ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Διπλωματική Εργασία ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΑΜΜΩΔΩΝ ΕΔΑΦΩΝ ΣΤΗΝ ΑΜΕΣΗ ΔΙΑΤΜΗΣΗ υπό ΔΑΝΑΗ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ ΤΥΡΗ Υπεβλήθη για την εκπλήρωση μέρους των απαιτήσεων για την απόκτηση του Διπλώματος Πολιτικού Μηχανικού 2016

2016 Δανάη Παναγιώτα Τύρη Η έγκριση της διπλωματικής εργασίας από το Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας δεν υποδηλώνει αποδοχή των απόψεων του συγγραφέα (Ν. 5343/32 αρ. 202 παρ. 2). ii

Ευχαριστίες Πρώτα απ' όλα, ευχαριστώ ιδιαιτέρως την επιβλέπουσα καθηγήτριά μου, Λέκτορα κα. Πολυξένη Καλλιόγλου, για την πολύτιμη βοήθεια και καθοδήγησή της καθ'όλη τη διάρκεια εκπόνησης της εργασίας. Θα ήθελα να ευχαριστήσω τα υπόλοιπα μέλη της εξεταστικής επιτροπής, Καθηγητή κ. Παναγιώτη Ντακούλα και Λέκτορα κ. Γεώργιο Εφραιμίδη για τις υποδείξεις τους. Επίσης, ευχαριστώ τον Καθηγητή κ. Φίλιππο Περδικάρη που μου επέτρεψε να εργαστώ στο χώρο του Εργαστηρίου Τεχνολογίας και Κατασκευών Οπλισμένου Σκυροδέματος και να χρησιμοποιήσω μέρος του εξοπλισμού του για την ολοκλήρωση της μελέτης μου. Επιπλέον, ευχαριστώ τις συναδέλφους μου Στεφανία Αποστολάκη και Κυριακή Κουλαουζίδου για την βοήθεια τους κατά τη διάρκεια των δοκιμών και τέλος, τους φίλους και την οικογένειά μου για την στήριξή τους. Δανάη Παναγιώτα Τύρη iii

ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΑΜΜΩΔΩΝ ΕΔΑΦΩΝ ΣΤΗΝ ΑΜΕΣΗ ΔΙΑΤΜΗΣΗ Δανάη Παναγιώτα Τύρη Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, 2016 Επιβλέπουσα Καθηγήτρια: Πολυξένη Καλλιόγλου, Λέκτορας ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η αντοχή του εδάφους αποτελεί μια από τις βασικότερες παραμέτρους σχεδιασμού των έργων του Πολιτικού Μηχανικού. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη της συμπεριφοράς καθαρής και ιλυώδους άμμου σε άμεση διάτμηση και ο συσχετισμός των παραμέτρων αντοχής των εδαφών με τις φυσικές τους ιδιότητες. Στο πλαίσιο αυτής της μελέτης, εκτελέστηκαν δοκιμές άμεσης διάτμησης σε δοκίμια ποικίλων πυκνοτήτων στη συσκευή άμεσης διάτμησης του Εργαστηρίου Γεωτεχνικής Μηχανικής του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας, στην οποία πραγματοποιήθηκαν οι απαραίτητες βαθμονομήσεις πριν από τη χρήση της. Προσδιορίστηκαν τα φυσικά χαρακτηριστικά των μελετηθέντων εδαφών και στη συνέχεια έγινε μέτρηση της διατμητικής αντοχής τους στην κατάσταση αστοχίας και στην κρίσιμη κατάσταση, υπολογίστηκε η εσωτερική γωνία τριβής για τις καταστάσεις αυτές και μελετήθηκε η επίδραση της σχετικής πυκνότητας και του ποσοστού των λεπτοκόκκων στην αντοχή και διαστολικότητα του εδάφους. Για το συσχετισμό των παραπάνω παραμέτρων έγινε επεξεργασία των αποτελεσμάτων των δοκιμών στο πρόγραμμα στατιστικής ανάλυσης SPSS Statistics (Εκδοση 20.0) και προτάθηκαν εξισώσεις που εκφράζουν τη σχέση μεταξύ της μέγιστης γωνίας τριβής, της κρίσιμης γωνίας τριβής και της διαστολικότητας με τη σχετική πυκνότητα και το ποσοστό λεπτοκόκκων που περιέχονται στο εδαφικό υλικό αντίστοιχα. iv

Shear Strength of Sands in Direct Shear Test Danai Panagiota Tyri Department of Civil Engineering, University of Thessaly, 2016 Supervisor: Polyxeni Kallioglou, Lecturer ABSTRACT The soil strength is one of the main design parameters in Civil Engineering. The aim of this thesis is the study of clean and silty sands in direct shear and the correlation of the soil strength parameters with their physical properties. Direct shear tests were conducted with varying relative density on the direct shear apparatus of the Laboratory of Geotechnical Engineering in the University of Thessaly, making the necessary calibrations before its use. The physical characteristics of the studied soils were determined and then shear strength was measured during failure and ctitical state. The internal friction angle was determined in these situations and the effect of the relative density index and the fine content in strength and dilatancy of soil was examined. The test results were processed in SPSS Statistics statistical analysis software (Version 20.0) regarding the correlation of these parameters, in order to propose equations expressing the relationship between the maximum friction angle, the critical friction angle and the dilatancy with the relative density index and the fine content contained in the soil material. v

ΠΕΡΙΛΗΨΗ ABSTRACT ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ iv v ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ 9 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ 11 Κεφάλαιο 1 17 Εισαγωγή 17 1.1 Γενικά 17 1.2 Οργάνωση της διπλωματικής εργασίας ανά κεφάλαιο 17 Κεφάλαιο 2 19 Δοκιμή άμεσης διάτμησης 19 2.1 Εισαγωγή 19 2.2 Διατμητική αντοχή και κριτήρια αστοχίας 19 2.3 Μέτρηση της διατμητικής αντοχής εδαφών 21 2.4 Αρχές της δοκιμής άμεσης διάτμησης 22 2.5 Περιορισμοί και πλεονεκτήματα της συσκευής άμεσης διάτμησης 23 2.6 Διατμητική αντοχή άμμου 24 2.6.1 Πυκνή άμμος 24 2.6.2 Χαλαρή άμμος 25 2.6.3 Σύγκριση μεταξύ πυκνών και χαλαρών άμμων 25 2.6.4 Κρίσιμη κατάσταση αστοχίας 26 Κεφάλαιο 3 33 Περιγραφή εξοπλισμού και διαδικασίας δοκιμών 33 3.1 Δοκιμή άμεσης διάτμησης 33 3.1.1 Περιγραφή συσκευής άμεσης διάτμησης 33 3.1.2 Βαθμονόμηση στη συσκευή άμεσης διάτμησης 34 3.1.3 Μετρητικό και καταγραφικό σύστημα - Σύστημα λειτουργίας της συσκευής 38 3.1.4 Προετοιμασία δοκιμίων 41 3.1.5 Διαδικασία δοκιμών 41 3.1.6 Υπολογισμός και ανάλυση των αποτελεσμάτων των δοκιμών 50 3.2 Δοκιμές ταξινόμησης 55 6

3.2.1 Ειδικό βάρος στερεών κόκκων 55 3.2.2 Κοκκομετρική ανάλυση 57 3.2.3 Ελάχιστη και μέγιστη πυκνότητα 58 3.2.4 Ορυκτολογική σύσταση κόκκων 61 Κεφάλαιο 4 101 Μελετηθέντα εδάφη - Πρόγραμμα εργαστηριακών δοκιμών 101 4.1. Γενικά 101 4.2 Μελετηθέντα εδάφη 101 4.2.1 Φυσικά χαρακτηριστικά εδαφών 101 4.3 Πρόγραμμα εργαστηριακών δοκιμών 105 4.3.1 Πρόγραμμα δοκιμών άμεσης διάτμησης 105 4.3.2 Ενδοεργαστηριακές δοκιμές 106 Κεφάλαιο 5 127 Αποτελέσματα δοκιμών 127 5.1 Καθαρή άμμος Μ31 127 5.1.1 Πολύ πυκνή κατάσταση 127 5.1.2 Κατάσταση μέσης πυκνότητας 127 5.1.3 Χαλαρή κατάσταση 127 5.1.4 Επίδραση σχετικής πυκνότητας στην διατμητική αντοχή 127 5.1.5 Ενδοεργαστηριακές δοκιμές 128 5.2 Μείγμα άμμου Μ31 και 5% αμμοϊλύος D6 128 5.2.1 Πολύ πυκνή κατάσταση 128 5.2.2 Πυκνή κατάσταση 128 5.2.3 Κατάσταση μέσης πυκνότητας 128 5.2.4 Επίδραση σχετικής πυκνότητας στην διατμητική αντοχή 128 5.3 Μείγμα άμμου Μ31 και 15% αμμοϊλύος D6 129 5.3.1 Πυκνή κατάσταση 129 5.3.2 Χαλαρή κατάσταση 129 5.3.3 Πολύ χαλαρή κατάσταση 129 Κεφάλαιο 6 143 Ανάλυση αποτελεσμάτων και Συμπεράσματα 143 6.1 Ανάλυση των αποτελεσμάτων 143 7

6.1.1 Καθαρή άμμος Μ31 143 6.1.2 Μείγμα άμμου Μ31 και 5% αμμοϊλύος D6 143 6.1.3 Μείγμα άμμου Μ31 και 15% αμμοϊλύος D6 143 6.2 Συμπεράσματα 143 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 157 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α 159 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β 169 8

ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 2.1 Είδη δοκιμών άμεσης διάτμησης 27 Πίνακας 2.2 Τιμές του φ' για χαλαζιακούς κόκκους (Terzaghi and Peek, 1967) 27 Πίνακας 2.3 Τυπικές τιμές του φ' για μη συνεκτικά εδάφη σε ξηρή κατάσταση (Lambe and Whitman, 1979) 27 Πίνακας 3.1 Καταγραφές ενδείξεων δυναμοκυψέλης 62 Πίνακας 3.2 Αποτελέσματα βαθμονόμησης δυναμοκυψέλης 62 Πίνακας 3.3 Αποτελέσματα πρώτης βαθμονόμησης συμπιεστότητας συστήματος... 63 Πίνακας 3.4 Αποτελέσματα δεύτερης βαθμονόμησης συμπιεστότητας συστήματος για ξηρούς πορώδεις λίθους 63 Πίνακας 3.5 Αποτελέσματα τρίτης βαθμονόμησης συμπιεστότητας συστήματος για κορεσμένους πορώδεις λίθους 64 Πίνακας 3.6 Αποτελέσματα μετρήσεων για τον προσδιορισμό των διαστάσεων δοκιμίου 67 Πίνακας 3.7 Στοιχεία διαμόρφωσης δοκιμίων 67 Πίνακας 3.8 Κανονισμοί για τη δοκιμή άμεσης διάτμησης 68 Πίνακας 3.9 Συνδυασμός νεκρών φορτίων για τις τάσης στερεοποίησης που επιβλήθηκαν 69 Πίνακας 3.10 Οριζόντια μετατόπιση δοκιμίου τη στιγμή της αστοχίας 70 Πίνακας 3.11 Δεδομένα εδαφικού δείγματος δοκιμής στο αρχείο ανάλυσης αποτελεσμάτων 71 Πίνακας 3.12 Δεδομένα αρχικού δοκιμίου στο αρχείο ανάλυσης αποτελεσμάτων... 72 Πίνακας 3.13 Δεδομένα τελικού δοκιμίου στο αρχείο ανάλυσης αποτελεσμάτων 74 Πίνακας 3.14 Δεδομένα του αρχείου καταγραφών κατά τη στερεοποίηση 75 Πίνακας 3.15 Υπολογισμός του ρυθμού διάτμησης 75 Πίνακας 3.16 Δεδομένα του αρχείου καταγραφών κατά τη διάτμηση 76 Πίνακας 3.17 Υπολογισμοί στο πρόγραμμα ανάλυσης κατά τη διάτμηση 76 Πίνακας 3.18 Αποτελέσματα στο πρόγραμμα ανάλυσης κατά τη διάτμηση 77 Πίνακας 3.19 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα των δοκιμών σε τέσσερα δείγματα 78 Πίνακας 3.20 Στοιχεία που λαμβάνονται για τον έλεγχο ρυθμού παραμόρφωσης 78 Πίνακας 4.1 Αποτελέσματα δοκιμής ειδικού βάρους στερεών κόκκων άμμου Μ31 107 Πίνακας 4.2 Αποτελέσματα δοκιμής ειδικού βάρους στερεών κόκκων αμμοϊλύος D6 για δείγμα 10 g και 7 g 107 Πίνακας 4.3 Αποτελέσματα δοκιμών κοκκομετρικής ανάλυσης σε καθαρή άμμο Μ31 108 Πίνακας 4.4 Αποτελέσματα δοκιμής ελάχιστης πυκνότητας σε καθαρή άμμο Μ31 με ξηρή απόθεση σε ογκομετρικό κύλινδρο 109 Πίνακας 4.5 Αποτελέσματα δοκιμής ελάχιστης πυκνότητας σε καθαρή άμμο Μ31 με ξηρή απόθεση σε ογκομετρικό κύλινδρο με νερό 110 Πίνακας 4.6 Αποτελέσματα δοκιμής ελάχιστης πυκνότητας σε μείγμα άμμου Μ31 με 5% αμμοϊλύ D6 με ξηρή απόθεση σε ογκομετρικό κύλινδρο 111 9

Πίνακας 4.7 Αποτελέσματα δοκιμής ελάχιστης πυκνότητας σε μείγμα άμμου Μ31 με 5% αμμοϊλύ D6 με ξηρή απόθεση σε ογκομετρικό κύλινδρο με νερό 111 Πίνακας 4.8 Αποτελέσματα δοκιμής ελάχιστης πυκνότητας σε μείγμα άμμου Μ31 με 15% αμμοϊλύ D6 με ξηρή απόθεση σε ογκομετρικό κύλινδρο 112 Πίνακας 4.9 Συγκεντρωτικά στοιχεία για τα φυσικά χαρακτηριστικά των μελετηθέντων εδαφών 112 Πίνακας 4.10 Στοιχεία δοκιμών άμεσης διάτμησης 113 Πίνακας 4.11 Στοιχεία δοκιμών άμεσης διάτμησης στην ίδια τάση στερεοποίησης σε διαφορετικές πυκνότητες 114 Πίνακας 4.12 Στοιχεία ενδοεργαστηριακών δοκιμών άμεσης διάτμησης 114 Πίνακας 6.1 Αποτελέσματα δοκιμών στην καθαρή άμμο Μ31 146 Πίνακας 6.2 Αποτελέσματα δοκιμών στην ιλυώδη άμμο M31+5%D6 146 Πίνακας 6.3 Αποτελέσματα δοκιμών στην ιλυώδη άμμο M31+15%D6 147 Πίνακας 6.4 Τιμές των γωνιών τριβής (p' max, (p' cr και διαστολικότητας y για τα μελετηθέντα εδάφη 147 Πίνακας Α. 1 Στοιχεία βαθμονομούμενων κοσκίνων 162 Πίνακας Α. 2 Αποτελέσματα μετρήσεων διαστάσεων κοσκίνων με ονομαστική διάμετρο 75 mm-9,5 mm 162 Πίνακας Α. 3 Αποτελέσματα μετρήσεων διαστάσεων κοσκίνων με ονομαστική διάμετρο 2,800mm-0,063mm 164 Πίνακας Α. 4 Υπολογισμοί βαθμονόμησης ληκύθων 166 Πίνακας Α. 5 Υπολογισμός όγκου ληκύθων 166 10

ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 2.1 Εξίσωση Coulomb 28 Σχήμα 2.2 Εντατικές καταστάσεις εδάφους λόγω κατασκευής επιχώματος (Τίκα, 2016) 28 Σχήμα 2.3 Τρόπος λειτουργίας της συσκευής: (α) στην αρχή της δοκιμής, (β) κατά τη διάρκεια της σχετικής μετατόπισης 28 Σχήμα 2.4 Καμπύλη διατμητικής τάσης / οριζόντιας μετατόπισης στη δοκιμή άμεσης διάτμησης 29 Σχήμα 2.5 Καμπύλη διατμητικής τάσης / οριζόντιας μετατόπισης για τρία δοκίμια υπό διαφορετικές ορθές τάσεις 29 Σχήμα 2.6 Διαδρομή τάσεων σε δοκιμή άμεσης διάτμησης 30 Σχήμα 2.7 Επίδραση διάτμησης στη διάταξη των κόκκων της άμμου: (α) πυκνή άμμος, (β) χαλαρή άμμος 30 Σχήμα 2.8 Χαρακτηριστικά πυκνών και χαλαρών άμμων: (α) διατμητική τάση, (β) μεταβολή όγκου και (γ) δείκτης πόρων ως προς την οριζόντια μετατόπιση 30 Σχήμα 2.9 Επίδραση του δείκτη πόρων στην διατμητική αντίσταση της άμμου: (α) περιβάλλουσα Coulomb για πυκνή και χαλαρή κατάσταση, (β) φ' ως προς σχετική πυκνότητα και (γ) δείκτης πόρων ως προς σχετική πυκνότητα 31 Σχήμα 2.10 Συμπεριφορά πυκνής και χαλαρής άμμου σε δοκιμές με πλήρη στράγγιση 31 Σχήμα 3.1 Συσκευή άμεσης διάτμησης εργαστηρίου Γεωτεχνικής Μηχανικής 79 Σχήμα 3.2 Στοιχεία από τα οποία αποτελείται μεταλλικό κιβώτιο διάτμησης ορθογωνικής διατομής 79 Σχήμα 3.3 Λεπτομέρεια μεταλλικού κιβωτίου διάτμησης για δοκίμιο κυκλικής διατομής σε (α) κάτοψη και (β) τομή 80 Σχήμα 3.4 Φωτογραφίες: (α) της συσκευής άμεσης διάτμησης και (β) της δυναμοκυψέλης στη συσκευή 80 Σχήμα 3.5 Φωτογραφίες: (α) της δυναμοκυψέλης σε οριζόντια επιφάνεια και (β) της δυναμοκυψέλης με φορτίο κατά τη βαθμονόμηση 81 Σχήμα 3.6 Συσχέτιση μεταξύ του συνολικού φορτίου και της ένδειξης της δυναμοκυψέλης 81 Σχήμα 3.7 Σχέση επιβαλλόμενης συμπίεσης / επιβαλλόμενης τάσης (1 η βαθμονόμηση) 82 Σχήμα 3.8 Σχέση συμπίεσης / επιβαλλόμενης τάσης για ξηρούς πορώδεις λίθους (2 η βαθμονόμησης) 82 Σχήμα 3.9 Καμπύλη συμπίεσης / επιβαλλόμενης τάσης για το σύστημα της συσκευής με κορεσμένους πορώδεις λίθους (3 η βαθμονόμηση) 83 Σχήμα 3.10 Μεταλλικές οδοντωτές πλάκες: (α) συμπαγείς, (β) διάτρητες, (γ) λεπτομέρεια 83 Σχήμα 3.11 Σύνδεση Η/Υ, συσκευής άμεσης διάτμησης και καταγραφικού μηχανήματος 84 11

Σχήμα 3.12 Εισαγωγή του καταγραφικού MPX3000 στο πρόγραμμα Clisp. Studio. 84 Σχήμα 3.13 Προβολή καναλιών CH1, CH33, CH34 στο πρόγραμμα Clisp. Studio.. 84 Σχήμα 3.14 Εισαγωγή της συσκευής άμεσης διάτμησης στο πρόγραμμα Clisp. Studio 85 Σχήμα 3.15 Προβολή (α) του καταγραφικού και (β) της συσκευής άμεσης διάτμησης στο πρόγραμμα Clisp. Studio 85 Σχήμα 3.16 Εικόνα από το περιβάλλον του προγράμματος Clisp. Studio για τη δοκιμή της στερεοποίησης του δοκιμίου 86 Σχήμα 3.17 Εικόνα από το περιβάλλον του προγράμματος Clisp. Studio των γραφημάτων κατά την ολοκλήρωση της στερεοποίησης του δοκιμίου 86 Σχήμα 3.18 Τυπική μορφή αποθήκευσης των δεδομένων των καταγραφών της στερεοποίησης σε φύλλο Excel 87 Σχήμα 3.19 Εικόνα από το περιβάλλον του προγράμματος Clisp. Studio των γραφημάτων κατά την ολοκλήρωση της διάτμησης του δοκιμίου 87 Σχήμα 3.20 Τυπική μορφή αποθήκευσης των δεδομένων των καταγραφών της διάτμησης σε φύλλο Excel 88 Σχήμα 3.21 Προετοιμασία εξοπλισμού δοκιμής άμεσης διάτμησης 88 Σχήμα 3.22 Κάλυψη του εσωτερικού του κιβωτίου και της μεταξύ των δύο τμημάτων επιφάνειας με λάδι 89 Σχήμα 3.23 Τοποθέτηση κοχλιών (α) ανύψωσης και (β) ένωσης του κιβωτίου 89 Σχήμα 3.24 Τοποθέτηση πορώδους δίσκου, φίλτρου και μεταλλικής πλάκας 89 Σχήμα 3.25 (α) Διαχωρισμός δείγματος, (β) Διάστρωση, (γ) Συμπύκνωση 90 Σχήμα 3.26 Μέτρηση συνολικού ύψους 90 Σχήμα 3.27 Ρύθμιση θέσης κιβωτίου στη συσκευή 90 Σχήμα 3.28 Οριζοντίωση βραχίονα 91 Σχήμα 3.29 Εφαρμογή κατακόρυφου μηκυνσιομέτρου στο δοκίμιο 91 Σχήμα 3.30 Επιβολή κατακόρυφου φορτίου στερεοποίησης 91 Σχήμα 3.31 Θεωρητική καμπύλη καθίζησης δοκιμίου ως προς την τετραγωνική ρίζα του χρόνου 92 Σχήμα 3.32 Μορφή επιφάνειας διάτμησης δοκιμίου 92 Σχήμα 3.33 Διαγράμματα καθίζησης δοκιμίου/χρόνου κατά τη στερεοποίηση 93 Σχήμα 3.34 Διαγράμματα καθίζησης δοκιμίου/τετραγωνικής ρίζας χρόνου κατά τη στερεοποίηση 93 Σχήμα 3.35 Καμπύλες (α) διατμητικής τάσης / οριζόντιας μετατόπισης (β) κατακόρυφης παραμόρφωσης / οριζόντιας μετατόπισης και (γ) δείκτη πόρων / οριζόντιας μετατόπισης 94 Σχήμα 3.36 Καμπύλες (α) διατμητικής τάσης / οριζόντιας μετατόπισης, (β) κατακόρυφης παραμόρφωσης / οριζόντιας μετατόπισης, και (γ) δείκτη πόρων /οριζόντιας μετατόπισης για το σύνολο των δοκιμών 95 Σχήμα 3.37 Περιβάλλουσα Coulomb για μέγιστη και κρίσιμη διατμητική αντοχή... 96 Σχήμα 3.38 Καμπύλη οριζόντιας μετακίνησης/χρόνου 96 Σχήμα 3.39 Μέτρηση μάζας ληκύθων 97 Σχήμα 3.40 Τοποθέτηση νερού στις ληκύθους 97 12

Σχήμα 3.41Στήλη κοσκίνων που χρησιμοποιήθηκαν για την κοκκομετρική ανάλυση της άμμου 97 Σχήμα 3.42 Εξοπλισμός δοκιμής προσδιορισμού ελάχιστης πυκνότητας με ξηρή απόθεση άμμου σε κύλινδρο 98 Σχήμα 3.43 Ανάγνωση όγκου με την βοήθεια σε μη επίπεδη επιφάνεια 98 Σχήμα 3.44 Εξοπλισμός δοκιμής προσδιορισμού ελάχιστης πυκνότητας με ξηρή απόθεση άμμου σε κύλινδρο με νερό 99 Σχήμα 3.45 Ανάγνωση όγκου εδάφους 99 Σχήμα 4.1 Φωτογραφίες της άμμου Μ31 από το στερεοσκόπιο OLYMPUS SZ61 με τους φακούς (α) 4,00 και (β) 4,50 115 Σχήμα 4.2 Φωτογραφίες της άμμου Μ31 από το μικροσκόπιο OLYMPUS BX51M με τους φακούς με μεγέθυνση x10 (α) διεύθυνση α (β) διεύθυνση β 116 Σχήμα 4.3 Φωτογραφίες της άμμου Μ31 από το μικροσκόπιο OLYMPUS BX51M με τους φακούς με μεγέθυνση x20 (α) διεύθυνση α (β) διεύθυνση β 117 Σχήμα 4.4 Φωτογραφίες της αμμοϊλύος D6 από το στερεοσκόπιο OLYMPUS SZ61 με τους φακούς (α) 4,00 (β) 4,50 118 Σχήμα 4.5 Φωτογραφίες της αμμοϊλύος D6 από το μικροσκόπιο OLYMPUS BX51M με τους φακούς με μεγέθυνση x10 (α) διεύθυνση α (β) διεύθυνση β 119 Σχήμα 4.6 Φωτογραφίες της αμμοϊλύος D6 από το μικροσκόπιο OLYMPUS BX51M με τους φακούς με μεγέθυνση x20 (α) διεύθυνση α (β) διεύθυνση β 120 Σχήμα 4.7 Φωτογραφίες της αμμοϊλύος D6 από το μικροσκόπιο OLYMPUS BX51M με τους φακούς με μεγέθυνση x20 (α) διεύθυνση α (β) διεύθυνση β 121 Σχήμα 4.8 Κοκκομετρικές καμπύλες για την καθαρή άμμο Μ31 122 Σχήμα 4.9 Κοκκομετρικές καμπύλες της άμμου Μ31 πριν και αφού υποβλήθηκαν σε δοκιμές άμεσης διάτμησης 123 Σχήμα 4.10 Κοκκομετρική καμπύλη της αμμοϊλύος D6 (Κουλαουζίδου Κ., 2016) 124 Σχήμα 4.11 Κοκκομετρική καμπύλη του μείγματος Μ31 με 5% αμμοϊλύ D6 (Κουλαουζίδου Κ., 2016) 125 Σχήμα 4.12 Κοκκομετρική καμπύλη του μείγματος Μ31 με 15% αμμοϊλύ D6 (Κουλαουζίδου Κ., 2016) 126 Σχήμα 5.1 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης,, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ, κατά τις δοκιμές άμεσης διάτμησης της καθαρής άμμου Μ31 στην πυκνή κατάσταση 130 Σχήμα 5.2 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης,, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ, κατά τις δοκιμές άμεσης διάτμησης της καθαρής άμμου Μ31 στην κατάσταση μέσης πυκνότητας 131 Σχήμα 5.3 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης,, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της 13

ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης, του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ, κατά τις δοκιμές άμεσης διάτμησης της καθαρής άμμου Μ31 στη χαλαρή κατάσταση 132 Σχήμα 5.4 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης, τσ'ν, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ κατά το σύνολο των δοκιμών άμεσης διάτμησης της καθαρής άμμου Μ31 σε τάση στερεοποίησης σ' ν =97,4 kpa 133 Σχήμα 5.5 Μεταβολή (α) της μέγιστης διατμητική τάσης, τ^χ και (β) της κρίσιμης διατμητικής τάσης, τα- με την σχετική πυκνότητα D r κατά το σύνολο των δοκιμών άμεσης διάτμησης της καθαρής άμμου Μ31 σε τάση στερεοποίησης σ' ν =97,4 kpa 134 Σχήμα 5.6 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης,, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης, του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ, κατά τις ενδοεργαστηριακές δοκιμές άμεσης διάτμησης της καθαρής άμμου Μ31 στην χαλαρή κατάσταση 135 Σχήμα 5.7 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης,, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ, κατά τις δοκιμές άμεσης διάτμησης της ιλυώδους άμμου Μ31+5 /αϋ6 στην πολύ πυκνή κατάσταση 136 Σχήμα 5.8 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης,, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ, κατά τις δοκιμές άμεσης διάτμησης της ιλυώδους άμμου Μ31+5 /αϋ6 στην πυκνή κατάσταση 137 Σχήμα 5.9 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης,, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ, κατά τις δοκιμές άμεσης διάτμησης της ιλυώδους άμμου Μ31+5 /σϋ6 στην κατάσταση μέσης πυκνότητας 138 Σχήμα 5.10 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης,, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ κατά το σύνολο των δοκιμών άμεσης διάτμησης της καθαρής άμμου Μ31+5 /αϋ6 σε τάση στερεοποίησης σ' ν =97,4 kpa 139 Σχήμα 5.11 Μεταβολή (α) της μέγιστης διατμητική τάσης, και (β) της κρίσιμης διατμητικής τάσης, τογ με την σχετική πυκνότητα Dr για το σύνολο των δοκιμών άμεσης διάτμησης της ιλυώδους άμμου Μ31+5 /σϋ6 σε τάση στερεοποίησης σ' ν =97,4 kpa 140 Σχήμα 5.12 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης,, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης του δοκιμίου με την οριζόντια 14

μετατόπιση δ, κατά τις δοκιμές άμεσης διάτμησης της ιλυώδους άμμου M31+15%D6 στην πυκνή κατάσταση 140 Σχήμα 5.13 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης, τσ'ν, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗΗστερ του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ, κατά τις δοκιμές άμεσης διάτμησης της ιλυώδους άμμου M31+15%D6 στην χαλαρή κατάσταση 141 Σχήμα 5.14 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης,, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ, κατά τις δοκιμές άμεσης διάτμησης της ιλυώδους άμμου M31+15%D6 στην πολύ χαλαρή κατάσταση 142 Σχήμα 6.1 Περιβάλλουσα Coulomb (α) στην κατάσταση αστοχίας και (β) στην κρίσιμη κατάσταση για την καθαρή άμμο Μ31 148 Σχήμα 6.2 Μεταβολή (α) της μέγιστης γωνίας τριβής, (p' max και (β) της κρίσιμης γωνίας τριβής (p' cr με τη σχετική πυκνότητα, Dr για την καθαρή άμμο Μ31 148 Σχήμα 6.3 Περιβάλλουσα Coulomb (α) στην κατάσταση αστοχίας και (β) στην κρίσιμη κατάσταση για την ιλυώδη άμμο Μ31+5% 6 149 Σχήμα 6.4 Μεταβολή (α) της μέγιστης γωνίας τριβής, (p' max και (β) της κρίσιμης γωνίας τριβής (p' cr με τη σχετική πυκνότητα, Dr για την ιλυώδη άμμο Μ31+5% 6 149 Σχήμα 6.5 Περιβάλλουσα Coulomb (α) στην κατάσταση αστοχίας και (β) στην κρίσιμη κατάσταση για την ιλυώδη άμμο Μ31+15% 6 150 Σχήμα 6.6 Μεταβολή (α) της μέγιστης γωνίας τριβής, (p' max και (β) της κρίσιμης γωνίας τριβής (p' cr με τη σχετική πυκνότητα, Dr για την ιλυώδη άμμο Μ31+15% 6 150 Σχήμα 6.7 Μεταβολή (α) της μέγιστης γωνίας τριβής (p' max (β) της κρίσιμης γωνίας τριβής (p' cr και (γ) της διαστολικότητας y για τα μελετηθέντα εδάφη με τη σχετική πυκνότητα για τάση στερεοποίησης 50,1 kpa 151 Σχήμα 6.8 Μεταβολή (α) της μέγιστης γωνίας τριβής (p' max (β) της κρίσιμης γωνίας τριβής (p' cr και (γ) της διαστολικότητας y για τα μελετηθέντα εδάφη με τη σχετική πυκνότητα για τάση στερεοποίησης 97,4 kpa 152 Σχήμα 6.9 Μεταβολή (α) της μέγιστης γωνίας τριβής (p' max (β) της κρίσιμης γωνίας τριβής (p' crit και (γ) της διαστολικότητας y για τα μελετηθέντα εδάφη με τη σχετική πυκνότητα για τάση στερεοποίησης 197,4 kpa 153 Σχήμα 6.10 Μεταβολή (α) της μέγιστης γωνίας τριβής (p' max (β) της κρίσιμης γωνίας τριβής (p' crit και (γ) της διαστολικότητας y για τα μελετηθέντα εδάφη με τη σχετική πυκνότητα για όλες τις τάσεις στερεοποίησης 154 Σχήμα 6.11 Επίδραση του ποσοστού λεπτοκόκκων στη διάταξη των κόκκων στα αμμώδη εδάφη 155 Σχήμα Α. 1 (α) ως (στ) Σφαίρες βαθμονόμησης κοσκίνων διαμέτρου από 6 mm(±0,3 mm) έως 0,40-0,60 mm 167 15

Σχήμα Α. 2 (ζ) ως (ι) Σφαίρες βαθμονόμησης κοσκίνων διαμέτρου από 0,20-0,30 mm έως 0,04-0,07 mm 168 Σχήμα Α. 3 Εξοπλισμός πειράματος προσδιορισμού ειδικού βάρους στερεών κόκκων 168 16

Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή 1.1 Γενικά Βασική παράμετρος σχεδιασμού των τεχνικών και γεωτεχνικών έργων είναι η αντοχή του εδάφους που τα στηρίζει, τα περιβάλλει ή για τα οποία έχει χρησιμοποιηθεί ως δομικό υλικό, καθώς ενδεχόμενη αστοχία του μπορεί να οδηγήσει σε κατάρρευση των κατασκευών με σημαντικές οικονομικές και κοινωνικές συνέπειες. Για τον προσδιορισμό της εδαφικής αντοχής, αλλά και των φυσικών εδαφικών παραμέτρων πραγματοποιούνται εργαστηριακές και επιτόπου μετρήσεις. Και οι δύο αυτές κατηγορίες μετρήσεων βασίζονται σε αναγκαίες παραδοχές που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά το σχεδιασμό των έργων. Οι εργαστηριακές μέθοδοι είναι γενικά οικονομικότερες των επιτόπου δοκιμών και δίνουν τη δυνατότητα παραμετρικών μελετών (π.χ. δοκιμές σε διάφορα επίπεδα τάσεων και παραμορφώσεων) Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως σκοπό τη μέτρηση εδαφικών παραμέτρων με εργαστηριακές μεθόδους, οι οποίες πραγματοποιήθηκαν στο Εργαστήριο Γεωτεχνικής Μηχανικής του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας, σε δείγματα καθαρής άμμου και μείγματα άμμου και αμμοϊλύος. Τα αποτελέσματα επιτρέπουν τη συσχέτιση των παραμέτρων αντοχής με τις φυσικές ιδιότητες των μελετηθέντων εδαφών. Για την οπτική αναγνώριση των εδαφικών κόκκων των υλικών που μελετήθηκαν χρησιμοποιήθηκαν το μικροσκόπιο και το στερεοσκόπιο του Εργαστηρίου Τεχνολογίας και Κατασκευών Οπλισμένου Σκυροδέματος του Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας. 1.2 Οργάνωση της διπλωματικής εργασίας ανά κεφάλαιο Στο Κεφάλαιο 1 παρουσιάζονται συνοπτικά οι στόχοι της διπλωματικής εργασίας. Στο Κεφάλαιο 2 δίνεται ορισμός της διατμητικής αντοχής ενός εδαφικού υλικού και αναλύεται η θεωρία στην οποία βασίζεται η δοκιμή άμεσης διάτμησης (κριτήρια αστοχίας εδάφους). Στο Κεφάλαιο 3 περιγράφεται ο εξοπλισμός που απαιτείται καθώς και η διαδικασία που ακολουθείται για την πραγματοποίηση: (α) των δοκιμών άμεσης διάτμησης (συσκευή, βαθμονόμηση δυναμοκυψέλης και συμπιεστότητα συστήματος, μετρητικά και καταγραφικά συστήματα, προετοιμασία δοκιμίου, διαδικασία δοκιμής, πρόγραμμα ανάλυσης και επεξεργασίας καταγραφών) και (β) των δοκιμών 17

