Προσδιορισμός μηχανικών και δυναμικών ιδιοτήτων μειγμάτων χονδρόκοκκων ηφαιστιογενών εδαφών με προσθήκη κοκκοποιημένων ανακυκλωμένων ελαστικών. Εφαρμογή στη σεισμική απόκριση κρηπιδότοιχων και ακλόνητ:
Creators: name: Τσινάρης, Αγγελος Αθανασίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2012
Subjects: κοκκώδη μείγματα
ηφαιστιογενή υλικά
κοκκοποιημένα ανακυκλωμένα ελαστικά
στήλη συντονισμού
δυναμικό μέτρο διάτμησης
λόγος στρεπτικής απόσβεσης
τριαξονική φόρτισης
σεισμική απόκριση
ακλόνητος τοίχος αντιστήριξης
κρηπιδότοιχος
granular mixtures
volcanic soils
granulated recycled rubbers
resonant column
shear modulus
damping ratio
triaxial test
seismic response
rigid retaining wall
quay wall

description: Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στον Τομέα Γεωτεχνικής Μηχανικής του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Αριστοτελείου Παναπιστημίου Θεσσαλονίκης, στα πλαίσια του μεταπτυχιακού προγράμματος σπουδών Αντισεισμικός Σχεδιασμός Τεχνικών Έργων (Α.Σ.Τ.Ε.). Αντικείμενο της εργασίας αυτής αποτελεί η μελέτη στο εργαστήριο των μηχανικών και δυναμικών ιδιοτήτων φυσικών ηφαιστιογενών χονδρόκοκκων υλικών (κίσσηρης) και μειγμάτων ηφαιστιογενών υλικών με κοκκοποιημένα ελαστικά προερχόμενα από ανακύκλωση μεταχειρισμένων ελαστικών αυτοκινήτων, καθώς και εφαρμογή τους στη μελέτη σεισμικής απόκρισης κρηπιδότοιχων και ακλόνητων τοίχων αντιστήριξης. Για τον σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκαν : α) δοκιμές μονοτονικής τριαξονικής φόρτισης για τον προσδιορισμό των παραμέτρων αντοχής (γωνία εσωτερικής τριβής και συνοχή) των χρησιμοποιούμενων υλικών και β) στρεπτικές δοκιμές στήλης συντονισμού για τον προσδιορισμό του δυναμικού μέτρου διάτμησης (G0) και του λόγου απόσβεσης (DT) σε χαμηλά πλάτη διατμητικής παραμόρφωσης καθώς και τη μεταβολή των καμπυλών (G/G0-γ-DT) σε μεσαία ως υψηλά πλάτη διατμητικής παραμόρφωση, σε δοκίμια καθαρής κίσσηρης και σε μείγματα καθαρού εδαφικού υλικού με κοκκοποιημένα ελαστικά σε ποσοστό 5 και 10% κατά βάρος μείγματος. Σε όλες τις περιπτώσεις διερευνήθηκε η επιρροή : α) της μέσης ενεργούς τάσης, β) του περιεχόμενο ποσοστού σε ελαστικό και γ) του βαθμού κορεσμού. Τα πειραματικά αποτελέσματα των στατικών δοκιμών κατέδειξαν ότι η καθαρή κίσσηρης παρουσιάζει υψηλή γωνία τριβής και μηδενική συνοχή, ενώ με την προσθήκη ελαστικού στο μείγμα η γωνία τριβής μειώνεται σημαντικά ακόμα και για μικρό ποσοστό ελαστικού. Επίσης, η προσθήκη ελαστικού προκαλεί μείωση των κορυφαίων τιμών της εκτροπικής τάση με ταυτόχρονη όμως μείωση της αντίστοιχης τιμής της αξονικής παραμόρφωσης παρά την παρουσία του ελαστικού, καθώς οι ελαστικοί κόκκοι λόγω μικρότερης διαμέτρου καλύπτουν τα κενά μεταξύ των στερεών εδαφικών κόκκων δημιουργώντας πυκνότερα δοκίμια μεγαλύτερης δυσκαμψίας. Όμως, κατά την αύξηση του ποσοστού του ελαστικού παρατηρείται μια