Καλώς ήλθατε

Συνδεθείτε ή εγγραφείτε ως Μέλη, προκειμένου να σχολιάσετε αναρτημένα άρθρα, slides κλπ ή/και να διατυπώσετε τις δικές σας απόψεις για οποιοδήποτε θέμα τεχνικού ενδιαφέροντος.

Παρασκευή, 20 Μαίου 2022

Στο άρθρο αυτό, το οποίο συντάχθηκε από τους κ.κ. Ε. ΓΚΑΣΙΟ, Χημ. Μηχανικό και Ι. ΧΡΙΣΤΟΔΟΥΛΙΑ, Γεωλόγο, MSc Eng, της Δ/νσης ΕΚ1 του ΥΠΕΧΩΔΕ / ΚΕΔΕ, παρουσιάζεται η έρευνα που πραγματοποιήθηκε κατά την δεκαετία του 1990 για τον για τον προσδιορισμό των διογκωτικών παραμέτρων του εδάφους η διερεύνηση των δυνατοτήτων η σταθεροποίησης με υδράσβεστο.

ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΛΟΓΩ ΤΩΝ ∆ΙΟΓΚΟΥΜΕΝΩΝ ΑΡΓΙΛΙΚΩΝ Ε∆ΑΦΩΝ ΤΟΥ ΘΗΒΑΪΚΟΥ ΠΕ∆ΙΟΥ, ΣΤΟ ΤΜΗΜΑ χ.θ. 70+000 - 90+000 ΤΗΣ ΕΘΝΙΚΗΣ Ο∆ΟΥ INVESTIGATION ON THE DAMAGES OF THE NATIONAL ROUTE NEAR ΤΗEBES (km 70+000 - 90+000) DUE TO EXPANSIVE SOILSΕ. ΓΚΑΣΙΟΣ, Χηµ. Μηχανικός - Ι. ΧΡΙΣΤΟ∆ΟΥΛΙΑΣ, Γεωλόγος, MSc Eng. ΤΗΣ ∆/ΣΗΣ ΕΚ1 ΤΟΥ ΥΠΕΧΩ∆Ε / ΚΕ∆ΕΣΥΝΟΨΗ Σε ένα µεγάλο µήκος της Ε.Ο. Αθηνών - Λαµίας, στην περιοχή του Θηβαϊκού πεδίου, το οδόστρωµα της εθνικής οδού είχε υποστεί σοβαρές ζηµιές. Στον τελικό ασφαλτικό τάπητα και σε απόσταση ενός µέτρου από τα άκρα του εµφανίστηκαν διαµήκεις ρηγµατώσεις, από τριχοειδείς έως 5 cm, παρά το γεγονός ότι νέος τάπητας είχε επικαλύψει τον παλαιό. Μετά την απόφαση για την διαπλάτυνση της Ε.Ο., το πρόβληµα έγινε επιτακτικό και εκ µέρους της ∆/σης ΕΚ1 του ΚΕ∆Ε έγινε έρευνα σε όλο το µήκος για τον προσδιορισµό των φυσικών και µηχανικών χαρακτηριστικών του εδάφους, κυρίως των διογκωτικών παραµέτρων. Σκοπός ήταν να προσδιοριστεί αν υπήρχαν διογκούµενα αργιλικά ορυκτά και να βρεθεί ο τρόπος αντιµετώπισης των διογκωτικών τάσεων του εδάφους, ώστε ο δρόµος να µην εµφανίζει παρόµοια προβλήµατα στο µέλλoν. Η έρευνα περιέλαβε την διερεύνηση όλων των µηχανικών χαρακτηριστικών που προσδιορίζουν ένα αργιλικό έδαφος ως διογκούµενο, µετρήθηκαν οι τάσεις διόγκωσης, έγινε ορυκτολογική ανάλυση µε ακτίνες Χ, ώστε να προσδιοριστεί ακριβώς το είδος και ποσοστό των αργιλικών ορυκτών. Σε δεύτερη φάση, διερευνήθηκε η σταθεροποίηση του εδάφους µε υδράσβεστο και για το σκοπό αυτό παρασκευάστηκαν δοκίµια µε 3%, 5%, 7% υδράσβεστο και πριν τη θραύση παρέµειναν 7, 28, 90 ηµέρες στο θάλαµο συντήρησης.ABSTRACT During the last years a large part of the National Route from Athens to Thessaloniki, near Thebes, has been seriously damaged. On the upper asphalt layer a considerable number of cracks has been appeared and although a new layer has been applied, it appears to be unable to solve out the problem and cracks are still developing. Research on this problem was started one year ago by the Soil Research Laboratory, in order to identify the reasons of the soil behavior. Following several techniques suggested by the U.S.B.R., undisturbed soil samples were used to predict the activity and the swelling pressure of dry and fully saturated soil samples. Same soil samples were also used for x-ray scanning in order to identify the presence of specific clay minerals. After the determination of a relative expansion potential of the soil, this study was conducted to develop a lime stabilization test data. For this reason soil samples were prepared, containing 3%, 5% and 7% lime. The samples were curred for 7, 28, and 98 days and tested.1.ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣΛίγα χρόνια µετά την ολοκλήρωση της Ε.Ο. Αθηνών - Λαµίας, στην περιοχή του Θηβαϊκού πεδίου, εµφανίστηκαν σε απόσταση ενός µέτρου από τα άκρα του ασφαλτοτάπητα διαµήκεις ρηγµατώσεις µεγέθους από τριχοειδείς έως 5 cm. Αρχικά το φαινόµενο αποδόθηκε σε κακή συµπύκνωση του επιχώµατος, αλλά η εργαστηριακή έρευνα έδειξε ότι τα επιχώµατα ήταν καλά συµπυκνωµένα. Μετά από ωριµότερη σκέψη και µελέτη του όλου θέµατος και από το γεγονός ότι οι ρωγµές άνοιγαν στην ξηρά περίοδο και έκλειναν µετά τις βροχές, επικράτησε η σκέψη ότι η αιτία των ρηγµατώσεων έπρεπε να αποδοθεί στο έδαφος θεµελίωσης και όχι στο επίχωµα ή την κυκλοφορία της οδού.1 / 11 Μετά την απόφαση για τη διαπλάτυνση της Ε.Ο., το πρόβληµα έγινε επιτακτικό και εκ µέρους της ∆/σης ΕΚ1 του ΚΕ∆Ε, έγινε έρευνα σε όλο το µήκος για τον προσδιορισµό των φυσικών και µηχανικών χαρακτηριστικών του εδάφους, κυρίως των διογκωτικών παραµέτρων. Σκοπός ήταν να προσδιοριστεί αν υπήρχαν διογκούµενα αργιλικά ορυκτά και να βρεθεί ο τρόπος αντιµετώπισης των διογκωτικών τάσεων του εδάφους, ώστε ο δρόµος να µη εµφανίζει παρόµοια προβλήµατα στο µέλλον. Η έρευνα περιέλαβε τη διερεύνηση όλων των µηχανικών χαρακτηριστικών που προσδιορίζουν ένα αργιλικό έδαφος σαν διογκούµενο, µετρήθηκαν οι τάσεις διόγκωσης, έγινε ορυκτολογική ανάλυση µε ακτίνες χ, ώστε να προσδιοριστεί ακριβώς το είδος και ποσοστό των αργιλικών ορυκτών. Σε δεύτερη φάση, διερευνήθηκε η σταθεροποίηση του εδάφους µε υδράσβεστο και για το σκοπό αυτό παρασκευάστηκαν δοκίµια µε 3%, 5%, 7% υδράσβεστο και πριν τη θραύση παρέµειναν 7, 28, 90 ηµέρες στο θάλαµο συντήρησης.2.ΕΠΙΤΟΠΟΥ ΕΡΕΥΝΑΕπειδή η τάση διόγκωσης των εδαφών εξαρτάται από τις µεταβολές της φυσικής υγρασίας, κρίθηκε σκόπιµο η έρευνα να γίνει σε δύο φάσεις. Η πρώτη φάση έγινε κατά то µήνα Μάρτιο που τα εδάφη λόγω του χειµώνα έχουν τη µεγαλύτερη υγρασία. Η δεύτερη φάση έγινε κατά το µήνα Σεπτέµβριο, µετά το θέρος, που τα εδάφη έχουν τη µικρότερη φυσική υγρασία. Με τον τρόπο αυτό θα αποκτούσαµε συγκριτικά αποτελέσµατα για τη συµπεριφορά του εδάφους µεταξύ δυο διαδοχικών καταστάσεων υγρασίας, πράγµα που επιβεβαιώθηκε από την έρευνα. Οι πίνακες 1 και 2 παρουσιάζουν τις αυξοµειώσεις της φυσικής υγρασίας (Φ.Υ.) συναρτήσει του βάθους και της εποχής δειγµατοληψίας. Πίνακας 1: Φ.Υ. µήνα Μάρτιο (n.m.c. during March) Χ.Θ. Βάθος Φ.Υ. km Depth n.m.c. km 73 1.00 29 4.00 22 km 77 0.50 27 4.00 10 km 79 0.50 27 4.00 15 km 84 0.50 33 4.00 28 km 86 0.50 35 4.00 30 km 88 0.50 36 4.00 303.Πίνακας 2: Φ.Υ. µήνα Σεπτέµβριο (n.m.c. during September) Χ.Θ. Βάθος Φ.Υ. km Depth n.m.ckm 77 km 79km 860.50 2.00 0.50 2.0016 18 16 180.50 2.0018 34ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΕΡΕΥΝΑ A' ΦΑΣΗΣΗ έρευνα περιλάµβανε τη διάνοιξη φρεατίων βάθους 4,0 m µε τη βοήθεια εκσκαφέα και τη λήψη αδιατάρακτων εδαφικών δειγµάτων (Shelby), για την εκτέλεση εργαστηριακών δοκιµών. Τα Shelby παραφινώνοντο αµέσως ώστε να µη χάσουν τη φυσική υγρασία. Από όλα τα φρεάτια λαµβάνετο ξεχωριστό δείγµα φυσικής υγρασίας ανά µισό µέτρο βάθους, καθώς και άλλα διαταραγµένα δείγµατα για τις λοιπές εργαστηριακές δοκιµές.4.ΕΠΙΜΕΡΟΥΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ∆ΟΚΙΜΕΣ.4.1 ΠΡΟΣ∆ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ (Φ.Υ.) Όπως διαπιστώθηκε από τον εργαστηριακό έλεγχο η Φ.Υ. του αργιλικού εδάφους το οποίο συνιστά το έδαφος θεµελίωσης των οδικών επιχωµάτων, κυµαίνεται από 10% έως 38%. Όπως παρατηρούµε στον Πινακα 1, το µήνα Μάρτιο η Φ.Υ. παρουσιάζει µερικές αυξοµειώσεις, αλλά κυρίως υπάρχει µια σταθερή υγρασία σε όλο το βάθος. Αντίθετα, κατά τη δεύτερη δειγµατοληψία το µήνα Σεπτέµβριο, πριν την έναρξη των βροχοπτώσεων, σηµειώνεται µια αύξηση της Φ.Υ. στο βαθύτερο, ενώ λόγω εξάτµισης η Φ.Υ. στην επιφάνεια είναι πολύ χαµηλή.2 / 11 4.2 ΟΡΙΑ ATTERBERG Τα όρια των αργιλικών δειγµάτων (CL, CH) κυµαίνονται από 20% 80%, ενώ ο δείκτης πλαστικότητας (Ρ.Ι.) κυµαίνεται από 20% έως 60%, (διάγραµµα 1). Τα εδάφη που έχουν υψηλό όριο υδαρότητας υποδηλώνουν µια ικανότητα να απορροφούν µεγάλα ποσοστά υγρασίας. Επίσης ο υψηλός δείκτης πλαστικότητας (Ρ.Ι.) υποδηλώνει έδαφος µε υψηλό έως πολύ υψηλό δυναµικό διόγκωσης, (Swelling Potential).∆ιάγραµµα 1: Πλαστικότητα κατά Casagrande (Plasticity chart A.U.S.C.S.)Στο διάγραµµα 2 παρουσιάζεται η πρώτη τοποθέτηση των αργιλικών ορυκτών που έκανε ο MITCHEL (1976), βάσει του διαγράµµατος Casagrande. Αν συσχετίσουµε τα διαγράµµατα 1 και 2 παρατηρούµε ότι τα εδαφικά µας δείγµατα ανταποκρίνονται στο διάγραµµα 2 στις θέσεις που κατέχουν τα δυο ισχυρά διογκούµενα ορυκτά, ο ιλλίτης και ο µοντµοριλλονίτης. Τόσο κατά τον Seed όσο και κατά τον Chen (1976) υπάρχει συσχετισµός µεταξύ του δείκτη πλαστικότητας (ΡΙ) και του ∆υναµικού διόγκωσης τον οποίο παραθέτουµε στη συνέχεια (Πίνακας 3). ∆υναµικό ∆ιόγκωσης χαµηλό µέσο υψηλό πολύ υψηλό∆είκτης Πλαστικότητας 0-15 10-35 20-35 >35Πίνακας 3: Συσχετισµός µεταξύ Ρ.Ι. και ∆υναµικού ∆ιόγκωσης Relation between Ρ.Ι. and Swelling Potential (Chen, 1976 ).∆ιάγραµµα 2: Τοποθέτηση αργιλικών ορυκτών στο διάγραµµα Casagrande [Mitchel,1976] (Location of common clay mineral).3 / 11 4.3 ΠΟΣΟΣΤΟ ΚΟΛΛΟΕΙ∆ΩΝ Από το σύνολο των κοκκοµετρικών αναλύσεων (60) και τις αναλύσεις µε αραιόµετρο (30) που φαίνονται στο διάγραµµα 3 το ποσοστό κολλοειδών του αργιλικού κλάσµατος (0,002 mm) βρέθηκε να κυµαίνεται από 6% έως 70%. Στον Πίνακα 4 που παραθέτουµε φαίνονται αναλυτικά τα ποσοστά των κοκκοµετρικών αναλύσεων. Είδος εδάφους κολλοειδή άργιλος ιλύς άµµος λεπτ. άµµος µεσοκ άµµος χονδρ. χαλ. λεπτ. χαλ. χονδρκ.Ποσοστό 670 2074 3414 151 71 40 40 40Μέσος όρος 38% 20% 24% 8% 4% 2% 2% 2%Πίνακας 4: Ποσοστά κοκκοµετρικών αναλύσεων (Grain size distribution)Κατά τους Holtz & Kovacs (1981), ο δείκτης πλαστικότητας, το ποσοστό κολλοειδών και το όριο συρρίκνωσης συνδέονται µε το βαθµό διόγκωσης ενός αργιλικού εδάφους σύµφωνα µε τον παρακάτω Πίνακα 5. Ποσοστό % κολλοειδών 2µm >28 20-31 13-23 < 15∆είκτης πλασ/τητας % >35 24-41 15-28 < 18Όριο συρρίκνωσης % < 11 7-12 10-16 > 15Πιθανό ποσοστό κατακόρυφης