Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών: «Διοίκηση και Διαχείριση Τεχνικών Έργων» Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία Έλεγχος της διακινδύνευσης έργων αντιστήριξης με ενόργανες καταγραφές Τομπουλίδου Σοφία Διπλ. Πολιτικός Μηχανικός Α.Π.Θ. Επιβλέπων: Θ. Χατζηγώγος, Καθηγητής Α.Π.Θ. Μέλη Επιτροπής: Ι. Τέγος, Καθηγητής Α.Π.Θ. Χ. Πυργίδης, Καθηγητής Α.Π.Θ. Θεσσαλονίκη, Νοέμβριος 2013

2 Η ολοκλήρωση της εργασίας αυτής έγινε στο πλαίσιο της υλοποίησης του μεταπτυχιακού προγράμματος το οποίο συγχρηματοδοτήθηκε μέσω της Πράξης: «Πρόγραμμα χορήγησης υποτροφιών ΙΚΥ με διαδικασία εξατομικευμένης αξιολόγησης ακαδημαϊκού έτους » από πόρους του Ε.Π. «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» του Ευρωπαϊκού Κοινωνικού Ταμείου (ΕΚΤ) και του ΕΣΠΑ ( ).

3 Περιεχόμενα Περιεχόμενα Περίληψη... 9 Abstract Πρόλογος Αντικείμενο διπλωματικής εργασίας Στόχοι διπλωματικής εργασίας Δομή διπλωματικής εργασίας ο Κεφάλαιο : Κίνδυνος και Διαχείριση Κινδύνου 1.1 Η έννοια του κινδύνου Διαχείριση Κινδύνου (Risk Management) Εντοπισμός Κινδύνου (Risk Identification) Ανάλυση Kινδύνου (Risk Analysis) Αξιολόγηση του κινδύνου (Risk Assessment) Παρακολούθηση και έλεγχος του κινδύνου (Risk Control) Πλεονεκτήματα Διαχείρισης Κινδύνου Γεωτεχνικά έργα και κίνδυνος ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση γεωτεχνικών έργων 2.1 Εισαγωγικά Περιγραφή προγράμματος ενοργάνωσης Σχεδιασμός προγράμματος ενοργάνωσης Μεγέθη μέτρησης Επιλογή οργάνων μέτρησης Εγκατάσταση οργάνων μέτρησης Συχνότητα μετρήσεων Μέτρηση της μετακίνησης Μέτρηση επιφανειακών μετακινήσεων Μέτρηση μετακινήσεων στο υπέδαφος Επιμηκυνσιόμετρα (extensometers) Επιμηκυνσιόμετρα με βολίδα (probe extensometers) Επιμηκυνσιόμετρα με ράβδους (rod extensometers) Κλισιόμετρα (inclinometers) Μέτρηση πίεσης των πόρων Πιεζόμετρα ανοικτού τύπου (open piezometers) Πηγάδια παρατήρησης (observation wells) Σελίδα 2

4 Περιεχόμενα Πιεζόμετρα ανοικτού σωλήνα (open standpipe piezometers) Πνευματικά πιεζόμετρα (pneumatic piezometers) Ηλεκτρονικά πιεζόμετρα (electrical piezometers) Μέτρηση δύναμης - φορτίου Μέτρηση ολικής τάσης Θαμμένος αισθητήρας πίεσης (embedment earth pressure cells) Αισθητήρας πίεσης επαφής (contact earth pressure cells) Μέτρηση σύγκλισης Γεωδαιτικές μέθοδοι Επιμηκυνσιόμετρο ταινίας (tape extensometer) Σύστημα μέτρησης συγκλίσεων Bassett (Bassett Convergence System) ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στις υπόγειες ανοικτές εκσκαφές και αντιστηρίξεις 3.1 Εισαγωγικά Τύποι αντιστηρίξεων Εσωτερικά Συστήματα Αντιστήριξης Κύριες πηγές αστοχίας έργων αντιστήριξης Αιτίες ανάπτυξης μετακινήσεων κατά την εκσκαφή Προϋποθέσεις ασφαλούς κατασκευής συστήματος αντιστήριξης Γεωτεχνική έρευνα Τοπογραφική αποτύπωση Παρακολούθηση συμπεριφοράς ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή ξενοδοχείου με τριώροφο υπόγειο σταθμό αυτοκινήτων 4.1 Γενικά στοιχεία Περιγραφή του έργου Σύστημα ενόργανης παρακολούθησης Αποτελέσματα ενόργανης παρακολούθησης ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή σταθμού μετρό Αγίας Παρασκευής Αττικής 5.1 Γενικά στοιχεία Περιγραφή του σταθμού Μεθοδολογία διάνοιξης και προσωρινής αντιστήριξης του σταθμού Σύστημα ενόργανης παρακολούθησης Παρακολούθηση της σήραγγας Παρακολούθηση του τοίχου αντιστήριξης Παρακολούθηση της ζώνης επιρροής ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή εμπορικού κέντρου με υπόγειους ορόφους 6.1 Γενικά στοιχεία Περιγραφή του έργου Μεθοδολογία κατασκευής - Κατασκευαστικά στάδια Σελίδα 3

5 Περιεχόμενα 6.3 Σύστημα ενόργανης παρακολούθησης Αποτελέσματα ενόργανης παρακολούθησης Συμπεράσματα Βιβλιογραφία Σελίδα 4

6 Ευρετήριο Εικόνων Ευρετήριο Εικόνων Εικόνα 2.1 : Οπτικός στόχος. 19 Εικόνα 2.2 : Μέτρηση επιφανειακών μετακινήσεων με χωροστάθμηση Εικόνα 2.3 : Μετρητής ρωγμής..20 Εικόνα 2.4 : Μαγνητικό επιμηκυνσιόμετρο βολίδας..21 Εικόνα 2.5 : Τυπική διάταξη κλισιόμετρου.. 25 Εικόνα 2.6 : Πνευματικό πιεζόμετρο Εικόνα 2.7 : Ηλεκτρονικό πιεζόμετρο Εικόνα 2.8 : Κυψέλες μέτρησης φορτίου.32 Εικόνα 2.9 : Μετρητές φορτίου.. 32 Εικόνα 2.10 : Μετρητής φορτίου αγκυρίου σε βράχο Εικόνα 2.11 : Θαμμένος αισθητήρας πίεσης..33 Εικόνα 2.12 : Αισθητήρας πίεσης επαφής..34 Εικόνα 2.13 : Επιμηκυνσιόμετρο ταινίας.35 Εικόνα 3.1 : Διάτρηση αγκυρίων.. 39 Εικόνα 3.2 : Αντιστήριξη με μεταλλικές αντηρίδες. 39 Εικόνα 3.3 : Μέθοδος Top-Down.. 39 Εικόνα 4.1 : Χάρτης με τη θέση του έργου.. 42 Εικόνα 4.2 : Αντιστήριξη με αντηρίδες Εικόνα 4.3 : Εκσκαφή με τη μέθοδο Top-Down..43 Εικόνα 4.4 : Χάρτης ενόργανης παρακολούθησης στη ζώνη επιρροής του έργου.. 46 Εικόνα 5.1 : Χάρτης με τη θέση του σταθμού. 51 Εικόνα 5.2 : Διάτρηση πασσάλων και οπλισμοί πασσάλων.. 53 Εικόνα 5.3 : Κεφαλόδεσμος και τοιχίο κεφαλόδεσμου.. 53 Εικόνα 5.4 : Διάτρηση οπών για την τοποθέτηση αγκυρίων Εικόνα 5.5 : Κεφαλόδεσμος και 1 η σειρά αγκυρίων.. 54 Εικόνα 5.6 : Πλέγμα και εκτοξευόμενο σκυρόδεμα Εικόνα 5.7 : Ολοκλήρωση της 1 ης φάσης εκσκαφής..54 Εικόνα 5.8 : Ενδιάμεσο στάδιο τμηματικής εκσκαφής..55 Εικόνα 5.9 : Ενδιάμεσο στάδιο τμηματικής εκσκαφής.. 55 Εικόνα 5.10 : Εκσκαφή άνω τμήματος πρίσματος γαιών. 55 Εικόνα 5.11 : Εκσκαφή στο όριο της υφιστάμενης σήραγγας Εικόνα 5.12 : Θέση μεταλλικών δακτυλίων Καθαίρεση σήραγγας.. 56 Εικόνα 5.13 : Αποστραγγιστικές στρώσεις και οπλισμός πυθμένα εκσκαφής Εικόνα 5.14 : Σύστημα ελέγχου τροχιών.58 Εικόνα 6.1 : Κατασκευαστικές λεπτομέρειες στη μεσαία λωρίδα Σελίδα 5

7 Ευρετήριο Εικόνων Εικόνα 6.2 : Σταδιακή εκσκαφή και σκυροδέτηση πλάκας.. 68 Εικόνα 6.3 : Εκσκαφή στη μεσαία λωρίδα.. 69 Εικόνα 6.4 : Εκσκαφή στην 3 η λωρίδα.69 Εικόνα 6.5 : Εκσκαφή στην 1 η λωρίδα δίπλα στο οδικό δίκτυο..69 Σελίδα 6

8 Ευρετήριο Σχημάτων Ευρετήριο Σχημάτων Σχήμα Π.1 : Η διεργασία της Διαχείρισης Κινδύνου στη Διαχείριση Έργου 11 Σχήμα Π.2 : Το αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας ως τμήμα της Διαχείρισης Κινδύνου. 12 Σχήμα 1.1 : Στάδια Διαχείρισης Κινδύνου. 14 Σχήμα 2.1 : Μετρητής ρωγμής...19 Σχήμα 2.2 : Πεδία εφαρμογής επιμηκυνσιόμετρων Σχήμα 2.3 : Διάταξη μαγνητικού επιμηκυνσιόμετρου βολίδας.22 Σχήμα 2.4 : Τεχνική εγκατάστασης μαγνητικού επιμηκυνσιόμετρου βολίδας Σχήμα 2.5 : Επιμηκυνσιόμετρο Borros Point..23 Σχήμα 2.6 : Πεδία εφαρμογής κλισιόμετρων.. 25 Σχήμα 2.7 : Τυπική διατομή σωλήνωσης κλισιόμετρου...26 Σχήμα 2.8 : Τεχνική εγκατάστασης κλισιόμετρου Σχήμα 2.9 : Συναγωγή εγκάρσιων μετακινήσεων (α) Σχήμα 2.10 : Συναγωγή εγκάρσιων μετακινήσεων (β)..28 Σχήμα 2.11 : Τυπική διάταξη πηγαδιού παρατήρησης Σχήμα 2.12 : Τεχνική εγκατάστασης πιεζόμετρου ανοικτού σωλήνα Casagrande..29 Σχήμα 2.13 : Διάταξη πνευματικού πιεζόμετρου Σχήμα 2.14 : Διάταξη ηλεκτρονικού πιεζόμετρου...31 Σχήμα 2.15 : Διάταξη επιμηκυνσιόμετρου ταινίας σε σήραγγα...35 Σχήμα 2.16 : Σύστημα μέτρησης συγκλίσεων Bassett Σχήμα 3.1 : Διάφοροι τύποι τοίχων βαρύτητας..37 Σχήμα 3.2 : Διάφοροι τύποι τοίχων οπλισμένου σκυροδέματος Σχήμα 3.3 : Αυτοφερόμενο πέτασμα 38 Σχήμα 3.4 : Πέτασμα με αγκύρωση κεφαλής..38 Σχήμα 3.5 : Αντιστηρίξεις με πολλαπλή αγκύρωση...38 Σχήμα 4.1 : Τομή κατά πλάτος του έργου...42 Σχήμα 4.2 : Εδαφικό προφίλ και γεωτεχνικές παράμετροι.. 43 Σχήμα 4.3 : Ενόργανη παρακολούθηση του έργου...44 Σχήμα 4.4 : Λεπτομέρειες ενοργάνωσης στο Πάνελ Νο Σχήμα 4.5 : Λεπτομέρειες ενοργάνωσης συστήματος αντηρίδων του Πάνελ Νο22.45 Σχήμα 4.6 : Διάγραμμα καθιζήσεων στην επιφάνεια του εδάφους Σχήμα 4.7 : Διάγραμμα μετακινήσεων του διαφράγματος...47 Σχήμα 4.8 : Διάγραμμα πλευρικών πιέσεων στο διάφραγμα (α) 48 Σχήμα 4.9 : Διάγραμμα πλευρικών πιέσεων στο διάφραγμα (β) 48 Σχήμα 4.10 : Διάγραμμα φορτίου στις αντηρίδες.. 49 Σχήμα 4.11 : Διάγραμμα καθιζήσεων στη ζώνη επιρροής του έργου Σελίδα 7

