Αντοχή σε Κόπωση Ανακυκλωµένων µε Τσιµέντο Μιγµάτων Θραυστού Αµµοχάλικου και Φρεζαρισµένου Ασφαλτοµίγµατος

Αντοχή σε Κόπωση Ανακυκλωµένων µε Τσιµέντο Μιγµάτων Θραυστού Αµµοχάλικου και Φρεζαρισµένου Ασφαλτοµίγµατος Μ. Κατσάκου ρ Πολιτικός Μηχανικός, ΙΝΤΕΡΜΠΕΤΟΝ οµικά Υλικά ΑΕ. Μ. Γιαννίρη Πολιτικός Μηχανικός ΕΜΠ Ν. Καρπαθάκης Πολιτικός Μηχανικός ΕΜΠ Σ. Κόλιας τ. Αναπληρωτής Καθηγητής ΕΜΠ, Ένωση Τσιµεντοβιοµηχανιών Ελλάδος Λέξεις κλειδιά: Αντοχή σε κόπωση, ανοχή σε κάµψη, ψυχρή επιτόπου ανακύκλωση µε τσιµέντο, κατεργασµένα µε τσιµέντο υλικά. ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα δοκιµών σε κόπωση σε κάµψη µε ηµιτονοειδή φόρτιση σε 4 σηµεία µε συχνότητα 1Hz, µιγµάτων θραυστού αµµοχάλικου και φρεζαρισµένου ασφαλτοµίγµατος σε αναλογίες 1/, 5/5, /1 κατεργασµένων µε 3% και 5% κ.β τσιµέντο. Συµπεραίνεται ότι όταν το ποσοστό του φρεζαρισµένου ασφαλτοµίγµατος στο µίγµα αυξάνει, η γραµµή κόπωσης αποκτά µεγαλύτερη κλίση ως προς τον άξονα Χ και ελαττώνεται το απαιτούµενο επίπεδο φόρτισης για να αντέξει το υλικό 1 6 επαναλήψεις φορτίσεων. Η διασπορά όµως των αποτελεσµάτων µειώνεται. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η γνώση της αντοχής σε κόπωση των κατεργασµένων µε τσιµέντο µιγµάτων θραυστού αµµοχάλικου και φρεζαρισµένου ασφαλτοµίγµατος αποτελεί απαραίτητη προϋπόθεση για την ορθή διαστασιολόγηση των οδοστρωµάτων που προέρχονται από ψυχρή επιτόπου ανακύκλωση εύκαµπτων οδοστρωµάτων µε τσιµέντο. Σηµειώνεται ότι κατά τη γνώση των συγγραφέων δεν υπάρχει µέχρι σήµερα δηµοσιευµένη εργασία σχετικά µε την αντοχή σε κόπωση αυτού του είδους των υλικών και η διαστασιολόγηση των οδοστρωµάτων µέχρι σήµερα γίνεται µε εκτίµηση της συµπεριφοράς σε κόπωση από ανάλογα οδοστρώµατα από κατεργασµένα µε τσιµέντο συµβατικά αµµοχάλικα, (PIARC 22). Στην εργασία αυτή παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα µιας εκτεταµένης έρευνας που διεξάχθηκε στο Εργαστήριο Οδοποιίας της Σχολής Πολιτικών Μηχανικών του ΕΜΠ, µέρος της οποίας χρηµατοδοτήθηκε από την Ένωση Τσιµεντοβιοµηχανιών Ελλάδος. 2. ΥΛΙΚΑ - ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΚΑΙ ΕΞΕΤΑΣΗ ΟΚΙΜΙΩΝ Τα υλικά που χρησιµοποιήθηκαν περιγράφονται µε λεπτοµέρεια (Κατσάκου 25) αποτελούντο από µίγµατα ενός θραυστού αµµοχάλικου και ενός φρεζαρισµένου ασφαλτοµίγµατος µε µέγιστο κόκκο 19 mm και µε σχεδόν την ίδια διαβάθµιση. Τα υλικά αυτά αναµίχθηκαν σε αναλογίες % κατά βάρος θραυστού και φρεζαρισµένου υλικού 1/ (Υλικό Ι), 5/5 (Υλικό IΙΙ) και /1 (Υλικό V). Τα µίγµατα αυτά ονοµαζόµενα Υλικό Ι, ΙΙΙ και V αναµίχθηκαν µε 3% ή 5% κβ τσιµέντο (τύπου ΙΙ 35) και 5.2% κβ στερεών υλικών νερό (βέλτιστη υγρασία για συµπύκνωση) για 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 1

