Διερεύνηση Μηχανικών Χαρακτηριστικών Πολύ Μαλακών Οργανικών Αργίλων με Επί Τόπου Δοκιμές Investigation of Mechanical Properties of Very Soft Organic Clays with In-Situ Testing ΑΝΑΓΝΩΣΤΟΠΟΥΛΟΣ, Γ.Α. Πολιτικός Μηχανικός, Ο.Τ.Μ. Α.Τ.Ε. ΠΛΥΤΑΣ, Κ.Ε. Δρ. Πολιτικός Μηχανικός, Ο.Τ.Μ. Α.Τ.Ε. ΜΠΑΛΤΖΟΓΛΟΥ, Α. Πολιτικός Μηχανικός, Ο.Τ.Μ. Α.Τ.Ε. ΚΑΡΑΓΕΩΡΓΟΥ, Α. Μεταλλειολόγος Μηχανικός, Ο.Τ.Μ. Α.Τ.Ε. ΝΑΣΟΥΛΗΣ, Δ. Μεταλλειολόγος Μηχανικός, Ο.Τ.Μ. Α.Τ.Ε. ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Ο νέος αυτοκινητόδρομος Κόρινθος Τρίπολη Καλαμάτα διέρχεται στην περιοχή του Αγ. Φλώρου Μεσσηνίας από πολύ μαλακούς σχηματισμούς, όπως σύγχρονες αποθέσεις (μαλακά αργιλοϊλυώδη οργανικά υλικά αποθέσεις βάλτων) και υλικά χερσαίων αναβαθμίδων. Στην παρούσα εργασία γίνεται προσπάθεια συσχετισμού των αποτελεσμάτων των επί τόπου δοκιμών που έγιναν στους μαλακούς σχηματισμούς, με σκοπό την εκτίμηση των μηχανικών παραμέτρων αντοχής. Τα αποτελέσματα της γεωτεχνικής έρευνας συγκρίνονται με αντίστοιχα της ελληνικής και διεθνούς βιβλιογραφίας και εξάγονται συμπεράσματα χρήσιμα για την πράξη. ABSTRACT : The new Korinth Tripoli Kalamata motorway is passing through very soft formations in the area of Ag. Floros in Messinia, such as recent deposits (soft silty clayey organic material and swamp deposits) and terrestrial deposits. In the present paper, an effort is done to correlate in-situ test results that were carried out on the soft formations, in order to evaluate the mechanical strength parameters. The results of the geotechnical investigation are compared to Greek and foreign literature and useful conclusions for practice are drawn.. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στα πλαίσια διερευνήσεων της διατμητικής α- ντοχής του εδάφους σε πολύ μαλακές οργανικές αργίλους για τη θεμελίωση επιχωμάτων, έγινε εκτεταμένη γεωτεχνική έρευνα με τη βοήθεια γεωτρήσεων, επί τόπου δοκιμών CPT και δοκιμών πτερυγίου. Η όλη έρευνα εκτιμήσεως της αστράγγιστης διατμητικής αντοχής βασίστηκε κυρίως στα αποτελέσματα των επί τόπου δοκιμών λόγω δυσκολιών για τη μόρφωση δειγμάτων για την εκτέλεση δοκιμών ανεμπόδιστης θλίψης ή τριαξονικών δοκιμών UU, γεγονός που μείωνε κατά πολύ την αξιοπιστία των δοκιμών αυτών. Παρ όλο που στο παρελθόν δινόταν έμφαση στην εκτέλεση εργαστηριακών δοκιμών για την εκτίμηση των μηχανικών χαρακτηριστικών των υπ όψη εδαφών, η εξέλιξη των επί τόπου δοκιμών, στη σημερινή πρακτική, προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι των εργαστηριακών δοκιμών, όπως: α) ταχύτητα και οικονομία, β) η εκτίμηση των μηχανικών χαρακτηριστικών γίνεται επί τόπου, στη φυσική κατάσταση και εντατικό περιβάλλον, αποφεύγοντας τυχόν επιδράσεις λόγω διατάραξης κατά τη λήψη και μόρφωση δειγμάτων για το εργαστήριο, γ) οι υπ όψη επί τόπου δοκιμές (CPT και δοκιμή πτερυγίου) έχουν α- ξιοπιστία και επαναληπτικότητα και δ) η φυσική διασπορά των ιδιοτήτων στο χώρο προσεγγίζεται ακριβέστερα.. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ. Γενικά Η περιοχή μελέτης στη λεκάνη της Κάτω Μεσσηνίας αποστραγγίζεται προς τα ΔΝΔ από τον Πάμισο ποταμό. Η περιοχή αυτή μέχρι το 9 αποτελούσε βάλτο, ο οποίος αποξηράν- ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 9/9 /, Βόλος