9 Ευρετήριο Σχημάτων Σχήμα 4.12 : Διάγραμμα πιέσεων πόρων στην περιοχή του έργου...50 Σχήμα 5.1 : Κάτοψη του σταθμού.51 Σχήμα 5.2 : Κάτοψη του σταθμού Τμήματα εργασιών...52 Σχήμα 5.3 : Κατά πλάτος τομή του σταθμού κατά την 1 η φάση εκσκαφής...53 Σχήμα 5.4 : Κατά πλάτος τομή του σταθμού κατά τη 2 η φάση εκσκαφής..54 Σχήμα 5.5 : Κατά πλάτος τομή του σταθμού κατά την 5 η φάση εκσκαφής...55 Σχήμα 5.6 : Συστήματα παρακολούθησης της σήραγγας Σχήμα 5.7 : Σημεία ελέγχου της διατομής της σήραγγας..57 Σχήμα 5.8 : Ενόργανη παρακολούθηση έργου Σχήμα 5.9 : Εγκατεστημένα κλισιόμετρα στην περιοχή του έργου.59 Σχήμα 5.10 : Εγκατεστημένα επιμηκυνσιόμετρα στην περιοχή του έργου Σχήμα 5.11 : Σχηματική διάταξη επιμηκυνσιόμετρων...60 Σχήμα 5.12 : Εγκατεστημένα τριγωνομετρικά σημεία στην περιοχή του έργου...61 Σχήμα 5.13 : Οπτικοί στόχοι στη δυτική και βόρεια πλευρά του τοίχου αντιστήριξης 61 Σχήμα 5.14 : Οπτικοί στόχοι στην ανατολική και νότια πλευρά του τοίχου αντιστήριξης..62 Σχήμα 5.15 : Οριζόντιες μετακινήσεις (τριγωνομετρικά σημεία, κλισιόμετρα). 62 Σχήμα 5.16 : Μετακίνηση τοίχου αντιστήριξης.. 63 Σχήμα 5.17 : Εγκατεστημένες χωροσταθμικές ακίδες..63 Σχήμα 5.18 : Εγκατεστημένα πιεζόμετρα 64 Σχήμα 5.19 : Τριγωνομετρικά σημεία σε κτίρια στη ζώνη επιρροής του έργου...65 Σχήμα 6.1 : Τμήματα εκσκαφής σε κάτοψη Σχήμα 6.2 : Τμήματα εκσκαφής σε τομή και εδαφικό προφίλ Σχήμα 6.3 : Αποτελέσματα εργαστηριακών και επί τόπου δοκιμών..67 Σχήμα 6.4 : Βήματα εκσκαφής στο Τμήμα Ι 67 Σχήμα 6.5 : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. 70 Σχήμα 6.6 : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης στη διατομή MQ 3 70 Σχήμα 6.7 : Γεωμετρικό μοντέλο PLAXIS Σχήμα 6.8 : Πλευρικές μετακινήσεις για εκσκαφή έως τα 4.30m σε όλες τις λωρίδες. 73 Σχήμα 6.9 : Πλευρικές μετακινήσεις στο τέλος εκσκαφής και σκυροδέτησης της μεσαίας λωρίδας (Axis C-E) Σχήμα 6.10 : Πλευρικές μετακινήσεις στο τέλος εκσκαφής και σκυροδέτησης της 3 ης λωρίδας (Axis Ε-F) Σχήμα 6.11 : Πλευρικές μετακινήσεις στο τέλος εκσκαφής και σκυροδέτησης της 1 ης λωρίδας (Axis A-C)...74 Σχήμα 6.12 : Πιέσεις πόρων στη διατομή MQ Σχήμα 6.13 : Καθιζήσεις στην επιφάνεια πίσω από τον τοίχο...75 Σχήμα 6.14 : Καθιζήσεις στην επιφάνεια πίσω από τον τοίχο και καμπύλες του Peck..76 Σχήμα 6.15 : Οριζόντιες μετακινήσεις πίσω από των τοίχο.76 Σχήμα 6.16 : Φορτίο αντηρίδας στη διατομή MQ Σελίδα 8

10 Περίληψη Περίληψη Στα πλαίσια της Διαχείρισης Κινδύνου ενός τεχνικού έργου η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία με τίτλο Έλεγχος της διακινδύνευσης έργων αντιστήριξης με ενόργανες καταγραφές έχει ως αντικείμενο την παρακολούθηση της συμπεριφοράς των γεωτεχνικών έργων με τη χρήση ενόργανων μετρήσεων και πιο συγκεκριμένα των υπόγειων έργων με ανοικτή εκσκαφή και αντιστήριξη. Οι κίνδυνοι μπορούν να εμφανιστούν σε οποιαδήποτε φάση του κύκλου ζωής ενός τεχνικού έργου δεν είναι, όμως, δυνατόν να εξαλειφθούν εντελώς. Επομένως, ο στόχος είναι να μην προσπαθήσει κάποιος να τους εξαλείψει, αλλά να τους διαχειριστεί. Ειδικότερα, στα γεωτεχνικά έργα, η περιορισμένη δυνατότητα πρόβλεψης της συμπεριφοράς του εδάφους και τα σφάλματα στις μηχανικές ιδιότητες, στα φορτία και στις μεθόδους υπολογισμού επιβάλλουν τη χρήση διατάξεων για την καταγραφή των κρίσιμων παραμέτρων. Η εργασία αναδεικνύει την αξία της διεργασίας Διαχείρισης Κινδύνου στη Διαχείριση ενός Τεχνικού Έργου και ειδικότερα το πως ένα σύστημα ενόργανης παρακολούθησης συμβάλλει στη μείωση των αβεβαιοτήτων συμπεριφοράς του εδάφους κατά την κατασκευή και λειτουργία ενός έργου αντιστήριξης. Στα κεφάλαιά της περιγράφονται συνοπτικά όλα τα στάδια της Διαχείρισης Κινδύνου, παρουσιάζονται στοιχεία της ενόργανης παρακολούθησης έργων, αναλύονται τα διαθέσιμα όργανα μέτρησης γεωτεχνικών παραμέτρων και ο τρόπος εγκατάστασης και λειτουργίας τους. Η γενική παρουσίαση ολοκληρώνεται με την ανάλυση τριών γεωτεχνικών έργων υπόγειας εκσκαφής με αντιστήριξη με σκοπό την ανάδειξη τριών ενδεικτικών διατάξεων ενοργάνωσης. Περιγράφονται τα εδαφικά χαρακτηριστικά της εκάστοτε περιοχής, τα κατασκευαστικά στάδια και τα χρησιμοποιούμενα μέτρα αντιστήριξης και έπειτα η διάταξη ενοργάνωσης, πληροφορίες για τις μετρήσεις και αποτελέσματα. Λέξεις κλειδιά: Διαχείριση Κινδύνου Έργα αντιστήριξης Ενόργανη παρακολούθηση Διατάξεις ενοργάνωσης Σελίδα 9

11 Abstract Abstract In the framework of Risk Management of geotechnical projects this thesis entitled Monitoring the risk of retaining structures with instrumental records is intended to monitor the behavior of geotechnical structures using instrumental measurements and particularly of underground structures with open excavation and retaining. Risks can occur at any stage of the life cycle of a project. However, it is not possible to completely eliminate them. Therefore, the primary goal is not to attempt to eliminate them, but to manage them. Particularly in geotechnical engineering, the limited predictability of soil behavior and the errors in the mechanical properties, the loads and the calculation methods require the use of monitoring for recording the critical parameters. The thesis highlights the value of the Risk Management process in Project Management and particularly how an instrumental monitoring system contributes to reducing the uncertainties in soil behavior during construction and operation of a retaining structure. The thesis in its chapters outlines all stages of Risk Management, presents information for instrumental monitoring in geotechnical projects and analyses all the available instruments, their installation and operation method. The general presentation concludes by analyzing three geotechnical projects of deep excavation with retaining structure in order to highlight three indicative instrumentations. The soil characteristics of the area, the construction stages, the retaining structure, the instrumentation and its results are described. Keywords: Risk Management Retaining structure Monitoring of geotechnical projects Instrumentation Σελίδα 10

12 Πρόλογος Πρόλογος Το έδαφος, σαν φυσικό υλικό, διαφέρει από τα τεχνικά υλικά που χρησιμοποιούνται στις κατασκευές. Τα τεχνικά υλικά είναι ομοιογενή και έχουν γνωστές ιδιότητες επειδή η διαδικασία παρασκευής τους ακολουθεί αυστηρούς ποιοτικούς ελέγχους που εξασφαλίζουν την απαιτούμενη ομοιογένεια και ακρίβεια των μηχανικών τους ιδιοτήτων (πχ. σκυρόδεμα, χάλυβας, πλαστικά υλικά). Αντιθέτως, το έδαφος είναι ιδιαίτερα ανομοιογενές λόγω της φυσικής του γένεσης και των επακόλουθων μετακινήσεων του φλοιού της γης, έχει μεταβλητή σύνθεση και ανεξέλεγκτη μηχανική συμπεριφορά. Έτσι, η ακρίβεια πρόβλεψης της συμπεριφοράς των γεωτεχνικών έργων είναι γενικώς περιορισμένη επειδή οι μηχανικές ιδιότητες των εδαφών και τα φορτία δεν είναι ποτέ γνωστά με απόλυτη ακρίβεια και οι μέθοδοι υπολογισμού περιέχουν προσεγγίσεις. Στην προσπάθεια αντιμετώπισης των ανασφαλειών αυτών και των κινδύνων που γεννώνται συμβάλλει η ενόργανη παρακολούθηση των γεωτεχνικών έργων, δηλαδή η χρήση διατάξεων για την καταγραφή της απόκρισής τους κατά το διάστημα κατασκευής και λειτουργίας τους. 1. Αντικείμενο διπλωματικής εργασίας Στα πλαίσια της Διαχείρισης Κινδύνου (Risk Management) ενός τεχνικού έργου αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο έλεγχος της διακινδύνευσης των έργων αντιστήριξης με τη χρήση ενόργανων μετρήσεων (Monitoring). Διαχείριση Έργου (Project Management) Διεργασίες Έναρξης Διεργασίες Προγραμματισμού Διεργασίες Εκτέλεσης & Ελέγχου Διεργασίες Κλεισίματος Διαχείριση Χρονοδιαγράμματος (Schedule Management) Διαχείριση Πόρων (Resource Management) Διαχείριση Κόστους (Cost Management) Διαχείριση Ποιότητας (Quality Management) Διαχείριση Ζητημάτων (Issue Management) Διαχείριση Αλλαγών (Change Management) Διαχείριση Κινδύνων (Risk Management) Διαχείριση Αποδοχών Παραδοτέων (Acceptance Management) Διαχείριση Επικοινωνίας (Communication Management) Σχήμα Π.1 : Η διεργασία της Διαχείρισης Κινδύνου στη Διαχείριση Έργου Σελίδα 11

13 Πρόλογος Διαχείριση Κινδύνου (Risk Management) Εντοπισμός Κινδύνου (Risk Identification ) Ανάλυση Κινδύνου (Risk Analysis) Αξιολόγηση Κινδύνου (Risk Assessment) Παρακολούθηση & Έλεγχος Κινδύνου (Risk Control) Ποιοτική Αποδοχή Ποσοτική Απόρριψη Συμπεριφορά Έργων (Monitoring) Μεταφορά Ποιοτικός Έλεγχος Υλικών (Quality Control) Σχήμα Π.2 : Το αντικείμενο διπλωματικής εργασίας ως τμήμα της Διαχείρισης Κινδύνου Για τις ανάγκες της διπλωματικής εργασίας έγινε επιλογή τριών τεχνικών έργων ανοικτής εκσκαφής με τρεις χαρακτηριστικές διατάξεις ενοργάνωσης: (α) Κατασκευή ξενοδοχείου με τριώροφο υπόγειο σταθμό αυτοκινήτων (β) Κατασκευή σταθμού μετρό Αγ. Παρασκευής Αττικής (γ) Κατασκευή εμπορικού κέντρου με υπόγειους ορόφους 2. Στόχοι διπλωματικής εργασίας Στόχοι της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι: Η κατανόηση της αναγκαιότητας των ενόργανων μετρήσεων στη Διαχείριση Κινδύνου των γεωτεχνικών έργων Η περιγραφή των οργάνων μέτρησης για τα διάφορα μεγέθη (μετακινήσεις, πιέσεις πόρων, φορτία, τάσεις, συγκλίσεις κτλ.) Η μελέτη προβλημάτων ανοικτής εκσκαφής με αντιστήριξη, η επιλογή των κατάλληλων οργάνων μέτρησης και η παρουσίαση χαρακτηριστικών διατάξεων ενοργάνωσης Η παρουσίαση τεχνικών αξιοποίησης των μετρήσεων 3. Δομή διπλωματικής εργασίας Η διπλωματική εργασία αποτελείται από έξι (6) κεφάλαια, καθένα από τα οποία οργανώνεται σε επιμέρους ενότητες. Η διάρθρωση που ακολουθήθηκε έχει ως εξής: Στο 1 ο Κεφάλαιο ορίζεται η έννοια του κινδύνου, επισημαίνεται η αναγκαιότητα της διεργασίας της Διαχείρισης του Κινδύνου στα πλαίσια της Διαχείρισης ενός Τεχνικού Έργου και αναλύονται τα στάδια και τα πλεονεκτήματά της. Στο 2 ο Κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση των γεωτεχνικών έργων, περιγράφονται τα μετρούμενα μεγέθη και αναλύονται τα διάφορα όργανα (διατάξεις, τρόπος λειτουργίας και εγκατάστασης), καθώς και μέθοδοι που χρησιμοποιούνται στις μετρήσεις. Στο 3 ο Κεφάλαιο γίνεται αναφορά στα υπόγεια έργα ανοικτής εκσκαφής, παρουσιάζονται οι διάφοροι τύποι αντιστηρίξεων, οι κύριες πηγές αστοχίας, οι αιτίες ανάπτυξης μετακινήσεων κατά την εκσκαφή και τέλος, οι προϋποθέσεις ασφαλούς κατασκευής ενός συστήματος αντιστήριξης. Στα επόμενα κεφάλαια περιγράφονται τρία τεχνικά έργα που επιλέχθηκαν για τις ανάγκες της εργασίας με τρεις ενδεικτικές διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατά την παρουσίασή τους, αρχικά, γίνεται περιγραφή του Σελίδα 12

14 Πρόλογος έργου και του τρόπου κατασκευής, έπειτα περιγράφεται η διάταξη ενοργάνωσής και στο τέλος δίνονται τα αποτελέσματα των μετρήσεων με σχετικό σχολιασμό. Το 4 ο Κεφάλαιο αφορά την κατασκευή ενός ξενοδοχείου με τριώροφο υπόγειο σταθμό αυτοκινήτων. Το 5 ο Κεφάλαιο αφορά την κατασκευή του σταθμού μετρό της Αγίας Παρασκευής. Το 6 ο Κεφάλαιο αφορά την κατασκευή ενός εμπορικού κέντρου με υπόγειους ορόφους. Τέλος, παρατίθεται η Βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε για την εκπόνηση της παρούσας εργασίας. Σελίδα 13

