10. Δοκιμή τριαξονικής συμπιέσεως

22
Π ρόγραμμα Διοκλής ΕΠ ΕΑ ΕΚ 2 10. Δοκιμή Τριαξονικής Συμπιέσεως 10.1. Εισαγωγή 10.2. Σκοπός 10.3. Προδιαγραφές 10.4. Εργαστηριακός εξοπλισμός 10.5. Διαδικασία δοκιμής 10.6. Επεξεργασία δεδομένων 10.7. Βιβλιογραφία 10.8. Έντυπο 10.9. Παράδειγμα

Transcript of 10. Δοκιμή τριαξονικής συμπιέσεως

Page 1: 10. Δοκιμή τριαξονικής συμπιέσεως

Πρόγραμμα Διοκλής ΕΠΕΑΕΚ 2

10. Δοκιμή Τριαξονικής Συμπιέσεως

10.1. Εισαγωγή

10.2. Σκοπός

10.3. Προδιαγραφές

10.4. Εργαστηριακός εξοπλισμός

10.5. Διαδικασία δοκιμής

10.6. Επεξεργασία δεδομένων

10.7. Βιβλιογραφία

10.8. Έντυπο

10.9. Παράδειγμα

Page 2: 10. Δοκιμή τριαξονικής συμπιέσεως

Πρόγραμμα Διοκλής ΕΠΕΑΕΚ 2

10. ΔΟΚΙΜΗ ΤΡΙΑΞΟΝΙΚΗΣ ΣΥΜΠΙΕΣΕΩΣ

10.1. Εισαγωγή

Η διατμητική αντοχή του εδάφους εξαρτάται από την ενεργό

τάση, δηλαδή επηρεάζεται έντονα από την τιμή της πιέσεως του

ύδατος πόρων. Το πρόβλημα παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον στην

περίπτωση των συνεκτικών εδαφών, επειδή, σε αντίθεση με τα

ψαθυρά, παρουσιάζουν περιορισμένη υδραυλική αγωγιμότητα. Εφ’

όσον δεν είναι δυνατή η ελεύθερη στράγγιση, η μεγαλυτέρα τιμή

της πιέσεως του ύδατος πόρων και κατά συνέπεια η ελαχίστη τιμή

της ενεργού τάσεως αναπτύσσονται βραχυπρόθεσμα δηλ. αμέσως

μετά την ολοκλήρωση επιβολής των φορτίων, οπότε και θεωρείται

ότι επικρατούν αστράγγιστες συνθήκες. Με την παρέλευση του

χρόνου η υπερπίεση θα μειωθεί και μακροπρόθεσμα (πιθανόν μετά

από πολλά έτη) θα ολοκληρωθεί η στράγγιση για τα επιβαλλόμενα

φορτία και η φόρτιση θα παραληφθεί από τον στερεό σκελετό, οπότε

και το έδαφος θα παρουσιάσει τη μέγιστη διατμητική αντοχή υπό

συνθήκες στραγγίσεως. Έτσι κατά τα στάδια κατασκευής και

λειτουργίας ενός έργου η διατμητική αντοχή επηρεάζεται από την

φάση στην οποία βρίσκεται το έργο, δηλαδή από το μέγεθος και τον

ρυθμό επιβολής των φορτίων και τις συνθήκες στραγγίσεως που

επικρατούν στο έδαφος. Για την μελέτη της διατμητικής αντοχής

και των παραμορφώσεων, οι οποίες προκαλούνται από την επιβολή

των εξωτερικών φορτίων, και την μεταφορά της καταστάσεως

φορτίσεως από το πεδίο στο εργαστήριο εκτελούνται οι δοκιμές

ανεμποδίστου θλίψεως, αμέσου διατμήσεως και τριαξονικής

συμπιέσεως. Η δοκιμή ανεμποδίστου θλίψεως αποτελεί μία απλή και

εύκολη προσέγγιση για την εκτίμηση της αντοχής των συνεκτικών

εδαφών στο στάδιο της προμελέτης ενός έργου. Η δοκιμή αμέσου

διατμήσεως δεν παρέχει τη δυνατότητα μετρήσεως της

αναπτυσσομένης κατά τη φόρτιση πιέσεως του ύδατος πόρων και γι’

αυτό περιορίζεται η χρήση της κυρίως στα κοκκώδη εδάφη.

