Εργαστηριακή προσομοίωση των συνθηκών διάτμησης εδαφών σε ακόρεστες συνθήκες

Περίληψη

Ο γεωτεχνικός σχεδιασμός των τεχνικών έργων βασίζεται στη γενική παραδοχή της κλασσικής εδαφομηχανικής με βάση την οποία τα εδάφη θεωρούνται κορεσμένα και η μηχανική τους συμπεριφορά καθορίζεται από την ενεργό τάση. Παρά το γεγονός πως η συγκεκριμένη προσέγγιση είναι συντηρητική ως προς τον σχεδιασμό, παρατηρούμενες αστοχίες τεχνικών έργων τα τελευταία χρόνια έχουν οδηγήσει την επιστημονική έρευνα σχετικά με τη μηχανική συμπεριφορά εδαφών να επικεντρώνεται στη συμπεριφορά των γεωυλικών σε ακόρεστες συνθήκες, στους μηχανισμούς απομειώσης της αντοχής αυτών και της αυξημένης διάβρωσης τους που ενεργοποιούνται από διαδοχικές μεταβολές της υγρασίας τους, ειδικά στις εύκρατες ζώνες με διακριτές υγρές και ξηρές περιόδους. Ο εργαστηριακός προσδιορισμός της διατμητικής αντοχής εδαφών σε ακόρεστες συνθήκες απαιτεί τη δυνατότητα ελέγχου το βαθμού κορεσμού και την θεώρηση των μεταβολών του ως μεταβολές της εντατικής κατάστασης. Η παρούσα διπλωματική εργασία ερευνά τα χαρακτηριστικά αντοχής σε κορεσμένες και ακόρεστες συνθήκες μη συνεκτικών εδαφών με τη χρήση μιας προηγμένης, πλήρως αυτοματοποιημένης συσκευής άμεσης διάτμησης με δυνατότητα ελέγχου της μύζησης. Οι δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια της διατριβής έγιναν κάτω από σταθερό αξονικό φορτίο και ρυθμό διάτμησης για κορεσμένες και ακόρεστες συνθήκες. Οι ακόρεστες συνθήκες προσομοιάστηκαν μέσω της εφαρμογής σταθερών τιμών πιέσεων αέρα και νερού στους πόρους ώστε να ελέγχεται η τιμή της μύζησης (διαφορά πίεσης πόρων αέρα και νερού) μέσα στο δείγμα. Επιπρόσθετα υπολογίστηκε η Χαρακτηριστική Καμπύλη Μύζησης για το γεωυλικό που εξετάστηκε και η μεταβολή του όγκου για έναν πλήρη κύκλο ξήρανσης-ύγρανσης.

The geotechnical design of engineering structures is based on the principal assumption of the classical soil mechanics which soils are considered saturated and their mechanical behavior is determined by the effective stress. Despite the fact that this design approach is conservative, observed failures of engineering structures the last few years have led the scientific research to focus on the behavior of soils in unsaturated conditions, on the mechanisms of the in situ decrease of shear strength and the increase of erodability activated by successive changes of their moisture content, especially in arid areas with distinct wet and dry periods. The laboratory determination of the soil shear strength in unsaturated conditions requires the ability to control the degree of saturation and the interpretation of these changes as changes in stress state via the measurement of matric suction. This master thesis attempts to investigate shear strength behavior in saturated and unsaturated conditions of non-cohesive soils using an advanced, fully automated direct shearbox with control of suction. The experiments were performed under the same net normal stress for saturated and unsaturated conditions. The unsaturated conditions were simulated using the axis translation technique by applying constant pore-air and pore-water pressure in order to control the suction in the sample. Furthermore, we calculated the Soil - Water Characteristic Curve of the geo-material tested and the volumetric change for a complete drying - wetting circle.