Πειραματική και αριθμητική διερεύνηση της βελτίωσης της σεισμικής απόκρισης έργων αντιστήριξης με τη χρήση μιγμάτων μικρού ειδικού βάρους στο έδαφος αντιστήριξης
Authors: Τσινάρης Άγγελος 
Published: September 2021

Η παρούσα διατριβή μελετά μέσα από μια πειραματική και αριθμητική προσέγγιση τη βελτίωση της σεισμικής απόκρισης έργων αντιστήριξης με εφαρμογή μιγμάτων χονδρόκοκκων εδαφών με κοκκοποιημένα ελαστικά στο έδαφος αντιστήριξης. Για τον σκοπό αυτό, η μελέτη διαιρείται σε δύο μεγάλα υποκεφάλαια: αυτό της πειραματικής διερεύνησης της επιρροής του ελαστικού κλάσματος στις μηχανικές και δυναμικές ιδιότητες μιγμάτων ηφαιστειογενών κοκκωδών υλικών με κοκκοποιημένα ελαστικά προερχόμενα από ανακυκλωμένα και επαναχρησιμοποιημένα ελαστικά αυτοκινήτων, και αυτό της αριθμητικής εφαρμογής των παραπάνω μιγμάτων ως υλικού επίχωσης τοίχων αντιστήριξης και κρηπιδότοιχων.Η πειραματική μελέτη των μιγμάτων κοκκωδών εδαφών/ελαστικών μικρού ειδικού βάρους επικεντρώνεται στη διερεύνηση των μηχανικών και δυναμικών ιδιοτήτων πυκνών (Dr≈80%-90%) πλήρως κορεσμένων μιγμάτων ηφαιστειογενών εδαφών/ελαστικών σε ένα ευρύ φάσμα παραμορφώσεων, καθώς και στη σύγκριση τους με μίγματα χαλίκων/ελαστικών. Εξετάζονται μίγματα ηφαιστειακής προέλευσης (κίσσηρη) και χαλικιών λατομείου με κοκκοποιημένα ελαστικά με ποσοστό ελαστικού από 0% έως 30% κατά βάρος ξηρού μίγματος, με τον λόγος της μέσης διαμέτρου κόκκων των δύο υλικών του μίγματος, λ=D50,s/D50,r, να κυμαίνεται μεταξύ 0.60 και 2.20.Η πειραματική διαδικασία της παρούσας έρευνας πραγματοποιήθηκε με τη χρήση μιας μονοτονικής τριαξονικής συσκευής (TRX) προκειμένου να εκτιμηθεί η ελαστική δυσκαμψία σε όρους ισοδύναμου μέτρου ελαστικότητας, Eeq, που αντιστοιχεί σε συγκεκριμένα επίπεδα αξονικής παραμόρφωσης, και παραμέτρων αντοχής (c', φ') των μειγμάτων σε επίπεδα αξονικής παραμόρφωσης μέχρι 20%. Για την εκτίμηση του αρχικού μέτρου διάτμησης (Go), του αρχικού ποσοστού απόσβεσης (Do), καθώς της εξέλιξης τους με την ανάπτυξη των διατμητικών παραμορφώσεων σε ένα εύρος μικρών έως μεσαίων τιμών διατμητικών παραμορφώσεων (10-5%<γ<3∙10-1%), χρησιμοποιήθηκε μια συσκευή στήλης συντονισμού (RC) ελεύθερου-πακτωμένου άκρου. Για μεγαλύτερα πλάτη διατμητικής παραμόρφωσης (10-2%<γ<3%) χρησιμοποιήθηκε μια συσκευή ανακυκλιζόμενης τριαξονικής φόρτισης (CTRX). Τα αποτελέσματα των δυο δοκιμών συνδυάστηκαν προκειμένου να σχηματίσουν την πλήρη δυναμική συμπεριφορά των εξεταζόμενων μιγμάτων, υπό τη μορφή καμπυλών G/Go-γ-DT, σε ένα ευρύ φάσμα διατμητικών παραμορφώσεων.Η αντοχή των μιγμάτων εδαφών/ελαστικών της παρούσας έρευνας εξετάζεται με δοκιμές τριαξονικής φόρτισης υπό στραγγιζόμενες συνθήκες (CD). Οι παράμετροι που εξετάστηκαν στις δοκιμές μονοτονικής τριαξονικής φόρτισης είναι το μέτρο ελαστικότητας, E, η γωνία διαστολής, ψ, οι παράμετροι αντοχής σύμφωνα με το κριτήριο αστοχίας Mohr-Coulomb σε σχέση με τη μέση ενεργό τάση, σ'm, που κυμαίνεται από 100kPa έως 300kPa, το ποσοστό του περιεχόμενου ελαστικού στα μίγματα, r(%), το μέσο μέγεθος των κόκκων, D50, τον συντελεστή ομοιομορφίας, Cu, και τον λόγο της μέσης διαμέτρου των κόκκων των δύο υλικών του μίγματος, λ=D50,s/D50,r. Βάσει των πειραματικών δεδομένων του παραπάνω προγράμματος δοκιμών μπορούν να εξαχθούν χρήσιμα συμπεράσματα σχετικά με την κρίσιμη κατάσταση των εξεταζόμενων πρωτογενών υλικών κατά τη διάρκεια της φόρτισης μέχρι το σημείο της αστοχίας τους σε σχέση με το περιεχόμενο ποσοστό σε ελαστικό, r(%), την τιμή της μέσης ενεργού τάσης, σ'3, κα της αναλογίας της μέσης διαμέτρου των κόκκων του μίγματος, λ=D50,s/D50,r.