να παρασκευαστούν πρισµατικά δοκίµια διαστάσεων 1mm x 1mm x 4mm µε συµπύκνωση µε δόνηση υπό πίεση µε ηλεκτρόσφυρα (ΕΝ 13286.51). Συνολικά δοκιµάστηκαν σε κόπωση: o Για ποσοστό τσιµέντου 3 % Υλικό Ι (1/) 28 δοκίµια Υλικό ΙΙΙ (5/5) 2 δοκίµια Υλικό V (/1) 17 δοκίµια o Για ποσοστό τσιµέντου 5 % Υλικό Ι (1/) 9 δοκίµια Υλικό ΙΙΙ (5/5) 53 δοκίµια Υλικό V (/1) 15 δοκίµια Τα δοκίµια µετά την παρασκευή τους τοποθετήθηκαν πάνω σε γυάλινες πλάκες πάχους περίπου 5 mm για την αποφυγή τυχόν στρεβλώσεων, τυλίχτηκαν µε πλαστικά φύλλα για παρεµπόδιση της εξάτµισης και τοποθετήθηκαν στον θάλαµο συντήρησης. Τα δοκίµια παρέµειναν στον θάλαµο 6 ±2 ηµέρες µέχρι τη δοκιµή τους σε κόπωση. Κατά την διάρκεια των δοκιµών σε κόπωση η θερµοκρασία του περιβάλλοντος διατηρείτο στους 23 ±.5 o C. Πιστεύεται ότι στην ηλικία των 6 ηµερών έχει πραγµατοποιηθεί η ενυδάτωση του τσιµέντου σε τέτοιο βαθµό, ώστε η παραµονή των δοκιµίων στη µηχανή µέχρι 2-4 ηµέρες δεν συνεπάγεται µετρήσιµη αύξηση της αντοχής, γεγονός που αν συνέβαινε θα µπορούσε να αλλοιώσει τα αποτελέσµατα. Η αντοχή σε κάµψη είναι απαραίτητη για τον καθορισµό του εύρους φόρτισης σε κόπωση. Έτσι, από κάθε ανάµιγµα δεν δοκιµάστηκαν όλα τα δοκίµια σε κόπωση. Ένας αριθµός δοκιµίων χρησιµοποιήθηκε για την εύρεση της αντοχής σε κάµψη. Στις δοκιµές σε κόπωση µετρήθηκε το βέλος κάµψης καθ' όλη τη διάρκεια της δοκιµής, Σχήµα 1. Οι δοκιµές έγιναν µε "ελεγχόµενη τάση", δηλαδή επιβάλλεται ένα ελάχιστο φορτίο στο δοκίµιο, περίπου.1 -.15 MPa - που εξασφαλίζει και τη σταθερότητα του δοκιµίου στη θέση του πάνω στη µηχανή κατά τη δοκιµή - και εν συνεχεία το φορτίο µεταβάλλεται ηµιτονοειδώς, µε συχνότητα 1 Hz, από το ελάχιστο αυτό φορτίο µέχρι το µέγιστο φορτίο που καθορίζεται για κάθε δοκιµή, έτσι ώστε ο λόγος (της επιβαλλόµενης τάσης σ προς την αντοχή f) να είναι ο προβλεπόµενος. 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Τα αποτελέσµατα παρουσιάζονται υπό µορφή διαγραµµάτων Wöhler (διαγράµµατα log N) για τα µεµονωµένα αποτελέσµατα (Σχ. 2, 4, 6) και για τους µέσους όρους των επαναλήψεων των φορτίσεων µέχρι τη θραύση για κάθε επίπεδο φόρτισης (Σχ. 3, 5, 7). Οι δοκιµές κόπωσης είναι γνωστές για τη µεγάλη διασπορά που παρουσιάζουν στα αποτελέσµατα. Για τον λόγο αυτό ακολουθήθηκε η µέθοδος που εφαρµόστηκε από τους Kolias & Williams (1978) και Galloway and Raithby (1979) σε ανάλογες δοκιµές σε κατεργασµένα µε τσιµέντο υλικά και σε σκυρόδεµα. Σύµφωνα µε τη µέθοδο αυτή, αντί να γίνεται παλινδρόµηση µε τις µεµονωµένες τιµές (οι ακραίες τιµές των οποίων επηρεάζουν περισσότερο τη γραµµή παλινδρόµησης από τις µη ακραίες) υπολογίζεται για κάθε επίπεδο φόρτισης ο µέσος όρος των επαναλήψεων φορτίσεων και µε τους µέσους όρους γίνεται παλινδρόµηση, όπως