Page 3: 10. Δοκιμή τριαξονικής συμπιέσεως

Πρόγραμμα Διοκλής ΕΠΕΑΕΚ 2

Η δοκιμή τριαξονικής συμπιέσεως μπορεί να δώσει την πλέον

ολοκληρωμένη εικόνα της διατμητικής συμπεριφοράς των εδαφών

προσομοιάζοντας με ακρίβεια τις συνθήκες πεδίου σχετικά με την

κατάσταση τάσεων και στραγγίσεως. Κατά την δοκιμή ένα

κυλινδρικό αδιατάρακτο ή αναζυμωμένο εδαφικό δοκίμιο, κάτω από

ελεγχόμενες συνθήκες στραγγίσεως, υποβάλλεται αρχικά σε

ισότροπη ολομερή πίεση pc η οποία αντιπροσωπεύει την μέση

γεωστατική πίεση που δέχεται το δοκίμιο επί τόπου και ύστερα

θλίβεται με ένα αυξανόμενο υπό έλεγχο τάσεων ή παραμορφώσεων

αξονικό φορτίο μέχρι να αστοχήσει, ή να φτάσει η αξονική

παραμόρφωση το 20% του ύψους του. Λόγω της δυνατότητος που

έχει η συσκευή για την μέτρηση της πιέσεως του ύδατος πόρων

κατά την εκτέλεση των δοκιμών σε όλους τους τύπους εδαφών

κάτω από διάφορες συνθήκες στερεοποιήσεως και στραγγίσεως η

τριαξονική δοκιμή δίνει αξιόπιστα αποτελέσματα και

χρησιμοποιείται ευρέως παρ’ όλη την πολυπλοκότητα και τη

δυσκολία στον χειρισμό της.

Η εντατική κατάσταση του δείγματος είναι αξονοσυμμετρική

και μπορεί να περιγραφεί από τις κύριες τάσεις. Η ελαχίστη κύρια

τάση σ2=σ3 είναι ίση με την οριζόντια περιοριστικής pc, δηλ.

σ2=σ3=pc, ενώ η μέγιστη κύρια τάση σ1 είναι ίση με το άθροισμα της

πιέσεως pc=σ3 και της κατακορύφου τάσεως Δp (αποκλίνουσα τάση),

την οποίαν επιβάλλει το έμβολο, δηλ. σ1=σ3+Δp . Γνωρίζοντας την

πίεση του ύδατος πόρων κατά την αστοχία του υλικού μπορούμε να

υπολογίσουμε τις αντίστοιχες ενεργές τάσεις και να περιγράψουμε

την εντατική κατάσταση με τον κύκλο του Mohr του οποίου το

κέντρο βρίσκεται στον άξονα των ορθών τάσεων, σ΄= (σ΄1+σ΄3)/2

και η ακτίνα είναι τ = (σ΄1 - σ΄3)/2. Επαναλαμβάνοντας τη δοκιμή με

διαφορετικές περιοριστικές πιέσεις σε τουλάχιστον 2 επί πλέον

όμοια δοκίμια, για τα οποία ευρίσκουμε τις τάσεις αστοχίας,

σχεδιάζουμε τους αντιστοίχους κύκλους Mohr (σχ. 10.1), φέρουμε

την περιβάλλουσα θραύσεως και υπολογίζουμε τα χαρακτηριστικά

Page 4: 10. Δοκιμή τριαξονικής συμπιέσεως

Πρόγραμμα Διοκλής ΕΠΕΑΕΚ 2

αντοχής, ήτοι τη γωνία τριβής φ και τη συνοχή c, για τις δεδομένες

συνθήκες της δοκιμής.

Σχ. 10. 1: Διάγραμμα τάσεων – παραμορφώσεων και κύκλος Mohr 10.2. Σκοπός Σκοπός της δοκιμής είναι να προσδιοριστεί η διατμητική

αντοχή των αδιαταράκτων ή διαταραγμένων εδαφών, ψαθυρών και

συνεκτικών, κάτω από διάφορες συνθήκες στερεοποιήσεως και

στραγγίσεως, καθώς και η σχέση τάσεων – παραμορφώσεων.

10.3. Προδιαγραφές

10.3.1. A.S.T.M. D 2850 - 82

10.3.2. B.S. 1377 1975

10.3.3. Κ.Ε.Δ.Ε. : Προδιαγραφές Εργαστηριακών Δοκιμών

Εδαφομηχανικής (Ε 105 – 86) Τεύχος Δεύτερο

10.4. Εργαστηριακός εξοπλισμός

Για την εκτέλεση της δοκιμής απαιτούνται :

10.4.1. Εξοπλισμός τριαξονικής αεροστεγούς κυψέλης (σχ.10.2), η

οποία συναρμολογείται από βάση, περίβλημα, κάλυμμα και ράβδους

ασφαλείας.

Page 5: 10. Δοκιμή τριαξονικής συμπιέσεως

Πρόγραμμα Διοκλής ΕΠΕΑΕΚ 2

Σχ. 10.2 : Σχηματική παράσταση της τριαξονικής κυψέλης.

Η βάση φέρει το υπόβαθρο στηρίξεως του δοκιμίου και δύο

συστήματα αγωγών : το ένα σύστημα καταλήγει στο υπόβαθρο και

στην κορυφή του δοκιμίου για να δώσει την δυνατότητα κορεσμού,

αποστραγγίσεως και μετρήσεως της πιέσεως του ύδατος πόρων,

ενώ το δεύτερο χρησιμεύει για την πλήρωση της κυψέλης συνήθως

με νερό. Η βάση επίσης φέρει αυλάκωση (σχ. 10.5), όπου

τοποθετούνται ελαστικοί δακτύλιοι (O rings) για την στεγάνωση

κατά την τοποθέτηση του περιβλήματος.

Το περίβλημα αποτελείται από διαφανή και ανθεκτική ύλη.

