκειται για τα αδρανή που η λήψη τους γίνεται σε φυσικές αποθέσεις ( π.χ. ποτάμιες αποθέσεις, πλευρικά κορήματα, 9
αλλουβιακές αποθέσεις χαμηλών περιοχών κ.λπ.) και τα οποία χρησιμοποιούνται είτε με τη μορφή που έχουν είτε αφού έχουν υποστεί κάποια επεξεργασία. Αδρανή λατομείων: πρόκειται για υλικά, που για τη συλλογή τους απαραίτητη προϋπόθεση είναι η διάνοιξη υπόγειων ή επίγειων λατομείων, και όπου πραγματοποιείται απόσπασή τους με διάφορα μέσα, από τη βραχόμαζα. Με τον όρο λατομείο θεωρείται ένας χώρος όπου το πέτρωμα αποσπάται από τη βραχομάζα και υπόκειται σε επεξεργασία για χρήση και κατασκευή. 1.3.3. Ταξινόμηση βάση του μεγέθους των κόκκων Χονδρόκοκκα: πρόκειται για τα αδρανή με μέγιστο μέγεθος κόκκων > 4mm κι ελάχιστο < 2mm (ογκόλιθοι, κροκάλες, έρμα, χαλίκι, γαρμπίλι, ρυζάκι) Λεπτόκοκκα: πρόκειται για τα αδρανή με μέγιστο μέγεθος κόκκων μέχρι 4mm (διάφορα είδη άμμων) Παιπάλη (Filler): πρόκειται για το διαβαθμισμένο λεπτομερές αδρανές υλικό με μέγιστο κόκκο 2mm και το οποίο διέρχεται σε ποσοστό 70 100% από το κόσκινο με μέγεθος οπής 0,063mm. Είναι ποικίλης σύστασης υλικό, κυρίως αργιλικό καθώς επίσης και ασβεστιτικό ή ιλυώδες. 1.3.4. Ταξινόμηση βάση του ειδικού βάρους Κανονικού ειδικού βάρους: πρόκειται για υλικά που έχουν ειδικό βάρος (ή ολική πυκνότητα) μεταξύ 2 έως 3 Mg/m 3. Αποτελούν τα αδρανή που συνήθως χρησιμοποιούνται στα τεχνικά έργα (ασφαλτικά,οδοστρωσίας,παραγωγή σκυροδέματος, κονιαμάτων κ.λπ. Ελαφροβαρή: πρόκειται για υλικά που έχουν ειδικό βάρος μικρότερο από 2 Mg/m 3. Το χαμηλό βάρος τους οφείλεται στο μεγάλο πορώδες, ενώ η αντοχή τους σε θλίψη συνήθως αυξάνεται με την πυκνότητα εκθετικά (TRIANTAFILLOY and GIBSON 1990). Χρησιμοποιούνται κυρίως για ελαφροβαρή θερμομονωτικά σκυροδέματα ή κονιάματα. Διακρίνονται περαιτέρω σε: φυσικά ελαφρά αδρανή, επεξεργασμένα δομικά ελαφρά αδρανή, επεξεργασμένα μονωτικά υπερελαφρά αδρανή, παραπροϊόντα ως ελαφρά αδρανή Βαρέα αδρανή: πρόκειται για υλικά που έχουν ειδικό βάρος > 3 Mg/m 3. Προέρχονται από πετρώματα μεγάλου βάρους, είναι δυσεύρετα κι ακριβά, ενώ χρησιμοποιούνται μόνο σε περιπ τώσεις όπου είναι απαραίτητο το μεγάλο βάρος σκυροδέματος (π.χ. θωρακίσεις κατασκευώ για ραδιενεργές ακτινοβολίες, εγκαταστάσεις πυρηνικών εφαρμογών, ειδικά θεμέλια μηχανών). 10
2. ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΕΝΟΤΗΤΕΣ ΚΑΙ ΘΕΣΕΙΣ ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑΣ 2.1 ΓΕΝΙΚΑ Στην εν λόγω πτυχιακή εργασία μελετάται η συμπεριφορά των γεωλογικών υλικών, τόσο εδαφικών όσο και βραχώδων, σε διάφορες τεχνικογεωλογικές συνθήκες, έτσι ώστε να χρησιμοποιηθούν ως αδρανή υλικά σε διάφορα τεχνικά έργα. Συγκεκριμένα, εξετάζονται τα φυσικά, χημικά, μηχανικά και δυναμικά χαρακτηριστικά βασικών υπερβασικών πετρωμάτων που έχουν συλλεχθεί σύμφωνα με τις προδιαγραφές που ορίζουν τα Ευρωπαϊκά Πρότυπα από την περιοχή των Μεθάνων του νομού Αργολίδας. 2.2 ΜΕΘΑΝΑ Τα Μέθανα είναι μια χερσόνησος που βρίσκεται στα νοτιοανατολικέ της Πελοποννήσου και αποτελεί τίμημα του ΒΔ άκρου του ηφαιστειακού τόξου του Αιγαίου. Στο βορειοδυτικό τμήμα του νηπίου υπάρχει μια εμφάνιση γκρίζου ασβεστόλιθου ηλικίας Ανώτερου Τριαδικού ως Κατωτέρου Ιουρασικού. Ενώ στα νοτιά βρίσκονται ασβεστόλιθοι του Ασπροβουνίου με ηλικία από Αν. Ιουρασκικο ως Κατ. Κρητιδικό. Αυτά τα ιζηματογενή πετρώματα αποτελούν τη βιάση του ηφαιστείου και απαντώνται σε βαθιή ως και 1000 μετρά καώ από την επιφάνεια της θάλασσας. Το μεγαλύτερο τμήμα της χερσονήσου αποτελείται από ηφαιστειογενή πετρώματα δακιτιτικής και ανδεσιτικής/βασαλτικής συστασης. Ηφαιστειακή δραστηριότητα στα Μέθανα ξεκίνησε στο Παλιόκαιρο ενώ στην περιοχή κυριαρχούν τέσσερεις ενότητες ηφαιστειακών πετρωμάτων. Επίσης υπάρχει πλήθος τεκτονικών δρόμων όπως ρηγάτα τα οποία αποτελούν σημεία απολέπτινσης του φλοιού και επιτρέπουν την άνοδο του μάγματος και δημιουργία δομών όπως είναι οι καλδέρες (π.χ. καλδέρα Σταυρολόγγου) 11
2.2.1 ΠΕΤΡΟΓΡΑΦΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΛΙΘΟΤΥΠΩΝ ΤΩΝ ΜΕΘΑΝΩΝ Τα πετρώματα των Μεθάνων έχουν σύσταση βασαλτικού ανδεσίτη,ανδεσίτη και δακίτη. Ο ιστός των ανδεσιτών/ βασαλτικών ανδεσιτών είναι κατά κύριο λόγο πορφυριτικός με φαινοκρυστάλλους πλαγιοκλάστων ολιβινών,πυροξένων και αμφιβόλων. Τα πλαγιόκλαστα είναι ιδιόμορφα έως υπιδιόμορφα, ζωνωμένα ( κανονική,ανάστροφη και ανομιόμορφη ζώνωση). Εμφανίζουν ιστό διήθησης και διακρίνονται σε κατηγορίες εκ των οποίων η μια δεν φέρει σημαία απορρόφησης σε αντίθεση με τη δεύτερη. Η μικροκρυσταλλική μάζα αποτελείται από πλαγιόκλαστα,αμφιβόλους,πυροξένους,ολιβίνες και συνοδά ορυκτα όπως ο Tiμαγνητίτης και ο ιλμενίτης. Τα πλαγιόκλαστα της μικροκρυσταλλικής μάζας δεν φέρουν σημάδια απορρόφησης. Οι δακίτες των Μεθάνων έχουν πορφυριτικό ιστό με φαινοκρυστάλλους πλαγιοκλάστων,αμφιβόλων και βιοτητών. Τα πλαγιόκλαστα μπορούν να διαχωριστούν σε ομάδες ανάλογα με το αν φέρουν σημάδια απορρόφησης στην επιφάνειά τους. Η μικροκτρυσταλλική μαζα αποτελείται από πλαγιόκλαστα,αμφιβόλους,βιοτήτη και συνοδα ορυκτά όπως ο Ti-μαγνητίτης,ο ιλμενίτης,ο απατίτης και το ζιρκόνιο,τα οποία περικλείονται σε μάζα υπολειμματικής υέλου. Τέλος οι ανδεσίτες,όπως και οι δακιτες,συχνα περιέχουν μαφικά εγκλείσματα. 12
