Εκτίμηση Δυναμικού Διόγκωσης Εδαφών με Εμπειρικά Συστήματα Εφαρμογή σε Εδάφη της Νέας Εγνατίας Οδού στην Περιοχή της Θράκης Estimate of Swelling Potential of Soils with Empirical Systems Application in the Soils of the Egnatia Highway in the Region of Thrace ΚΟΥΔΟΥΜΑΚΗΣ, Π. Πολιτικός Μηχανικός, Υποψ. Διδάκτορας Τομέα Γεωτεχνικής Μηχανικής Δ.Π.Θ. ( ) ΠΑΠΑΚΥΡΙΑΚΟΠΟΥΛΟΣ, Π. Δρ. Πολιτικός Μηχανικός, Επίκ. Καθηγητής Π.Σ., Δ.Π.Θ. ΞΕΙΔΑΚΗΣ, Γ. Αν. Καθηγητής Π.Σ., Δ.Π.Θ. ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Tο δυναμικό διόγκωσης των εδαφών της Εγνατίας Οδού στην περιοχή της Θράκης εκτιμάται με πέντε συστήματα αναγνώρισης διογκουμένων εδαφών. Για το σκοπό αυτό: α). συγκεντρώθηκαν και καταγράφηκαν σε βάση δεδομένων τα αποτελέσματα γεωτεχνικών ερευνών που εκτελέσθηκαν από το 1993 μέχρι σήμερα. β) ποσοτικοποιήθηκαν τα αποτελέσματα των δοκιμών διόγκωσης στο οιδήμετρο και στη μήτρα της συσκευής CBR, ορίστηκε δηλαδή εύρος τιμών τάσης και ποσοστού διόγκωσης στους χαρακτηρισμούς, Χαμηλό, Μέσο και Υψηλό δυναμικό διόγκωσης των εμπειρικών συστημάτων και συγκρίθηκαν τα αποτελέσματα των συστημάτων μεταξύ τους. Τέλος συμπεραίνεται ότι τα συστήματα Van der Merwe και Chen δίνουν τις πιο αξιόπιστες εκτιμήσεις. ABSTRACT: The swelling potential of soils in the Egnatia Highway in the region of Thrace is estimated from laboratory test and the use of five empirical systems of identification and classification of swelling soils. For this purpose, the results of the geotechnical investigations that were executed from 1993 up today, were assembled and were recorded in a database. Boundaries (upper and lower limits) of the values of the swelling potential in the classes of Low, Medium and High are defined from the results of the swelling pressure tests in the Oedometer and in the CBR mould. From the comparison of the results of all systems appeared that the systems of Van der Merwe and Chen give more consistent results and are proposed for estimating the swelling potential of soils in the region. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η διερεύνηση της συμπεριφοράς των διογκουμένων εδαφών και ο προσδιορισμός των παραμέτρων που επηρεάζουν τη μεταβολή του όγκου τους είναι χρονοβόρα και δαπανηρή διαδικασία καθώς απαιτεί την εκτέλεση πολύπλοκων εργαστηριακών δοκιμών. Επιθυμία των ερευνητών και των μηχανικών πράξης είναι η ανάπτυξη εργαστηριακών δοκιμών αναγνώρισης διογκουμένων εδαφών και εμπειρικών συστημάτων εκτίμησης του δυναμικού διόγκωσης, εκφρασμένων συναρτήσει εδαφικών παραμέτρων που προσδιορίζονται εύκολα, γρήγορα, χωρίς τη χρήση εξειδικευμένου εργαστηριακού εξοπλισμού και προσωπικού. Μέχρι σήμερα δεν έχει αναπτυχθεί ένα κοινά αποδεκτό και αξιόπιστο σύστημα εκτίμησης του δυναμικού διόγκωσης εδαφών, κυρίως διότι δεν υπάρχει σαφής ορισμός του δυναμικού διόγκωσης (swelling potential) και της μεθόδου προσδιορισμού του. Πλήθος εργαστηριακών δοκιμών έχουν αναπτυχθεί σε μια προσπάθεια ποιοτικής εκτίμησης του ποσοστού και της τάσης διόγκωσης, χωρίς ικανοποιητικά αποτελέσματα. Η διαφορετική ποιοτική και ποσοτική εκτίμηση του δυναμικού διόγκωσης οφείλεται κύρια στο διαφορετικό τρόπο εκτέλεσης των εργαστηριακών δοκιμών προσδιορισμού του δυναμικού διόγκωσης και ειδικότερα: α) στη φυσική κατάσταση του δείγματος, διαταραγμένο ή Π. ΚΟΥΔΟΥΜΑΚΗΣ, ( )Π. ΠΑΠΑΚΥΡΙΑΚΟΠΟΥΛΟΣ, Γ. ΞΕΙΔΑΚΗΣ, ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΕΔΑΦΩΝ ΜΕ ΕΜΠΕΙΡΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. - 1 -