Στο κάλυμμα βιδώνονται κοχλίες επάνω στις κατακόρυφες

ράβδους ασφαλείας μέχρι πλήρους στεγανοποιήσεως της κυψέλης

και υπάρχει οπή εξαέρωσης για την εκτόνωση της πιέσεως μετά τη

δοκιμή. Δια του καλύμματος διέρχεται το έμβολο φορτίσεως και την

μετατόπισή του, η οποία είναι ίση με την μεταβολή του ύψους του

δοκιμίου μετράει μηκυνσιόμετρο με ικανότητα παρακολουθήσεως

των αξονικών παραμορφώσεων τουλάχιστον μέχρι 20% του ύψους

του δοκιμίου.

Page 6: 10. Δοκιμή τριαξονικής συμπιέσεως

Πρόγραμμα Διοκλής ΕΠΕΑΕΚ 2

Σχ. 10.3 : Αριστερά η συσκευή τριαξονικής συμπιέσεως με την κυψέλη και τον δακτύλιο κατακορύφου φορτίσεως, δεξιά το σύστημα ρυθμίσεως των πιέσεων. Επάνω δεξαμενή παροχής απαερωμένου νερού.

10.4.2. Σύστημα επιβολής της αξονικής δυνάμεως στο δοκίμιο με

τη χρήση στις συνήθεις συσκευές δυναμομετρικού δακτυλίου (σχ.

10.3, 10.4), στερεωμένου στην οριζόντια τραβέρσα του πλαισίου

φορτίσεως.

Σχ. 10.4 : Ο δυναμομετρικός δακτύλιος για την εφαρμογή του αξονικού φορτίου. Το υψηλότερα ευρισκόμενο στην εικόνα μηκυνσιόμετρο μετράει τη μεταβολή της διαμέτρου του δυναμομέτρου, ώστε πολλαπλασιαζομένη αυτή επί τον συντελεστή μετατροπής του συγκεκριμένου δακτυλίου να δώσει την τιμή του επιβαλλομένου αξονικού φορτίου, ενώ το δεύτερο μετράει την μετατόπιση του εμβόλου, άρα και την μεταβολή του ύψους του δοκιμίου. Γύρω από το περίβλημα της κυψέλης διακρίνονται οι ράβδοι ασφαλείας κοχλιωμένοι στο κάλυμμα της συσκευής.

10.4.3. Παροχή ύδατος για την πλήρωση της κυψέλης και

μηχανισμός επιβολής και μετρήσεως της πιέσεώς της.

Page 7: 10. Δοκιμή τριαξονικής συμπιέσεως

Πρόγραμμα Διοκλής ΕΠΕΑΕΚ 2

10.4.4. Διάταξη παροχής απαερωμένου ύδατος στο δοκίμιο,

επιβολής εσωτερικής πιέσεως πόρων (αντιπίεση, back pressure) και

μετρήσεώς της στην βάση ή και την κεφαλή του δοκιμίου. Η πίεση

αυτή μπορεί να μετρηθεί με τη βοήθεια μανομέτρου ακριβείας,

στήλης υδραργύρου, ή καλύτερα με τη χρήση μετατροπέων της

πιέσεως (transducers) σε ηλεκτρικό σήμα, το οποίο εμφανίζεται

στην οθόνη καταγραφικού οργάνου. Οι μετατροπείς αυτοί

τοποθετούνται συνήθως σε διακλάδωση κοντά στην βαλβίδα του

αγωγού ύδατος πόρων στη βάση της κυψέλης. Όταν η δοκιμή

εκτελείται υπό συνθήκες στραγγίσεως απαιτείται δυνατότητα

μετρήσεως του όγκου του ύδατος που εκρέει, ο οποίος ισούται με τη

μεταβολή του όγκου του δοκιμίου. Ο μετρητής αυτός τοποθετείται

στην γραμμή μέσω της οποίας επιβάλλεται η αντιπίεση πόρων, ώστε

να είναι δυνατή η μέτρηση της ποσότητος του εισερχομένου και

εξερχομένου στους πόρους ύδατος.

10.4.5. Εξοπλισμός παρασκευής δοκιμίου αποτελούμενος από μήτρα

μορφοποιήσεως, ελαστική μεμβράνη, ελαστικούς δακτυλίους και

πορολίθους για την περίπτωση των ψαθυρών εδαφών (σχ. 10.5) και

επιπλέον συρμάτινο πριόνι και μαχαίρι για την μόρφωση συνεκτικών

δοκιμίων.

Page 8: 10. Δοκιμή τριαξονικής συμπιέσεως

Πρόγραμμα Διοκλής ΕΠΕΑΕΚ 2

Σχ. 10.5 : Εξοπλισμός για την παρασκευή δοκιμίων ψαθυρών εδαφών : Έμπροσθεν φαίνεται η βάση της κυψέλης με την μεμβράνη παρασκευής του δοκιμίου. Διακρίνεται η χαρακτηριστική αυλάκωση, όπου είναι προσαρμοσμένος ελαστικός δακτύλιος για στεγανοποίηση κατά την τοποθέτηση του περιβλήματος της κυψέλης. Στην βάση υπάρχουν είσοδοι αγωγών με ρυθμιστικές βαλβίδες για την πλήρωση της κυψέλης με νερό και για τον κορεσμό ή την αποστράγγιση του ύδατος πόρων. Αριστερά οι πορόλιθοι της βάσεως και κορυφής του δοκιμίου, η πλάκα φορτίσεως, εργαλείο για την εύκολη τοποθέτηση των ελαστικών δακτυλίων (O rings) στο δοκίμιο και δεξιά βοηθητική συσκευή για την παρασκευή ψαθυρού αναζυμωμένου δοκιμίου.