15 1ο Κεφάλαιο : Κίνδυνος και Διαχείριση Κινδύνου 1ο Κεφάλαιο : Κίνδυνος και Διαχείριση Κινδύνου 1.1 Η έννοια του κινδύνου Ο κίνδυνος ορίζεται ως ένα αβέβαιο γεγονός ή κατάσταση που εφόσον συμβεί, έχει θετική ή αρνητική συνέπεια σε κάποιο στόχο του έργου όπως είναι ο χρόνος, το κόστος και η ποιότητα. Ένας κίνδυνος μπορεί να έχει μία ή περισσότερες αιτίες και αν προκύψει, μπορεί να οδηγήσει σε μία ή περισσότερες συνέπειες. Στην περίπτωση των τεχνικών έργων, ανεξάρτητα από το είδος του τεχνικού έργου, οι κίνδυνοι μπορούν να εμφανιστούν σε οποιαδήποτε φάση του κύκλου ζωής του, δηλαδή κατά την προμελέτη, μελέτη, επίβλεψη, κατασκευή, ακόμα και κατά τη λειτουργία του. 1.2 Διαχείριση Κινδύνου (Risk Management) Οι κίνδυνοι σε ένα έργο δεν είναι δυνατόν να εξαλειφθούν εντελώς. Ο στόχος είναι, επομένως, να μην προσπαθήσει κάποιος να τους εξαλείψει, αλλά να τους διαχειριστεί. Η Διαχείριση Κινδύνου (Risk Management) αποτελεί αναπόσπαστο κομμάτι της Διαχείρισης ενός Τεχνικού Έργου. Ο σκοπός της είναι να εντοπίσει και να αναλύσει τους κινδύνους που υπάρχουν σε ένα έργο και στη συνέχεια να διαχειριστεί τις συνέπειες αυτών. Τα στάδια της Διαχείρισης Κινδύνου φαίνονται στο παρακάτω σχήμα: Διαχείριση Κινδύνου (Risk Management) Εντοπισμός Κινδύνου (Risk Identification ) Ανάλυση Κινδύνου (Risk Analysis) Αξιολόγηση Κινδύνου (Risk Assessment) Παρακολούθηση & Έλεγχος Κινδύνου (Risk Control) Ποιοτική Αποδοχή Συμπεριφορά Έργων Ποσοτική Απόρριψη Ποιοτικός Έλεγχος Υλικών Μεταφορά Σχήμα 1.1 : Στάδια Διαχείρισης Κινδύνου Εντοπισμός Κινδύνου (Risk Identification) Ο εντοπισμός του κινδύνου ξεκινά με την κατηγοριοποίησή των κινδύνων οι οποίοι μπορούν να επηρρεάσουν κάθε βασικό στοιχείο του τεχνικού έργου. Ο στόχος είναι να δημιουργηθεί μια πλήρης λίστα σχετικών κινδύνων, των παραγόντων πρόκλησής τους και των αποτελεσμάτων που ο κάθε κίνδυνος συνεπάγεται. Ανάλογα με το έργο, τις ικανότητες και τις γνώσεις των στελεχών και το διαθέσιμο χρόνο υπάρχουν διάφορες μέθοδοι εντοπισμού κινδύνων, όπως: βιβλιογραφική έρευνα αντίστοιχων μελετών (case histories) εκθέσεις ειδικών (experts opinion) Σελίδα 14

16 1ο Κεφάλαιο : Κίνδυνος και Διαχείριση Κινδύνου ομαδική παραγωγή ιδεών (brainstorming) κατάλογοι κινδύνων ανάλυση SWOT (Δυνατά και Αδύνατα σημεία: Strengths, Weaknesses Ευκαιρίες και Κίνδυνοι: Opportunities, Threats) διαγράμματα αιτίου αιτιατού (διαγράμματα Ishikawa) μέθοδος delphi τεχνική των ειδικών ομάδων (normal group technique) Κάθε μια από τις παραπάνω μεθόδους έχει τόσο πλεονεκτήματα, όσο και μειονεκτήματα. Η επιλογή της καταληλότερης πρέπει να γίνει με βάση τις ιδιαίτερες συνθήκες του κάθε έργου Ανάλυση Kινδύνου (Risk Analysis) Η ανάλυση του κινδύνου περιλαμβάνει την αξιολόγηση των κινδύνων που εντοπίστηκαν στο προηγούμενο στάδιο και την ιεράρχησή τους ως προς τη σημαντικότητά τους για τη διαχείριση της συνολικής επικινδυνότητας του έργου. Η ανάλυση αυτή μπορεί να είναι είτε ποιοτική είτε ποσοτική. Στην ποιοτική ανάλυση καθορίζονται αρχικά δύο ποιοτικές κλίμακες, η μία περιγράφει την πιθανότητα εμφάνισης του κινδύνου και η άλλη την επίπτωση του κινδύνου στο έργο σε περίπτωση που αυτός εμφανιστεί. Στη συνέχεια καταρτίζεται το μητρώο έκθεσης του έργου σε κίνδυνο. Τελικός στόχος της ποιοτικής ανάλυσης κινδύνων είναι η υποβοήθηση της απόφασης για το ποιοι κίνδυνοι χρήζουν περεταίρω ανάλυσης και ποιοι όχι. Η ποσοτική ανάλυση διενεργείται για τους κινδύνους που έχουν τεθεί σε προτεραιότητα από την ποιοτική ανάλυση που προηγήθηκε και επηρρεάζουν πρακτικά τις απαιτήσεις του έργου. Αναλύει τα αποτελέσματα των εκδηλώσεων αυτών των κινδύνων και αποδίδει αριθμητική έννοια στου κινδύνους. Ωστόσο, δεν είναι πάντα αξιόπιστη, διότι τις περισσότερες φορές δεν υπάρχουν αξιόπιστα στοιχεία για την ποσοτικοποίηση ορισμένων κινδύνων, αλλά μόνο εκτιμήσεις Αξιολόγηση του κινδύνου (Risk Assessment) Η αξιολόγηση του κινδύνου είναι το επόμενο στάδιο της Διαχείρισης Κινδύνου. Ουσιαστικά είναι η απόφαση μεταξύ της αποδοχής, της απόρριψης ή της μεταφοράς του κινδύνου. Οι εκτιμημένοι κίνδυνοι συγκρίνονται έναντι κριτηρίων που έχει θεσπίσει ο οργανισμός και γίνεται λήψη αποφάσεων σχετικά με τη σημαντικότητα των κινδύνων και για το κατά πόσο ο κάθε κίνδυνος πρέπει να γίνει αποδεκτός, να απορριφθεί ή να αντιμετωπιστεί. Τα κριτήρια αυτά μπορεί να περιλαμβάνουν σχετικά κόστη και οφέλη, νομικές απαιτήσεις, κοινωνικο-οικονομικούς και περιβαλλοντικούς παράγοντες κτλ Παρακολούθηση και έλεγχος του κινδύνου (Risk Control) Η παρακολούθηση και ο έλεγχος του κινδύνου έχει ως σκοπό την πρόληψη της εκδήλωσης κινδύνων ή τον περιορισμό των συνεπειών τους και την επιβεβαίωση της ισχύος ανάλυσης που έχει πραγματοποιηθεί στο στάδιο του σχεδιασμού. Κατά τη διεργασία αυτή ενδέχεται να προταθούν προληπτικές και διορθωτικές δράσεις, καθώς και απαραίτητες τροποποιήσεις για την αποτελεσματική αντιμετώπιση κινδύνων που εκδηλώθηκαν ή που δε συμπεριλήφθηκαν στην ανάλυση επικινδυνότητας. Τέλος, η παρακολούθηση και ο έλεγχος κινδύνου περιλαμβάνουν διαδικασίες αναβάθμισης και ενημέρωσης των βάσεων δεδομένων προς όφελος άλλων μελλοντικών έργων. Σελίδα 15

17 1ο Κεφάλαιο : Κίνδυνος και Διαχείριση Κινδύνου Πλεονεκτήματα Διαχείρισης Κινδύνου Η Διαχείριση Κινδύνου είναι μια δυναμική διαδικασία που υπερβαίνει συγκεκριμένο έργο και προσφέρει την ευκαιρία για ενίσχυση της γνώσης σε μελλοντικά έργα. Ωθεί την ομάδα του έργου να σκεφτεί όλους τους πιθανούς κινδύνους -ακόμα και αυτούς που δε σχετίζονται άμεσα με τεχνικά ζητήματα- καθώς οι κίνδυνοι αυτοί είναι συντελεστές υπέρβασης του κόστους και του χρονοδιαγράμματος. Τα οφέλη που προκύπτουν από τη Διαχείριση Κινδύνου είναι τα εξής: Επιτρέπει πιο ρεαλιστικά σχέδια, προγράμματα και προϋπολογισμούς. Αυξάνει τις πιθανότητες επιτυχίας ενός έργου. Βελτιώνει το ομαδικό πνεύμα. Βοηθά το προσωπικό να αναπτύξει δεξιότητες αξιολόγησης κινδύνου. Εστιάζει την προσοχή του σχεδίου διαχείρισης στα πιο σημαντικά ζητήματα. Επιτρέπει την πιο αντικειμενική επιλογή των εναλλακτικών λύσεων. Προσφέρει ένα πειστικό εργαλείο Marketing μέσω μιας υπεύθυνης προσέγγισης προς τους πελάτες. 1.3 Γεωτεχνικά έργα και κίνδυνος Τα γεωτεχνικά έργα παρουσιάζουν υψηλό βαθμό αβεβαιότητας. Συχνά παρατηρούνται αισθητές διαφορές θεωρητικών προβλέψεων και πραγματικής συμπεριφοράς του υπεδάφους εξαιτίας των πολλών παραμέτρων που εμπλέκονται. Απρόβλεπτες καταστάσεις του εδάφους είναι η κύρια αιτία καθυστερήσεων και υπέρβασης του κόστους παγκοσμίως. Το κενό μεταξύ των δεδομένων διάφορων γεωτεχνικών φύλλων χαρτογραφήσεων και των πραγματικών εδαφικών συνθηκών που απαντώνται στα εργοτάξια απαιτεί συγκεκριμένη διαχείριση και μείωση του κινδύνου. Στις γεωτεχνικές κατασκευές οι συνήθεις παράγοντες αβεβαιότητας συνδέονται με: Χωρική απόκλιση και ετερογένεια του εδάφους Περιορισμένη έρευνα εδάφους/υπεδάφους Ασυμφωνία μεταξύ εργαστηριακών και εργοταξιακών μετρήσεων Λάθη μετρήσεων Υποκειμενικοί υπολογισμοί Περιβαλλοντικοί παράγοντες (υδρομετρική πίεση, διάβρωση) Ακρίβεια γεωτεχνικών μοντέλων Ανθρώπινος παράγοντας Σελίδα 16

18 2ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση γεωτεχνικών έργων 2ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση γεωτεχνικών έργων 2.1 Εισαγωγικά Στα γεωτεχνικά ζητήματα, όπως η κατασκευή φραγμάτων και σηράγγων, η κατασκευή επιχωμάτων, οι υπόγειες εκσκαφές και οι κατολισθήσεις, ο Μηχανικός καλείται να αντιμετωπίσει πλήθος αβεβαιοτήτων μεταξύ των οποίων συγκαταλέγονται η αβεβαιότητα στη διάταξη των γεωλογικών σχηματισμών, η διασπορά των μηχανικών ιδιοτήτων τους και η ποικιλομορφία της καταστατικής τους συμπεριφοράς. Στην προσπάθεια αντιμετώπισης των ανασφαλειών αυτών υιοθετείται συχνά η ενοργάνωση, δηλαδή η χρήση διατάξεων για την καταγραφή της απόκρισης του έργου. Τα όργανα μέτρησης προσφέρουν ουσιαστικά ένα είδος ασφαλιστικής δικλείδας για το Μηχανικό, αφού μέσω αυτών μπορεί να παρατηρήσει τη συμπεριφορά του εδάφους, να εκτιμήσει την ορθότητα των υποθέσεών του στη φάση του σχεδιασμού, της κατασκευής και της λειτουργίας του έργου και να εξετάσει την αποτελεσματικότητά του. Οι μετρήσεις χρησιμοποιούνται και σαν σύστημα προειδοποίησης επικείμενης αστοχίας επιτρέποντας τη λήψη έκτακτων μέτρων. Τα τελευταία χρόνια όλο και πιο συχνά η κατασκευή γεωτεχνικών έργων συνοδεύεται από συστηματική ενόργανη παρακολούθηση η οποία βελτιώθηκε και διευκολύνθηκε από τη ραγδαία πολύπλευρη τεχνολογική εξέλιξη. Επιβάλλεται, όμως, και λόγω του μεγέθους και της πολυπλοκότητας των έργων. 2.2 Περιγραφή προγράμματος ενοργάνωσης Βασικό αντικείμενο του προγράμματος ενόργανης παρακολούθησης αποτελεί η απόκτηση χρήσιμων στοιχείων και δεδομένων σχετικά με τις συνθήκες της κατασκευής και την επιρροή τους σε παραμορφώσεις και μικρομετακινήσεις κατά μήκος του έργου και γενικότερα την αλληλεπίδραση μεταξύ εδάφους και κατασκευών. Τα δεδομένα αυτά αξιολογούνται κατάλληλα με απώτερο σκοπό: - Την έγκαιρη προειδοποίηση σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης κατά τη διάρκεια της κατασκευής (προσέγγιση ή υπέρβαση των ορίων επιφυλακής, αναφοράς ή συναγερμού) έτσι ώστε να είναι εφικτή η άμεση εφαρμογή των αναγκαίων διορθωτικών μέτρων για την αποφυγή βλαβών στις κατασκευές, καθώς και για την προστασία του εργατικού δυναμικού και τρίτων. - Την καταγραφή της επίδρασης των εργασιών κατά τη διάρκεια της κατασκευής του έργου στο ίδιο το έργο όσο, στις κατασκευές εντός της ζώνης επιρροής του ή και πέραν αυτής, αν αυτό κριθεί απαραίτητο. - Τη συσχέτιση της μελέτης εφαρμογής με τις κατασκευαστικές δραστηριότητες και τις πραγματικές συνθήκες που συναντώνται επί τόπου με την πρόοδο του έργου. 2.3 Σχεδιασμός προγράμματος ενοργάνωσης Στο σχεδιασμό ενός προγράμματος ενοργάνωσης και στην κατανομή των οργάνων έχουν ληφθεί υπόψη τα ακόλουθα: Οι γεωλογικές και γεωτεχνικές μελέτες που έχουν εκπονηθεί Η μέθοδος κατασκευής Η εγγύτητα άλλων κατασκευών με το έργο Το γεωλογικό ρίσκο Τα όρια επιφυλακής και συναγερμού της μελέτης Σελίδα 17