αδιατάρακτο, β) στο επιβαλλόμενο φορτίο, 7 kpa, 3 kpa ή την επιτόπου φόρτιση, γ) στην περιεχόμενη υγρασία, φυσική ή βέλτιστη και δ) στον τρόπο εκδήλωσης της διόγκωσης, υπό σταθερό φορτίο ή υπό σταθερό όγκο. Ο Snethen (1984) αξιολόγησε δεκαέξι συστήματα εκτίμησης του δυναμικού διόγκωσης εδαφών και κατέληξε ότι οι πιο ακριβείς δείκτες εκτίμησης του δυναμικού διόγκωσης είναι: α) το όριο υδαρότητας και ο δείκτης πλαστικότητας, β) το όριο υδαρότητας σε σχέση με τη φυσική υγρασία, γ) το όριο συρρίκνωσης και ο δείκτης πλαστικότητας και δ) το όριο συρρίκνωσης και η γραμμική συρρίκνωση. 2. ΕΜΠΕΙΡΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΤΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ (α) Σύστημα Skempton. Ο Skempton (1953) εισήγαγε την Ενεργότητα, Α c, τον λόγο δηλαδή του δείκτη πλαστικότητας προς το ποσοστό της αργίλου (υλικό με διάμετρο κόκκων μικρότερη των 2μm) και κατατάσσει τα δείγματα σε τρεις κατηγορίες ανάλογα με το δυναμικό διόγκωσης: ενεργά, κανονικά ενεργά και μη ενεργά, Πίνακας 1 και Σχήμα 3. Πίνακας 1: Κατάταξη εδαφών ανάλογα με το Δυναμικό Διόγκωσης κατά Skempton (1953). Table 1: Classification of soilis according to their Swelling potential after Skempton (1953). A C > 1.25.75-1.25 <.75 ΕΝΕΡΓΟ ΚΑΝΟΝΙΚΑ ΕΝΕΡΓΟ ΜΗ ΕΝΕΡΓΟ (β) Σύστημα Seed et al (1962). Το σύστημα εκτίμησης του δυναμικού διόγκωσης εδαφών των Seed et al (1962) προτάθηκε μετά από ευρεία μελέτη των χαρακτηριστικών συμπυκνωμένων διογκούμενων αργίλων. Προτάθηκε για την ποιοτική εκτίμηση του δυναμικού διόγκωσης εδαφών το διάγραμμα του Σχήματος 5 το οποίο βασίζεται στην ενεργότητα και στο ποσοστό της περιεχόμενης αργίλου. (γ) Van der Merwe (1964). Το σύστημα αυτό εκτίμησης του δυναμικού διόγκωσης προτάθηκε αρχικά από τον Williams (1959) ο ο- ποίος, για την ανάπτυξή του, βασίστηκε στην παράμετρο της ενεργότητας του Skempton (1953). Αργότερα, ο Van der Merwe (1964) ποσοτικοποίησε το διάγραμμα του Williams (1959), ορίζοντας τέσσερις περιοχές δυναμικού διόγκωσης, πολύ υψηλό, υψηλό, μέσο και χαμηλό, Σχήμα 5. (δ) Σύστημα Dakshanamanty και Raman (1973). Οι ερευνητές αυτοί εκτίμησαν το δυναμικό διόγκωσης συναρτήσει του ορίου υδαρότητας και του δείκτη πλαστικότητας βασιζόμενοι στο Χάρτη Πλαστικότητας του Casagrande (1948), κατατάσσουν δε τα δείγματα σε πέντε κατηγορίες δυναμικού διόγκωσης, εξαιρετικά υψηλό, υψηλό, πολύ υψηλό, υψηλό, μέσο και χαμηλό, Σχήμα 6. (ε) Σύστημα Chen (1988). Ο Chen πρότεινε η εκτίμηση του δυναμικού διόγκωσης να γίνεται συναρτήσει μόνο του δείκτη πλαστικότητας, I P, Πίνακας 2. Κατατάσσει δε τα δείγματα σε έξι κατηγορίες δυναμικού διόγκωσης, χαμηλό, χαμηλό - μέσο, μέσο, μέσο - υψηλό, υψηλό - πολύ υψηλό και πολύ υψηλό, Σχήμα 7. Πίνακας 2: Δυναμικό διόγκωσης κατά Chen (1988). Table 2: Swelling potential of soils after Chen (1988). ΔΕΙΚΤΗΣ ΠΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΔΥΝΑΜΙΚΟ I P > 35 ΠΟΛΥ 2 55 1 35 ΜΕΣΟ 15 ΧΑΜΗΛΟ 3. ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΩΝ ΕΜΠΕΙΡΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΕ ΕΔΑΦΗ ΤΗΣ ΘΡΑΚΗΣ 3.1 Συγκεντρωθείσες γεωτεχνικές έρευνες Συγκεντρώθηκαν και καταγράφηκαν σε βάση δεδομένων τα αποτελέσματα γεωτεχνικών ε- ρευνών που εκτελέσθηκαν, από το 1993 μέχρι σήμερα, κατά το σχεδιασμό και την κατασκευή της Εγνατίας Οδού, τμήμα Κομοτηνή - Στρύμη, συνολικού μήκους δεκατεσσάρων χιλιομέτρων (Παπακυριακόπουλος κ.α., 21, Κουδουμάκης, 22, Xeidakis et. al., 24). Ειδικότερα, συγκεντρώθηκαν είκοσι τρεις γεωτεχνικές μελέτες - έρευνες οι οποίες περιέχουν τα αποτελέσματα τριάντα έξι γεωτρήσεων, συνολικού βάθους επτακοσίων μέτρων περίπου, και ε- βδομήντα ενός ερευνητικών φρεάτων, από όπου ελήφθησαν συνολικά τετρακόσια δέκα εδαφικά δείγματα. Διακόσια εννέα δείγματα, ποσοστό 51% είχαν συλλεχθεί από επιφανειακές στρώσεις βάθους μέχρι 4. m. Ακολούθως και μέχρι βάθος 15. m είχαν συλλεχθεί εκατόν εξήντα έξι δείγματα, ποσοστό % και από τα 15. m έως τα 27. m, τριάντα πέντε δείγματα, ποσοστό 9%. Π. ΚΟΥΔΟΥΜΑΚΗΣ, ( )Π. ΠΑΠΑΚΥΡΙΑΚΟΠΟΥΛΟΣ, Γ. ΞΕΙΔΑΚΗΣ, ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΕΔΑΦΩΝ ΜΕ ΕΜΠΕΙΡΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. - 2 -
3.2 Κατάταξη των υπό εξέταση εδαφών Τα υπό εξέταση δείγματα κατατάχθηκαν σύμφωνα με τα συστήματα USCS και AASHTO. Τα αποτελέσματα, ομαδοποιημένα, δίνονται στο Σχήμα 1 και στο Σχήμα 2 αντίστοιχα. ΑΡΙΘΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ 2 2 2 16 12 ΣΥΝΟΛΙΚΟΣ ΑΡΙΘΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ, Ν = 345 ΧΟΝΔΡΟΚΟΚΚΑ ΠΟΣΟΣΤΟ 18% 2 25 18 GC SM SC ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΑ ΠΟΣΟΣΤΟ 75% 1 CL 77 CH 24 istclass.grf ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΙ ΟΜΑΔΩΝ Σχήμα 1: Κατάταξη εδαφών κατά USCS. Figure 1: Classification of soils according to USCS. ΑΡΙΘΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ 16 1 12 1 6 2 ΣΥΝΟΛΙΚΟΣ ΑΡΙΘΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ, Ν = 36 A-1-a ΧΟΝΔΡΟΚΟΚΚΑ ΠΟΣΟΣΤΟ 7% 1 1 3 A-1-b A-2-4 15 A-2-6 5 6 A-2-7 A-4 ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΑ ΠΟΣΟΣΤΟ % 13 A-6 8 A-7 3 A-7-5 144 A-7-6 44 NP istcls2.grf Σχήμα 2: Κατάταξη εδαφών κατά AASHTO. Figure 2: Classification of soils according to AASHTO. 3.3 Εκτίμηση του δυναμικού διόγκωσης των εδαφών α. Η εκτίμηση του δυναμικού διόγκωσης των εδαφών κατά Skempton (1953) δίνεται στο Σχήμα 3. Το 37% των δειγμάτων, χαρακτηρίζονται ως ενεργά, το 43% ως κανονικά ενεργά, και το 2% ως μη ενεργά. 1 9 7 6 5 3 2 1 ΣΥΝΟΛΙΚΟΣ ΑΡΙΘΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ, Ν = ΕΝΕΡΓΟ 1:1.25 1 2 3 5 6 7 9 1 ΠΟΣΟΣΤΟ ΑΡΓΙΛΟΥ (%) ΚΑΝΟΝΙΚΑ ΕΝΕΡΓΟ 1:.75 ΜΗ ΕΝΕΡΓΟ skemp152.grf Σχήμα 3: Δυναμικό διόγκωσης των εδαφών κατά Skempton (1953). Figure 3: Swelling potential of soils after Skempton (1953). β. Η εκτίμηση του δυναμικού διόγκωσης των εδαφών κατά Seed et al. (1962) δίνεται στο Σχήμα 4. Το 8% των δειγμάτων, χαρακτηρίζονται ως πολύ υψηλού δυναμικού διόγκωσης, το 22% ως υψηλού, το 23% ως μέσου και το 47% ως χαμηλού δυναμικού διόγκωσης. ΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑ, Ac 5. 