διόγκωσης % >30 20-30 10-20 < 10Βαθµός διόγκωσης % πολύ ψηλός υψηλός µέτριος χαµηλόςΠίνακας 5: Αναγνώριση του δυναµικού διόγκωσης βασιζόµενη σε κατακόρυφο φορτίο 1 psi (6,9 kPа), από Holtz & Kovacs (1981) - Estimation of probable volume change for expansive clays.4.4 ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΣΥΡΡΙΚΝΩΣΗ ΚΑΙ ΟΡΙΟ ΣΥΡΡΙΚΝΩΣΗΣ Είναι γνωστό από τη βιβλιογραφία ότι τα αργιλικά εδάφη µεταβάλουν τον όγκο τους ανάλογα µε τη µείωση της φυσικής υγρασίας. ∆υο είναι οι κύριες εργαστηριακές δοκιµές που µας πληροφορούν για τις µεταβολές του όγκου. Η δοκιµή της γραµµικής συρρίκνωσης (LS) και η δοκιµή του ορίου συρρίκνωσης (SL). Οι τιµές αυτών των δύο δοκιµών συνδέονται άµεσα µε το βαθµό διόγκωσης που δύναται να παρουσιάσει ένα διογκούµενο αργιλικό έδαφος. Στον πίνακα 6 που παραθέτουµε, παρατηρούµε κατά τον Altmeyer, 1956, τη σχέση των δυο παραµέτρων συρρίκνωσης µε το βαθµό διόγκωσης του εδάφους Γραµµική συρρίκνωση % >8 5-8 <5 Πίνακας 6:Βαθµός διόγκωσης<10 10-12 >12κρίσιµος οριακος χαµηλόςΣχέση γραµµικής συρρίκνωσης - όριο συρρίκνωσης- µεταβολής όγκου (από Altmeyer, 1955,1956) - Relation between linear shrinkage, shrinkage limit and expansion degree Γραµµική Συρρίκνωση 17,0 12,5 11,0 10,0 11,5Πίνακας 7:Όριο συρρίκνωσης %Γραµµική Συρρίκνωση 17,5 16,4 21,1 19,2 21,0Γραµµική Συρρίκνωση 16,0 20,0 22,0 23,0 23,2Εργαστηριακά αποτελέσµατα γραµµικής συρρίκνωσης της περιοχής. (Linear srhinkage results of the investigated area)4 / 11 ∆ιάγραµµα 3: Όρια κοκκοµετρικών αναλύσεων (30 δείγµατα) Grain size distribution curves (30 samples). Όριο συρρίκνωσης 15,0 11,5 10,0 12,2 Πίνακας 8:Όριο συρρίκνωσης 11,3 17,3 11,4 11,6Εργαστηριακά αποτελέσµατα ορίου συρρίκνωσης της περιοχής (Shrinkage limit results of the investigated area)Συγκρίνοντας τις σχέσεις του πίνακα 6 µε τα αποτελέσµατα των εργαστηριακών δοκιµών (πίνακες 7 και 8), διαπιστώνουµε ότι τα εδάφη της υπό διερεύνηση περιοχή βρίσκονται σε κρίσιµο βαθµό διόγκωσης.4.5 ΕΛΕΥΘΕΡΗ ∆ΙΟΓΚΩΣΗ (F.S.) ΣΕ ΟΓΚΟΜΕΤΡΙΚΟ ΣΩΛΗΝΑ Οι HOLTZ and GIBBS то 1956 πρότειναν µια ενδεικτική και ταχεία εργοταξιακή µέθοδο για την 3 εκτίµηση της διόγκωσης ενός αργιλικού εδάφους. Κατά τη µέθοδο αυτή 10 cm ξηρού εδάφους το οποίο έχει διέλθει από το U.S. κόσκινο No 40, τοποθετείται σε ογκοµετρικό σωλήνα των 100 cm* τον οποίο στη συνέχεια γεµίζουµε µε νερό. Η διόγκωση του εδάφους µετριέται µετά από 24 ώρες και εξάγεται από την παρακάτω σχέση: F.S. = Ελεύθερη ∆ιόγκωση =Vτελικός - Vαρχικός όγκος Vαρχικόςx 100Σύµφωνα µε τους HOLTZ and GIBBS (1956) ποσοστό ελεύθερης διόγκωσης µέχρι 50%, δεν λαµβάνεται υπόψη στους σε υπολογισµούς, διότι το έδαφος θεωρείται µη ενεργό. Ένας σηµαντικός αριθµός από τα εδαφικά δείγµατα που υποβλήθηκαν στη δόκιµη αυτή, όπως επίσης περιγράφεται και στο SOIL LABORATORY TESTING έδειξε ότι τα ποσοστά ελεύθερης διόγκωσης που µετρήθηκε κυµαίνονται από 50% 105%.5.ΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑ (ACTIVITY)Ο αρχικός όρος ενεργότητα ανάγεται στον SKEMPTON, 1953, και εκφράζεται από το πηλίκον του δείκτη πλαστικότητας διά του ποσοστού του λεπτοκόκκου υλικού µικρότερου από 0,002 mm. Η σχέση που προκύπτει είναι:5 / 11 Όταν η συσκευή που µετρούµε το όριο υδαρότητας είναι σύµφωνα µε το B.S. Αργότερα, επειδή πολλοί ερευνητές χρησιµοποιούν συσκευές U.S.A., η σχέση τροποποιήθηκε το 1964 από τον Seed (διάγραµµα 4) και έγινε (σχέση 1):όπου: c = 0,002 µm%, η=5 για αυτούσια εδάφη, και η=10 για εδαφικά µίγµατα στο εργαστήριο. Το διάγραµµα 4 µας δείχνει ότι υπάρχει µια γραµµική σχέση µεταξύ του δείκτη πλαστικότητας και του ποσοστού κολλοειδών της αργίλου και ότι οι δυο σχέσεις, του SKEMPTON και του Seed δεν διαφέρουν σηµαντικά.∆ιάγραµµα 4: Η ∆ραστικότητα κατά Skempton, σχέση µεταξύ δείκτη πλαστικότητας και κολλοειδών (Relationships between Ρ.Ι. and C.F.% finer than 0,002 mµ)∆ιάγραµµα 5: Η δραστικότητα κατά Skempton στα εδαφικά δείγµατα (Relation between P.I.and C.F.% in actuai soil samples)Στο διάγραµµα 5 έγινε επαλήθευση της σχέσης του Seed τοποθετώντας τα αποτελέσµατα από τις εργαστηριακές δόκιµες της υπό εξέταση περιοχής. Στο διάγραµµα 6, το οποίο κατά τον Seed (1964) περιλαµβάνει τρεις κατηγορίες ενεργότητας χαµηλή, υψηλή, πολύ υψηλή, τοποθετήθηκαν τα αποτελέσµατα της ενεργότητας για τα εδαφικά υλικά, η οποία προσδιορίστηκε βάσει της σχέσης 1.∆ιάγραµµα 6: Ταξινόµηση του δυναµικού διόγκωσης κατά Seed (Chart for classification of swell potential)6 / 11 6.ΟΡΥΚΤΟΛΟΓΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗΈξι αντιπροσωπευτικά δείγµατα εδάφους, ένα από κάθε φρεάτιο, στάλθηκαν στο Ι.Γ.Μ.Ε. για πλήρη ορυκτολογική ανάλυση µε τη βοήθεια ακτινών Χ (x-ray diffraction method), µε σκοπό να προσδιοριστεί ακριβώς το επί τοις % περιεχόµενο των αργιλικών ορυκτών. Τα αναλυτικά αποτελέσµατα δίνονται στον πίνακα 9 και όπως φαίνεται από τον πίνακα το ποσοστό του ιδιαιτέρως διογκούµενου ασβεστο-µοντµοριλλονίτη είναι ιδιαίτερα υψηλό, 20-25%. Στο ποσοστό αυτό πρέπει να προστεθεί το ποσοστό του ιλλίτη και του σιδηροαλλουσίτη, τα οποία διογκώνονται δευτερογενώς. Πίνακας 9:km 73 77 79 84 86 88φ1 φ2 φ3 φ4 φ5 φ6Αποτελέσµατα ανάλυσης ακτίνων Χ (Clay mineralogy by xray diffraction) Ποσοστιαία σύσταση του αρχικού δείγµατος % µοντµοαλλουιλλίτη CAL. quartz οργανικά ριλλονίτη σίτη Fe 20 0 5 50 10 1 25 5 10 30 20 1 20 5 10 30 15 1 20 5 10 25 20 4 25 5 10 25 15 1 25 5 10 25 5 8Στα δείγµατα αυτά έγινε χηµική επεξεργασία, ώστε να αποµακρυνθούν τα ανθρακικά και οργανικά άλατα καθώς και ο αδέσµευτος σίδηρος. Προηγήθηκε διαχωρισµός του λεπτοκόκκου αργιλικού κλάσµατος (< 0,002 mm) και στη συνέχεια προσδιορίστηκαν ακριβώς τα αργιλικά ορυκτά (διάγραµµα 7).7.ΦΩΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΑΡΓΙΛΙΚΩΝ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΝΓια τη φωτογράφηση των αργιλικών κρυστάλλων, χρησιµοποιήθηκε στο Ι.Γ.Μ.Ε. η µονάδα του µικροαναλυτή τύπου JEOL SUPPER PROBE 733.Φώτο 1: Κρύσταλλοι διαφόρων ορυκτών. Στο κέντρο, κρύσταλλος χαλαζία µετά από διάτµηση. Στο άκρο, κρύσταλλοι µοντµοριλλονίτη, µεγένθυση 2000X - Crystals of quartz (middle) and montmorillonite (left), magn.2000X.7 / 11 8.