ταξινόμησης των εδαφικών υλικών (ειδικό βάρος στερεών κόκκων, κοκκομετρική ανάλυση, ελάχιστη και μέγιστη πυκνότητα, ορυκτολογική σύσταση κόκκων). Στο Κεφάλαιο 4 γίνεται παρουσίαση των φυσικών ιδιοτήτων των μελετηθέντων εδαφών και δίνεται το πρόγραμμα των δοκιμών άμεσης διάτμησης που πραγματοποιήθηκαν. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα των δοκιμών άμεσης διάτμησης σε καθαρή άμμο και μείγματα άμμου και αμμοϊλύος. Μελετάται η μεταβολή της διατμητική τάσης και της κατακόρυφης παραμόρφωσης με την οριζόντια μετατόπιση των δοκιμίων και εξετάζεται η επίδραση της πυκνότητας στην αντοχή του εδάφους. Επίσης, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των ενδοεργαστηριακών δοκιμών άμεσης διάτμησης που πραγματοποιήθηκαν για τον έλεγχο της αξιοπιστίας των δοκιμών. Στο Κεφάλαιο 6 πραγματοποιείται ανάλυση των αποτελεσμάτων των δοκιμών, προσδιορίζεται η μέγιστη γωνία τριβής (p' max, η κρίσιμη γωνία τριβής (p' cr και η διαστολικότητα y των μελετηθέντων εδαφών, αξιολογείται η επίδραση του ποσοστού λεπτοκόκκων στην αντοχή και διαστολικότητα του εδάφους και παρουσιάζονται τα τελικά συμπεράσματα των δοκιμών. Στο Παράστημα Α παρουσιάζονται η διαδικασία και τα αποτελέσματα της βαθμονόμησης του εξοπλισμού ταξινόμησης (βαθμονόμηση κοσκίνων και ληκύθων) Τέλος, στο Παράρτημα Β δίνεται σε CD το υλικό των καταγραφών από το μηχάνημα MPX3000 και οι αναλύσεις των δοκιμών. 18

Κεφάλαιο 2 Δοκιμή άμεσης διάτμησης 2.1 Εισαγωγή Κάθε κατασκευή που εδράζεται ή θεμελιώνεται στο έδαφος, μεταφέρει φορτία λόγω των οποίων αναπτύσσονται εσωτερικές τάσεις και παραμορφώσεις στο έδαφος. Οι παραμορφώσεις στο έδαφος εκδηλώνονται ως: 1. ελαστικές παραμορφώσεις, οι οποίες είναι πολύ μικρές για τα συνήθη επίπεδα τάσεων στην πράξη 2. μεταβολή του εδαφικού όγκου εξαιτίας της εκροής νερού ή/ και αέρα από τους εδαφικούς πόρους, γνωστή ως στερεοποίηση 3. ολίσθηση και κύλιση μεταξύ των εδαφικών κόκκων, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε ολίσθηση τμήματος του εδάφους ως προς την περιβάλλουσα μάζα. Η τρίτη κατάσταση οδηγεί στην κατάσταση αστοχίας όταν οι αναπτυσσόμενες διατμητικές τάσεις υπερβαίνουν την διατμητική αντοχή του εδάφους. Η κατάσταση αστοχίας έχει καταστροφικές συνέπειες στα έργα του Πολιτικού Μηχανικού, επειδή συνοδεύεται από σημαντικές παραμορφώσεις που υπερβαίνουν τις αντοχές των συνήθων κατασκευών (Καββαδάς, 2006). 2.2 Διατμητική αντοχή και κριτήρια αστοχίας Η διατμητική αντοχή δεν αποτελεί μονοσήμαντη παράμετρος του εδάφους, όπως για παράδειγμα εννοείται η θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος, αλλά εξαρτάται από πολλούς παράγοντες όπως : τα χαρακτηριστικά των εδαφικών κόκκων (ορυκτολογική σύσταση, Σχήμα, διάταξη, μέγεθος) ο δείκτης πόρων και η υγρασία η ιστορία φόρτισης και το καθεστώς των τάσεων στο πεδίο η κατάσταση του δείγματος λόγω δειγματοληψίας, μεταφοράς και αποθήκευσης το είδος της δοκιμής, το ρυθμό φόρτισης και τις συνθήκες στράγγισης κατά τη διάρκεια της δοκιμής η αναπτυσσόμενη πίεση του νερού των πόρων το κριτήριο που έχει υιοθετηθεί για τον προσδιορισμό της διατμητικής αντοχής 19

Ο Coulomb (1776) στα πλαίσια σχεδιασμού οχυρωματικών τοίχων στον Καναδά, παρατήρησε πως η αστοχία στο έδαφος επέρχεται όταν η αναπτυσσόμενη διατμητική τάση υπερβεί την διατμητική αντοχή του, η οποία αποτελείται από δύο συνιστώσες: η πρώτη είναι ανεξάρτητη της τάσης και ονομάζεται συνοχή και η δεύτερη εξαρτάται από την ορθή τάση, οφείλεται στην αλληλεπίδραση των εδαφικών κόκκων και είναι όμοια με την τριβή. Η σχέση αυτή περιγράφεται από την εξίσωση: τ f = c + σ ίαηφ (2.1) όπου διατμητική αντοχή εδάφους c: συνοχή ^^,^^ φ: γωνία τριβής / παράμετροι διατμητικής αντοχής του εδάφους σ: ολική ορθή τάση στο επίπεδο διάτμησης Τα εξωτερικώς επιβαλλόμενα φορτία στο έδαφος παραλαμβάνονται από τον εδαφικό σκελετό με την ανάπτυξη ορθών και διατμητικών δυνάμεων μεταξύ των κόκκων και οδηγούν σε παραμορφώσεις που κυρίως οφείλονται σε ολισθήσεις και κυλίσεις μεταξύ των κόκκων. Είναι προφανές πως η τριβή μεταξύ των κόκκων επηρεάζει σημαντικά την παραμόρφωση των εδαφικών υλικών και ιδιαίτερα στα αμμώδη εδάφη, που αποτελεί κύριο παράγοντα. Ένας άλλος παράγοντας που συντελεί στην αντίσταση ως προς την παραμόρφωση των υλικών είναι η συνοχή, δηλαδή η «συγκόλληση» των κόκκων λόγω ηλεκτροχημικών ή άλλων δυνάμεων. Στην εξίσωση του Coulomb οι παράμετροι δεν είναι εγγενείς ιδιότητες του εδάφους, αλλά εξαρτώνται από τις συνθήκες κάτω από τις οποίες το έδαφος οδηγείται σε αστοχία. Η γραφική παράσταση του νόμου αστοχίας του Coulomb φαίνεται στο Σχήμα 2.1 και είναι μια ευθεία με κλίση τη γωνία εσωτερικής τριβής φ. Ο Mohr (1900) παρατήρησε πως κατά την αστοχία σύμφωνα με το κριτήριο Coulomb, ο κύκλος των τάσεων εφάπτεται στην ευθεία Coulomb. Η κοινή εφαπτομένη των κύκλων Mohr κατά την αστοχία δοκιμίων του ίδιου εδάφους σε διαφορετικές τάσεις είναι η περιβάλλουσα αστοχίας και εκφράζει την σχέση μεταξύ διατμητικών και ορθών τάσεων κατά την αστοχία του εδάφους. Η διατμητική αντοχή του εδάφους συναρτήσει των ενεργών τάσεων εκφράζεται από τη σχέση Hvorslev-Coulomb (1937) : τ f = c + ( σ ύ) tαηφ = c + σ' ίαηφ (2.2) όπου σ': η ενεργή ορθή τάση στο επίπεδο της διάτμησης c και φ: εξαρτώνται από τον δείκτη πόρων του εδάφους κατά την αστοχία 20

Ο προσδιορισμός των ενεργών τάσεων και συνεπώς της διατμητικής αντοχής υπό όρους ενεργών τάσεων, προϋποθέτει την μέτρηση της πίεσης του νερού των πόρων u. 2.3 Μέτρηση της διατμητικής αντοχής εδαφών Οι εργαστηριακές δοκιμές που χρησιμοποιούνται στην πράξη για τον προσδιορισμό της διατμητικής αντοχής του εδάφους είναι η τριαξονική δοκιμή, η δοκιμή ανεμπόδιστης θλίψης, η δοκιμή άμεσης διάτμησης και η δοκιμή πτερυγίου. Η τελευταία εκτελείται και στο πεδίο. Η περιβάλλουσα αστοχίας δεν είναι μονοσήμαντη για ένα έδαφος, αλλά εξαρτάται από τις συνθήκες φόρτισης (αργή / ταχεία π.χ. σεισμός), τις συνθήκες στράγγισης (διαπερατά και αδιαπέρατα εδάφη), την ιστορία φόρτισης (υπερστερεοποίηση) και την πυκνότητα του εδάφους (δείκτης πόρων). Έτσι, πολλές φορές, κρίνεται απαραίτητος ο προσδιορισμός της διατμητικής αντοχής του εδάφους με διάφορα είδη δοκιμών. Το Σχήμα 2.2 δείχνει εντατικές καταστάσεις στις οποίες υποβάλλεται το έδαφος στα έργα και στην συγκεκριμένη περίπτωση λόγω της κατασκευής επιχώματος. Οι δοκιμές προσδιορισμού της διατμητικής αντοχής τους εδάφους ταξινομούνται ως εξής: 1. χωρίς αποστράγγιση κατά τη διάρκεια της διάτμησης (i) αστράγγιστη (ταχεία) δοκιμή UU (unconsolidated undrained), στην οποία το δοκίμιο φορτίζεται χωρίς να λάβει χώρα στράγγιση (δηλαδή στερεοποίηση) και στη συνέχεια υποβάλλεται σε διάτμηση χωρίς στράγγιση (ii) με στερεοποίηση και αστράγγιστη διάτμηση, δοκιμή CU (consolidated undrained), στην οποία το δοκίμιο φορτίζεται υπό στραγγιζόμενες συνθήκες και αφού ολοκληρωθεί η στερεοποίησή του, υποβάλλεται σε διάτμηση χωρίς στράγγιση 2. με στερεοποίηση και διάτμηση υπό στραγγιζόμενες συνθήκες, δοκιμή CD (consolidated drained), στην οποία το δοκίμιο φορτίζεται υπό στραγγιζόμενες συνθήκες και αφού ολοκληρωθεί η στερεοποίησή του υποβάλλεται σε διάτμηση με βραδύ ρυθμό ώστε να λαμβάνει χώρα αποστράγγιση του δοκιμίου. Η εκλογή της κατάλληλης δοκιμής για τον προσδιορισμό της διατμητικής αντοχής του εδάφους εξαρτάται από τις συνθήκες στράγγισης που επικρατούν στο πεδίο. 21

2.4 Αρχές της δοκιμής άμεσης διάτμησης Η δοκιμή άμεσης διάτμησης αποτελεί μια από τις απλούστερες και παλαιότερες μεθόδους για τον προσδιορισμό της διατμητικής αντοχής του εδάφους. Οι πρώτες προσπάθειες για την μέτρηση της αντοχής σε συσκευή διάτμησης έγιναν από τον Alexander Collins το 1846 στη Γαλλία και τον Bell το 1915 στη Μ. Βρετανία. Μεταγενέστερες προσπάθειες σχεδιασμού συσκευής διάτμησης περιλαμβάνουν αυτές του Casagrande (1932) στο Harvard, του Cooling R Smith (1934) στο Εργαστήριο Δημόσιων Έργων στη Μ. Βρετανία και των Gibly (1936), Golder (1942) και Bishop (1946). Η δοκιμή άμεσης διάτμησης είναι μια δοκιμή προσδιορισμού της τριβής, στην οποία ένα τμήμα εδάφους ολισθαίνει ως ένα άλλο τμήμα κατά την εφαρμογή μιας σταθερά αυξανόμενης οριζόντιας διατμητικής δύναμης υπό την ταυτόχρονη δράση ενός σταθερού φορτίου κάθετο στο επίπεδο ολίσθησης. Οι παραπάνω συνθήκες φόρτισης επιτυγχάνονται, εγκιβωτίζοντας το δοκίμιο εντός άκαμπτου μεταλλικού κιβωτίου τετραγωνικής (πλευράς 60 mm) ή κυκλικής (διάμετρος 63,5 mm) διατομής, αλλά χρησιμοποιούνται και μεγαλύτερα δοκίμια σε ειδικές συσκευές άμεσης διάτμησης για χονδρόκοκκα εδάφη. Το κιβώτιο αποτελείται από δύο τμήματα (άνω και κάτω). Το κάτω τμήμα της συσκευής έχει τη δυνατότητα ολίσθησης ως προς το άνω (που παραμένει ακίνητο) με τη βοήθεια ενός μηχανισμού. Παράλληλα ένα μεταλλικό πλαίσιο συνδεδεμένο με ένα μοχλοβραχίονα χρησιμοποιείται για την επιβολή της κατακόρυφης τάσης, η οποία παραμένει σταθερή κατά τη διάρκεια της διάτμησης. Το Σχήμα 2.3 παρουσιάζει τον τρόπο λειτουργίας της συσκευής. Η δοκιμή εκτελείται σε δύο στάδια. Στο στάδιο (I) επιβάλλεται στο δοκίμιο το κατακόρυφο φορτίο και στο στάδιο (II) επιβάλλεται η διατμητική δύναμη. Ανάλογα με τις συνθήκες στράγγισης του δοκιμίου στα δύο αυτά στάδια προκύπτουν τα είδη δοκιμών του Πίνακα 2.1. Η επιβαλλόμενη ορθή τάση στο δοκίμιο υπολογίζεται ως σ ν = Ν/Α, όπου Ν είναι το κάθετο φορτίο στην επιφάνεια ολίσθησης και Α είναι η διατομή του κιβωτίου διάτμησης. Κατά τη διάρκεια της διάτμησης μετράται η σχετική μετακίνηση των δύο τμημάτων του δοκιμίου, που προκαλεί προοδευτική εφαρμογή της διατμητικής δύναμης F, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.4 που παρουσιάζει την καμπύλη τάσης - παραμόρφωσης. Η επιβαλλόμενη διατμητική τάση στο δοκίμιο υπολογίζεται ως τ = F/Α, όπου F η διατμητική δύναμη στο προκαθορισμένο επίπεδο διάτμησης. Στο σημείο Β του Σχήματος 2.4 ενεργοποιείται η μέγιστη διατμητική τάση στην επιφάνεια ολίσθησης. Η διατμητική αυτή τάση καλείται αντοχή του εδάφους στην συγκεκριμένη ορθή τάση σ ν. Μετά τη μέγιστη τάση η διατμητική αντοχή ελαττώνεται καθώς επέρχεται θραύση. Κατά τη διάρκεια της διάτμησης μετράται η οριζόντια μετατόπιση καθώς και η κατακόρυφη μετατόπιση του δοκιμίου, η οποία υποδεικνύει 22

τη μεταβολή του όγκου, της πυκνότητας και του δείκτη πόρων του δοκιμίου κατά τη διάτμηση. Η οριζόντια μετακίνηση του κιβωτίου προεπιλέγεται στην έναρξη της διάτμησης και παραμένει σταθερή καθ'όλη τη διάρκειά της, με αποτέλεσμα η διάτμηση να λαμβάνει χώρο υπό σταθερό ρυθμό παραμόρφωσης. Συνήθως πραγματοποιούνται τρεις δοκιμές σε διαφορετικά δοκίμια (1, 2 και 3) στα οποία επιβάλλονται διαφορετικές ορθές τάσεις (σ ν1 <σ ν2 <σ ν3 ), όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.5. Από κάθε καμπύλη διατμητικής τάσης / μετατόπισης προσδιορίζεται η μέγιστη διατμητική τάση (τ η <τβ<τβ), η οποία σχεδιάζεται ως προς την αντίστοιχη ορθή τάση για τον προσδιορισμό της περιβάλλουσας Mohr-Coulomb. 2.5 Περιορισμοί και πλεονεκτήματα της συσκευής άμεσης διάτμησης Τα κυριότερα πλεονεκτήματα της δοκιμής είναι η απλότητα και η ταχύτητα στην εκτέλεση ενός προγράμματος δοκιμών. Βέβαια, η ακρίβεια των αποτελεσμάτων της δοκιμής άμεσης διάτμησης είναι υποδεέστερη εκείνων της δοκιμής τριαξονικής φόρτισης. Επίσης, η αστοχία στη δοκιμή άμεσης διάτμησης λαμβάνει χώρα σε προκαθορισμένο επίπεδο, που είναι το οριζόντιο. Οι τάσεις σε οποιοδήποτε άλλο από την επιφάνεια θραύσης επίπεδο δεν είναι γνωστές. Οι μόνες τάσεις που είναι γνωστές είναι η κατακόρυφη και η διατμητική τάση (σν, τ) στο επίπεδο αστοχίας και συνεπώς είναι αδύνατος ο σχεδιασμός ενός μοναδικού κύκλου Mohr για τον προσδιορισμό των κυρίων τάσεων σ1 και σ3 και των διευθύνσεών τους. Ωστόσο, είναι εφικτή η παρουσίαση της διαδρομής των τάσεων όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.6, αφού καθ'όλη τη διάτμηση είναι γνωστό το ζεύγος κατακόρυφης και διατμητικής τάσης (σν, τ). Το δοκίμιο περιέχεται σε άκαμπτο κιβώτιο και παραμορφώνεται κατά ένα προκαθορισμένο τρόπο, εκδηλώνοντας παραμορφώσεις που είναι μη ομοιόμορφες. Επίσης, η παραμόρφωση που μπορεί να αναπτύξει το έδαφος περιορίζεται από τη μέγιστη διαδρομή που μπορεί να αναπτύξει η συσκευή. Κατά τη διάρκεια της διάτμησης, η περιοχή επαφής στα δύο τμήματα των εδαφικών δοκιμίων που μελετάται, μειώνεται. Ο Petley (1966) προτείνει τη διόρθωση της επιφάνειας σύμφωνα με τον παρακάτω τύπο αλλά η επίδρασή της είναι μικρή. A = nr 0 2 D 0 2(A H op /D 0 ) (2.3) Επηρεάζει τόσο τη διατμητική, όσο και την ορθή τάση με τον ίδιο τρόπο, ώστε η επίδραση στην περιβάλλουσα Coulomb είναι συνήθως αμελητέα και γενικά παραλείπεται. 23

Πρέπει ακόμη να σημειωθεί, ότι η συσκευή άμεσης διάτμησης δεν παρέχει τη δυνατότητα μέτρησης της πίεση του ύδατος των πόρων και κατά συνέπεια δεν παρέχει πλήρη έλεγχο των συνθηκών στράγγισης του δοκιμίου. Για το λόγο αυτό, η δοκιμή εφαρμόζεται κυρίως υπό στραγγιζόμενες συνθήκες. Αυτό συμβαίνει αποκλειστικά στη μελέτη αμμωδών εδαφών, ενώ κατά τη μελέτη αργιλικών εδαφών λόγω της μικρής διαπερατότητάς τους, είναι εφικτή και η εκτέλεση δοκιμών υπό αστράγγιστες συνθήκες (ταχεία διάτμηση). 2.6 Διατμητική αντοχή άμμου Η διατμητική αντοχή της άμμου εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως είναι το μέγεθος (κοκκομετρία), το Σχήμα (στρογγυλό, γωνιώδες) και η ορυκτολογική σύσταση των κόκκων, η υφή της επιφάνειας των κόκκων (τραχεία, λεία), η εδαφική δομή (διάταξη κόκκων και εδαφικοί πόροι) και η περιεκτικότητα σε υγρασία. Η διατομή των εδαφικών κόκκων μπορεί να εκφραστεί σε όρους πυκνότητας (ξηρή πυκνότητα ή ειδικό βάρος), δείκτη πόρων e, πορώδες n, και με την παράμετρο της σχετικής πυκνότητας Dr η οποία δίνεται από την παρακάτω σχέση Ό τ = emax _~ e (2.4) e max όπου emax και emin είναι η μέγιστη και η ελάχιστη τιμή του δείκτη πόρων αντίστοιχα. Η μέχρι τώρα εμπειρία έχει δείξει πως η διατμητική αντοχή κορεσμένων άμμων είναι παρόμοια με αυτή των ξηρών, με την προϋπόθεση πως η άμμος παραμένει κορεσμένη και η στράγγιση επιτρέπεται καθ'όλη τη διάτμηση, ώστε οι ολικές ορθές τάσεις να ισοδυναμούν με τις ενεργές. 2.6.1 Πυκνή άμμος e min Η διάταξη των κόκκων στην πυκνή άμμο παρουσιάζεται στο Σχήμα 2.7.α. Όταν η διάτμηση λάβει χώρα στο επίπεδο XX και με την προϋπόθεση ότι οι κόκκοι δεν παραμορφώνονται ούτε θραύονται, εκείνοι που βρίσκονται πάνω από την επιφάνεια XX θα αναγκαστούν να αναρριχηθούν πάνω από τους χαμηλότερα ευρισκόμενους κόκκους. Σε ό,τι αφορά στο μέγεθος των κενών των πόρων, ενδεικτικά αναφέρεται πως για μια τυπικά μετρίως πυκνή άμμο περίπου το 1/3 του συνολικού όγκου της είναι κενά. Κατά τη διάτμηση λοιπόν των πυκνών άμμων, η κίνηση αυτή των εδαφικών κόκκων παρουσιάζει διόγκωση του εδάφους. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται διαστολικότητα (dilatancy), η οποία προσδιορίζεται με μέτρηση της μετακίνησης της άνω πλάκας φόρτισης του δοκιμίου. Το μέγεθος της μεταβολής του όγκου του εδάφους κατά τη διάτμηση εξαρτάται από την αρχική πυκνότητα του εδάφους και την κάθετη τάση. Η μορφή της καμπύλης διατμητικής τάσης - μετακίνησης παρουσιάζεται στο Σχήμα 2.8.α (καμπύλη Π) και η αντίστοιχη καμπύλη μεταβολής του όγκου στο Σχήμα 2.8.β. 24

Η μικρή αρχική μείωση του όγκου οφείλεται στην τάση των κόκκων να έρθουν πιο κοντά στην έναρξη της διάτμησης. Η διατμητική τάση αυξάνεται απότομα μέχρι τη μέγιστη τιμή (peak) και στη συνέχεια ελαττώνεται. Η διαφορά μεταξύ της μέγιστης αντοχής και της χαμηλότερης τιμής, εκφρασμένη ως Ε, δηλώνει το επιπλέον έργο απαιτείται για την διόγκωση της άμμου. Στο τέλος της διάτμησης οι κόκκοι που είναι δίπλα στην επιφάνεια διάτμησης βρίσκονται σε χαμηλότερη διάταξη από ό,τι ήταν αρχικά. 2.6.2 Χαλαρή άμμος Η διάταξη των κόκκων της χαλαρής άμμου παρουσιάζεται γραφικά στο Σχήμα 2.7.β. όταν η διάτμηση λαμβάνει χώρα στο επίπεδο ΥΥ, προκαλείται κατάρρευση στην αρχική χαλαρή διάταξη των κόκκων, καθώς οι κόκκοι ολισθαίνουν στους πόρους και τείνουν να καλύψουν τα κενά. Αυτό προκαλεί μείωση του όγκου (συμπίεση), η οποία μετράται με την προς τα κάτω μετακίνηση της άνω πλάκας φόρτισης του δοκιμίου. Σε στραγγιζόμενες συνθήκες, οι άμμοι που βρίσκονται σε χαλαρή κατάσταση τείνουν να αποβάλλουν νερό από τους πόρους, σε αντίθεση με την άμμους που βρίσκονται σε πυκνή κατάσταση που τείνουν να προσροφήσουν νερό. Η μορφή της καμπύλης διατμητικής τάσης - μετακίνησης για τις χαλαρές άμμους παρουσιάζεται στο Σχήμα 2.8.α (καμπύλη X) και η αντίστοιχη καμπύλη μεταβολής του όγκου στο Σχήμα 2.8.β. Η καμπύλη της διατμητικής τάσης-μετακίνησης είναι λιγότερο απότομη από την αντίστοιχη της καμπύλης για την πυκνή άμμο και μικρότερο μέγιστο. Στο τέλος της διάτμησης οι κόκκοι που βρίσκονται δίπλα στην επιφάνεια διάτμησης είναι σε περισσότερο πυκνή διάταξη από αυτή που βρίσκονταν αρχικά. 2.6.3 Σύγκριση μεταξύ πυκνών και χαλαρών άμμων Οι μεταβολές όγκου κατά τη διάτμηση χαλαρής (X) και πυκνής (Π) άμμου σε όρους δείκτη πόρων (e X και e n αντίστοιχα) παρουσιάζεται στο Σχήμα 2.8.γ. Στο τέλος της διάτμησης ο δείκτης πόρων και στις δύο καταστάσεις προσεγγίζει μία κοινή κρίσιμη τιμή e cr (critical void ratio). Τα αποτελέσματα των δοκιμών σε διαφορετικές τιμές της ορθής τάσης και στις δύο καταστάσεις πυκνότητας, δίνουν την περιβάλλουσα αστοχίας (X και Π) στο Σχήμα 2.9.α. Όπως φαίνεται, προκύπτει πως η γωνία εσωτερικής τριβής για την άμμο στην πυκνή κατάσταση είναι μεγαλύτερη αυτής στη χαλαρή κατάσταση (φ Π >φ Χ ). Ενδεικτικές τιμές γωνίας τριβής για άμμους δίνονται παρακάτω στον Πίνακα 2.2. Με την εκτέλεση πρόσθετων δοκιμών σε ενδιάμεσες πυκνότητες είναι δυνατόν να προσδιοριστεί μια σχέση μεταξύ της γωνίας τριβής φ και της σχετικής πυκνότητας D r. Οι αντίστοιχες μεταβολές του δείκτη πόρων, re, στην κατάσταση αστοχίας παρουσιάζονται ως προς τη D r στο Σχήμα 2.9.γ. Η τομή της καμπύλης με την άξονα 25

της Dr εκφράζει την τιμή της Dr στην κρίσιμη κατάσταση, καθώς σε αυτήν την κατάσταση δεν πραγματοποιείται περαιτέρω μεταβολή του δείκτη πόρων λόγω διάτμησης (re =0). Σε μεγάλες τιμές της ορθής τάσης, η διαστολικότητα των πυκνών άμμων μπορεί να είναι περιορισμένη και η περιβάλλουσα αστοχίας να εμφανίζει καμπύλη μορφή. Η γραμμικοποίηση της περιβάλλουσας μπορεί να παρουσίασε μια πλαστή συνοχή. 2.6.4 Κρίσιμη κατάσταση αστοχίας Στο Σχήμα 2.10 παρουσιάζονται τυπικά αποτελέσματα δοκιμών άμεσης διάτμησης σε άμμο σε πυκνή (Π) και χαλαρή (X) κατάσταση σε δεδομένη ορθή τάση σν. Στην περίπτωση της πυκνής άμμου η μέγιστη διατμητική αντοχή καταγράφεται στο σημείο Ρ και στη συνέχεια μειώνεται ώσπου να φθάσει στην μικρότερη τιμή (κρίσιμη κατάσταση). Στο Σχήμα 2.10.α η τιμή της γωνίας τριβής που προσδιορίζεται για την μέγιστη αντοχή της πυκνής άμμου είναι (p' max, ενώ για την κρίσιμη αντοχή είναι (p' cr. Αντίθετα, η γωνία τριβής στη χαλαρή άμμο αυξάνεται προοδευτικά μέχρι την τιμή (p' cr μετά από σχετικά μεγάλη μετακίνηση. Τόσο στο πυκνό, όσο και στο χαλαρό δοκίμιο η κρίσιμη κατάσταση Ο συνοδεύεται από μία σταθερή μεταβολή του όγκου, υποδεικνύοντας πως στην κατάσταση αυτή η διάτμηση γίνεται υπό σταθερό όγκο, για δεδομένη ορθή τάση σν. Η διατμητική αντοχή στην κρίσιμη κατάσταση αποτελεί χαρακτηριστική παράμετρο του εδάφους, η οποία εξαρτάται από την ορθή τάση σν, αλλά όχι από την πυκνότητά του. Σε αντίθεση με αυτήν, η μέγιστη διατμητική αντοχή εξαρτάται από το δείκτη πόρων του εδάφους. Η γωνία τριβής που αντιστοιχεί στη μέγιστη διατμητική αντοχή (p' max έχει δύο συνιστώσες: (α) τη γωνία κρίσιμης τριβής (p' cr και (β) τη γωνία τριβής y που οφείλεται στη διαστολικότητα του εδάφους και εξαρτάται από το δείκτη πόρων: y>0 για πυκνές άμμους (e 0 <e cr ) y<0 για πυκνές άμμους (e 0 >e cr ) (pmax= (p'cr + y (2.5) 26

Πίνακας 2.1 Είδη δοκιμών άμεσης διάτμησης Είδος δοκιμής Στάδιο I Στάδιο II Ταχεία χωρίς στερεοποίηση UU Ταχεία με στερεοποίηση CU Βραδεία με στερεοποίηση CD Αστράγγιστες συνθήκες Συνθήκες πλήρους στράγγισης Συνθήκες πλήρους στράγγισης Αστράγγιστες συνθήκες Αστράγγιστες συνθήκες Συνθήκες πλήρους στράγγισης (μικρή ταχύτητα διάτμησης) Πίνακας 2.2 Τιμές του φ' για χαλαζιακούς κόκκους (Terzaghi and Peek, 1967) Μέγεθος κόκκων και κοκκομετρία Γωνία τριβής ( ) υλικού Χαλαρή κατάσταση Πυκνή κατάσταση Στρογγυλοί, ανομοιόμορφοι 28 35 Γωνιώδεις, καλά διαβαθμισμένοι 34 45 Πίνακας 2.3 Τυπικές τιμές του φ' για μη συνεκτικά εδάφη σε ξηρή κατάσταση (Lambe and Whitman, 1979) Γωνία τριβής ( ) Τύπος εδάφους και Χαλαρή κατάσταση Πυκνή κατάσταση κοκκομετρία Άμμος -ανομοιόμορφη -καλά διαβαθμισμένη Στρογγυλοί κόκκοι 30 34 Γωνιώδεις κόκκοι 35 39 Στρογγυλοί κόκκοι 37 40 Γωνιώδεις κόκκοι Αμμοχάλικο 36 42 40 48 Χαλίκια 35 40 45 50 Ιλύς 28-32 30-35 43 45 27

Σχήμα 2.2 Εντατικές καταστάσεις εδάφους λόγω κατασκευής επιχώματος (Τίκα, 2016) Σχήμα 2.3 Τρόπος λειτουργίας της συσκευής: (α) στην αρχή της δοκιμής, (β) κατά τη διάρκεια της σχετικής μετατόπισης 28

Διατμητική τάση, τ χ ' Οριζόντια μετατόπιση, χ Σχήμα 2.4 Καμπύλη διατμητικής τάσης / οριζόντιας μετατόπισης στη δοκιμή άμεσης διάτμησης Σχήμα 2.5 Καμπύλη διατμητικής τάσης / οριζόντιας μετατόπισης για τρία δοκίμια υπό διαφορετικές ορθές τάσεις 29

Σχήμα 2.6 Διαδρομή τάσεων σε δοκιμή άμεσης διάτμησης 1 1 1 I I I (α) (Ρ) Σχήμα 2.7 Επίδραση διάτμησης στη διάταξη των κόκκων της άμμου: (α) πυκνή άμμος, (β) χαλαρή άμμος 30

Σχήμα 2.9 Επίδραση του δείκτη πόρων στην διατμητική αντίσταση της άμμου: (α) περιβάλλουσα Coulomb για πυκνή και χαλαρή κατάσταση, (β) φ' ως προς σχετική πυκνότητα και (γ) δείκτης πόρων ως προς σχετική πυκνότητα 31

32

Κεφάλαιο 3 Περιγραφή εξοπλισμού και διαδικασίας δοκιμών 3.1 Δοκιμή άμεσης διάτμησης 3.1.1 Περιγραφή συσκευής άμεσης διάτμησης Οι δοκιμές άμεσης διάτμησης που παρουσιάζονται στη διπλωματική αυτή πραγματοποιήθηκαν στη συσκευή του εργαστηρίου Γεωτεχνικής Μηχανικής, τύπου VJT9500, Σχήμα 3.1. Η συσκευή άμεσης διάτμησης αποτελείται από ένα σταθερό μεταλλικό πλαίσιο Σχήματος Π το οποίο αποτελείται από τα εξής: 1. Υδατοστεγές κιβώτιο το οποίο κινείται πάνω σε μεταλλικό οδηγό με σφαιρίδια και δυνατότητα διαδρομής 20 mm 2. Μεταλλικό κιβώτιο εδαφικού δοκιμίου κυκλικής διατομής διαμέτρου 63,5mm(=2,5 inches), το οποίο παρουσιάζεται στα Σχήματα 3.2 και 3.3 και αποτελείται από τα εξής: 1. Δύο τμήματα (άνω και κάτω). Το άνω τμήμα έχει ενσωματωμένο ειδικό στέλεχος για την προσαρμογή της ράβδου, η οποία μεταφέρει στη δυναμοκυψέλη την επιβαλλόμενη διατμητική τάση 2. Τα δύο τμήματα του κιβωτίου τοποθετούνται ακριβώς το ένα πάνω στο άλλο. Για την ευθυγράμμιση αυτή, χρησιμοποιούνται κοχλίες αντιδιαμετρικά τοποθετημένοι που εισχωρούν στο κάτω μέρος του κιβωτίου. Ελαφρά ανύψωση του άνω τμήματος επιτυγχάνεται με τη βοήθεια ενός άλλου ζεύγους κοχλιών, επίσης αντιδιαμετρικά τοποθετημένων, οι οποίοι εφάπτονται στο άνω τμήμα 3. Μεταλλική βάση που φέρει υποδοχές για την τοποθέτησή της στο κιβώτιο του δοκιμίου 4. Ζεύγος πορωδών λίθων (άνω και κάτω) 5. Ζεύγος οδοντωτών πλακών με οπές (άνω και κάτω) 6. Μεταλλικό καπάκι 3. Στέλεχος επιβολής του κατακόρυφου φορτίου στο δοκίμιο 4. Μοχλοβραχίονας με λόγο μεταβίβασης 1:10, στον οποίο τοποθετούνται τα νεκρά φορτία για την επιβολή της κατακόρυφης τάσης 5. Τυποποιημένα βάρη για την τοποθέτησή τους στο μοχλοβραχίονα 6. Δυναμοκυψέλη για την μέτρηση της οριζόντιας δύναμης δυνατότητας 5 kn 7. Κινητήρας για τη μετακίνηση του κιβωτίου διάτμησης με δυνατότητα επιβολής ταχύτητας από 0,0001 mm/min ως 10 mm/min 33