4.5 4. 3.5 3. 2.5 2. 1.5 1..5. ΣΥΝΟΛΙΚΟΣ ΑΡΙΘΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ, Ν = ΧΑΜΗΛΟ ΠΟΛΥ ΜΕΣΟ 25% ΔΥΝΑΜΙΚΟ 5% 1.5% 1 2 3 5 6 7 9 1 ΠΟΣΟΣΤΟ ΑΡΓΙΛΟΥ (%) seed152.grf Σχήμα 4: Δυναμικό διόγκωσης των εδαφών κατά Seed et al. (1962). Figure 4: Swelling potential of soils after Seed et al. (1962). γ. Η εκτίμηση του δυναμικού διόγκωσης των εδαφών σύμφωνα με το σύστημα του Van der Π. ΚΟΥΔΟΥΜΑΚΗΣ, ( )Π. ΠΑΠΑΚΥΡΙΑΚΟΠΟΥΛΟΣ, Γ. ΞΕΙΔΑΚΗΣ, ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΕΔΑΦΩΝ ΜΕ ΕΜΠΕΙΡΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. - 3 -
Merwe (1964) δίνεται στο Σχήμα 5. Το 18% των δειγμάτων, χαρακτηρίζονται ως πολύ υ- ψηλού δυναμικού διόγκωσης, το 16%, ως υ- ψηλού, το 38% ως μέσου και το 28% ως χαμηλού δυναμικού διόγκωσης. ΣΤΑΘΜΙΣΜΕΝΟΣ ΔΕΙΚΤΗΣ ΠΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ, IPW (%) 1 9 7 6 5 3 2 1 ΧΑΜΗΛΟ < 2% ΜΕΣΟ 2% 4% ΠΟΛΥ 8% ΣΥΝΟΛΙΚΟΣ ΑΡΙΘΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ, Ν = 1 2 3 5 6 7 9 1 ΠΟΣΟΣΤΟ ΑΡΓΙΛΟΥ (%) MERWE152.grf Σχήμα 5: Δυναμικό διόγκωσης των εδαφών κατά Van der Merwe (1964). Figure 5: Swelling potential of soils after Van der Merwe (1964). δ. Η εκτίμηση του δυναμικού διόγκωσης των εδαφών σύμφωνα με το σύστημα των Dakshanamanty και Raman (1973) δίνεται στο Σχήμα 6. 12 1 6 ΜΗ ΠΛΑΣΤΙΚΑ ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΧΑΜΗΛΟ ΜΕΣΟ ΠΟΛΥ ΣΥΝΟΛΙΚΟΣ ΑΡΙΘΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ, Ν = 315 ΕΞΑΙΡΕΤΙΚΑ U Line =.9 (WL- 8) A Line =.73 (W L- 2) Το.6% των δειγμάτων, χαρακτηρίζονται ως εξαιρετικά υψηλού δυναμικού διόγκωσης, το 5%, ως πολύ υψηλού, το 1%, ως υψηλού, το 46%, ως μέσου και το 38%, ως χαμηλού δυναμικού διόγκωσης. ε. Η εκτίμηση του δυναμικού διόγκωσης των εδαφών σύμφωνα με το σύστημα του Chen (1988) δίνεται στο Σχήμα 7. Το 4% των δειγμάτων, χαρακτηρίζονται ως πολύ υψηλού δυναμικού διόγκωσης, το 16%, ως υψηλού-πολύ υψηλού, το 46%, ως μέσου-υψηλού, το 18%, ως μέσου, το 12% ως χαμηλού-μέσου και το 4%, ως χαμηλού δυναμικού διόγκωσης. 7 6 5 3 2 1 ΣΥΝΟΛΙΚΟΣ ΑΡΙΘΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ, Ν = 315 chen152.grf ΠΟΛΥ ΠΟΛΥ ΜΕΣΟ ΧΑΜΗΛΟ ΜΕΣΟ ΜΕΣΟ ΧΑΜΗΛΟ Σχήμα 7: Δυναμικό διόγκωσης των εδαφών κατά Chen (1988). Figure 7: Swelling potential of soils after Chen (1988). Στο Σχήμα 8 δίνονται συγκεντρωτικά αποτελέσματα ανά σύστημα εκτίμησης του δυναμικού διόγκωσης καθώς και τα ποσοστά που αντιστοιχούν σε κάθε χαρακτηρισμό χαμηλό, μέσο, υψηλό και πολύ υψηλό δυναμικό διόγκωσης. SKEMPTON SEED V.D.MERWE RAMAN 2% 43% 37% 47% 23% 22% 8% 28% 38% 16% 18% 38% 46% 1% 6% 2 CHEN 16% 18% 46% 2% Ram152.grf 2 6 1 12 1 16 ΟΡΙΟ ΥΔΑΡΟΤΗΤΑΣ, WL(%) Σχήμα 6: Δυναμικό διόγκωσης των εδαφών κατά Dakshanamanthy και Raman (1973). Figure 6: Swelling potential of soils after Dakshanamanthy and Raman (1973). % 2% % 6% % 1% ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΟ ΠΟΣΟΣΤΟ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ ΑΝΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΧΑΜΗΛΟ ΜΕΣΟΥ ΠΟΛΥ Σχήμα 8: Συγκεντρωτική παρουσίαση της εκτίμησης του δυναμικού διόγκωσης των διερευνηθέντων εδαφών. Figure 8: Summarized presentation of estimate of swelling potential of investigated soils. Π. ΚΟΥΔΟΥΜΑΚΗΣ, ( )Π. ΠΑΠΑΚΥΡΙΑΚΟΠΟΥΛΟΣ, Γ. ΞΕΙΔΑΚΗΣ, ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΕΔΑΦΩΝ ΜΕ ΕΜΠΕΙΡΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. - 4 -