ΑΜΕΣΕΣ ∆ΟΚΙΜΕΣΟι δοκιµές που αναφέρθηκαν στις προηγούµενες παραγράφους, ήταν κυρίως έµµεσες και τα αποτελέσµατα που δίνουν or εργαστηριακοί έλεγχοι είναι εκτιµήσεις ως προς τη δυνατότητα διόγκωσης του εδάφους. Για την πλήρη αντιµετώπιση του προβλήµατος απαιτείται η εκτέλεση εργαστηριακών δοκιµών, οι οποίες προσδιορίζουν ποσοτικά τα χαρακτηριστικά της διόγκωσης των εδαφών. Οι δοκιµές έγιναν σε αδιατάρακτα εδαφικά δείγµατα µε τη συσκευή στερεοποίησης, (οιδόµετρο). Στη συσκευή αυτή γίνονται δυο δοκιµές, η δοκιµή τάσης διόγκωσης και η δόκιµη κατακόρυφης διόγκωσης (η ποσοστό διόγκωσης). Με την πρώτη δοκιµή προσδιορίζεται η τάση διόγκωσης, δηλαδή τι πίεση µπορεί να εξασκήσει το έδαφος επάνω σε µια ανωδοµή. Η άλλη δόκιµη προσδιορίζει πόσο τοις % µπορεί να ανυψωθεί το έδαφος κατά την κατακόρυφη συνιστώσα µετά την επιβολή φορτίου και µεταβολή της φυσικής υγρασίας.8.1 ΠΟΣΟΣΤΟ ∆ΙΟΓΚΩΣΗΣ % Το εδαφικό δείγµα τοποθετήθηκε στο δακτύλιο του συµπιεστοµέτρου και πριν τον κορεσµό του επιβλήθηκε ένα σταθερό φορτίο 0,0625 kg/cm2 η περίπου 1,0 psi. Στη συνεχεία, µε προσθήκη νερού, µετριέται το ποσοστό αύξησης του ύψους του δοκιµίου επί 48 ώρες ή µέχρι ολικής ηρεµίας. Κατά την πρώτη δειγµατοληψία, µήνα Μάρτιο, επειδή το έδαφος ήταν σχεδόν κορεσµένο, όπως αναµενόταν δεν έδειξε µεγάλο ποσοστό διόγκωσης (Πίνακας 9). Το ποσοστό διόγκωσης που µετρήθηκε ήταν της τάξης από 0,4% έως 2,8%. Αντίθετα κατά τη δεύτερη δειγµατοληψία που έγινε το µήνα Σεπτέµβριο, δηλαδή µετά την ξηρασία του θέρους και έδαφος µε ελάχιστη φυσική υγρασία, τα ποσοστά διόγκωσης % ήταν σαφώς µεγαλύτερα και κυµαίνονταν από 0,7% έως το εντυπωσιακό ποσοστό 13% (Πίνακας 10). φρέαρ borehole Φ.1 Φ.1 Φ.2 Φ.2 Φ.3 Φ.3 Φ.3 Φ.4 Φ.4 Φ.5 Φ.5 Φ.6 Φ.6 Φ.6 Φ.6βάθος depth 1,0 m 4,0 1,0 3,0 2,0 3,0 4,0 1,0 3,0 2,0 4,0 1,0 2,0 3,0 4,0διογκ.% free-swell 0,3% 0,4 2,4 0,4 2,8 2,8 2,6 1,8 0,8 0,7 0,3 0,4 1,5 0,8 1,1ταση-διογκ swell-pressure 0,10 kg/cm2 0,20 0,40 0,12 0,13 0,32 1,00 0,35 0,50 0,40 0,25 0,30 0,40 0,30 0,300,002 colloid 18% 20 17 22 15 14 16 18 22 22 36 22 16 13 60δεικτ. πλαστ. γρ.συρρικν. PI linear shrink 36% 17% 17 12,5 17 12 23 11,5 35 12 26 14 23 11 27 19,3 37 17,5 41 19,2 33 16 50 20 25 22 22 23 52 23,5Πίνακας 9. Μηχανικά χαρακτηριστικά εδάφους - µήνας Μάρτιος (Engineering properties of soil during March)8.2 ΤΑΣΗ ∆ΙΟΓΚΩΣΗΣ Η τάση διόγκωσης µετρήθηκε στη συσκευή του συµπιεστόµετρου, µόνο σε αδιατάρακτα δείγµατα, τα οποία συγκεντρώθηκαν τόσο κατά την υγρή όσο και κατά την ξηρή εποχή του χρόνου. Κατά την πειραµατική διαδικασία, κάθε δείγµα εδάφους υποβλήθηκε σε κορεσµό µε ταυτόχρονη επιβολή φορτίων, ώστε ο όγκος και η διόγκωση να είναι µηδενική, µέχρι ολικού κορεσµού ύστερα από 48 h. Κατά την πρώτη δειγµατοληψία το µήνα Μάρτιο, οι τάσεις διόγκωσης που µετρήθηκαν στο 2 2 2 εργαστήριο ήταν µεταξύ 0,10 kg/cm έως 1,0 kg/cm και µε το µ.