θηκε με την κατασκευή αποστραγγιστικού καναλιού με κατά βάθος εκσκαφή της κοίτης του Παμίσου. Πρόκειται για βαλτώδη έκταση περίπου.km² που εκτείνεται για km δυτικά του οικισμού του Αγ. Φλώρου. Παλαιότερες έρευνες από το Πανεπιστήμιο της Πάτρας και το ΙΓΜΕ κατέδειξαν την ύπαρξη στρώσεων τύρφης έως.m στην ευρύτερη περιοχή του βάλτου, ενώ οι πολύ μαλακοί σχηματισμοί ε- κτείνονται μέχρι βάθους.m.. Γεωλογία περιοχής Στην υπό εξέταση περιοχή συναντώνται εδαφικοί σχηματισμοί που γεωλογικά ανήκουν στο Ολόκαινο. Αρχικά συναντώνται σύγχρονες α- ποθέσεις πεδιάδας, που αποτελούνται από καστανές έως καστανέρυθρες μαλακές έως μέσης συνεκτικότητας αμμώδεις άργιλοι με χαλίκια, που συναντώνται στα επίπεδα περιθωριακά τμήματα της λεκάνης του Παμίσου. Στη συνέχεια συναντώνται βαλτώδεις αποθέσεις, οι οποίες είναι ετερογενής σχηματισμός που αποτελείται κυρίως από γκριζοκάστανες, σκούρες κυανοπράσινες και μελανότεφρες, μαλακές έως μέσης συνεκτικότητας και τοπικά σε μεγαλύτερα βάθη στιφρές οργανικές ιλύες, χαμηλής πλαστικότητας και από κλαστικούς πολύ μαλακούς έως μαλακούς, ασβεστιτικούς αμμούχους, ιλυώδεις και αργιλικούς πηλούς, τύρφη, φυτικά λείψανα και θραύσματα οστράκων. Επίσης απαντώνται παρεμβολές άμμων και ιλύων ποταμολιμναίας προέλευσης. Οι βαλτώδεις αποθέσεις απαντώνται στην λεκάνη του Παμίσου.. ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΡΕΥΝΕΣ. Γενικά Στην εξεταζόμενη περιοχή έχουν εκτελεστεί δώδεκα () δειγματοληπτικές γεωτρήσεις σε προηγούμενη γεωτεχνική έρευνα, με παράλληλη εκτέλεση δοκιμών πτερυγίου. Στη γεωτεχνική έρευνα που έγινε στα πλαίσια της κατασκευής του έργου, έγιναν εννέα (9) δειγματοληπτικές γεωτρήσεις (Γ- έως Γ-) με ταυτόχρονη εκτέλεση δοκιμών πτερυγίου σε επιλεγμένα βάθη, καθώς και δώδεκα () δοκιμές πενετρομέτρου (CPT). Σε οκτώ από τις νεώτερες γεωτρήσεις, συναντήθηκε στρώση πολύ μαλακής οργανικής αργίλου (η οποία ανήκει στη γεωλογική ενότητα των βαλτωδών αποθέσεων της λεκάνης του Παμίσου), με πάχη που κυμαίνονταν από m έως.m. Κατά τη διάρκεια των γεωτρήσεων έγιναν και δοκιμές SPT, οι οποίες έδωσαν πολύ χαμηλές τιμές στην εν λόγω στρώση (Ν = ), οι οποίες δεν είναι δυνατό να αξιολογηθούν.. Δοκιμή CPT Από τις δώδεκα δοκιμές CPT που εκτελέστηκαν στην περιοχή, στις έξι συναντήθηκε η στρώση της πολύ μαλακής οργανικής αργίλου, με πάχη που κυμαίνονταν από m έως m. Στην εκτέλεση των δοκιμών χρησιμοποιήθηκε ο ηλεκτρικός πιεζομετρικός κώνος (πιεζοκώνος) της Geotech. Ο κώνος έχει εμβαδόν cm στη βάση του και η γωνία αιχμής στο άκρο του είναι ο. Ο μανδύας τριβής έχει εμβαδόν παράπλευρης επιφάνειας cm. Με ηλεκτρονικές κυψέλες, στις οποίες είναι ενσωματωμένοι μετρητές ανηγμένης παραμόρφωσης, μετρώνται απ ευθείας και χωριστά η α- ντίσταση αιχμής και η διατμητική τάση πλευρικής τριβής, ενώ μετρώνται και οι πιέσεις πόρων μέσω μετατροπέα πίεσης νερού. Ο ηλεκτρικός πιεζοκώνος παράγει συνεχείς καταγραφές για τα τρία ελεγχόμενα μεγέθη. Η μέγιστη δύναμη του κώνου είναι kn. Η ταχύτητα διείσδυσης του κώνου είναι cm/s.. ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΩΝ ΕΠΙ ΤΟΠΟΥ ΔΟΚΙΜΩΝ q c (MPa)...... Σχήμα. Διαγράμματα q c και f s με το βάθος για την πενετρομέτρηση Π- Figure. Diagrams of q c and f s vs. depth for CPT test Π- Στα σχήματα και παρουσιάζονται τα διαγράμματα της αντίστασης αιχμής και της πλευρικής τριβής με το βάθος για δύο αντιπροσω- f s (MPa).... ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 9/9 /, Βόλος