19 2ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση γεωτεχνικών έργων Από τα παραπάνω γίνεται φανερό πως ο σχεδιασμός αυτός απαιτεί γεωτεχνική γνώση, εμπειρία και διαίσθηση. Κατά συνέπεια, αποτελεί έργο εξειδικευμένου Γεωτεχνικού Μηχανικού και ο υπεύθυνος Γεωτεχνικός Μηχανικός καλείται να προσδιορίσει: τα όργανα μέτρησης τον αριθμό και τη θέση των υπό ανίχνευση ζωνών τη συχνότητα των μετρήσεων σε κάθε θέση Μεγέθη μέτρησης Τα συνήθη όργανα μέτρησης που χρησιμοποιούνται στον έλεγχο των γεωτεχνικών έργων είναι όργανα μέτρησης: α. μετακίνησης - παραμόρφωσης στην επιφάνεια του εδάφους, β. μετακίνησης - παραμόρφωσης στο υπέδαφος, γ. πίεσης πόρων δ. φορτίων και τάσεων ε. σύγκλισης Επιλογή οργάνων μέτρησης Η επιλογή των οργάνων συναρτάται ευθέως με την επιδιωκόμενη ακρίβεια των μετρήσεων. Κατά τον Peck, (1988): «Κάθε όργανο εγκατεστημένο σε ένα έργο θα πρέπει να έχει επιλεγεί και τοποθετηθεί εις τρόπον ώστε να συνδράμει στην απάντηση μιας συγκεκριμένης ερώτησης. Η υιοθέτηση αυτού του απλού κανόνα αποτελεί το κλειδί για την επιτυχή υλοποίηση επί τόπου μετρήσεων». Η επιλογή των οργάνων επηρεάζεται, επίσης, από τους εξής παράγοντες: - Εδαφικές συνθήκες: Οι εδαφικές συνθήκες συχνά καθορίζουν τον τύπο του οργάνου. Διαφορετικά όργανα απαιτούνται σε βραχώδη και σε χαλαρά εδάφη. - Κόστος: Ανάλογα με τον τρόπο χρήσης ενός οργάνου (μικρό ή μεγάλο χρονικό διάστημα) συνυπολογίζεται το κόστος εγκατάστασης, το κόστος αγοράς και το κόστος για τη λήψη των μετρήσεων. Παρόλα αυτά επισημαίνεται ότι το κριτήριο του κόστους δε θα πρέπει σε καμία περίπτωση να ορίζει την επιλογή του οργάνου μέτρησης. - Χρόνος λειτουργίας: Ανάλογα με τον αναμενόμενο χρόνο λειτουργίας των οργάνων γίνεται επιλογή των κατάλληλων και προσέγγιση της προστασίας αυτών. - Περιβαλλοντικές συνθήκες: Συνθήκες όπως η θερμοκρασία και η υγρασία αποδείχθηκε ότι επηρεάζουν τη λειτουργία των οργάνων. Για παράδειγμα αποφεύγονται όργανα που η αρχή λειτουργίας τους βασίζεται στον ηλεκτρισμό σε περιπτώσεις με έντονη υγρασία ή σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες ή όργανα υδραυλικού τύπου σε συνθήκες παγετού Εγκατάσταση οργάνων μέτρησης Η εγκατάσταση των οργάνων είναι σημαντικός παράγοντας για την αξιοπιστία των αποτελεσμάτων. Ένα όργανο μπορεί να θεωρηθεί αναξιόπιστο όταν έχει παραληφθεί και η παραμικρή ουσιαστική λεπτομέρεια κατά τη διάρκεια της εγκατάστασής του. Όλα τα όργανα θα πρέπει να είναι καλώς εγκατεστημένα, να διατηρούνται σε λειτουργία και να είναι προσβάσιμα προς τη λήψη μετρήσεων για όσο το δυνατόν μεγαλύτερο διάστημα. Σελίδα 18

20 2ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση γεωτεχνικών έργων α. Εγκατάσταση επιφανειακών οργάνων Θα πρέπει να υπάρχει προστασία των οργάνων για την αποφυγή καταστροφής τους από τη διέλευση πεζών, οχημάτων, αλλά και ζώων (μεταλλικά καλύμματα ή κουτιά, κλειδαριές κτλ.). Επίσης, πρέπει να προβλεφθεί προστασία από το νερό ειδικά όταν πρόκειται για ηλεκτρικά όργανα που επηρεάζονται από την υγρασία και μπορούν να θεωρηθούν ακατάλληλα. β. Εγκατάσταση οργάνων σε γεώτρηση Στην περίπτωση εγκατάστασης οργάνων σε γεώτρηση ισχύουν όσα αναφέρθηκαν για τα επιφανειακά όργανα, αλλά πρέπει να δοθεί πολύ προσοχή στα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της γεώτρησης, στη διάτρηση της οπής, στην εγκατάσταση της σωλήνωσης και στην πλήρωση του κενού μεταξύ γεώτρησης και σωλήνωσης Συχνότητα μετρήσεων Η συχνότητα των μετρήσεων σε κάθε θέση αποτελεί σημαντική παράμετρο και πρέπει να συναρτηθεί τόσο με το χαρακτήρα του προς μέτρηση μεγέθους, όσο και με την αναμενόμενη χρονική του εξέλιξη. Αν το φαινόμενο τείνει σε σταθεροποίηση, τότε η συχνότητα των μετρήσεων είναι εύλογο να μειώνεται με το χρόνο. Αν, όμως, το φαινόμενο εξελίσσεται προς την αστοχία, τότε η συχνότητα των μετρήσεων θα πρέπει να είναι σημαντική. 2.4 Μέτρηση της μετακίνησης Μέτρηση επιφανειακών μετακινήσεων Οι επιφανειακές μετακινήσεις μετρώνται κατά κύριο λόγο με γεωδαιτικές μεθόδους. Χαρακτηρίζονται από ταχύτητα στις μετρήσεις, ακρίβεια στα αποτελέσματα και αξιοπιστία, αλλά απαιτούν εξειδικευμένο προσωπικό και χρήση οργάνων σχετικώς υψηλού κόστους (θεοδόλιχοι, χωροβάτες, γεωδαιτικοί σταθμοί) έως πολύ υψηλού κόστους (συστήματα φωτογραμμετρίας, τηλεπισκόπηση GPS). Η επιλογή της κατάλληλης γεωδαιτικής μεθόδου συναρτάται ευθέως με το είδος του μετρούμενου γεωτεχνικού έργου και τη ζητούμενη ακρίβεια των μετρήσεων. Εικόνα 2.1 : Οπτικός στόχος Εικόνα 2.2 : Μέτρηση επιφανειακών μετακινήσεων με χωροστάθμηση Για την καταγραφή της μετακίνησης μεταξύ ασυνεχειών-ρωγμών που εμφανίζονται στην επιφάνεια του εδάφους ή σε δομικά στοιχεία χρησιμοποιείται μια πληθώρα συσκευών διαφόρου βαθμού ακρίβειας και κόστους. Έτσι, αυτή μπορεί να γίνει ποιοτικά και χωρίς την απαίτηση εξειδικευμένου προσωπικού με μια απλή ξύλινη σφήνα, με χρήση μικρών πλακών από γυαλί (τζαμάκια) ή με επιφανειακή πλήρωση της ρωγμής με ψαθυρά υλικά (πχ. γύψο). Επίσης, αλλαγή στο εύρος της ασυνέχειας μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση ήλων τοποθετημένων εκατέρωθεν της ρωγμής και μέτρησης της σχετικής απόστασης με τη βοήθεια υποδεκάμετρου ή μεταλλικής μετροταινίας και με χρήση μεταλλικού σύρματος υπό προένταση του οποίου το ένα άκρο στερεώνεται σε πακτωμένο ήλο και το άλλο διέρχεται διαμέσου μετρητικού οργάνου και καταλήγει σε βαρίδι. Σελίδα 19

21 2ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση γεωτεχνικών έργων Όταν απαιτείται μεγαλύτερη ακρίβεια ή το εύρος της ασυνέχειας είναι σημαντικό (πχ. τεκτονικό ρήγμα) καθίσταται αναγκαία η χρήση επιφανειακού επιμηκυνσιόμετρου (soil strainmeter) ή αλλιώς μετρητή ρωγμής (crack gauge). Αυτό αποτελείται από δύο αγκύρια τα οποία πακτώνονται στο έδαφος. Μέσα στη ράβδο που ενώνει τα δύο αγκύρια υπάρχει αισθητήρας μετακινήσεων που καταγράφει τη σχετική μετακίνηση των αγκυρίων. Εικόνα 2.3 Σχήμα 2.1 : Μετρητής ρωγμής Μέτρηση μετακινήσεων στο υπέδαφος Πρόκειται για ειδικές ενόργανες μεθόδους μέτρησης καθιζήσεων, ανυψώσεων, πλευρικών μετακινήσεων, συγκλίσεων και παραμορφώσεων οι οποίες εκδηλώνονται στο εσωτερικό της γεωμάζας. Τα όργανα που επιτρέπουν την εκτίμηση των μετακινήσεων αυτών μπορούν να χωριστούν σε δυο κατηγορίες, σε αυτά που εκτιμούν τη μετακίνηση παράλληλα στον άξονά τους και ονομάζονται επιμηκυνσιόμετρα και σε αυτά που εκτιμούν τη μετακίνηση εγκάρσια στον άξονά τους και ονομάζονται κλισιόμετρα Επιμηκυνσιόμετρα (extensometers) Πρόκειται για διατάξεις που εγκαθίστανται στο εσωτερικό μιας γεώτρησης με αποστολή την καταγραφή της μετακίνησης παράλληλα στον άξονά τους. ΤΥΠΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Σχήμα 2.2 : Πεδία εφαρμογής επιμηκυνσιόμετρων Τα επιμηκυνσιόμετρα βρίσκουν εφαρμογή στις ακόλουθες περιπτώσεις: - Στη μέτρηση καθιζήσεων λόγω επιφόρτισης ή άντλησης του υπογείου ορίζοντα (θεμελιώσεις, αναχώματα) - Στη μέτρηση ανύψωσης του πυθμένα εκσκαφών - Στην καταγραφή των συγκλίσεων των παρειών μιας σήραγγας - Στη μέτρηση των πλευρικών μετακινήσεων πρανών (φυσικών ή τεχνητών) Τα επιμηκυνσιόμετρα διακρίνονται σε δύο βασικούς τύπους, επιμηκυνσιόμετρα με βολίδα και επιμηκυνσιόμετρα με ράβδους Επιμηκυνσιόμετρα με βολίδα (probe extensometers) Τα επιμηκυνσιόμετρα με βολίδα χρησιμοποιούνται κατά κανόνα σε εδαφομάζα και σε περιπτώσεις όπου οι αναμενόμενες μετακινήσεις είναι σχετικά μεγάλες. Σελίδα 20

22 2ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση γεωτεχνικών έργων Μαγνητικά επιμηκυνσιόμετρα (magnetic extensometer) ΕΙΔΗ ΜΑΓΝΗΤΩΝ Το είδος των μαγνητών που χρησιμοποιούνται εξαρτάται από το αν το έδαφος είναι φυσικό ή επίχωμα. Στην πρώτη περίπτωση, οι μαγνήτες αποτελούνται από έναν κύλινδρο που περιβάλλει τη σωλήνωση και από τμήματα που αγκυρώνονται σταθερά στο έδαφος (spider magnet). Στη δεύτερη περίπτωση, οι μαγνήτες τοποθετούνται καθώς κατασκευάζεται το επίχωμα και επειδή υπάρχει προσβασιμότητα οι μαγνήτες είναι πλακοειδείς (plate magnet). Τέλος, τοποθετείται ένας μαγνήτης αναφοράς στη βάση της γεώτρησης όπου το έδαφος θεωρείται σταθερό για να προσφέρει τη δυνατότητα μέτρησης συνολικών καθιζήσεων. Οι μαγνήτες ακολουθούν τη μετακίνηση του εδάφους. ΔΙΑΤΑΞΗ Η βασική διάταξη του μαγνητικού επιμηκυνσιόμετρου χαρακτηρίζεται από ευχρηστία και χαμηλό κόστος. Συνιστάται από: - το σωλήνα-οδηγό, - τη μετρητική βολίδα (σκοπιτής), - το τύμπανο περιέλιξης της μετρητικής ταινίας, - τους μαγνητικούς στόχους τύπου αράχνης (δακτύλιος με πόδες). Εικόνα 2.4 : Μαγνητικό επιμηκυνσιόμετρο βολίδας Ο σωλήνας-οδηγός είναι συνήθως πλαστικός, περιβάλλεται από εύκαμπτο πτυχωτό σωλήνα και από μέσα του διέρχεται η μετρητική βολίδα. Η μετρητική βολίδα είναι προσαρμοσμένη στο άκρο μιας μεταλλικής μετρητικής ταινίας. Το τύμπανο περιέλιξης της ταινίας είναι εφοδιασμένο με φωτεινή και ηχητική πηγή. Όταν η βολίδα εισέλθει στο πεδίο του μαγνήτη, κλείνει ένας διακόπτης μέσα σε αυτόν ενεργοποιώντας έτσι τη φωτεινή και ηχητική πηγή, οπότε καταγράφεται μέσω της μετρητικής ταινίας το βάθος του μαγνήτη. Οι μαγνητικοί στόχοι τύπου αράχνης τοποθετούνται κατά μήκος του σωλήναοδηγού και παρακολουθούν την καθίζηση ή ανύψωση της εδαφομάζας που περιβάλλει τη γεώτρηση. Σελίδα 21