Γεωλογικός χάρτης της περιοχής των Μεθάνων και υπόμνημα του χάρτη 2.2. ΑΓΙΟΙ ΘΕΟΔΩΡΟΙ ΚΟΡΙΝΘΙΑΣ Η περιοχή των Αγίων Θεοδώρων του Νομού Κορινθίας ανήκει στην υποπελαγονική ζώνη, (Μουντράκης, 2010). Γενικά, η υποπελαγονική ζώνη βρίσκεται στην δυτική πλευρά της πελαγονικής ζώνης και κύριο χαρακτηριστικό γνώρισμα της είναι οι μεγάλες οφιολιθικές μάζες και η συνοδεύουσα αυτές σχιστοκερατολιθική διάπλαση που έχει μεγάλη εξάπλωση. Η σημασία που απέκτησαν οι οφιόλιθοι με την νέα παγκόσμια τεκτονική δημιούργησε την ανάγκη επανεξέτασης του γεωτεκτονικού ρόλου της Υποπελαγονικής για το λόγο αυτό η ζώνη ονομάζεται και ζώνη των οφιολίθων ή ακόμα και ζώνη της Όθρυς επειδή η σπουδαιότερη οφιολιθική ακολουθία βρίσκεται στο ομώνυμο βουνό. Σύμφωνα λοιπόν με τις σημερινές γεωτεκτονικές αντιλήψεις οι οφιόλιθοι της Υποπελαγονικής ζώνης χαρακτηρίζονται σαν την εξωτερική (δυτική) οφιολιθική λωρίδα της Ελλάδας γνωστή με τον χαρακτηρισμό ERO. 2.3 ΦΛΩΡΙΝΑ ΠΕΛΑΓΟΝΙΚΉ ΖΏΝΗ Η πελαγονική ζώνη αποτελείται από Παλαιοζωικά κρυσταλλοσχιστώδη πετρώματα του ηπειρωτικού φλοιού της παλιάς Κιμμερικής ηπείρου,μέσα στα οποία διείσδυσαν γρανιτικά σώματα του Άνω Λιθανθρακοφόρου.Περμοτραδικά μετακλαστικά ιζήματα και ανθρακικά π[ετρώματα Τριαδικού αποτέθηκαν στα ηπειρωτικά περιθώρια της ζώνης και πάνω σε αυτά επωθήθηκαν οι οφιολιθικές μάζες προερχόμενες από τις εκατέρωθεν ωκαιάνιες λεκάνες της Τηθύος. Δύο μεταμορφώσεις έχουν επηρεάσει τα πετρώματα της πελαγωνικής: 13
1)Ερκύνια αμφιβολιτικής φάσης στο κρυσταλλοσχιστώδες υπόβαθρο 2)Πρασινοσχιστολιθική φάση του Ιουρασικού. Ενώ στο Άνω Κρητιδικό-Ηώκαινο πραγματοποιείται η οριστική ανάδυση της ζώνης. ιδαιέτερα στην περιοχή ενδιαφέροντος επικρατούν γρανίτες υπότεφροι και λευκότεφροι με μεγάλους κρυστάλλους αστρίων,που καλούνται γρανίτες της Φλώρινας (Μουντράκης 1985).Από πλευράς ηλικίας τοποθετούνται στο Αν.Λιθανθρακοφόρο και αποτελούν μαγματική δείσδυση,η οποία προκαλείσαι φαινόμενα μεταμορφωτής στα γειτονιά πετρώματα.εμφανίζουν βλαστοκατακλαστικό ιστό,και είναι γνευσιοποιημένοι και σχιστοποιημένοι ως αποτέλεσμα της τεκτονικής παραμόρφωσης που έχουν δεχτεί.μπορούν να χαρακτηριστουν και σαν μεταγρανίτες. Οι θέσεις δειγματοληψίας εντοπίζονατι στην περιοχή Πισοδερίου όπου η στρωματογραφική διάρθρωση έχει ως εξής: Α)τα ιζήματα μέσου-άνω Κρητιδικού Β)Οι οφειόλιθοι και τα συνοδά ιζήματα Γ)Τα ανθρακικά καλύμματα Τριαδικού-Ιουρασικού Δ)Οι μετακλαστικές ακολουθίες Περμίου και Τριαδικού Ε)Οι γευσιομένοι γρανίτες Άνω Λιθανθρακοφόρου ΣΤ)Το κρυσταλλοσχιστώδες υπόβαθρο με γνευσίους και σχιστολίθους. 14
Γεωλογικός χάρτης της Ελλάδος οπού φαίνεται η θέση δειγματοληψίας. Rh: Rhodope Massif, Sm: Serbomacedonian Massif, CR: Circum Rhodopic Zone, (Pe: Peonias Zone, Pa: Paikou Zone, Al: Almopias Zone), Al: Axios Zone, Pl: Pelagonian Zone, Ac: Attiko Cycladic Zone, Sp: Subpelagonian Zone, Pk: Parnassos Zone, P: Pindos Zone G: Gavrovo Zone, I: Ionian Zone, Px: Paxos Zone. (Mountrakis et al., 1983) 2.4ΜΗΛΙΑ Η συκεκριμένη εμφάνιση υπερβασικών πετρωμάτων τοποθετείται περίπου στα 4 χιλιόμετρα ΒΔ του οικισμού της Μηλιάς Μετσόβου και ανήκει στο σύστημα της Δραμάλας το οποίο αποτελεί την ανώτερη τεκτονική ανότητα του οφειολιθικού συμπλέγματος της Πίνδου. Οι κύριες λιθολογικές ενότητες που επικρατούν στην περιοχή περιλαμβάνουν δουνίτες,πλούσιους σε ολιβίνη,και χαρτσβουργίτες εχώ πιο σπάνια εμφανίζονται κάποιοι λερζόλιθοι.στο ανατολικό τμήμα υπάρχουν 15
σεμπετινιωμένοι περιδοτήτες οι οποίοι διαπερνόνται από ένα σύστημα γαββρικών φλεβών,ενώ δυτικά επωθούνται στον φλύσχη της ζώνης της Πίνδου.Οι δουνίτες καταλαμβάνουν τα ανώτερα τογραφικά σημεία και χαρακτηρίζονται από διάσπαρτου έως συμπαγούς τύπου μεταλλοφορία χρωμίτη. Συγκεκριμένα το ποσοστό σε χρωμίτη είναι εμφανώς υψηλότερο στους δουνίτες που καταλαμβάνουν τα ανώτερα στρώματα ενώ από την άλλη πλευράσε χαμηλότερα υψόμετρα παρατηρούνται δουνίτες στους οποίους σδεδόν απουσιάζει η μεταλλοφορία χρωμίτη,επισης είναι πλούσιοι σε ολιβινικούς χαρτζβουργιτες. Οι αναφερώμενοι λιθότυποι τέμνονται με ρήγματα τα οποία συχνά παρουσιάζουν σημαντικού πάχους κατακλαστικές ζώνες. 16
3. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΔΟΚΙΜΕΣ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΩΝ 3.1 ΓΕΝΙΚΑ Οι εργαστηριακές δοκιμές που είναι απαραίτητες για την εκτίμηση της καταλληλότητας των γεωϋλικών ως προς τη χρήση τους για έρμα σιδηροδρομικών γραμμών υψηλών ταχυτήτων, καθορίζονται σύμφωνα με τις προδιαγραφές που ορίζουν τα Ευρωπαϊκά Πρότυπα ΕΝ 13450. Στον Πίνακα 3.1 αναφέρονται επακριβώς οι προδιαγραφές των Ευρωπαϊκών Προτύπων σχετικά με την καταλληλότητα των γεωϋλικών για έρμα, οι οποίες βέβαια και ακολουθήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας διπλωματική εργασίας. Πίνακας 3.1 Ευρωπαϊκά Πρότυπα του ΕΛΟΤ για αδρανή με χρήση σε έρμα σιδηροδρομικών γραμμών (ΕΝ13450) ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΑΔΡΑΝΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΕΝ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΓΕΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΜΕΘΟΔΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑΣ ΜΕΘΟΔΟΣ ΜΕΙΩΣΗΣ ΟΓΚΟΥ ΤΟΥ ΔΕΙΓΜΑΤΟΣ ΠΕΤΡΟΓΡΑΦΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΚΟΙΝΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΜΕΘΟΔΟΣ ΚΟΣΚΙΝΩΝ ΠΡΟΤΥΠΑ ΚΟΣΚΙΝΑ ΔΕΙΚΤΗΣ ΠΛΑΚΟΕΙΔΟΥΣ ΔΕΙΚΤΗΣ ΣΧΗΜΑΤΟΣ ΠΟΣΟΣΤΟ ΣΒΟΛΩΝ ΑΡΓΙΛΩΝ ΚΙ ΕΥΘΡΥΠΤΩΝ ΚΟΚΚΩΝ ΙΣΟΔΥΝΑΜΟΥ ΑΜΜΟΥ ΜΠΛΕ ΤΟΥ ΜΕΘΥΛΕΝΙΟΥ ΔΕΙΚΤΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΣΕ ΦΘΟΡΑ ΜΕ ΣΥΣΚΕΥΗ MICRO 932 01:1996 932 02 932 03 932 05 933 01:1997 933 02:1995 933 03:1997 933 04 933 05 933 08 933 09 1097 01:1996 17