φαίνεται στα Σχήµατα 3, 5 και 7. Στα Σχήµατα 2-7 παρουσιάζονται δύο ευθείες παλινδρόµησης: η µία είναι εκείνη που προκύπτει των δοκιµών και η άλλη είναι εκείνη που προκύπτει από τα ίδια σηµεία µε την πρόσθετη όµως απαίτηση η ευθεία να διέρχεται από το σηµείο (,1) σύµφωνα µε την Γαλλική πρακτική (SΕΤΡΑ-LCPC 1994). Στα ίδια Σχήµατα παρουσιάζονται ένθετες και οι εξισώσεις παλινδρόµησης για όλες τις περιπτώσεις. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 2

1 2 3 4 4 h 4 5 6 L/3 L/3 6 L/3 1. Ηλεκτροδυναµόµετρο 2. ιάταξη επιβολής φορτίου µε δύο ελευθερίες κινήσεων 3. οκίµιο διαστάσεων 1 x 1 x 4 mm 4. ιάταξη στήριξης ηλεκτροµηκυνσιοµέτρων 5. Ηλεκτροµηκυνσιόµετρα 6. Εφέδρανα στήριξης δοκιµίου 1 2 5 4 3 6 Σχήµα 1: οκιµή σε κάµψη και µέτρηση βέλους κάµψης ανεξάρτητα από την υποχώρηση των στηριγµάτων 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 3

1,9,8,7,6,5,4,3 y = -,639x + 1 R 2 =,1538,2,1 y = -,36x +,8642 R 2 =,4813 1 1 1 1 2 1 3 1 4 15 5 16 6 1 7 Σχήµα 2 : Αποτελέσµατα κόπωσης υλικού Ι (1/), µεµονωµένα αποτελέσµατα, τσιµέντο 3% και 5% 1,9,8,7,6,5,4,3,2,1 y = -,583x + 1 R 2 =,746 y = -,457x +,937 R 2 =,7768 1 1 1 1 1 2 2 1 3 3 1 4 4 1 5 5 16 6 1 7 Σχήµα 3 : Αποτελέσµατα κόπωσης υλικού Ι (1/), Μέσοι όροι, τσιµέντο 3% και 5% 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 4

1,9,8,7,6,5,4,3,2,1 y = -,719x + 1 R 2 =,5882 y = -,712x +,9968 R 2 =,5882 1 1 1 1 1 2 2 1 3 3 1 4 4 1 5 5 1 6 6 1 7 7 18 8 Σχήµα 4: Αποτελέσµατα κόπωσης υλικού ΙΙΙ (5/5), µεµονωµένα αποτελέσµατα, τσιµέντο 3% και 5% 1,9,8,7,6,5,4,3,2,1 y = -,712x + 1 R 2 =,8161 y = -,193x + 1,1745 R 2 =,9387 1 1 1 1 1 2 2 1 3 3 14 4 1 5 5 1 6 6 1 7 7 1 8 Σχήµα 5 : Αποτελέσµατα κόπωσης υλικού ΙΙΙ (5/5), Μέσοι όροι, τσιµέντο 3% και 5% 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 5

1,9,8,7,6,5,4,3,2,1 y = -,766x + 1 R 2 =,318 y = -,547x +,978 R 2 =,3648 1 1 1 1 12 2 13 3 14 4 1 5 16 6 Σχήµα 6. Αποτελέσµατα κόπωσης υλικού V (/1), µεµονωµένα αποτελέσµατα, τσιµέντο 3% και 5% 1,9,8,7,6,5,4,3,2,1 y = -,722x + 1 R 2 =,7517 y = -,1292x + 1,2174 R 2 =,9458 1 1 1 1 2 2 1 3 3 14 4 1 5 1 6 Σχήµα 7 : Αποτελέσµατα κόπωσης υλικού V (/1), Μέσοι όροι, τσιµέντο 3% και 5% 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 6

4. ΣΧΟΛΙΑΣΜΟΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τα αποτελέσµατα των δοκιµών του υλικού Ι (1/, σύνηθες κατεργασµένο µε τσιµέντο θραυστό αµµοχάλικο) παρέχουν την δυνατότητα σύγκρισης µε άλλες δηµοσιευµένες έρευνες για παρόµοια υλικά (Kolias & Williams 1978, Galloway and Raithby 1979, SETRA-LCPC 1994). H πρώτη από τις εργασίες αυτές αφορά δοκιµές σε καθαρό εφελκυσµό, η δεύτερη δοκιµές σε κόπωση σε κάµψη δοκών σε 2 σηµεία φόρτισης στα τρίτα του