10.4.6. Εξοπλισμός για τη μέτρηση των χαρακτηριστικών του

δείγματος αποτελούμενος από παχύμετρο (βερνιέρο) ακριβείας 0,25

mm για την μέτρηση των διαστάσεων του δοκιμίου και ζυγούς

ακριβείας 0,1 και 0,01 gr.

10.4.7. Εξοπλισμός μετρήσεως της υγρασίας των δοκιμίων, ήτοι

κλίβανος θερμοκρασίας 110Ο C, σπάτουλα, δοχεία υγρασίας.

10.4.8. Χρονόμετρο.

10.5. Διαδικασία δοκιμής

Τα δοκίμια είναι κυλινδρικά με διαστάσεις που εξαρτώνται από

το μέγεθος της κυψέλης, την σύνθεση του εδαφικού υλικού και το

είδος του έργου χάριν του οποίου γίνεται η μελέτη. Για δοκιμές σε

εδάφη η διάμετρος της βάσεως συνήθως κυμαίνεται στα 3,5 cm και

το ύψος είναι 2 ∻ 3 φορές τη διάμετρο. Τα αδιατάρακτα

λαμβάνονται από τους δειγματολήπτες προσεκτικά ώστε να μην

διαταραχθεί ο ιστός τους, όπως εύκολα μπορεί να συμβεί στα

κανονικά στερεοποιημένα εδάφη σε αντίθεση με τα

υπερστερεοποιημένα και να μη μεταβληθεί η φυσική τους υγρασία

και δίχως ιδιαίτερη καθυστέρηση υποβάλλονται σε δοκιμή. Τα

διαταραγμένα δοκίμια παρασκευάζονται ακολουθώντας μία από τις

γνωστές μεθόδους παρασκευής αποβλέποντας να έχουν την

επιθυμητή υγρασία και συμπύκνωση (σχ.10.6).

Page 9: 10. Δοκιμή τριαξονικής συμπιέσεως

Πρόγραμμα Διοκλής ΕΠΕΑΕΚ 2

Κάθε δοκίμιο στεγανοποιείται με τη βοήθεια τανυστού

μεμβράνης μέσα σε αδιαπέρατη από το νερό ελαστική μεμβράνη,

ζυγίζεται με ακρίβεια 0,1gr και καταγράφεται το βάρος του στο

φύλλο δεδομένων. Τοποθετείται στη συσκευή μεταξύ δύο υγρών

πορολίθων, στερεώνεται η μεμβράνη με ελαστικό δακτύλιο στεγανά

στην κάτω βάση, εφαρμόζεται η πλάκα φορτίσεως στην κορυφή του

(σχ. 10.6, 10.7) και στερεώνεται επίσης επάνω της η μεμβράνη με

ελαστικό δακτύλιο.

Η βάση του δοκιμίου και η πλάκα φορτίσεως φέρουν τις

εισόδους αγωγών ύδατος για να καταστεί δυνατός ο κορεσμός, η

αποστράγγισή του και η μέτρηση της πιέσεως πόρων (σχ. 10.9).

Στην εξωτερική πορεία των αγωγών κοντά στην κυψέλη

προσαρμόζονται μετατροπείς της πιέσεως σε ηλεκτρικό σήμα

(transducers) για την καταγραφή του μεγέθους των πιέσεων ώστε

να υπολογιστούν οι ενεργές τάσεις.

Σχ. 10.6: Το ψαθυρό δοκίμιο παρασκευάστηκε μέσα στη μεμβράνη επάνω στη βάση της κυψέλης με τη βο-ήθεια κυλίνδρου. Στην κορυφή έχει τοποθετηθεί η πλά-κα φορτίσεως, στο κέντρο της οποίας θα εφαρμοστεί το

Page 10: 10. Δοκιμή τριαξονικής συμπιέσεως

Πρόγραμμα Διοκλής ΕΠΕΑΕΚ 2

Αριστερά, σχ.10.7: Το δοκίμιο στη βάση της κυψέλης.

Δεξιά, σχ. 10.8 : Συναρμολογημένη κυψέλη.