8. Ελικοειδής ράβδος για τη μετακίνηση του κιβωτίου διάτμησης συνδεδεμένη με τον κινητήρα 9. Σταθερό στέλεχος στο άκρο της συσκευής που φέρει ειδική προσαρμογή για τη δυναμοκυψέλη 10. Ψηφιακό μηκυνσιόμετρο διαδρομής 12,5 mm και ακρίβειας 0,001 mm για τη μέτρηση της κατακόρυφης μετακίνησης της άνω πλάκας φόρτισης υποστηριζόμενης υπό ειδική ράβδο 11. Ψηφιακό μηκυνσιόμετρο διαδρομής 20,0 mm και ακρίβειας 0,001 mm για τη μέτρηση της οριζόντιας μετακίνησης προσαρμοσμένο σε ειδικό στήριγμα 12. Πάνελ χειρισμού της λειτουργίας της συσκευής 13. Δακτύλιος για την κοπή και προετοιμασία δοκιμίου διαμέτρου 63,5 mm 14. Ξύλινη σφύρα συμπύκνωσης δοκιμίου μάζας 93,34 g και διαμέτρου 63,5 mm 3.1.2 Βαθμονόμηση στη συσκευή άμεσης διάτμησης Στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται οι διαδικασίες και τα αποτελέσματα των βαθμονομήσεων της δυναμοκυψέλης, της συμπιεστότητας του συστήματος και του προσδιορισμού των διαστάσεων του δοκιμίου. Βαθμονόμηση δυναμοκυψέλης (εκτελέσθηκε από την Π. Καλλιόγλου) Η διαδικασία βαθμονόμησης της δυναμοκυψέλης, Σχήμα 3.4, πραγματοποιείται για να προσδιοριστεί η εξίσωση που περιγράφει τη σχέση μεταξύ ένδειξης της δυναμοκυψέλης και δύναμης που αντιστοιχεί σε αυτήν. Σε μια οριζόντια, άκαμπτη και σταθερή επιφάνεια τοποθετούμε τη δυναμοκυψέλη, η οποία έχει αφαιρεθεί από τη συσκευή. Στη συνέχεια, τοποθετούνται πάνω της βάρη (νεκρά φορτία) γνωστής μάζας M (g) και καταγράφονται οι ενδείξεις της R, Σχήμα 3.5. Η διαδικασία περιλαμβάνει τόσους κύκλους φόρτισης όσο και αποφόρτισης. Η αρχικής ένδειξη της δυναμοκυψέλης με μηδενικό φορτίο χαρακτηρίζεται ως R o. Στη συνέχεια, με βάση τις ενδείξεις υπολογίζεται το μέγεθος R-R o για κάθε νεκρό φορτίο που προστίθεται, το βάρος W=mxg, σε N και έπειτα το φορτίο αφαιρείται για να τοποθετηθεί άλλο. Σχεδιάζεται η καμπύλη οριζόντιας δύναμης / ένδειξης R-R o και προσδιορίζεται η εξίσωση που περιγράφει τη σχέση τους. Οι ενδείξεις της δυναμοκυψέλης κατά την τοποθέτηση και αφαίρεση του κάθε φορτίου δίνεται στον Πίνακα 3.1, ενώ ο Πίνακας 3.2 παρουσιάζει τα αποτελέσματα. Από τη συσχέτιση επιβαλλόμενης δύναμης/ένδειξης προκύπτει το διάγραμμα που παρουσιάζεται στο Σχήμα 3.6. Η εξίσωση βαθμονόμησης που προκύπτει είναι: F ( η) = 1,00313 ( R - R 0 ) + 0,0188 (3.1) 34

η οποία όμως για μηδενική επιβολή φορτίου να δίνει μηδενική δύναμη παίρνει τη μορφή : F (Ν ) = 1,0313 (R - R 0 ) (3.2) όπου F (N): οριζόντια δύναμη (Ν) R: ένδειξη δυναμοκυψέλης R0: αρχική ένδειξη δυναμοκυψέλης χωρίς φορτίο. Συμπιεστότητα συστήματος Η διαδικασία έχει σκοπό τον προσδιορισμό της συμπιεστότητας του συστήματος της συσκευής (πορώδεις δίσκοι, φίλτρα, καπάκι, μεταλλική βάση), ώστε να λαμβάνεται υπόψη σε κάθε δοκιμή διάτμησης μόνο η πραγματική συμπίεση του εδαφικού δοκιμίου και να προσδιοριστεί το πραγματικό ύψος του. Για τις ανάγκες των δοκιμών η διαδικασία της βαθμονόμησης πραγματοποιήθηκε δύο φορές. Αρχικά, μετρήθηκε η συμπιεστότητα της συσκευής πριν την εκτέλεση δοκιμών. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε δεύτερη βαθμονόμηση. 1. Πραγματοποιείται συναρμολόγηση της συσκευής άμεσης διάτμησης. 2. Τοποθετούνται οι πορόλιθοι σε έναν υποδοχέα με νερό και βράζονται ώστε να φύγει ο αέρας από τους πόρους. 3. Ζυγίζεται η μάζα από την οδοντωτή μεταλλική πλάκα, τον κορεσμένο πορόλιθο, το κορεσμένο φίλτρο και το καπάκι που θα το τοποθετηθούν πάνω από το δοκίμιο. 4. Τοποθετούνται οι δυο κοχλίες ανύψωσης και οι δύο κοχλίες ένωσης (με τις κόκκινες κεφαλές) που ενώνουν τα δύο μισά τμήματα του κιβωτίου. 5. Τοποθετούνται με τη σειρά στο κιβώτιο διάτμησης τα εξής: 1. Βάση κιβωτίου 2. Πορώδης δίσκος 3. Φίλτρο Νο. 40 4. Μεταλλική πλάκα 5. Μεταλλικό δοκίμιο βαθμονόμησης 6. Μεταλλική πλάκα 7. Φίλτρο Νο. 40 8. Πορώδης δίσκος 9. Μεταλλικό καπάκι 6. Το κιβώτιο διάτμησης τοποθετείται στη συσκευή και ρυθμίζεται η θέση του. 7. Πραγματοποιείται οριζοντίωση της δοκού φόρτισης. 8. Ρυθμίζεται η θέση του κατακόρυφου μυκηνσιομέτρου στο μεταλλικό καπάκι. 35

9. Στην παρούσα φάση, στο ασυμπίεστο μεταλλικό δοκίμιο επιβάλλεται το αρχικό φορτίο από τη οδοντωτή μεταλλική πλάκα, τον κορεσμένο πορόλιθο, το φίλτρο και το καπάκι. 10. Τοποθετείται το μικρότερο νεκρό φορτίο, καταγράφεται η αρχική ένδειξη του μηκυνσιομέτρου και η δοκός αφήνεται ελεύθερη να κινηθεί. 11. Όταν η ένδειξη σταθεροποιηθεί, καταγράφεται και στη συνέχεια τοποθετούνται σταδιακά τα υπόλοιπα φορτία σε αύξουσα σειρά με ταυτόχρονη καταγραφή των ενδείξεων του μηκυνσιομέτρου. 12. Αφού τοποθετηθεί το μέγιστο νεκρό φορτίο σταδιακά πραγματοποιείται αποφόρτιση, με αφαίρεση των φορτίων με την αντίστροφη σειρά και ταυτόχρονη καταγραφή των ενδείξεων. 13. Δεν αφαιρείται το πρώτο φορτίο που τοποθετήθηκε, ώστε η κατακόρυφη μετατόπιση να έχει συνέχεια. 14. Η διαδικασία φόρτισης-αποφόρτισης επαναλαμβάνεται αρκετές φορές για μεγαλύτερη ακρίβεια. Με αυτόν τον τρόπο προσδιορίζεται η σχέση μεταξύ καθίζησης / κατακόρυφου φορτίου, η οποία λαμβάνεται υπόψη αργότερα στους υπολογισμούς και η εξίσωση που την εκφράζει. Στην πρώτη δοκιμή συμπιεστότητας που πραγματοποιήθηκε έγινε ένας μόνο κύκλος φόρτισης και τα στοιχεία που προέκυψαν δίνονται στον Πίνακα 3.3 και στο Σχήμα 3.7. Στην δεύτερη δοκιμή συμπιεστότητας πραγματοποιήθηκε ένας κύκλος φόρτισηςαποφόρτισης για ξηρούς πορώδεις δίσκους και τα στοιχεία που προέκυψαν δίνονται στον Πίνακα 3.4 και η καμπύλη συμπίεσης / τάσης που προέκυψε δίνεται στο Σχήμα 3.8. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε μια επιπλέον δοκιμή συμπιεστότητας για κορεσμένους πορόλιθους με τρείς κύκλους φόρτισης-αποφόρτισης που προέκυψαν δίνονται στον Πίνακα 3.5 και η καμπύλη συμπίεσης / τάσης που προέκυψε δίνεται στο Σχήμα 3.9. Η τελευταία δοκιμή βαθμονόμησης για κορεσμένους πορώδεις λίθους είναι εκείνη που περιγράφει την συμπιεστότητα του συστήματος με τον ακριβέστερο τρόπο. Ο πρώτος κύκλος φόρτισης αντιστοιχεί στην καθίζηση των στοιχείων της συσκευής κατά τη διαδικασία της δοκιμής, αφού σε κάθε δοκιμή κατά την επιβολή κατακόρυφου φορτίου δεν αφαιρούνται νεκρά φορτία. Έτσι, η σχέση μεταξύ τάσης σ' ν και κατακόρυφης μετακίνησης περιγράφεται από μία πολυωνυμική εξίσωση 6 ου βαθμού για τάσεις έως 700 kpa. Δηλαδή: (3.3) 36

με R 2 = 0,9980 όπου y: συμπιεστότητα συστήματος (mm) x: κατακόρυφη τάση σ' ν (kpa) Η εξίσωση αυτή έχει απόκλιση σε μεγάλες κατακόρυφες τάσεις σ' ν >700 kpa οι οποίες όμως δεν εξετάζονται στα πειράματα. Προσδιορισμός διαστάσεων δοκιμίου Στην περίπτωση δοκιμίων άμμου, ο προσδιορισμός των διαστάσεων του δοκιμίου γίνεται μέσω των διαστάσεων του κιβωτίου που το περιέχει. Αφού βεβαιωθεί ότι όλα τα περιεχόμενα στοιχεία της συσκευής είναι καθαρά, γίνεται μέτρηση των παρακάτω διαστάσεων: 1. μήκος ανοίγματος διατομής (που αντιστοιχεί στη διάμετρο δοκιμίου) 2. ύψος των δύο πορωδών δίσκων και των δύο φίλτρων 3. ύψος της μεταλλικής βάσης 4. ύψος του μεταλλικού καπακιού 5. όλων των στοιχείων των οδοντωτών μεταλλικών πλακών, ώστε να προσδιοριστεί το μέσο ύψος τους t 2 (αριθμός προεξοχών n, πλάτος q προεξοχών, καθαρό ύψος μεταλλικής πλάκας ρ, καθαρό ύψος προεξοχών r) όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.10. Έτσι, ορίζονται τα ακόλουθα μεγέθη: Ολικό πάχος πλάκας ρ + τ = κ α θ αρ ό ύ ψ ο ς μετ αλλ ι κχ\ πλ άκ α ς + κ α θ αρ ό ύ ψ ο ς πρ ο ε ξ οχών (3.4) Μέσο ύψος πλάκας <2=Ρ+ η^ (3.5) Αφαιρούμενο ύψος (Α.Υ) μ ετ αλλ ι κ ό κ απ άκ ι (3.6) Από τις μετρήσεις προκύπτουν οι ακόλουθες διαστάσεις των στοιχείων που δίνονται στον Πίνακα 3.6. Πρέπει να σημειωθεί ότι κατά τη διάρκεια των δοκιμών ένας από τους δύο πορώδεις δίσκους θρυμματίστηκε και χρησιμοποιήθηκε διαφορετικός το ύψος του οποίου 37

μετρήθηκε εκ νέου σε 11,98 mm και το νέο αφαιρούμενο ύψος που προέκυψε ήταν 29,91 mm. Τα μεγέθη αυτά θα χρησιμοποιηθούν στην συνέχεια στους υπολογισμούς του καθαρού ύψους δοκιμίου Η (mm) και της ορθής τάσης σ' ν (kpa). 3.1.3 Μετρητικό και καταγραφικό σύστημα - Σύστημα λειτουργίας της συσκευής Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως για την μέτρηση της κατακόρυφης μετακίνησης της άνω πλάκας φόρτισης του δοκιμίου και της οριζόντιας μετακίνησης του κιβωτίου διάτμησης χρησιμοποιήθηκαν ψηφιακά μηκυνσιόμετρα, ενώ η μέτρηση της διατμητικής δύναμης έγινε με δυναμοκυψέλη. Η καταγραφή των παραπάνω μετρήσεων έγινε με ειδικό καταγραφικό όργανο, το MPX3000 της VJTech. Το MPX3000 κατόπιν σύνδεσής του με τον ηλεκτρονικό υπολογιστή (PC) παρέχει τη δυνατότητα συνεχούς καταγραφής με το χρόνο έως 32 αναλογικών καναλιών και επιπλέον 32 ψηφιακών ή/και αναλογικών καναλιών. Οι μετρήσεις καταγράφονται στο καταγραφικό και στη συνέχεια μεταφέρονται στο συνδεδεμένο υπολογιστή με τη βοήθεια ειδικού λογισμικού του Clisp Studio της VJTech. Η επεξεργασία των μετρήσεων γίνεται από τον χρήστη με τη βοήθεια ειδικών προγραμμάτων λογισμικού επεξεργασίας τύπου Excel. Το πρόγραμμα Clisp Studio δίνει τη δυνατότητα πέραν της καταγραφής των μετρήσεων σε συνεργασία με το MPX3000 και τον πλήρη έλεγχο της συσκευής. Η σύνδεση μεταξύ της συσκευής του υπολογιστή και του καταγραφικού γίνεται με το σχηματικό διάγραμμα του Σχήματος 3.11, όπου παρουσιάζονται όμως μόνο τα κανάλια που εισήχθηκαν για τις ανάγκες των δοκιμών στη συσκευής άμεσης διάτμησης. Η εισαγωγή του καταγραφικού και της συσκευής άμεσης διάτμησης στο πρόγραμμα Clisp Studio χρειάζεται να γίνει μια φορά (την πρώτη φορά που συνδέονται), με τη διαδικασία που περιγράφεται και παρουσιάζεται σχηματικά παρακάτω. Αρχικά, εισάγεται το καταγραφικό μηχάνημα MPX3000 όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.12. Με την εισαγωγή του καταγραφικού έχουμε τη δυνατότητα επιλογής οποιοδήποτε καναλιού και επεξεργασίας των αντίστοιχων παραμέτρων του μέσω της επιλογής input. Το καταγραφικό συνδέεται με τον Η/Υ στη σειριακή θύρα με χαρακτηριστικά COM6. Για τις ανάγκες της δοκιμής άμεσης διάτμησης χρειάζονται τρία κανάλια CH1, CH33, CH34 για την καταγραφή των ενδείξεων της δυναμοκυψέλης, του κατακόρυφου και οριζόντιου, Σχήμα 3.13). Στη συνέχεια, πραγματοποιείται εισαγωγή της συσκευής άμεσης διάτμησης στον Η/Υ SHEAR BOX (Shear/Triaxal Frame with Speed Control) όπως παρουσιάζεται στο Σχήμα 3.14. H συσκευή συνδέεται στη σειριακή θύρα με χαρακτηριστικά COM5. Με την εισαγωγή του καταγραφικού και της συσκευής έχουμε τα αντίστοιχα παράθυρα του Σχήματος 3.15. 38

Είναι απαραίτητο να ελεγχθεί εάν οι ενδείξεις των αισθητήρων μήκους και της δυναμοκυψέλης συμφωνούν με τις αντίστοιχες ενδείξεις της οθόνης του καταγραφικού MPX3000 καθώς και του προγράμματος Clisp Studio. Η διαδικασία αυτή αφορά στον κάθε υπολογιστή που είναι συνδεδεμένο το πρόγραμμα και σχετίζονται με την γλώσσα και το γεωγραφικό προσδιορισμό (Region and Language). Για να λειτουργήσει το πρόγραμμα σωστά χρειάζεται να είναι ρυθμισμένο σε μετρικό σύστημα του Ηνωμένου Βασιλείου. Σε κάθε δοκιμή που πραγματοποιείται η διαδικασία είναι η όμοια: 1. εισαγωγή του Test Explorer 2. δημιουργία νέου τεστ (New Client), 3. εισαγωγή ονομασίας του έργου (New Jobfile) και των στοιχείων της γεώτρησης από την οποία προήλθε το δείγμα (New Borehole). 4. εισαγωγή ονομασίας του δείγματος (New Sample) 5. επιλογή και ονομασία της δοκιμής που θα πραγματοποιηθεί (Create New Test, User Defined Tests, cshost,csshear Test). Για τη δοκιμή άμεσης διάτμησης δημιουργούνται δύο δοκιμές, μια δοκιμή στερεοποίησης και μια διάτμησης που αποτελούν τα στάδιά της, οπότε δίνονται και τα αντίστοιχα ονόματα δοκιμών (Consolidation, Shearing). Για κάθε ξεχωριστή δοκιμή ακολουθούν τα επόμενα βήματα: Στερεοποίηση-Consolidation Με την εντολή Assistant ορίζονται τα χαρακτηριστικά καταγραφής και αποθήκευσης των δεδομένων, Σχήμα 3.16. Στο αριστερό μέρος της οθόνης επιλέγεται κάθε κανάλι που χρειάζεται για τη δοκιμή και μεταφέρεται δεξιά για την καταγραφή. Εδώ π.χ. επιλέγεται το κανάλι CH33. Η εντολή Trigger ορίζει την καθυστέρηση μεταξύ της εντολής Run και της έναρξης της καταγραφής του αισθητήρα. Εδώ επιλέγεται καθυστέρηση 5 δευτερολέπτων, χρόνος επαρκής για την ενεργοποίηση της εντολής Run και την τοποθέτηση του κατακόρυφου φορτίου στο δοκίμιο. Με την επιλογή Storage ορίζεται η συχνότητα λήψης δεδομένων η οποία εδώ έχει δοθεί η μεγαλύτερη συχνότητα που είναι ανά 1 δευτερόλεπτο. Στην επιλογή Stop Conditions δίνεται το τέλος της καταγραφής. Στη φάση της στερεοποίησης η επιλογή παύσης της δοκιμής γίνεται βάσει της εξέλιξης του πειράματος, οπότε δε συμπληρώνεται κανένα πεδίο στο παράθυρο. Στη συνέχεια, μέσω της εντολής View επιλέγονται το κανάλι CH33 που θα καταγράφει τα δεδομένα της δοκιμής, ενώ σε κάθε δοκιμή γίνεται επιλογή των γραφημάτων των δεδομένων των καταγραφών. Για το Consolidation Test παρουσιάζεται η κατακόρυφη μετατόπιση ως προς τον χρόνο (CH33, Elapsed Time). Μια τυπική καταγραφή από τη φάση της στερεοποίησης φαίνεται στο Σχήμα 3.17. 39

Η έναρξη της καταγραφής γίνεται από την εντολή Control>Run, η οποία όμως θα ξεκινήσει μετά από 5 δευτερόλεπτα, όπως ορίσθηκε παραπάνω. Όταν εκτιμηθεί ότι η διαδικασία της στερεοποίησης δοκιμίου ολοκληρώθηκε η καταγραφή των δεδομένων σταματά μέσω της εντολής Control>Stop, ενώ η εντολή Export>Export to Excel αναφέρεται στην αποθήκευση των δεδομένων σε φύλλο Excel, Σχήμα 3.18, με όνομα αρχείου Consolidation. Διάτμηση-Shearing Με την ολοκλήρωση της στερεοποίησης γίνεται άνοιγμα της δοκιμής που δημιουργήθηκε προηγουμένως και έχει ονομαστεί Shearing. Επιλέγονται τα κανάλιααισθητήρες που χρησιμοποιούνται σε αυτό το τεστ τα οποία είναι τρία, το CH1 που είναι η δυναμοκυψέλη για τη μέτρηση της διατμητικής δύναμης, το CH33 και το CH34 που είναι αισθητήρες μήκους για τη μεταβολή του ύψους του δοκιμίου και την επιβαλλόμενη οριζόντια μετατόπιση. Όμοια με τη διαδικασία στη δοκιμή στερεοποίησης καθορίζονται οι συνθήκες της καταγραφής. Επιλέγουμε καθυστέρηση μεταξύ της εντολής Run και της έναρξης της καταγραφής ίση με 5 δευτερολέπτων (επιλογή Trigger), η οποία αναφέρεται στο χρόνο μεταξύ της έναρξης του τεστ και τη χρονική στιγμή που ξεκινά η οριζόντια μετακίνηση του κάτω τμήματος του δοκιμίου. Η συχνότητα καταγραφής είναι 1 δευτερόλεπτο (Storage), ενώ οι καταγραφές θα ολοκληρωθούν σύμφωνα με εκτίμηση του υπεύθυνου δοκιμής (Stop Conditions). Στο συγκεκριμένο στάδιο της δοκιμής χρειάζεται να προβάλλουμε τη συσκευή της άμεσης διάτμησης SHEARBOX, η εισαγωγή της οποίας έχει πραγματοποιηθεί κατά την εγκατάσταση του καταγραφικού και της συσκευής, Σχήμα 3.15.β. Στη συνέχεια, δίνεται η ταχύτητα διάτμησης που υπολογίζεται από τον υπεύθυνο δοκιμής. Όμοια με τη διαδικασία της στερεοποίησης ο χρήστης επιλέγει την προβολή των καναλιών που χρησιμοποιούνται στη δοκιμή (View) και των γραφημάτων που θα παρουσιάζονται (Graphs). Εδώ τα γραφήματα θα είναι δύο: η ένδειξη δυναμοκυψέλης ως προς την οριζόντια μετατόπισης (CH1, CH34) και η κατακόρυφη μετατόπισης ως προς την οριζόντια (CH33, CH34) και μια τυπική φωτογραφία δίνεται στο Σχήμα 3.19. Στη συνέχεια, πραγματοποιείται εκκίνηση της καταγραφής της διάτμησης με την εντολή Control>Run και μετά από 5 δευτερόλεπτα επιλέγεται η εντολή Forward στο παράθυρο της συσκευής άμεσης διάτμησης που δόθηκε προηγουμένως η ταχύτητα. Για τη διακοπή των καταγραφών επιλέγεται η εντολή Control>Stop και η εντολή Export>Export to Excel αναφέρεται στην αποθήκευση των δεδομένων σε φύλλο Excel, Σχήμα 3.20, με όνομα αρχείου Shearing. Μετά από κάθε διάτμηση το κιβώτιο πρέπει να επιστρέψει στην αρχική του θέση με την εντολή Reverse στο παράθυρο της συσκευής SHEARBOX με την ίδια ή μεγαλύτερη ταχύτητα. 40

3.1.4 Προετοιμασία δοκιμίων Στο πλαίσιο της παρούσας διπλωματικής εργασία πραγματοποιήθηκαν δοκιμές σε δοκίμια καθαρής άμμου και ιλυώδους άμμου. Η μέθοδος διαμόρφωσης δοκιμίων που χρησιμοποιήθηκε ήταν αυτή της υγρής υποσυμπύκνωσης (R. S. Ladd, 1978) ή διαφορετικά Undercompaction. Η μέθοδος θεωρείται κατάλληλη για τη διαμόρφωση ομοιόμορφων δοκιμίων άμμου με λεπτόκοκκα. Οι άλλες μέθοδοι που προσομοιώνουν καλύτερα τη διαδικασία εναπόθεσης του εδάφους στο πεδίο, όπως αυτή της εναπόθεσης στον αέρα ή στο νερό (air/water pluviation) οδηγεί στη δημιουργία δοκιμίων με στρωματοποιημένη δομή, δηλαδή εναλλαγές στρώσεων άμμου και λεπτοκόκκων και κρίνονται ακατάλληλες. Η μέθοδος της υγρής υποσυμπύκνωσης έχει μεγάλη επαναληψιμότητα, δημιουργεί δοκίμια με ομοιόμορφη δομή, έχει εφαρμογή στα περισσότερα αμμώδη εδάφη και επιτρέπει τη δημιουργία δοκιμίων σε μεγάλο εύρος πυκνοτήτων από πολύ χαλαρή έως πολύ πυκνή κατάσταση. Η συμπύκνωση επιτυγχάνεται εφαρμόζοντας τάση σε στρώσεις υλικού, ξεκινώντας από τη βάση και καταλήγοντας στην κορυφή του δοκιμίου. Οι στρώσεις αποτελούνται από ισοβαρείς ποσότητες της άμμου του δοκιμίου αναμεμιγμένες με αποσταγμένο νερό, ώστε το δείγμα να αποκτήσει την κατάλληλη υγρασία. Στα δοκίμια άμμου, το δείγμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα, ενώ στα δείγματα ιλυωδών άμμων τα δείγματα πρέπει να παραμείνουν εντός θαλάμου για τουλάχιστον 3 ώρες. Η συμπύκνωση κάθε στρώσης γίνεται με χρήση της ξύλινης σφύρας συμπύκνωσης της συσκευής άμεσης διάτμησης. Η συμπύκνωση για δεδομένα εδάφη καθορίζεται τόσο από την υγρασία του δείγματος όσο και από τον αριθμό των κτύπων κατά τη συμπύκνωση. Επειδή κατά τη συμπύκνωση υπάρχει κίνδυνος μεγαλύτερης συμπύκνωσης των κατώτερων στρώσεων συγκριτικά με τις επιφανειακές, στην εκτέλεση της μεθόδου προτείνεται η αύξηση του αριθμού των κτύπων με το ύψος του δοκιμίου. Στα πλαίσια αυτής της εργασίας χρησιμοποιήθηκαν οι παρακάτω συνδυασμοί κτύπων και υγρασίας για τη διαμόρφωση χαλαρών, μέσης πυκνότητας και πυκνών δοκιμίων, όπως παρουσιάζονται στον Πίνακα 3.7. 3.1.5 Διαδικασία δοκιμών Οι δοκιμές άμεσης διάτμησης της παρούσας διπλωματικής εργασίας πραγματοποιήθηκαν σύμφωνα με τη διαδικασία όπως αυτή περιγράφεται στους αμερικάνικους κανονισμούς ASTM D3080-98, τους βρετανικούς BS 1377:Part 7:1990 και από τον K.H Head (Manual of Soil Laboratory Testing, Volume 2, 2 n Edition). Στον Πίνακα 3.8 παρουσιάζονται συγκεντρωτικά όσα προβλέπονται από τους παραπάνω κανονισμούς. 41

Αφού το δοκίμιο προετοιμαστεί ανάλογα με την επιθυμητή πυκνότητα όπως περιγράφηκε στην ενότητα 3.1.4, βεβαιωθεί ότι διατίθεται ο εξοπλισμός της συσκευής διάτμηση και ότι περιβάλλον είναι καθαρό, μπορεί να ξεκινήσει η δοκιμή άμεσης διάτμησης ακολουθώντας τα εξής βήματα: 1. Έλεγχος της ορθής θέσης του κιβωτίου με την εντολή Reverse του προγράμματος του καταγραφικού. 2. Τοποθέτηση στον πάγκο εργασίας του μεταλλικού κιβωτίου διάτμησης, των στοιχείων από τα οποία αποτελείται, της ξύλινης σφύρας συμπύκνωσης, ενός πινέλου για τον καθαρισμό του και λαδιού, Σχήμα 3.21. 3. Σε έναν υποδοχέα τοποθετούνται οι δύο πορώδεις λίθοι με νερό και τους βράζουν, ώστε να απομακρυνθεί ο αέρας από τους πόρους τους. 4. Παράλληλα, τοποθετείται λάδι στην επιφάνεια μεταξύ των δύο μισών του κιβωτίου διάτμησης αλλά και εσωτερικά της κυκλικής διατομής, ώστε να μειωθεί η τριβή μεταξύ του εδάφους και του κιβωτίου διάτμησης, Σχήμα 3.22. 5. Ζυγίζεται η μάζα από το κιβώτιο, τους πορώδεις δίσκους, τα φίλτρα, τις μεταλλικές οδοντωτές πλάκες και το καπάκι (μάζα κιβωτίου). 6. Βιδώνονται οι κοχλίες ανύψωσης του κιβωτίου τόσο ώστε να μην προεξέχουν από το άνω μισό τμήμα του, έπειτα ενώνουμε τα δύο μισά τμήματα με τους κοχλίες ένωσης και τοποθετείται η μεταλλική βάση, Σχήμα 3.23. 7. Τοποθετείται ο πορώδης δίσκος, το φίλτρο και η πλάκα με την οδοντωτή επιφάνεια να είναι κάθετη στην διεύθυνση διάτμησης, Σχήμα 3.24. 8. Πραγματοποιείται μέτρηση της μάζας της μεταλλικής πλάκας, του φίλτρου, του πορώδους δίσκου και του καπακιού που βρίσκονται σε επαφή με το πάνω μέρος του δοκιμίου, ώστε να συνυπολογιστεί στο φορτίο στερεοποίησης (ΙΉκαπάκι+πορώδης+φίλτρο+πλάκα ). 9. Το δείγμα διαχωρίζεται σε δέκα περίπου στρώσεις των 20 g, Σχήμα 3.25.α και συμπυκνώνεται ανάλογα την πυκνότητα που επιθυμείται να επιτευχθεί σύμφωνα με τον Πίνακα 3.7, Σχήμα 3.25. Τέλος, τοποθετείται το μεταλλικό καπάκι όπου ελέγχεται αν είναι οριζόντιο. Σε περίπτωση που δεν είναι, συμπληρώνεται λίγο υλικό και οριζοντιώνεται. 10. Με το παχύμετρο πραγματοποιείται μέτρηση του ύψους του δοκιμίου μαζί με το μεταλλικό καπάκι, τις μεταλλικές πλάκες, τους πορώδεις δίσκους και τα φίλτρα, Σχήμα 3.26. Το μέγεθος αυτό ορίζεται ως μετρηθέν ύψος (Μ.Υ). 11. Πραγματοποιείται μέτρηση της μάζας του κιβωτίου και με το υγρό δείγμα (μάζα κιβωτίου+υγρό δοκίμιο). 12. Το κιβώτιο διάτμησης μεταφέρεται προσεκτικά στη συσκευή και μέσω κοχλιών 1, 2, 3 του Σχήματος 3.27 ρυθμίζεται η θέση του, ώστε να είναι τοποθετημένο καλά στη βάση του. Όμοια, ρυθμίζεται και ο βραχίονας της δυναμοκυψέλης με τους κοχλίες 4, 5, 6 του ίδιου σχήματος. 13. Ένας από του μεταλλικούς υποδοχείς με το δείγμα που δεν χρησιμοποιήθηκε τοποθετείται στο φούρνο, ώστε να προσδιοριστεί το ποσοστό υγρασίας που περιέχει. 14. Υπολογισμός των φορτίων στερεοποίησης 42

Αρχικά, υπολογίζεται η μάζα που χρειάζεται να τοποθετηθεί στο βραχίονα της συσκευής, ώστε να επιβληθεί η απαιτούμενη τάση στερεοποίησης. Είναι απαραίτητο να τονιστεί, ότι λαμβάνεται υπόψη -όπως αναφέρθηκε η μάζα από το καπάκι, τον πορώδη δίσκο, το φίλτρο και τη οδοντωτή πλάκα στα φορτία που συμβάλλουν στη στερεοποίηση (ηΐκαπάκι+πορώδης+φίλτρο+πλάκα) και ο λόγος φορτίου / μοχλού οποίος στη συγκεκριμένη συσκευή είναι 1: 10. Επομένως, η απαιτούμενη μάζα σε kg υπολογίζεται από την εξίσωση: όπου: σ ν : τάση στερεοποίησης (kpa) Α: εμβαδό της διατομής του δοκιμίου που δίνεται από τον τύπο Α = (m ) πίκαπάκι+πορώδης+φίλτρο+πλάκα: η μάζα από το καπάκι, τον πορώδη δίσκο, το φίλτρο και τη οδοντωτή πλάκα (kg) g: η επιτάχυνση της βαρύτητας 9,81 m/s 2 Έπειτα επιλέγεται το φορτίο που έχει μάζα πιο κοντινή στη mo που υπολογίστηκε και υπολογίζουμε την τάση στερεοποίησης που θα ασκηθεί τελικά. Στον Πίνακα 3.9 παρουσιάζονται τα φορτία που χρησιμοποιήθηκαν για τις διάφορες τάσεις στερεοποίησης που επιβλήθηκαν στις δοκιμές άμεσης διάτμησης. 15. Πραγματοποιείται οριζοντίωση του βραχίονα οπτικά, ώστε να μην ασκείται ακόμα η κατακόρυφη τάση στο δοκίμιο όταν τοποθετηθεί το φορτίο και σταθεροποιείται η θέση του με τη βοήθεια του κοχλία, Σχήμα 3.28. 16. Το μεταλλικό στέλεχος επιβολής του κατακόρυφου φορτίου κεντράρεται και ρυθμίζοντας τον κοχλία ώστε η βίδα να έρχεται σε επαφή με το καπάκι του δοκιμίου, χωρίς όμως να ασκεί πίεση στο δοκίμιο. Έπειτα, τοποθετείται το μηκυνσιόμετρο που μετρά την κατακόρυφη μετατόπιση, ώστε να βρίσκεται στο κέντρο της κεφαλής της βίδας και πραγματοποιείται ανάγνωση της αρχικής ένδειξης, Σχήμα 3.29. 17. Τοποθετούνται στη μεταλλική ράβδο τα φορτία που έχουν υπολογιστεί στο βήμα 14 και η στερεοποίηση - το πρώτο μέρος της δοκιμής - είναι έτοιμο να ξεκινήσει. 18. Στερεοποίηση δοκιμίου Από τον υπολογιστή ανοίγουμε το λειτουργικό πρόγραμμα Clisp Studio του καταγραφικού. Γίνεται εισαγωγή της δοκιμής Consolidation Test που έχει ήδη δημιουργηθεί και ορίζονται τα δεδομένα καταγραφής. Η διαδικασία περιγράφηκε στην ενότητα 3.1.3. Το φορτίο εφαρμόζεται στο δοκίμιο ξεβιδώνοντας τον κοχλία 43

που συγκρατεί το σύστημα σε ισορροπία με τρόπο όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.30, 5 δευτερόλεπτα αφού επιλέχθηκε η εντολή Run. Καθ'όλη την διάρκεια της στερεοποίησης πραγματοποιείται οπτική παρακολούθηση της διαδικασίας μέσω της γραφικής απεικόνισης χρόνου - καθίζησης. Όταν από την γραφική παράσταση γίνεται αντιληπτή η ολοκλήρωση της στερεοποίησης, δηλαδή δεν παρουσιάζεται μεταβολή του ύψους του δοκιμίου, η καταγραφή δεδομένων σταματάει. Πραγματοποιείται εξαγωγή και αποθήκευση των δεδομένων σε φύλλο excel. Μετά το τέλος της στερεοποίησης του δοκιμίου σχεδιάζεται η καμπύλη καθίζησης / τετραγωνικής ρίζας του χρόνου, η οποία θα έχει μορφή όπως αυτή του Σχήματος 3.31. Στη συνέχεια, σχεδιάζεται η εφαπτομένη στο αρχικό τμήμα της καμπύλης και προεκτείνεται μέχρι να τμηθεί με την οριζόντια γραμμή που αντιστοιχεί στο 100 % της στερεοποίησης (στα αμμώδη εδάφη η στερεοποίηση ολοκληρώνεται πολύ γρήγορα και το ^t-^οο είναι μόλις κάποια δευτερόλεπτα). Το σημείο τομής ορίζεται ως 4t! ο ο και δίνει την τιμή t± οο (min) όπως περιέγραψαν οι Bishop και Henkel (1962), ενώ η εκτίμηση του χρόνου αστοχίας tf συνδέεται με το σημείο από την εμπειρική εξίσωση των Gibson και Henkel (1954): t f = 12,7 Χ t 1 ο ο (min) (3.8) όπου : ο χρόνος αστοχίας σε min : ο χρόνος ολοκλήρωσης της στερεοποίησης σε min. 19. Διάτμηση δοκιμίου Η οριζόντια μετατόπισης df στη στιγμή της αστοχίας κατά τη δοκιμή διαφέρει αναλόγως τον τύπο του εδάφους. Σε αυτό το στάδιο γίνεται μια εκτίμηση της οριζόντιας μετατόπισης του δοκιμίου τη στιγμή της αστοχίας σύμφωνα με τον Πίνακα 3.10. Επομένως, ο ρυθμός μετατόπισης σε mm/min υπολογίζεται από την εξίσωση: τ a t e=j- f (3.9) όπου : οριζόντια μετατόπισης στη στιγμή της αστοχίας σε mm : ο χρόνος αστοχίας σε min. Πριν την έναρξη της διάτμησης αφαιρούνται οι κόκκινοι κοχλίες και τα δύο τμήματα είναι έτοιμα να ολισθήσουν το ένα στο άλλο. Παράλληλα, οι δύο κοχλίες ανύψωσης στρέφονται κατά 180, ώστε να μειωθεί η τριβή μεταξύ των τμημάτων της συσκευής. Γίνεται εισαγωγή της δοκιμής Shearing Test που έχει ήδη δημιουργηθεί και ορίζονται τα δεδομένα καταγραφής. Η διαδικασία περιγράφεται στην ενότητα 3.1.3. Γίνεται 44

