Pressuremeter Tests ln Volcanic Material MSc, ABSTRACT : The geotechnical design of special foundations (hand piles) in material of different ages made by traditional geotechnical and tests, which were to strength. The of the were correlated to specify the geotechnical design parameters. special for the construction of piles was imposed. ln accordance with the need for an exact geotechnical of the strength parameter of the material, mainly the of the tests were used. 1. 219
8
Embed
Pressuremeter Tests ln Volcanic Materiallibrary.tee.gr/digital/m1801_1850/m1828/m1828_fourniotis.pdf · Τα αποτελέσματα των ερευνών συνδυάστηκαν
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Για το γεωτεχνικό σχεδιασμό ειδικών θεμελιώσεων (φρεατοπασσάλων) σε ηφαιστειακό υλικό, εκτελέσθηκαν συμβατικές εδαφοτεχνικές έρευνες και πρεσσιομετρικές δοκιμές για την εκτίμηση της αντοχής του υπεδάφους. Τα αποτελέσματα των ερευνών συνδυάστηκαν για τον προσδιορισμό των γεωτεχνικών παραμέτρων σχεδιασμού. Η ειδική μεθοδολογία κατασκευής της θεμελίωσης με φρεατοπασσόλους που επιβλήθηκε, σε συνδυασμό με την ανάγκη για επακριβή γεωτεχνικό προσδιορισμό των παραμέτρων αντοχής των ηφαιστειακών υλικών, αντιμετωπίσθηκε κυρίως χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα των πρεσσιομετρικών δοκιμών.
ABSTRACT : The geotechnical design of special foundations (hand excaνated piles) in νolcanic material of different ages made by υsing traditional geotechnical inνestigations and pressυremeter tests, which were execυted to eνalυate sυbsoil strength. The resυlts of the inνestigations were correlated to specify the geotechnical design parameters. Α special procedυre for the construction of foυndation piles was imposed. ln accordance with the need for an exact geotechnical eνaluation of the strength parameter of the νolcanic material, mainly the resυlts of the pressυremeter tests were used.
1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Στον αρχαιολογικό χώρο στην περιοχή του Ακρωτηρίου της νήσου Θήρας γίνονται ανασκαφές στην θέση του Προϊστορικού οικισμού της δεύτερης χιλιετίας π.Χ., η προστασία των
οποίων εξασφαλίζεται μέχρι σήμερα με στέγαστρο που εδράζεται σε μεταλλικά υποστυλώματα. Για την αντικατάσταση του στεγά
στρου συντάχθηκε ειδική μελέτη λαμβάνοντας υπόψη τις γεωτεχνικές συνθήκες του υπεδάφους, τους αρχαιολογικούς περιορισμούς και τις ειδικές απαιτήσεις για την μακρόχρονη προστασία του αρχαιολογικού χώρου. Το νέο
στέγαστρο περιλαμβάνει κατακόρυφους μεταλ
λικούς φορείς μικτής κυκλικής διατομής.
Εδράζεται σε πασσάλους εντός φρεάτων σε θέσεις εξαρτώμενες από τις ανευρέσεις των
αρχαιολογικών ανασκαφών. Διανοίγονται δια χειρός εντός ηφαιστειακών υλικών με ποικίλη
μηχανική συμπεριφορά. Τα φρεατοθεμέλια κατασκευάζονται εντός πυροκλαστικού πετρώματος που αποτελεί τον υποκείμενο σχηματι
σμό του αρχαιολογικού στρώματος. Στην περιοχή των έργων εκτελέσθηκαν
εδαφοτεχνικές έρευνες με γεωτρήσεις, και έγιναν γεωλογικές περιγραφές των φρεάτων εκσκαφής, σε συνδυασμό με κατάλληλες εργαστηριακές δοκιμές. Η έντονη ανομοιογένεια των ηφαιστειακών στρώσεων και η σημαντική διαφοροποίηση των μηχανικών αντοχών υπέδειξε την ανάγκη διασταύρωσης των αποτελεσμάτων της συμβατικής εδαφοτεχνικής έρευνας και των εργαστηριακών δοκιμών με δοκιμές πρεσσιομέτρου. Στις δοκιμές προσδιορiσθηκε η αντοχή του υπεδάφους άμεσα σε συ
νεχή καταγραφή με το βάθος. Τα αποτελέσματα από τις γεωτεχνικές προσεγγίσεις συσχετίσθηκαν με τις τεχνικογεωλογικές χαρτογραφήσεις ορισμένων διανοιχθέντων φρεάτων.