Με ανοιχτή την βαλβίδα c του αγωγού πληρώσεως γεμίζουμε

την κυψέλη με νερό κρατώντας ανοιχτή την βαλβίδα εξαερώσεως d

επί όση ώρα διαρκεί η ροή του νερού. Εφ’ όσον οι απαιτήσεις της

δοκιμής υπαγορεύουν την μέτρηση της διατμητικής αντοχής υπό

συνθήκες πλήρους κορεσμού, υποβάλλουμε το δοκίμιο στη

διαδικασία κορεσμού και ελέγχουμε την παράμετρο Βi=Δui/Δσ3i, όπου

Δσ3i η τιμή της μεταβολής της πιέσεως της κυψέλης και Δui η

προκαλούμενη μεταβολή στην πίεση πόρων. Δηλαδή με κλειστές τις

βαλβίδες a, b (σχ. 10.9) του συστήματος αποστραγγίσεως του

δοκιμίου επιβάλλουμε σταδιακή αύξηση στην ολομερή πίεση σ3 και

μετρούμε την προκαλούμενη μεταβολή Δu της πιέσεως των πόρων.

Με τη βοήθεια του συστήματος που ελέγχει το ύδωρ των πόρων

επιβάλλουμε μέσω του αγωγού της βάσεως ή και της κεφαλής του

δοκιμίου αύξηση της αντιπιέσεως πόρων pb αντίστοιχη προς την Δσ3

έως ότου επιτευχθεί Β>0,95. Η πορεία επιβολής των πιέσεων στο

ύδωρ της κυψέλης και στο ύδωρ πόρων και οι αντίστοιχες τιμές της

παραμέτρου Β καταγράφονται στο φύλλο δεδομένων. Μικρές τιμές

του συντελεστού Β δηλώνουν μικρούς βαθμούς κορεσμού. Αν

προβλέπεται να εκτελεστεί δοκιμή με στερεοποίηση, τότε μετά τον

κορεσμό του δοκιμίου με ανοιχτή την βαλβίδα a του αγωγού ύδατος

πόρων πρέπει να δοθεί η δυνατότητα στο δοκίμιο να στερεοποιηθεί

μέχρι η υπερπίεση πόρων να πλησιάσει την αντιπίεση πόρων pb.

Page 11: 10. Δοκιμή τριαξονικής συμπιέσεως

Πρόγραμμα Διοκλής ΕΠΕΑΕΚ 2

Σχ. 10.9 : Τριαξονική κυψέλη. Οι αγωγοί ύδατος προς την κυψέλη και το δοκίμιο με τις βαλβίδες τους.

Κατεβάζουμε το έμβολο φορτίσεως (σχ. 10.8, 10.9) μέχρι την

επιφάνεια της πλάκας φορτίσεως, καταγράφουμε την ένδειξη του

δυναμομέτρου, η οποία οφείλεται στην τριβή του εμβόλου με το υπό

πίεση ύδωρ της κυψέλης και την μηδενίζουμε, όπως και αυτήν του

μηκυνσιομέτρου. Επιβάλλουμε τη φόρτιση είτε υπό έλεγχο τάσεων,

είτε υπό έλεγχο παραμορφώσεων με ταχύτητα εξαρτωμένη από το

είδος της δοκιμής που πραγματοποιείται και καταγράφουμε σε

συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα τις αναγνώσεις του

δυναμομέτρου για να υπολογίσουμε την κατακόρυφη τάση και του

μηκυνσιομέτρου για να υπολογίσουμε την μεταβολή του ύψους του

δοκιμίου. Όταν η δοκιμή γίνεται υπό έλεγχο παραμορφώσεων οι

ενδείξεις λαμβάνονται όταν οι αξονικές παραμορφώσεις λάβουν

τιμές 0,2 - 0,2 - 0,3 – 0,4 – 0,5 – 1 – 1,5 - 2 – 2,5 – 3% και ύστερα ανά

1% μέχρι το τέλος της δοκιμής. Κατά το στάδιο της διατμήσεως η

πίεση του ύδατος πόρων μπορεί να πάρει θετικές ή και αρνητικές

τιμές, ανάλογα με το αν η τάση των κόκκων για μετατόπιση θα

προκαλέσει μείωση του όγκου των κενών (συμπύκνωση) ή αύξηση

(χαλάρωση), (σχ. 10.10, 10.11, 10.13, 10.14). Η καταγραφή των

δεδομένων σταματάει λαμβάνοντας μερικές αναγνώσεις μετά την

αστοχία του δοκιμίου, δηλ. όταν ενώ αυξάνονται οι παραμορφώσεις,

το αξονικό φορτίο παραμένει σταθερό ή μειώνεται, ή μέχρι να

φθάσει η κατακόρυφη παραμόρφωση το 20% του ύψους του

δοκιμίου. Η πίεση της κυψέλης πρέπει να παραμένει σταθερή κατά

τη διάρκεια της δοκιμής.

Μετά το πέρας της δοκιμής ανυψώνουμε το έμβολο φορτίσεως,

αποσυμπιέζουμε και αδειάζουμε το ύδωρ της κυψέλης και

ελευθερώνουμε το δοκίμιο. Καταγράφουμε τις διαστάσεις του,

σχεδιάζουμε την κλίση των επιπέδων θραύσεως και υπολογίζουμε

την υγρασία του.