23 2ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση γεωτεχνικών έργων Σχήμα 2.3 : Διάταξη μαγνητικού επιμηκυνσιόμετρου βολίδας ΤΕΧΝΙΚΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Η τεχνική εγκατάστασης της διάταξης ακολουθεί τις ακόλουθες φάσεις: - Καθαρισμός της οπής της γεώτρησης - Εγκατάσταση του μαγνήτη αναφοράς στη βάση της γεώτρησης - Καθορισμός των θέσεων, αρίθμηση και εγκατάσταση των μαγνητών τύπου αράχνης - Έγχυση ενέματος μεταξύ της γεώτρησης και της σωλήνωσης - Κάλυψη της κεφαλής με προστατευτική τάπα Σχήμα 2.4 : Τεχνική εγκατάστασης μαγνητικού επιμηκυνσιόμετρου βολίδας Σελίδα 22

24 2ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση γεωτεχνικών έργων ΤΡΟΠΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Για τη μέτρηση των μετακινήσεων εισάγεται μια βολίδα μέσα στη σωλήνωση, η οποία φέρει ειδικό αισθητήρα. Όταν η βολίδα μπει μέσα στο μαγνητικό πεδίο του μαγνήτη, ένα ηχητικό σήμα παράγεται από το τύμπανο περιέλιξης και η κίνηση της βολίδας σταματάει. Το ακριβές βάθος της βολίδας προσδιορίζεται σύμφωνα με την ένδειξη της διαβαθμισμένης μεταλλικής ταινίας. Σημειώνοντας τα βάθη στα οποία βρίσκεται ο κάθε μαγνήτης μπορεί να προσδιοριστεί η σχετική μετακίνηση των μαγνητών. Προσθέτοντας τις διαφορικές καθιζήσεις μεταξύ των μαγνητών προκύπτει η συνολική μετακίνηση. Οι μετρήσεις που καταγράφονται αφορούν τις μετακινήσεις σε σχέση με την επιφάνεια του εδάφους. Για να προκύψουν οι απόλυτες μετακινήσεις χρειάζεται είτε η γεώτρηση να εδράζεται σε σταθερό έδαφος είτε η θέση του επιφανειακού τμήματος της γεώτρησης να καθορίζεται χωρικά από τοπογραφικές μεθόδους, ώστε να προσφέρουν ένα σταθερό σημείο αναφοράς (απόλυτο υψόμετρο) Επιμηκυνσιόμετρα με ράβδους (rod extensometers) Τα επιμηκυνσιόμετρα με ράβδους χρησιμοποιούνται όταν οι αναμενόμενες μετακινήσεις είναι μικρές και το έδαφος αρκετά μαλακό ώστε να επιτρέψει την είσοδο της ράβδου σε αυτό. Η μέτρηση αφορά στην καταγραφή της αλλαγής μήκους μιας ράβδου εγκατεστημένης σε γεώτρηση μεταξύ του κάτω πακτωμένου άκρου της και του ελεύθερου άνω άκρου της, χωρίς τη χρήση βολίδας. Επιμηκυνσιόμετρα Borros Point (Borros Point extensometer) ΔΙΑΤΑΞΗ Η τυπική διάταξη του επιμηκυνσιόμετρου με ράβδους Borros Point συνιστάται από: - ένα αγκύριο με τρεις προεκτάσεις ώστε να δένεται σταθερά στο έδαφος, - την εξωτερική σωλήνωση διαμέτρου 1.0in, - την εσωτερική σωλήνωση διαμέτρου ¼ in. Σχήμα 2.5 : Επιμηκυνσιόμετρο Borros Point ΤΕΧΝΙΚΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Η τεχνική εγκατάστασης της διάταξης ακολουθεί τις ακόλουθες φάσεις: - Διάνοιξη γεώτρησης σε βάθος περίπου 1.0m ψηλότερα από την τελική θέση του αγκυρίου - Εφαρμογή των δύο σωληνώσεων πάνω στο αγκύριο Σελίδα 23

25 2ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση γεωτεχνικών έργων - Εισαγωγή του συστήματος μέσα στη γεώτρηση (πιέζοντας τον εξωτερικό σωλήνα το αγκύριο εισέρχεται στο μαλακό έδαφος μέχρι το επιθυμητό βάθος) - Επαλήθευση της ακριβούς θέσης του αγκυρίου με γεωδαιτικές μεθόδους (στα επόμενα στάδια δεν είναι δυνατή η μετακίνησή του) - Αν η θέση του αγκυρίου είναι επιθυμητή, ο εσωτερικός σωλήνας εισέρχεται κατά 7.0in μέσα στο σώμα του αγκυρίου απελευθερώνοντας τις προεκτάσεις του - Ξεβίδωση του εξωτερικού σωλήνα από το αγκύριο και ανέβασμα προς την επιφάνεια του εδάφους κατά απόσταση ίση ή λίγο μεγαλύτερη από την αναμενόμενη μετακίνηση - Πλήρωση του κενού μεταξύ εξωτερικής σωλήνωσης και γεώτρησης με κονίαμα. ΤΡΟΠΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Με βάση την παραπάνω διάταξη ο εσωτερικός σωλήνας ακολουθεί τη θέση του αγκυρίου, ενώ ο εξωτερικός αυτήν του εδάφους. Μετρώντας την απόσταση μεταξύ των δύο σωλήνων προσδιορίζεται η ολική μετακίνηση μεταξύ της επιφάνειας του εδάφους και της θέσης του αγκυρίου. Η μέτρηση γίνεται είτε με γεωδαιτικές μεθόδους είτε με χρήση κάποιου αισθητήρα μέτρησης μετακίνησης. ΑΛΛΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Το επιμηκυνσιόμετρο Borros Point αποτελεί μια φθηνή λύση για τη μέτρηση των μετακινήσεων στο έδαφος και είναι εύκολο στη χρήση. Ωστόσο, δεν παρέχει ένα προφίλ των μετακινήσεων με το βάθος, αλλά μόνο τη συνολική μετακίνηση μεταξύ του αγκυρίου και της επιφάνειας του εδάφους. Αν είναι επιθυμητή η γνώση του προφίλ των μετακινήσεων με το βάθος, απαιτείται η τοποθέτηση πολλών αγκυρίων πακτωμένων σε διαφορετικά βάθη. Τέλος, δεν είναι δυνατή η διείσδυση του αγκυρίου σε σκληρά εδάφη και έτσι η χρήση του περιορίζεται μόνο στα μαλακά Κλισιόμετρα (inclinometers) Πρόκειται για διατάξεις υψηλής ακρίβειας που εγκαθίστανται μέσα σε μια γεώτρηση με αποστολή την καταγραφή της μετακίνησης εγκάρσια στον άξονά τους. ΧΡΗΣΗ Η χρήση τους είναι πολλαπλή και ιδιαιτέρως δημοφιλής. Ειδικότερα, βρίσκουν εφαρμογή στις ακόλουθες περιπτώσεις: - Σε περιπτώσεις κατολισθήσεων όπου προσδιορίζεται η εξέλιξη του φαινομένου και γίνεται εντοπισμός του κύκλου ολίσθησης. - Σε χωμάτινες κατασκευές (φράγματα, επιχώματα) για να εντοπιστούν πιθανές αστοχίες πρανών και να ελεγχθούν οι παράμετροι που υιοθετήθηκαν κατά το σχεδιασμό. - Σε κατασκευές αντιστήριξης (τοίχοι βαρύτητας, διαφράγματα, οπλισμένη γη κτλ.) τόσο για τον έλεγχο της ίδιας της κατασκευής, όσο και για την ασφάλεια των παρακείμενων κτιρίων. - Κατά τη διάνοιξη σήραγγας με στόχο την εκτίμηση του κινδύνου υπερεκσκαφής, καθώς και των ενδεχόμενων συγκλίσεων των παρειών της σήραγγας, ώστε να εκτιμηθεί η ενδεχόμενη λήψη πρόσθετων μέτρων υποστήριξης. Σελίδα 24

26 2ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση γεωτεχνικών έργων Σχήμα 2.6 : Πεδία εφαρμογής κλισιόμετρων ΔΙΑΤΑΞΗ Κάθε διάταξη κλισιόμετρου αποτελείται από τέσσερα κύρια στοιχεία: - την ειδική σωλήνωση, - τη μετρητική βολίδα, - το καλώδιο ελέγχου και - την ψηφιακή μονάδα ανάγνωσης των μετρήσεων. Εικόνα 2.5 : Τυπική διάταξη κλισιόμετρου Η σωλήνωση του κλισιόμετρου, συνήθως από πλαστικό, έχει αύλακες εσωτερικά και κατά μήκος του άξονά της ώστε να εξασφαλίζεται κατ αρχήν η ευθυγράμμιση των στελεχών. Εξυπηρετεί τρεις σκοπούς: α. παρέχει πρόσβαση στη μετρητική τορπίλη επιτρέποντας μετρήσεις στο εσωτερικό του υπεδάφους, Σελίδα 25

27 2ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση γεωτεχνικών έργων β. παραμορφώνεται όπως και το παρακείμενο έδαφος, έτσι ώστε οι μετακινήσεις της σωλήνωσης να αντιπροσωπεύουν τις μετακινήσεις του εδάφους, γ. οι εσωτερικοί αύλακες ελέγχουν τον προσανατολισμό της βολίδας (η εγκατάσταση της σωλήνωσης πρέπει να γίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε το ένα ζεύγος αυλακώσεων να έχει τη διεύθυνση της αναμενόμενης μετακίνησης, Α). Σχήμα 2.7 : Τυπική διατομή σωλήνωσης κλισιόμετρου Η μετρητική βολίδα του φέρει κατάλληλο αισθητήρα για τη μέτρηση της γωνίας που σχηματίζει το σώμα της βολίδας από την κατακόρυφο. Η βολίδα τοποθετείται κατά τη διεύθυνση Α, δηλαδή τη διεύθυνση της αναμενόμενης μετακίνησης, και λαμβάνονται μετρήσεις. Στη συνέχεια, τοποθετείται κατά τη διεύθυνση Β (κάθετη της Α) και οι μετρήσεις επαναλαμβάνονται. Συνήθως οι μετρήσεις πραγματοποιούνται ανά 0.5m κατά μήκος της γεώτρησης. Από τις διαδοχικές μετρήσεις δημιουργείται το προφίλ των οριζόντιων μετακινήσεων με το βάθος. Η μετρητική βολίδα εισέρχεται στη σωλήνωση με τη βοήθεια του καλωδίου ελέγχου. Το καλώδιο αυτό φέρει ενδείξεις ανά 0.50m για τον προσδιορισμό του βάθους της βολίδας. Επίσης, το καλώδιο μεταφέρει ρεύμα και σήματα μεταξύ του αισθητήρα της βολίδας και της ψηφιακής μονάδας ανάγνωσης των μετρήσεων. ΤΕΧΝΙΚΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Σχήμα 2.8 : Τεχνική εγκατάστασης κλισιόμετρου Σελίδα 26