ανοίγµατος, όπως και οι δοκιµές της παρούσας έρευνας, (Σχ. 1), ενώ η τρίτη αφορά δοκιµές σε κάµψη δοκιµίων τραπεζοειδούς διατοµής πακτωµένων στο ένα άκρο. Η σύγκριση µπορεί να γίνει µε το απαιτούµενο επίπεδο φόρτισης για Ν=1 6 και Ν=1 5 επαναλήψεις φορτίσεων. Για Ν=1 6 το απαιτούµενο επίπεδο φόρτισης είναι.6,.62 και.524 για τις τρεις παραπάνω έρευνες, ενώ για Ν=1 5 επαναφορτίσεις είναι.78 για τις δύο πρώτες και.6 για την τρίτη. Παρατηρείται ότι η παρούσα έρευνα για τα µεµονωµένα αποτελέσµατα δίδει επίπεδα φόρτισης τα οποία είναι µεταξύ εκείνων των δύο πρώτων ερευνών και εκείνων του γαλλικού LCPC. Λαµβάνοντας υπόψη τη µεγάλη µεταβλητότητα των δοκιµών κόπωσης και τις διαφορές µεταξύ των µεθόδων φόρτισης, πιστεύεται ότι τα αποτελέσµατα δείχνουν αξιοσηµείωτη συµφωνία και παρέχουν αυξηµένη εµπιστοσύνη και αξιοπιστία στη µέθοδο δοκιµής της παρούσας έρευνας. Επισηµαίνεται επίσης ότι για την περίπτωση του Υλικού ΙΙΙ (5/5) ο αριθµός των δοκιµίων που εξετάστηκαν είναι 2 µε τσιµέντο 3% και 53 µε τσιµέντο 5%. Ο υψηλός αυτός αριθµός δοκιµίων προσδίδει στα αποτελέσµατα αυξηµένη αξιοπιστία. Σηµειώνεται ότι λόγω της φύσεως των δοκιµών κόπωσης, στις οποίες ο παράγων χρόνος πρέπει να έχει σηµαντική επιρροή είτε υπό τη µορφή ιδιότυπου ερπυστικού φαινοµένου είτε οµοίως υπό µορφή αντοχής σε µεγάλη διάρκεια φόρτισης,, η γραµµή κόπωσης για Ν=1 πρέπει να διέρχεται από το σηµείο µε τεταγµένη.8, (Eisenmann 1979, Galloway and Raithby 1979). Αυτό πρέπει να ισχύει για δοκιµές κόπωσης χωρίς ανάπαυλες φόρτισης. Για τις περιπτώσεις όµως εφαρµογής νόµων κόπωσης για διαστασιολόγηση οδοστρωµάτων - όπου οι φορτίσεις συνοδεύονται από µεγάλα διαστήµατα µε ανάπαυλες φόρτισης - πιστεύεται ότι είναι πιο αντιπροσωπευτικό της πραγµατικής κατάστασης η γραµµή κόπωσης να διέρχεται από το σηµείο (,1) όπως υιοθετείται από τις Γαλλικές οδηγίες Υπολογισµού Οδοστρωµάτων (SETRA - LCPC 1994). Εξάλλου µία τέτοια παραδοχή είναι υπέρ της ασφαλείας διότι αυξάνει την κλίση της γραµµής κόπωσης. Από τα παραπάνω προκύπτουν τα ακόλουθα γενικά συµπεράσµατα : Η αντοχή σε κόπωση των ανακυκλωµένων υλικών που εξετάστηκαν έχει τη µορφή : = α + β log N Η τιµή του σταθερού όρου, α, µπορεί να ληφθεί ίση µε 1, η δε κλίση β του διαγράµµατος έχει τιµή που κυµαίνεται από: β =.583 για το υλικό Ι (1/) β =.711 για το υλικό ΙΙΙ (5/5) β =.721 για το υλικό V (/1) Υπάρχουν σαφείς ενδείξεις ότι η τιµή του επιπέδου φόρτισης για Ν= 1 6 φορτίσεις µειώνεται όσο το ποσοστό του φρεζαρισµένου ασφαλτοµίγµατος στο µίγµα αυξάνει. Έτσι: Για υλικά Ι (1/) =.65 Για υλικά ΙΙΙ (5/5) =.57 Για υλικά V (/1) =.56 Γίνεται φανερό ότι όσο αυξάνει η περιεκτικότητα του µίγµατος σε ΦΑ, η συµπεριφορά του µίγµατος σε κόπωση τείνει να πλησιάσει εκείνη των ασφαλτοµιγµάτων, δηλ. η ευθεία κόπωσης 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 7