παράλληλα εισαγωγή της συσκευής άμεσης διάτμησης και ορίζεται ο ρυθμός παραμόρφωσης όπως υπολογίστηκε με την εξίσωση 3.9. Δίνεται εντολή έναρξης της καταγραφής (Run) και μετά 5 δευτερόλεπτα επιβάλλεται η οριζόντια μετατόπιση με την εντολή Forward. Καθ'όλη την διάρκεια της διάτμησης γίνεται οπτική παρακολούθηση της διαδικασίας μέσω γραφικής απεικόνισης οριζόντιας μετατόπισης-φορτίου δυναμοκυψέλης και οριζόντιας-κατακόρυφης μετατόπισης. Όταν από την γραφική παράσταση γίνεται αντιληπτό ότι στο δοκίμιο έχει αρχικά αποκτήσει την μέγιστη διατμητική αντοχή και δεν παρατηρείται μεταβολή όγκου, η καταγραφή δεδομένων διακόπτεται και γίνεται εξαγωγή και αποθήκευση των δεδομένων σε φύλλο excel. 20. Το κιβώτιο διάτμησης επιστρέφει στην αρχική του θέση μέσω της εντολής Reverse. 21. Τα νεκρά φορτία αφαιρούνται προσεκτικά από τη συσκευή. 22. Αφαίρεση κιβωτίου διάτμησης Το μηκυνσιόμετρο μέτρησης κατακόρυφης μετατόπισης απομακρύνεται με προσοχή από το κέντρο της κεφαλής της βίδας. Το μεταλλικό πλαίσιο μέσω του οποίου επιβάλλεται το κατακόρυφο φορτίου απομακρύνεται από το δοκίμιο, οι κοχλίες που ρυθμίζουν τη θέση του κιβωτίου χαλαρώνονται, το κιβώτιο διάτμησης αφαιρείται από την συσκευή και τοποθετείται στον πάγκο εργασία. 23. Αφαίρεση δοκιμίου Τα δύο τμήματα του κιβωτίου αφαιρούνται και η επιφάνεια διάτμησης γίνεται εμφανής, Σχήμα 3.32. Γίνεται έλεγχος εισχώρησης των πλακών στο άνω τμήμα του δοκιμίου. Το κιβώτιο διαβρέχεται με νερό ώστε να αφαιρεθεί το δοκίμιο και το εδαφικό υλικό τοποθετείται σε υποδοχέα γνωστής μάζας. Ο υποδοχέας τοποθετείται στο φούρνο (105 C) και το δείγμα ξηραίνεται. 24. Το κιβώτιο διάτμησης είναι έτοιμο να χρησιμοποιηθεί στην επόμενη δοκιμή. Παρακάτω δίνεται το έντυπο δοκιμής όπου περιγράφονται τα μεγέθη που μετρώνται στη διάρκεια της δοκιμής, καθώς επίσης και τα βήματα της δοκιμής συνοπτικά. 45

3.1.6 Υπολογισμός και ανάλυση των αποτελεσμάτων των δοκιμών Οι υπολογισμοί και η ανάλυση των αποτελεσμάτων γίνονται όπως περιγράφονται στους αμερικάνικους κανονισμούς ASTM D3080-98, τους βρετανικούς BS 1377:Part 7:1990 και από τον K.H Head (Manual of Soil Laboratory Testing, Volume 2, 2 n Edition). Σκοπός της δοκιμής είναι να προσδιοριστεί η καμπύλη διατμητικής τάσης / οριζόντιας μετατόπισης, η κατακόρυφη παραμόρφωση και η μεταβολή του δείκτη πόρων ως προς την οριζόντια μετατόπιση. Αφού πραγματοποιηθεί ένα σετ δοκιμών σε δοκίμια όμοιας πυκνότητας με τέσσερις τάσεις στερεοποίησης σν, είναι δυνατό να σχεδιαστεί η περιβάλλουσα Coulomb για την μέγιστη διατμητική τάση τ^τ^ και την διατμητική τάση στην κρίσιμη κατάσταση τ*. Έτσι, θα προσδιοριστεί η εσωτερική γωνία τριβής του εδάφους στις καταστάσεις αυτές. Επομένως, για τις ανάγκες της δοκιμής όπως περιγράφηκαν παραπάνω δημιουργήθηκε ένα φύλλο Excel που λαμβάνει ως δεδομένα τις μετρήσεις που γίνονται στο δοκίμιο πριν της δοκιμής άμεσης διάτμησης και τις καταγραφές κατά τη διάρκεια της δοκιμής και προσδιορίζει τις παραμέτρους διατμητικής αντοχής του εδάφους. Οι υπολογισμοί για καθένα από τα τέσσερα δοκίμια όμοιας πυκνότητας χωρίζονται στις εξής κατηγορίες: 1. Δεδομένα εδαφικού δείγματος - περιέχουν πληροφορίες για το δείγμα (ονομασία έργου και γεώτρησης, βάθος, περιγραφή εδάφους, αριθμός δείγματος, προετοιμασία δοκιμίου, ονομαστική διάμετρο μεγαλύτερου εδαφικού κόκκου, e max,e min,g s ) όπως παρουσιάζονται στον Πίνακα 3.11. 2. Δεδομένα Δοκιμίου - δέχεται πληροφορίες και επεξεργάζεται τα δεδομένα για το δοκίμιο (αρχική υγρασία δοκιμίου, ύψος δοκιμίου, μάζα δοκιμίου, όγκος στερεού σκελετού δοκιμίου, αρχικός δείκτης πόρων, σχετική πυκνότητα, ξηρή και φαινόμενη πυκνότητα) όπως παρουσιάζονται στους Πίνακες 8(α) και 8(β). 3. Δεδομένα Στερεοποίησης - περιέχει πληροφορίες σχετικές με τη διαδικασία της στερεοποίησης (τάση στερεοποίησης, συμπιεστότητα συστήματος, συνολική καθίζηση δοκιμίου, δείκτης πόρων στερεοποίησης, σχετική πυκνότητα, καταγραφές του αρχείου Consolidation από το πρόγραμμα Clisp Studio). Παρουσιάζονται ένα τυπικό δείγμα καταγραφών που εισάγεται στο πρόγραμμα ανάλυσης 4. Δεδομένα Διάτμησης - αναφέρεται σε πληροφορίες σχετικές με τη διάτμηση του δοκιμίου (αρχικές και τελικές ενδείξεις δυναμοκυψέλης, οριζόντιας και κατακόρυφου μηκυνσιομέτρου, ρυθμό διάτμησης, καταγραφές του αρχείου Shearing από το πρόγραμμα Clisp Studio), 50

ενώ οι υπολογισμοί που απαιτούνται για τον προσδιορισμό των παραμέτρων διατμητικής αντοχής: 1. Συγκεντρωτικά όλων - περιέχει πληροφορίες συγκεντρωτικά για τα τέσσερα δοκίμια που στερεοποιήθηκαν σε διαφορετικές τάσεις, προσδιορίζει την καμπύλη περιβάλλουσας και την γωνία εσωτερική τριβής. Τέλος, στο πρόγραμμα ανάλυσης έχει εισαχθεί μια καρτέλα που αναφέρεται στον έλεγχο του ρυθμού παραμόρφωσης που δόθηκε σε κάθε δοκιμή. Παρακάτω δίνεται ένα παράδειγμα ανάλυσης αποτελεσμάτων από μια τυχαία δοκιμή άμεσης διάτμησης που πραγματοποιήθηκε. (i) Στην καρτέλα των δεδομένων δοκιμίου παρουσιάζονται στον Πίνακα 3.12 οι ακόλουθοι υπολογισμοί: Αρτικό Δοκίμιο (Πίνακας 3.12α) 1. αρχική υγρασία του δείγματος 2. Υγρό δοκίμιο μ ^ : ^ χ 1 Q Q (3.10) μαζα ξηρού δείγματος M{g ) = Μάζα κί β ωτ [ ου+υγρ ό soκίμιο 3. Εκτίμηση ξηρού δοκιμίου από την αρχική υγρασία Μ άζα κ ί β ω τ [ ο υ ( 3. 1 1 ) Ξηρ ό δ ο κ ίμ ι o{ g ) = μ <+" νγ ( 3. 1 2 ) 4. Ύψος δοκιμίου- εξαρτάται αν γίνει χρήση των μεταλλικών οδοντωτών πλακών και στην περίπτωση που γίνει αν παρατηρηθεί εισχώρηση τους στις επιφάνειες του δοκιμίου (τα παρακάτω μεγέθη ορίστηκαν στην ενότητα 3.1.2, Σχήμα 3.10 που αναφέρεται στη μέτρηση διαστάσεων των στοιχείων που περιέχονται στο μεταλλικό κιβώτιο), 1. Μη χρήση πλακών Η 0 (πιπϊ) =Μ.Υ Αφαιρούμενο ύψος (3.13) 2. Χρήση πλακών i. Εισχώρηση μόνο στην μία Η 0 (πιπί) = Μ.Υ Α φ αιρ ούμεν ο ύ ψ ο ς (ρ + r) t 2 (3.14) ii. Εισχώρηση δύο πλακών Η 0 (πιπί) = Μ.Υ Α φ α ιρ ού μ εν ο ύ ψ ο ς 2 t 2 (3.15) iii. Εισχώρηση καμίας πλάκας Η 0 = Μ.Υ Α φ α ιρ ού μ εν ο ύ ψ ο ς 2 (ρ +r) (3.16) 5. Εμβαδό διατομής (σταθερή τιμή για κάθε δοκιμή) Α 0 = ^ = 0,00 3164 π 2 (3.17) 6. Όγκος Δοκιμίου 51

7. Φαινόμενη Πυκνότητα 8. Όγκος Στερεού Σκελετού 9. Μάζα Ξηρού Δοκιμίου Ms (g) 10. Δείκτης πόρων V 0 (n 3 )= Α ^ (3.18) Υ Ν J 1000 ' Ν ρ (kg/π 3 ) = ( Μ / 1 0 0 0 )/V 0 (3.19) V(n 3 ) = GS'PW ( Jh!im (3.20) e = ^ (3.21) 11. Σχετική Πυκνότητα 12. Ξηρή Πυκνότητα Dr (%) = emax e 100 (3.22) e max e min ρ Λ Κ (Ι /π3)=?!ψ1 (3.23) Τελικό Δοκίμιο (Πίνακας 3.12) Στο τέλος της δοκιμής γίνεται έλεγχος εισχώρησης των πλακών στο δοκίμιο ώστε να ληφθεί υπόψη στον προσδιορισμό του τελικού ύψους. Β άθ ο ς ε ι σχώρ η ση ς κ άθ ε σχ άρ α ς (ππ) = (ρ + r) + t 2 (3.24) 1. Εισχώρηση δύο πλακών κατά τη στερεοποίηση Δ ι ό ρ θ ω ση ύ ψ ο υ ς (ππ) = 2 β άθ ο ς ε ι σχώρ η ση ς κ άθ ε σχ άρ α ς (3.25) 2. Εισχώρηση καμίας πλάκας κατά τη στερεοποίηση Δ ι ό ρ θ ω ση ύ ψ ο υ ς (ππ) = 0 (3.26) 3. Εισχώρηση μία πλάκας κατά τη στερεοποίηση Δ ι όρ θ ωση ύ ψ ο υ ς (ππ) = β άθ ο ς εισχώρη ση ς κ άθ ε σχάρ ας (3.27) Τέλος, αφού το δοκίμιο αφαιρεθεί από τη συσκευή και ξηρανθεί στο φούρνο γίνεται μέτρηση της μάζας του ξηρού δοκιμίου. Η μάζα αυτή αποτελεί τελικά και τη μάζα ξηρού δοκιμίου Ms (g). (ii) Στην καρτέλα της στερεοποίηση δοκιμίου παρουσιάζονται στον Πίνακα 3.13 οι ακόλουθοι υπολογισμοί: 1. Συνολικό φορτίο στο δοκίμιο (kg) Συνολικό φορτίο στο δοκίμιο = πι κ α π ά κ ί + π ο ρ ώ δ η ς δίσκος+φίλτρο+πλάκα +ητ Φ 10 (3.28) 2. Ορθή τάση σ ν (kpa) _ Συνολικό φορτίο στο δοκίμίθ-9,81 ν = Α 0 /1000 3. Τελική κατακόρυφη μετακίνηση ΔΗ (mm) 52 (. )

Δ Η = Τ ελι κχ\ έν δ ε ι ξη Α ρ χι κτ\ έν δ ε ι ξη (3.30) 4. Τελική συμπίεση συστήματος ΔΗ^ι (mm) Υπολογίζεται από την εξίσωση (3.3) της συμπιεστότητας του συστήματος της συσκευής όπως προσδιορίστηκε στην ενότητα 3.1.2. 5. Βάθος εισχώρησης πλάκας στο δοκίμιο κατά τη στερεοποίηση ΔΗ σ χ (mm) Προσδιορίζεται από τα δεδομένα τελικού δοκιμίου (Πίνακας 3.12) 6. Ολική κατακόρυφη μετακίνηση ΔΗ κ α θ (mm) Δ Η καθ =Δ Η Δ Η σνστ Δ Η σχ (3.31) 7. Ολικό Ύψος Δοκιμίου Η σ τ ε ρ (mm) Η στερ = Η 0 Δ Η κα θ ( 3. 3 2 ) 8. Ολική κατακόρυφη παραμόρφωση δοκιμίου, ε α (%) ε α = ^ κ α ΐ. 1 0 0 (3.33) 9. Δείκτης πόρων e Ho e = 1 0 5 (3.34) 10. Σχετική πυκνότητα D r (%) D r= emax e max _ ~ e -100 (3.35) e min Στον Πίνακα 3.14 παρουσιάζεται τμήμα των καταγραφών κατά τη στερεοποίηση του δοκιμίου. Η τελευταία σειρά του πίνακα δεν αποτελεί πραγματική καταγραφή της βύθισης, αλλά είναι η ένδειξη της κατακόρυφης μετατόπισης στην έναρξη της διάτμησης. Ο χρόνος έχει υπολογιστεί από τη χρονική διαφορά μεταξύ του τέλους της στερεοποίησης και έναρξης της διάτμησης. Τα διαγράμματα καθίζησης / χρόνου και καθίζησης / τετραγωνικής ρίζας χρόνου δίνονται στα Σχήμα 3.33 και 3.34 αντίστοιχα, ενώ στον Πίνακα 3.15 γίνεται ο υπολογισμός του ρυθμού διάτμησης. (iii) Στην καρτέλα της διάτμησης του δοκιμίου, παρουσιάζονται στον Πίνακα 3.16 οι καταγραφές κατά τη διάτμηση και στη συνέχεια πραγματοποιούνται οι ακόλουθοι υπολογισμοί: 1. Οριζόντια Δύναμη F(N) προκύπτει από την εξίσωση βαθμονόμησης της δυναμοκυψέλης F = 1,0313(Ένδειξη δυναμόκνψέλης αρχικχ\ ένδειξη δυναμοκυιρέλης) (3.35) 2. Διατμητική Τάση (kpa) 3. Μεταβολή ύψους δοκιμίου ΔΗ (mm) T = FJ i0r (3 36) αν ΔΗ κ ο αρχική ένδειξη μηκυνσιομέτρου κατακόρυφης μετακίνησης και ΔΗ κ ένδειξη μηκυνσιομέτρου κατακόρυφης μετακίνησης Δ Η = (Δ Ηκ Δ Ηκο) (3.37) 4. Ύψος δοκιμίου (mm) (3.38) 53

5. Κατακόρυφη παραμόρφωση ε κ (%) 6. Οριζόντια μετακίνησης ΔΗορ (mm) ε κ =-^ 10 0 (3.39) Η στ ε ρ 7. Δείκτης πόρων e (3.40) ΑρΗ e=i o^. (3.41) Στη συνέχεια, σχεδιάζεται η καμπύλη διατμητικής τάσης / οριζόντιας μετατόπισης και από το διάγραμμα προσδιορίζεται η μέγιστη διατμητική τάση και η κρίσιμη διατμητική τάση στην κρίσιμη κατάσταση τ όπου δεν υπάρχει μεταβολή του δείκτη πόρων καθώς και η οριζόντια μετακίνηση και ο δείκτης πόρων στις αντίστοιχες τάσεις, Σχήμα 3.35. (iv) Στην καρτέλα των συγκεντρωτικών αποτελεσμάτων όλων των δοκιμών προσδιορίζονται οι παράμετροι διατμητικής αντοχής. Στο Σχήμα 3.36 παρουσιάζονται οι καμπύλες διατμητικής τάσης / οριζόντιας μετατόπισης, κατακόρυφης παραμόρφωσης /οριζόντιας μετατόπισης, δείκτη πόρων/οριζόντιας μετατόπισης για το σύνολο των δοκιμών και στον Πίνακα 3.19 συγκεντρωτικά τα αποτελέσματα των τεσσάρων δοκιμίων. Στη συνέχεια σχεδιάζεται η περιβάλλουσα αστοχίας από την καμπύλη διατμητικής τάσης και σ ν και η περιβάλλουσα στην κρίσιμη κατάσταση από την καμπύλη διατμητικής τάσης τ 0Ι - και σ ν και προσδιορίζεται η γωνία εσωτερικής τριβής του εδάφους, Σχήμα 3.37 από την κλίση της κάθε περιβάλλουσας. (v) Στην καρτέλα του ελέγχου ρυθμού παραμόρφωσης πραγματοποιείται έλεγχος της ορθής λειτουργίας της συσκευής. Ελέγχεται δηλαδή αν ο ρυθμός διάτμησης που εισήχθηκε στην συσκευή άμεσης διάτμησης είναι ο ίδιος με αυτόν που εν τέλει επιβλήθηκε στο δοκίμιο. Για κάθε δοκιμή διάτμησης παρατηρείται η σχέση μεταξύ της οριζόντιας μετακίνησης του δοκιμίου και του χρόνου. Η συσκευή αρχικά χρειάζεται λίγο χρόνο για να αποκτήσει την επιθυμητή ταχύτητα, για αυτό και η καμπύλη οριζόντιας μετατόπισης / χρόνου εμφανίζει ένα μικρό «πλατό». Για τον υπολογισμό του πραγματικού ρυθμού παραμόρφωσης της συσκευής, δεν λαμβάνεται υπόψη το αρχικό αυτό τμήμα της καμπύλης, ενώ παρόμοια συμπεριφορά - αλλά με μικρότερη διάρκεια - παρουσιάζεται και στο τέλος της διάτμησης όπου η οριζόντια μετατόπιση παραμένει σταθερή για τα τελευταία δευτερόλεπτα. Ο πραγματικός ρυθμός παραμόρφωσης υπολογίζεται από την εξίσωση: Πραγματικός ρυθμός παραμόρφωσης (mm/min) = D t ^ 0 (3.42) 54

όπου D 1, D 2 : οριζόντια μετακίνηση που λαμβάνεται ως αρχική και τελική οριζόντια μετατόπιση (mm) t 2 : χρονικές στιγμές που το δοκίμιο μετατοπίζεται κατά D 1 και D 2 αντίστοιχα (s) Από τον πίνακα 3.20 του αρχείου των καταγραφών που δόθηκε ως παράδειγμα θεωρήθηκε ότι η συνολική μετατόπισης διήρκησε από την χρονική στιγμή t 1 =9 s έως την t 2 =510 s. Παρακάτω δίνονται οι οριζόντιες μετατοπίσεις που αντιστοιχών στις συγκεκριμένες στιγμές. Το Σχήμα 3.38 παρουσιάζει την σχέση οριζόντιας μετακίνησης / χρόνου. 3.2 Δοκιμές ταξινόμησης 3.2.1 Ειδικό βάρος στερεών κόκκων Η δοκιμή αποτελεί μια κλασσική μέθοδο ακριβούς μέτρησης της πυκνότητας των εδαφικών κόκκων που είναι βαρύτερα από το νερό, ή την πυκνότητα άλλων υγρών. Σύμφωνα με τα βρετανικά πρότυπα BS 1377: Part 2: 1990 είναι κατάλληλη για εδάφη με μέγεθος κόκκων μικρότερο των 2 mm. Στη δοκιμή χρησιμοποιείται αποσταγμένο νερό, αλλά αν το έδαφος περιέχει διαλυτά άλατα πρέπει να χρησιμοποιηθεί κάποιο άλλο υγρό, του οποίου η πυκνότητα πρέπει να είναι προσδιορισμένη. Εξοπλισμός 1. Λήκυθοι όγκου 50ml με διάτρητο πώμα 2. Λουτρό με ελεγχόμενη θερμοκρασία στους 20 C (σε κάθε περίπτωση <25 C) 3. Ηλεκτρικός φούρνος με ελεγχόμενη θερμοκρασία (60 C και 105-110 C ) 4. Ζυγός ακριβείας 0,001gr 5. Θάλαμος κενού (συνδεδεμένος με αντλία κενού βαθμονομημένη σε πίεση 2 kpa) 6. Πλαστικό χωνί, σπάτουλα 150x3 mm 7. Υδροβολέας με αποσταγμένο νερό 8. Έντυπο δοκιμής Διαδικασία 1. Προετοιμασία ληκύθων Οι λήκυθοι και τα πώματα καθαρίζονται καλά και διαβρέχονται με ακετόνη ή αλκοολούχο μείγμα. Στεγνώνονται με ζεστό αέρα και τοποθετούνται στον ξηραντήρα. Με επαναλαμβανόμενες μετρήσεις της μάζας τους επιβεβαιώνεται, ότι προσδιορίζεται το καθαρό τους βάρος. Δεν πρέπει να χρησιμοποιείται φούρνος για το στέγνωμά του, διότι τα αποτελέσματα μπορεί να αλλοιωθούν. Κάθε λήκυθος είναι 55

απαραίτητο να φέρει μοναδικό αριθμό αναγνώρισης, ο οποίος σε περίπτωση που έχει ξεθωριάσει πρέπει να γίνεται εμφανής. Ο αριθμός αυτός αναγράφεται στη φιάλη και στο πώμα. Παίρνουμε την τελική μέτρησης τις μάζας των ληκύθων με τα καπάκια τους (m 1 ) στο ζυγό ακριβείας 0,001gr, Σχήμα 4.50. 2. Προετοιμασία δειγμάτων Επιλογή ξηρού δείγματος περίπου 10 g κάθε λήκυθο. 3. Τοποθέτηση στις ληκύθους Τοποθετούμε τα δείγματα στις ληκύθους και στη συνέχεια ζυγίζουμε με τα καπάκια τους στο ζυγό με ακρίβεια 0,001gr (m2) 4. Προσθήκη υγρού και τοποθέτηση στον θάλαμο κενού Γεμίζουμε τις ληκύθους με αποσταγμένο νερό μέχρι περίπου τη μέση, ώστε να καλύπτει το έδαφος με προσοχή το αποσταγμένο νερό να μην διαταράσσει το εδαφικό δείγμα. Τοποθετούμε τις ληκύθους στο θάλαμο κενού, αφού έχουμε αφαιρέσει τα καπάκια τους. Εφαρμόζουμε υποπίεση στο θάλαμο, η οποία όμως δεν πρέπει να γίνεται πολύ γρήγορα, γιατί ενδεχομένως να έχουμε εξαγωγή του εδαφικού υλικού από το στόμιο της ληκύθου. Η διαδικασία πρέπει να διακόπτεται για την ανατάραξη του περιεχομένου της ληκύθου ανά μία περίπου ώρα και συνολικά διαρκεί οκτώ ώρες. 5. Προσθήκη νερού στις ληκύθους και ζύγιση Βγάζουμε τις ληκύθους από το θάλαμο κενού, προσθέτουμε νερό μέχρι να γεμίσουν πλήρως, τοποθετούμε το πώμα και τις στεγνώνουμε με μια πετσέτα. Αφήνουμε τις ληκύθους σε λουτρό με ελεγχόμενη θερμοκρασία για μια ώρα περίπου και ζυγίζουμε ( m 3 ). 6. Αφαίρεση δείγματος και γέμισμα ληκύθου με νερό Καθαρίζουμε τις ληκύθους, τις γεμίζουμε με αποσταγμένο νερό, τις στεγνώνουμε και τις ζυγίζουμε με το πώμα (m4). Υπολογισμοί Το ειδικό βάρος των στερεών κόκκων υπολογίζεται με την εξίσωση: όπου ρι; πυκνότητα υγρού που τοποθετείται στην λήκυθο, στη συγκεκριμένη δοκιμή χρησιμοποιήθηκε αποσταγμένο νερό, άρα ρι=1,000 g/ml m 1 : μάζα ληκύθου (g) m2: μάζα ληκύθου και ξηρού δείγματος (g) 56

m3: μάζα ληκύθου, ξηρού δείγματος και αποσταγμένου νερού (g) m4: μάζα ληκύθου γεμάτη με αποσταγμένο νερό (g) 3.2.2 Κοκκομετρική ανάλυση Αμμώδη εδάφη Η δοκιμή αποσκοπεί στον σχεδιασμό της κοκκομετρικής καμπύλης του εδαφικού υλικού με τη μέθοδο της ξηρής κοκκομετρίας (μέθοδος κοσκίνων). Πραγματοποιείται σύμφωνα με τους βρετανικούς κανονισμούς BS 1377: Part 2: 1990: 9.3. Πραγματοποιείται σε τρία διαφορετικά δείγματα της άμμου Μ31, ώστε να προσδιοριστεί το εύρος της κοκκομετρίας, λόγω της ανομοιομορφίας που παρουσιάζουν τα αμμώδη υλικά. Εξοπλισμός Για την κοκκομετρική ανάλυση χρησιμοποιήθηκαν τα παρακάτω: 1. Σειρά κοσκίνων No.10, No.18, No.20, No.30, No.40, No.50, No.100, No.200, No.230 όπως φαίνονται στο Σχήμα 4.5 2. Ζυγός με ακριβείας 0,01 g 3. Πλαστική βούρτσα 4. Μεταλλικός Υποδοχέας 5. Έντυπο δοκιμής Διαδικασία 1. Επιλογή της ελάχιστης ποσότητας αντιπροσωπευτικού εδαφικού δείγματος, η οποία για το κόσκινο Νο. 10 είναι 200 gr. 2. Ζύγιση της ποσότητας του δείγματος που θα εξεταστεί. 3. Τοποθέτηση των κοσκίνων σε κατακόρυφη στήλη με μειούμενη διάσταση βρόγχου, που καταλήγει σε τυφλό κόσκινο. 4. Τοποθέτηση του εδάφους στην κορυφή της στήλης και ανακίνηση της στήλης κοσκίνων (με κλειστό καπάκι) είτε στη μηχανή δόνησης, είτε με το χέρι για τουλάχιστον 10 λεπτά. 5. Εκκαθάριση του συγκρατούμενο υλικού με την πλαστική βούρτσα και ζύγιση τη μάζας του εδάφους που έχει συγκεντρωθεί σε κάθε κόσκινο. 6. Υπολογισμός του συγκρατούμενου κάθε κόσκινου. 7. Σχεδιασμός της κοκκομετρικής καμπύλης. 8. Επανάληψη της ίδιας διαδικασίας για ακόμη δύο εδαφικά δείγματα της ίδιας άμμου. 57

Υπολογισμοί Ο προσδιορισμός του διερχόμενου ποσοστού δείγματος για κάθε κόσκινο πραγματοποιήθηκε ως εξής: όπου Β ο λ : συνολικό βάρος Si(%)= B λ ~* B0 100 (3.44) Σ(Β;): συνολικό βάρος του συγκρατηθέντος δείγματος στα κόσκινα με διάμετρο > di Εδάφη που περιάγουν κόκκους μικρότερους των 75 μιη Από δοκιμές υγρής κοκκομετρίας και αραιομέτρου πραγματοποιήθηκε κοκκομετρική ανάλυση για εδάφη αποτελούμενα από κόκκους μεγέθους μικρότερου των 75 μπι (Κουλαουζίδου Κ., 2016). Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σύμφωνα με τους αμερικάνικους κανονισμούς ASTM D 422-63. 3.2.3 Ελάχιστη και μέγιστη πυκνότητα Ελάγιστη Πυκνότητα Α. Ξηρή απόθεση σε ογκομετρικό κύλινδρο Η συγκεκριμένη δοκιμή επινοήθηκε από τον Kolbuszewski (1948) και προσδιορίζει την ελάχιστη πυκνότητα ξηρής άμμου που περιέχεται σε ογκομετρικό κύλινδρο. Κατά την εκτέλεση της δοκιμής, το έδαφος- αφού ανακινηθεί- αφήνεται να πέσει ελεύθερο μέσα στον κύλινδρο με τρόπο που να παγιδεύει τον αέρα δίνοντας έτσι το μέγιστο όγκο κενών. Η δοκιμή δεν είναι εφαρμόσιμη σε άμμους με ποσοστό λεπτοκόκκων περισσότερο μεγαλύτερο από 10% ή κόκκους που στο κόσκινο διαμέτρου 2mm (BS 1377: Part 4: 4.4, ASTM D 4254 Method C). Εξοπλισμός 1. Δύο γυάλινοι ογκομετρικοί κύλινδροι, ένας 1000cm (BS 1377: Part 4: 4.4) και ένας 2000 cm 3 (K.H Head,Manual of Soil Laboratory Testing, Volume 2, 2 nd Edition) με βαθμονόμηση ανά 10 ml και 20 ml αντίστοιχα 2. Πώμα κατάλληλο για την διατομή του σωλήνα 3. Πλαστικό λαστιχάκι που να εφαρμόζει στον κύλινδρο 4. Ζυγός με ακρίβεια 0,1 gr 58

Ο εξοπλισμός παρουσιάζεται στο Σχήμα 3.42. Διαδικασία Η δοκιμή πραγματοποιήθηκε συνολικά δύο φορές για κάθε ογκομετρικό σωλήνα με γρήγορη (σύμφωνα με τους Βρετανικούς κανονισμούς) και με αργή (σύμφωνα με TOV K.H Head) εναπόθεση. Η διαδικασία είναι η εξής: 1. Αντιπροσωπευτικό ξηρό εδαφικό αμμώδες δείγμα 1000 g τοποθετείται στον κύλινδρο τον οποίο καλύπτουμε με το πώμα 2. Ο κύλινδρος ανακινείται λίγο ώστε να χαλαρώσει η άμμος και στη συνέχεια κινείται πάνω και κάτω πέντε φορές και τοποθετείται στον πάγκο εργασίας (αργά και γρήγορα) χωρίς η άμμος να διαταραχτεί. 3. Αν η επιφάνεια του εδάφους είναι επίπεδη καταγράφεται η ένδειξη του όγκου της άμμου με κλίμακα 10 ml. Στην περίπτωση που η επιφάνεια δεν είναι επίπεδη, προσαρμόζεται το πλαστικό λάστιχο στον κύλινδρο και καταγράφεται η ένδειξη που περιγράφει με τον καλύτερο τρόπο τον όγκο του δείγματος, Σχήμα 3.43. 4. Η διαδικασία (4) και (5) επαναλαμβάνεται συνολικά δέκα φορές και προκύπτουν οι αντίστοιχες δέκα μετρήσεις. 5. Λαμβάνουμε τον μεγαλύτερο μεταγραφόμενο όγκο και στη συνέχεια υπολογίζεται η ελάχιστη ξηρή πυκνότητα. Στον κύλινδρο των 2000 cm 3 παρατηρείται απώλεια υλικού λόγω έλλειψης πώματος, η οποία όμως καταγράφεται σε κάθε ανακίνηση με μέτρηση της μάζας του ογκομετρικού σωλήνα και του εδαφικού υλικού στο ζυγό. Υπολογισμοί Μετά την ολοκλήρωση των δέκα επαναλήψεων λαμβάνεται ο μέγιστος μεταγραφόμενος όγκος και η ελάχιστη ξηρή πυκνότητα σε g/cm υπολογίζεται από την εξίσωση : 771 PD m in=- ( 3. 4 5 ) όπου m: η μάζα του εδαφικού δείγματος (g) V: μέγιστος όγκος εδαφικού δείγματος (cm 3 ) ενώ ο μέγιστος δείκτης πόρων υπολογίζεται από την εξίσωση: & max ~ ~ FDmin 1 ( 3. 4 6 ) όπου G S το ειδικό βάρος της άμμου (Mg/m 3) ρμιι η ελάχιστη ξηρή πυκνότητα (g/cm ). 59

B. Ξηρή απόθεση άμμου σε ογκομετρικό κύλινδρο με νερό Η δοκιμή πραγματοποιείται, ώστε να προσδιοριστεί η ελάχιστη πυκνότητα της άμμου μέσα σε νερό. Η διαδικασία βασίστηκε σε πρόταση του K.H. Head (Manual of Soil r d Laboratory Testing, Volume 1: Soil Classification and Compaction Tests, 3 Edition). Εξοπλισμός 1. Τρεις γυάλινοι ογκομετρικοί κύλινδροι των 100cm 2. Χωνί πολύ μικρής διατομής 3. Μεταλλική σπάτουλα 4. Ζυγός με ακρίβεια 0,01 g Διαδικασία 1. Προετοιμασία τριών αντιπροσωπευτικών δειγμάτων 40 g εδαφικού δείγματος. 2. Τοποθετείται αποσταγμένο νερό στους ογκομετρικούς κυλίνδρους έως τη στάθμη των 60 cm 3 με προσοχή να μην υπάρχει νερό στα τοιχώματα. 3. Ζύγιση των ογκομετρικών κυλίνδρων σε ζυγαριά με ακρίβεια 0,01 g και τοποθέτηση σε πάγκο εργασίας όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.44. 4. Με την βοήθεια του χωνιού τοποθετείται στους κυλίνδρους η αντίστοιχη ποσότητα άμμου με αργό ρυθμό. Στον κάθε κύλινδρο τοποθετείται άμμος περίπου 20 cm 3. 5. Στην περίπτωση που το νερό δεν είναι καθαρό λόγω της παρουσίας κόκκων που δεν έχουν καθιζάνει, το δείγμα αφήνεται να ηρεμήσει κάποιες ώρες, Σχήμα 3.45. 6. Πραγματοποιείται ανάγνωση του όγκου του εδάφους (όχι της στάθμης του νερού), νεδάφους. 7. Μετράται η μάζα του κυλίνδρου με το νερό και το έδαφος. Υπολογισμοί Υπολογίζεται η μάζα του εδάφους που τοποθετήθηκε στον κύλινδρο σε g από τον τύπο: m 3 = πι 2 πι Χ (3.47) όπου m 1 : μάζα του κυλίνδρου με την ποσότητα νερού (g) m2: η μάζα κυλίνδρου, νερού και εδάφους (g) Η πυκνότητα του εδάφους σε g/cm 3 3 ορίζεται ως: p Dmin - ( 3. 4 8 ) " εδάφους όπου m3: η μάζα του εδάφους που τοποθετήθηκε στον κύλινδρο (g) ν ε δ α φ ο υ ς : ο όγκος του εδάφους στον ογκομετρικό κύλινδρο (cm ) 60