πευτικές πενετρομετρήσεις (Π- και Π-) στους εν λόγω σχηματισμούς. Παρατηρείται ότι η τιμή της πλευρικής τριβής είναι πρακτικά f s =.MPa. q c (MPa)...... Σχήμα. Διαγράμματα q c και f s με το βάθος για την πενετρομέτρηση Π- Figure. Diagrams of q c and f s vs. depth for CPT test Π- Στα σχήματα και παρουσιάζονται η αναπτυσσόμενη υπερπίεση πόρων και η μεταβολή του λόγου R f = q c /f s (%) με το βάθος, για την ίδια πενετρομέτρηση. f s (MPa).... -. -.... u (MPa) Σχήμα. Διαγράμματα πίεσης πόρων και λόγου R f με το βάθος για την πενετρομέτρηση Π- Figure. Diagrams of pore pressure and R f vs. depth for CPT test Π- Στα σχήματα και παρουσιάζεται η κατάταξη των ερευνηθέντων υλικών στις πενετρομετρήσεις Π- και Π- με βάση το σχετικό διάγραμμα των Robertson Campanella. Σημειώνεται ότι η περιεκτικότητα σε οργανικά υλικά κυμαινόταν μεταξύ %, με μέση τιμή %, όπως προέκυψαν από εργαστηριακές δοκιμές. Rf(qc)% -.... u (MPa) R f (q c )%.. qτ (MPa). Ευαίσθητες άργιλοι. Οργανικές άργιλοι R f (q τ ) Σχήμα. Διαγράμματα πίεσης πόρων και λόγου R f με το βάθος για την πενετρομέτρηση Π- Figure. Diagrams of pore pressure and R f vs. depth for CPT test Π- Σχήμα. Κατάταξη υλικών κατά Robertson- Campanella για την πενετρομέτρηση Π- Figure. Classification of soil materials according to Robertson and Campanella for CPT test Π- ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 9/9 /, Βόλος
.. qτ(mpa). Ευαίσθητες άργιλοι q c - σ vo (kpa) c u (kpa) cu vs. qc-σvo Nk =. Οργανικές άργιλοι Rf(qτ) Σχήμα. Κατάταξη υλικών κατά Robertson- Campanella για την πενετρομέτρηση Π- Figure. Classification of soil materials according to Robertson and Campanella for CPT test Π-. ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΑΣΤΡΑΓΓΙΣΤΗΣ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ.. Δοκιμές CPT Όλες οι γνωστές θεωρίες εκτίμησης της α- στράγγιστης διατμητικής αντοχής, c u, από την αντίσταση αιχμής πενετρομέτρου, q c, χρησιμοποιούν τη γνωστή σχέση: q c = c u N k +σ vo () όπου σ vo είναι η ολική τάση υπερκειμένων και Ν k είναι αδιάστατος συντελεστής κώνου, εξαρτώμενος από τον τύπο του εδάφους και τον τύπο του πενετρομέτρου. Οι Robertson Campanella (9) συνιστούν: Ν k = για μη ευαίσθητες αργίλους, Ν k = για ευαίσθητες αργίλους και Ν k = για υπερστερεοποιημένες αργίλους. Στην παρούσα έρευνα, συνδέοντας τις τιμές της αντίστασης αιχμής, q c, με τις τιμές της αστράγγιστης διατμητικής αντοχής, c u, όπως προκύπτουν από τις δοκιμές πτερυγίου, προκύπτουν με βάση την εξίσωση () τιμές Ν k =., με μέση τιμή Ν k = (βλ. Σχήμα ). Η τιμή αυτή συμφωνεί με την αντίστοιχη πρόταση των Robertson Campanella (9) για ευαίσθητες αργίλους. Σχήμα. Συσχέτιση αντίστασης αιχμής πενετρομέτρου με την αστράγγιστη διατμητική α- ντοχή Figure. Correlation between penetrometer tip resistance