αποκτά µεγαλύτερη κλίση ως προς τον άξονα Χ και ελαττώνεται το απαιτούµενο επίπεδο φόρτισης για Ν=1 6, υποδεικνύουσα τη µικρότερη αντοχή των υλικών αυτών σε κόπωση αλλά και το µεγαλύτερο αριθµό επαναλήψεων φορτίσεων για µεγάλες τιµές. Το τελευταίο είναι ενδεικτικό της µεγαλύτερης ικανότητας σε παραµόρφωση που αποκτούν τα µίγµατα µε ΦΑ. Αυτό θα µπορούσε να αποδοθεί στη βαθµιαία µεταβολή που υφίσταται το µίγµα καθώς η περιεκτικότητά του σε ΦΑ αυξάνει, ενώ η αντοχή και τα λοιπά χαρακτηριστικά του συνδετικού µέσου (τσιµεντοπολτός ή τσιµεντοκονίαµα) παραµένουν σταθερά. Το θέµα θεωρείται ότι παρουσιάζει θεωρητικό αλλά και πρακτικό ενδιαφέρον και πιστεύεται ότι απαιτεί περαιτέρω διερεύνηση. Η τυπική απόκλιση sd των τιµών log N στο ίδιο επίπεδο φόρτισης για τα µίγµατα που περιέχουν φρεζαρισµένο ασφαλτόµιγµα (ΦΑ) θα µπορούσε να ληφθεί ίση µε.6 ενώ για τα µίγµατα που δεν περιέχουν ΦΑ (υλικό Ι) η τιµή sd =1. Αδηµοσίευτη έρευνα του LCPC (Mathias et al 24) για ανακυκλωµένα µε τσιµέντο µίγµατα αλλά και για σκυροδέµατα, στα οποία αντικαταστάθηκε µέρος των αδρανών µε φρεζαρισµένο ασφαλτόµιγµα, επιβεβαιώνει τα συµπεράσµατα αυτά. Η διαφορά αυτή µεταξύ καθαρών κατεργασµένων µε τσιµέντο αµµοχαλίκων σε σχέση µε τα ανάλογα µίγµατα αµµοχαλίκων και φρεζαρισµένου ασφαλτοµίγµατος θα µπορούσε να αποδοθεί στο ότι το µέτρο ελαστικότητας των κόκκων του φρεζαρισµένου υλικού είναι πολύ µικρότερο εκείνου των καθαρών αδρανών. Αυτό έχει σαν αποτέλεσµα, οι συγκεντρώσεις τάσεων που αναπτύσσονται στην περιοχή µετάβασης από σκληρυµένο τσιµεντοπολτό σε αδρανές να είναι πολύ µικρότερες όταν το αδρανές είναι κόκκος ΦΑ από όταν το αδρανές είναι συµπαγής κόκκος από θραυσµένο πέτρωµα. Έτσι στα πειράµατα κόπωσης, όπου οι συγκεντρώσεις τάσεων παίζουν σηµαντικό ρόλο, η κατανοµή των τάσεων µέσα σε ένα δοκίµιο από ΦΑ είναι πιο οµοιόµορφη από εκείνη ενός δοκιµίου από µίγµα που δεν περιέχει ΦΑ. Με άλλα λόγια οι κόκκοι ΦΑ δρουν σαν "εξοµαλυντές" των τάσεων. 5. ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΟΥ ΟΚΙΜΙΟΥ ΚΑΤΑ ΤΗ ΙΑΡΚΕΙΑ ΤΩΝ ΦΟΡΤΙΣΕΩΝ Στην παράγραφο αυτή παρουσιάζονται ορισµένες χαρακτηριστικές τυπικές περιπτώσεις της συµπεριφοράς των δοκιµίων κατά τη διάρκεια της δοκιµής σε κόπωση. Η συµπεριφορά αυτή διερευνάται µε τη µεταβολή του βέλους κάµψεως στο µέσον του δοκιµίου όπως αυτό καταγράφηκε κατά τη διάρκεια των δοκιµών µέσω δύο επαγωγικών µηκυνσιοµέτρων (Σχ. 1) 5.1 Υλικό Ι, τσιµέντο 3 % Στο Σχήµα 8 παρουσιάζονται ως µία παχιά κατακόρυφη γραµµή οι 1 πλήρεις καταγραφές της µεταβολής του βέλους κάµψεως (µέσος όρος των δύο µετρήσεων ανά LVDT). Παρουσιάζονται όλες οι καταγραφές που έγιναν για ένα