Ο μέγιστος δείκτης πόρων υπολογίζεται από την εξίσωση (3.46) Στο σημείο αυτό πρέπει να σημειωθεί ότι η συγκεκριμένη μέθοδος προσδιορισμού της ελάχιστης πυκνότητας δεν είναι εφαρμόσιμη σε αμμώδη εδάφη με μεγάλα ποσοστά ιλύος. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η μέθοδος αυτή δεν εφαρμόστηκε στα μείγματα άμμου Μ31 με 15% αμμοϊλύ D6. Μέγιστη πυκνότητα Για τον προσδιορισμό της ελάχιστης πυκνότητας των εδαφικών υλικών πραγματοποιήθηκαν δοκιμές συμπύκνωσης με τη μέθοδο Proctor (Κουλαουζίδου Κ, 2016). Κατά την εργαστηριακή δοκιμή Proctor, η συμπύκνωση του εδαφικού δείγματος γίνεται σε μεταλλικό δοχείο - κύλινδρο (μήτρα) ορισμένου όγκου, με πτώση σφύρας συγκεκριμένου βάρους από ορισμένο ύψος και η ενέργεια συμπύκνωσης μετράται με τη συνολική ενέργεια πτώσης ανά μονάδα όγκου του εδαφικού δείγματος (ASTM D- 698). 3.2.4 Ορυκτολογική σύσταση κόκκων Για την εξέταση της ορυκτολογικής σύστασης της άμμου Μ31 και της αμμοϊλύος D6 χρησιμοποιήθηκαν όργανα παρατήρησης του Εργαστηρίου Τεχνολογίας και Κατασκευών Οπλισμένου Σκυροδέματος του Παναπιστημίου Θεσσαλίας. Τα όργανα αυτά είναι ένα μικροσκόπιο OLYMPUS BX51M και ένα στερεοσκόπιο OLYMPUS SZ61 εξοπλισμένα με κάμερα OLYMPUS C30. Το στερεοσκόπιο OLYMPUS SZ61 διαθέτει 11 φακούς σχετικά μικρής μεγέθυνσης, χ0,67, χ0,80, χ 1,00, χ 1,20, χ 1,50, χ2,00, χ2,50, χ3,00, χ3,50, χ4,00, και χ4,50. Είναι εξοπλισμένο με λάμπτήρα KL200LED για πιο καθαρή εικόνα. Το μικροσκόπιο OLYMPUS BX51M διαθέτει 4 φακούς με μεγαλύτερες μεγεθύνσεις χ 5, χ 10, χ20 και χ50 και έχει την διάταξη του Σχήματος 3.57. Τα όργανα έχουν βαθμονομηθεί, διαθέτουν κλίμακα και επομένως είναι δυνατό να ελέγξουμε το εύρος των διαμέτρων των κόκκων των εδαφικών υλικών. Έτσι, κάθε φωτογραφία των εδαφών που λήφθηκε από τα όργανα διαθέτει κλίμακα, ώστε να συγκρίνεται το μέγεθος των κόκκων Έχει σημασία να επισημανθεί πως το μικροσκόπιο εστιάζει στο επίπεδο, για αυτό και είναι δυσκολότερο να παρατηρήσεις τον όγκο των κόκκων των εδαφικών δειγμάτων. Αντίθετα, το στερεοσκόπιο επιτρέπει την οπτικοποίηση του όγκου ενός αντικειμένου, αφού δημιουργεί την ψευδαίσθηση του βάθους σε μια εικόνα. Η καθαρή άμμος Μ31 και η αμμοϊλύς μελετήθηκαν και στα δύο όργανα, ώστε να διαπιστωθεί το χρώμα, το μέγεθος και το Σχήμα των κόκκων τους. 61

Πίνακας 3.1 Καταγραφές ενδείξεων δυναμοκυψέλης Τοποθετούμενη Μάζα, Μ (g) Αφαιρούμενη Μάζα, Μ (g) Συνολική Μάζα, Μ (g) Ένδειξη δυναμοκυψέλης, R Κατάσταση φόρτισης 0-0 -39 1029,98-1029,98-29 1 ος κύκλος φόρτισης - 1029,98 0-39 αποφόρτιση 2073,66-2073,66-19 2 ος κύκλος φόρτισης - 2073,66 0-39 αποφόρτιση 5108-5108 9 3 ος κύκλος φόρτισης - 5108 0-39 αποφόρτιση 10211-10211 58 10158-20369 155 10187-30556 251 2068-32624 271 4 ος κύκλος φόρτισης 1027-33651 282 10193-43844 378 0 43844-39 αποφόρτιση Πίνακας 3.2 Αποτελέσματα βαθμονόμησης δυναμοκυψέλης Τοποθετούμενη Αφαιρούμενη Συνολική Ένδειξη Συνολική Μάζα, Μάζα, Μάζα, δυναμοκυψέλης, R - R0 Μάζα, W (N) Μ (g) Μ (g) Μ (g) R Μ (kg) 0-0 -39 0 0 0 1029,98-1029,98-29 10 1,03 10,10-1029,98 0-39 0 0 2073,66-2073,66-19 20 2,07 20,34-2073,66 0-39 0 0 5108-5108 9 48 5,11 50, 11-5108 0-39 0 0 10211-10211 58 97 10,21 100,17 10158-20369 155 194 20,37 199,82 10187-30556 251 290 30,56 299,75 2068-32624 271 310 32,62 320,04 1027-33651 282 321 33,65 330,12 10193-43844 378 417 43,84 430,11 0 43844-39 0 0 0 62

Πίνακας 3.3 Αποτελέσματα πρώτης βαθμονόμησης συμπιεστότητας συστήματος Τοποθετούμενη Μάζα (g) Ένδειξη μηκυνσιομέτρου (mm) Καθίζηση δοκιμίου (mm) Επιβαλλόμενη μάζα (g) Φορτίο (Ν) Τάση (kpa) 365,76 0,574 0 365,76 3,59 1,14 1029,98 0,383-0,191 1395,74 136,92 43,32 2073,66 0,226-0,348 3469,4 340,35 107,67 2057,89 0,142-0,432 5527,29 542,23 171,54 5109-0,006-0,58 10636,29 1043,42 330,1 10193-0,204-0,778 20829,29 2043,35 646,44 10213-0,299-0,873 31042,29 3045,25 963,4 10189-0,417-0,991 41231,29 4044,79 1279,62 10161-0,615-1,189 51392,29 5041,58 1594,96 Πίνακας 3.4 Αποτελέσματα δεύτερης βαθμονόμησης συμπιεστότητας συστήματος για ξηρούς πορώδεις λίθους 1ος ΚΥΚΛΟΣ ΑΠΟΦΟΡΤΙΣΗΣ Τοποθετούμενη Μάζα (g) Ένδειξη μηκυνσιομέτρου (mm) Καθίζηση δοκιμίου (mm) Επιβαλλόμενη μάζα (g) Φορτίο (Ν) Τάση (kpa) 356,21 10,359 0 356,21 3,49 1,11 1029,98 10,356-0,003 1386,19 135,99 43,02 1580,42 10,272-0,087 2966,61 291,02 92,07 1584,38 10,22-0,139 4550,99 446,45 141,24 1586,36 10,183-0,176 6137,35 602,07 190,47 2057,89 10,15-0,209 8195,24 803,95 254,34 2073,66 10,127-0,232 10268,90 1007,38 318,70 3164,23 10,096-0,263 13433,13 1317,79 416,90 5109 10,058-0,301 18542,13 1818,98 575,46 10161 9,999-0,36 28703,13 2815,78 890,80 10189 9,961-0,398 38892,13 3815,32 1207,02 10193 9,93-0,429 49085,13 4815,25 1523,36 10213 9,904-0,455 59298,13 5817,15 1840,32 1ος ΚΥΚΛΟΣ ΑΠΟΦΟΡΤΙΣΗΣ Αφαιρούμενη Μάζα (g) Ένδειξη μηκυνσιομέτρου (mm) Καθίζηση δοκιμίου (mm) Επιβαλλόμενη μάζα (g) Φορτίο (Ν) Τάση (kpa) -0,455 1840,32 10213 9,906-0,453 49085,13 4815,25 1523,36 10193 9,911-0,448 38892,13 3815,32 1207,02 10189 9,919-0,44 28703,13 2815,78 890,80 10161 9,938-0,421 18542,13 1818,98 575,46 5109 9,954-0,405 13433,13 1317,79 416,90 3164,23 9,967-0,392 10268,90 1007,38 318,70 2073,66 9,978-0,381 8195,24 803,95 254,34 2057,89 9,994-0,365 6137,35 602,07 190,47 63

Πίνακας 3.4 (συνέχεια) Αποτελέσματα δεύτερης βαθμονόμησης συστήματος για ξηρούς πορώδεις λίθους συμπιεστότητας Αφαιρούμενη Μάζα (g) Ένδειξη μηκυνσιομέτρου (mm) Καθίζηση δοκιμίου (mm) Επιβαλλόμενη μάζα (g) Φορτίο (Ν) Τάση (kpa) 1586,36 10,009-0,35 4550,99 446,45 141,24 1584,38 10,033-0,326 2966,61 291,02 92,07 1580,42 10,075-0,284 1386,19 135,99 43,02 Πίνακας 3.5 Αποτελέσματα τρίτης βαθμονόμησης συμπιεστότητας συστήματος για κορεσμένους πορώδεις λίθους 1ος ΚΥΚΛΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ Τοποθετούμενη Μάζα (g) Ένδειξη μηκυνσιομέτρου (mm) Καθίζηση δοκιμίου (mm) Συνολική τοποθετούμενη μάζα (g) Φορτίο (Ν) Τάση (kpa) 365,79 10,151 0,000 365,79 3,59 1,14 98,78 10,143-0,008 464,57 45,57 14,42 98,93 10,131-0,020 563,5 55,28 17,49 250 10,106-0,045 813,5 79,80 25,25 250 10,080-0,071 1063,5 104,33 33,01 500 10,033-0,118 1563,5 153,38 48,52 1029,98 9,971-0,180 2593,48 254,42 80,49 1580,42 9,912-0,239 4173,9 409,46 129,54 1584,38 9,871-0,280 5758,28 564,89 178,71 1586,36 9,839-0,312 7344,64 720,51 227,94 2057,89 9,811-0,340 9402,53 922,39 291,81 2073,66 9,790-0,361 11476,19 1125,81 356,16 3164,23 9,762-0,389 14640,42 1436,23 454,37 5109 9,734-0,417 19749,42 1937,42 612,92 10161 9,690-0,461 29910,42 2934,21 928,27 10189 9,662-0,489 40099,42 3933,75 1244,49 1ος ΚΥΚΛΟΣ ΑΠΟΦΟΡΤΙΣΗΣ Αφαιρούμενη Μάζα (g) Ένδειξη μηκυνσιομέτρου (mm) Καθίζηση δοκιμίου (mm) Συνολική τοποθετούμενη μάζα (g) Φορτίο (Ν) Τάση (kpa) -0,489 40099,42 1244,49 10189 9,668-0,483 29910,42 2934,21 928,27 10161 9,684-0,467 19749,42 1937,41 612,92 5109 9,697-0,454 14640,42 1436,23 454,37 3164,23 9,709-0,442 11476,19 1125,81 356,16 2073,66 9,719-0,432 9402,53 922,39 291,81 2057,89 9,734-0,417 7344,64 720,51 227,94 1586,36 9,748-0,403 5758,28 564,89 178,71 1584,38 9,767-0,384 4173,9 409,46 129,54 1580,42 9,798-0,353 2593,48 254,42 80,49 64

Πίνακας 3.5 (συνέχεια) Αποτελέσματα τρίτης βαθμονόμησης συμπιεστότητας συστήματος για κορεσμένους πορώδεις λίθους Αφαιρούμενη Μάζα (g) Ένδειξη μηκυνσιομέτρου (mm) Καθίζηση δοκιμίου (mm) Συνολική τοποθετούμενη μάζα (g) Φορτίο (Ν) Τάση (kpa) 1029,98 9,826-0,325 1563,5 153,38 48,52 500 9,851-0,300 1063,5 104,33 33,01 250 9,871-0,280 813,5 79,80 25,25 250 9,898-0,253 563,5 55,28 17,49 98,93 9,915-0,236 464,57 45,57 14,42 2ος ΚΥΚΛΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ Τοποθετούμενη Μάζα (g) Ένδειξη μηκυνσιομέτρου (mm) Καθίζηση δοκιμίου (mm) Συνολική τοποθετούμενη μάζα (g) Φορτίο (Ν) Τάση (kpa) 464,57-0,236 464,57 45,57 14,42 98,93 9,913-0,238 563,5 55,28 17,489 250 9,897-0,254 813,5 79,814 25,25 250 9,882-0,269 1063,5 104,33 33,01 500 9,861-0,290 1563,5 153,38 48,52 1029,98 9,833-0,318 2593,48 254,42 80,49 1580,42 9,804-0,347 4173,9 409,46 129,54 1584,38 9,781-0,370 5758,28 564,89 178,71 1586,36 9,763-0,388 7344,64 720,51 227,94 2057,89 9,746-0,405 9402,53 922,39 291,81 2073,66 9,734-0,417 11476,19 1125,81 356,16 3164,23 9,719-0,432 14640,42 1436,22 454,37 5109 9,701-0,450 19749,42 1937,42 612,93 10161 9,675-0,476 29910,42 2934,21 928,27 10189 9,657-0,494 40099,42 3933,75 1244,49 2ος ΚΥΚΛΟΣ ΑΠΟΦΟΡΤΙΣΗΣ Αφαιρούμενη Μάζα (g) Ένδειξη μηκυνσιομέτρου (mm) Καθίζηση δοκιμίου (mm) Συνολική τοποθετούμενη μάζα (g) Φορτίο (Ν) Τάση (kpa) 10189 9,663-0,488 29910,42 2934,21 928,27 10161 9,679-0,472 19749,42 1937,42 612,92 5109 9,692-0,459 14640,42 1436,23 454,37 3164,23 9,704-0,447 11476,19 1125,81 356,16 2073,66 9,714-0,437 9402,53 922,39 291,81 2057,89 9,727-0,424 7344,64 720,51 227,94 1586,36 9,741-0,41 5758,28 564,89 178,71 1584,38 9,760-0,391 4173,9 409,46 129,54 1580,42 9,790-0,361 2593,48 254,42 80,49 1029,98 9,822-0,329 1563,5 153,39 48,52 500 9,846-0,305 1063,5 104,33 33,01 250 9,861-0,29 813,5 79,80 25,25 250 9,888-0,263 563,5 55,28 17,49 98,93 9,902-0,249 464,57 45,57 14,42 65

Πίνακας 3.5 (συνέχεια) Αποτελέσματα τρίτης βαθμονόμησης συμπιεστότητας συστήματος για κορεσμένους πορώδεις λίθους 3ος ΚΥΚΛΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ Τοποθετούμενη Μάζα (g) Ένδειξη μηκυνσιομέτρου (mm) Καθίζηση δοκιμίου (mm) Συνολική τοποθετούμενη μάζα (g) Φορτίο (Ν) Τάση (kpa) 98,93 9,900-0,251 563,5 55,26 17,49 250 9,884-0,267 813,5 79,80 25,25 250 9,870-0,281 1063,5 104,33 33,01 500 9,847-0,304 1563,5 153,38 48,52 1029,98 9,823-0,328 2593,48 254,42 80,49 1580,42 9,794-0,357 4173,9 409,46 129,54 1584,38 9,772-0,379 5758,28 564,89 178,71 1586,36 9,755-0,396 7344,64 720,51 227,94 2057,89 9,740-0,411 9402,53 922,39 291,81 2073,66 9,727-0,424 11476,19 1125,81 356,16 3164,23 9,713-0,438 14640,42 1436,22 454,37 5109 9,695-0,456 19749,42 1937,42 612,93 10161 9,670-0,481 29910,42 2934,21 928,27 10189 9,654-0,497 40099,42 3933,75 1244,49 3ος ΚΥΚΛΟΣ ΑΠΟΦΟΡΤΙΣΗΣ Αφαιρούμενη Μάζα (g) Ένδειξη μηκυνσιομέτρου (mm) Καθίζηση δοκιμίου (mm) Συνολική τοποθετούμενη μάζα (g) Φορτίο (Ν) Τάση (kpa) 10189 9,660-0,491 29910,42 2934,21 928,27 10161 9,676-0,475 19749,42 1937,42 1 612,93 5109 9,690-0,461 14640,42 1436,23 454,37 3164,23 9,702-0,449 11476,19 1125,81 356,16 2073,66 9,712-0,439 9402,53 922,39 291,81 2057,89 9,724-0,427 7344,64 720,51 227,94 1586,36 9,738-0,413 5758,28 564,89 178,71 1584,38 9,758-0,393 4173,9 409,46 129,54 1580,42 9,787-0,364 2593,48 254,42 80,49 1029,98 9,817-0,334 1563,5 153,38 48,52 500 9,840-0,311 1063,5 104,33 33,01 250 9,858-0,293 813,5 79,80 25,25 250 9,881-0,27 563,5 55,28 17,49 98,93 9,897-0,254 464,57 45,57 14,42 66

Πίνακας 3.6 Αποτελέσματα μετρήσεων για τον προσδιορισμό των διαστάσεων δοκιμίου Διάμετρος δοκιμίου D (mm) 63,47 Ύψος πορωδών δίσκων+δύο φίλτρων (mm) 11,34 Ύψος μεταλλικής βάσης (mm) 5,97 Ύψος μεταλλικού καπακιού (mm) 11,96 αριθμός προεξοχών n 12,00 πλάτος προεξοχών q (mm) 2,03 οδοντωτές ολικό ύψος p+r (mm) 3,03 μεταλλικές καθαρό ύψος πλάκας p (mm) 2,04 πλάκες καθαρό ύψος προεξοχών r (mm) 0,99 μέσο ύψος πλάκας t 2 (mm) 2,43 Αφαιρούμενο ύψος (mm) 29,27 Πίνακας 3.7 Στοιχεία διαμόρφωσης δοκιμίων Έδαφος Χαλαρό Μετρίως πυκνό Πυκνό ^ ^ ^ ^ κτύποι W o ( % ) ^ ^ ^ ^ ^^-""^ κτύποι W o ( % ) ^. ^ ^ ^ ^^^^"^ κτύποι Καθαρή άμμος Μ31 Άμμος Μ31 με 5% αμμοϊλύ D6 Άμμος Μ31 με 15% αμμοϊλύ D6 5 / 2 ανά στρώση 5 /'15 με αύξηση / / 1 κτύπου / ανά στρώση 14 / / 2 ανά στρώση 9 / 4 με αύξηση 1 κτύπου / ανά 2 στρώσεις 5 15 με αύξηση 1 κτύπου / ανά στρώση 14 / 2 ανά στρώση 13,5 15 με αύξηση 1 κτύπου / ανά στρώση 13,5 15 με y ^ αύξηση 1 κτύπου / ανά στρώση 20 15 με αύξηση 1 κτύπου ανά στρώση 67

Πίνακας 3.8 Κανονισμοί για τη δοκιμή άμεσης διάτμησης Διάμετρος δοκιμίου, D Ύψος δοκιμίου, Η Διαστάσεις δοκιμίου Διάμετρος πορωδών δίσκων, d p Διαπερατότητα πορωδών δίσκων Δυνατότητα επιβολής κατακόρυφου φορτίου Φορτίο άνω πλάκας δοκιμίου Δυνατότητα επιβολής ρυθμού παραμόρφωσης Μέτρηση χρόνου Δυνατότητα επιβολής οριζόντιας μετακίνησης Αισθητήρας οριζόντιας μετακίνησης Αισθητήρας κατακόρυφης μετακίνησης BS 1377: Part 7: 1990 Head 60-100 mm 60 πιιη(σύνηθες) 100 mm 20-25 mm 20-25 mm ASTM D Το μεγαλύτερο των α & β α. >50mm β. >10 φορές τη μέγιστη διάμετρο των εδαφικών κόκκων Το μεγαλύτερο των α & β α. >12mm β. >6 φορές τη μέγιστη διάμετρο των εδαφικών κόκκων - - D/H > 2 Μικρότερη της εσωτερικής διαμέτρου του κιβωτίου κατά 0,5mm - - Σταθερό με απόκλιση 1% - - Σταθερός με απόκλιση ±10% - Μικρότερη της εσωτερικής διαμέτρου του κιβωτίου κατά 0,2-0,5mm Μεγαλύτερη του εδάφους (για άμμους 0,05-0,1cm/s & για ιλύες και αργίλους 5x10-4 -1x10-3 cm/s) - Σταθερό με απόκλιση ±1% Εύρος συσκευής 0,0003-5 mm/min <1% του επιβαλλόμενου κατακόρυφου φορτίου Εύρος συσκευής 0,0025-1 mm/min Σταθερός με απόκλιση ±5% 1s Stock clock/seconds timer - >8mm > 10mm - Δυνατότητα >10mm Διακριτότητα 0,01mm Διακριτότητα 0,002mm Δυνατότητας^!!! Διακριτότητα 0,01mm Δυνατότητα<12mm Διακριτότητα 0,002mm Ευαισθησία 0,025mm Ευαισθησία 0,0025mm 68

Δυναμοκυψέλη - Δακτύλιος με δυνατότητα 2 kn (4.5-10 kn για μεγάλη διατμητική αντοχή) Το μεγαλύτερο των α & β α. ακρίβεια 2,5Ν β. ακρίβεια στο 1% της δύναμης κατά την αστοχία Πίνακας 3.8 (συνέχεια) Κανονισμοί για τη δοκιμή άμεσης διάτμησης Μέτρηση μάζας δοκιμίου Ζυγός για το δοκίμιο και την υγρασία Βερνιέρος για διαστάσεις δοκιμίου Αστοχία δοκιμίου Θερμοκρασία περιβάλλοντος Συνθήκες περιβάλλοντος BS 1377: Part 7: 1990 Ακρίβεια 0,1g Διακριτότητα 0,01g Διακριτότητα 0,1mm Σταθερή με απόκλιση ±4 o C (κατά το BS 1377: Part 1) Προστασία από άμεσο ηλιακό φως, θέρμανση και διάβρωση (κατά το BS 1377: Part 1) Head ASTM D M gramms - Διακριτότητα 0,01g Διακριτότητα 0,01g (κατά το ASTM D2216) Διακριτότητα 0,1mm - Για ρυθμό 1mm/min αστοχία σε 5-10 min Σταθερή με απόκλιση ±4 o C Προστασία από άμεσο ηλιακό φως, θέρμανση και ρεύματα 15%-20% της οριζόντιας μετακίνησης - - Πίνακας 3.9 Συνδυασμός νεκρών φορτίων για τις τάσης στερεοποίησης που επιβλήθηκαν Επιθυμητή τάση στερεοποίησης (kpa) Συνδυασμός διαθέσιμων φορτίων (kg) Τελική τάση στερεοποίησης (kpa) 50 1,58 50,1 100 2,07+1,03 97,4 200 3,16+1,58+1,59 197,4 300 2,06+1,03+1,58+5,11 304,3 400 10,21+1,59+1,03 298,9 69

Πίνακας 3.10 Οριζόντια μετατόπιση δοκιμίου τη στιγμή της αστοχίας Τύπος εδάφους Οριζόντια μετατόπιση στη μέγιστη αντοχή (mm) Χαλαρή άμμος 5-8 Πυκνή άμμος 2-5 Πλαστική άργιλος 8 (συνήθως περιορίζεται από τη διαδρομή) Άκαμπτη άργιλος 2-5 Σκληρή άργιλος 1-2 70

Πίνακας 3.11 Δεδομένα εδαφικού δείγματος δοκιμής στο αρχείο ανάλυσης αποτελεσμάτων f ^ r \ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Αποτελέσματα Δοκιμής Άμεσης Διάτμησης Δεδομένα Εδαφικού Δείγματος Κωδικός Έργου: ΔΙΠΛΩΜΑΣΙΚΗ ΔΑΝΑΗ Γεώτρηση: Αριθμός Δείγματος: Μ31-1Ε Βάθος (m): Περιγραφή Εδάφους: Άμμος Μ31, SP Ημερομηνία: 18/12/2015 Προετοιμασία Δοκιμίου: Ονομαστική Διάμετρος Μεγαλύτερου Εδαφικού Κόκκου, Dmax (mm) = Μέθοδος της υγρής συμπύκνωσης με w0=13.5% σε στρώσεις των 20g. Ξύλινη σφύρα μάζας 93.94g με ύψος πτώσης 1-2cm. Πρότυπα Αναφοράς: BS1377: 1990-7 ASTM D3080-04 0,850 βηιίπ 0,645 emax 0,867 Gs= 2,659 71

Πίνακας 3.12 Δεδομένα αρχικού δοκιμίου στο αρχείο ανάλυσης αποτελεσμάτων Αρχικό Δοκίμιο Εισχώρηση πλακών στο δοκίμιο κατά Χρήση πλακών: 1 * 1 ** την εγκατάστασή του: Υγρασία Μάζα Δοκιμίου Ύψος δοκιμίου (mm) 25,26 Αρ. Υποδοχέα 5B Μάζα Κιβωτίου (g) 3074,89 2 24,02 Μάζα Υποδοχέα (g) 25,69 Μάζα Υποδοχέα + Υγρού Δείγματος (g) Μάζα Υποδοχέα + Ξηρού Δείγματος (g) 45,90 43,78 Μάζα νερού (g) 2,12 Μάζα Ξηρού Δείγματος (g) Αρχική Υγρασία, w0 (%) 18,09 11,72 * 1 = ναι 2 = όχι ** = ναι (και οι 2) 2 = όχι (καμία) 3= εισχώρηση μιας εκ των δύο πλακών Κιβώτιο + Υγρό Δοκίμιο (g) Υγρό Δοκίμιο, Μ (g) Ξηρό Δοκίμιο (από W0) (g) Διάμετρος Δοκιμίου, D0 (mm) Αφαιρούμενο Ύψος*** (mm) Μετρηθέν Ύψος (mm) Ύψος Δοκιμίου, H0 (mm) Εμβαδόν Διατομής Δοκιμίου, Α0 (m 2 ) Όγκος Δοκιμίου, V0 (m 3 ) Φαινόμενη Πυκνότητα, ρ (kg/m 3 ) 3217,96 1 25,26 143,07 3 24,64 128,06 Μάζα Ξηρού Δοκιμίου Ms (g) 126,79 63,47 Μέσο ύψος πλάκας t2 (mm) 2,42 29,27 59,37 25,26 Ολικό πάχος πλάκας (p + r) (mm) Πυκνότητα Νερού, ρ«, (kg/m 3 ) Όγκος Στερεού Σκελετού Δοκιμίου, Vs (m 3 ) 3,04 1000 4,76833Ε-05 0,003164 Δείκτης Πόρων, Θ0 0,676 7,99E-05 1790,15 Σχετική Πυκνότητα, Dr0 (%) Ξηρή Πυκνότητα, pd (kg/m 3 ) 88,14 1586,44 72

Πίνακας 3.12 (συνέχεια) Δεδομένα αρχικού δοκιμίου στο αρχείο ανάλυσης αποτελεσμάτων Παρατήρηση κατά την απομάκρυνση του δοκιμίου από το κιβώτιο : Σελικό Δοκίμιο Εισχώρηση πλακών στο δοκίμιο κατά τη στερεοποίησή του: Υγρασία Μάζα Δοκιμίου 2 Διόρθωση ύψους (mm) Αρ. Υποδοχέα - Αρ. Υποδοχέα Γ 1 1,24 Μάζα Υποδοχέα (g) - Μάζα Υποδοχέα (g) 567,78 2 0,00 Μάζα Υποδοχέα + Υγρού Δείγματος (g) Μάζα Υποδοχέα + Ξηρού Δείγματος (g) - - Μάζα Υποδοχέα + Ξηρού Δοκιμίου (g) Ξηρό Δοκίμιο (g) * 0,00 694,57 3 0,62 126,79 Μάζα νερού (g) - Διόρθωση ύψους (mm) Μάζα Ξηρού Δείγματος (g) Τελική Υγρασία, we (%) - - Βάθος Εισχώρησης Κάθε Πλάκας στο Δοκίμιο (mm) (p+r)-t2 0,620 0,00 * 1 = ναι (και οι δύο) 2 = όχι (καμία) 3= εισχώρηση μιας εκ των δύο πλακών 73

Πίνακας 3.13 Δεδομένα τελικού δοκιμίου στο αρχείο ανάλυσης αποτελεσμάτων Αρχικό Φορτίο: καπάκι + πορώδης δίσκος +φίλτρο + πλάκα (kg) Συνολικό Φορτίο στο μοχλό (kg) Λόγος Μοχλού Συνολικό Φορτίο στο Δοκίμιο (kg) Ορθή Τάση, σπ (kpa) Ημ/νία Ώρα Αρχική Ένδειξη (mm) 0,36544 6,331 1/10 63,675 197,43 18/12/2015 19:25 10,494 Τελική Κατ. Μετακίνηση, ΔΗ(πΐΓη) Τελική Συμπίεση Συστήματος, ΔΗσυστ (mm) Βάθος εισχώρησης πλάκας στο δοκίμιο κατά τη στερεοποίηση, ΔΗσχ (mm) Ολική Καθαρή Κατακόρυφη Μετακίνηση, ΔΗκαθ (mm) Ολικό Ύψος Δοκιμίου, Hστεp (mm) Ολική Κατακόρυφη Παραμόρφωση Δοκιμίου, εα (%) Δείκτης πόρων, e Σχετική Πυκνότητα, Dr(%) 0,471 0,296 0,000 0,175 25,085 0,694 0,664 92,58 Κατακόρυφη Μετακίνηση Τελική Ένδειξη (mm) 10,023 Αρχείο καταγραφής Consolidation.xls 74

Πίνακας 3.14 Δεδομένα του αρχείου καταγραφών κατά τη στερεοποίηση Ορθή Τάση, σπ (kpa) 197,43 Χρόνος (sec) Τετραγωνική ρίζα του χρόνου Κατακόρυφη μετακίνηση, ΔΗκ (mm) 0 0,000 10,494 1 1,000 10,468 2 1,414 10,416 3 1,732 10,213 4 2,000 10,053 5 2,236 10,045 6 2,449 10,043 7 2,646 10,038 8 2,828 10,038 9 3,000 10,038 10 3,162 10,038 722 26,870 10,024 723 26,889 10,024 724 26,907 10,024 725 26,926 10,024 726 26,944 10,024 727 26,963 10,024 728 26,981 10,024 729 27,000 10,024 730 27,019 10,024 900 30,000 10,005 Πίνακας 3.15 Υπολογισμός του ρυθμού διάτμησης Ορθή τάση, σν (kpa) 50,12 Χρόνος στερεοποίησης 5 t100 (sec) (εκτιμάται από το διάγραμμα) Χρόνος αστοχίας t100 (min) 0,0833 tf=12.7 x t100 (min) 1,0583 Μετακίνηση αστοχίας df (mm) 2 (εκτιμάται από το διάγραμμα) Ρυθμός διάτμησης rate=df/tf (mm/min) 1,8898 75

Πίνακας 3.16 Δεδομένα του αρχείου καταγραφών κατά τη διάτμηση Φόρτισ η α.α. Χρόνος (sec) Ένδειξη δυναμοκυψέ λης Ένδειξη Μηκυνσιομέτρου Κατακόρυφης Μετακίνησης, ΔΗκ Ένδειξη Μηκυνσιομέτρου Οριζόντιας Μετακίνησης, ΔΗορ 1-F 0 9 10,005-2,247 1 9 10,005-2,247 2 15 10,005-2,244 3 40 10,005-2,234 4 62 10,005-2,227 5 89 10,005-2,211 6 124 10,005-2,191 7 159 10,003-2,171 8 188 10,001-2,148 9 216 9,998-2,129 10 241 9,996-2,100 503 334 10,036 13,520 504 334 10,036 13,553 505 335 10,034 13,576 506 334 10,034 13,612 507 334 10,032 13,644 508 336 10,032 13,666 509 335 10,031 13,701 510 325 10,031 13,711 511 323 10,031 13,711 Πίνακας 3.17 Υπολογισμοί στο πρόγραμμα ανάλυσης κατά τη διάτμηση Ορθή Διατμητική Μεταβολή Κατακόρυφη Οριζόντια Ύψος Οριζόντια Δείκτης Τάση, Τάση, ύψους παραμόρφωση, Δύναμη, δοκιμίου, Μετακίνηση, πόρων, σπ τ=ε/α0 δοκιμίου, εκ=δη/ηστερ F (N) Η (mm) ΔΗορ (mm) e (kpa) (kpa) ΔΗ (mm) (%) 197,43 0,000 0,00 0,000 25,085 0,00 0,000 0,664 76 0,000 0,00 0,000 25,085 0,00 0,000 0,664 6,188 1,96 0,000 25,085 0,00 0,003 0,664 31,970 10,10 0,000 25,085 0,00 0,013 0,664 54,659 17,28 0,000 25,085 0,00 0,020 0,664 82,504 26,08 0,000 25,085 0,00 0,036 0,664 118,600 37,48 0,000 25,085 0,00 0,056 0,664 154,695 48,89 0,002 25,083 0,01 0,076 0,664 184,603 58,35 0,004 25,081 0,02 0,099 0,664 213,479 67,47 0,007 25,078 0,03 0,118 0,664 239,262 75,62 0,009 25,076 0,04 0,147 0,664

335,173 105,94-0,031 25,116-0,12 15,767 0,666 335,173 105,94-0,031 25,116-0,12 15,800 0,666 336,204 106,26-0,029 25,114-0,12 15,823 0,666 335,173 105,94-0,029 25,114-0,12 15,859 0,666 335,173 105,94-0,027 25,112-0,11 15,891 0,666 337,235 106,59-0,027 25,112-0,11 15,913 0,666 336,204 106,26-0,026 25,111-0,10 15,948 0,666 325,891 103,00-0,026 25,111-0,10 15,958 0,666 323,828 102,35-0,026 25,111-0,10 15,958 0,666 Πίνακας 3.18 Αποτελέσματα στο πρόγραμμα ανάλυσης κατά τη διάτμηση Μέγιστη Διατμητική Τάση, Tmax=Fmax/Αo (kpa) Οριζόντια Μετακίνηση, ΔΗορ (mm) tf(min) Δείκτης πόρων, e 141,14 1,327 2,283 0,705 Κρίσιμη Διατμητική Τάση, τ^^-αα (kpa) Οριζόντια Μετακίνηση, ΔΗορ (mm) Δείκτης πόρων, Θ 93,22 13,711 0,704 77

Πίνακας 3.19 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα των δοκιμών σε τέσσερα δείγματα Ορθή Τάση, σπ (kpa) 1-F Στερεοποίηση Μέγιστη αντοχή Κρίσιμη αντοχή Μέγιστη Σχετική Οριζόντια Κρίσιμη Οριζόντια Δείκτης Διατμητική Τάση, Δείκτης Πυκνότητα, Μετακίνηση, Διατμητική Τάση, Μετακίνηση, πόρων, Θ Tmax=Fmaχ/Αo πόρων, Θ Dr(%) ΔΗορ (mm) τ ^ ^ Α (kpa) ΔΗορ (mm) (kpa) Δείκτης πόρων, Θ 50,12 0,659 94,71 45,63 1,144 0,666 34,88 4,034 0,586 97,36 0,657 95,51 88,33 1,088 0,664 68,78 3,991 0,680 197,43 0,664 92,58 144,72 0,952 0,667 110,17 4,431 0,680 398,92 0,645 100,05 326,93 1,546 0,649 265,00 6,347 0,659 Πίνακας 3.20 Στοιχεία που λαμβάνονται για τον έλεγχο ρυθμού παραμόρφωσης D1(mm) 0,118 t1(sec) 9 D2(mm) 15,958 t2(sec) 510 78