28 2ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση γεωτεχνικών έργων - Άνοιγμα γεώτρησης έως το επιθυμητό βάθος Αν πρόκειται για κατολίσθηση, πρέπει η γεώτρηση να εκτείνεται m βαθύτερα από τη ζώνη ολίσθησης, ενώ αν πρόκειται για τοίχο βαρύτητας, πρέπει πάλι η γεώτρηση να βρίσκεται βαθύτερα από τη βάση του τοίχου κατά 3.0m. Αυτό πραγματοποιείται ώστε το κάτω τμήμα της σωλήνωσης να βρίσκεται σε σταθερό έδαφος και οι μετρήσεις να προσφέρουν ένα επίπεδο αναφοράς. - Καθαρισμός της γεώτρησης - Εγκατάσταση σωλήνωσης στη γεώτρηση Γίνεται με σταδιακή προσαρμογή στελεχών και δακτυλίων σύνδεσης μέχρι το προβλεπόμενο βάθος. Χρειάζεται μια αρχική εκτίμηση για τη διεύθυνση των αναμενόμενων μετακινήσεων ώστε η διεύθυνση Α της σωλήνωσης να ταυτίζεται με αυτήν. Αν και αυτό είναι εύκολο στην περίπτωση των τοίχων αντιστήριξης, πρόκειται για μια δύσκολη διαδικασία στην περίπτωση των κατολισθήσεων. Επίσης, θα πρέπει να διασφαλιστεί ότι η σωλήνωση είναι ευθυγραμμισμένη και δεν έχει περιστραφεί κατά την εγκατάστασή της. Η πιθανότητα περιστροφής της σωλήνωσης αυξάνεται με το μήκος της και με την προχειρότητα εγκατάστασης. Μία ακόμα παράμετρος της σωλήνωσης που πρέπει να καθοριστεί είναι η διάμετρός της. Στο εμπόριο συνήθως υπάρχουν διάμετροι των 48.0, 70.0 και 85.0mm. Μικρής διαμέτρου σωλήνωση συνεπάγεται μικρότερο κόστος αγοράς και εγκατάστασης. Ωστόσο, μια μικρή σωλήνωση ακολουθώντας τις παραμορφώσεις του εδάφους μπορεί να φράξει εύκολα με αποτέλεσμα την αδυναμία διείσδυσης της βολίδας και υλοποίησης των μετρήσεων. Η διάμετρος των 48.0mm ταιριάζει καλύτερα σε μικρής διαμέτρου γεωτρήσεις σε βράχο, σκυρόδεμα κτλ. Συνεπώς, η βέλτιστη επιλογή διαμέτρου σωλήνωσης εξαρτάται από τον τύπο του εδάφους και το μέγεθος των αναμενόμενων μετακινήσεων. - Έγχυση κονιάματος μεταξύ γεώτρησης και σωλήνωσης Το κονίαμα αποτελείται από τσιμέντο, μπετονίτη και νερό. Θεωρητικά, οι μηχανικές ιδιότητες του κονιάματος πρέπει να είναι παρόμοιες με αυτές του περιβάλλοντος εδάφους ώστε η σωλήνωση να ακολουθεί τις παραμορφώσεις του εδάφους. Ωστόσο, κάτι τέτοιο είναι πρακτικά αδύνατο να γίνει. Η γενική αρχή είναι ότι όσο πιο μαλακό είναι το έδαφος, τόσο πιο μεγάλος χρειάζεται να είναι ο λόγος νερού προς τσιμέντο. - Κάλυψη της κεφαλής της σωλήνωσης με καπάκι ΤΡΟΠΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ - Μέτρηση σε συγκεκριμένο βάθος: Ο αισθητήρας που φέρει η βολίδα καταγράφει τη γωνία θ που σχηματίζει το σώμα της βολίδας με την κατακόρυφο. Οπότε, η οριζόντια μετατόπιση Δx που παρουσιάζει το σώμα της βολίδας σε απόσταση L δίνεται από τη σχέση: Δx = L sinθ, όπου L το μήκος μεταξύ των τροχών της βολίδας. Σχήμα 2.9 : Συναγωγή εγκάρσιων μετακινήσεων (α) Σελίδα 27

29 2ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση γεωτεχνικών έργων - Μέτρηση κατά μήκος βάθους γεώτρησης: Για να είναι δυνατή η εξαγωγή συμπερασμάτων από τη χρήση του κλισιόμετρου χρειάζεται ο υπολογισμός των οριζόντιων μετακινήσεων σε όλο το βάθος της γεώτρησης. Αυτό πραγματοποιείται με διαδοχικές μετρήσεις ανά διαστήματα ίσα με την απόσταση μεταξύ των τροχών, L. Ενώνοντας τα δεδομένα από κάθε μέτρηση προκύπτει η συνολική οριζόντια μετακίνηση της επιφάνειας του εδάφους και το προφίλ των οριζόντιων μετακινήσεων με το βάθος. Σχήμα 2.10 : Συναγωγή εγκάρσιων μετακινήσεων (β) 2.5 Μέτρηση πίεσης των πόρων Η πίεση του νερού των πόρων αποτελεί μία από τις πιο καθοριστικές παραμέτρους στη Γεωτεχνική Μηχανική και η γνώση της συνεπάγεται καλύτερη κατανόηση του υδραυλικού καθεστώτος του διερευνούμενου πεδίου και της μηχανικής συμπεριφοράς του εδάφους. Έχει αποδειχθεί ότι αν χρησιμοποιηθούν σωστά και εγκαίρως τα αποτελέσματα των μετρήσεων, είναι δυνατόν να αποφευχθούν αρκετά γεωτεχνικά προβλήματα, όπως στερεοποίηση εδαφών, ολισθήσεις, ερπυσμοί και καθιζήσεις. Τα όργανα που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της πίεσης του νερού των πόρων ονομάζονται πιεζόμετρα. Τα είδη των πιεζόμετρων που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι ανοικτού τύπου (φρεάτια παρατήρησης, Casagrande) ή κλειστού τύπου (υδραυλικά, πνευματικά, ηλεκτρικά) Πιεζόμετρα ανοικτού τύπου (open piezometers) Είναι συσκευές απλής μορφής και χρησιμοποιούνται όταν αναζητείται κατά κύριο λόγο η υψομετρική θέση του υπόγειου ορίζοντα ή της φρεατικής γραμμής και οι εποχιακές διακυμάνσεις τους, καθώς και η ανίχνευση επικραμάμενου ορίζοντα ή αρτεσιανισμού. Σε όλες τις άνω περιπτώσεις η ζητούμενη απόκριση της συσκευής είναι γενικώς μακροχρόνια. Στα πιεζόμετρα ανοικτού τύπου το νερό εισχωρεί από το διάτρητο τμήμα της σωλήνωσης (φίλτρο) έως ότου εξισορροπηθεί με την πιεζομετρική στάθμη. Το ύψος του νερού που αντιστοιχεί στην πιεζομετρική στάθμη καθορίζεται με τη βοήθεια βολίδας που παράγει ήχο μόλις εισέλθει σε αυτό Πηγάδια παρατήρησης (observation wells) Τα πηγάδια παρατήρησης προσφέρουν με εύκολο, απλό και φθηνό τρόπο πληροφορίες σχετικά με τη θέση του υδροφόρου ορίζοντα. Για την κατασκευή ενός πηγαδιού παρατήρησης: - ανοίγεται γεώτρηση, - τοποθετείται ένας πλαστικός ή μεταλλικός σωλήνας που φέρει οπές ώστε να επιτρέπεται η είσοδος του νερού στο σώμα του σωλήνα, - ο σωλήνας καλύπτεται από προστατευτικό κάλυμμα που εμποδίζει το νερό της βροχής να εισέλθει στο εσωτερικό του σωλήνα, αλλά ταυτόχρονα επιτρέπει τον αερισμό, Σελίδα 28

30 2ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση γεωτεχνικών έργων - ο χώρος ανάμεσα στο σωλήνα και στη γεώτρηση γεμίζει με διαπερατό υλικό (χονδρόκοκκα αδρανή) ώστε να επιτρέπεται η εύκολη ροή του νερού, - επιφανειακά τοποθετείται αδιαπέρατο κονίαμα ώστε να αποτρέπεται η διείσδυση του νερού της βροχής στη γεώτρηση - ο καθορισμός της στάθμης του νερού στο σωλήνα γίνεται με χρήση ειδικής βολίδας που εισέρχεται στη σωλήνωση και παράγει ηχητικό σήμα μόλις εισέλθει στο νερό. Σχήμα 2.11 : Τυπική διάταξη πηγαδιού παρατήρησης Το βασικό μειονέκτημα που παρουσιάζουν τα πηγάδια παρατήρησης είναι ότι μπορεί να οδηγήσουν σε παραπλανητικά αποτελέσματα σε περιπτώσεις εδαφών με διαφορετική διαπερατότητα. Η γεώτρηση δημιουργεί μια κατακόρυφη στήλη μεγάλης διαπερατότητας. Αν τα εδάφη που διαπερνά έχουν διαφορετική διαπερατότητα, τότε το ύψος του νερού που θα καταγραφεί, θα αφορά αυτό του εδάφους με τη χαμηλότερη διαπερατότητα. Έτσι, τα αποτελέσματά του μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο σε εδάφη με ομοιόμορφη διαπερατότητα Πιεζόμετρα ανοικτού σωλήνα (open standpipe piezometers) Η λειτουργία του πιεζόμετρου ανοικτού σωλήνα είναι παρόμοια με αυτή των πηγαδιών παρατήρησης με τη σημαντική διαφορά ότι δεν επιτρέπεται η κατακόρυφη κίνηση του νερού λόγω της παρουσίας αδιαπέρατων κονιαμάτων. Σχήμα 2.12 : Τεχνική εγκατάστασης πιεζόμετρου ανοικτού σωλήνα Casagrande Σελίδα 29

31 2ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση γεωτεχνικών έργων Συγκεκριμένα: - Στο χώρο κοντά στο πιεζόμετρο τοποθετείται άμμος που επιτρέπει το νερό να κινείται εύκολα στην οριζόντια διεύθυνση και να μειώνεται ο χρόνος απόκρισης του πιεζόμετρου, - πάνω από την άμμο τοποθετείται μπετονίτης με νερό που δημιουργεί ένα αδιαπέρατο μείγμα και αποτρέπει την κίνηση του νερού κατά την κατακόρυφη διεύθυνση, - πιο πάνω τοποθετείται μείγμα τσιμέντου, μπετονίτη και νερού προσφέροντας στεγανότητα και μηχανικές ιδιότητες παρόμοιες με αυτές του εδάφους, - η στήλη του νερού μέσα στο σωλήνα αντιπροσωπεύει την πίεση του νερού στο συγκεκριμένο βάθος που βρίσκεται το πιεζόμετρο. Για να μετρηθεί η πίεση του νερού των πόρων στο βάθος που βρίσκεται το πιεζόμετρο απαιτείται ο προσδιορισμός της στάθμης του νερού μέσα στο σωλήνα. Η μέτρηση αυτή πραγματοποιείται με κατάλληλες βολίδες όπως και στα πηγάδια παρατήρησης. Το συγκεκριμένο όργανο μέτρησης προσφέρει αξιοπιστία σε συνδυασμό με την εύκολη και φθηνή τοποθέτηση. Ωστόσο, δεν ενδείκνυται για μετρήσεις σε περιπτώσεις όπου η πίεση πόρων παρουσιάζει γρήγορες μεταβολές. Επίσης, για να καταγραφεί η πίεση του νερού των πόρων απαιτείται ροή του νερού από το έδαφος μέσα στο σωλήνα. Αν το έδαφος είναι αργιλικό, η ροή του νερού θα ολοκληρωθεί μετά από αρκετό χρονικό διάστημα. Συνεπώς, το όργανο παρουσιάζει αργή απόκριση Πιεζόμετρα κλειστού τύπου (closed piezometers) Είναι συσκευές κλειστού κυκλώματος διαφόρων τύπων. Χρησιμοποιούνται όταν αναζητείται η καταγραφή της ταχείας διακύμανσης των πιέσεων πόρων στα διάφορα στάδια της κατασκευής. Η ζητούμενη απόκριση της συσκευής είναι, λοιπόν, βραχυχρόνια και οι απαιτήσεις στην ακρίβεια των μετρήσεων είναι αυξημένες. Διακρίνονται σε υδραυλικά, πνευματικά και ηλεκτρονικά Πνευματικά πιεζόμετρα (pneumatic piezometers) ΔΙΑΤΑΞΗ Κάθε διάταξη πνευματικού πιεζόμετρου αποτελείται από: - το εύκαμπτο διάφραγμα, - το δίδυμο σωλήνα, - το μετρητή πιέσεων. Εικόνα 2.6 : Πνευματικό πιεζόμετρο ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Η διαδικασία εγκατάστασής τους είναι παρόμοια, με αυτήν των πιεζόμετρων ανοικτού σωλήνα. Η διαφορά τους είναι ότι τα πνευματικά πιεζόμετρα δε χρειάζονται το φίλτρο άμμου καθώς μια και μόνο μικρή ποσότητα νερού μπορεί να προσφέρει ικανοποιητικές μετρήσεις. Τοποθετείται, επομένως, μόνο το μείγμα τσιμέντου, μπετονίτη και νερού γεγονός που επιτρέπει την πιο γρήγορη, οικονομική και χωρίς σφάλματα τοποθέτηση. Το μείγμα πρέπει να έχει το μέγιστο μία με δύο τάξεις μεγαλύτερη διαπερατότητα από το έδαφος. Σχήμα 2.13 : Διάταξη πνευματικού πιεζόμετρου Σελίδα 30

32 2ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση γεωτεχνικών έργων ΤΡΟΠΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Το πιεζόμετρο βρίσκεται μέσα στο έδαφος και δέχεται εξωτερικά την πίεση του νερού των πόρων αναγκάζοντας το διάφραγμα να καμφθεί προς το εσωτερικό. Για να μετρηθεί η πίεση πόρων, προσαρτάται στο όργανο μια ειδική συσκευή που τροφοδοτεί με άζωτο το σωλήνα εισόδου. Η πίεση του αζώτου αυξάνεται βαθμιαία έως ότου η τιμή της ξεπεράσει την πίεση των πόρων και το διάφραγμα καμφθεί προς τα έξω, επιτρέποντας τη ροή του αζώτου προς το σωλήνα εξόδου. Όταν η συσκευή αντιληφθεί την παρουσία αζώτου στο σωλήνα εξόδου σταματάει την τροφοδοσία του αερίου μειώνοντας την πίεσή του και το διάφραγμα σταδιακά επανέρχεται στην αρχική του θέση. Η πίεση του νερού των πόρων ισούται με την πίεση του αζώτου τη στιγμή που το διάφραγμα επανέλθει στην αρχική του θέση σταματώντας τη ροή του αζώτου. ΑΛΛΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Τα πνευματικά πιεζόμετρα χαρακτηρίζονται γενικώς από το μικρό χρόνο υστέρησης ακόμα και υπό συνθήκες παγετού. Είναι απλά και εύκολα στο χειρισμό τους, σχετικά φθηνά και με σημαντική μακροχρόνια ευστάθεια και δεν απαιτείται εξαερισμός των σωλήνων. Ωστόσο, δεν έχουν τη δυνατότητα μέτρησης αρνητικών πιέσεων Ηλεκτρονικά πιεζόμετρα (electrical piezometers) ΔΙΑΤΑΞΗ Κάθε διάταξη πνευματικού πιεζόμετρου αποτελείται από: - το εύκαμπτο διάφραγμα, - τον αισθητήρα (δονούμενης χορδής ή ηλεκτρικής αντίστασης) ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Εικόνα 2.7 : Ηλεκτρονικό πιεζόμετρο Η διαδικασία εγκατάστασής τους είναι παρόμοια, με αυτήν των πιεζόμετρων ανοικτού σωλήνα. Στην περίπτωση μαλακών εδαφών δεν απαιτείται η τοποθέτηση άμμου καθώς το πιεζόμετρο μπορεί να διεισδύσει στο επιθυμητό βάθος από το τέλος της γεώτρησης. Σχήμα 2.14 : Διάταξη ηλεκτρονικού πιεζόμετρου ΤΡΟΠΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Το πιεζόμετρο βρίσκεται μέσα στο έδαφος και δέχεται εξωτερικά την πίεση του νερού των πόρων αναγκάζοντας το διάφραγμα να καμφθεί προς το εσωτερικό. Η καμπυλότητα του Σελίδα 31