ο. µικρότερο του 0,50 kg/cm (Πίνακας 9). Οι χαµηλές τιµές της τάσης διόγκωσης οφείλονται στο γεγονός ότι κατά την περίοδο του Μαρτίου (α’ δειγµατοληψία) το έδαφος είχε υψηλό ποσοστό φυσικής υγρασίας. Αντίθετα, οι τάσεις διόγκωσης που µετρήθηκαν τη β’ δειγµατοληψία, µήνας Σεπτέµβριος, 2 2 παρουσίασαν πολύ υψηλή τάση που κυµαίνεται από 0,20 kg/cm έως και 6,0 kg/cm . Οι τιµές αυτές που φαίνονται στον Πίνακα 10 είναι κατά πολύ υψηλότερες από τις τιµές της τάσης του Πίνακα 9 (α' φαση) και είναι το χαρακτηριστικό της διαφορετικής συµπεριφοράς των διογκούµενων αργιλικών εδαφών κατά την υγρή και κατά την ξηρή περίοδο.8 / 11 φρέαρ borehole Φ.2 Φ.3 Φ.3 Φ.5 Φ.5 Φ.5 Φ.5βάθος depth 2.0 m 0.50 1.0 1.0 2.0 3.0 4.0διόγκωση free swell 9.4% 6.3 8.3 13.1 8.0 0.70 0.73τάση διογκ. swell. pres. 2 5.1 kg/cm 2.0 3.5 6.0 0.30 0.30 0.200,002 coloid 10% 18% 26% 16% 22% 23% 36%δεικτ. πλαστ. P. lndex 30% 35 26 46 41 48 33γραµ.συρρ. shrinkage 12.5 12.0 14.0 21.1 19.2 21.0 16.0Πίνακας 10: Μηχανικά χαρακτηριστικά εδάφους - µήνας Σεπτέµβριος (Engineering properties of soil during September).9.ΣΤΑΘΕΡΟΠΟΙΗΣΗ ME Υ∆ΡΑΣΒΕΣΤΟΕίναι γνωστό από τη βιβλιογραφία (Bell, 1988) ότι η προσθήκη υδρασβέστου σε αργιλικά εδάφη βελτιώνει τα µηχανικά χαρακτηριστικά όπως:• • • • • • • • •Θλιπτική αντοχή Συµπιεστότητα Μειώνει τη φυσική υγρασία Αυξάνει το όριο πλαστικότητας Μειώνει το δείκτη πλαστικότητας Μειώνει τη διογκωσιµότητα της αργίλου Αυξάνει τη βέλτιστη υγρασία κατά proctor Βελτιώνει την εργασιµότητα του εδάφους Αυξάνει πολύ το C.B.R. του εδάφους.Η αύξηση της αντοχής είναι αποτέλεσµα δυο χηµικών διεργασιών. Κατά την πρώτη διεργασία δεσµεύεται ασβέστιο λόγω πις έντονης ανταλλαγής ιόντων που γίνεται στις επιφάνειες των µορίων του εδάφους. Κατά τη δεύτερη διεργασία, λόγω των ποζολανικών ενώσεων που σχηµατίζονται, αλλάζει η χηµική δοµή των µορίων και σχηµατίζονται νέες ενώσεις, µε αφενός αποτέλεσµα την τσιµεντοποίηση του εδάφους, αφετέρου την αύξηση της αντοχής. Προκειµένου να πετύχουµε µια αποδεκτή αντοχή του εδάφους, συνήθως το ποσοστό υδρασβέστου αυξάνεται ανάλογα µε δείκτη πλαστικότητας της αργίλου και το ποσοστό οργανικών που υπάρχουν στην περιοχή. Λόγω της σοβαρότητας του έργου, της ανάγκης προστασίας του αργιλικού υποβάθρου κάτω από τον υφιστάµενο δρόµο και µη γνωρίζοντες µια προκαθορισµένη η προαπαιτούµενη τιµή αντοχής του υλικού, αποφασιστικέ να παρασκευαστούν δοκίµια εδάφους µε διάφορα ποσοστά υδρασβέστου, όπως περιγράφει η βιβλιογραφία. Τα ποσοστά της υδρασβέστου ήταν 3%, 5%, 7%, κατά βάρος και τα δοκίµια του µίγµατος αφού συµπυκνώθηκες βάσει της µεγίστης εργαστηριακής πυκνότητας και βέλτιστης υγρασίας που είχε υπολογιστεί κατά PROCTOR, ζυγίστηκαν και περιτυλίχτηκαν µε φύλλο πολυαιθυλενίου, ώστε να µην επηρεασθεί η υγρασία τους, φυλάχτηκαν µέχρι τη θραύση στο θάλαµο συντήρησης µπετόν. Η θραύση των δοκιµίων έγινε µετά από 7, 28, και 90 ηµέρες. Κατά τη θραύση, για κάθε σηµείο τιµής αντοχής χρησιµοποιήθηκαν τρία δοκίµια, και τα αποτελέσµατα κάθε θλιπτικής αντοχής είναι ο µέσος όρος τριών σηµείων τα οποία δίνονται αναλυτικά στον πινακα 11 και στο διάγραµµα 8. Υδρασβεστος 7 28 900%3% 5% Ηµέρες / days 1,1 kg/cm2 4,10 6,40 6,70 9,82 6,00 10,807% 7,90 kg/cm2 10,00 11,80Πίνακας 11: Θλιπτική αντοχή δοκιµίων υδρασβέστου µε έδαφος (Compressive strength of lime stabilized soil)9 / 11LIME ∆ιάγραµµα 8: Θλιπτική αντοχή δοκιµίων µίγµατος εδάφους-υδρασβέστου (Compressive strength results of soil-lime mixtures).