- DEVAL ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΣΕ ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΚΑΙ ΚΑΙΡΙΚΕΣ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΔΕΙΚΤΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΣΕ ΤΡΙΒΗ ΚΑΙ ΚΡΟΥΣΗ ΜΕ ΜΗΧΑΝΗ LOS ANGELES ΕΙΔΙΚΟ ΒΑΡΟΣ ΚΑΙ ΥΓΡΑΣΙΑ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΣΕ ΨΥΞΗ ΚΑΙ ΑΠΟΨΥΞΗ ΔΟΚΙΜΗ ΘΕΙΙΚΟΥ ΜΑΓΝΗΣΙΟΥ 1097 02:1998 1097 06:2000 1367 01:1999 1367 02:1998 3.1.1 Γενικές ιδιότητες αδρανών υλικών Σύμφωνα με τις Ευρωπαϊκές προδιαγραφές (ΕΝ) και συγκεκριμένα στις προδιαγραφές που αφορούν τις χρήσεις των αδρανών για έρμα σιδηροδρομικών γραμμών (ΕΝ 13450), στον προσδιορισμό των γενικών ιδιοτήτων τους, περιλαμβάνεται η δειγματοληψία δειγμάτων για την εξέτασή τους στο εργαστήριο καθώς και η πετρογραφική εξέταση των δειγμάτων. Δειγματοληψία: είναι η διαδικασία συλλογής αντιπροσωπευτικών δειγμάτων για την εκτέλεση των εργαστηριακών δοκιμών. Δεν προσδιορίζει φυσικά κάποια ιδιότητα, αλλά μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τα αποτελέσματα των δοκιμών ενός δείγματος. Πρέπει να λαμβάνεται κάθε δυνατή μέριμνα ώστε τα δείγματα που λαμβάνονται να αντιπροσωπεύουν τη φυσική κατάσταση των υλικών του κοιτάσματος. Πετρογραφική εξέταση: οι κυριότεροι λόγοι που καθιστούν απαραίτητη την πετρογραφική εξέταση δειγμάτων είναι οι εξής: Ο προσδιορισμός των φυσικών και χημικών χαρακτηριστικών του υλικού σε σχέση με τη χρήση του Η περιγραφή κα ταξινόμηση των συστατικών του δείγματος Οι ποσοτικές σχέσεις των συστατικών του δείγματος, που είναι ουσιαστικές για την κατάλληλη αξιολόγηση αυτού. Όταν διαφέρουν σημαντικά οι ιδιότητες των συστατικών, αυτό επιδρά στην απόδοση του υλικού σε κάθε χρήση του. Η σύγκριση δειγμάτων αδρανών υλικών από νέες πηγές, με δείγματα από πηγές όπου είναι γνωστά τα αποτελέσματα των εργαστηριακών δοκιμών. 18
3.1.2 ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΑΔΡΑΝΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Οι γεωμετρικές ιδιότητες των αδρανών υλικών προσδιορίζονται σύμφωνα με τα Ευρωπαϊκά Πρότυπα του ΕΛΟΤ (ΕΝ 13450). Έτσι προσδιορίζεται η κοκκομετρική διαβάθμιση του υλικού με τα ΕΝ 933-01:1997, ο δείκτης πλακοειδούς με τα ΕΝ 933-03:1997 και ο δείκτης σχήματος με τα ΕΝ 933-04:1997. 3.1.3 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΑΔΡΑΝΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Οι μηχανικές και φυσικές ιδιότητες των αδρανών υλικών, σύμφωνα με τα ίδια πρότυπα, αφορούν τον προσδιορισμό του δείκτη αντοχής σε φθορά με τη συσκευή Micro deval σύμφωνα με τα ΕΝ 1097-01:1996 και τον προσδιορισμό του δείκτη αντοχής σε τριβή και κρούση με τη μηχανή Los Angeles, σύμφωνα με τα ΕΝ 1097-02:1998. 3.1.3ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΑΔΡΑΝΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Οι γεωμετρικές ιδιότητες των αδρανών υλικών προσδιορίζονται με την κοκκομετρική διαβάθμιση σύμφωνα με τα ΕΝ 933 01 : 1997, το δείκτη πλακοειδούς σύμφωνα με τα ΕΝ 933 03 : 1997, τον προσδιορισμό της μορφής των κόκκων - δείκτη μορφής σύμφωνα με τα ΕΝ 933 04 :1997, δείκτη επιμήκυνσης σύμφωνα με τις Βρετανικές προδιαγραφές BS 105.2 και το ισοδύναμο άμμου σύμφωνα με τα ΕΝ 933 08 : 1997. 19
4.ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ 4.1.ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΕΣ 4.1.1Προσδιορισμός Δείκτης πλακοειδούς Η δοκιμή για τον προσδιορισμό του δείκτη πλακοειδούς των αδρανών υλικών γίνεται σύμφωνα με τις απαιτήσεις που ορίζονται από το Ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΝ 933 03 : 1997. Σε αυτή την δοκιμή το δείγμα εξετάζεται ολόκληρο και όχι τμηματικά. Επίσης εδώ έχουμε δυο κοσκινίσματα. Αρχικά χρησιμοποιώντας κόσκινα χωρίζουμε το δείγμα σε δύο τμήματα σύμφωνα με τον λόγο di/di. Μετά κάθε ένα από τα τμήματα περνούν ξανά από κόσκινα που έχουν μπάρες στο εσωτερικό τους και λέγονται κόσκινα επιμήκυνσης Σκοπός της δοκιμής είναι να υπολογιστεί ο συνολικός δείκτης πλακοειδούς που είναι ο συνολικός αριθμός των κόκκων που διέρχονται από τα κόσκινα επιμήκυνσης εκφρασμένα σε ποσοστό επί τοις εκατό (%) της συνολικής ξηρής μάζας του δείγματος που εξετάζεται. Εργαστηριακός εξοπλισμός Ο εργαστηριακός εξοπλισμός αποτελείται από: κόσκινα με τετραγωνικές οπές με διάμετρο 80 mm, 63 mm, 50 mm, 40 mm, 31.5 mm, 25 mm και 20 mm. Κόσκινα επιμήκυνσης με μέγεθος 12.5 mm, 16 mm, 20 mm, 25 mm και 31.5 mm. Ζυγός ισορροπίας με ακρίβεια 0,1% της συνολικής μάζας του δείγματος. Κλίβανος ο οποίος να διατηρεί σταθερή θερμοκρασία στους 1100C. Η διαδικασία της δοκιμής Αρχικά το δείγμα θα πρέπει να ξεραθεί σε κλίβανο στους 1100C ώστε να αποκτήσει σταθερή μάζα και στην συνέχεια να ψυχθεί σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Τέλος, ζυγίζεται και καταγράφεται η μάζα αυτή ως Μ0. Το δείγμα ζυγίζεται και απορρίπτω όλους τους κόκκους που διέρχονται από τοκόσκινο με διάμετρο 20 mm και συγκρατούνται από το κόσκινο με διάμετρο 80 mm. Στην συνέχεια ζυγίζω και διατηρώ χωριστά όλους τους κόκκους με μέγεθος di/di μεταξύ των κόσκινων 20 mm και 80 mm δημιουργώντας επιμέρους δείγματα. 20
Το κόσκινο πλακοειδούς (κόσκινο 7.2) Αποτελέσματα Τα αποτελέσματα καταγράφονται σε ειδικό έντυπο το οποίο παρουσιάζεται στο παράρτημα. Υπολογίζω το άθροισμα των μαζών των επιμέρους di/di το οποίο καταγράφεται ως Μ1 και υπολογίζω την μάζα από κάθε δείγμα di/di το οποίο διέρχεται από το αντίστοιχο κόσκινο επιμήκυνσης και καταγράφεται ως Μ2. Έτσι ο συνολικός δείκτης πλακοειδούς υπολογίζεται από την σχέση: FL = (Μ2/Μ1) * 100 Με προσέγγιση στον πλησιέστερο ακέραιο αριθμό όπου Μ1 και Μ2 οι μάζες που αναφέρονται παραπάνω σε γραμμάρια. Ο δείκτης πλακοειδούς για κάθε επιμέρους δείγμα υπολογίζεται από την σχέση: FLi = (mi/ri) * 100 Όπου: Ri η μάζα του κάθε επιμέρους δείγματος σε γραμμάρια. mi η μάζα του διερχόμενου υλικού από κάθε επιμέρους δείγμα στο αντίστοιχοκόσκινο επιμήκυνσης σε γραμμάρια. Στην περίπτωση που το άθροισμα των Ri μαζί με την του υλικού που έχει απορριφθεί διαφέρει περισσότερο από 1% από την μάζα Μ0 η δοκιμή θα πρέπει να επαναληφθεί χρησιμοποιώντας κάποιο άλλο δείγμα. Ανάλογα με τα αποτελέσματα έχουμε τις κατηγορίες που φαίνονται στον Πίνακα 21