Page 12: 10. Δοκιμή τριαξονικής συμπιέσεως

Πρόγραμμα Διοκλής ΕΠΕΑΕΚ 2

Με την χρήση της τριαξονικής συσκευής μπορούν να

εκτελεστούν διάφοροι τύποι δοκιμών :

α) Χωρίς στερεοποίηση και χωρίς αποστράγγιση (UU)

β) Με στερεοποίηση και χωρίς αποστράγγιση (CU)

γ) Με στερεοποίηση και αποστράγγιση (CD).

10.5.1. Δοκιμή χωρίς στερεοποίηση και χωρίς

αποστράγγιση (UU)

Η δοκιμή προσομοιάζει την διατμητική συμπεριφορά των

κεκορεσμένων εδαφών κάτω από τον υπόγειο ορίζοντα και αυτήν

των συνεκτικών εδαφών κατά τις βραχυπρόθεσμες συνθήκες

φορτίσεως (αμέσως μετά την κατασκευή ενός έργου), ιδίως όταν τα

φορτία εφαρμόζονται σε σχετικά μικρό χρονικό διάστημα, όπως

συμβαίνει κατά την κατασκευή των σιλό και των δεξαμενών υγρών

καυσίμων.

Κατά τη διάρκεια της δοκιμής οι βαλβίδες a, b των αγωγών

αποστραγγίσεως παραμένουν κλειστές.. Η κατακόρυφη φόρτιση

επιβάλλεται γρήγορα, είτε υπό έλεγχο τάσεων με ταχύτητα ίση με

το 1/15 της αντοχής του /min, είτε υπό έλεγχο παραμορφώσεων με

ταχύτητα (0,5–1)%/min μέχρι να επέλθει αστοχία. Η δοκιμή διαρκεί

περίπου 20 min.

Η πίεση του ύδατος πόρων κατά την διάρκεια της διατμήσεως

μπορεί να πάρει θετικές (τάση για συμπύκνωση) ή και αρνητικές

τιμές (τάση για χαλάρωση). Όταν το δοκίμιο είναι πλήρως

κορεσμένο, η δοκιμή εκτελείται υπό σταθερόν όγκο. Η ενεργός τάση

διαφέρει από την ολική, αλλά η γωνία διατμητικής αντοχής για τις

ολικές και ενεργές τάσεις είναι ίση με μηδέν, δηλ. φ=φ’=0 και η

αστράγγιστη διατμητική αντοχή ισούται με το μέγεθος της

αστράγγιστης συνοχής cu :

τ = cu = (σ1 – σ3)/2 = (σ1’ – σ3’)/2

Για τον λόγο αυτό η δοκιμή δεν έχει νόημα να γίνει στα ψαθυρά

εδάφη. Οι κύκλοι του Mohr που περιγράφουν την κατάσταση για τις

ολικές και ενεργές τάσεις φαίνονται στο σχ. 10. Μία ειδική

Page 13: 10. Δοκιμή τριαξονικής συμπιέσεως

Πρόγραμμα Διοκλής ΕΠΕΑΕΚ 2

περίπτωση αυτής της δοκιμής, απλή και ταχεία, μπορεί να θεωρηθεί

η δοκιμή ανεμποδίστου θλίψεως που εκτελείται στα συνεκτικά

εδάφη με την επιβολή μόνον αξονικού φορτίου δίχως πλευρική

υποστήριξη.

Σχ. 10.9 : Η περιβάλλουσα του Mohr, όπως προκύπτει από τα αποτελέσματα αστράγγιστης τριαξονικής συμπιέσεως UU δίχως στερεοποίηση επάνω σε κορεσμένα συνεκτικά εδάφη.

10.5.2. Δοκιμή με στερεοποίηση και χωρίς

αποστράγγιση (CU)

Η δοκιμή προσομοιάζει μακροπρόθεσμες αλλά και

βραχυπρόθεσμες συνθήκες φορτίσεως των συνεκτικών εδαφών, υπό

τον όρο ότι καταγράφεται η πίεση του ύδατος πόρων κατά την

διάρκεια της δοκιμής (CUPP). Με την επιβολή της ολομερούς

πιέσεως σ3 και της αντιπιέσεως των πόρων pb (back pressure) στο

δοκίμιο εμφανίζεται υπερπίεση uo. Στην συνέχεια ανοίγει η βαλβίδα a

του αγωγού αποστραγγίσεως του δοκιμίου, το ύδωρ αρχίζει να

αποστραγγίζει ακολουθώντας την κατακόρυφη διεύθυνση και η

υπερπίεση διαχέεται σε χρόνο, εξαρτώμενο από την υδραυλική

αγωγιμότητα του υλικού σύμφωνα με τους κανόνες της

μονοδιάστατης στερεοποιήσεως μέχρι να πλησιάσει την τιμή pb, δηλ.

διαχέεται η ποσότητα (uo- pb) (σχ. 10.10). Σε κάθε χρονική στιγμή t ο

βαθμός στερεοποιήσεως θα είναι :

U = (uo - u)/ (uo - pb)

Page 14: 10. Δοκιμή τριαξονικής συμπιέσεως

Πρόγραμμα Διοκλής ΕΠΕΑΕΚ 2

Σχ. 10.10 : Καμπύλη διαχύσεως του ύδατος πόρων.