33 2ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση γεωτεχνικών έργων διαφράγματος εκτιμάται με τον αισθητήρα παραμόρφωσης. Ανάλογα με τον αισθητήρα, σταθερές συνδέουν την εκτιμώμενη παραμόρφωση με την πίεση του νερού των πόρων. ΑΛΛΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Τα ηλεκτρονικά πιεζόμετρα χαρακτηρίζονται από τον πολύ μικρό χρόνο υστέρησης (ακόμη και της τάξεως μεγέθους χιλιοστών του δευτερολέπτου) και είναι εύκολα στη χρήση. Εφόσον δεν παρεμβάλλεται νερό στη λειτουργία τους, δε δημιουργούν προβλήματα κατά την ψύξη του νερού. Προσφέρουν τη δυνατότητα μέτρησης και αρνητικών πιέσεων. Ωστόσο, η μακροχρόνια χρήση τους παρουσιάζει κάποια προβλήματα που λύνονται με προσθήκη ειδικών διατάξεων. Τέλος, η ηλεκτρονική φύση του οργάνου το καθιστά επιρρεπή σε κεραυνούς και απαιτείται προστασία. 2.6 Μέτρηση δύναμης - φορτίου Η μέτρηση του φορτίου υλοποιείται μέσω ειδικών συσκευών οι οποίες εγκαθίστανται κατά κανόνα εκτός της γεωμάζας ούτως ώστε το φέρον τη δύναμη στοιχείο να διέρχεται μέσα από τη συσκευή. Στην κατηγορία αυτή το συχνότερα απαντώµενο όργανο μέτρησης είναι οι κυψέλες φορτίου (load cells), οι οποίες χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο και την καταγραφή του επιβαλλόμενου φορτίου σε ελκυστήρες, αγκύρια βράχου, αγκύρια εδάφους, αντηρίδες, πασσάλους και επενδύσεις σηράγγων. Εικόνα 2.8 : Κυψέλες μέτρησης φορτίου Μετρητές φορτίου αγκυρίου: Οι μετρητές φορτίου αγκυρίου αποτελούνται συνήθως από έναν κυλινδρικό δακτύλιο χάλυβα ή αλουμινίου. Η μέτρηση επιτυγχάνεται είτε από ηλεκτρική αντίσταση είτε από δονούμενη χορδή. Επίσης, υπάρχουν μετρητές φορτίου υδραυλικού τύπου, στους οποίους η επιβαλλόμενη εξωτερική φόρτιση μετατρέπεται σε πίεση του υγρού που υπάρχει μέσα στον δακτύλιο. Εικόνα : Μετρητές φορτίου Μετρητής φορτίου αγκυρίου σε βράχο Σελίδα 32

34 2ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση γεωτεχνικών έργων 2.7 Μέτρηση ολικής τάσης Η ολική τάση στο έδαφος μετράται είτε στο εσωτερικό της γεωμάζας είτε στη διεπιφάνεια εδάφους κατασκευής, όπως η μέτρηση της τάσης εδάφους σε επαφή με τοίχους αντιστήριξης, πασσαλότοιχους, διαφράγματα, αντιστηρίξεις εκσκαφών και επιφανειακές θεμελιώσεις. Η μέτρηση της τάσης στο εσωτερικό της γεωμάζας ή στη διεπιφάνεια επαφής με την όποια γεωτεχνική κατασκευή προϋποθέτει την παρουσία ενός αισθητήρα ο οποίος δέχεται την ασκούμενη πίεση. Για τη σωστή μέτρηση των τάσεων στο έδαφος τα όργανα μέτρησης πρέπει να καλύπτουν μερικές απαιτήσεις: 1. Η δυσκαμψία του οργάνου χρειάζεται να είναι παρόμοια με αυτήν του εδάφους ώστε η εντατική κατάσταση στο έδαφος να μη μεταβληθεί σημαντικά με την παρουσία του οργάνου. Η ικανοποίηση αυτής της απαίτησης, όμως, είναι δυσχερής μιας και ο προσδιορισμός της δυσκαμψίας του εδάφους είναι δύσκολος και η παραγγελία αντίστοιχου οργάνου αρκετά δαπανηρή. 2. Η επιφάνεια των μεμβρανών χρειάζεται να είναι μεγάλη για να εξομαλύνονται οι τοπικές ανομοιομορφίες των τάσεων. Η απαίτηση, όμως, αυτή μπορεί να έρθει σε αντίθεση με την πρώτη εφόσον η μεγάλη επιφάνεια συνεπάγεται και μεγάλη δυσκαμψία. 3. Το όργανο πρέπει να τοποθετηθεί στο έδαφος χωρίς να μεταβάλει το τασικό πεδίο. Αυτό ουσιαστικά σημαίνει την κάλυψή του με έδαφος ίδιου βάρους και πυκνότητας με το αρχικό, γεγονός αδύνατο στην πράξη. Καταληκτικά, μπορούμε να πούμε ότι οι απαιτήσεις είναι σχεδόν αδύνατον να υλοποιηθούν στην πράξη και οι εφαρμογές των οργάνων αυτών περιορίζονται μόνο στην περίπτωση επιχωμάτων Θαμμένος αισθητήρας πίεσης (embedment earth pressure cells) Άμεση μέτρηση στο εσωτερικό της γεωμάζας ΔΙΑΤΑΞΗ Αποτελείται από: - Δύο δύσκαμπτες κυκλικές μεμβράνες - Αισθητήρα πίεσης ΤΡΟΠΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Οι δύο δύσκαμπτες κυκλικές μεμβράνες ενώνονται στεγανά με ένα μεταλλικό δίσκο. Ο χώρος ανάμεσα στις μεμβράνες γεμίζεται με ασυμπίεστο υγρό, συνεπώς η τάση που ασκείται από το έδαφος ισούται με την τάση που αναπτύσσεται στο υγρό. Η τάση αυτή μετράται με τον αισθητήρα. Εικόνα 2.11 : Θαμμένος αισθητήρας πίεσης Αισθητήρας πίεσης επαφής (contact earth pressure cells) Έμμεση μέτρηση (τάση σε κάποια κατασκευή) στη διεπιφάνεια επαφής εδάφους - κατασκευής Σελίδα 33

35 2ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση γεωτεχνικών έργων Τα όργανα μέτρησης τάσεων αυτού του τύπου, που προσαρτώνται δηλαδή σε κατασκευές, παρουσιάζουν την ίδια λογική με τα προηγούμενα. Οι μόνες ίσως διαφορές είναι ότι: α. φέρουν διατάξεις για την εύκολη τοποθέτησή τους στην κατασκευή β. οι απαιτήσεις σχετικά με τη μεταβολή του τασικού πεδίου περιορίζονται. Έτσι, επιτυγχάνεται η μέτρηση των τάσεων με μεγαλύτερη ακρίβεια από πριν. Εικόνα 2.12 : Αισθητήρας πίεσης επαφής 2.8 Μέτρηση σύγκλισης Μια σημαντική μέτρηση παραμόρφωσης κατά τη διάρκεια κατασκευής μιας σήραγγας είναι οι συγκλίσεις, δηλαδή η συμπεριφορά της εξωτερικής επένδυσής της. Μεταξύ των διαφόρων μεθόδων ενόργανης παρακολούθησης σηράγγων οι μετρήσεις των συγκλίσεων έχουν εμπειρικά αποδειχτεί οι πιο χρήσιμες για τρεις κυρίως λόγους: - Αποτελούν μια άμεσα και σχετικώς εύκολα μετρούμενη ποσότητα - Παρέχουν πληροφορίες για τη συνολική μετακίνηση του εδάφους εντός της μετρούμενης. - Ελέγχουν την αποτελεσματικότητα των μέτρων αντιστήριξης. Οι μετρήσεις των συγκλίσεων επιτυγχάνονται με τρεις τρόπους: 1. Με γεωδαιτικές μεθόδους 2. Με επιμηκυνσιόμετρο ταινίας 3. Με το σύστημα μέτρησης συγκλίσεων Bassett Γεωδαιτικές μέθοδοι Πραγματοποιούνται μετρήσεις κατά τις τρεις διευθύνσεις x, y, z. Για το σκοπό αυτό τοποθετούνται στο εσωράχιο της σήραγγας ακίδες επί των οποίων είναι δυνατόν να εφαρμοστούν ανακλαστήρες. Με χρήση θεοδόλιχου μετρώνται οι απόλυτες συντεταγμένες των σημείων και υπολογίζονται οι οριζόντιες και κατακόρυφες μετακινήσεις και οι συγκλίσεις. Οι απόλυτες συντεταγμένες καταγράφονται αυτόματα δια μέσου καταγραφικού στο γεωδαιτικό σταθμό και έπειτα μεταφέρονται στον Η/Υ. Με τη χρήση της μεθόδου μπορεί να επιτευχθεί ακρίβεια +/- 2.0mm η οποία είναι ικανοποιητική για τη διερεύνηση της αντίδρασης του εδάφους και της επάρκειας των μέτρων αντιστήριξης. Οι μετρήσεις (συγκλίσεις χωροσταθμήσεις) λαμβάνονται τακτικά αναλόγως των γεωλογικών σχηματισμών. Σε δυσμενείς συνθήκες γίνεται πύκνωση των σταθμών παρακολούθησης των συγκλίσεων. Οι μετακινήσεις που καταγράφονται συγκρίνονται με τις θεωρητικά υπολογισθείσες τιμές για να ελεγχθούν οι τιμές σχεδιασμού. Σελίδα 34

36 2ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση γεωτεχνικών έργων Επιμηκυνσιόμετρο ταινίας (tape extensometer) Το επιμηκυνσιόμετρο ταινίας καταγράφει τις μετακινήσεις μεταξύ δύο σταθερών σημείων αναφοράς. Συσχετίζοντας τις μετρήσεις για διάφορα σημεία προκύπτουν οι συγκλίσεις στη σήραγγα. Οι συγκλίσεις μπορούν να υπολογιστούν και με χρήση επιμηκυνσιόμετρων, ωστόσο η τοποθέτησή τους είναι πολύ πιο δύσκολη. Στην περίπτωση αυτή οι καταγραφόμενες μετακινήσεις αφορούν το σύνολο των μετακινήσεων του εδαφικού σχηματισμού που περιβάλλει τη σήραγγα και όχι μόνο τις σχετικές μετακινήσεις της επένδυσης της σήραγγας. Σχήμα 2.15 : Διάταξη επιμηκυνσιόμετρου ταινίας σε σήραγγα ΤΡΟΠΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ - Τοποθέτηση των σημείων αναφοράς στην επένδυση της σήραγγας Για την ακριβή μέτρηση με επιμηκυνσιόμετρο απαιτείται η σωστή πάκτωση των σημείων αναφοράς στην επένδυση της σήραγγας. Τα σημεία αυτά παραμένουν μόνιμα στην επένδυση και χρειάζεται προσοχή ώστε να μην μετακινηθούν κατά την εκτέλεση διαφόρων εργασιών στη σήραγγα. Η σταθερότητά τους ελέγχεται σε συγκεκριμένη τάση. - Τοποθέτηση των αγκίστρων του οργάνου στα σημεία αναφοράς και ανάγνωση της ένδειξης Το όργανο φέρει δυο άγκιστρα που δένονται στα σημεία αναφοράς. Η μετροταινία που φέρει το όργανο ξετυλίγεται καθώς αυτό συνδέεται με το δεύτερο άγκιστρο. Ο χειριστής ασκεί κατάλληλη εφελκυστική δύναμη στη μετροταινία. Στο όργανο αναγράφεται η μέτρηση. Το επιμηκυνσιόμετρο ταινίας είναι ανθεκτικό, ελαφρύ και εύκολο στη χρήση. Οι μετρήσεις αφορούν μόνο σχετικές μετακινήσεις και για τον ακριβή προσδιορισμό της θέσης των σημείων αναφοράς απαιτείται η χρήση γεωδαιτικών μεθόδων. Εικόνα 2.13 : Επιμηκυνσιόμετρο ταινίας Σελίδα 35