ΔΕΙΚΤΗΣ ΠΛΑΚΟΕΙΔΟΥΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ FI < ή = 15 FI15 < ή = 20 FI20 < ή = 35 FI35 > 35 FIdeclared Δεν απαιτείται FINR 4.1.2 Ισοδύναμο άμμου Η δοκιμή ισοδύναμου άμμου των αδρανών υλικών γίνεται σύμφωνα με τις απαιτήσεις που ορίζονται από το Ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΝ 933 08 : 1997. Σκοπός της δοκιμής είναι να εξακριβωθεί η παρουσία επιβλαβών ποσοτήτων λεπτόκοκκου υλικού (μεγέθους αργίλου) στα αδρανή υλικά. Η παρουσία αργίλου στα αδρανή είναι ανεπιθύμητη γιατί περιβάλλει τα μεγαλύτερα κλάσματα του υλικού λιπαίνοντας τις μεταξύ τους επιφάνειες. Με αυτή την δοκιμή όμως δεν προσδιορίζονται τα αργιλικά ορυκτά που ανήκουν στην ομάδα του σμηκτίτη, τα οποία διογκώνονται και προκαλούν ζημίες στα τεχνικά έργα. Ο εργαστηριακός εξοπλισμός που απαιτείται είναι: Διαφανής πλαστικός σωλήνας με εσωτερική διάμετρο 1 ¼ in. και βαθμονομημένος μέχρι τις 15 in.. Ορειχάλκινος λεπτός σωλήνας που καταλήγει σε κωνική απόληξη που φέρει 2 οπές. Πλαστική φιάλη με χωρητικότητα 3,785 lt. Πλαστικός λεπτός σωλήνας που συνδέει την φιάλη με τον ορειχάλκινο σωλήνα. Πιεστικό στέλεχος που αποτελείται από μεταλλική ράβδο η οποία στην μια άκρη καταλήγει σε βάση κωνικού σχήματος και στην άλλη σε κυλινδρικό βαρίδι συνολικού βάρους 1 kg. Μεταλλικό κυλινδρικό δοχείο χωρητικότητας 85+-5 m3. Πλαστικό χωνί. Υδατικό διάλυμα που περιέχει άνυδρο CaCl2, γλυκερίνη και φορμαλδεΰδη έτσι επιτυγχάνεται η γρήγορη καθίζηση των κόκκων. Η διαδικασία της δοκιμής Για την εκτέλεση της δοκιμής θα πρέπει το υλικό που θα εξεταστεί να διέρχεται από το κόσκινο Νο 4 (4,75 mm) και να ξεραθεί στους 1100C. Στην συνέχεια, η πλαστική φιάλη γεμίζει με το διάλυμα και τοποθετείται σε ύψος 90 cm από το τραπέζι εργασίας. Ακολούθως, μεταφέρεται στον ογκομετρικό σωλήνα διάλυμα 22
μέχρι τις 4 in. Βάζουμε το δείγμα μας στο μεταλλικό δοχείο και μεταφέρεται στο σωλήνα με την βοήθεια του πλαστικού σωλήνα. Στην συνέχεια ανακαινίζεται ελαφρώς ο σωλήνας μέχρι να απομακρυνθούν φυσαλίδες που μπορεί να έχουν δημιουργηθεί. Ο σωλήνας με το δείγμα αφήνεται για 10 λεπτά σε ηρεμία. Τοποθετούμε το ελαστικό πώμα στον πλαστικό σωλήνα και τον βάζουμε στην ειδική συσκευή ανάδευσης η οποία εκτελεί 90+-3 παλινδρομικές κινήσεις σε 45+- 1 δευτερόλεπτα. Ακολούθως ο ορειχάλκινος λεπτός σωλήνας εισάγεται στον πλαστικό σωλήνα χωρίς όμως να φτάσει στον πυθμένα του. Ανοίγεται η στρόφιγγα για να ξεπλυθεί η άμμος από το υλικό αργιλικού μεγέθους το οποίο ανέρχεται στο ανώτερο τμήμα του πλαστικού σωλήνα. Κατά την διαδικασία αυτή χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή ώστε με την ανακαίνιση του ορειχάλκινου σωλήνα να ξεπλυθεί όλη η ποσότητα του λεπτόκοκκου υλικού μέχρι η στάθμη του διαλύματος να φτάσει στις 15 in. Στην συνέχεια ο πλαστικόςσωλήνας αφήνεται σε ηρεμία για 20 λεπτά. Μετά το πέρας αυτού του χρόνου σημειώνεται το ύψος της αργίλου (H) και εισάγεται με προσοχή το πιεστικό στέλεχος για να σημειωθεί το ύψος της άμμου (h) Αποτελέσματα Το ισοδύναμο άμμου (SE) υπολογίζεται από την παρακάτω σχέση: SE = (h+h) * 100 Όταν το αποτέλεσμα είναι δεκαδικός αριθμός τότε η στρογγυλοποίηση γίνεται στον προς τα επάνω ακέραιο αριθμό. Η υψηλή τιμή ισοδύναμου άμμου υποδεικνύει καλής ποιότητας υλικό. 23
Δοκιμαστικοί σωλήνες για ισοδύναμο άμμου 24
4.2.Φυσικές ιδιότητες Οι φυσικές ιδιότητες των αδρανών υλικών προσδιορίζονται με την δοκιμή προσδιορισμού φαινόμενης πυκνότητας και υδαταπορροφητικότητας σύμφωνα με τα ΕΝ 1097-6:2000. 4.2.1.Προσδιορισμός φαινόμενης πυκνότητας και υδαταπορροφητικότητας Η δοκιμή για τον προσδιορισμό της φαινόμενης πυκνότητας και της υδαταπορροφητικότητας γίνεται σύμφωνα με τις απαιτήσεις που ορίζονται από το Ευρωπαϊκό πρότυπο EN 1097-6:2000 σε συγκεκριμένη ποσότητα αδρανούς υλικού ανάλογα με το μέγεθος του κλάσματος που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί όπωςφαίνεται στον Πίνακα Μέγιστο μέγεθος κόκκων (mm) Ελάχιστο βάρος δειγμάτων (kg) 63 15 45 7 31,5 5 16 2 8 1 <4 1 Αρχικά ξεπλένεται το υλικό ώστε να απομακρυνθεί το λεπτόκοκκο υλικό, τοποθετείται σε συρμάτινο καλάθι και βυθίζεται σε δεξαμενή νερού μέχρι βάθος τουλάχιστον 50 mm. Το καλάθι ανασηκώνεται περίπου 25 mm από τον πάτο της δεξαμενής και αφήνεται να πέσει απότομα 25 φορές με ρυθμό 1 πτώση / sec ώστε να απεγκλωβιστεί ο αέρας που υπάρχει μεταξύ των κόκκων του αδρανούς. Το δείγμα αφήνεται εξολοκλήρου βυθισμένο στο νερό για 24 ώρες και στην συνέχεια το καλάθι με το δείγμα αναρτώνται στον ζυγό και αφού ανακινηθεί το υλικό ζυγίζονται μέσα στο νερό και καταγράφεται το βάρος με ακρίβεια 0,1 g. Το δείγμα αφήνεται να στραγγίσει μέσα στο καλάθι για λίγα λεπτά και τοποθετείται σε στεγνό ύφασμα ώστε να στεγνώσει επιφανειακά και καταγράφεται το βάρος του με ακρίβεια 0,1 g. Μετά το δείγμα μεταφέρεται σε κλίβανο στους 110 +- 5 0C, ξηραίνεται και ζυγίζεται με ακρίβεια 0,1 g. Επιπλέον, το καλάθι τοποθετείται πάλι στην δεξαμενή αναταράσσεται και ζυγίζεται μέσα στο νερό με ακρίβεια 0,1 g. Ο υπολογισμός της φαινόμενης πυκνότητας και της υδαταπορροφητικότητας γίνεται βάση με τις εξής σχέσεις: Φαινόμενη πυκνότητα: ρα = ρw*(m4/m4 (m2 m3)) Υδαταπορροφητικότητα : wα = (m1 m4)/m4*100 25
4.3.Μηχανικές ιδιότητες Οι μηχανικές ιδιότητες των αδρανών υλικών προσδιορίζονται με τον δείκτη αντοχής σε φθορά με την συσκευή Micro - Deval σύμφωνα με τα ΕΝ 1097 01 : 1996, τον δείκτη αντοχής σε τριβή και κρούση με την συσκευή Los Angeles σύμφωνα με τα ΕΝ 1097 02 : 1998 και τον δείκτη αντίστασης σε επιταχυνόμενη στίλβωση σύμφωνα με τα ΕΝ 1097 08. 4.3.1.Δοκιμή Micro Deval Η δοκιμή για τον προσδιορισμό του συντελεστή Micro Deval γίνεται σύμφωνα με τις απαιτήσεις που ορίζονται από το Ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΝ 1097 01 : 1996. Σκοπός της δοκιμής είναι να προσδιοριστεί η φθορά που θα υποστεί ένα κατάλληλα προσαρμοσμένο δοκίμιο και αυτό γίνεται με τον προσδιορισμό του συντελεστή micro deval. Για αυτή την δοκιμή χρειαζόμαστε μια συσκευή που αποτελείται από : 1 κοίλο κυλινδρικό δοχείο εσωτερικού μήκους 400 mm και εσωτερικής διαμέτρου 200 mm από ανοξείδωτο χάλυβα πάχους 3 mm που είναι κλεισμένο από το ένα του άκρο ενώ το άλλο έχει πώμα υδατοστεγές και αεροστεγές πάχους 8 mm. Ένα κατάλληλο κινητήρα για την κίνηση του κυλινδρικού δοχείου με σταθερή ταχύτητα περιστροφής (100 +-5) r/min. Ένα μετρητή ο οποίος να μπορεί να διακόπτει την δοκιμή άμεσα και με τον οποίο να μπορούμε να ορίσουμε τον αριθμό των στροφών που επιθυμούμε. Το κύριο σώμα της συσκευής αποτελείται από δυο άξονες που περιστρέφονται στον οριζόντιο άξονα με την βοήθεια του κινητήρα. Οι άξονες αυτοί φέρουν κατάλληλες υποδοχές ώστε να διατηρούν το κυλινδρικό δοχείο σε συγκεκριμένη σταθερή θέση. Η πόρτα της συσκευής είναι κατασκευασμένη έτσι ώστε όταν είναι ανοιχτή η δοκιμή να διακόπτεται αυτόματα. 26