Σχήμα 3.1 Συσκευή άμεσης διάτμησης εργαστηρίου Γεωτεχνικής Μηχανικής Σχήμα 3.2 Στοιχεία από τα οποία αποτελείται μεταλλικό κιβώτιο διάτμησης ορθογωνικής διατομής 79

Σχήμα 3.3 Λεπτομέρεια μεταλλικού κιβωτίου διάτμησης για δοκίμιο κυκλικής διατομής σε (α) κάτοψη και (β) τομή 80

Μ (β) Σχήμα 3.5 Φωτογραφίες: (α) της δυναμοκυψέλης σε οριζόντια επιφάνεια και (β) της δυναμοκυψέλης με φορτίο κατά τη βαθμονόμηση 500 R-Ro 500 Σχήμα 3.6 Συσχέτιση μεταξύ του συνολικού φορτίου και της ένδειξης της δυναμοκυψέλης 81

0 0,0\ -0,2 2000,00? Ε a Ρ ω Ρ -0,4-0,6-0,8-1 -1,2-1,4 Επιβαλλόμενη τάση, σ ν (KPa) : -0,0005x - 0,398 Σχήμα 3.7 Σχέση επιβαλλόμενης συμπίεσης / επιβαλλόμενης τάσης (1 η βαθμονόμηση)? Ε Ρ 0,1-0,1 η σ ε -0,2 μπ -0,3 0 0,000 y = 7 10-21 χ 6-3 10-16 χ 5 + 1 10-12 χ 4-3 10-9 χ 3 + 3 10-6 χ 2-0,0014x + 0,0204 R 2 = 0,9943 2000,00 1ος ΚΥΚΛΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ -0,4-0,5 Επιβαλλόμενη τάση, σν (kpa) 1ος ΚΥΚΛΟΣ ΑΠΟΦΟΡΤΙΣΗΣ Σχήμα 3.8 Σχέση συμπίεσης / επιβαλλόμενης τάσης για ξηρούς πορώδεις λίθους (2 η βαθμονόμησης) 82

0 200 400 600 800 1000 1200 1400-0,050-0,150? Ε η σ ε μπ Ρ -0,350-0,450 y = 8 10-18 χ 6-3 10-14 χ 5 + - 4 10-11 χ 4-3 10-8 χ 3 + 1 10-5 χ 2 -,0033χ + 0,0235 R2 = 0,9979 1ος ΚΥΚΛΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ 1ος ΚΥΚΛΟΣ ΑΠΟΦΟΡΤΙΣΗΣ 2ος ΚΥΚΛΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ 2ος ΚΥΚΛΟΣ ΑΠΟΦΟΡΤΙΣΗΣ 3ος ΚΥΚΛΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ -0,550 Επιβαλλόμενη τάση, σν (kpa) 3ος ΚΥΚΛΟΣ ΑΠΟΦΟΡΤΙΣΗΣ Σχήμα 3.9 Καμπύλη συμπίεσης / επιβαλλόμενης τάσης για το σύστημα της συσκευής με κορεσμένους πορώδεις λίθους (3 η βαθμονόμηση) Σχήμα 3.10 Μεταλλικές οδοντωτές πλάκες: (α) συμπαγείς, (β) διάτρητες, (γ) λεπτομέρεια 83

Σχήμα 3.11 Σύνδεση Η/Υ, συσκευής άμεσης διάτμησης και καταγραφικού μηχανήματος Σχήμα 3.12 Εισαγωγή του καταγραφικού MPX3000 στο πρόγραμμα Clisp. Studio Σχήμα 3.13 Προβολή καναλιών CH1, CH33, CH34 στο πρόγραμμα Clisp. Studio 84

Σχήμα 3.14 Εισαγωγή της συσκευής άμεσης διάτμησης στο πρόγραμμα Clisp. Studio Σχήμα 3.15 Προβολή (α) του καταγραφικού και (β) της συσκευής άμεσης διάτμησης στο πρόγραμμα Clisp. Studio 85

Σχήμα 3.16 Εικόνα από το περιβάλλον του προγράμματος Clisp. Studio για τη δοκιμή της στερεοποίησης του δοκιμίου Σχήμα 3.17 Εικόνα από το περιβάλλον του προγράμματος Clisp. Studio των γραφημάτων κατά την ολοκλήρωση της στερεοποίησης του δοκιμίου 86

Σχήμα 3.18 Τυπική μορφή αποθήκευσης των δεδομένων των καταγραφών της στερεοποίησης σε φύλλο Excel Σχήμα 3.19 Εικόνα από το περιβάλλον του προγράμματος Clisp. Studio των γραφημάτων κατά την ολοκλήρωση της διάτμησης του δοκιμίου 87

1 ΓΗ *CU1 St..?F.,,tP,i t H'l' 1 RiCop, ^ J Jb Cut rt[ja Clipboard Insert Page Li -C- Borehole D Al j Spe A! - St age Stage A! -C- & Stage Stage A A Β D Β C > Ε F Α Ι Β 1 Borehole Details 1 Specimen 1 1 Stage Stage 1 Stage ISjage C 1 D Ε F 2 Name BH 2 Peak Trough 2 Schedule Schedule 2 Schedule Schedule 3 3 102 '-29 3 3 Elapsed ΤΙ ΓνΡΧΪΟΟΟ vpysccc CHI 61 Value Peak Trough Initial Final ΤΪΡΧΪΟΟΟ VPX3000 CH34 4 4 MPX3000 CH33 '-2.927 '- 2.000-3.266 4 Elapsed Time zz zz 00:00:00 00:16-: OS 4-29 -3,25B -2,707 5 Sample Details 5 VPX3CCC CH3- B.421 S.421 '-2.707 5 Logs Record Count 969 969 c '9 69 5 \ 1-29 -3,253-2,705 6 Name SAMPIE 6 6 6 2-29Γ -3,25B -2,707 7 Depth 7 7 MPX30O0CH1 61 102-29 -23-7 3-25 -3 r26-2,705 δ Sample Type Default S δ MPX3000CH33 '-3.25S Γ -2.325 δ 4-22 -3 r26-2,702 9 Memo 9 9 MPX3000CH34 S.421 S.421-2.707-2.707 S.421) 9 5 -IS -3,26-2,701 10 10 10 10 6-13 -3,26-2,697 11 Test Details 11 11 11 7-9 -3,26-2,694 12 Client CLIENT 12 12 12-6 -3,26-2,6B9 13 Site Reference 13 13 13 9-1 -3,26-2,685 Id Job File JOB 14 14 14 ID 1-3,26-2.6B1 15 Test Name 15 15 15 11 5-3,26-2,675 16 Test Type 16 16 16 12 9-3,26-2,663 17 Standard J! 17 17 13 11-3,26-2,665 18 Test Version 0 13 IB IB 14 12-3,26-2,661 K 19 Test Plan Version 0 19 19 13 15 15-3,26-2,656 20 Is Multiple Specimen True 2C 20 20 16 IS -3,261-2,652 21 Memo 21 21 21 17 ZO -3,261-2,646 22 22 22 22 18 24 3,261-2,633 23 Checked 23 23 13 26-3,263-2,533 24 Approved 24 24 20 29-3,263-2,625 25 25 25 25 21 30-3,263-2,619 26 Date 25/11/2015 11:35:14 26 26 26 22 32-3,263-2,615 27 27 27 27 23 34-3,263-2,609 23 28 28 23 24 36-3,263-2,602 29 JS\ 29 23 25 39-3,263-2,595 30 30 30 26 41-3,264-2.5B6 31 31 31 31 27 43-3,264-2.576 32 32 32 32 28 46-3,264-2,569 i SPEC Test Data Common Data Spec Test Data Common Data Specimen 1 Schedules Sp^i " Test Data Common Data / Spec Σχήμα 3.20 Τυπική μορφή αποθήκευσης των δεδομένων των καταγραφών της διάτμησης σε φύλλο Excel Σχήμα 3.21 Προετοιμασία εξοπλισμού δοκιμής άμεσης διάτμησης 88

Σχήμα 3.22 Κάλυψη του εσωτερικού του κιβωτίου και της μεταξύ των δύο τμημάτων επιφάνειας με λάδι (α) (β) Σχήμα 3.23 Τοποθέτηση κοχλιών (α) ανύψωσης και (β) ένωσης του κιβωτίου Σχήμα 3.24 Τοποθέτηση πορώδους δίσκου, φίλτρου και μεταλλικής πλάκας 89

Σχήμα 3.25 (α) Διαχωρισμός δείγματος, (β) Διάστρωση, (γ) Συμπύκνωση Σχήμα 3.26 Μέτρηση συνολικού ύψους Σχήμα 3.27 Ρύθμιση θέσης κιβωτίου στη συσκευή 90

Σχήμα 3.31 Θεωρητική καμπύλη καθίζησης δοκιμίου ως προς την τετραγωνική ρίζα του χρόνου Σχήμα 3.32 Μορφή επιφάνειας διάτμησης δοκιμίου 92

ε Ε_ 10,500 10,400 1 10 100 1000 Ο C 10,300 10,200 * 197,43 β- 3 α ο 10,100 10,000 9,900 Χρόνος στερεοποίσης (sec) ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^^^^^^^^^^^^ Σχήμα 3.33 Διαγράμματα καθίζησης δοκιμίου/χρόνου κατά τη στερεοποίηση 1 η mn ε _ε 10,500 < η σ10,400 η ' 10,300 σ i 10,200 η 0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 35,000 * f 10,100 ^= < > ' 10,000 Τετραγωνική ρίζα του χρόνου στερεοποίησης J 9,900 197,43 Σχήμα 3.34 Διαγράμματα καθίζησης δοκιμίου/τετραγωνικής ρίζας χρόνου κατά τη στερεοποίηση 93

1-F 0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 _ 200,00 _ Ιο 1. 150,00 c /" - 100,00 wmmm M M Μ Ν Η Ί 197,43 Διατμητική 0 0 ο ο Ι Οριζόντια μετακίνηση (mm) (α) 1-F 0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 _α_ r\ rn ρ ό 8 0,00 < αρ ) κ -0,50 θ- S. -1,00 κό ακ ατ τ -1,50 _ Οριζόντια μετακίνηση (mm) 197,43 η mr U,UUJ (β) 1-F 0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 0,680 mam* / ρ ό 0,675 Κ 197,43 0,670 ψ η κ τ 0,665 < 0,660 Οριζόντια μετακίνηση (mm) (γ) Σχήμα 3.35 Καμπύλες (α) διατμητικής τάσης / οριζόντιας μετατόπισης (β) κατακόρυφης παραμόρφωσης / οριζόντιας μετατόπισης και (γ) δείκτη πόρων / οριζόντιας μετατόπισης 94

im rw-> a! 300,00 ~ 250,00. 200,00 150,00 g. 100,00 ί 50,00-3 0,00 im rw-> 1-F 0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 λμμ"μ Μ* Pi """Hi ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ " ^* M l MMMMB MMMMi MMMN ΜΜΜΜΙ Hi MMMH MMH Οριζόντια μετακίνηση (mm) (α) 1-F 0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 a! 300,00 ^ ( η 250,00 ^MMM MMM* M>. 200,00 c- κ 150,00. 100,00 μ τ 50,00 MMMM1 MMM α ^MM1 MMMN mm Mi Ml MMM -3 0,00 Οριζόντια μετακίνηση (mm) (β) 1-F 0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 ' 50,12 97,36 197,43 398,92 50,12 97,36 197,43 398,92 ν 0,680 3 ρ ό 0,670 wm m MMMMI 0,660 MK M 7 κτ ε ί 0,650 JMMM* 0,640 Οριζόντια μετακίνηση (mm) 50,12 97,36 A 197,43 398,92 (γ) Σχήμα 3.36 Καμπύλες (α) διατμητικής τάσης / οριζόντιας μετατόπισης, (β) κατακόρυφης παραμόρφωσης / οριζόντιας μετατόπισης, και (γ) δείκτη πόρων /οριζόντιας μετατόπισης για το σύνολο των δοκιμών 95

400,00 Q. 350,00 300,00 y 250,00.8 τ κ ι τ η 100,00 μ α τ ι ι <3 200,00 150,00 50,00 y = 0,8085x R 2 = 0,9922 0,00 0,00 100,00 200,00 300,00 Ορθή τάση, σ ν (kpa) y = 0,6469x R2 = 0,9872 400,00 500,00 Μέγιστη αντοχή Οριακή αντοχή Σχήμα 3.37 Περιβάλλουσα Coulomb για μέγιστη και κρίσιμη διατμητική αντοχή Σχήμα 3.38 Καμπύλη οριζόντιας μετακίνησης/χρόνου 96

Σχήμα 3.39 Μέτρηση μάζας ληκύθων flflf ' 1 Σχήμα 3.40 Τοποθέτηση νερού στις ληκύθους Σχήμα 3.41Στήλη κοσκίνων που χρησιμοποιήθηκαν για την κοκκομετρική ανάλυση της άμμου 97

98

Σχήμα 3.44 Εξοπλισμός δοκιμής προσδιορισμού ελάχιστης πυκνότητας με ξηρή απόθεση άμμου σε κύλινδρο με νερό Σχήμα 3.45 Ανάγνωση όγκου εδάφους 99

100

Κεφάλαιο 4 Μελετηθέντα εδάφη - Πρόγραμμα εργαστηριακών δοκιμών 4.1. Γενικά Στο κεφάλαιο αυτό αρχικά παρουσιάζονται τα εδάφη που μελετήθηκαν στην παρούσα διπλωματική εργασία και στη συνέχεια το πρόγραμμα των δοκιμών άμεσης διάτμησης. 4.2 Μελετηθέντα εδά(ρη Τα εδαφικά υλικά που χρησιμοποιήθηκαν ήταν η καθαρή άμμος Μ31 και η αμμώδης ιλύς D6. Το ποσοστό ιλύος της D6 μετρήθηκε ίσο με 67% (Κουλαουζίδου Κ., 2016). Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι φυσικές ιδιότητες των εδαφών και στοιχεία σχετικά με την προέλευση και την ορυκτολογική τους σύσταση. 4.2.1 Φυσικά χαρακτηριστικά εδαφών Η άμμος Μ31 είναι φυσική χαλαζιακή άμμος από το Βέλγιο (Βράννα Α, 2016). Μετά από εξέτασή της σε συμβατικό μικροσκόπιο, διαπιστώθηκε πως πρόκειται για καθαρή άμμος με σχετικά ομοιόμορφους στιλβωμένους κόκκους, με ομοιόμορφη στρογγυλότητα και σφαιρικότητα, Σχήμα 4.1, 4.2, και 4.3. Η στίλβωση αποτελεί ένδειξη προέλευσης από υδατικό περιβάλλον. Οι κόκκοι στην πλειονότητά τους είναι διαυγείς, ενώ ένα ποσοστό 5-10% είναι γαλακτόχρωμοι (ημιδιαφανείς) και άλλης γενετικής προέλευσης. Υπάρχει απειροελάχιστη ποσότητα (<1%ο) μαύρων κόκκων σιδηροξειδίων άγνωστης προέλευσης (Βράννα Α., 2016). Η αμμώδης ιλύς D6 αποτελεί προϊόν θραύσης χαλαζιακής άμμου με απειροελάχιστη ποσότητα (<1%ο) μαύρων κόκκων, που οφείλονται πιθανόν σε ανθρώπινη επιμόλυνση (Βράννα Α, 2016). Οι κόκκοι της D6 είναι διαυγείς, Σχήμα 4.4, 4.5, 4.6 και 4.7) και σε αντίθεση με τν άμμο Μ31, εξαιρετικά γωνιώδεις με έντονη στιλπνότητα, που οφείλεται στην κογχώδη θραύση τους. Σημειώνεται πως η ιλύς που περιέχεται στη D6 είναι μη πλαστική. Εργαστηριακές δοκιμές πραγματοποιήθηκαν στην καθαρή άμμο Μ31 και σε δύο ιλυώδης άμμους που αποτελούνται από μείγματα Μ31 και D6 σε ποσοστό D6 ίσο με 5% και 15% και πως το εξής αναφέρονται ως Μ31-5SILT και M31-15SILT αντίστοιχα. Στη συνέχεια θα παρουσιαστούν τα αποτελέσματα των δοκιμών ταξινόμησης σε πίνακες και Σχήματα. 101

Ειδικό βάρος στερεών κόκκων Α. Άμμος Μ31 Χρησιμοποιήθηκαν τέσσερα ξηρά δείγματα των 10 g (ένα δείγμα στους 105 C και τρία στους 60 C). Τα αποτελέσματα της δοκιμής παρουσιάζονται στον Πίνακα 4.1. Ο δείκτης G S υπολογίζεται 2,659 και παρατηρείται, ότι η διαφορά της μέση τιμής από τις τιμές των ειδικών πυκνοτήτων της κάθε μέτρησης είναι μικρότερη από το επιτρεπτό σφάλμα, το οποίο είναι 0,03 Mg/ m 3. Β. Αμμοϊλύς D6 Χρησιμοποιήθηκαν τρία δείγματα τα οποία είχαν ξηρανθεί στους 60 C. Η δοκιμή πραγματοποιήθηκε δύο φορές, την πρώτη σε ποσότητα δείγματος 10 g και την δεύτερη 7 g. Διαπιστώθηκε, ότι στην περίπτωση των λεπτόκκοκων εδαφών ο αέρας αφαιρείται πιο δύσκολα από τους κόκκους. Για αυτό το λόγο, οι λήκυθοι τοποθετήθηκαν στην αντλία κενού συνολικά 12 ώρες και ανακινούνταν ανά μία ώρα. Τα αποτελέσματα και των δύο δοκιμών παρουσιάζονται στον Πίνακα 4.2. Ο δείκτης G S υπολογίζεται 2,672 και παρατηρείται, ότι η διαφορά της μέση τιμής από τις τιμές των ειδικών πυκνοτήτων της κάθε μέτρησης είναι μικρότερη από το επιτρεπτό σφάλμα, το οποίο είναι 0,03 Mg/ m 3. Γ. Άμμος Μ31-58ΣυΓ Δεν πραγματοποιήθηκαν δοκιμές προσδιορισμού ειδικού βάρους στερεών κόκκων. Οι τιμές λήφθηκαν από την υπάρχουσα βιβλιογραφία (Βράννα Α, 2016). Δ. Άμμος Μ31-158ΣυΓ Δεν πραγματοποιήθηκαν δοκιμές προσδιορισμού ειδικού βάρους στερεών κόκκων. Οι τιμές λήφθηκαν από την υπάρχουσα βιβλιογραφία (Βράννα Α, 2016). Κοκκομετρική ανάλυση Α. Άμμος Μ31 Τα αποτελέσματα των δοκιμών παρουσιάζονται στον Πίνακα 4.3. Οι προκύπτουσες κοκκομετρικές καμπύλες παρουσιάζονται στο Σχήμα 4.8. Από τις δύο αυτές καμπύλες επιλέχθηκε μια ενδιάμεση καμπύλη κοκκομετρίας, αυτή με πράσινο χρώμα. Από την προκύπτουσα κοκκομετρική καμπύλη λαμβάνονται τα εξής συμπεράσματα: Λιγότερο από 50% του υλικού διέρχεται το κόσκινο Νο. 200, άρα είναι χονδρόκοκκο υλικό 102

Λιγότερο από 5% του υλικού διέρχεται το κόσκινο Νο. 200, άρα είναι αμμώδες υλικό Συντελεστής ομοιομορφίας C u = = = 1,82 < 6 D ^ 0 31^ Συντελεστής καμπυλότητας C = = ' = 1,09 > 1 D 10 XD 6 o 0,22X0,4 Δεν ισχύει το και, Το εδαφικό υλικό επομένως, είναι μια ομοιόμορφη άμμος (SP) χωρίς την παρουσία λεπτοκόκκων. Μετά την ολοκλήρωση ορισμένων δοκιμών διάτμησης πραγματοποιήθηκε δοκιμή κοκκομετρίας σε τρία δοκίμια για να εξεταστεί, εάν οι εδαφικοί κόκκοι θραύονται κατά τη διάτμηση. Στο Σχήμα 4.9 δίνονται όλες οι κοκκομετρικές καμπύλες που προέκυψαν. Β. Αμμοϊλύς D6 Από δοκιμές υγρής κοκκομετρίας και αραιομέτρου (Κουλαουζίδου Κ., 2016) πραγματοποιήθηκε κοκκομετρική ανάλυση της αμμοϊλύος D6, Σχήμα 4.10. Γ. Άμμος Μ31-58ΣυΓ Από δοκιμές υγρής κοκκομετρίας και αραιομέτρου (Κουλαουζίδου Κ., 2016) πραγματοποιήθηκε κοκκομετρική ανάλυση για τα μείγματα καθαρής άμμου Μ31 με 5% και παρουσιάζεται στο Σχήμα 4.11. Για το μείγμα με 5% D6 το διερχόμενο ποσοστό από το κόσκινο Νο. 200 είναι 5-12%, ενώ η άμμος Μ31 είναι ομοιόμορφη. Επομένως, πρόκειται για ιλυώδη άμμο (SM-SP). Δ. Άμμος Μ31-^!ΕΓ Από δοκιμές υγρής κοκκομετρίας και αραιομέτρου (Κουλαουζίδου Κ., 2016) πραγματοποιήθηκε κοκκομετρική ανάλυση για τα μείγματα καθαρής άμμου Μ31 με 15% αμμοϊλύ D6 παρουσιάζεται στο Σχήμα 4.12. Για το μείγμα με 15% D6 το διερχόμενο ποσοστό από το κόσκινο Νο. 200 είναι μεγαλύτερο του 12%, ενώ η άμμος Μ31 είναι ομοιόμορφη. Επομένως, πρόκειται για ιλυώδη άμμο (SM). Ελάγιστη και μέγιστη πυκνότητα Ελάχιστη πυκνότητα Α. Άμμος Μ31 Τα αποτελέσματα της δοκιμής ελάχιστης πυκνότητας με ξηρή απόθεση σε ογκομετρικό κύλινδρο δίνονται στον Πίνακα 4.4. Από τις τέσσερις διαδικασίες που 103

3 ακολουθήθηκαν επιλέχθηκε η αργή εναπόθεση σε κύλινδρο των 2000 cm 3, η οποία έδινε το μεγαλύτερο δείκτη πόρων e max =0,867. Τα αποτελέσματα της δοκιμής ελάχιστης πυκνότητας με ξηρή απόθεση σε ογκομετρικό κύλινδρο με νερό δίνονται στον Πίνακα 4.5. Από τη συγκεκριμένη δοκιμή προέκυψε ο μεγαλύτερος δείκτης πόρων emax=0,907. Επιπλέον, αποτελέσματα για το μέγιστο δείκτη πόρων υπήρχαν και από τη βιβλιογραφία (Βράννα Α, 2016) όπου e max =0,805 καθώς και από τις δοκιμές άμεσης διάτμησης που πραγματοποιήθηκαν στο πλαίσιο της διπλωματικής αυτής εργασίας, όπου emax=0,888. Β. Άμμος Μ31^!υΓ Τα αποτελέσματα της δοκιμής ελάχιστης πυκνότητας σε μείγματα άμμου Μ31 με 5% αμμοϊλύ D6 με ξηρή απόθεση σε ογκομετρικό κύλινδρο δίνονται στον Πίνακα 4.6. Για τη δοκιμή χρησιμοποιήθηκε ο ογκομετρικός κύλινδρος των 2000 cm 3, όπου παρατηρήθηκε ότι δίνει τη μικρότερη πυκνότητα. Λόγω έλλειψης πώματος παρατηρήθηκε μικρή απώλεια υλικού κατά τις ανακινήσεις η οποία καταγράφηκε σε κάθε μέτρηση. Ως μέγιστος δείκτης πόρων e max λήφθηκε ο μέσος όρος των δύο μεγαλύτερων τιμών που είχαν επαναληψιμότητα. Έτσι, θεωρήθηκε e max =0,801. Τα αποτελέσματα της δοκιμής ελάχιστης πυκνότητας με ξηρή απόθεση σε ογκομετρικό κύλινδρο με νερό δίνονται στον Πίνακα 4.7. Από τη συγκεκριμένη δοκιμή προέκυψε ο μεγαλύτερος δείκτης πόρων emax=0,879. Γ. Άμμος Μ31-^!υΓ Τα αποτελέσματα της δοκιμής ελάχιστης πυκνότητας σε μείγματα άμμου Μ31 με 15% αμμοϊλύ D6 με ξηρή απόθεση σε ογκομετρικό κύλινδρο δίνονται στον Πίνακα 4.8. Για τη δοκιμή χρησιμοποιήθηκε ο ογκομετρικός κύλινδρος των 2000 cm 3, όπου παρατηρήθηκε ότι δίνει τη μικρότερη πυκνότητα. Λόγω έλλειψης πώματος παρατηρήθηκε μικρή απώλεια υλικού κατά τις ανακινήσεις η οποία καταγράφηκε σε κάθε μέτρηση. Ως μέγιστος δείκτης πόρων emax λήφθηκε η τιμή με την μεγαλύτερη επαναληψιμότητα. Έτσι, θεωρήθηκε emax=0,646. Η δοκιμή ελάχιστης πυκνότητας με ξηρή απόθεση σε ογκομετρικό κύλινδρο με νερό σε μείγματα άμμου Μ31 με 15% αμμοϊλύ D6 παρατηρήθηκε ότι δεν μπορεί να εφαρμοστεί λόγω της ύπαρξης λεπτοκόκκων. Επιπλέον, αποτελέσματα για το μέγιστο δείκτη πόρων υπήρχαν και από τη βιβλιογραφία (Βράννα Α, 2016) όπου emax=0,682 καθώς και από τις δοκιμές άμεσης διάτμησης που πραγματοποιήθηκαν στο πλαίσιο της διπλωματικής αυτής εργασίας, όπου emax=0,687. Μέγιστη πυκνότητα Α. Άμμος Μ31 104

Για τον προσδιορισμό της μέγιστης πυκνότητας ξηρής άμμου πραγματοποιήθηκαν δοκιμές συμπύκνωσης με τη μέθοδο Proctor (Κουλαουζίδου Κ, 2016), όπου ο ελάχιστος δείκτης πόρων προέκυψε emin=0,649. Tέλος, αποτελέσματα για τον ελάχιστο δείκτη πόρων υπήρχαν και από τη βιβλιογραφία (Βράννα Α, 2016) όπου emin=0,558, καθώς και από τις δοκιμές άμεσης διάτμησης που πραγματοποιήθηκαν στο πλαίσιο της διπλωματικής αυτής εργασίας, όπου emin=0,645 Β. Άμμος Μ31^!υΓ Για τον προσδιορισμό της μέγιστης πυκνότητας ξηρής άμμου πραγματοποιήθηκαν δοκιμές συμπύκνωσης με τη μέθοδο Proctor (Κουλαουζίδου Κ, 2016), όπου ο ελάχιστος δείκτης πόρων προέκυψε e min =0,608. Tέλος, αποτελέσματα για τον ελάχιστο δείκτη πόρων υπήρχαν και από τις δοκιμές άμεσης διάτμησης που πραγματοποιήθηκαν στο πλαίσιο της διπλωματικής αυτής εργασίας, όπου e min =0,627. Γ. Άμμος Μ31-^!υΓ Για τον προσδιορισμό της μέγιστης πυκνότητας ξηρής άμμου δεν πραγματοποιήθηκαν δοκιμές συμπύκνωσης με τη μέθοδο Proctor και για αυτό αποτελέσματα για τον ελάχιστο δείκτη πόρων υπήρχαν από τη βιβλιογραφία (Βράννα Α, 2016) emin=0,414 από τις δοκιμές άμεσης διάτμησης που πραγματοποιήθηκαν στο πλαίσιο της διπλωματικής αυτής εργασίας, όπου emin=0,442. Ο πίνακας 4.9 παρουσιάζει συγκεντρωτικά τα φυσικά χαρακτηριστικά των μελετηθέντων εδαφών. 4.3 Πρόγραμμα εργαστηριακών δοκιμών Το πρόγραμμα εργαστηριακών δοκιμών περιλαμβάνει δοκιμές άμεσης διάτμησης υπό στραγγιζόμενες συνθήκες (CD) δοκιμές σε δοκίμια (α) καθαρής άμμου Μ31, (β) ιλυώδους άμμου Μ31-5%αϋ6 και (γ) ιλυώδους άμμου Μ31-15%αϋ6 σε διάφορες πυκνότητες και τάσεις στερεοποίησης. Επίσης, περιλαμβάνει ενδοεργαστηριακές δοκιμές άμεσης διάτμησης που πιστοποιούν την επαναληψιμότητα και συνεπώς την αξιοπιστία των αποτελεσμάτων. 4.3.1 Πρόγραμμα δοκιμών άμεσης διάτμησης Στον Πίνακα 4.10 παρουσιάζονται τα στοιχεία των δοκιμών άμεσης διάτμησης υπό στραγγιζόμενες συνθήκες που πραγματοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό της γωνίας τριβής (p' max και (p' cr, ενώ ο Πίνακα 4.11 παρουσιάζει τα στοιχεία των δοκιμών 105

άμεσης διάτμησης των εδαφών που μελετήθηκαν στην ίδια ορθή τάση σε διαφορετικές πυκνότητες ώστε να εξεταστεί η επίδραση της σχετικής πυκνότητας στην διατμητική αντοχή των εδαφικών υλικών. 4.3.2 Ενδοεργαστηριακές δοκιμές Στον Πίνακα 4.1 2 παρουσιάζονται τα στοιχεία των ενδοεργαστηριακών δοκιμών άμεσης διάτμησης υπό σταγγιζόμενες συνθήκες που πραγματοποιήθηκαν. 106

Πίνακας 4.1 Αποτελέσματα δοκιμής ειδικού βάρους στερεών κόκκων άμμου Μ31 Αριθμός Δοκιμής 1 2 3 4 Όνομα Ληκύθου Μ ά ζ α 1 (105 C) 2 (60 C) 3 (60 C) 4 (60 C) Μάζα ληκύθου (g) 31,7562 31,3201 31,7044 31,8043 ληκύθου + έδαφος ( g ) 39,8256 41,4002 42,3144 42,3195 ]νΐ άζα ληκύθου + έδαφος + νερό ( g ) 86,6826 87,6512 88,1743 88,4457 ]νΐ άζα ληκύθου γεμάτη νερό ( g ) 81,6395 81,3739 81,5437 81,8927 Μ ά ζ α Μάζα εδάφους (g) 8,0694 10,0801 10,6100 10,5152 νερού στη γεμάτη λήκυθο ( g ) 49,8833 50,0538 49,8393 50,0884 ^ ^ ά ζ α νερού που χρησιμοποιήθηκε ( g ) 46,8570 46,2510 45,8599 46,1262 Όγκος Εδαφικών κόκκων (g) 3,0263 3,8028 3,9794 3,9622 Ειδική πυκνότητα, ρ s (Mg/ m 3 ) 2,6664 2,6507 2,6662 2,6539 Μέση τιμή (Mg/ m 3 ) 2,659 Πίνακας 4.2 Αποτελέσματα δοκιμής ειδικού βάρους στερεών κόκκων αμμοϊλύος D6 για δείγμα 10 g και 7 g Για δείγμα 10 g Αριθμός Δοκιμής 1 2 3 Όνομα Ληκύθου 1 (60 C) 2 (60 C) 3 (60 C) Μάζα ληκύθου (g) 31,7547 31,3186 31,703 Μ ά ζ α ληκύθου + έδαφος ( g ) 40,8412 40,3379 40,7332 Μ ά ζ α Μ ά ζ α ληκύθου + έδαφος + νερό ( g ) 87,2853 86,9712 87,1454 ληκύθου γεμάτη νερό ( g ) 81,7137 81,4416 81,6198 Μ ά ζ α Μ ά ζ α Μάζα εδάφους (g) 9,0865 9,0193 9,0302 νερού στη γεμάτη λήκυθο ( g ) 49,959 50,123 49,9168 νερού που χρησιμοποιήθηκε ( g ) 46,4441 46,6333 46,4122 Όγκος Εδαφικών κόκκων (g) 3,5149 3,4897 3,5046 Ειδική πυκνότητα, ρ,; (Mg/ m3) 2,5851 2,5845 2,5767 Μέση τιμή GS (Mg/ m3) 2,582 Για δείγμα 7 g Αριθμός Δοκιμής 1 2 3 Όνομα Ληκύθου 1 (60 C) 2 (60 C) 3 (60 C) Μάζα ληκύθου (g) 31,7527 31,3166 31,7016 Μ ά ζ α ληκύθου + έδαφος ( g ) 38,7683 38,3875 38,7491 Μ ά ζ α Μ ά ζ α ληκύθου + έδαφος + νερό ( g ) 86,1012 85,8629 86,0192 ληκύθου γεμάτη νερό ( g ) 81,7099 81,4331 81,6148 Μάζα εδάφους (g) 7,0156 7,0709 7,0475 107

Πίνακας 4.2 (συνέχεια) Αποτελέσματα δοκιμής ειδικού βάρους στερεών κόκκων αμμοϊλύος D6 για δείγμα 10 g και 7 g Μ ά ζ α Μ ά ζ α νερού στη γεμάτη λήκυθο ( g ) 49,9572 50,1165 49,9132 νερού που χρησιμοποιήθηκε ( g ) 47,3329 47,4754 47,2701 Όγκος Εδαφικών κόκκων (g) 2,6243 2,6411 2,6431 Ειδική πυκνότητα, ρ ; (Mg/ m3) 2,6733 2,6773 2,6664 Μέση τιμή G S (Mg/ m3) 2,672 Πίνακας 4.3 Αποτελέσματα δοκιμών κοκκομετρικής ανάλυσης σε καθαρή άμμο Μ31 1 η Δοκιμή Αρ. Κόσκινου Ονομαστική Διάμετρος (mm) Μάζα Υποδοχέα (g) Μάζα συγκρατού μενου ποσοστού (g) Συγκρατούμενο ποσοστό (%) Μάζα διερχόμενου ποσοστού (g) Διερχόμενο ποσοστό (%) Νο. 20 0,850 116,57 0,00 0 207,71 100,00 Νο. 30 0,600 116,57 10,36 4,99 197,35 95,01 Νο. 40 0,425 116,57 35,59 22,12 161,76 77,88 Νο. 50 0,300 116,57 117,92 78,89 43,84 21,11 Νο. 100 0,150 116,57 42,89 99,54 0,95 0,46 Νο. 200 0,075 116,57 0,91 99,98 0,04 0,02 Νο. 230 0,063 116,57 0,04 100,00 0 0,00 Συνολική Μάζα Δείγματος (g): 207,71 2 η Δοκιμή Αρ. Κόσκινου Ονομαστικ ή Διάμετρος (mm) Μάζα Υποδοχέα (g) Μάζα συγκρατού μενου ποσοστού (g) Συγκρατούμενο ποσοστό (%) Μάζα διερχόμενου ποσοστού (g) Διερχόμενο ποσοστό (%) Νο. 20 0,850 116,57 0,00 0 207,46 100,00 Νο. 30 0,600 116,57 10,00 4,82 197,46 95,18 Νο. 40 0,425 116,57 60,44 33,95 137,02 66,05 Νο. 50 0,300 116,57 112,61 88,23 24,41 11,77 Νο. 100 0,150 116,57 23,88 99,74 0,53 0,26 Νο. 200 0,075 116,57 0,49 99,98 0,04 0,02 Νο. 230 0,063 116,57 0,04 100,00 0 0,00 Συνολική Μάζα Δείγματος (g): 207,46 108