δοκίµιο το οποίο δοκιµάστηκε σε επανειληµµένες φορτίσεις µε =.7 και αστόχησε µετά από 998.332 επαναλήψεις φορτίσεων. Το κάτω σηµείο της παχιάς γραµµής παριστά την τιµή του βέλους για φόρτιση σ min =.4 MPa ενώ το ανώτερο σηµείο παριστά την τιµή του βέλους για την επιβαλλόµενη µέγιστη τάση σ max =.9 MPa. Το µήκος της κατακόρυφης γραµµής παριστά την ελαστική - αναιρέσιµη παραµόρφωση (βέλος) του δοκιµίου για φόρτιση από σ min σε σ max. Παρατηρείται ότι το δοκίµιο παρουσιάζει αρχικά µία αύξηση της µόνιµης παραµόρφωσης µέχρι περίπου τις 1. επαναφορτίσεις (διάρκεια δοκιµών 2 ώρες 5 ). Στη συνέχεια η µόνιµη αυτή παραµόρφωση παραµένει σχεδόν σταθερή µέχρι περίπου τις 7. επαναφορτίσεις (διάρκεια δοκιµών 19 ώρες 27 ) και µετά αρχίζει εκ νέου να µεγαλώνει, µε ρυθµό αυξανόµενο, ο οποίος από τις 9. περίπου επαναφορτίσεις και µετά γίνεται µεγάλος και οδηγεί στη θραύση του δοκιµίου. Η µόνιµη αυτή παραµόρφωση έχει κοινά χαρακτηριστικά µε την ερπυστική παραµόρφωση, αφού οι φορτίσεις δεν περιλαµβάνουν ανάπαυλες φορτίσεων. Παρατηρείται επίσης ότι οι ελαστικές/αναιρούµενες παραµορφώσεις παραµένουν σταθερές µέχρι περίπου τις 4. επαναφορτίσεις µετά τις οποίες παρατηρείται αύξηση, στην αρχή µικρή µέχρι περίπου τις 7. φορτίσεις, και µετά η αύξηση γίνεται ραγδαία µέχρι τη θραύση. Η αύξηση της ελαστικής /αναιρέσιµης παραµόρφωσης (υπό σταθερό min και max φορτίο) 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 8

υποδηλώνει τη µείωση του µέτρου ελαστικότητας και την έναρξη ρηγµάτωσης του δοκιµίου. Οι επαναφορτίσεις από τις 4. µέχρι 7. πιστεύεται ότι είναι οι αναγκαίες φορτίσεις για την αργή προώθηση της/των ρωγµής/ων µετά το πέρας των οποίων (7.) η διάδοση µίας ρωγµής γίνεται ταχύτερα µέχρις ότου η ρωγµή γίνει ασταθής και οδηγήσει σε άµεση θραύση.,4 Βέλος κάµψης (mm),35,3,25,2,15,1 Υλικό Ι (1/), τσιµέντο 3 %,5 2 4 6 8 1 Αριθµός επαναλήψεων φορτίσεων (Ν) Σχήµα 8: Μέγιστες και ελάχιστες τιµές του βέλους κάµψης, για διάφορες επαναλήψεις φορτίσεων 5.2 Υλικό V, τσιµέντο 5 % Στο Σχήµα 9 παρουσιάζεται η µεταβολή του βέλους κάµψης όπως προηγουµένως, για δοκίµιο µε υλικό V (/1). Παρατηρείται ότι η συµπεριφορά του υλικού V ( % θραυστό αµµοχάλικο, 1 % φρεζαρισµένο ασφαλτόµιγµα) διαφέρει από εκείνη του υλικού Ι (1 % θραυστό αµµοχάλικο) στο γεγονός ότι δεν υπάρχει το στάδιο κατά το οποίο το βέλος για το ελάχιστο φορτίο (µόνιµη παραµόρφωση) να διατηρείται σταθερό. Αντιθέτως, µετά την αρχική έντονη αύξηση του βέλους στις πρώτες επαναφορτίσεις (περίπου 6) ακολουθεί το στάδιο της συνεχούς αύξησης του βέλους µε σταθερό ρυθµό αύξησης, µέχρι περίπου τις 3.5 επαναφορτίσεις, µετά τις οποίες ο ρυθµός παύει να είναι σταθερός, γίνεται συνεχώς αυξανόµενος για να ακολουθήσει ραγδαία αύξηση µετά τις 