219
2. ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ
Η ηφαιστειακή δραστηριότητα της Σαντορίνης
αρχίζει εδώ και 2 εκατομμύρια χρόνια περίπου. Η τελευταία καταστροφική ηφαιστειακή έκρηξη σημειώθηκε πριν από 3.600 χρόνια περίπου. Η τεκτονική της ευρύτερης περιοχής είναι ενrργή.
Οι σημαντικότερες σειρές ηφαιστειακών
πετρωμάτων που συναντώνται στην ευρύτερη
περιοχή του Ακρωτηρίου είναι : i) Ανώτερη σειρά κίσσηρης Εχει υπόλευκο χρώμα και είναι ρυοδακιη
κής σύστασης. Στη βάση συναντάται χονδρό
κοκκη κίσσηρη και στα ανώτερα μέλη χαοτικό ρεύμα τέφρας. Η σειρά αποτελείται από τα προϊόντα της μεγάλης ηφαιστειακής Μινωικής έκρηξης. Εχει ηλικία 3.600 χρόνων περίπου και υπέρκειται του υστερο-Μινωικού εποικισμού του Ακρωτηρίου. Το πάχος της σύμφωνα και με τα στοιχεfα των εδαφοτεχνικών γεωτρή
σεων είναι της τάξης των 10 - 15m περίπου.
Κάτω από την σειρά αυτή υπόκειται λετπό στρώμα άμμου.
ii) Διάφορα ηφαιστειακά πυροκλαστικά
υλικά.
Εχουν χρώμα τεφρό, κιτρινωπό, κοκκινωπό. Παρουσιάζουν μέτρια έως ισχυρή συγκόλληση. Αποτελούν προϊόντα διαφόρων σειρών εκρήξεων και συνίσταται σπό ηφαιστειακές
τέφρες και λιθάρια, κίσσηρη και ιγκνιμπρίτες. Εχουν ηλικία 20.000 χρόνων περίπου. Το πάχος τους σύμφωνα μι; βιβλιογραφικά δεδομένα είναι της τάξης των 200 m περίπου. Στην περιοχή του αρχαιολογικού χώρου δεν είναι γνωστό το πάχος τους. Στα υλικά αυτά γίνεται η θεμελίωση των πασσάλων του νέου στεγάστρου.
ίίi) Λάβες, τόφφοι και σκωρίες
Αυτά είναι προϊόντα παλαιότερων εκρήξεων
και έχουν επιφανειακή εμφάνιση στους γειτονικούς λόφους. Εχουν χρώμα τεφρό έως κεραμέρυθρο και παρουσιάζουν γενικά συμπαγή
χαρακτηριστικά. Η ηλικία τους είναι 1.000.000 χρόνων περfπου.
Τα φρέατα για την κατασκευή των φρεατο
πασσάλων έχουν διανοιχθεί στα ηφαιστειακά πυροκλσστικά υλικό που είναι το υποκείμενο στρώμα της θεμελίωσης του Μινωικού
οικισμού . Αυτά συνίστανται σπό ηφαιστειακά λατυπο
παγή έως ηφαιστειακούς τόφφους, ροζ χρώ
ματος, τα οποία αποτελούνται από συγκολλημένα λιθάρια με διάμετρο έως 3cm ή/και
βολίδες με διάμετρο έως 20cm. Χαρακτηρί-
220
ζονται από τον εύθρυτπο χαρακτήρα τους. Τα κλαστικά υλικά είναι κατά το μεγαλύτερο μέρος
τους εξαλλοιωμένα, ενώ τοπικά μόνον είναι ισχυρά εξαλλοιωμένα και έχουν μετατραπεf σε χαλαρή άμμο. Κατά το μεγαλύτερο μέρος τους παρουσιάζουν μέτρια έως ισχυρή συγκόλληση.
