Επίδραση τεχνητών ινών στη συμπεριφορά εδαφών
Authors: Ευαγγέλου Ευάγγελος 
Published: May 2024

Στην ερευνητική περιοχή της ενίσχυσης εδαφών έχουν αναπτυχθεί πολλές τεχνικές που σκοπό έχουν την βελτίωση των ιδιοτήτων και της συμπεριφοράς τους. Τις τελευταίες δεκαετίες γίνεται μια ερευνητική προσπάθεια για την διερεύνηση της ενίσχυσης των εδαφών με διακριτές ίνες τυχαίου προσανατολισμού. Η προσθήκη ινών στα εδάφη ως ενισχυτικός παράγοντας παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον. Αυτό συμβαίνει γιατί η τριβή μεταξύ των ινών και των κόκκων των εδαφών καθώς και η μεταξύ τους αλληλοεμπλοκή μπορεί να βελτιώσει την συμπεριφορά τάσης – παραμόρφωσης και τα χαρακτηριστικά αντοχής των εδαφών με και χωρίς προσθήκη πρόσμικτων υλικών (π.χ. τσιμέντο). Μεγάλος αριθμός πειραμάτων έχουν διεξαχθεί από πολλούς ερευνητές με σκοπό να διερευνηθεί η επίδραση διαφόρων παραγόντων στη βελτίωση της μηχανικής συμπεριφοράς των ενισχυμένων εδαφών με ίνες. Παρ’ όλα αυτά, πολλοί παράγοντες όπως ο τύπος εδάφους και ο τύπος ίνας, δεν έχουν διερευνηθεί διεξοδικά για την συμβολή τους στη διαδικασία βελτίωσης των ενισχυμένων εδαφών. Ως αποτέλεσμα, απαιτείται ακόμη περισσότερη πειραματική έρευνα για την κατανόηση της συμπεριφοράς αυτών των σύνθετων υλικών. Επίσης, η διερεύνηση των χαρακτηριστικών συμπύκνωσης είναι ιδιαίτερα σημαντική για την κατασκευή έργων όπως επιχώματα και υποβάσεις οδών με χρήση ενισχυμένων εδαφών με ίνες. Η μελέτη της επίδρασης του τύπου εδάφους και του τύπου ίνας στα χαρακτηριστικά συμπύκνωσης του ενισχυμένου εδάφους με ίνες είναι ελλιπής. Επομένως, οι στόχοι της παρούσας διατριβής είναι η διερεύνηση των χαρακτηριστικών συμπύκνωσης και της μηχανικής συμπεριφοράς ενισχυμένων εδαφών με ίνες εξετάζοντας ικανό αριθμό τύπων εδαφών και τύπων ινών σε διάφορα μήκη και περιεκτικότητες. Για το σκοπό αυτό, εκτελέστηκε εργαστηριακό πρόγραμμα αποτελούμενο από εξήντα έξι συνθέσεις δοκιμίων. Η παρούσα έρευνα απαρτίζεται από δύο στάδια. Το πρώτο στάδιο στοχεύει (α) στον εμπλουτισμό των σχετικά περιορισμένων διαθέσιμων πληροφοριών σχετικά με την εργαστηριακή τεκμηρίωση της επίδρασης των ιδιοτήτων του εδάφους και του τύπου, του μήκους και της περιεκτικότητας των ινών στα χαρακτηριστικά συμπύκνωσης εδαφών ενισχυμένων με ίνες και (β) στην ανάπτυξη εργαλείων για την εκτίμηση των χαρακτηριστικών συμπύκνωσης εδαφών ενισχυμένων με ίνες. Χρησιμοποιήθηκαν πέντε τύποι εδαφών που κυμαίνονται από «εξαιρετικά» έως «φτωχά» υλικά για χρήση σε γεωκατασκευές, σε συνδυασμό με πέντε τύπους ινών πολυπροπυλενίου με μήκη από 9 ως 50 mm. Εκτελέστηκαν πρότυπες δοκιμές συμπύκνωσης Proctor σε δοκίμια με περιεκτικότητα σε ίνες που κυμαινόταν από 0,5 ως 2% κατά βάρος ξηρού εδάφους. Οι καμπύλες συμπύκνωσης των ενισχυμένων εδαφών με ίνες μπορούν να εκφραστούν με πολυωνυμικές συναρτήσεις. Ο τύπος του εδάφους και η περιεκτικότητα σε ίνες έχουν την πιο σημαντική επίδραση στα χαρακτηριστικά συμπύκνωσης των ενισχυμένων εδαφών. Η προσθήκη των ινών στο έδαφος έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του μέγιστου ξηρού ειδικού βάρους έως και 10% και την αύξηση των τιμών της βέλτιστης περιεκτικότητας σε νερό έως και 3,6%. Με βάση τις συσχετίσεις που προέκυψαν χρησιμοποιώντας 212 μετρήσεις που προσδιορίστηκαν στην παρούσα έρευνα και σε άλλες ερευνητικές προσπάθειες με μεγάλη ποικιλία υλικών, προτείνονται εύχρηστες εμπειρικές σχέσεις για την αξιόπιστη εκτίμηση των χαρακτηριστικών συμπύκνωσης ενισχυμένων εδαφών με ίνες για χρήση τους στον σχεδιασμό γεωτεχνικών έργων. Στο δεύτερο στάδιο εκτελέστηκαν δοκιμές τριαξονικής φόρτισης χωρίς στερεοποίηση – χωρίς στράγγιση σε δοκίμια τα οποία παρασκευάστηκαν με τα χαρακτηριστικά συμπύκνωσης του πρώτου σταδίου (μέγιστο ξηρό ειδικό βάρος και βέλτιστη περιεκτικότητα σε νερό). Οι δοκιμές εκτελέστηκαν χρησιμοποιώντας ένα εύρος τιμών πλευρικών πιέσεων από 50 ως 400 kPa και αναλύθηκαν υπό όρους ολικών τάσεων. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των δοκιμών τριαξονικής φόρτισης, μελετήθηκε η επίδραση των προαναφερθέντων παραγόντων στις καμπύλες τάσεων –παραμορφώσεων καθώς και στην διατμητική αντοχή των ενισχυμένων εδαφών. Παρατηρήθηκε ότι η ενίσχυση με ίνες μειώνει την ακαμψία και αυξάνει την παραμορφωσιμότητα του εδάφους. Τα ενισχυμένα εδάφη με ίνες παρουσιάζουν πιο όλκιμη συμπεριφορά σε σχέση με τα μη ενισχυμένα εδάφη. Η γραμμική περιβάλλουσα αστοχίας κατά Mohr-Coulomb περιγράφει ικανοποιητικά την διατμητική αντοχή υπό όρους ολικών τάσεων. Οι τιμές συνοχής των ενισχυμένων εδαφών με ίνες κυμαίνονται μεταξύ 61 και 301 kPa και αυξάνονται έως επτά φορές σε σύγκριση με τις τιμές συνοχής των μη ενισχυμένων εδαφών. Οι διακυμάνσεις της γωνίας εσωτερικής τριβής των εδαφών λόγω της ενίσχυσης με ίνες περιορίζονται γενικά σε ±25%. Η βελτίωση της συνοχής λόγω της ενίσχυσης με ίνες αυξάνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας των ινών και του μήκους των ινών έως τα 30 mm και είναι αντιστρόφως ανάλογη με το λεπτόκοκκο κλάσμα και τη συνοχή του μη ενισχυμένου εδάφους.