Η συσκευή Micro Deval και οι υποδοχείς. Τα μεταλλικα σφαιρίδια που χρησιμοποιούνται στη δοκιμη 27
Η διαδικασία της δοκιμής Η δοκιμή πραγματοποιείται σε υλικό που διέρχεται από το κόσκινο των 10 mm και συγκρατείται στο κόσκινο των 6,3 mm. Επιπρόσθετα, η διαβάθμιση του δείγματος θα πρέπει να ικανοποιεί μία από τις ακόλουθες προϋποθέσεις: (α) 60-70% του υλικού να διέρχεται από το κόσκινο των 12,5 mm ή (β) 30-40% να διέρχεται από το κόσκινο των 11,2 mm. Το κοσκινισμένο υλικό αρχικά πλένεται και ξηραίνεται στους 110±5 C μέχρι σταθερού βάρους και στη συνέχεια λαμβάνεται αντιπροσωπευτικό δείγμα βάρους 500±2 g. Το συνολικό βάρος του δείγματος που τοποθετείται στο τύμπανο μαζί με τις σφαίρες, θα πρέπει να είναι 5000±2 g. Όταν δεν είναι δυνατό να συγκεντρωθεί η απαραίτητη ποσότητα δείγματος με την παραπάνω διαβάθμιση, τότε μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι εναλλακτικές διαβαθμίσεις με το αντίστοιχο βάρος φορτίου που φαίνονται στον Πίνακα Το βάρος του δείγματος του αδρανούς υλικού που τοποθετείται στο τύμπανο σε καθεμία από τις παραπάνω περιπτώσεις παραμένει 500±2 g. Στην περίπτωση που το υλικό προορίζεται για σκύρα σιδηροτροχιών, τα κόσκινα των 10 mm, 11,2 mm (ή 12,5 mm) και 14 mm, αντικαθίστανται από τα κόσκινα των 31,5 mm, 40 mm και 50 mm αντίστοιχα. Το συνολικό βάρος του δείγματος θα είναι 10000±100 g, αποτελούμενο από 5000±50 g υλικό διαβάθμισης 31,5 mm 40 mm και 5000±50 g υλικό διαβάθμισης 40-50 mm. Ακόμη, δεν τοποθετούνται σφαίρες μέσα στα τύμπανα και η ποσότητα του νερού που προστίθεται σε αυτά είναι 2±0,05 lt. Διαβάθμιση (mm) 4-6,3 2000±5 6,3-10 4000±5 8-11,2 4400±5 11,2-16 5400±5 Συνολικό βάρος φορτίου (σφαίρες+αδρανές σε g) Στη συνέχεια τίθεται σε λειτουργία η συσκευή και προγραμματίζεται έτσι ώστε τα τύμπανα να πραγματοποιήσουν 12000±10 περιστροφές με ρυθμό 100±5 στροφές/λεπτό (στην περίπτωση των σκύρων πραγματοποιούνται 14000±10 περιστροφές). Αφού τελειώσει η δοκιμή αδειάζουμε όλο το περιεχόμενο σε μια λεκάνη και πλένουμε το δοχείο για να πάρουμε και το πιο λεπτόκοκκο υλικό Στην συνέχεια αδειάζουμε όλο το υλικό σε κόσκινο των 1,6 mm το οποίο το προστατεύουμε με κόσκινο των 8 mm και πλένουμε το υλικό με καθαρό νερό. 28
Τέλος μαζεύουμεόλους τους κόκκους από τα δυο κόσκινα και τα τοποθετούμε σε κλίβανο για να ξηρανθούν και μετά ζυγίζουμε τους κόκκους αυτούς σε γραμμάρια. Αποτελέσματα Ο προσδιορισμός του συντελεστή micro deval με προσέγγιση 0,1 μονάδες γίνεται από την παρακάτω σχέση: MDERB = (500 m) / 100 Όπου: MDERB είναι ο συντελεστής micro deval (στην υγρή κατάσταση). M είναι η μάζα του κλάσματος των κόκκων που κρατήθηκαν από το κόσκινο των 1,6 mm σε γραμμάρια. Από την μέση τιμή των συντελεστών των δυο δοκιμίων προκύπτει το τελικό αποτέλεσμα του δείγματος. Ανάλογα με τις τιμές έχουμε τις εξής κατηγορίες ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ MICRO ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ MDE DEVAL < ή = 5 MDE 5 < ή = 7 MDE 7 < ή = 11 MDE 11 < ή = 15 MDE 15 >15 MDE declared 4.3.2Δοκιμή Los Angeles Η δοκιμή για τον προσδιορισμό του συντελεστή Los Angeles γίνεται σύμφωνα με τις απαιτήσεις που ορίζονται από το Ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΝ 1097 02 : 1998. Σκοπός της δοκιμής αυτής είναι να προσδιοριστεί η αντοχή των χονδρομερών αδρανών υλικών στο θρυμματισμό. Για την δοκιμή αυτή χρειαζόμαστε την συσκευή Los Αngeles (εικόνα 10) η οποία αποτελείται από ένα κοίλο τύμπανο κατασκευασμένο από ελάσματα χάλυβα. Το τύμπανο αυτό είναι κλειστό στα δυο άκρα του ενώ έχει εσωτερική διάμετρο 711mm και εσωτερικό μήκος 508 mm. Η βάση του μηχανήματος πρέπει να 29
στηρίζεται απευθείας πάνω σε επίπεδο δάπεδο από σκυρόδεμα ή λίθους. Η συσκευή Los Anggeles Πάνω στο τύμπανο αυτό υπάρχει ένα άνοιγμα πλάτους 150 mm έτσι ώστε να διευκολύνεται η εισαγωγή και η εξαγωγή του δείγματος το οποίο όμως είναι κατασκευασμένο με τέτοιο τρόπο ώστε να εξασφαλίζεται η στεγανοποίηση του τυμπάνου πάντα από χάλυβα. Η κυλινδρική εσωτερική επιφάνεια διακόπτεται από μια προεξοχή που βρίσκεται σε απόσταση 380 820 mm από το πλησιέστερο άκρο του ανοίγματος μετρούμενο πάντα κατά την φορά περιστροφής. Απαραίτητο είναι ένα μοτέρ που μεταδίδει περιστροφική ταχύτητα στο τύμπανο μεταξύ 31 και 33 στροφές ανά λεπτό, ένα στροφόμετρο, που σταματά αυτόματα το μοτέρ μετά τον απαιτούμενο αριθμό στροφών και τέλος ένα δίσκο για την ανάκτηση υλικού και του φορτίου των σωματιδίων μετά το τέλος της δοκιμής. Εντός της μηχανής εισάγονται χαλύβδινες σφαίρες διαμέτρου περίπου 47,5 mm και βάρους 390-445 g η καθεμία. Ο αριθμός καθώς και το συνολικό βάρος των σφαιρών που χρησιμοποιούνται, εξαρτάται από τη διαβάθμιση του υλικού πουμελετάται και παρουσιάζονται στον Πίνακα Διαβάθμιση Αριθμός σφαιρών Βάρος σφαιρών (g) A 12 5000±25 Β 11 584±25 C 8 3330±20 D 6 2500±15 Ε 12 5000±25 F 12 5000±25 G 12 5000±25 30