Πίνακας 4.4 Αποτελέσματα δοκιμής ελάχιστης πυκνότητας σε καθαρή άμμο Μ31 με ξηρή απόθεση σε ογκομετρικό κύλινδρο για τον ογκομετρικό κύλινδρο των 1000 cm 3 με γρήγορη εναπόθεσή του Μετρήσεις 1η 2η 3η 4η 5η 6η 7η 8η 9η 10η Μάζα ξηρού δοκιμίου, Μά (g) 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 Όγκος εδάφους, V (cm 3 ) 690 690 680 680 690 690 680 680 690 690 Ελάχιστη ξηρή πυκνότητα ρ^πώ (gr/cm 3 ) 1,449 1,449 1,471 1,471 1,449 1,449 1,471 1,471 1,449 1,449 Ειδικό βάρος στερεών κόκκων, Gs 2,659 Μέγιστος δείκτης πόρων, e max 0,835 0,835 0,808 0,808 0,835 0,835 0,808 0,808 0,835 0,835 για τον ογκομετρικό κύλινδρο των 1000 cm 3 με αργή εναπόθεσή του Μετρήσεις 1η 2η 3η 4η 5η 6η 7η 8η 9η 10η Μάζα ξηρού δοκιμίου, Μά (g) 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 Όγκος εδάφους, V (cm 3 ) 690 690 690 700 690 690 680 690 690 690 Ελάχιστη ξηρή πυκνότητα ρ^πώ (gr/cm 3 ) 1,449 1,4493 1,449 1,429 1,449 1,449 1,471 1,449 1,449 1,449 Ειδικό βάρος στερεών κόκκων, Gs 2,659 Μέγιστος δείκτης πόρων, e max 0,835 0,835 0,835 0,862 0,835 0,835 0,808 0,835 0,835 0,835 για τον ογκομετρικό κύλινδρο των 2000 cm 3 με γρήγορη εναπόθεσή του Μετρήσεις 1η 2η 3η 4η 5η 6η 7η 8η 9η 10η Μάζα ξηρού δοκιμίου και κυλίνδρου, Μ (g) 1951 1951 1951 1950 1950 1949 1949 1949 1949 1949 Μάζα κυλίνδρου Μ κυλ (g) 951 Μάζα ξηρού δοκιμίου, Μά (g) 1000 1000 1000 999 999 998 998 998 998 998 Όγκος εδάφους, V (cm 3 ) 690 Ελάχιστη ξηρή πυκνότητα ρ^πώ (gr/cm 3 ) 1,449 1,449 1,429 1,448 1,427 1,426 1,426 1,426 1,446 1,446 Ειδικό βάρος στερεών κόκκων, Gs 2,659 Μέγιστος δείκτης πόρων, e max _ 0,835 0,835 0,835 0,835 0,835 0,835 0,835 0,835 0,835 0,835 109

Πίνακας 4.4 (συνέχεια) Αποτελέσματα δοκιμής ελάχιστης πυκνότητας σε καθαρή άμμο Μ31 με ξηρή απόθεση σε ογκομετρικό κύλινδρο για τον ογκομετρικό κύλινδρο των 2000 cm 3 με αργή εναπόθεσή του Μετρήσεις 1η 2η 3η 4η 5η 6η 7η 8η 9η 10η Μάζα ξηρού δοκιμίου και κυλίνδρου, Μ (g) 1948 1948 1948 1948 1947 1947 1946 1946 1946 1946 Μάζα κυλίνδρου Μ κυλ (g) 951 Μάζα ξηρού δοκιμίου, Μά (g) 997 997 997 997 996 996 995 995 995 995 Όγκος εδάφους, V (cm 3 ) 700 Ελάχιστη ξηρή πυκνότητα ρ^πώ (gr/cm 3 ) 1,424 1,424 1,445 1,424 1,443 1,443 1,421 1,442 1,442 1,442 Ειδικό βάρος στερεών κόκκων, Gs 2,659 Μέγιστος δείκτης πόρων, e max 0,867 0,867 0,840 0,867 0,842 0,842 0,871 0,844 0,844 0,844 Πίνακας 4.5 Αποτελέσματα δοκιμής ελάχιστης πυκνότητας σε καθαρή άμμο Μ31 με ξηρή απόθεση σε ογκομετρικό κύλινδρο με νερό Κύλινδρος 1 2 3 Μ ά ζ α κυλίνδρου + νερού, m 1 ( g ) 154,78 206,28 206,28 Ένδειξη άμμου, V εδάφους (cm 3 ) 23 22,5 21,5 Μ ά ζ α κυλίνδρου + νερού + εδάφους, m 2 ( g ) 186,98 237,66 236,83 Μάζα εδάφους, m 3 (g) 32,2 31,38 30,55 Gs 2,659 Πυκνότητα, ρ ά (g/cm 3 ) 1,400 1,395 1,421 e 0,899 0,907 0,871 110

Πίνακας 4.6 Αποτελέσματα δοκιμής ελάχιστης πυκνότητας σε μείγμα άμμου Μ31 με 5% αμμοϊλύ D6 με ξηρή απόθεση σε ογκομετρικό κύλινδρο Μετρήσεις 1η 2η 3η 4η 5η 6η 7η 8η 9η 10η Μάζα ξηρού δοκιμίου και κυλίνδρου, Μ (g) Μάζα κυλίνδρου Μκυλ (g) Μάζα ξηρού δοκιμίου, Μι (g) Όγκος εδάφους, V (cm 3 ) Ελάχιστη ξηρή πυκνότητα ρ ά-ιηπι (gr/cm 3 ) Ειδικό βάρος στερεών κόκκων, Gs 1953,1 1953,1 1947,6 1947,6 1947,6 1947,5 1947,5 1946,7 1946,7 1946,7 953,49 999,6 999,6 994,2 994,1 994,1 994,0 994,0 993,2 993,2 993,2 680 650 660 670 670 680 670 660 660 670 1,470 1,538 1,506 1,484 1,484 1,462 1,484 1,505 1,505 1,482 2,659 emax 0,809 0,729 0,765 0,792 0,792 0,819 0,792 0,767 0,767 0,794 Πίνακας 4.7 Αποτελέσματα δοκιμής ελάχιστης πυκνότητας σε μείγμα άμμου Μ31 με 5% αμμοϊλύ D6 με ξηρή απόθεση σε ογκομετρικό κύλινδρο με νερό Κύλινδρος 1 2 3 Μ ά ζ α κυλίνδρου + νερού, m 1 ( g ) 206,7 164,79 202,98 Ένδειξη άμμου, V εδάφους (cm 3 ) 20,5 24 22 ^ ^ ά ζ α κυλίνδρου + νερού + εδάφους, m 2 235,71 198,77 234,64 ( g ) Μάζα εδάφους, m 3 (g) 29,01 33,98 31,66 Gs 2,659 2,659 2,659 Πυκνότητα, ρ 1 (g/cm 3 ) 1,415 1,416 1,439 e 0,879 0,878 0,848 111

Πίνακας 4.8 Αποτελέσματα δοκιμής ελάχιστης πυκνότητας σε μείγμα άμμου Μ31 με 15% αμμοϊλύ D6 με ξηρή απόθεση σε ογκομετρικό κύλινδρο Μετρήσεις 1η 2η 3η 4η 5η 6η 7η 8η 9η 10η Μάζα ξηρού δοκιμίου και κυλίνδρου, Μ (g) Μάζα κυλίνδρου 1953,2 1953,2 1952,9 1952,9 1952,8 1952,8 1952,7 1952,6 1952,5 1952,5 953,46 Μκυλ (g) Μάζα ξηρού δοκιμίου, Μά (g) Όγκος εδάφους, V (cm 3 ) Ελάχιστη ξηρή πυκνότητα 999,7 999,7 999,5 999,4 999,4 999,3 999,3 999,1 999,0 999,0 620 630 620 610 610 620 600 610 620 620 1,612 1,587 1,612 1,638 1,638 1,612 1,665 1,638 1,611 1,611 ρ ά-ιηπι (gr/cm 3 ) Ειδική βαρύτητα στερεών κόκκων, Gs 2,653 emax 0,645 0,672 0,646 0,619 0,619 0,646 0,593 0,620 0,646 0,646 Πίνακας 4.9 Συγκεντρωτικά στοιχεία για τα φυσικά χαρακτηριστικά των μελετηθέντων εδαφών Εδαφικό υλικό GS emax emin Ποσοστό ιλύος D6 (%) Μ31 2,659 0,907 0,645 0,00 Μ31^]ΧΤ 2,657 0,879 0,608 3,35 Μ31-^]ΧΤ 2,653 0,687 0,414 10,00 112

Πίνακας 4.10 Στοιχεία δοκιμών άμεσης διάτμησης Δοκιμή Dr (%) Καθαρή άμμος Μ3 σ'ν (kpa) Ονομαστικός ρυθμός διάτμησης (mm/min) Μ31-1Α 0,659 94,71 50,1 1,89 Μ31-1Β M31-1F Πολύ Πυκνό 0,657 95,51 97,4 1,89 0,664 92,58 197,4 1,89 M31-1G 0,645 100,00 398,9 1,33 Μ31-8Α Μ31-8Β Μ31-80 Μ31-8Ό Μέσης πυκνότητα 0,812 36,32 50,1 0,60 0,780 48,35 97,4 0,60 0,793 43,57 197,4 0,60 0,797 41,83 398,9 0,60 Μ31-7Α 0,880 10,36 50,1 0,60 Μ31-7Β Μ31-70 Μ31-7F Χαλαρό 0,864 16,53 97,4 0,60 0,834 27,98 197,4 0,47 0,832 28,45 398,9 0,40 Άμμος Μ31 + 5% D6 M31-5SILT-2A 0,643 87,15 50,1 0,6 M31-5SILT-1B M31-5SILT-1C Πολύ Πυκνό 0,629 92,30 97,4 0,7 0,624 94,18 197,4 0,7 M31-5SILT-1D 0,647 85,77 304,3 0,3 M31-5SILT-3A 0,677 74,49 50,1 0,47 M31-5SILT-3B M31-5SILT-3D Πυκνό 0,688 70,46 97,4 0,47 0,689 70,12 197,4 0,47 Μ31-58ΙΕΤ-3Ε 0,679 73,75 304,3 0,35 M31-5SILT-4A Μ31-58ΙΕΤ-4Ε M31-5SILT-4C Μ31-5SILT-4F Μέσης πυκνότητας 0,785 34,57 50,1 0,47 0,760 44,49 97,4 0,47 0,755 45,62 197,4 0,3 0,763 42,86 304,3 0,26 Άμμος Μ31 + 15% D6 Μ31-^Π,Τ-2Α 0,476 77,29 50,1 0,4 M31-15SILT-2B Μ31-15SILT-2C Πυκνό 0,475 77,66 97,4 0,4 0,500 68,50 197,4 0,3 Μ31-15SILT-2D 0,442 89,74 398,9 0,3 Μ31-15SILT-1F Μ31-15SILT-1B M31-15SILT-1C Μ31-15SILT-1E Χαλαρό 0,605 30,04 50,1 0,3 0,597 32,97 97,4 0,4 0,597 32,97 197,4 0,3 0,585 37,36 304,3 0,3 113

Μ31-15SILT-3A M31-15SILT-3B M31-15SILT-3C Μ31-15SILT-3D Πίνακας 4.10 (συνέχεια) Στοιχεία δοκιμών άμεσης διάτμησης Δοκιμή eστερ Dr (%) Πολύ Χαλαρό σ'ν (kpa) Ονομαστικός ρυθμός διάτμησης (mm/min) 0,656 11,36 50,1 0,4 0,687 0,00 97,4 0,4 0,683 1,47 197,4 0,3 0,676 4,03 398,9 0,3 Πίνακας 4.11 Στοιχεία δοκιμών άμεσης διάτμησης στην ίδια τάση στερεοποίησης σε διαφορετικές πυκνότητες Δοκιμή Dr (%) σ'ν Καθαρή άμμος Μ3 Ονομαστικός ρυθμός διάτμησης (mm/min) Μ31-9Β 0,656 95,76 97,36 0,4 Μ3-10Β 0,685 84,65 97,36 0,7 Μ31-11Β 0,722 70,69 97,36 0,5 Άμμος Μ31 + 5% D6 Μ31-5SILT-6B 0,846 12,15 97,4 0,3 Μ31-5SILT-7B 0,794 31,29 97,4 0,3 Πίνακας 4.12 Στοιχεία ενδοεργαστηριακών δοκιμών άμεσης διάτμησης Δοκιμή Dr (%) σ'ν Ονομαστικός ρυθμός διάτμησης (mm/min) Μ31-1Β 0,864 16,53 97,4 0,60 Μ31-7Ε 0,851 21,43 97,36 0,4 114

(β) Σχήμα 4.1 Φωτογραφίες της άμμου Μ31 από το στερεοσκόπιο OLYMPUS SZ61 με τους φακούς (α) χ4,00 και (β) χ4,50 115

(α) (β) Σχήμα 4.2 Φωτογραφίες της άμμου Μ31 από το μικροσκόπιο OLYMPUS BX51M με τους φακούς με μεγέθυνση x10 (α) διεύθυνση α (β) διεύθυνση β 116

(α) (β) Σχήμα 4.3 Φωτογραφίες της άμμου Μ31 από το μικροσκόπιο OLYMPUS BX51M με τους φακούς με μεγέθυνση x20 (α) διεύθυνση α (β) διεύθυνση β 117

(β) Σχήμα 4.4 Φωτογραφίες της αμμοϊλύος D6 από το στερεοσκόπιο OLYMPUS SZ61 με τους φακούς (α)χ4,00 (β)χ4,50 118

(β) Σχήμα 4.5 Φωτογραφίες της αμμοϊλύος D6 από το μικροσκόπιο OLYMPUS BX51M με τους φακούς με μεγέθυνση x10 (α) διεύθυνση α (β) διεύθυνση β 119

(β) Σχήμα 4.6 Φωτογραφίες της αμμοϊλύος D6 από το μικροσκόπιο OLYMPUS BX51M με τους φακούς με μεγέθυνση x20 (α) διεύθυνση α (β) διεύθυνση β 120

(β) Σχήμα 4.7 Φωτογραφίες της αμμοϊλύος D6 από το μικροσκόπιο OLYMPUS BX51M με τους φακούς με μεγέθυνση x20 (α) διεύθυνση α (β) διεύθυνση β 121

ΑΡΓΙΛΟΣ ΛΕΠΤΗ ΜΕΣΗ ΧΟΝΔΡΗ ΙΛΥΣ ΑΜΜΟΣ ΧΑΛΙΚΙΑ U.S.A ASTM D422 ΚΡΟΚΑΛΕΣ 100 90 \- 10 80 \- 20 Ο Η Η Ο W Ο Β Ο S I 70 60 50 40 30 30 40 50 Ο Η W Ο W S ο 60 Η 70 20 80 10 Β- e 90 100 0,001 0,01 0,1 1 ΔΙΑΜΕΤΡΟΣ ΚΟΚΚΩΝ (mm) 10 100 1000 BS 1377:1975 ΛΕΠΤΗ ΜΕΣΗ ΧΟΝΔΡΗ ΛΕΠΤΗ ΜΕΣΗ ΧΟΝΔΡΗ ΛΕΠΤΑ ΜΕΣΑ ΧΟΝΔΡΑ ΙΛΥΣ ΑΜΜΟΣ ΧΑΛΙΚΙΑ ΚΡΟΚΑΛΕΣ Ι Σχήμα 4.8 Κοκκομετρικές καμπύλες για την καθαρή άμμο Μ31 122

ΑΡΓΙΛΟΣ ΛΕΠΤΗ ΜΕΣΗ ΧΟΝΔΡΗ ΙΛΥΣ ΑΜΜΟΣ ΧΑΛΙΚΙΑ U.S.A ASTM D422 ΚΡΟΚΑΛΕΣ 10 20 30 g Ο Η W 4 0 8 ο G 50 Ζ 60 Η < 70 80 ι ι ι m ^ I I I \ \ II L -Β- Μ31-1Α Μ31-1Β Χ Μ31 1C 90 100 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 ΔΙΑΜΕΤΡΟΣ ΚΟΚΚΩΝ (mm) ΛΕΠΤΗ ΜΕΣΗ ΧΟΝΔΡΗ ΛΕΠΤΗ ΜΕΣΗ ΧΟΝΔΡΗ ΛΕΠΤΑ ΜΕΣΑ ΧΟΝΔΡΑ ΙΛΥΣ ΑΜΜΟΣ ΧΑΛΙΚΙΑ BS 1377:1975 ΚΡΟΚΑΛΕΣ Σχήμα 4.9 Κοκκομετρικές καμπύλες της άμμου Μ31 πριν και αφού υποβλήθηκαν σε δοκιμές άμεσης διάτμησης 123

ΑΡΓΙΛΟΣ ΛΕΠΤΗ ΜΕΣΗ ΧΟΝΔΡΗ ΙΛΥΣ ΑΜΜΟΣ ΧΑΛΙΚΙΑ U.S.A ASTM D422 ΚΡΟΚΑΛΕΣ 100 90 80 Ρ 70 ο W 8 50 g 40 30 20 10 0 -ε4 Γ~ ι Ι_Ι ι 56 Π 0,001 0,01 0,1 1 ΔΙΑΜΕΤΡΟΣ ΚΟΚΚΩΝ (mm) ΛΕΠΤΗ ΜΕΣΗ ΧΟΝΔΡΗ ΛΕΠΤΗ ΜΕΣΗ ΧΟΝΔΡΗ ΛΕΠΤΑ ΜΕΣΑ ΧΟΝΔΡΑ ΙΛΥΣ ΑΜΜΟΣ ΧΑΛΙΚΙΑ 10 100 1000 BS 1377:1975 ΚΡΟΚΑΛΕΣ Σχήμα 4.10 Κοκκομετρική καμπύλη της αμμοϊλύος D6 (Κουλαουζίδου Κ., 2016) 124

ΑΡΓΙΛΟΣ ΛΕΠΤΗ ΜΕΣΗ ΧΟΝΔΡΗ ΙΛΥΣ ΑΜΜΟΣ ΧΑΛΚΙΑ U.S.A ASTM D422 ΚΡΟΚΑΛΕΣ - - - ι - Ί - ι - / - Ί \ - I - - 7 - - /" - 80 - ι 90 1-95%Μ 31+5' /odf i - ^.-π κ- - π 100 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 ΔΙΑΜΕΤΡΟΣ ΚΟΚΚΩΝ (mm) ΛΕΠΤΗ ΜΕΣΗ ΧΟΝΔΡΗ ΛΕΠΤΗ ΜΕΣΗ ΧΟΝΔΡΗ ΛΕΠΤΑ ΜΕΣΑ ΧΟΝΔΡΑ ΙΛΥΣ ΑΜΜΟΣ ΧΑΛΙΚΙΑ _ BS 1377:1975 ΚΡΟΚΑΛΕΣ - 10 20 30 Ν» ο - 40 ο Η W S Β 50 60 Η 70 Σχήμα 4.11 Κοκκομετρική καμπύλη του μείγματος Μ31 με 5% αμμοϊλύ D6 (Κουλαουζίδου Κ., 2016) 125

ΑΡΓΙΛΟΣ ΛΕΠΤΗ ΜΕΣΗ ΧΟΝΔΡΗ ΙΛΥΣ ΑΜΜΟΣ ΧΑΛΙΚΙΑ U.S.A ASTM D422 ΚΡΟΚΑΛΕΣ 100 90 10 80 20 ο 70 ο W S ο 5 0 9 40 Η < 30 Η 30 g Ο Η W 40 S ο α ο 50 Ζ 60 70 20 Η 80 10 Η 85%M31+15%D6 90 100 0,001 0,01 0,1 10 100 1000 ΔΙΑΜΕΤΡΟΣ ΚΟΚΚΩΝ (mm) BS 1377:1975 ΛΕΠΤΗ ΜΕΣΗ ΧΟΝΔΡΗ ΛΕΠΤΗ ΜΕΣΗ ΧΟΝΔΡΗ ΛΕΠΤΑ ΜΕΣΑ ΧΟΝΔΡΑ ΙΛΥΣ ΑΜΜΟΣ ΧΑΛΙΚΙΑ ΚΡΟΚΑΛΕΣ Σχήμα 4.12 Κοκκομετρική καμπύλη του μείγματος Μ31 με 15% αμμοϊλύ D6 (Κουλαουζίδου Κ., 2016) 126

Κεφάλαιο 5 Αποτελέσματα δοκιμών Τα αποτελέσματα και οι υπολογισμοί από τις αναλύσεις των δοκιμών γραφικά σε διαγράμματα που παρουσιάζουν τη μεταβολή: δίνονται 1. της διατμητικής τάσης, τ (kpa) 2. της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης με την τάση στερεοποίησης, τ/ σ' ν 3. της κατακόρυφης παραμόρφωσης του δοκιμίου ΔΗ (mm) 4. της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης του δοκιμίου / με την οριζόντια μετατόπιση, δ (mm). 5.1 Καθαρή άμμος Μ31 5.1.1 Πολύ πυκνή κατάσταση Τα αποτελέσματα για τις δοκιμές καθαρής άμμου σε πολύ πυκνή κατάσταση στις διάφορες τάσεις στερεοποίησης σ' ν (Πίνακας 4.10) παρουσιάζονται στο Σχήμα 5.1. 5.1.2 Κατάσταση μέσης πυκνότητας Τα αποτελέσματα για τις δοκιμές καθαρής άμμου μέσης πυκνότητας στις διάφορες τάσεις στερεοποίησης σ' ν (Πίνακας 4.10) παρουσιάζονται στο Σχήμα 5.2. 5.1.3 Χαλαρή κατάσταση Τα αποτελέσματα για τις δοκιμές καθαρής άμμου σε χαλαρή κατάσταση στις διάφορες τάσεις στερεοποίησης σ' ν (Πίνακας 4.10) παρουσιάζονται στο Σχήμα 5.3. 5.1.4 Επίδραση σχετικής πυκνότητας στην διατμητική αντοχή Τα αποτελέσματα των δοκιμών καθαρής άμμου σε διάφορες πυκνότητες στερεοποιημένες σε κατακόρυφη τάση σ' ν =97,4 kpa (Πίνακας 4.11) παρουσιάζονται στο Σχήμα 5.4. Στο Σχήμα 5.5 μελετάται η επίδραση της σχετικής πυκνότητας του δοκιμίου στην μέγιστη και κρίσιμη διατμητική αντοχή για το σύνολο τον δοκιμών που πραγματοποιήθηκαν για ορθή τάση σ' ν =97,4 kappa. 127

5.1.5 Ενδοεργαστηριακές δοκιμές Τα αποτελέσματα των ενδοεργαστηριακών δοκιμών καθαρής άμμου σε χαλαρή κατάσταση και σε ορθή τάση σ' ν =97,4 kpa (Πίνακας 4.12) παρουσιάζονται στο Σχήμα 5.6. 5.2 Μείγμα άμμου Μ31 και 5% αμμοϊλύος D6 5.2.1 Πολύ πυκνή κατάσταση Τα αποτελέσματα για τις δοκιμές σε μείγματα άμμου με 5 % αμμώδη ιλύ D6 σε πολύ πυκνή κατάσταση στις διάφορες τάσεις στερεοποίησης σ' ν, Πίνακας 4.10, παρουσιάζονται παρακάτω στο Σχήμα 5.7. 5.2.2 Πυκνή κατάσταση Τα αποτελέσματα για τις δοκιμές σε μείγματα άμμου με 5 % αμμώδη ιλύ D6 σε πυκνή κατάσταση στις διάφορες τάσεις στερεοποίησης σ' ν, Πίνακας 4.10, παρουσιάζονται παρακάτω στο Σχήμα 5.8. 5.2.3 Κατάσταση μέσης πυκνότητας Τα αποτελέσματα για τις δοκιμές σε μείγματα άμμου με 5 % αμμώδη ιλύ D6 μέσης πυκνότητας στις διάφορες τάσεις στερεοποίησης σ' ν, Πίνακας 4.10, παρουσιάζονται παρακάτω στο Σχήμα 5.9. 5.2.4 Επίδραση σχετικής πυκνότητας στην διατμητική αντοχή Τα αποτελέσματα των δοκιμών άμεσης διάτμησης σε μείγματα άμμου με 5 % αμμώδη ιλύ D6 σε διάφορες πυκνότητες στερεοποιημένες σε κατακόρυφη τάση σ' ν =97,4 kpa (Πίνακας 4.11) παρουσιάζονται παρακάτω στο Σχήμα 5.10. Στο Σχήμα 5.11 μελετάται η επίδραση της σχετικής πυκνότητας του δοκιμίου στην μέγιστη και κρίσιμη διατμητική αντοχή για το σύνολο τον δοκιμών που πραγματοποιήθηκαν για ορθή τάση σ' ν =97,4 kpa. 128

5.3 Μείγμα άμμου Μ31 και 15% αμμοϊλύος D6 5.3.1 Πυκνή κατάσταση Τα αποτελέσματα για τις δοκιμές σε μείγματα άμμου με 15 % αμμώδη ιλύ D6 σε πυκνή κατάσταση στις διάφορες τάσεις στερεοποίησης σ' ν, Πίνακας 4.10, παρουσιάζονται παρακάτω στο Σχήμα 5.12. 5.3.2 Χαλαρή κατάσταση Τα αποτελέσματα για τις δοκιμές σε μείγματα άμμου με 15 % αμμώδη ιλύ D6 σε χαλαρή κατάσταση στις διάφορες τάσεις στερεοποίησης σ' ν, Πίνακας 4.10, παρουσιάζονται παρακάτω στο Σχήμα 5.13. 5.3.3 Πολύ χαλαρή κατάσταση Τα αποτελέσματα για τις δοκιμές σε μείγματα άμμου με 15 % αμμώδη ιλύ D6 σε πολύ χαλαρή κατάσταση στις διάφορες τάσεις στερεοποίησης σ' ν, Πίνακας 4.10, παρουσιάζονται παρακάτω στο Σχήμα 5.14. 129

400 300 Η (kpa) 200 \ σ' =398,9 kpa 0,8 Η 0,6 0,4 ιοο Η σ' ν=97,4 kpa 0,2 ΣΥΜΠΙΕΣΗ ο * 0,1 -, 0 1 2 3 4 5 6 7 δ (mm) (α) δ (mm) σ'=50,1 kpa 0,4 -η 0 1 2 3 4 5 6 7 δ (mm) (β) δ (mm) ΔΙΟΓΚΩΣΗ ΔΗ (mm) -0,1 0,2 π -0,3 Η 0 1. 2 3 4 5 6 7 σ' =197,4 kpa σ' ν=398,9 kpa ΔΗ -0,4 η στερ Q & _ -1,2 0 1 \ 2 3 4 5 6 7-0,4-1,6 ω + Dr=94,71% Dr=95,51% Dr=92,58% ο Δ Dr=100,00% (δ) Σχήμα 5.1 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης, τ/ σ' ν, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης Δ Η/Η στερ του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ, κατά τις δοκιμές άμεσης διάτμησης της καθαρής άμμου Μ31 στην πυκνή κατάσταση 130

250 -η σ'=304,3 kpa 0,8 200 Η 0,6 τ (kpa) 150 Η 100 Η σ' ν=197,4 kpa V 0,4 Η 50 σ' =97,4 kpa σ'=50,1 kpa 0,2^ 0,3 -π 4 6 8 10 δ (mm) (α) σ'=398,9 kpa σ'=197,4 kpa 0,2 Η ΣΥΜΠΙΕΣΗ ΔΗ (mm) Q A σ'=97,4 kpa ΔΗ, '/ στερ σ'=50,1 kpa 0,4 Η ΔΙΟΓΚΩΣΗ -0,1-1 -0,4- (γ) + Dr=36.32% Dr=48,35% Dr=43,57% Ο Δ Dr=41,83% Σχήμα 5.2 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης, /, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης / του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ, κατά τις δοκιμές άμεσης διάτμησης της καθαρής άμμου Μ31 στην κατάσταση μέσης πυκνότητας 131

+ Dr=10,36% Dr=16,53% Dr=27,38% ο Δ Dr=28,45% Σχήμα 5.3 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης, /, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης /, του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ, κατά τις δοκιμές άμεσης διάτμησης της καθαρής άμμου Μ31 στη χαλαρή κατάσταση 132

Σχήμα 5.4 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης, /, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης / του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ κατά το σύνολο των δοκιμών άμεσης διάτμησης της καθαρής άμμου Μ31 σε τάση στερεοποίησης σ' ν =97,4 kpa 133

400 400 300 300 l max 200 (kpa) T crit 200 (kpa) 100 -B 20 40 60 80 100 Dr (%) (a) 100 3Π + =t- 0 20 40 60 Dr (%) 80 100 (β) + 50kPa 100 kpa ο Δ 200 kpa 400 kpa Σχήμα 5.5 Μεταβολή (α) της μέγιστης διατμητική τάσης, και (β) της κρίσιμης διατμητικής τάσης, τ* με την σχετική πυκνότητα D r κατά το σύνολο των δοκιμών άμεσης διάτμησης της καθαρής άμμου Μ31 σε όλες τις τάσεις στερεοποίησης 134

10 10 Dr= 16,53% < Dr=21,43% Σχήμα 5.6 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης, τ/ σ' ν, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης Δ Η/Η στερ, του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ, κατά τις ενδοεργαστηριακές δοκιμές άμεσης διάτμησης της καθαρής άμμου Μ31 στην χαλαρή κατάσταση 135

300 -π 1 -ι 200 σ' =398,9 kpa τ (kpa) σ'=197,4 kpa 100 σ' ν=97,4 kpa σ'=50,1 kpa 4 δ (mm) 8 ΣΥΜΠΙΕΣΗ 0,1-0 ΔΙΟΓΚΩΣΗ -0,1 - ΔΗ (mm) -0,2 - σ' ν=398,9 kpa ΔΙ σ' ν=50,1 kpa >Ή στερ -0,3 a' v=197,4kpa " 1.2Η -0,4 σ'=97,4 kpa -1,6-0,5 (δ) - - Dr=87,15% (r) Dr=92,30% Ο Dr=84,18% Δ Dr=85,80% Σχήμα 5.7 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης, /, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης / του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ, κατά τις δοκιμές άμεσης διάτμησης της ιλυώδους άμμου Μ31+5 ( %06 στην πολύ πυκνή κατάσταση 136

250 σ'=304,3 kpa σ'=197,4 kpa σ' ν=97,4 kpa σ'=50,1 kpa ΔΙΟΓΚΩΣΗ σ' ν=398,9 kpa στε Ρ σ' ν=197,4 kpa σ' ν=97,4 kpa σ'=50,1 kpa + Dr=74,49% Dr=70,46% Dr=70,11% ο Δ Dr=73,75% Σχήμα 5.8 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης, /, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης / του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ, κατά τις δοκιμές άμεσης διάτμησης της ιλυώδους άμμου Μ31+5%Ό6 στην πυκνή κατάσταση 137

200 η δ (mm) + Dr=43,57% Dr=44,49% Dr=45,62% ο Δ Dr=42,86% (γ) Σχήμα 5.9 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης, /, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης / του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ, κατά τις δοκιμές άμεσης διάτμησης της ιλυώδους άμμου Μ31+5%Ό6 στην κατάσταση μέσης πυκνότητας 138

+ Dr=95,76% Ο Dr=84,65% X Dr=48,38% Dr=95,51% Dr=70,69% Σχήμα 5.10 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης, /, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης / του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ κατά το σύνολο των δοκιμών άμεσης διάτμησης της καθαρής άμμου Μ31+5%Ό6 σε τάση στερεοποίησης σ' ν =97,4 kpa 139

300 250 300 x max (kpa) 200 Λ ςη _ 100 50 0 0 20 40 60 80 100 Dr (%) (ε) 200 (kpa) 100 -a B- -4= ± 0 20 40 60 80 100 Dr (%) (στ) + 50 kpa 100 kpa ο Δ 200 kpa 400 kpa Σχήμα 5.11 Μεταβολή (α) της μέγιστης διατμητική τάσης, και (β) της κρίσιμης διατμητικής τάσης, τογ με την σχετική πυκνότητα Dr για το σύνολο των δοκιμών άμεσης διάτμησης της ιλυώδους άμμου Μ31+5 /Μ36 σε όλες τις τάσεις στερεοποίησης 400^ =97,4 kpa -3 J (γ) + Dr=77,29% Dr=77,66% Dr=68,50% Ο Δ Dr=89,74% (δ) Σχήμα 5.12 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης, τ/ σ' ν, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της 140

ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης Δ Η /Η στερ του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ, κατά τις δοκιμές άμεσης διάτμησης της ιλυώδους άμμου Μ31+15 6 στην πυκνή κατάσταση 250 -η 200 150 τ (kpa) 100 50 Η ΣΥΜΠΙΕΣΗ ΔΙΟΓΚΩΣΗ _ο,1 ΔΗ ' (mm) (V) + Dr=30,04% Dr=32,97% Dr=32,97% ο Δ Dr=37,36% (δ) Σχήμα 5.13 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης, /, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης / του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ, κατά τις δοκιμές άμεσης διάτμησης της ιλυώδους άμμου Μ31+15 6 στην χαλαρή κατάσταση 141

300 -ι 0,8 σ'=398,9 kpa 0,6 σ'=197,4 kpa 7 0,4 σ ν σ' =97,4 kpa 0,2 -j σ'=50,1 kpa 0 2 4 6 8 10 δ (mm) o' v=197,4kpa σ' ν=97,4 kpa ΔΗ, ΔΙΟΓΚΩΣΗ -2 + Dr=11,36% Dr=0,00% Dr=1,47% Ο Δ Dr=4,03% Σχήμα 5.14 Μεταβολή (α) της διατμητικής τάσης, τ, (β) της κανονικοποιημένης διατμητικής τάσης, /, (γ) της κατακόρυφης παραμόρφωσης ΔΗ (mm) και (δ) της ανηγμένης κατακόρυφης παραμόρφωσης / του δοκιμίου με την οριζόντια μετατόπιση δ, κατά τις δοκιμές άμεσης διάτμησης της ιλυώδους άμμου Μ31+15 6 στην πολύ χαλαρή κατάσταση 142