4. επαναφορτίσεις που σηµατοδοτούν την έναρξη της ταχείας διάδοσης των ρωγµών και την επικείµενη θραύση του δοκιµίου. Οι ελαστικές (αναιρέσιµες) παραµορφώσεις παραµένουν αρχικά, κατά το µάλλον ή ήττον, σταθερές, ακολούθως µετά περίπου 1. επαναφορτίσεις αρχίζουν να αυξάνουν µε πολύ αργό ρυθµό (έναρξη και µικρή διάδοση ρηγµάτωσης) µέχρι περίπου τις 4. επαναφορτίσεις, µετά τις οποίες η αύξηση είναι εµφανώς εντονότερη σηµατοδοτώντας την έναρξη της ταχείας διάδοσης των ρωγµών και την επικείµενη θραύση του δοκιµίου. Ως προς τη µεταβολή των ελαστικών/αναιρέσιµων παραµορφώσεων η συµπεριφορά του υλικού V δεν διαφέρει εκείνης του υλικού Ι. H διαφορά εντοπίζεται κυρίως στη συνεχή αύξηση της µόνιµης παραµόρφωσης και στην απουσία σταδίου µε σχεδόν σταθερό βέλος που χαρακτηρίζει το υλικό Ι. Αυτό θα πρέπει να συνδυαστεί µε τα αποτελέσµατα του ερπυσµού, όπου στο υλικό Ι (1/) παρατηρήθηκε ότι οι ερπυστικές παραµορφώσεις - µετά την αρχική αύξηση - σταθεροποιούνται γρήγορα και δεν παρουσιάζουν ουσιώδη αύξηση. Αντίθετα, στο υλικό V (/1) οι ερπυστικές παραµορφώσεις παρουσιάζουν συνεχή αύξηση, όπως και τα αντίστοιχα διαγράµµατα βέλους κάµψης στην κόπωση. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 9

Βέλος κάµψης (mm),1,9,8,7,6,5,4,3,2,1 Υλικό V (/1), τσιµέντο 5 % 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 Αριθµός επαναλήψεων φορτίσεων Ν Σχήµα 9: Μέγιστες και ελάχιστες τιµές του βέλους κάµψης, για διάφορες επαναλήψεις φορτίσεων 5.3 Υλικό ΙΙΙ, τσιµέντο 5 % Ανάλογες µετρήσεις σε δοκίµια του υλικού ΙΙΙ απέδειξαν ότι η συµπεριφορά του είναι ενδιάµεση εκείνης του Ι και του V. 5.4 Συµπεράσµατα από τις παρατηρήσεις της µεταβολής του βέλους κατά τη κόπωση Από τα παραπάνω επιβεβαιώνονται οι λόγοι στους οποίους αποδόθηκε η διαφορετική συµπεριφορά σε κόπωση των υλικών Ι, ΙΙΙ και V. Η διαφορά µεταξύ του υλικού Ι από τα υλικά ΙΙΙ και V οφείλεται κυρίως στην ύπαρξη κόκκων οι οποίοι συνίστανται από συσσωµατώµατα αδρανών συνδεδεµένων µε ασφαλτικό υλικό - κόκκοι ασφαλτοκονιάµατος - ή αδρανών που περιβάλλονται από ασφαλτικό υλικό. Οι κόκκοι αυτοί υπό την επίδραση του εντατικού πεδίου που αναπτύσσεται κατά τη διάρκεια της φόρτισης στη δοκιµή κόπωσης παραµορφώνονται, ενώ οι κόκκοι από "καθαρό" αδρανές υλικό (υλικό Ι) παραµορφώνονται ελάχιστα λόγω του µεγάλου µέτρου ελαστικότητάς τους. Η κατανοµή των εσωτερικών τάσεων στα υλικά Ι (1/) και στα υλικά ΙΙΙ (5/5) και - ακόµη περισσότερο - στα V (/1) είναι για το λόγο αυτό πολύ διαφορετική, η διαφορά εξαρτάται από το ποσοστό των συσσωµατωµάτων ασφαλτοκονιάµατος. Ταυτόχρονα λόγω της φύσεως της δοκιµής φόρτισης (επαναλαµβανόµενοι κύκλοι φόρτισης - αποφόρτισης µε ένα µόνιµο πάντα ελάχιστο φορτίο και µε απουσία ανάπαυλας φορτίσεως