Εργαστηριακή διερεύνηση της μηχανικής συμπεριφοράς αργιλικών εδαφών βελτιωμένων με ιπτάμενη τέφρα

Abstract

The aim of the present study was to investigate the influence of fly ash, a not very popular binding agent, on the mechanical properties of a high plasticity clay and propose a behavioral framework for an artificial lightly cemented clay. High plasticity Agios Stefanos clay specimens with different mix proportions were studied in order to examine the mechanical behavior of the chosen clay with the addition of different amounts of fly ash to its matrix. Then, two of these mixtures were chosen to continue this research and study the microstructural behavior of fly ash treated clays with XRay diffraction and Polarizing Light Microscope analyses as well as conducting a variety of triaxial testing in compression and extension conditions. Subsequently, the behavioral framework of the treated specimens under triaxial loading were examined and related to the microstructural changes. Additionally, a comparison of the treated clay with the clay sample without the addition of fly ash was made. Finally, based on the observations of the experiments of this study some new aspects were proposed on the mechanical behavior of artificially lightly cemented clays and their attribution on the constitutive framework of these soils.Structure is common in a wide range of the natural materials but not fully known for artificial soils. The behavior of these materials in the laboratory cannot be understood unless the effects of structure are taken into account. Although, structure may arise from different causes, its effect in behavior is similar. It increases strength and enlarges the elastic domain when the sample is under compression conditions while in extension the structure seems to lose its consistency in a quicker way, minimizing the elastic behavior of soil. The concept of yielding developed to describe the effects of these conditions is equally applicable to the effects of structure and stress history. However, to avoid conditions is equally applicable to the effects of structure and stress history. However, to avoid confusion, a separate framework is required to describe the effects of an artificial lightly structured soil.The laboratory investigation in this study raised questions about the influence of fly ash on the structure and shape of the yield surface. Both treated clays did not form a strong structure within the sample’s matrix and mostly behaved as a remoulded clay but this fact did not prevent the formation of a clear yield locus showing the effect on cementation.

Ο σκοπός της παρούσας έρευνας ήταν να διερευνήσει την επίδραση της ιπτάμενης τέφρας ως βελτιωτικού υλικού, ενός όχι τόσο ευρέως αποδεκτού συνδετικού μέσου, στα μηχανικά χαρακτηριστικά μίας αργίλου υψηλής πλαστικότητας και να προτείνει ένα πλαίσιο συμπεριφοράς για μία άργιλο τεχνητά και ελαφρά σιμεντωμένη. Αρχικά εξετάστηκαν δείγματα μιγμάτων αργίλου υψηλής πλαστικότητας από τον Άγιο Στέφανο, με διαφορετικά ποσοστά τέφρας, με σκοπό να διερευνηθεί η συμπεριφορά αυτής της αργίλου σε σχέση με την αύξηση του ποσοστού της τέφρας. Ακολούθως, για τη συνέχιση της έρευνας, επιλέχθηκαν δύο από αυτά τα μίγματα για να μελετηθεί η μικροδομική συμπεριφορά τους με αναλύσεις Περίθλασης Ακτίνων Χ και Πολωτικού Μικροσκοπίου, καθώς και να εκτελεστεί ένα φάσμα τριαξονικών δοκιμών σε συνθήκες θλίψης και εφελκυσμού. Στη συνέχεια εξετάστηκε το πλαίσιο μηχανικής συμπεριφοράς των μιγμάτων σε τριαξονική φόρτιση και συσχετίσθηκε με τις μικροδομικές μεταβολές που συνέβησαν. Επιπλέον, έγινε σύγκριση των μιγμάτων της βελτιωμένης αργίλου με τη μη βελτιωμένη με ιπτάμενη τέφρα άργιλο. Τέλος, με βάση τις παρατηρήσεις των δοκιμών της παρούσας έρευνας, προτάθηκαν ορισμένες νέες απόψεις για τη συμπεριφορά τεχνητά και ελαφρά σιμεντωμένων αργίλων.Η ύπαρξη δομής είναι ευρέως γνωστή για ευρύ φάσμα φυσικών εδαφών, όχι όμως για τεχνητά παρασκευασμένα εδάφη. Η συμπεριφορά αυτών των εδαφών στο εργαστήριο, δεν μπορεί να γίνει κατανοητή, εκτός αν ληφθεί υπόψη η επίδραση της δομής. Η δομή αυξάνει την αντοχή και διευρύνει την ελαστική περιοχή, όταν το δείγμα είναι σε συνθήκες θλίψης. Ενώ σε συνθήκες εφελκυσμού, το δείγμα φαίνεται να χάνει τη συνεκτικότητά του ταχύτερα, ελαχιστοποιώντας την ελαστική συμπεριφορά του εδάφους. Η έννοια της διαρροής, η οποία αναπτύχθηκε για να περιγράψει την επίδραση αυτών των συνθηκών, είναι εξίσου εφαρμόσιμη στην επίδραση της δομής όσο και της ιστορίας τάσεων. Ωστόσο, για να αποφευχθεί η σύγχυση, απαιτήθηκε χωριστό πλαίσιο μηχανικής συμπεριφοράς για να περιγράψει αυτές τις επιδράσεις για ένα τεχνητά και ελαφρά σιμεντωμένο έδαφος με ασθενή δομή.Η εργαστηριακή έρευνα που εκτελέστηκε, έθεσε θέματα για την επιρροή που έχει η ιπτάμενη τέφρα στη δομή αλλά και στο σχήμα της επιφάνειας διαρροής. Και οι δύο τύποι βελτιωμένης αργίλου δεν σχημάτισαν ισχυρή δομή στη μάζα των δειγμάτων, και κατά ένα μεγάλο βαθμό συμπεριφέρθηκαν ως μία αναζυμωμένη άργιλος. Όμως το γεγονός αυτό δεν εμπόδισε το σχηματισμό μίας σαφούς επιφάνειας διαρροής, η οποία δείχνει την επίδραση της σιμέντωσης.