Η δυναμική απόκριση των μιγμάτων εδαφών/ελαστικών της παρούσας έρευνας εξετάζεται με: α) δοκιμές στήλης συντονισμού στρεπτικής φόρτισης υπό αστράγγιστες συνθήκες (CU), και β) δοκιμές ανακυκλιζόμενης τριαξονικής φόρτισης υπό στραγγιζόμενες συνθήκες (CU) ελεγχόμενης παραμόρφωσης. Οι παράμετροι που εξετάστηκαν στις δοκιμές στήλης συντονισμού και ανακυκλιζόμενης τριαξονικής φόρτισης είναι το αρχικό μέτρο διάτμησης (Go), το αρχικό ποσοστό απόσβεσης (Do), η μεταβολή των καμπυλών G/Go-γ-DTo των μιγμάτων σε σχέση με τη μέση ενεργό τάση, σ'm, που κυμαίνεται από 25kPa έως 200kPa, το ποσοστό του περιεχόμενου ελαστικού στα μίγματα, r(%), το μέσο μέγεθος των κόκκων, D50, τον συντελεστή ομοιομορφίας, Cu, τον λόγο της μέσης διαμέτρου των κόκκων των δύο υλικών του μίγματος, λ=D50,s/D50,r, το πλάτος της διατμητικής παραμόρφωσης, γ, που κυμαίνεται από 10-5% έως 3%, και τον αριθμό των κύκλων φόρτισης, Ncyc, για μέγιστο αριθμό 10 κύκλων φόρτισης σε κάθε επίπεδο παραμόρφωσης. Τα πειραματικά αποτελέσματα του παραπάνω προγράμματος δοκιμών επιτρέπουν την εξαγωγή αναλυτικών σχέσεων εκτίμησης του δυναμικού μέτρου διάτμησης, Go, του δυναμικού ποσοστού απόσβεσης, Do, καθώς και της επιρροής της διατμητικής παραμόρφωσης (καμπύλες G-γ-D) σε σχέση με το περιεχόμενο ποσοστό σε ελαστικό, r(%), την τιμή της μέσης ενεργού τάσης, σ'3, κα της αναλογίας της μέσης διαμέτρου των κόκκων του μίγματος, λ=D50,s/D50,r.Η επιρροή της εφαρμογής των μιγμάτων χονδρόκοκκων εδαφών με κοκκοποιημένα ελαστικά ως υλικού επίχωσης στη δυναμική απόκριση έργων αντιστήριξης μελετάται μέσα από μια σειρά δισδιάστατων ισοδύναμων αναλύσεων με τη βοήθεια πεπερασμένων στοιχείων επίπεδης παραμόρφωσης με τη χρήση του κώδικα ABAQUS (v.6.12), λαμβάνοντας υπόψη την απομείωση του μέτρου διάτμησης και την ενίσχυση του ποσοστού απόσβεσης με την αύξηση της διατμητικής παραμόρφωσης. Η απόκριση της κατασκευής θεωρείται ελαστική ενώ όλες οι διεπιφάνειες μεταξύ εδάφους και τοίχου επιτρέπουν την ολίσθηση και την αποκόλληση. Η δυναμική απόκριση του υλικού βελτίωσης θεωρείται μη-γραμμική και προκύπτει από τα πειραματικά αποτελέσματα της πειραματικής έρευνας της παρούσας διατριβής.Η βασική εξεταζόμενη παράμετρος είναι το είδος του βελτιωμένου εδάφους αντιστήριξης και προσδιορίζεται από τις φυσικές ιδιότητες του στερεού εδαφικού υλικού και το ποσοστό του περιεχόμενου ελαστικού κατά βάρος ξηρού μίγματος (0%, 10% και 30%) στη μάζα της αντιστηριζόμενης στρώσης. Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά καθώς και οι ιδιότητες των μιγμάτων εδάφους/ελαστικών φαίνεται να παρουσιάζουν σημαντικό και ευεργετικό αποτέλεσμα στην απόκριση της κατασκευής. Η αποτελεσματικότητα της αντιστηριζόμενης εδαφικής στρώσης επηρεάζεται βέβαια από τα δυναμικά χαρακτηριστικά της κατασκευής όπως και από τα συχνοτικό περιεχόμενο της διέγερσης.