Όπως αναµενόταν, υπάρχει µια γραµµική αύξηση της αντοχής του υλικό µε την προσθήκη της υδρασβέστου και την πάροδο των ηµερών συντήρησης. Το επόµενο βήµα ήταν να επιλεχθεί το πιο κατάλληλο ποσοστό υδρασβέστου, βάσει µιας οικονοµοτεχνικής µελέτης που ανέλαβε να κάνει η ∆/νση Συγκοινωνιακών έργων του ΥΠΕΧΩ∆Ε.10. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από όλα που αναφέραµε στις προηγούµενες παραγράφους, καταλήγουµε στο συµπέρασµα ότι οι ρηγµατώδεις του οδοστρώµατος πρέπει να αποδοθούν στη διόγκωση και συρρίκνωση του εδάφους θεµελίωσης του οδικού επιχώµατος.•Όλες οι έµµεσες δόκιµες δείχνουν µέση έως υψηλή διόγκωση.•Οι άµεσες δόκιµες δείχνουν έδαφος µε υψηλή τάση διόγκωσης•Το έδαφος θεµελίωσης είναι πλούσιο σε αργιλικά ορυκτά.•Οι ορυκτολογικές αναλύσεις δειχθούν περιεκτικότητα σε µοντµοριλλονιτη έως 25%•Οι επιµήκεις ρωγµές του οδοστρώµατος υποδηλώνουν θραύση λόγω διαδοχικών διογκώσεων και συρρικνώσεων.•Η χρήση υδρασβέστου σε ποσοστό 5% απεδείχθη η πλέον συµφέρουσα.Η χρησιµοποίηση και άλλων τεχνικών δεν αποκλείστηκε, πλην όµως στην προκείµενη περίπτωση το µίγµα υδρασβέστου και εδάφους κατόπιν µιας οµοιόµορφης ανάµειξης, προστατεύει και τον πυρήνα του παλαιού οδοστρώµατος από µεταβολή της υγρασίας και της πλαστικότητας.10 / 11 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ALTMEYER. W.T., (1956). Discussion of engineering properties of expansive clays. Proc. A.S.C.E., Vol.81, Separ.,No.658.,U.S.A. BELL, F.G., (1988). Stabilisation and treatment of clay soils with lime. Part 2. Ground Engineering, Vol.2, March. CHEN, F.H., (1976). Foundation on expansive soils. Elsevier,UK GROMKO, G.J., (1974). Review of Expansive soils. Journal of the Geotechnical Engineering Division, Pro. ASCE, GTC, Vol. 100, Joune 1974, pp. 660, USA. HOLTZ, W.G., and COVACS.A., (1981). Shrinking and Swelling Soils. Quarterly of the Colorado School of Minees, Vol. 54(4), pp. 89-125, Colorado, USA. KOMORNICK, A., DAVID, D., (1969). Prediction of swelling pressure of clays. Pro. ASCE, Journal of SMFE, SM 1, pp. 209-224. SCHMERTMANN, J.H., (1969). Swell sensitivity. Geotechnique, Vol.XIX, No 4., pp530-533. SEED, H.B., WOODWARD, R.J., LUNDGREN, R„ (1962). Predictions of swelling potential for compacted clays Journal, ASCE, SMFD, Vol. 88, SM3, pp. 53-87. SEED, H.B., WOODWARD, R.J., LUNDGREN, R„ (1964). Fundamental aspects of Atterberg limits. JSMFD., Proc. ASCE, Vol. 88, SM6, USA. SKEMPTON, A.W., (1953). The colloidal Activity of days. Proc. Of 3rd I.S.S.M.F.E., Vol. 1, part 1, pp 57, Switcherland. THOMSON, M R. and EADES, J.L. (1970). Evaluation of Quicklime for lime Stabilisation. Proc ASCE Vol 92, No SM2, March, pp 795-800.11 / 11
Εισάγετε το όνομά σας. *
Εισάγετε το e-mail σας. *
Μήνυμα
Κάντε ένα σχόλιο για το άρθρο. Το μήνυμα σχολίου σας θα δημοσιοποιηθεί μετά από έγκριση από την αρμόδια Επιτροπή.
*

Σφάλμα

Εισάγετε το όνομά σας.

Σφάλμα

Εισάγετε το e-mail σας.

Σφάλμα

Εισάγετε μήνυμα σχολίου.

Σφάλμα

Προέκυψε ένα λάθος κατά την αποστολή του σχολίου σας, παρακαλώ δοκιμάστε ξανά αργότερα.

Μήνυμα

Το μήνυμα σχολίου απεστάλη επιτυχώς. Θα δημοσιευτεί το συντομότερο δυνατό μετά την έγκριση του από την αρμόδια Επιτροπή.