Μετά την ολοκλήρωση της στερεοποιήσεως η ενεργός τάση θα

είναι σ3΄= (σ3–pb) και η μεταβολή του όγκου του δοκιμίου θα ισούται

με τον όγκο του νερού που αποστραγγίστηκε, τον οποίον και

καταγράφουμε στο φύλλο δεδομένων. Κλείνεται ακολούθως η

βαλβίδα a και επιβάλλεται υπό αστράγγιστες συνθήκες η αξονική

φόρτιση με βραδύ σχετικά ρυθμό, 0,05 % /min για να εξασφαλιστεί

ομοιόμορφη κατανομή των πιέσεων μέσα στο δοκίμιο. Κατά το

στάδιο αυτό της δοκιμής καταγράφονται οι ενδείξεις του

δυναμομέτρου, η μεταβολή του ύψους του δοκιμίου και η πίεση του

ύδατος πόρων.

Επειδή κατά την διάρκεια της δοκιμής αναπτύσσονται πιέσεις

στο ύδωρ των πόρων θετικές (υπερπιέσεις) και αρνητικές

(υποπιέσεις), οι ενεργές τάσεις διαφέρουν από τις ολικές. Στην

περίπτωση που η πίεση του ύδατος πόρων έχει θετική τιμή, τότε η

ενεργός τάση είναι μικροτέρα από την ολική, ενώ στην περίπτωση

που η πίεση του ύδατος πόρων έχει αρνητική τιμή, τότε η ενεργός

τάση είναι μεγαλυτέρα από την ολική. Η συμπεριφορά τάσεων –

παραμορφώσεων, πιέσεως πόρων – παραμορφώσεων όπως προκύπτει

από την συγκεκριμένη τριαξονική δοκιμή επάνω σε δείγματα άμμου

ή αργίλου φαίνονται στα σχήματα 10.11, 10.12.

Η δοκιμή διαρκεί 4 - 6 ώρες και χρησιμοποιείται για τον

υπολογισμό των ενεργών χαρακτηριστικών αντοχής, δηλ. της

ενεργού γωνίας τριβής φ΄, (φ΄≠ φ) και της ενεργού συνοχής c΄, (c΄≠

c), τα οποία είναι ιδιαίτερα χρήσιμα κατά τον γεωτεχνικό

σχεδιασμό. Οι κανονικά στερεοποιημένες άργιλοι εμφανίζουν ενεργό

συνοχή περίπου ίση με το μηδέν. Για την περίπτωση των

υπερστερεοποιημένων εδαφών ο κύκλος Mohr φαίνεται στο σχήμα

10.13.

Page 15: 10. Δοκιμή τριαξονικής συμπιέσεως

Πρόγραμμα Διοκλής ΕΠΕΑΕΚ 2

Σχ. 10.11 : Συμπεριφορά τάσεων – παραμορφώσεων και πιέσεως πόρων - παραμορφώσεων κατά την τριαξονική δοκιμή χωρίς στράγγιση επάνω σε κορεσμένα δοκίμια χαλαρής άμμου ή κανονικά στερεοποιημένης αργίλου.

Σχ. 10.12 : Συμπεριφορά τάσεων – παραμορφώσεων και πιέσεως πόρων - παραμορφώσεων κατά την τριαξονική δοκιμή χωρίς στράγγιση επάνω σε άργιλο κορεσμένα δοκίμια πυκνής άμμο ή προστερεοποιημένης αργίλου.

Σχ. 10.13 : Η περιβάλλουσα του Mohr, όπως προκύπτει από τα

αποτελέσματα τριαξονικής συμπιέσεως CU με στερεοποίηση και

Page 16: 10. Δοκιμή τριαξονικής συμπιέσεως

Πρόγραμμα Διοκλής ΕΠΕΑΕΚ 2

χωρίς αποστράγγιση επάνω σε κορεσμένα συνεκτικά

υπερστερεοποιημένα εδάφη.

10.5.3. Δοκιμή με στερεοποίηση και με αποστράγγιση

(CD)

Η δοκιμή προσομοιάζει τις μακροπρόθεσμες συνθήκες

φορτίσεως των συνεκτικών εδαφών, οπότε δεν αναπτύσσεται

υπερπίεση στο ύδωρ των πόρων και η διατμητική αντοχή

παρουσιάζει την μέγιστη τιμή. Οι βαλβίδες των αγωγών

αποστραγγίσεως a ,b παραμένουν ανοιχτές καθ’ όλη την διάρκεια

της δοκιμής. Για το στάδιο της στερεοποιήσεως ισχύουν αυτά τα

οποία αναφέρθηκαν στην παράγραφο 10.5.2 Εφαρμόζεται δηλ. η

ολομερής πίεση σ3 στο δοκίμιο και η αντιπίεση πόρων pb,

αναπτύσσεται υπερπίεση uο στο ύδωρ πόρων και αφήνεται να

περάσει το απαραίτητο χρονικό διάστημα για να διαχυθεί η

υπερπίεση (uo- pb), οπότε και ολοκληρώνεται η στερεοποίηση του

δοκιμίου για την συγκεκριμένη περιοριστική πίεση. Μετά την

στερεοποίηση εφαρμόζεται το κατακόρυφο φορτίο με αργό ρυθμό

έτσι ώστε η προκαλούμενη παραμόρφωση να είναι μικροτέρα του

0,2% ανά ώρα και η πίεση πόρων να είναι ίση με την αντιπίεση pb.