Διαδικασία της δοκιμής Το προς εξέταση δείγμα ξηραίνεται στους 110±5 C μέχρι σταθερού βάρους. Η ποσότητα του συνολικού δείγματος είναι 5000±10 g και η κατάλληλη διαβάθμιση επιλέγεται ανάλογα με την εκάστοτε χρήση του υλικού. Στη συνέχεια, συνδυάζεται και λαμβάνεται ποσότητα που αντιστοιχεί σε μία από τις διαβαθμίσεις A, B, C, D ή E, F, G για τα πιο χονδρόκοκκα αδρανή στον Πίνακα 11. Η συσκευή ρυθμίζεται έτσι ώστε να πραγματοποιήσει 500 ή 1000 στροφές, ανάλογα με το αν το υλικό ανήκει σε μία από τις A, B, C, D ή E, F, G διαβαθμίσεις αντίστοιχα. Το δείγμα μαζί με τον αντίστοιχο αριθμό σφαιρών εισάγονται στη μηχανή Los Angeles, η οποία περιστρέφεται με ταχύτητα 30-33 στροφές/λεπτό. Όταν συμπληρωθεί ο απαιτούμενος αριθμός στροφών, λαμβάνεται το υλικό, το οποίο στη συνέχεια κοσκινίζεται στο κόσκινο Νο 12 (1,70 mm). Το υλικό που συγκρατείται πλένεται, ξηραίνεται στους 110±5 C και ζυγίζεται με ακρίβεια 1 g. Η διαφορά μεταξύ του αρχικού και του τελικού βάρους του δείγματος, εκφρασμένη επί τοις εκατό του αρχικού βάρους, δίνει το ποσοστό φθοράς του υπό εξέταση υλικού. O δείκτης Los Angeles για τα υπό μελέτη δείγματα προσδιορίστηκε στη διαβάθμιση Β σύμφωνα με τις Αμερικάνικες προδιαγραφές (ASTM C-131). Αποτελέσματα Ο υπολογισμός του συντελεστή Los Angeles (στον πλησιέστερο ακέραιο αριθμό) γίνεται βάση της παρακάτω σχέσης: LA = (5000 m) / 100 Όπου m είναι το βάρος που συγκρατείται στο κόσκινο Νο 12 σε γραμμάρια. Ανάλογα με τις τιμές του συντελεστή έχουμε τις παρακάτω κατηγορίες. ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ L.A ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ L.A. < ή = 12 LA 12 < ή = 14 LA 14 < ή = 16 LA 16 < ή = 20 LA 20 < ή = 24 LA 24 >24 LA declared Δεν απαιτείται LA NR 4.3.3.Δοκιμή αντίστασης σε επιταχυνόμενη στίλβωση (PSV) Η δοκιμή για τον προσδιορισμό του δείκτη αντίστασης σε στίλβωση γίνεται σύμφωνα με τις απαιτήσεις που ορίζονται από το Ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΝ 1097 08. Σκοπός της δοκιμής αυτής είναι να προσδιοριστεί το μέτρο επιδεκτικότητας των αδρανών υλικών στην λειαντική δράση των ελαστικών οχημάτων. Η συσκευή που χρησιμοποιείται εξομοιώνει την δράση των ελαστικών σε δείγματα αδρανούς υλικού τα οποία έχουν τοποθετηθεί σε καλούπια 31
συγκεκριμένων διαστάσεων. Η τελική τιμή που προκύπτει αποτελεί ποσοτική έκφραση της μικροτραχύτητας της επιφάνειας των κόκκων μετά την στίλβωση. Η δοκιμή αυτή εκτελείται σε δύο μέρη: στο πρώτο μέρος οι κόκκοι του αδρανούς υλικού υφίστανται επιταχυνόμενη λείανση και στο δεύτερο μέρος μετράται ο βαθμός στίλβωσης με το Βρετανικό εκκρεμές. Διαδικασία δοκιμής Επιλέγονται κόκκοι οι οποίοι διέρχονται από το κόσκινο των 10 mm και συγκρατούνται στο ειδικό κόσκινο με άνοιγμα ράβδων 7,2 mm. Στην συνέχεια 35 50 κόκκοι τοποθετούνται σε μια στρώση πάνω σε ειδική κυρτή μεταλλική μήτρα. Τα διάκενα μεταξύ των κόκκων πληρώνονται με λεπτόκοκκη άμμο σε τέτοια ποσότητα ώστε να προεξέχει περίπου το ¼ της διαμέτρου των κόκκων του αδρανούς υλικού. Το υπόλοιπο της μήτρας σκεπάζεται πλήρως με εποξειδική ρητίνη και το πλεόνασμά της απομακρύνεται με σπάτουλα. Μετά την σκλήρυνση της ρητίνης το δοκίμιο εξάγεται από την μήτρα καθαρίζεται επιμελώς από την άμμο και τοποθετείται στη συσκευή λείανσης. 32
H συσκευή λείανσης 33
Η συσκευή λείανσης έχει μεταλλικό τροχό 406 mm στην περιφέρεια του οποίου προσαρμόζονται τα δοκίμια με τα προς εξέταση αδρανή. Μεταλλικός τροχός συσκευής λείανσης Ο τροχός περιστρέφεται κατά την εκτέλεση της δοκιμής με ταχύτητα 320±5 στροφές/λεπτό. Πριν την έναρξη της δοκιμής ειδικός ελαστικός τροχός έρχεται σε επαφή και πιέζει τις μήτρες με δύναμη 725 N. Ανάμεσα στον ελαστικό τροχό και τις μήτρες, υπάρχει κατά τη διάρκεια της δοκιμής συνεχής τροφοδοσία με σμύριδα (για τις τρεις πρώτες ώρες ( ρυθμό τροφοδοσίας 17+-7 g/λεπτό) και νερό ( ρυθμό τροφοδοσίας 17±7 g/λεπτό). Ελαστικός τροχός και χονδρόκοκκη σμύριδα Μετά το πέρας των τριών ωρών τοποθετείται ο δεύτερος τροχός και η δοκιμή επαναλαμβάνεται για τρεις ώρες τροφοδοτώντας αυτή τη φορά με πολύ λεπτότερη σμύριδα. Στο στάδιο αυτό ο ρυθμός της σμύριδας και του νερού είναι 31± g/λεπτό. 34
Ελαστικός τροχός και λεπτόκοκκη σμύριδα. 35
Στην συνέχεια οι μήτρες με τα λειασμένα αδρανή καθαρίζονται και τοποθετούνται στην ειδική βάση του Βρετανικού εκκρεμούς (εικόνα 15) και με την συσκευή αυτή προσδιορίζεται η τιμή αντίστασης σε ολίσθηση των λειασμένων αδρανών. Βρετανικό εκκρεμές Αποτελέσματα Ο δείκτης αντίστασης των αδρανών σε λείανση (PSV) υπολογίζεται από την παρακάτω σχέση: PSV = S + 52.5 C Όπου: S είναι ο μέσος όρος των τιμών αντίστασης σε ολίσθηση λειασμένων αδρανών από τέσσερα δοκίμια. C είναι ο μέσος όρος των τιμών αντίστασης σε ολίσθηση λειασμένων προτύπων αδρανών από τέσσερα δοκίμια ( η τιμή θα πρέπει να κυμαίνεται μεταξύ 49,5 55,5 διαφορετικά η παραπάνω σχέση δεν ισχύει). Οι τιμές S και C καταγράφονται με ακρίβεια 0,1. 36
4.3.4.Δοκιμή αντίστασης σε κρούση (AIV) Η δοκιμή για τον προσδιορισμό του δείκτη αντίστασης σε κρούση γίνεται σύμφωνα με τις απαιτήσεις που ορίζονται από τις Βρετανικές προδιαγραφές (BS 812: Part 112). Σκοπός της δοκιμής αυτής είναι να προσδιοριστεί η αντοχή των αδρανών υλικών σε απότομη κρούση. Η συσκευή που χρησιμοποιείται, αποτελείται από κυλινδρική βάση βάρους 22 έως 30 kg, στη βάση της οποίας τοποθετείται κυλινδρικόεσωτερικής διαμέτρου 102±0,5 mm και βάθους 50±0,25 mm, τα τοιχώματα του οποίου έχουν πάχος τουλάχιστον 6 mm. Ακόμη, περιλαμβάνει σφύρα κυλινδρικού σχήματος, βάρους 13,5 έως 14 kg, διαμέτρου 100±0,5 mm και μήκους 50±0,15 mm, η οποία πέφτει ελεύθερα από ύψος 380±5 mm, καθώς και μεταλλική ράβδο με ημισφαιρικές άκρες διαμέτρου 16±1 mm και μήκους 600±5 mm. Διαδικασία δοκιμής Η δοκιμή πραγματοποιείται σε υλικό διαμέτρου 10-14 mm, ενώ σε περίπτωση που χρησιμοποιούνται τα Αμερικάνικα κόσκινα το υλικό είναι διαμέτρου 1\2 in.(12,7 mm) 3\8 in. (9,52 mm). Οι κόκκοι του αδρανούς αρχικά πλένονται, ξηραίνονται στους 110±5 C μέχρι σταθερού βάρους και στη συνέχεια τοποθετούνται στο χαλύβδινο δοχείο. Ακολούθως συμπυκνώνονται ελαφρώς, αφήνοντας τη μεταλλική ράβδο να πέσει ελεύθερα 25 φορές από ύψος περίπου 50 mm. Η επιφάνεια του υλικού θα πρέπει να είναι ομοιόμορφη, έτσι ώστε να μην προεξέχουν μεμονωμένοι κόκκοι. Κατόπιν το δείγμα τοποθετείται στη συσκευή και αφήνεται η σφύρα να πέσει ελεύθερα 15 φορές, με ρυθμό περίπου 1 χτύπημα/sec.. Απομακρύνεται προσεκτικά ολόκληρη η ποσότητα του υλικού από το δοχείο και ζυγίζεται. Στη συνέχεια, κοσκινίζεται στο κόσκινο Νο 8 (2,36 mm) και καταγράφεται το βάρος του διερχόμενου. Αποτελέσματα Ο δείκτης αντίστασης σε κρούση (Aggregate Impact Value) υπολογίζεται από την παρακάτω σχέση: AIV = Μ2 /M1*100 Όπου: M1 είναι το συνολικό βάρος του δείγματος που έχει υποστεί κρούση (g) και M2: το βάρος του διερχόμενου από το κόσκινο Νο 8 (g). 37