3.4 Συγκριτική παρουσίαση αποτελεσμάτων εκτίμησης δυναμικού διόγκωσης με τα διάφορα συστήματα Στον Πίνακα 3 δίνεται συγκεντρωτικά ο αριθμός των δειγμάτων με το αντίστοιχο ποσοστό που χαρακτηρίζονται ταυτόσημα ως προς το δυναμικό διόγκωσής τους από τα εφαρμοσθέντα συστήματα. Πίνακας 3: Ταυτόσημη εκτίμηση δυναμικού διόγκωσης. Table 3: Identical estimation of swelling potential of soils with various systems. Skempton Seed et al. Van der Merwe Dakshanamanthy & Raman Chen Skempton 1% 25 31% 34 42% 31 38% 56 69% Seed et al 1% 46 57% 56 69% 51 63% Van der Merwe 1% 43 53% 65 % Dakshanamanthy & Raman 1% 54 67% Chen 1% Μόνο σε οκτώ (8) δείγματα, ποσοστό 1%, εκτιμάται ταυτόσημα το δυναμικό διόγκωσης των εδαφών από τα πέντε συστήματα, κύρια για δείγματα τα οποία χαρακτηρίζονται από υψηλό δυναμικό διόγκωσης. Η κατάταξη με το σύστημα του Chen (1988) βρίσκεται γενικά σε καλύτερη συμφωνία με τα υπόλοιπα συστήματα και το ποσοστό ταυτόσημης εκτίμησης του δυναμικού διόγκωσης κυμαίνεται από 63% έως %, κύρια λόγω των επικαλυπτόμενων κατηγοριών δυναμικού διόγκωσης με τις οποίες χαρακτηρίζει το έδαφος. Η μικρότερη ταυτοποίηση αποτελεσμάτων του δυναμικού διόγκωσης, είκοσι πέντε (25) δείγματα, ποσοστό 31%, υπολογίσθηκε μεταξύ των συστημάτων του Skempton (1953) και των Seed et al. (1962). Γενικά, το σύστημα του Skempton (1953) εμφανίζει το μικρότερο ποσοστό ταυτόσημης εκτίμησης του δυναμικού διόγκωσης με τα υπόλοιπα συστήματα, κυμαίνεται δε από 31% έως 69%. Εξήντα πέντε (65) δείγματα, ποσοστό %, χαρακτηρίζονται ταυτόσημα ως προς το δυναμικό διόγκωσής τους από τα συστήματα του Chen (1988) και του Van der Merwe (1964). Το σύστημα του Chen (1988). 3.5 Δοκιμές διόγκωσης στο οιδήμετρο Αξιολογήθηκαν τα αποτελέσματα δοκιμών διόγκωσης στο οιδήμετρο δεκαοκτώ (18) αδιατάρακτων δειγμάτων. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των δοκιμών διόγκωσης στο οιδήμετρο, διακρίνονται τρεις (3) ομάδες ως προς την προσδιορισθείσα τάση διόγκωσης. Η πρώτη ομάδα, ΟΙΔ-Α, περιλαμβάνει έξι (6) δείγματα τα οποία εμφανίζουν χαμηλές τιμές τάσης διόγκωσης, που κυμαίνονται από P s < 1 kpa έως P s = 25 kpa. Η δεύτερη ομάδα, ΟΙΔ-Β, περιλαμβάνει πέντε (5) δείγματα, τα οποία εμφανίζουν μέσες τιμές τάσης διόγκωσης, που κυμαίνονται από P s = 44 kpa έως P s = 7 kpa και η τρίτη ομάδα, ΟΙΔ-Γ, περιλαμβάνει επτά (7) δείγματα, τα οποία εμφανίζουν υψηλές τιμές τάσης διόγκωσης, που κυμαίνονται από P s = 1 kpa έως P s = 279 kpa. 3.6 Δοκιμές διόγκωσης στο CBR Αξιολογήθηκαν τα αποτελέσματα δοκιμών διόγκωσης στη μήτρα της συσκευής CBR όπως αυτά αναλυτικά παρουσιάζονται στις συγκεντρωθείσες γεωτεχνικές μελέτες. Εκατόν δέκα έξι (116) δείγματα είχαν ομαδοποιηθεί σε έντεκα (11) ομάδες και είχαν εκτελεσθεί δοκιμές προσδιορισμού του Καλιφορνιακού Λόγου Φέρουσας Ικανότητας, CBR, στο 9% της Μέγιστης Ξηράς Πυκνότητας της Τροποποιημένης δοκιμής Proctor. Τα δείγματα είχαν ληφθεί από ερευνητικά φρέατα, το δε βάθος τους δεν ήταν μεγαλύτερο των 4.m. Π. ΚΟΥΔΟΥΜΑΚΗΣ, ( )Π. ΠΑΠΑΚΥΡΙΑΚΟΠΟΥΛΟΣ, Γ. ΞΕΙΔΑΚΗΣ, ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΕΔΑΦΩΝ ΜΕ ΕΜΠΕΙΡΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. - 5 -
Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των δοκιμών διόγκωσης στο CBR, διακρίνονται τρεις (3) ο- μάδες ως προς το ποσοστό διόγκωσής τους. Η πρώτη ομάδα, CBR-Α, περιλαμβάνει δέκα (1) δείγματα και χαρακτηρίζεται από χαμηλό ποσοστό διόγκωσης, που κυμαίνεται από S =.2% έως S =.77%. Η δεύτερη ομάδα, CBR-Β, περιλαμβάνει πενήντα τέσσερα (54) δείγματα και χαρακτηρίζεται από μέσο ποσοστό διόγκωσης, που κυμαίνεται από S = 1.3% έως S = 1.9% και η τρίτη ομάδα,, περιλαμβάνει πενήντα δύο (52) δείγματα και χαρακτηρίζεται από υ- ψηλό ποσοστό διόγκωσης, που κυμαίνεται από S = 4.% έως S = 6.3%. 3.7 Ποσοτικοποίηση (καθορισμός ορίων) δυναμικού διόγκωσης εδαφών Η ποσοτικοποίηση του δυναμικού διόγκωσης των διερευνηθέντων εδαφών, αφορά στον καθορισμό ορίων τιμών τάσης και ποσοστού διόγκωσης στους χαρακτηρισμούς Χαμηλό, Μέσο και Υψηλό δυναμικό διόγκωσης που χρησιμοποιούνται από τα διάφορα εμπειρικά συστήματα ταξινόμησης με βάση τα αποτελέσματα των δοκιμών Οιδημέτρου και CBR. Στον Πίνακα 4 φαίνονται τα όρια τιμών των παραμέτρων αυτών για τις κατηγορίες εδαφών με χαμηλό δυναμικό διόγκωσης των ομάδων OΙΔ-Α και, με μέσο δυναμικό διόγκωσης των ομάδων OΙΔ-Β και CBR-Β και με υ- ψηλό δυναμικό διόγκωσης των ομάδων ΟΙΔ-Γ και. Πίνακας 4: Ποσοτικοποίηση δυναμικού διόγκωσης των διαφόρων κατηγοριών εδαφών. Table 4: Quantification of swelling potential of soils. ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΧΑΜΗΛΟ (ΟΙΔ-Α & ) ΜΕΣΟ (ΟΙΔ-B & ) (ΟΙΔ-Γ & ) ΤΑΣΗ ΠΟΣΟΣΤΟ P s S (kpa) (%) < 45 < 1. 45 9 1. 2. > 9 > 2. 3.8 Επαναξιολόγηση αποτελεσμάτων των ε- μπειρικών συστημάτων Στην συνέχεια, συγκρίνεται το δυναμικό διόγκωσης, όπως ποιοτικά προκύπτει από την εφαρμογή των εμπειρικών συστημάτων που προαναφέρθηκαν, Σχήματα 9, 1, 11, 12 και 13 αντίστοιχα, σε σχέση με το δυναμικό διόγκωσης που προκύπτει από την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων των δοκιμών διόγκωσης στο οιδήμετρο και στο CBR και τα όρια που τέθηκαν στις τρεις κατηγορίες δυναμικού διόγκωσης, ΧΑΜΗΛΟ, ΜΕΣΟ και στον Πίνακα 4. Στον Πίνακα 5 δίνονται συγκεντρωτικά τα ποσοστά της νέας αξιολόγησης ή «ορθής» - «ταυτόσημης», εκτίμησης του δυναμικού διόγκωσης με βάση τα όρια του Πίνακα 4. Σε δείγματα στα οποία δεν είχε υπολογισθεί το ποσοστό της περιεχόμενης αργίλου, το δυναμικό διόγκωσης εκφράσθηκε συναρτήσει του διερχόμενου ποσοστού από το Νο.2. Πίνακας 5: Ποσοστό «ορθής» - «ταυτόσημης» εκτίμησης του δυναμικού διόγκωσης των εδαφών με τα διάφορα συστήματα με βάση τα ό- ρια του Πίνακα 5. Table 5: Percentage of «correct» - «identical» estimation of swelling potential of soils with various empirical systems and the limits of table 4. ΣΥΣΤΗΜΑ ΟΙΔΗΜΕΤΡΟ CBR ΝΟ.2 ΠΟΣΟΣΤΟ ΑΡΓΙΛΟΥ ΝΟ.2 ΠΟΣΟΣΤΟ ΑΡΓΙΛΟΥ Skempton 44% % 16% 48% Seed et al. 44% 6% 42% 44% Van der Merwe 61% 7% 21% 63% Dakshanamanthy & 44% 33% Raman Chen 55% 92% Όπως φαίνεται στον Πίνακα 5, το σύστημα του Van der