Εργαστηριακή μελέτη της μονοτονικής και ανακυκλικής συμπεριφοράς βελτιωμένων ρευστοποιήσιμων εδάφων
Authors: Βράννα Αντιγόνη 
Published: September 2021

Η ρευστοποίηση είναι το φαινόμενο εκείνο κατά το οποίο κορεσμένα κοκκώδη εδάφη υφίστανται σημαντική απομείωση της διατμητικής αντοχής και της ακαμψίας τους, ως αποτέλεσμα της παραμόρφωσης, που προκαλείται κατά τη στατική (μονοτονική), δυναμική ή ανακυκλική φόρτισή τους υπό αστράγγιστες συνθήκες. Κατά το σχεδιασμό των τεχνικών έργων, πολλές φορές απαιτείται βελτίωση της μηχανικής συμπεριφοράς των ρευστοποιήσιμων εδαφών. Σε θέσεις νέων κατασκευών, η αποτροπή του κινδύνου ρευστοποίησης κοκκωδών εδαφών δεν παρουσιάζει τεχνικά προβλήματα και γίνεται επιλέγοντας από μια σειρά καθιερωμένες μεθοδολογίες που στηρίζονται στη συμπύκνωση, τη σταθεροποίηση ή την αποτόνωση των υπερπιέσεων του ύδατος των πόρων. Ωστόσο, σε πολλές περιπτώσεις απαιτείται η βελτίωση εδάφους έναντι ρευστοποίησης υφιστάμενων κατασκευών. Σε αυτή την περίπτωση, οι συνήθεις τεχνικές βελτίωσης είναι δύσκολο ή αδύνατον να χρησιμοποιηθούν χωρίς συνέπειες στη λειτουργικότητά τους ή την πιθανότητα εμφάνισης δομικών αστοχιών κατά την εφαρμογή δυναμικών ή δονητικών τεχνικών. Η παθητική σταθεροποίηση αποτελεί μία νέα μη καταστροφική μέθοδο βελτίωσης του εδάφους θεμελίωσης υφιστάμενων κατασκευών για την αποτροπή του κινδύνου ρευστοποίησης, σύμφωνα με τη οποία εισάγεται ένας σταθεροποιητής μέσω διήθησης με χαμηλή υδραυλική κλίση στο ρευστοποιήσιμο έδαφος θεμελίωσης μιας υφιστάμενης κατασκευής. Ο σταθεροποιητής διαθέτει αρχικά χαμηλό ιξώδες, το οποίο μετά την πάροδο ελεγχόμενου χρόνου αυξάνεται ραγδαία, ώστε να σταθεροποιηθεί όταν έχει ολοκληρωθεί η διήθηση. Με αυτό τον τρόπο η βελτίωση του εδάφους δεν έχει τοπικό χαρακτήρα, ενώ ταυτόχρονα δεν οδηγεί σε όχληση της λειτουργίας της υπάρχουσας κατασκευής. Ο εμπλουτισμός του ύδατος των πόρων του ρευστοποιήσιμου εδάφους με τον σταθεροποιητή έχει ως αποτέλεσμα την αλλαγή της μηχανικής συμπεριφοράς του συστήματος εδαφικού σκελετού - ύδατος των πόρων του εδάφους, καθιστώντας το περισσότερο ανθεκτικό στη ρευστοποίηση. Η συγκεκριμένη μέθοδος μελετήθηκε πρώτη φορά από την Gallagher (2000) με τη χρήση κολλοειδούς οξειδίου του πυριτίου ως σταθεροποιητή. Πιο πρόσφατα ακόμη (DeJong et al., 2013 κ.α.), μελετήθηκε η σταθεροποίηση κοκκωδών εδαφών με χρήση βιοϋλικών και μικροβίων, με σκοπό τη δημιουργία δεσμών τσιμεντοποίησης μεταξύ των εδαφικών κόκκων και κατά συνέπεια τη διαμόρφωση τεχνητώς ελαφρώς τσιμεντοποιημένων αμμωδών εδαφών. Ο έλεγχος της αποτελεσματικότητας των τεχνικών βελτίωσης του εδάφους για την αποτροπή του κινδύνου ρευστοποίησης απαιτεί τη μελέτη της μηχανικής συμπεριφοράς των βελτιωμένων ρευστοποιήσιμων εδαφών υπό συνθήκες μονοτονικής και ανακυκλικής φόρτισης, καθώς και τον προσδιορισμό του μέγιστου μέτρου διάτμησής τους. Στα πλαίσια της παρούσας έρευνας, εφαρμόστηκε ένα εκτεταμένο πρόγραμμα εργαστηριακών δοκιμών, που αποτελείται κατά κύριο λόγο από τριαξονικές δοκιμές μονοτονικής και ανακυκλικής φόρτισης, καθώς και δοκιμές πιεζοηλεκτρικών στοιχείων, οι οποίες εκτελέστηκαν στην Τριαξονική Συσκευή Ανακυκλικής Φόρτισης του Εργαστηρίου Εδαφομηχανικής Θεμελιώσεων και Γεωτεχνικής Σεισμικής Μηχανικής (Ε.Ε.Θ.Γ.Σ.Μ.) του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η διερεύνηση της μηχανικής συμπεριφοράς βελτιωμένων αμμωδών εδαφών. Για το λόγο αυτό, μελετάται η συμπεριφορά μη βελτιωμένων καθαρών και ιλυωδών άμμων, σταθεροποιημένων καθαρών και ιλυωδών άμμων με κολλοειδή πυριτία, καθώς και τσιμεντοποιημένων καθαρών και ιλυωδών άμμων, υπό μονοτονική και ανακυκλική φόρτιση και προσδιορίζεται το μέγιστο μέτρο διάτμησης των παραπάνω εδαφών. Η αποτελεσματικότητα των μελετηθέντων τεχνικών βελτίωσης εξετάζεται με σύγκριση των αποτελεσμάτων των βελτιωμένων και μη εδαφών.