Η συσκευή κρούσης AIV χαλύβδινο δοχείο και μεταλλική ράβδος 38
5.ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΕΡΕΥΝΑ Τα δείγματα αρχικά συλλέγονται από τους τόπους δειγματοληψίας.στη συνέχεια τα δείγματα έφτασαν στο εργαστήριο όπου ακολούθησε το σπάσιμό τους με τη χρήση βαριοπούλας έτσι ώστε να σπάσουν σε μικρότερα τεμάχη..ενώ στη συνέχεια οδηγήθηκαν στον σπαστήρα του εργαστηρίου Πετρογραφίας ώστε να μειωθεί το κοκκομετρικό τους μέγεθος για να προσδιοριστούν το ισοδύναμο άμμου, οι φυσικές ιδιότητες, ο δείκτης αντίστασης σε κρούση και ο δείκτης αντίσταση σε στίλβωση PSV. Στη συνέχεια ακολούθησε το κοσκίνισμα των δειγμάτων έτσι ώστε να πραγματοποιηθούν οι δοκιμές. Σπαστήρας εργαστηρίου πετρογραφίας 5.1.ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΔΟΚΙΜΩΝ 5.1.1.ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ Στον παρακάτω πίνακα δίνονται τα αποτελέσματα της μελέτης των φυσικών και γεωμετρικών ιδιοτήτων των γεωυλικών. Φαίνεται ότι οι περιδοτίτες και οι γρανίτες παρουσιάζουν τον υψηλότερο δείκτη πλακοειδούς (από 19,52% μέχρι 26,25%) ενώ οι τιμές του ισοδύναμο άμμου είναι επίσης υψηλές (από 71% μέχρι 81%). Ενώ για τους ανδεσίτες οι τιμές του δείκτη πλακοειδούς κυμαίνονται από 10% έως 12.43% και το ισοδύναμο άμμου από 57%έως 80%. Φαίνεται λοιπόν ότι με βάση τον δείκτη πλακοειδούς καταλληλότερα αδρανή για την επίστρωση βάσεων και υποβάσεων οδοστρώματος είναι οι ανδεσίτες. 39
5.1.2.ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ Στον παρακάτω πίνακα δίνονται τα αποτελέσματα της μελέτης των φυσικών ιδιοτήτων των γεωυλικών. Ο δείκτης Los Angeles (LAAV) είναι μικρότερος στους περιδοτίτες και αρκετά μικρότερος τους γρανίτες(από 19%έως 37%),ενώ στους ανδεσίτες και στους δακίτες οι τιμές είναι κατά πολύ μεγαλύτερες(από 46%έως 62%).Κατά συνέπεια και βάση των προδιαγραφών οι ανδεσίτες και οι δακίτες κρίνονται ακατάλληλοι για την επίστρωση βάσεων και υποβάσεων οδοστρώματος διότι ξεπερνούν το επιτρεπτό όριο του δείκτη LAAV που είναι το 40%.Το ίδιο συμβαίνει και με τον δείκτη Micro Deval o οποίος είναι αρκετά υψηλός στους ανδεσίτες (από 19% έως 57%).Αντίθετα οι γρανίτες και οι περιδοτίτες εμφανίζουν περισσότερη αντοχή στη δοκιμή Micro Deval.Όσον αφορά την αντοχή σε κρούση τις χαμηλότερες τιμές τις παρουσιάζουν οι γρανίτες και οι δακίτες (από 21%έως 24.9%) 40
5.2.ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΥΠΩΣΗ ΣΥΣΧΕΤΙΣΕΩΝ Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται κάποιες συσχετίσεις μεταξύ των δεικτών που προσδιορίστηκαν ώστε να κατανοηθεί ο τρόπος μεταβολής των παραμέτρων μεταξύ τους. Λόγω του μικρού αριθμού των εργαστηριακών αποτελεσμάτων οι συσχετίσεις είναι περισσότερο ποιοτικές από ενδεικτικές. Εφαρμόζονται απλά στατιστικά μοντέλα συσχετισμού και μάλιστα γραμμικής μορφής με την μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων. Το μέτρο που δείχνει τον βαθμό προσαρμογής πάνω στην ευθεία λέγεται συντελεστής συσχέτισης R2 και κυμαίνεται μεταξύ 0 και 1. Όσο η τιμή R2 πλησιάζει την μονάδα τόσο πιο αξιόπιστη είναι και η γραμμική προσαρμογή μεταξύ των δυο μεταβλητών. Συγκεκριμένα, αν το R2 είναι μικρότερο από 0,4 η συσχέτιση είναι χαμηλή, αν το R2 είναι μεταξύ 0,4 0,6 η συσχέτιση είναι μέτρια και αν το R2 είναι μεταξύ 0,6 1 η συσχέτιση είναι υψηλή. Στα διαγράμματα που ακολουθούν παρουσιάζονται οι εξής συγσχετίσεις. 41
AIV (α)σχεση AIV-LAAV Όπως φαίνεται στο Διάγραμμα (α)ο δείκτης αντίστασης σε κρούση AIV σχετίζεται με τον δείκτη Los Angeles με υψηλό βαθμό συσχέτισης. Η αύξηση του δείκτη αντίστασης σε κρούση οδηγεί σε γραμμική αύξηση του δείκτη Los Angeles. AIV=0.2927(LAAV) + 0,1785 και R 2 =0.3282 50,00% 45,00% 40,00% 35,00% 30,00% 25,00% 20,00% 15,00% 10,00% 5,00% AIV-LOS ANGELES y = 0,2927x + 0,1785 R² = 0,3282 0,00% 0,00% 10,00% 20,00% 30,00% 40,00% 50,00% 60,00% 70,00% 80,00% LOS ANGELES AΝΔΕΣΙΤΕΣ ΓΡΑΝΙΤΕΣ-ΠΕΡΙΔΟΤΙΤΕΣ-ΓΡΑΝΙΤΟΓΝΕΥΣΙΟΙ 42
Wa (β)σχέση ρα Wa Όπως φαίνεται στο Διάγραμμα (β) υπάρχει χαμηλή αρνητική συσχέτιση μεταξύ φαινόμενης πυκνότητας ρα και υδαταπορροφητικότητα wa. Δηλαδή όσο αυξάνεται η φαινόμενη πυκνότητα, μειώνεται η υδαταπορροφητικότητα Wa=0.0367(ρα)+1,3611 R 2 =0.0108 3 2,5 ρα Wa 2 1,5 1 y = 0,0367x + 1,3611 R² = 0,0108 0,5 0 0 1 2 3 4 5 6 ρα AΝΔΕΣΙΤΕΣ ΓΡΑΝΙΤΕΣ-ΠΕΡΙΔΟΤΙΤΕΣ-ΓΡΑΝΙΤΟΓΝΕΥΣΙΟΙ 43
If (γ) σχέση Ι f -LAAV Στo Διάγραμμα (γ) δίνεται η σχέση του δείκτη πλακοειδούς (IF) με τον δείκτη Los Angeles (LAAV). Παρατηρείται μια χαμηλή αρνητική σχέση που περιγράφεται από την εξίσωση: If=-2.2978(LAAV)+0.8188 και R 2 =0.5855 80,00% 70,00% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% Ιf-LAAV y = -2,2978x + 0,8188 R² = 0,5855 0,00% 0,00% 5,00% 10,00% 15,00% 20,00% 25,00% 30,00% LAAV AΝΔΕΣΙΤΕΣ ΓΡΑΝΙΤΕΣ-ΠΕΡΙΔΟΤΙΤΕΣ-ΓΡΑΝΙΤΟΓΝΕΥΣΙΟΙ 44
LAAV (δ)σχέση Wa LAAV Στο Διάγραμμα (δ) φαίνεται μια τάση αύξησης του δείκτη Los Angeles με την υγρασία απορρόφησης. Τα δεδομένα είναι ελάχιστα και δεν περιγράφεται κάποια εξίσωση: LAAV=0.0872(Wa)+0.1262 και R 2 =0.6432 80,00% Wa-LAAV 70,00% 60,00% y = 0,0872x + 0,1262 R² = 0,6432 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,00% 0 1 2 3 4 5 6 Wa AΝΔΕΣΙΤΕΣ ΓΡΑΝΙΤΕΣ-ΠΕΡΙΔΟΤΙΤΕΣ-ΓΡΑΝΙΤΟΓΝΕΥΣΙΟΙ 45