Merwe (1964) εκτίμησε «ορθότερα» το δυναμικό διόγκωσης ως προς την τάση διόγκωσης, σε ποσοστό 61%. Αν περιοριστεί η αξιολόγηση στα δείγματα των οποίων έχει προσδιοριστεί το αργιλικό κλάσμα, το αντίστοιχο ποσοστό «ορθής» εκτίμησης ανέρχεται στο 7%. Το σύστημα αυτό εκτίμησε επίσης πιο «ορθά» το δυναμικό διόγκωσης ως προς το ποσοστό διόγκωσης, σε ποσοστό 21%. Αν περιοριστεί η αξιολόγηση στα δείγματα των οποίων Π. ΚΟΥΔΟΥΜΑΚΗΣ, ( )Π. ΠΑΠΑΚΥΡΙΑΚΟΠΟΥΛΟΣ, Γ. ΞΕΙΔΑΚΗΣ, ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΕΔΑΦΩΝ ΜΕ ΕΜΠΕΙΡΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. - 6 -
έχει προσδιοριστεί το αργιλικό κλάσμα, το α- ντίστοιχο ποσοστό αυξάνεται σε 63%. Το σύστημα του Chen (1988), εκτίμησε πιο «ορθά» το δυναμικό διόγκωσης ως προς το ποσοστό διόγκωσης σε ποσοστό 92%. 1 9 7 6 5 3 2 1 ΕΝΕΡΓΟ 1:1.25 ΚΑΝΟΝΙΚΑ ΕΝΕΡΓΟ 1:.75 ΜΗ ΕΝΕΡΓΟ 1 2 3 5 6 7 9 1 ΠΟΣΟΣΤΟ ΑΡΓΙΛΟΥ (%) Ή ΔΙΕΡΧΟΜΕΝΟ ΑΠΟ Νο.2 skempcbr.grf Σχήμα 9: Δυναμικό διόγκωσης των εδαφών κατά Skempton (1953). Figure 9: Swelling potential of soils after Skempton (1953). ΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑ, Ac 5. 4.5 4. 3.5 3. 2.5 2. 1.5 ΠΟΛΥ 1. ΜΕΣΟ 25%.5 5% ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΧΑΜΗΛΟ 1.5%. 1 2 3 5 6 7 9 1 seedcbr.grf ΠΟΣΟΣΤΟ ΑΡΓΙΛΟΥ (%) Ή ΔΙΕΡΧΟΜΕΝΟ ΑΠΟ Νο.2 Σχήμα 1: Δυναμικό διόγκωσης των εδαφών κατά Seed (1962). Figure 1: Swelling potential of soils after Seed (1962). ΣΤΑΘΜΙΣΜΕΝΟΣ ΔΕΙΚΤΗΣ ΠΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ, IPW (%) 1 9 7 6 5 3 2 1 ΧΑΜΗΛΟ < 2% ΜΕΣΟ 2% 4% ΠΟΛΥ 8% 1 2 3 5 6 7 9 1 MERWEcbr.grf ΠΟΣΟΣΤΟ ΑΡΓΙΛΟΥ (%) Ή ΔΙΕΡΧΟΜΕΝΟ ΑΠΟ Νο.2 Σχήμα 11: Δυναμικό διόγκωσης των εδαφών κατά Van der Merwe (1964). Figure 11: Swelling potential of soils after Van der Merwe (1964). 12 1 6 2 ΜΗ ΠΛΑΣΤΙΚΑ ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΧΑΜΗΛΟ ΜΕΣΟ ΠΟΛΥ U Line =.9 (W L - 8) ΕΞΑΙΡΕΤΙΚΑ A Line =.73 (W L - 2) 2 6 1 12 1 16 RamCBR.grf ΟΡΙΟ ΥΔΑΡΟΤΗΤΑΣ, WL(%) Σχήμα 12: Δυναμικό διόγκωσης των εδαφών κατά Dakshanamanthy και Raman (1973). Figure 12: Swelling potential of soils after Dakshanamanthy and Raman (1973). 7 6 5 3 2 1 chencbr.grf ΠΟΛΥ ΠΟΛΥ ΜΕΣΟ ΧΑΜΗΛΟ ΜΕΣΟ ΜΕΣΟ ΧΑΜΗΛΟ Σχήμα 13: Δυναμικό διόγκωσης των εδαφών κατά Chen (1988). Figure 13: Swelling potential of soils after Chen (1988). Π. ΚΟΥΔΟΥΜΑΚΗΣ, ( )Π. ΠΑΠΑΚΥΡΙΑΚΟΠΟΥΛΟΣ, Γ. ΞΕΙΔΑΚΗΣ, ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΕΔΑΦΩΝ ΜΕ ΕΜΠΕΙΡΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. - 7 -
4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από όσα αναφέρθηκαν παραπάνω προκύπτει ότι: - το σύστημα του Van der Merwe (1964) συμφωνεί περισσότερο με τα αποτελέσματα των δοκιμών στο οιδήμετρο και επομένως εκτιμά «ορθότερα» το δυναμικό διόγκωσης των διερευνηθέντων εδαφών. Υψηλό ποσοστό σύμπτωσης 63% δίνει το σύστημα του Van der Merwe και με τα αποτελέσματα του CBR. - το σύστημα του Chen (1988) υπερτερεί σαφώς των υπολοίπων, με «ορθότερη» εκτίμηση (σύμπτωση) του δυναμικού διόγκωσης στο 92% των δειγμάτων, oόσον αφορά στη σύγκριση των αποτελεσμάτων των δοκιμών διόγκωσης στο CBR.