Τοπικά συναντώνται ενστρώσεις ηφαιστεια
κής τέφρας, πάχους έως 1,5 m ανοικτού ροζ χρώματος, αμμώδους σύστασης και χαλαρής
δομής. Σε ορισμένα φρέατα στα κατώτερα τμήματά τους συναντάται παλαιότερο πυροκλαστικό πέτρωμα, πρασινοκάστανου χρώμα
τος, γενικά ισχυρής συγκόλλησης και συνήθως
με συμμετοχή σε μεγάλο ποσοστό μεγάλων
βολίδων μέσης διαμέτρου 20 - 30 cm. Στο πυροκλαστικό πέτρωμα, κατά θέσεις
εντοπίζονται aσυνέχειες με μέσο κατακόρυφο
μήκος 1,50 m, τοπικά έως και 5 m ή μεγαλύτερου, κατά το μεγαλύτερο μέρος ανοικτές, με
μέσο άνοιγμα ρωγμής σπό λίγα mm έως 2 cm, τοπικά μεγαλύτερου, συνήθως με αμμώδες υλικό πλήρωσης. Σε ορισμένες aσυνέχειες εμφανίζονται ίχνη κατακόρυφης και οριζόντιας
μετακίνησης. Στα ανώτερα τμήματα ορισμένων
φρεάτων μέχρι βάθους 3 m από την στέψη τους, εντοπίζονται ερείπια και έγκοιλα.
3. HOIXEIA ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ
Οι συμβατικές γεωτεχνικές έρευνες περιελάμ
βαναν την εκτέλεση δειγματοληmικών γεω
τρήσεων με συνεχή δειγματοληψfα, δοκιμές διεισδύσεως SPT, και εργαστηριακές δοκιμές σε χαρακτηριστικά δείγματα. Οι γεωτρήσεις εκτελέσθηκαν περιμετρικά του αρχαιολογικού χώρου. Η γενική γεωτεχνική στρωματογραφική ονοματολογfα που εφαρμόσθηκε είναι :
τρωμα, ημίβραχος. Στρώμα Vl : Αρχαιολογικό στρώμα. Στον Πίνακα 1 δίνονται οι μέσες φυσικές και
μηχανικές ιδιότητες των ηφαιστειακών στρω
μάτων.
4. ΠΡΕΣΣΙΟΜΕτΡΙΚΕΣ ΔΟΚΙΜΕΣ
Εκτελέσθηκαν πρεσσιομετρικές δοκιμές σε βάθος ανά 2,0 m στις γεωτρήσεις 86Π και 87Π που ήταν δίπλα στις δειγματοληmικές γεω-
τρήσεις Β 1 και 62 αντίστοιχα, προκειμένου να είναι άμεσα συγκρίσιμα τα αποτελέσματα των δοκιμών με τη στρωματογραφία του εδάφους. Οι θέσεις τους δίνονται στο Σχήμα 6.
Για τη διάτρηση των πρεσσιομετρικών γεω
τρήσεων χρησιμοποιήθηκε καροταρία διαμέτρου 66 mm. τ ο αποτέλεσμα της δοκιμής είναι μία
καμπύλη πιέσεων - παραμορφώσεων στο πραγματικό γεωστατικό πεδίο τάσεων. Η «πρεσσιομετρική καμπύλη» διαχωρίζεται σε 3 φάσεις εδαφικής συμπεριφοράς.