5.3. Καταλληλότητα γεωυλικών για διάφορες χρήσεις 5.3.1. Καταλληλότητα γεωυλικών για βάσεις υποβάσεις οδοστρωμάτων, για ασφαλτομίγματα και για σκυρόδεμα Τα αδρανή υλικά αποτελούν βασικό συστατικό στην παρασκευή σκυροδέματος, στην οδοποιία (αντιολισθηρές στρώσεις, βάσεις και υποβάσεις δρόμων, επιχώματα), σε κονιάματα, για έρμα σιδηροδρομικών σταθμών καθώς και για άλλες εφαρμογές, (Κούκης Γ., Σαμπατακάκης Ν., 2007). Στον Πίνακα 21 παρουσιάζονται οι προδιαγραφές που πρέπει να πληρούν τα αδρανή υλικά για να χρησιμοποιηθούν σε διάφορες εφαρμογές σύμφωνα με τα Ελληνικά και Διεθνή πρότυπα. (α) Βάσεις και υποβάσεις οδοστρωμάτων Τα αδρανή που προορίζονται για βάσεις και υποβάσεις οδοστρωμάτων θα πρέπει να έχουν χαμηλούς δείκτες πλακοειδούς και επιμήκυνσης. Γενικά, οι κόκκοι αδρανούς με υψηλούς δείκτες πλακοειδούς (IF) και επιμήκυνσης (ΙΕ), έχουν ως αποτέλεσμα την άνιση κατανομή των τάσεων που αναπτύσσονται μεταξύ τους και συνεπώς την ευκολότερη θραύση τους και αποσταθεροποίηση των στρωμάτων που αποτελούν, (Κούκης Γ., Σαμπατακάκης Ν., 2007). Σύμφωνα με τις Ελληνικές προδιαγραφές θα πρέπει: Το ισοδύναμο άμμου (SE) για βάσεις να έχει κατώτερο όριο 40% και για υποβάσεις 50%. Όλα τα υπό μελέτη πετρώματα έχουν ισοδύναμο άμμου από 73% - 90%. Η τιμή του δείκτη Los Angeles βάσεων να είναι μέχρι 40 % και για υποβάσεις μέχρι 50%. Για τα υπό μελέτη πετρώματα ο δείκτης Los Angeles είναι από 15,16% - 23,90%. Το όριο υδαρότητας να είναι μικρότερο του 25%. Ο δείκτης πλαστικότητας μικρότερος του 3% για βάσεις και μικρότερος του 4% για υποβάσεις. Το ανώτερο επιτρεπόμενο όριο του δείκτη αποσάθρωσης S είναι μέχρι 18%. Η καταλληλότητα των λιθοτύπων που μελετώνται κρίνεται ικανοποιητική για την χρήση τους σε βάσεις και υποβάσεις όμως ο περιδοτίτης του δείγματος ΑΛΕ 1 δεν γνωρίζουμε αν πληροί όλες τις προδιαγραφές καθώς δεν έχει προσδιοριστεί ο δείκτης Los Angeles. 46
5.3.2. Καταλληλότητα γεωυλικών για έρμα (σκύρα) σιδηροδρομικών γραμμών υψηλών ταχυτήτων Σύμφωνα με τις Ευρωπαϊκές προδιαγραφές (ΕΛΟΤ EN 13450), υπάρχουν τρεις κατηγορίες σκύρων: (α) τα φυσικά (natural railway ballast), που προέρχονται από πετρώματα που έχουν υποστεί μόνο μηχανική κατεργασία και αποτελούν τη βασική κατηγορία έρματος, (β) τα τεχνητά (manufactured railway ballast), τα οποία έχουν προκύψει από βιομηχανική επεξεργασία, συμπεριλαμβανομένης της θερμικής ή άλλης μετατροπής και (γ) τα ανακυκλωμένα (recycled railway ballast), τα οποία έχουν προκύψει από επεξεργασία σκύρων που είχαν προηγουμένως χρησιμοποιηθεί. Η ομοιογένεια της σύστασης του υλικού αποτελεί σημαντικό παράγοντα για την εξασφάλιση της σταθερότητας του στρώματος των σκύρων. Για το λόγο αυτό, το υλικό που χρησιμοποιείται δε θα πρέπει να προέρχεται από ανάμιξη υλικών από διαφορετικές γεωλογικές πηγές. Ακόμη, δε θα πρέπει να συμμετέχουν λεπτόκοκκα υλικά σε σημαντικό ποσοστό, λόγω του ότι μειώνουν την πρόσφυση μεταξύ των μεμονωμένων κόκκων των σκύρων. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, οι κόκκοι του αδρανούς υλικού θα πρέπει να είναι κατά το δυνατό κυβικής μορφής και γωνιώδεις, (Κούκης Γ., Σαμπατακάκης Ν., 2007). Τα συγκεκριμένα γεωϋλικά που μελετήθηκαν είναι προφανώς «φυσικά» και σύμφωνα με τις Ελληνικές ποιοτικές απαιτήσεις σκύρων για υψηλές ταχύτητες (ΕΝ 13450) θα πρέπει να ικανοποιούν τις παρακάτω απαιτήσεις: Η κοκκομετρική διαβάθμιση να είναι σύμφωνη με τον τύπο Α του Ευρωπαϊκού προτύπου ΕΝ 13450 Κοκκομετρική διαβάθμιση μέθοδος με τα κόσκινα). Οι διαβάσες στους οποίους έγινε κοκκομετρία είναι τύπου Α. Η καθαρότητα να είναι σύμφωνη με τον τύπο Β του Ευρωπαϊκού προτύπου ΕΝ 13450. Κοκκομετρική διαβάθμιση.η καθαρότητα στους διαβάσες είναι τύπου Α. Ο δείκτης πλακοειδούς να είναι μικρότερος ή ίσος του 15%. Ο δείκτης πλακοειδούς στους διαβάσες κυμαίνεται από 4,58% μέχρι 13,18%, στον δακίτη είναι 25,33% και στους περιδοτίτες είναι από 17,16% μέχρι 31%. Ο δείκτης Los Angeles να είναι μικρότερος ή ίσος του 14%. Ο δείκτης Los Angeles για τους διαβάσες είναι από 15,16% έως 17,23%, για τον δακίτη 23,90% και για τον περιδοτίτη 17,75%. Ο δείκτης Micro Deval να είναι μικρότερος ή ίσος του 11%. Ο δείκτης Micro Deval προσδιορίστηκε μόνο για τους διαβάσες και κυμαίνεται από 11,02% - 11,41%. Σύμφωνα με όσα αναφέρθηκαν παραπάνω για έρμα σιδηροδρομικών γραμμών υψηλών ταχυτήτων μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο οι διαβάσες. Η καταλληλότητα των συγκεκριμένων γεωυλικών κρίνεται <<οριακή>> διότι παρουσιάζουν υψηλές τιμές στον δείκτη Los Angeles από αυτές που απαιτούνται. Ο δακίτης και οι περιδοτίτες κρίνονται ως <<ακατάλληλοι>> καθόσον δεν ικανοποιούν καμία από τις προϋποθέσεις 47
48
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1)Διπλωματική εργασία της Νικολίτσας Πανούτσου: ΠΟΙΟΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΚΑΤΑΛΛΗΛΟΤΗΤΑΣ ΓΕΩΥΛΙΚΩΝ ΓΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ α) ΕΠΙΧΩΜΑΤΩΝ ΚΑΙ β) ΕΡΜΑΤΟΣ Σ. Γ. ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ. 2)Διδακτορική διατριβή του Ιωάννη Ρηγόπουλου: ΣΥΣΧΕΤΙΣΜΟΣ ΟΡΥΚΤΟΠΕΤΡΟΓΡΑΦΙΚΩΝ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΤΩΝ ΟΦΙΟΛΙΘΙΚΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΠΙΝΔΟΥ ΚΑΙ ΒΟΥΡΙΝΟΥ ΚΑΙ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΚΑΤΑΛΛΗΛΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥΣ ΩΣ ΑΔΡΑΝΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΕ ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΕΣ-ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 3) Διπλωματική εργασία Νικολέτας Αλεξοπούλου: ΠΙΘΑΝΕΣ ΣΥΓΓΕΝΕΤΙΚΕΣ ΣΧΕΣΕΙΣ ΚΑΙ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΙΞΗΣ ΣΤΑ ΗΦΑΙΣΤΕΙΑΚΑ ΚΕΝΤΡΑ ΤΟΥ ΔΥΤΙΚΟΥ ΗΦΑΙΣΤΕΙΑΚΟΥ ΤΟΞΟΥ ΤΟΥ ΑΙΓΑΙΟΥ ΚΑΙ ΠΡΟΣΔΟΚΙΜΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΗΦΑΙΣΤΕΙΑΚΟΥ ΚΙΝΔΥΝΟΥ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ 4) Διπλωματική εργασία του Κωνσταντίνου Δασκαλόπουλου: ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ 49
ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΕΝΤΥΠΑ ΔΕΙΚΤΗ ΠΛΑΚΟΕΙΔΟΥΣ(IF) ΜΕΘ 6 50
MEΘ8 51
ΜΕΘ10 52
ΠΕΡ.ΚΑΛ. 53
ΔΑΚΙΤΗΣ ΑΝΩ 54
ΔΑΚΙΤΗΣ ΚΑΤΩ 55
ΒΗ31 56
ΜΗΛ 1 57
Γ9 58
ΕΝΤΥΠΑ LOS ANGELES 59