Το σύστημα αυτό εκτιμά ε- πίσης αρκετά «ορθά» το δυναμικό διόγκωσης των μέσων και υψηλών κατηγοριών, κυρίως λόγω της επικάλυψης των ορίων του δείκτη πλαστικότητας στις διάφορες κατηγορίες που θέτει. -τα αποτελέσματα του συστήματος του Skempton (1953) για την εκτίμηση του δυναμικού διόγκωσης των εδαφών, αποκλίνουν περισσότερο από αυτά του οιδημέτρου σε ποσοστό 6% των περιπτώσεων. - τα εμπειρικά συστήματα εκτίμησης του δυναμικού διόγκωσης παρέχουν χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με την αναγνώριση ενός διογκούμενου εδάφους, δεν επαρκούν όμως για το σχεδιασμό του έργου. Η χρήση τους για την επιλογή των παραμέτρων σχεδιασμού ενός έργου, μπορεί να οδηγήσει σε λανθασμένα αποτελέσματα με δυσμενείς επιπτώσεις για την κατασκευή. Γι αυτό προτείνεται αφού καταταχθούν τα εδάφη ως προς το δυναμικό διόγκωσής τους με διάφορα εμπειρικά συστήματα και εντοπιστούν τα επικίνδυνα εδάφη να ακολουθήσει η εκτέλεση των αντίστοιχων δοκιμών διόγκωσης στο οιδήμετρο για τον προσδιορισμό των παραμέτρων σχεδιασμού. 5. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ sive Soil. Soils and Foundations. Japanese Society of Soil Mechanics and Foundations Engineering, Vol. 13, No. 1, March, pp. 97-14. Κουδουμάκης, Π. (22), Τεχνική Συμπεριφορά Διογκουμένων Εδαφών Περιοχής Θράκης. 2η Έκθεση Προόδου Διδακτορικής Διατριβής, Δ.Π.Θ., Τομέας Γεωτεχνικής Μηχανικής. Παπακυριακόπουλους Π., Κουδουμάκης Π. (21), Διογκούμενα Εδάφη Περιοχής Θράκης. 4ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, Αθήνα Ιούνιος 21. Van der Merwe, D.H. (1964), The Prediction of Heave from the Plasticity Index and Percentage Clay Fraction of Soils. Civil Engineer in South Africa, Vol. 6 No. 6, June, pp. 13 17. Williams, A. A. B. (1959), Some Regional Aspects of Soil Mechanics in South Africa. Proceedings of the 2 nd Regional Conference. African Soil Mechanics and Foundation Engineer. Vol. 1, pp. 11 16. Seed, H.B., Woodward, R.J. and Lundgren, R. (1962), Prediction of Potential for Compacted Clays. Journal ASCE, Soil Mechanics and Foundations Div. Vol. 88. Skempton, A. W. (1953), The colloidal activity of clays. Proc. 3 rd Conf. Soil Mech. Found. Eng., Switzerland. Vol. 1:57-61. Snethen. D.R., (1984), Evaluation of Expedient Methods for Identification and Classification of Potentially Expansive Soils. Proceedings Fifth International Conference on Expansive Soils. Institution of Engineers, Adelaide, South Australia, pp 22 26. Xeidakis, G., Koudoumakis, P., Tsirambides, A. (24), Road Construction on Swelling Soils: The Case of Strymi Soils, Rhodope, Thrace, Northern Greece, Bulletin of Engineering Geology and the Environment, Vol. 63, Num.2, p.p. 93-11. ASTM D 2487 (1993), Classification of Soils for Engineering Purposes (Unified Soil Classification System). Casagrande, A. (1948), Classification and Identification of Soils. Transactions, ASCE. Chen, F. H. (1988), Foundations on Expansive Soils. Elsevier Scientific Publishing Co., Amsterdam. Dakshanamanthy, V. and Raman, V. (1973), A Simple Method of Identifying an Expan- Π. ΚΟΥΔΟΥΜΑΚΗΣ, ( )Π. ΠΑΠΑΚΥΡΙΑΚΟΠΟΥΛΟΣ, Γ. ΞΕΙΔΑΚΗΣ, ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΕΔΑΦΩΝ ΜΕ ΕΜΠΕΙΡΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. - 8 -