Κεφάλαιο 6 Ανάλυση αποτελεσμάτων και Συμπεράσματα 6.1 Ανάλυση των αποτελεσμάτων Από τα αποτελέσματα των δοκιμών άμεσης διάτμησης στην καθαρή άμμο Μ31, στα μείγματα άμμου με 5% αμμοϊλύ D6 και 15% αμμοϊλύ D6 προσδιορίζεται η περιβάλλουσα Coulomb στην κατάσταση αστοχίας και η περιβάλλουσα Coulomb στην κρίσιμη κατάσταση. Παρακάτω παρουσιάζονται οι αναλύσεις των αποτελεσμάτων για τα μελετηθέντα εδάφη. 6.1.1 Καθαρή άμμος Μ31 Στον Πίνακα 6.1 παρουσιάζεται η ανάλυση των αποτελεσμάτων για την καθαρή άμμο Μ31 στις διάφορες καταστάσεις πυκνότητας, ενώ στο Σχήμα 6.1 δίνονται οι περιβάλλουσες Coulomb και στο Σχήμα 6.2 η μεταβολή της γωνίας τριβής της με τη σχετική πυκνότητα. 6.1.2 Μείγμα άμμου Μ31 και 5% αμμοϊλύος D6 Στον Πίνακα 6.2 παρουσιάζεται η ανάλυση των αποτελεσμάτων για την καθαρή άμμο Μ31 στις διάφορες καταστάσεις πυκνότητας, ενώ στο Σχήμα 6.3 δίνονται οι περιβάλλουσες Coulomb και στο Σχήμα 6.4 η μεταβολή της γωνίας τριβής με τη σχετική πυκνότητα. 6.1.3 Μείγμα άμμου Μ31 και 15% αμμοϊλύος D6 Στον Πίνακα 6.3 παρουσιάζεται η ανάλυση των αποτελεσμάτων για την καθαρή άμμο Μ31 στις διάφορες καταστάσεις πυκνότητας, ενώ στο Σχήμα 6.5 δίνονται οι περιβάλλουσες Coulomb και στο Σχήμα 6.6 η μεταβολή της γωνίας τριβής της με τη σχετική πυκνότητα. 6.2 Συμπεράσματα Στον Πίνακα 6.4 παρουσιάζονται συγκεντρωτικά οι τιμές των γωνιών τριβής (p' max, (p' cr και της διαστολικότητας y για τα μελετηθέντα εδάφη. 143

Η ιδέα της συσχέτισης της γωνίας y με τη σχετική πυκνότητα Dr βασίστηκε στη μελέτη του Bolton (1986), η οποία ωστόσο περιοριζόταν σε αποτελέσματα δοκιμών καθαρών άμμων σε δοκιμές τριαξονικής φόρτισης και απλής διάτμησης. Στη συνέχεια παρουσιάζονται στα Σχήματα 6.7, 6.8 και 6.9 η μεταβολή της μέγιστης γωνίας τριβής φί ^ της κρίσιμης γωνίας τριβής φό- και της διαστολικότητας y για τα μελετηθέντα εδάφη με τη σχετική πυκνότητα D r σε τάσεις στερεοποίησης 50,1 kpa, 97,4kPa και 197,4 kpa αντίστοιχα. Μετά την μελέτη των διαγραμμάτων προέκυψαν τα ακόλουθα συμπεράσματα: (i) Από τα αποτελέσματα των δοκιμών προκύπτει, ότι η εργαστηριακή μελέτη αναζυμωμένων δοκιμίων άμμου επαληθεύει τη θεωρία διάτμησης ως προς τη συμπεριφορά τους σε πυκνή, μέτρια και χαλαρή κατάσταση. Για την πυκνή κατάσταση παρατηρήθηκε η αναμενόμενη διόγκωση, ενώ για τη χαλαρή η αναμενόμενη συμπίεση. Επίσης, οι τιμές της γωνίας τριβής είναι οι αναμενόμενες για το συγκεκριμένο υλικό. (ii) Η μέγιστη γωνία τριβής φ' ^ Σχήμα 6.10.α, εξαρτάται από τη σχετική πυκνότητα D r καθώς και από το ποσοστό λεπτοκόκκων F c, δηλαδή της ιλύος που περιέχεται στο εδαφικό υλικό: 1. παρατηρείται αύξηση του φ'ηι^ με το δείκτη σχετικής πυκνότητας D r για δεδομένο ποσοστό ιλύος. Συγκεκριμένα, από ανάλυση που πραγματοποιήθηκε στο πρόγραμμα στατιστικής SPSS Statistics (Version 20.0) προτείνονται οι παρακάτω εξισώσεις: για την καθαρή άμμο Μ31: φ'η^ο,^^ + 26,769 (R 2 =0,960) (6.1) για την ιλυώδη άμμο με 5%D6: φmax=0,12 Dr + 28,547 (R 2 =0,881) (6.2) για την ιλυώδη άμμο με 15%D6: φmax=0,12 Dr + 33,433 (R 2 =0,847) (6.3) Παρατηρείται πως οι κλίσεις των εξισώσεων είναι ίδιες. 2. παρατηρείται αύξηση του φ'ηι^ με το ποσοστό ιλύος F c για δεδομένη σχετική πυκνότητα D r. Η αύξηση αυτή είναι της τάξης των 10 προσεγγιστικά για το εύρος των τάσεων που μελετήθηκαν. Από ανάλυση που πραγματοποιήθηκε στο πρόγραμμα στατιστικής SPSS Statistics, προτείνεται η παρακάτω εξίσωση που συσχετίζει την μέγιστη γωνία τριβής φ'ηι^ με τη σχετική πυκνότητα D r και το ποσοστό των ιλύος F c : φmax=0,12 Dr+0,653 Fc+26,769 (R 2 =0,925) (6.4) 144

Παρατηρείται ότι η εξίσωση (6.4) διαφοροποιείται από την εξίσωση (6.1) ως προς τον όρο 0,653 F c. Αυτό συμβαίνει, διότι για μικρή ποσότητα ιλύος, οι κόκκοι ιλύος περιορίζονται στα κενά του εδάφους, δηλαδή δεν εισέρχονται στις διεπιφάνειες των κόκκων της άμμου, Σχήμα 6.11.β. Έτσι, στο έδαφος κυριαρχεί η συμπεριφορά της άμμου, αλλά βελτιωμένη, καθώς το έδαφος έχει μεγαλύτερη πυκνότητα και μικρότερα κενά. (iii) Η κρίσιμη γωνία τριβής φό-, Σχήμα 6.10.β εξαρτάται ελαφρώς από την σχετική πυκνότητα D r του εδάφους στην περίπτωση της καθαρής άμμου. Οι διαφορές λόγω πυκνότητας είναι της τάξης των 4 προσεγγιστικά, για το εύρος των τάσεων που μελετήθηκαν. Από ανάλυση στο πρόγραμμα στατιστικής SPSS Statistics, προτείνεται η παρακάτω εξίσωση που περιγράφει τη συσχέτιση της κρίσιμης γωνίας τριβής φό- με τη σχετική πυκνότητα D r για την καθαρή άμμου Μ31 : φ =0,073 Dr + 26,172 (R 2 =0,863) (6.5) Δεν παρατηρείται επίδραση της σχετικής πυκνότητας D r για της ιλυώδεις άμμου. Η ύπαρξη ιλύος οδηγεί στην αύξηση της κρίσιμης γωνίας τριβή φό- για D r <50%, ενώ σε μεγαλύτερες (D r >50%) δεν υπάρχει επίδραση. (iv) Παρατηρείται μεγαλύτερη διαστολικότητα όπως εκφράζεται από τη γωνία y = φ'ηι^ - P'CT για την ιλυώδη άμμο με το μεγαλύτερο ποσοστό ιλύος, Σχήμα 6.10.γ. Επίσης, η επίδραση της σχετικής πυκνότητας D r στη γωνία y είναι μεγαλύτερη στις ιλυώδεις άμμους. Συγκεκριμένα, από ανάλυση που πραγματοποιήθηκε στο πρόγραμμα SPSS Statistics, προτείνονται οι παρακάτω εξισώσεις: a. για την καθαρή άμμο Μ31: y =0,053 Dr + 0,254 (R 2 =0,639 ) (6.6) b. για την ιλυώδη άμμου με 5%D6: y =0,138Dr - 5,174 (R 2 =0,966) (6.7) c. για την ιλυώδη άμμου με 15%D6: y =0,138Dr + 1,171 (R 2 =0,969) (6.8) Παρατηρείται πως οι κλίσεις των εξισώσεων των ιλυωδών άμμων είναι ίδιες και της καθαρής άμμου μικρότερη. 145

Δοκιμή Πίνακας 6.1 Αποτελέσματα δοκιμών στην καθαρή άμμο Μ31 Μέγιστη Διατμητική τάση, v a x (kpa) Οριζόντια μετακίνηση, δ (mm) Δείκτης πόρων, e Κρίσιμη Διατμητική τάση,τ (kpa) Οριζόντια μετακίνηση, δ (mm) Δείκτης πόρων, e Μ31-1Α -ο 45,63 1,144 0,666 34,88 4,034 0,586 Μ31-1Β M31-1F M31-1G Μ31-8Α Μ31-8Β M31-8C M31-8D Μ31-7Α Μ31-7Β M31-7C M31-7F Πολύ ] Μέσης πυκνότητα Χαλαρό 88,33 1,088 0,664 68,78 3,991 0,680 144,72 0,952 0,667 110,17 4,431 0,680 326,93 1,546 0,649 265,00 6,347 0,659 38,46 2,838 2,838 37,16 6,310 0,811 70,73 2,711 0,773 66,17 8,016 0,770 117,67 3,319 0,785 105,94 10,408 0,767 237,62 8,917 0,775 237,62 8,917 0,775 36,83 8,952 0,849 35,86 6,321 0,851 62,26 5,146 0,829 61,93 7,481 0,826 109,85 4,951 0,807 96,48 12,031 0,785 229,15 4,317 0,802 219,69 8,358 0,793 Δοκιμή Πίνακας 6.2 Αποτελέσματα δοκιμών στην ιλυώδη άμμο M31+5 /od6 Μέγιστη Διατμητική τάση, τ-max (kpa) Οριζόντια μετακίνηση, δ (mm) Δείκτης πόρων, e Κρίσιμη Διατμητική τάση, τ (kpa) Οριζόντια μετακίνηση, δ (mm) Δείκτης πόρων, e M31-5SILT-2A -ο 49,22 0,778 0,642 36,83 3,689 0,656 M31-5SILT-1A M31-5SILT-1A M31-5SILT-1A Πολύ 94,20 0,937 0,635 65,84 7,525 0,655 179,60 1,611 0,630 147,66 4,227 0,643 262,39 1,414 0,647 192,31 4,283 0,660 M31-5SILT-3A 49,22 0,884 0,681 35,20 4,521 0,698 M31-5SILT-3B M31-5SILT-3D Πυκνό 73,67 0,906 0,690 56,72 4,277 0,704 136,58 1,000 0,692 110,82 5,047 0,706 M31-5SILT-3E 234,69 1,677 0,684 190,68 4,850 0,694 M31-5SILT-4A M31-5SILT-4E M31-5SILT-4C M31-5SILT-4F Μέσης πυκνότητας 48,24 2,139 0,775 42,70 6,989 0,782 73,67 1,402 0,755 65,52 6,015 0,762 131,03 2,940 0,754 124,19 6,396 0,756 191,99 2,882 0,761 189,38 4,795 0,762 146

Πίνακας 6.3 Αποτελέσματα δοκιμών στην ιλυώδη άμμο M31+15%D6 Δοκιμή M31-15SILT-2A M31-15SILT-2B M31-15SILT-2C M31-15SILT-2D M31-15SILT-1F M31-15SILT-1B M31-15SILT-1C M31-15SILT-1E M31-15SILT-1A M31-15SILT-1B M31-15SILT-1C M31-15SILT-1D Πυκνό Χαλαρό Πολύ Χαλαρό Mέγιστη Διατμητική τάση, τ-max (kpa) Οριζόντια μετακίνηση, δ (mm) Δείκτης πόρων, e Κρίσιμη Διατμητική τάση, τ (kpa) Οριζόντια μετακίνηση, δ (mm) Δείκτης πόρων, e 52,80 0,940 0,482 29,66 5,230 0,505 104,63 1,207 0,483 66,17 4,204 0,505 180,25 1,280 0,504 112,78 5,979 0,522 350,73 1,658 0,451 222,30 6,353 0,467 53,46 0,661 0,608 40,74 6,066 0,626 87,68 1,072 0,603 70,41 5,718 0,614 163,63 1,421 0,599 133,64 5,030 0,607 242,51 1,407 0,589 199,81 4,483 0,599 37,81 0,831 0,657 31,29 8,058 0,671 70,73 0,682 0,682 67,80 5,981 0,681 130,06 1,819 0,673 129,73 3,535 0,674 256,20 3,970 0,662 237,30 9,000 0,653 Πίνακας 6.4 Τιμές των γωνιών τριβής (p' max, (p' cr και διαστολικότητας y για τα μελετηθέντα εδάφη Dr P'max ( ) P'crit ( ) y ( ) Άμμος M31 Πολύ Πυκνό 39,0 32,9 6,0 Mέσης πυκνότητα 31,1 30,5 0,7 Χαλαρό 29,9 28,6 2,3 Άμμος M31 + 5% D6 Πολύ Πυκνό 41,5 33,8 7,8 Πυκνό 37,0 31,3 5,7 Mέσης πυκνότητας 33,2 32,3 0,9 Άμμος M31 + 15% D6 Πυκνό 41,9 29,5 12,4 Χαλαρό 39,3 33,8 5,5 Πολύ Χαλαρό 33,0 31,4 1,6 147

400 400 100 200 300 σ' ν (kpa) (α) + Dr=92-100% Dr=36^8% Dr=10-28% 100 200 300 400 σ' ν (kpa) (β) Σχήμα 6.1 Περιβάλλουσα Coulomb (α) στην κατάσταση αστοχίας και (β) στην κρίσιμη κατάσταση για την καθαρή άμμο M31 50 50 45^ 45 ^ 40 «Γ Q. "Π 35 Ε 30 40 αγ Q. * 35 ι_ υ "-Ο ΖΟ 25^ 25 20 20 40 60 Dr (%) (α) 20 80 100 20 + Dr=92-100% Dr=36-48% Dr=10-28% 40 60 Dr (%) (β) 80 100 Σχήμα 6.2 Mεταβολή (α) της μέγιστης γωνίας τριβής, p' m a x και (β) της κρίσιμης γωνίας τριβής p' cr με τη σχετική πυκνότητα, Dr για την καθαρή άμμο M31 148

3οσ σ' ν (kpa) + Dr=85-94% Dr=70-74% Dr=34-45% σ 'ν ( k P a ) (β) 400 Σχήμα 6.3 Περιβάλλουσα Coulomb (α) στην κατάσταση αστοχίας και (β) στην κρίσιμη κατάσταση για την ιλυώδη άμμο M31 +5%D6 50 50 45 45^ _ 40 CL -35 CO Ε "^30 40 'to Q. ^ 35 30 25^ 25 20 20 40 60 Dr (%) (a) 80 100 20 + Dr=85-94% Dr=70-74% Dr=34-45% 20 40 60 Dr (%) (β) 80 100 Σχήμα 6.4 Mεταβολή (α) της μέγιστης γωνίας τριβής, p' m a x και (β) της κρίσιμης γωνίας τριβής p' cr με τη σχετική πυκνότητα, Dr για την ιλυώδη άμμο M31+5%D6 149

400 400 100 200 300 σ' ν (kpa) (α) + Dr=68-89% Dr=30-37% Dr=0-11% 200 300 σ" ν (kpa) (β) 400 Σχήμα 6.5 Περιβάλλουσα Coulomb (α) στην κατάσταση αστοχίας και (β) στην κρίσιμη κατάσταση για την ιλυώδη άμμο M31+15%D6 50 45 40 α. i 35 ι_ υ 30 + + + 25 40 60 Dr (%) 20 80 100 20 40 60 Dr (%) (α) + Dr=68-89% (β) Dr=30-37% Dr=0-11% 80 100 Σχήμα 6.6 Mεταβολή (α) της μέγιστης γωνίας τριβής, (p' max και (β) της κρίσιμης γωνίας τριβής (p' cr με τη σχετική πυκνότητα, Dr για την ιλυώδη άμμο M31+15%D6 150

50 40 ~ 30 Η 1 Ε + 20 Η 10 50 -, 20 40 60 80 Dr (%) (α) 100 40 30 Η 20 + 10 Η 20 20 40 60 Dr (%) (β) 80 100 16 Η 12 + 20 40 60 Dr (%) ω 80 100 + Μ31 95%M31+5%D6 85%M31+15%D6 Σχήμα 6.7 Mεταβολή (α) της μέγιστης γωνίας τριβής (p' max (β) της κρίσιμης γωνίας τριβής (p' cr και (γ) της διαστολικότητας y για τα μελετηθέντα εδάφη με τη σχετική πυκνότητα για τάση στερεοποίησης 50,1 kpa 151

50 40 + ^ 30 Η + 20 Η 10 20 40 60 80 Dr (%) 100 50 (α) 40 30 20 10 20 40 60 80 100 Dr (%) (β) 20^ 16 Η 12 + 20 40 60 Dr (%) ω I 1 I 1 + Μ31 80 100 95%M31+5%D6 85%M31+15%D6 Σχήμα 6.8 Mεταβολή (α) της μέγιστης γωνίας τριβής (p' max (β) της κρίσιμης γωνίας τριβής (p' cr και (γ) της διαστολικότητας y για τα μελετηθέντα εδάφη με τη σχετική πυκνότητα για τάση στερεοποίησης 97,4 kpa 152

50 π ίο Η 50 -η 20 40 60 80 100 Dr (%) (α) 40 Η ίο Η 20 20 40 60 Dr (%) (Ρ) 80 100 16 Η 12 + 20 40 60 Dr (%) (γ) + Μ31 100 95%M31+5%D6 85%M31+15%D6 Σχήμα 6.9 Mεταβολή (α) της μέγιστης γωνίας τριβής (p' max (β) της κρίσιμης γωνίας τριβής (p' crit και (γ) της διαστολικότητας y για τα μελετηθέντα εδάφη με τη σχετική πυκνότητα για τάση στερεοποίησης 197,4 kpa 153

cp'max=0,12-dr + 33,433 cp'max=0,12-dr + 28,547 cp'max=0,12-dr + 26,769 50^ 20 40 60 80 D r (%) (α) 100 40 30^ 20 cp' cr =0,073 Dr + 26,172 10 20 40 60 80 D r (%) 100 20 16 Η 12 Η y =0,053 Dr + 0,254 y =0,138Dr - 5,174 y =0,138Dr + 1,171 40 60 D r (%) (r) + M31 95%M31+5%D6 85%M31+15%D6 - Line/Scatter Plot 7 Σχήμα 6.10 Mεταβολή (α) της μέγιστης γωνίας τριβής (p' max (β) της κρίσιμης γωνίας τριβής p c r i t και (γ) της διαστολικότητας y για τα μελετηθέντα εδάφη με τη σχετική πυκνότητα για όλες τις τάσεις στερεοποίησης 154

155

156

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [1] Coulomb, C.A., (1776), Essai sur une application des regies des maximis et minimus e quelques problemes de statique relatifs a I'architecture. Mem. acad. roy. pres. divers savants. Vol. 7, Paris. [2] Head, K. H, (2006), Manual of Soil Laboratory Testing Volume 1: Soil rd Classification and Compaction Tests (3 Edition). [3] Head, K. H, (1994), Manual of Soil Laboratory Testing Volume 2: Permeability, r d Shear Strength and Compressibility Tests (2 rd Edition). [4] ASTM D3080-98, (1998), Standard Test Method for Direct Shear of Soils Under Consolidated Drained Conditions, ASTM International, West Conshochocken, PA. [5] ASTM D 422-63, (1998), Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils, ASTM International, West Conshochocken, PA. [6] ASTM D4254, (2000), Standard Test Methods for Minimum Index Density and Unit Weight of Soils and Calculation of Relative Density, ASTM International, West Conshochocken, PA. [7] ASTM Standard D698, (2007), Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort, ASTM International, West Conshohocken, PA [8] STP479, (1970), Special Procedures for Testing Soil and Rock for Engineering Purposes: Fifth Edition, ASTM Committee D-18. 157

[9] BS 1377-4, (1990), Methods of Test for Soils for Civil Engineering Purposes. Compaction-related Tests, British Standards Institution. [10] BS 1377-2, (1990), Methods of Test for Soils for Civil Engineering Purposes. Classification Tests, British Standards Institution. [11] BS 1377-7, (1990), Methods of Test for Soils for Civil Engineering Purposes. Shear Strength Tests (total stress), British Standards Institution. [12] Ladd, R., (1978), Preparing Test Specimens Using Undercompaction, Geotechnical Testing Journal, Vol. 1, No. 1, pp. 16-23. [13] BOLTON, M. D., (1986), Geotechnique 36, No. I. 65-78. [14] Καββαδάς, M., (2009), Στοιχεία Εδαφομηχανικής, Εκδόσεις Συμεών, Αθήνα. [15] Τίκα, Θ., (2006), Σημειώσεις Εδαφομηχανικής, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης [16] Βράννα, Α. Δ., (2016), Εργαστηριακή μελέτη της Μονοτονικής και Ανακυκλικής Συμπεριφοράς Βελτιωμένων Ρευστοποιήσιμων Εδαφών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης 158

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α Βαθμονόμηση εξοπλισμού ταξινόμησης 1. ΒΑΘMΟΝΟMΗΣΗ ΚΟΣΚΙΝΩΝ Η διαδικασία πραγματοποιείται τακτικά στο εργαστήριο (αναλόγως με τη συχνότητα χρήσης των κοσκίνων) ώστε να ελέγχεται η διάμετρος των οπών των κοσκίνων. Εξοπλισμός 1. Σειρά κόσκινων (3 in., 3/4 in., 3/8 in., No.7, No.10, No.18, No.20, No.30, No.40, No.50, No.100, No.200, No.230 ) 2. Ζυγός με ακριβείας 0.1% της μετρούμενης μάζας 3. Πλαστική βούρτσα 4. Mεταλλικός Υποδοχέας 5. Ηλεκτρονικό παχύμετρο (βερνιέρος) 6. Γυάλινες σφαίρες βαθμονόμησης (glass calibration check beads) Διαδικασία Για τα κόσκινα με ονομαστική διάμετρο 75 mm-9,5 ιηιηη διαδικασία βαθμονόμησης είναι η ακόλουθη: 1. Mε το ηλεκτρονικό παχύμετρο πραγματοποιήθηκε μέτρηση των ανοιγμάτων τυχαίων οπών των κοσκίνων σε δύο διευθύνσεις. Για τα κόσκινα με ονομαστική διάμετρο 2,800mm-0,063mm η διαδικασία βαθμονόμησης έγινε με γυάλινες σφαίρες βαθμονόμησης και είναι η ακόλουθη: 1. Οι γυάλινες σφαίρες βαθμονόμησης, Σχήμα Α1 και Α2, κατατάσσονται από αυτές της μεγαλύτερης διαμέτρου (6mm±0,3 mm) έως αυτές της μικρότερης διαμέτρου (0,04-0,07 mm): 6 (±0,30) mm 2,30-2,60 mm 1,00 mm 0,75-1,00 mm 0,50-0,75 mm 0,40-0,60 mm 0,20-0,30 mm 0,15-0,25 mm 0,09-0,15 mm 0,04-0,07 mm 159

2. Επιλογή της κατάλληλης ποσότητας γυάλινων σφαιρών η οποία θα χρησιμοποιηθεί (για κάθε υλικό διαφορετικής διαμέτρου). 3. Mέτρηση της μάζας του δείγματος που επιλέχθηκε. 4. Επιλογή του κόσκινου που θα βαθμονομηθεί (ίσως και παραπάνω από ένα ανάλογα με το εύρος της διαμέτρου των σφαιρών). 5. Τοποθέτηση του υλικού στο κόσκινο και ανακίνηση. 6. Εκκαθάριση του συγκρατούμενο υλικού με την πλαστική βούρτσα και ζύγιση της μάζας του υλικού που έχει συγκρατηθεί στο κόσκινο. 7. Υπολογισμός του συγκρατούμενου ποσοστού για κάθε κόσκινο. Υπολογισμοί Τα κόσκινα που θα βαθμονομηθούν είναι τα εξής παρουσιάζονται με μειούμενη διάσταση βρόγχου στον Πίνακα Α1. Για τα κόσκινα με ονομαστική διάμετρο 75 mm-9,5 mm τα αποτελέσματα των μετρήσεων παρουσιάζονται στον Πίνακα Α2. Για το κόσκινο Νο. 3 in κατά τη διεύθυνση α' η μέση τιμή των οπών είναι 76,16 mm και κατά την β' είναι 76,14 mm, ενώ η τυπική απόκλιση είναι 0,136 για την α' διεύθυνση και για τη β' αντίστοιχα 0,091. Συνολικά για το κόσκινο 3 in. η μέση διάμετρος οπής είναι 76,15 και η τυπική απόκλιση 0,116. Για το κόσκινο Νο. 1 in κατά τη διεύθυνση α' η μέση τιμή των οπών είναι 37,06 mm και κατά την β' είναι 37,01 mm, ενώ η τυπική απόκλιση είναι 0,436 για την α' διεύθυνση και για τη β' αντίστοιχα 0,092. Συνολικά για το κόσκινο 3 in. η μέση διάμετρος οπής είναι 37,04 και η τυπική απόκλιση 0,316. Για το κόσκινο Νο. 3/4 in κατά τη διεύθυνση α' η μέση τιμή των οπών είναι 19,05 mm και κατά την β' είναι 19,06 mm, ενώ η τυπική απόκλιση είναι 0,093 για την α' διεύθυνση και για τη β' αντίστοιχα 0,052. Συνολικά για το κόσκινο 3/4 in. η μέση διάμετρος οπής είναι 19,06 και η τυπική απόκλιση 0,076. Για το κόσκινο Νο. 3/8 in κατά τη διεύθυνση α' η μέση τιμή των οπών είναι 9,15 mm και κατά την β' είναι 9,21 mm, ενώ η τυπική απόκλιση είναι 0,028 για την α' διεύθυνση και για τη β' αντίστοιχα 0,124. Συνολικά για το κόσκινο 3/8 in. η μέση διάμετρος οπής είναι 9,18 και η τυπική απόκλιση 0,094. Για τα κόσκινα με ονομαστική διάμετρο 2,800mm-0,063mm τα αποτελέσματα είναι δίνονται στον Πίνακα Α3. 160

2. ΒΑΘMΟΝΟMΗΣΗ ΛΗΚΥΘΩΝ Mε τη διαδικασία αυτή ελέγχεται, ότι ο αναγραφόμενος όγκος στις ληκύθους είναι ορθός. Εξοπλισμός 1. Τέσσερις (4) λήκυθοι όγκου 50ml με διάτρητο πώμα 2. Λουτρό με ελεγχόμενη θερμοκρασία στους 20 C (σε κάθε περίπτωση <25 C) 3. Ηλεκτρικός φούρνος με ελεγχόμενη θερμοκρασία (60 C ) 4. Ζυγός ακριβείας 0,001gr 5. Δοχείο πλύσης με αποσταγμένο νερό 6. Θερμόμετρα Ο εξοπλισμός παρουσιάζεται στο Σχήμα Α3. Διαδικασία 1. Κάθε λήκυθος ξηραίνεται σε σταθερό θερμοκρασία (60 C) και την αφήνουμε να κρυώσει στον ξηραντήρα για λίγα λεπτά. 2. Ζυγίζεται με ακρίβεια 0.001 gr μαζί με το καπάκι της, ενώ στη συνέχεια τοποθετείται στο εσωτερικό της αποσταγμένο νερό. 3. Στη συνέχεια, στεγνώνουμε (με προσοχή η επαφή τους με τα χέρια να μην αυξήσει τη θερμοκρασία τους), μετράμε με τα δύο θερμόμετρα τη θερμοκρασία του νερού στην κάθε λήκυθο και τις ζυγίζουμε με ακρίβεια 0,001 gr. Η ίδια διαδικασία επαναλαμβάνεται και για αποσταγμένο νερό το οποίο αρχικά βράζουμε και στη συνέχεια το αφήνουμε να κρυώσει. Υπολογισμοί Ο όγκος κάθε ληκύθου σε ml υπολογίζεται ως εξής: τ τ m 4.-m 1 Vd - ρ m1 η μάζα της ληκύθου με το πώμα (g) m4 η μάζα της ληκύθου με το πώμα και γεμάτη με αποσταγμένο νερό σε που έχει θερμοκρασία Τ (g) ρ (g/ml) η πυκνότητα του νερού για τις διάφορες θερμοκρασίες που μετρήθηκαν θεωρείται δεδομένη σε κάθε μέτρηση Οι υπολογισμοί παρουσιάζονται στον Πίνακα Α4, ενώ ο προσδιορισμός του όγκου των ληκύθων στον Πίνακα Α5. 161

Πίνακας Α. 1 Στοιχεία βαθμονομούμενων κοσκίνων Αριθμός Κόσκινου Ονομαστική Διάμετρος (mm) Serial Number 3 in. 75,000 6252286 1 in. 37,500 6245658 3/4 in. 19,000 6252150 3/8 in. 9,500 6246495 No. 4 4,750 6252252 No. 7 2,800 6244526 No. 10 2,000 6246907 No. 18 1,000 6246562 No. 20 0,850 6153507 No. 30 0,600 6249665 No. 40 0,425 6246633 No. 50 0,300 6247402 No. 100 0,150 6248296 No. 200 0,075 6250183 No. 230 0,063 6245474 Πίνακας Α. 2 Αποτελέσματα μετρήσεων διαστάσεων κοσκίνων με ονομαστική Αρ. Κόσκινου Ονομ. Διάμετρος (mm) διάμετρο 75 mm-9,5 mm Serial Number 3 in 75 6252286 Εξεταζόμενη οπή 1η οπή κόσκινου Mετρήσεις οπής κατά διεύθυνση α Mετρήσεις οπής κατά διεύθυνση β 76,1 76,02 76,19 76,19 76,15 76,29 76,36 76,04 76,22 76,16 2η οπή κόσκινου 75,91 76,12 Mέση υπολογισμένη διάμετρος (mm) 76,15 1 in 37,5 6245658 1η οπή κόσκινου 37,48 37,06 37,35 36,94 37,27 36,96 36,15 37,03 37,01 37,18 2η οπή κόσκινου 37,12 36,9 Mέση υπολογισμένη διάμετρος (mm) 37,04 162

Πίνακας Α2 (συνέχεια) Αποτελέσματα μετρήσεων διαστάσεων κοσκίνων με Αρ. Κόσκινου Ονομ. Διάμετρος (mm) ονομαστική διάμετρο 75 mm-9,5 mm Serial Number Εξεταζόμενη οπή Mετρήσεις οπής κατά διεύθυνση α Mετρήσεις οπής κατά διεύθυνση β 1η 19,04 19,02 2η 19,11 18,99 3/4 in 19 6252150 3η 18,89 19,13 4η 19,05 19,08 5η 19,17 19,1 Mέση υπολογισμένη διάμετρος (mm) 19,06 1η 9,16 9,16 2η 9,2 9,45 3/8 in 9,5 6246495 3η 9,13 9,11 4η 9,16 9,13 5η 9,12 9,21 Mέση υπολογισμένη διάμετρος (mm) 9,18 163

Πίνακας Α. 3 Αποτελέσματα μετρήσεων διαστάσεων κοσκίνων με ονομαστική διάμετρο 2,800mm-0,063mm Αρ. Κοσκ. Ονομ. διάμετρ. κοσκ. (mm) Ονομ. Διάμετρ. σφαιρών βαθμονόμησης (mm) Συγκρατούμεν η μάζα σε κάθε κόσκινο (g) Συνολική συγκρατούμενη μάζα σε κάθε κόσκινο (g) Συγκρατούμενο ποσοστό (%) Διερχόμενο Ποσοστό (%) No. 7 2,800 No. 10 2,000 No. 18 1,000 6 (±0,3) 169,14 169,14 100,00 0,00 2,30-2,60 0,00 0,00 0,00 100,00 2,30-2,60 57,92 57,92 28,02 71,98 1,00 0,00 0,00 0,00 100,00 1,00 134,48 134,48 96,91 3,09 0,75-1,00 0,15 0,15 0,07 99,93 No. 20 0,850 0,75-1,00 210,99 211,14 93,89 6,11 No. 30 0,600 No. 40 0,425 0,75-1,00 13,48 224,62 99,89 0,11 0,50-0,75 133,41 133,41 99,75 0,25 0,50-0,75 0,31 133,72 99,98 0,02 0,40-0,60 140,95 140,95 86,04 13,96 164

Πίνακας Α3 (συνέχεια) Αποτελέσματα μετρήσεων διαστάσεων κοσκίνων με ονομαστική διάμετρο 2,800mm-0,063mm Αρ. Κοσκ. Ονομ. διάμετρ. κοσκ. (mm) Ονομ. Διάμετρ. σφαιρών βαθμονόμησης (mm) Συγκρατούμεν η μάζα σε κάθε κόσκινο (g) Συνολική συγκρατούμενη μάζα σε κάθε κόσκινο (g) Συγκρατούμενο ποσοστό (%) Διερχόμενο Ποσοστό (%) No. 50 0,300 0,40-0,60 22,83 163,78 99,98 0,02 0,20-0,30 43,17 43,17 40,95 59,05 0,20-0,30 62,04 105,21 99,81 0,19 No. 100 0,150 0,15-0,25 138,57 138,57 96,60 3,40 0,09-0,015 8,53 8,53 5,67 94,33 0,15-0,25 4,82 143,39 99,96 0,04 No. 200 0,075 0,09-0,15 141,8 150,33 99,85 0,15 0,04-0,07 1,83 1,83 1,19 98,81 No. 230 0,063 0,04-0,07 20,76 22,59 14,74 85,26 165

Όνομα ληκύθου Πίνακας Α. 4 Υπολογισμοί βαθμονόμησης ληκύθων α) με αποσταγμένο νερό που δεν έχει βράσει Mάζα άδειας ληκύθου Mάζα γεμάτης με νερό ληκύθου Ονομαστικός όγκος (ml) (m1) Θερμοκρασία νερού ( C) Mάζα νερού (gr) (im) 1 31,7558 50,102 81,6848 23,1 23 49,929 2 31,3194 50,268 81,4102 23,2 23,2 50,0901 3 31,7041 50,049 81,5796 23,2 23,2 49,876 4 31,8034 50,325 81,9203 24,5 24,4 50,117 β) με αποσταγμένο νερό που έχει βράσει 1 31,7558 50,102 81,6931 22 22 49,9373 2 31,3194 50,268 81,4175 22 22 50,0981 3 31,7041 50,049 81,5896 22,4 22,4 49,8855 4 31,8034 50,325 81,9324 23,2 23,2 50,129 Πίνακας Α. 5 Υπολογισμός όγκου ληκύθων Όνομα ληκύθου Ονομαστικός όγκος (ml) Όγκος ληκύθου (ml) α) με αποσταγμένο νερό που δεν έχει βράσει 1 50,102 50,053 50,052 2 50,268 50,217 50,217 3 50,049 50,001 50,001 4 50,325 50,259 50,260 β) με αποσταγμένο νερό που έχει βράσει 1 50,102 50,049 50,049 2 50,268 50,210 50,210 3 50,049 50,002 50,002 4 50,325 50,255 50,255 166

(α) Διάμετρος σφαίρας: 6mm ± 0.30mm (δ) Διάμετρος σφαίρας: 0.75-1.00 mm (β) Διάμετρος σφαίρας: 2.30-2.60 mm (ε) Διάμετρος σφαίρας: 0.50-0.75 mm (γ) Διάμετρος σφαίρας: 1.00 mm (στ) Διάμετρος σφαίρας: 0.40-0.60 mm Σχήμα Α. 1 (α) ως (στ) Σφαίρες βαθμονόμησης κοσκίνων διαμέτρου από 6 mm(±0,3 mm) έως 0,40-0,60 mm 167

m m 1 g 0.15rr mm 1 (ζ) Διάμετρος σφαίρας: 0.20-0.30 mm (θ) Διάμετρος σφαίρας: 0.09-0.15 mm (η) Διάμετρος σφαίρας: 0.15-0.25 mm (ι) Διάμετρος σφαίρας: 0.04-0.07 mm Σχήμα Α. 2 (ζ) ως (ι) Σφαίρες βαθμονόμησης κοσκίνων διαμέτρου από 0,20-0,30 mm έως 0,04-0,07 mm Σχήμα Α. 3 Εξοπλισμός πειράματος προσδιορισμού ειδικού βάρους στερεών κόκκων 168