σχετική αύξηση της αξονικής παραμόρφωσης αστοχίας καθώς η συμπεριφορά του δοκιμίου αρχίζει να επηρεάζεται από την παρουσία του ελαστικού με αποτέλεσμα τη δημιουργία δοκιμίων μεγαλύτερης παραμορφωσιμότητας. Τα πειραματικά αποτελέσματα των δυναμικών δοκιμών κατέδειξαν ότι η κίσσηρης παρουσιάζει χαμηλότερες τιμές μέγιστου μέτρου διάτμησης και υψηλότερες τιμές ελάχιστου λόγου στρεπτικής απόσβεσης σε σχέση με τα τυπικά ομοιόμορφα αμμώδη εδάφη. Η προσθήκη ελαστικού μειώνει το μέγιστο μέτρο διάτμησης των δοκιμίων καθώς δεν συμβάλει καθόλου στη δυστμησία των μειγμάτων, ενώ αυξάνει περαιτέρω τον ελάχιστο λόγο στρεπτικής απόσβεσης των δοκιμίων καθώς προσδίδει στο μείγμα μια εντονότερη γραμμική συμπεριφορά. Επιπλέον, τα ηφαιστιογενή υλικά παρουσιάζουν περισσότερο έντονα γραμμική συμπεριφορά σε σχέση με τα τυπικά ομοιόμορφα αμμώδη εδάφη, ενώ με την αύξηση του περιεχόμενου ποσοστού σε ελαστικό, οι καμπύλες G/G0 - logγ - DT0 γίνονται περισσότερο ομαλές καθώς το μείγμα αποκτά ελαφρώς μια πιο γραμμική συμπεριφορά, η οποία οφείλεται στη γραμμικότητα του ελαστικού κλάσματος. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν θεωρητικές αναλύσεις σεισμικής απόκριση ενός άκαμπτου – ακλόνητου τοίχου βαρύτητας και ενός κρηπιδότοιχου μέσα από διδιάστατες ισοδύναμες γραμμικές αναλύσεις. Εξετάζεται η επίδραση της μη-γραμμικότητας του υλικού της αντιστηριζόμενης εδαφικής στρώσης στη δυναμική απόκριση ενός συστήματος τοίχος/έδαφος και το κατά πόσο η απόκριση διαφοροποιείται από τη χρήση των καμπυλών G/G0-γ-DT για ηφαιστιογενή υλικά με ή χωρίς προσθήκη κοκκοποιημένων ελαστικών σε σχέση με μια τυπική άμμο καθώς και με τη θεώρηση κίσσηρης με δυναμικά χαρακτηριστικά άμμου. Ως σεισμική διέγερση θεωρούνται πραγματικές σεισμικές καταγραφές και παλμοί Ricker καλύπτοντας : α) ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων, από την ιδιοσυχνότητα του συστήματος μέχρι την «οιονεί στατική» φόρτιση, και β) ένα ευρύ φάσμα προκαλούμενων δυναμικών παραμορφώσεων. Οι διδιάστατες αναλύσεις κατέδειξαν ότι στην περίπτωση όπου η δεσπόζουσα συχνότητα της σεισμικής διέγερσης βρίσκεται κοντά στη θεμελιώδη ιδιοσυχνότητα του συστήματος οι δυναμικές εδαφικές ωθήσεις μειώνονται όσο η επιβαλλόμενη επιτάχυνση αυξάνει, ενώ ακριβώς το αντίθετο συμβαίνει όταν η δεσπόζουσα συχνότητα της σεισμικής διέγερσης είναι κοντά στην «οιονεί στατική» φόρτιση. Επίσης, η συμβολή του ηφαιστιογενούς υλικού στη σεισμική απόκριση του συστήματος οδηγεί σε ευμενέστερα αποτελέσματα καθώς μειώνει τις πρόσθετες σεισμικές ωθήσεις, σε σχέση με την τυπική άμμο, μόνο στην περίπτωση όπου η δεσπόζουσα συχνότητα της σεισμικής διέγερσης είναι κοντά στη θεμελιώδη ιδιοσυχνότητα του συστήματος, Η προσθήκη κοκκοποιημένων ελαστικών στη μάζα του εδάφους αντιστήριξης βελτιώνει τη σεισμική απόκριση του συστήματος καθώς προκαλεί μείωση των πρόσθετων σεισμικών ωθήσεων.