κατά τη διάρκεια της οποίας το φορτίο είναι µηδενικό) προκαλούνται µόνιµες παραµορφώσεις στα συσσωµατώµατα από ασφαλτοκονίαµα. Αυτό έχει σαν αποτέλεσµα τη συνεχή αύξηση των τάσεων στο συνδετικό υλικό (τσιµεντοπολτό). Γίνεται εποµένως φανερό ότι η συµπεριφορά σε κόπωση των υλικών ΙΙΙ και V δεν µπορεί παρά να είναι διαφορετική από εκείνη του υλικού Ι και να παρουσιάζει µικρότερο αριθµό επαναφορτίσεων για το ίδιο επίπεδο φόρτισης. Στην πράξη όµως σπανίως - αν όχι ποτέ - οι φορτίσεις ακολουθούν η µία την άλλη χωρίς ανάπαυλες µεταξύ τους. Εποµένως τα αποτελέσµατα των δοκιµών είναι δυσµενή και δεν ανταποκρίνονται στις πραγµατικές συνθήκες φόρτισης στα οδοστρώµατα. Είναι εποµένως 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 1

αναγκαίο να ερευνηθεί σε βάθος το θέµα της επίδρασης της ανάπαυλας των φορτίσεων στη συµπεριφορά σε κόπωση των µιγµάτων που περιέχουν φρεζαρισµένο ασφαλτόµιγµα. 6. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Μέρος της εργασίας αυτής χρηµατοδοτήθηκε από την Ένωση Τσιµεντοβιοµηχανιών Ελλάδος και οι συγγραφείς θέλουν να εκφράσουν τις ευχαριστίες τους για το γεγονός αυτό. 7. ΑΝΑΦΟΡΕΣ 1. Eisenmann, J., (1979), "Betonfahrbahnen", Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn, Germany. 2. Galloway, J. W., Raithby, K. D., 1979, "Effects of range of loading on flexural strength and fatigue performance of concrete", TRRL LR 547, Transport and Road Research Laboratory. 3. Kolias S & Williams R.I.T, 1978, Cement bound road materials: strength and elastic properties measured in the laboratory. Transport and Road Research Laboratory, TRRL Supplementary Report 344, p 62 7, Crowthorne, U.K. 4. Mathias, V., Sedran, T., de Larrard, F., 24, "Recycling Reclaimed Asphalt Pavement in Concrete Roads", RILEM Int. Workshop "Use of recycled materials in buildings and structures", Barcelona 5. PIARC, Technical committee 7/8 "Road Pavements", (22), "Cold in-place recycling of pavements with cement", Seminar on road pavement recycling, Draft Guidelines, Warsaw, Poland 6. SETRA - LCPC, 1994, "Conception et dimensionnement des structures de chaussée. Guide Technique", Paris, France 7. ΕΛΟΤ - EN 13286-51, 24, "Unbound and hydraulically bound mixtures - Part 51: Method for the manufacture of test specimens of hydraulically bound mixtures using vibrating hammer compaction", Εθνικός τίτλος : "Ασύνδετα αµµοχάλικα και µίγµατα κατεργασµένα µε υδραυλικές κονίες - Μέρος 51 : Μέθοδος παρασκευής δοκιµίων µιγµάτων κατεργασµένων µε υδραυλικές κονίες µε τη χρήση δονητικής σφύρας". 8. Κατσάκου Μ, 25, "Μηχανικά χαρακτηριστικά αµµοχαλίκων και φρεζαρισµένων ασφαλτοµιγµάτων", ιδακτορική ιατριβή, ΕΜΠ, 25. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 11