and undrained shear strength. Δοκιμές πτερυγίου Η εκτίμηση της αστράγγιστης διατμητικής α- ντοχής, c u, από τη δοκιμή πτερυγίου έγινε από τη θεώρηση ότι αυτή ισούται με τη μέγιστη διατμητική τάση, τ vmax, η οποία προκύπτει από την απαιτούμενη στρεπτική ροπή που οδηγεί σε θραύση του εδάφους (Τάσιος, 9). Στην παρούσα έρευνα η αστράγγιστη διατμητική αντοχή, όπως προέκυψε από τις δοκιμές πτερυγίου, κυμαίνεται από έως kpa. Σημειώνεται ότι ο διορθωτικός συντελεστής, μ, κατά Bjerrum (9) ελήφθη ως μ =, καθώς ο δείκτης πλαστικότητας των ερευνηθέντων υλικών κυμαίνεται περί την τιμή PI = %. Ό- σον αφορά την ευαισθησία των υλικών, όπως προκύπτει από το λόγο της μέγιστης τιμής προς την τιμή του αναμοχλευμένου υλικού, κυμαίνεται από. έως.. Σχήμα. Διορθωτικός συντελεστής κατά Bjerrum (9) για επί τόπου δοκιμές πτερυγίου Figure. Bjerrum s correction factor for field vane shear tests (9) ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 9/9 /, Βόλος
. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην περίπτωση πολύ μαλακών αργίλων, ό- που δεν είναι δυνατή η μόρφωση δειγμάτων για το εργαστήριο για την εκτίμηση της α- στράγγιστης διατμητικής αντοχής μέσω τριαξονικών δοκιμών ή δοκιμών ανεμπόδιστης θλίψεως), η αντοχή αυτή προσδιορίζεται ικανοποιητικά μέσω των αποτελεσμάτων δοκιμών πτερυγίου και της αντίστοιχης διόρθωσης κατά Bjerrum (9). Συνδέοντας τις τιμές της αντίστασης αιχμής, q c, από τα αποτελέσματα δοκιμών CPT, με το συντελεστή Ν k κατά τη σχέση (), προκύπτει τιμή Ν k, η οποία είναι χαρακτηριστική για τα υλικά αυτά. Σημειώνεται ότι η τιμή αυτή διαφέρει από αντίστοιχες εκτιμήσεις για συνήθη Ελληνικά εδάφη, όπου Ν k =- (βλ. Zervogiannis Kalteziotis, 9 και Anagnostopoulos et al., ). Τα αποτελέσματα της παρούσας έρευνας συμφωνούν με τις αντίστοιχες των Robertson Campanella (9), τόσο για την κατάταξη των εδαφών, όσο και την εκτίμηση των συντελεστών Ν k σε πολύ μαλακές αργίλους. st International Symposium on Penetration Testing, ISOPT-, De Ruiter (ed.), Balkema, pp.-.. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Anagnostopoulos, A., Koukis, G., Sabatakakis, N. and Tsiambaos, G. (), Empirical correlations of soil parameters based on Cone Penetration Tests (CPT) for Greek soils. Geotechnical and Geological engineering, Vol., pp. -. Bjerrum, L. (9), Embankments on soft soil, Proceedings of the ASCE Specialty Conference on Performance of Earth and Earth-Supported Structures, Purdue University, Vol. II, pp. -. Powell, J.J.M. (), Technical session c: In-situ testing. Proceedings of the th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Vol., Millpress, pp. 9-9. Robertson, P.K. and Campanella, R.G. (9), Guidelines for use and interpretation of the electric cone penetration test, Soil Mechanics Series No 9 Department of Civil Engineering The University of British Columbia. Τάσιος, Θ.Π. (9), Μνημόνιον υπολογισμού θεμελιώσεων επί τη βάσει των επί τόπου δοκιμών», Αθήνα, σελ. -. Zervogiannis, C.S. and Kalteziotis, N.A. (9), Experiences and relationships from penetration testing in Greece. Proceedings ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 9/9 /, Βόλος