description: The present Thesis was carried out at the Department of Geotechnical Engineering, Department of Civil Engineering, Aristotle University of Thessaloniki for the postgraduate program Antiseismic Design of Structures (A.S.T.E.). This Thesis is based on an in-lab study of the mechanical and dynamical properties of natural volcanic coarse materials (pumice) and mixtures of volcanic materials with granulated rubber derived from recycled used tires, and their application at seismic response of rigid retaining and quay walls structure. To this end, the following were performed: a) monotonic triaxial loading tests to determine the strength parameters (friction angle and cohesion), b) tortional column test to determine the initial dynamic shear modulus (G0) and the initial damping ratio (DT) to low back shear deformation and the variation of G/G0-γ-DT curves at medium to high back shear deformation of pure pumice specimens and mixtures of pure soil material with granulated rubber. In all cases, the effect of: a) average effective stress, b) rubber content and c) degree of saturation were thoroughly researched. The experimental results of static tests showed that pure pumice presents a high friction angle and zero cohesion, while with the addition of rubber in the mixture the friction angle is significantly reduced, even if the quantity of rubber miniscule. Moreover, the addition of rubber causes a reduction in the highest values of deviator stress with a simultaneous reduction of the respective value of the axial deformity regardless of the present of rubber, since the flexible grains of smaller diameter cover the gaps between solid soil grains, creating denser specimens of higher stiffness. Nonetheless, as the percentage of rubber increases, there is a relative increase of the axial deformity failure, since the specimen begins to be affected by the present of rubber, resulting in the creations of specimens of higher potential for deformation. The experimental results of dynamic tests showed that pumice presents lower rates of initial shear modulus and lower rates of damping ratio compared to typical uniform sandy soils. The addition of rubber reduces the initial shear modulus, as it does not contribute to the stiffness of the mixtures and it further raises the initial damping ratio of the specimens by giving the mixture a more pronounced linear behavior. Furthermore, the volcanic materials presents a more acute linear behavior compared to the typical sands, while with the increase of the percentage of rubber, the G/G0-γ-DT curves become more smoother as the mixture adapts a slightly more linear behavior which can be attributed to the linearity of the rubber content. Later in the process, theoretical analyses of seismic response of a rigid retaining and quay wall structure were performed through two dimensional equivalent linear analyses. The effect of non-linearity of the material of the counter-supported soil layer on the dynamic response of a wall/soil system is also tested, along with the question of how that response can be differentiated by the use of G/G0-γ-DT curves for volcanic materials with or without the addition of grained rubber compared to a typical sand, and the consideration of pumice with the dynamic features of sand. Real-life seismic recordings and Ricker pulse are defined as input motion, covering: a) a broad spectrum of frequencies, from the eigenfrequency of the system to the “quasi-static” load and b) a broad spectrum of the dynamic deformation caused. The two-dimensional analyses proved that in the cases when the prevalent frequency of the input motion is close to the fundamental eigenfrequency of the system, the dynamic soil thrust are reduced while the implement acceleration increases, while the exact opposite happens when the prevalent frequency of the input motion is close to the “quasi-static” load. Also, the contribution of the volcanic material to the seismic response of the system leads to better results by reducing the additional seismic thrusts compared to typical sand, only in cases when the prevalent frequency of the input motion is close to the fundamental eigenfrequency of the system. The addition of grain rubber to the mass of the counter-supported soil improves the seismic response of the system as it causes the reduction of additional seismic thrusts.