α . Στη φάση I (ζώνη προσαρμογής) . μέχρι η βολίδα να επανασυμπιέσει ελαφρά τη
διαταραγμένη οπή της γεώτρησης. β. Στην ψευδοελαστική φάση 11 . Η πρεσσιο
μετρική καμπύλη είναι σχεδόν γραμμική. Στο
τμήμα αυτό προσδιορίζεται το πρεσσιομετρικό μέτρο παραμόρφωσης Em (Standard Pressυremeter modulus):
k = 2,66 (νc + νm) νc = 535 cm2 ο όγκος της κεντρικής κυψέλης νm : ο όγκος νερού που ενέθηκε στην
κεντρική κυψέλη με πίεση Pm στο μέσο της ψευδοελαστικής φάσης.
Δν = νι - ν. η διαφορά όγκων νερού στην θεωρούμενη αρχή και πέρας της ψευδοελαστικής φάσης.
Δρ = Ρι - Ρο η αντίστοιχη διαφορά πιέσεων, θεωρώντας Ρο = ΡοΜ=σΗο = k. . σ ...
γ. Στην ψευδοπλαστική φάση 111 . Η πρεσσιομετρική καμπύλη σε αυτή τη φάση αντιστοιχεί σε ασύμmωτη καμπύλη γραμμή προς την οριακή τιμή του ορίου θραύσης (P~~m) .
Τα σχετικά μεγέθη από την πρεσσιομετρική
δοκιμή δίνονται στο Σχήμα 1. Στον Π ίνακα 2 συνοψίζονται τα αποτελέ
σματα των πρεσσιομετρικών δοκιμών.
Στα Σχήματα 2 και 3 συνοψίζονται οι πρεσσιομετρικές καμπύλες σε όλα τα βάθη
ελέγχου στις γεωτρήσεις Β6Π και B7n. Στο Σχήμα 4 δίνονται δύο τυπικές δοκιμές
σε πυροκλαστικό πέτρωμα της ενότητας ν 0 και της ενότητας ν β.
Στο Σχήμα 5 δίνεται η μεταβολή του
πρεσσιομετρικού μέτρου ΕΜ και της οριακής πίεσης θραύσης P1im καθ' ύψος της στρωματογραφικής στήλης στις δύο γεωτρήσεις Β6Π και
Προσδιορίζονται από τα αποτελέσματα των πρεσσιομέτρων οι παράμετροι διατμητικής αντίστασης του εδάφους, ενώ παράλληλα
221
συγκρίνονται και με τις παραμέτρους που
προσδιορίσθηκαν από τις εργαστηριακές δοκιμές. Οι παράμετροι αφορούν τα βασικά ηφαιστειακό στρώματα 111, ιν και ν. Με βάση το πρεσσιόμετρο διαχωρίζονται δύο φάσεις του στρώματος ν, η ενότητα να που αντιστοιχεί σε εξαλλοιωμένο και κερματισμένο πυροκλαστικό πέτρωμα και η ενότητα ν, που αντιστοιχεί σε συμπαγές πέτρωμα με την αντοχή ημίβραχου. Ο διαχωρισμός αυτός τεκμηριώθηκε επίσης από τις γεωλογικές χαρτογραφήσεις των φρεάτων θεμελίωσης.
Οι φρεατοπάσσαλοι διανοίγονται και εδράζονται στα στρώματα Ιν και ν. Πνονται οι ακόλουθες παραδοχές :
α) Λαμβάνεται λόγος Poisson ν = 0,33 σύμφωνα με τη θεωρία του πρεσσιομέτρου Menard. Το πρεσσιομετρικό μέτρο ΕΜ δεν ταυτίζεται με το μέτρο σuμτtιέσεως Ε,.
β) Η οριακή πίεση Ριm aντιστοιχίζεται με το όριο θραύσης του σχηματισμού, είτε σαν την
ασύμmωτη οριακή πίεση του διαγράμματος είτε με βάση τις διατάξεις του Norme Francaise (NF Ρ94 -110/1991) : Ριm = (1 ,70 έως 2,00) . Ρι ~ 70 bar = 7.000 KPa στην περίmωση όπου δεν μπορεί κατά τη δοκιμή να προσδιορισθεί η ασύμmωτη οριακή τόση.