Κατά τη διάρκεια της δοκιμής καταγράφονται οι αναγνώσεις του

δυναμομέτρου, του μηκυνσιομέτρου και του μετρητού όγκου του

αποστραγγιζομένου ύδατος, όταν οι παραμορφώσεις έχουν τιμές 0,2

-0,2 - 0,3 – 0,4 – 0,5 – 1 – 1,5 - 2 – 2,5 – 3% και ύστερα ανά 1% μέχρι

το 10% της παραμορφώσεως και ύστερα ανά 2% μέχρι το τέλος της

δοκιμής . Λόγω της βραδείας διαχύσεως της υπερπιέσεως πόρων, η

δοκιμή μπορεί να διαρκέσει περισσότερο από δύο εβδομάδες. Η

συμπεριφορά τάσεων – παραμορφώσεων, μεταβολής όγκου–

παραμορφώσεων όπως προκύπτει από την συγκεκριμένη τριαξονική

δοκιμή επάνω σε δείγματα άμμου ή αργίλου και ο αντίστοιχος

κύκλος Mohr φαίνονται στα σχήματα 10.14, 10.15, 10.16.

Page 17: 10. Δοκιμή τριαξονικής συμπιέσεως

Πρόγραμμα Διοκλής ΕΠΕΑΕΚ 2

Σχ. 10.14 : Συμπεριφορά τάσεων – παραμορφώσεων και μεταβολής όγκου - παραμορφώσεων κατά την τριαξονική δοκιμή με ελεύθερη στράγγιση επάνω σε κορεσμένα δοκίμια χαλαρής άμμου ή κανονικά στερεοποιημένης αργίλου.

Σχ. 10.15 : Συμπεριφορά τάσεων – παραμορφώσεων και μεταβολής όγκου - παραμορφώσεων κατά την τριαξονική δοκιμή με ελεύθερη στράγγιση επάνω σε κορεσμένα δοκίμια πυκνής άμμου ή προστερεοποιημένης αργίλου.

Σχ. 10.16 : Η περιβάλλουσα του Mohr, όπως προκύπτει από τα

αποτελέσματα τριαξονικής συμπιέσεως CD με στερεοποίηση και

στράγγιση επάνω σε κορεσμένα συνεκτικά εδάφη.

Page 18: 10. Δοκιμή τριαξονικής συμπιέσεως

Πρόγραμμα Διοκλής ΕΠΕΑΕΚ 2

10.6. Επεξεργασία δεδομένων

10.6.1. Καταγράφουμε στο φύλλο δεδομένων τα στοιχεία του

δοκιμίου προ της στερεοποιήσεως:

την διάμετρο d και το ύψος Ηο,

την αρχική εγκάρσια διατομή: Αο = π . d2/4

τον αρχικό όγκο Vo = Aο *Ηo, όπου Ηο το αρχικό ύψος του δοκιμίου

την εγκάρσια διατομή Αc μετά την στερεοποίηση :

την αρχική περιεκτικότητα σε νερό : (w%)

την πίεση της κυψέλης

την αντιπίεση πόρων (back pressure)

και τα στοιχεία του δοκιμίου μετά την στερεοποίηση:

την μεταβολή του όγκου ΔV

10.6.2. Υπολογίζουμε :

το φορτίο Δp που επιβάλλεται στο δοκίμιο πολλαπλασιάζοντας τις

αναγνώσεις του δυναμομέτρου επί τον συντελεστή μετατροπής που

αντιστοιχεί στον δακτύλιό του,

την ανηγμένη παραμόρφωση: ε = ΔΗ /Ηο

την διορθωμένη επιφάνεια : Α΄=Αο/(1 – ε), όπου Αο η εγκάρσια

επιφάνεια του δοκιμίου μετά την στερεοποίηση

την τάση : σ = P/Α΄

10.6.3. Σχεδιάζουμε σε σύστημα συντεταγμένων αξονική

παραμόρφωση ε –αποκλίνουσα τάση Δp = σ3-σ1, το διάγραμμα

Page 19: 10. Δοκιμή τριαξονικής συμπιέσεως

Πρόγραμμα Διοκλής ΕΠΕΑΕΚ 2

τάσεων – παραμορφώσεων και ορίζουμε την μέγιστη τάση στο

διάγραμμα ως τάση αστοχίας, ή την τάση που αντιστοιχεί σε

αξονική παραμόρφωση 20%.

10.6.4. Με τα δεδομένα των σ1 και σ3 σχεδιάζουμε τους κύκλους του

Mohr, φέρουμε την περιβάλλουσα και ορίζουμε την γωνία τριβής και

την συνοχή c.

10.6.5. Σε σύστημα συντεταγμένων αξονική παραμόρφωση ε – πίεση

ύδατος πόρων u σχεδιάζουμε το διάγραμμα μεταβολής της u σε

σχέση με την αξονική παραμόρφωση.