γ) Η οριακή πίεση θραύσης Ρ1 (ή ΡΙ•) ισούται με Ρι = Ριm - p •.
δ) Ο λόγος Ε~Ριm αποτελεί κρίσιμο μέγεθος για το χαρακτηρισμό της ομοιογένειας και της ομοιόμορφης μηχανικής αντοχής του εξεταζόμενου σχημcmσμού σε διάφορα βάθη.
Οι βασικές βιβλιογραφικές σχέσεις που χρησιμοποιήθηκαν για τα ηφαιστειακά υλικά είναι οι ακόλουθες :
α. Γωνία εσωτερικής τριβής - Centre d. Etudes Menard (1970)
(2)
όπου b = 250 κατά μέσο όρο ή b = 350 για ξηρό ανομοιογενές έδαφος.
- Μαραγκός (1992)
φ = 8.27 . log Ρι* + 15,3"
για συμπυκνωμένη άμμο.
β . Μέτρο Συμπιέσεως Ε, - Μαραγκός (1992)
Ε. = 24455 . log p,•- 38563
222
(3)
(4)
- Menard & Rousseau (1962)
όπου a = 1/4 για χόλικες a = 1/3 για άμμο a = 1 για ισχυρό συμπιεσμένα υλικά
(5)
γ. Συσχετισμός στατικού πενετρομέτρου με πρεσιόμετρο
- Baguelin et al (1978)
q. = 8 ρ,• (6)
- νan Wambeke (1982)
qJPι* = 9 έως 12 (7)
για άμμο έως πυκνή άμμο με χάλικες. Στον συγκεντρωτικό Πίνακα 3 συνοψίζονται
οι προσδιοριζόμενες κατά περίmωση παράμετροι, καθώς και οι τελικό επιλεγόμενες μέσες γεωτεχνικές παράμετροι για το σχεδιασμό των φρεατοθεμελίων.
6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
Για τον προσδιορισμό των ιδιότυπων ιδιοτήτων των ηφαιστειακών υλικών στα οποία διανοίχθηκαν και εδράστηκαν τα φρεατοθεμέλJα του νέου στεγάστρου, εφαρμόσθηκαν συμβα
τικές μέθοδοι και δύο επί τόπου δοκιμές πρεσ
σιομέτρου. Επειδή οι αβεβαιότητες σε αυτά τα υλικά
είναι μεγάλες και η εμπειρία που υπάρχει σε
αντίστοιχης κλίμακας τεχνικά έργα είναι μικρή,
με τα αποτελέσματα του πρεσσιομέτρου
δόθηκε η δυνατότητα να προσδιοριστούν τα
γεωτεχνικό μεγέθη που εφαρμόσθηκαν για το σχεδιασμό της θεμελίωσης. Τα αποτελέσματα της συμβατικής εδαφοτεχνικής έρευνας
συγκλίνουν μεν σημαντικό, αλλά οι γεωτεχνικές προσεγγίσεις που γίνονται συνήθως έχουν ένα σημαντικό βαθμό αβεβαιότητας. Με τα
αποτελέσματα του πρεσσιομtτρου και το
συνδυασμό επί μέρους παραμέτρων, δίνεται η
δυνατότητα επακριβέστερων προσεγγίσεων και αναλύσεων.
Από τις πρεσσιομετρικές παραμέτρους προκύmει πως μπορούν να προσδιοριστούν
επακριβέστερα οι παράμετροι αντοχής, οι οποίες δίνουν τη δυνατότητα οικονομικότερης διαστασιολόγησης του έργου.
Πίνακας 1. Μέσες Φυσικές και Μηχανικές Ιδιότητες Ηφαιστειqκών Στρωμάτων Table 1. Aνerage Physical and Mechanical Proρ_erties of Volcanic Material