37 2ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στην ενόργανη παρακολούθηση γεωτεχνικών έργων Σύστημα μέτρησης συγκλίσεων Bassett (Bassett Convergence System) Το σύστημα μέτρησης συγκλίσεων Bassett βρίσκει εφαρμογή αποκλειστικά στις σήραγγες. ΔΙΑΤΑΞΗ Το σύστημα Bassett αποτελείται από: - Ένα μακρύ βραχίονα που φέρει EL αισθητήρα - Έναν κοντό βραχίονα που φέρει EL αισθητήρα - Σημεία αναφοράς πακτωμένα στην επένδυση ΤΡΟΠΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Το ένα άκρο από κάθε βραχίονα είναι δεμένο αρθρωτά με τα σημεία αναφοράς, όπως φαίνεται στο σχήμα. Τα σημεία αναφοράς πρέπει να βρίσκονται στην ίδια διατομή της σήραγγας. Οι δυο βραχίονες σχηματίζουν ένα νοητό τρίγωνο, του οποίου οι δυο πλευρές (αυτές με τους βραχίονες) είναι σταθερές. Γνωρίζοντας την κλίση των πλευρών αυτών είναι δυνατόν να υπολογιστεί το μήκος και η κλίση της τρίτης πλευράς που αντιπροσωπεύει τη μετακίνηση μεταξύ των δυο σημείων αναφοράς. Το σύστημα Bassett παρουσιάζει πολλά πλεονεκτήματα με κυριότερο το ότι βρίσκεται μόνιμα τοποθετημένο στη σήραγγα, εφόσον δεν παρεμβάλλεται στις εργασίες πεδίου. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη συνεχή λήψη δεδομένων, αν στο σύστημα τοποθετηθεί ειδική συσκευή καταγραφής τους. Επίσης, αν οι βραχίονες σχηματίζουν κλειστό κύκλο, υπάρχει μια εκτίμηση του σφάλματος στις μετρήσεις και μερικής διόρθωσής του. Οι μετρήσεις αφορούν μόνο σχετικές μετακινήσεις και για τον ακριβή προσδιορισμό της θέσης των σημείων αναφοράς απαιτείται η χρήση γεωδαιτικών μεθόδων. Σχήμα 2.16 : Σύστημα μέτρησης συγκλίσεων Bassett Σελίδα 36

38 3ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στις υπόγειες ανοικτές εκσκαφές και αντιστηρίξεις 3ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στις υπόγειες ανοικτές εκσκαφές και αντιστηρίξεις 3.1 Εισαγωγικά Η έντονη οικιστική δόμηση και οι ανακατασκευές κτιρίων μέσα σε ήδη διαμορφωμένο αστικό ιστό χαρακτηρίζει την ανάπτυξη των πόλεων τις τελευταίες δεκαετίες και οδηγεί συχνά στην ανάγκη επεμβάσεων που επηρεάζουν τις ήδη υπάρχουσες κατασκευές. Οι επεμβάσεις αυτές, σε συνδυασμό µε τις αυξανόμενες απαιτήσεις των κτιρίων σε εγκαταστάσεις και σε θέσεις στάθμευσης, απαιτούν όλο και συχνότερα την εκτέλεση υπόγειων εκσκαφών σε πυκνά δομημένο αστικό περιβάλλον. Κατά την εξέταση των υπόγειων εκσκαφών πρέπει να διασφαλίζεται η σταθερότητα της ίδιας της εκσκαφής, ενώ το έργο αντιστήριξης πρέπει να σχεδιάζεται και να κατασκευάζεται με τέτοιο τρόπο ώστε να αποφεύγονται οι αστοχίες των γειτονικών κατασκευών και δικτύων. Επίσης, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η επίδραση της μείωσης της στάθμης του υδροφόρου ορίζοντα προκειμένου να επιτευχθεί η ενίσχυση του εδάφους και να μειωθεί η διαπερατότητά του. Για τους ανωτέρω λόγους κατά την τελευταία δεκαετία παρατηρείται σημαντική αύξηση των ερευνητικών προσπαθειών για τη διερεύνηση της εντατικής και παραµορφωσιακής κατάστασης των πλευρικά αντιστηριζόµενων εδαφικών μαζών και των όμορων κατασκευών. Το ερευνητικό ενδιαφέρον, επικεντρώνεται: - στην ανάπτυξη νέων συστημάτων αντιστήριξης, - στον προσδιορισμό της κατανομής των εδαφικών ωθήσεων στο σύστημα αντιστήριξης, - στη συμπεριφορά των συστημάτων αυτών καθώς και - στην κατανομή των μετακινήσεων των εδαφικών μαζών που περιβάλλουν την εκσκαφή και επηρεάζουν γειτονικά κτίρια και κατασκευές. Η συμβολή των διαφόρων αναλυτικών προσεγγίσεων (Θεωρία Πλαστικότητας, Μέθοδος Πεπερασμένων Στοιχείων, Μέθοδος Πεπερασµένων Διαφορών κλπ.) στον προσδιορισμό των αναμενόμενων μετακινήσεων της κατασκευής αντιστήριξης και του περιβάλλοντος της εκσκαφής, δε θα είχε πρακτική αξία αν δε συνδυαζόταν µε μετρήσεις της πραγματικής συμπεριφοράς του συστήματος αντιστήριξης και των αντιστηριζόµενων εδαφικών μαζών. 3.2 Τύποι αντιστηρίξεων Η επιλογή του τύπου αντιστήριξης εξαρτάται κυρίως από τα γεωτεχνικά χαρακτηριστικά της περιοχής που πρόκειται να κατασκευαστεί το έργο, τη θέση του έργου, τις απαιτήσεις αντιστήριξης και τη δυνατότητα χρήσης μέσων για την εφαρμογή της αντιστήριξης. Οι διάφοροι χρησιμοποιούμενοι τύποι αντιστηρίξεων εδαφικών μαζών είναι συνοπτικά οι εξής: Τοίχοι βαρύτητας: Σχήμα 3.1 : Διάφοροι τύποι τοίχων βαρύτητας Είναι μόνιμες κατασκευές και οι παλαιότερα χρησιμοποιούμενες. Η αντίστασή τους προέρχεται από το ίδιο βάρος τους, είναι ογκώδεις, προϋποθέτουν ανοχή στις μετακινήσεις και υφίστανται αυξημένη καταπόνηση σε σεισμό. Σελίδα 37

39 3ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στις υπόγειες ανοικτές εκσκαφές και αντιστηρίξεις Τοίχοι οπλισμένου σκυροδέματος: Επιτελούν την ίδια περίπου λειτουργία με τους τοίχους βαρύτητας, μόνο που αυτοί κατασκευάζονται από οπλισμένο σκυρόδεμα το οποίο παραλαμβάνει τις καταπονήσεις. Σχήμα 3.2 : Διάφοροι τύποι τοίχων οπλ. σκυροδέματος Αυτοφερόμενα πετάσματα: Χρησιμοποιούνται σε προσωρινές αντιστηρίξεις για σχετικά μικρού βάθους εκσκαφές. Οι ωθήσεις των γαιών εξισορροπούνται από το κατάντη έδαφος κατά μήκος της έμπηξης και έχουν περιορισμένη εφαρμογή λόγω των μεγάλων πλευρικών μετακινήσεων που επιτρέπουν. Σχήμα 3.3 : Αυτοφερόμενο πέτασμα Πετάσματα με αγκύρωση κεφαλής: Χρησιμοποιούνται σε προσωρινές ή μόνιμες αντιστηρίξεις. Οι ωθήσεις των γαιών εξισορροπούνται από το κατάντη έδαφος κατά μήκος της έμπηξης και από το αγκύριο. Εφαρμόζονται συχνά στην κατασκευή λιμενικών έργων και επιτρέπουν μέτριες μετακινήσεις. Σχήμα 3.4 : Πέτασμα με αγκύρωση κεφαλής Πετάσματα με πολλαπλή αγκύρωση ή αντιστήριξη: Χρησιμοποιούνται σε προσωρινές ή μόνιμες αντιστηρίξεις και εφαρμόζονται κυρίως σε εκσκαφές εντός κατοικημένων περιοχών. Οι ωθήσεις των γαιών εξισορροπούνται από το κατάντη έδαφος κατά μήκος της έμπηξης και από τα αγκύρια ή τις αντιστηρίξεις σε διάφορα σημεία καθ ύψος ή και στην κεφαλή. Σε περίπτωση που δεν έχουμε επαρκές μήκος έμπηξης κάτω από το επίπεδο εκσκαφής (διαφραγματικοί τοίχοι, τοίχοι τύπου Βερολίνου κτλ.) δεν υπάρχει εξισορρόπηση από το κατάντη έδαφος. Σχήμα 3.5 : Αντιστηρίξεις με πολλαπλή αγκύρωση Οι συνηθέστερες αντιστηρίξεις αυτού του τύπου είναι: Διαφραγματικοί τοίχοι Σελίδα 38

40 3ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στις υπόγειες ανοικτές εκσκαφές και αντιστηρίξεις Τοίχοι τύπου Βερολίνου Πασσαλότοιχοι από αλληλοτεμνόμενους ή εφαπτόμενους πασσάλους σκυροδέματος Διαφράγματα μεταλλικών πασσαλοσανίδων 3.3 Εσωτερικά Συστήματα Αντιστήριξης Η αντιστήριξη των διαφραγμάτων που αναφέρθηκαν μπορεί να γίνει με τους παρακάτω τρόπους: α. Σύστημα αγκυρώσεων Βασικό κριτήριο για την επιλογή του εν λόγω συστήματος αποτελεί η ύπαρξη χώρου για την εξασφάλιση της ζώνης ασφαλούς πάκτωσης (όμορες κατασκευές, δίκτυα κοινής ωφέλειας κτλ.). Εικόνα 3.1 : Διάτρηση αγκυρίων β. Σύστημα μεταλλικών αντηρίδων Εφαρμόζεται κυρίως στις εκσκαφές μεγάλων ανοιγμάτων και όταν η χρησιμοποίηση αντηρίδων γίνεται προβληματική τόσο οικονομικά, όσο και τεχνικά (φαινόμενο λυγισμού). Οι αγκυρώσεις μπορούν να είναι μόνιμες ή προσωρινές, παθητικές ή προεντεταμένες. Το εν λόγω σύστημα μεταφέρει τις αναπτυσσόμενες τάσεις μεταξύ των διαφραγμάτων μέσω των θλιπτικών διαφραγμάτων. Όπως και στις αγκυρώσεις, η τοποθέτηση των μεταλλικών αντηρίδων γίνεται σταδιακά, σε συγκεκριμένες στάθμες ανάλογα με το βάθος εκσκαφής. Η χρήση αντηρίδων ενδείκνυται σε στενές εκσκαφές και όταν δεν είναι εφικτή η λύση των αγκυρώσεων. Αντιθέτως, σε μεγάλα ανοίγματα εκσκαφής (>20.0m) οι αντηρίδες δεν εφαρμόζονται λόγω της παρουσίασης του φαινομένου καμπύλωσης λυγισμού. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται κατά το σχεδιασμό στην επιρροή της θερμικής συστολής διαστολής των αντηρίδων. Εικόνα 3.2 : Αντιστήριξη με μεταλλικές αντηρίδες Στα πλεονεκτήματα του εν λόγω συστήματος συγκαταλέγονται η μικρή διάρκεια τοποθέτησης και η δυνατότητα επαναχρησιμοποίησης τους. γ. Μέθοδος Top-Down Η μέθοδος αυτή εξασφαλίζει τις απαιτήσεις έναντι μη καταβιβασμού του υδροφόρου ορίζοντα και την ελαχιστοποίηση των οριζόντιων και κατακόρυφων μετακινήσεων στην επιφάνεια. Εικόνα 3.3 : Μέθοδος Top - Down Εφαρμόζεται στις περιπτώσεις μεγάλων ανοιγμάτων (>20.0m) όπου η αντιστήριξη με μεταλλικές αντηρίδες δεν ενδείκνυται και στις περιπτώσεις που η εφαρμογή του συστήματος αγκυρώσεων δεν είναι εφικτή. Το ρόλο της αντιστήριξης αναλαμβάνουν οι πλάκες της κατασκευής. Σελίδα 39

41 3ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στις υπόγειες ανοικτές εκσκαφές και αντιστηρίξεις Η διαδικασία εφαρμογής της μεθόδου έχει ως εξής: Κατασκευάζονται από την επιφάνεια του εδάφους και περιμετρικά της εκσκαφής που θα ακολουθήσει τα κατακόρυφα στοιχεία αντιστήριξης (διαφραγματικοί τοίχοι, πάσσαλοι κτλ.). Γίνεται μια πρώτη εκσκαφή μέχρι τη στάθμη έδρασης της πλάκας οροφής. Αναλόγως του βάθους της εκσκαφής μπορεί να χρειαστεί μια μικρή αντιστήριξη των παρειών. Σκυροδετείται η πλάκα οροφής επί του πυθμένα εκσκαφής. Η πλάκα συνδέεται με την περιμετρική αντιστήριξη και στηρίζεται επ αυτής διαμορφώνοντας κόμβο. Είναι δυνατόν, αν απαιτηθεί να γίνει επίχωση πάνω από την πλάκα οροφής και αποκατάσταση της επιφάνειας του εδάφους. Στη συνέχεια ξεκινά η εκσκαφή κάτω από την πλάκα οροφής μέσω του ανοίγματος που έχει αφεθεί σε κάποιο σημείο. Κατασκευάζονται διαδοχικά οι ενδιάμεσες πλάκες, και παράλληλα τοποθετούνται τα απαιτούμενα στοιχεία αντιστήριξης (πχ. αγκύρια, αντηρίδες). Η σύνδεση των ενδιάμεσων πλακών και της πλάκας πυθμένα με τα διαφράγματα γίνεται μέσω συνδέσμων επέκτασης οπλισμού σε κατάλληλες κατασκευαστικές εγκοπές. Μετά την ολοκλήρωση της κατασκευής των ενδιάμεσων πλακών των ορόφων και αφού τελειώσει η εκσκαφή ολόκληρου του ορύγματος ξεκινά η κατασκευή των εναπομείναντων στοιχείων του μόνιμου φορέα (πλάκα θεμελίωσης, πλευρικά τοιχώματα). Στην περίπτωση των διαφραγματικών τοίχων ως πλευρική αντιστήριξη δεν κατασκευάζονται άλλοι μόνιμοι τοίχοι, καθώς οι ίδιοι παίζουν το ρόλο της τελικής περιμετρικής κατασκευής. Οι εκσκαφές εκτελούνται με τέτοιο τρόπο ώστε να μη διαταράσσεται το γειτονικό έδαφος. Επίσης, ειδική φροντίδα πρέπει να λαμβάνεται όταν η εκσκαφή γίνεται κοντά στους πασσάλους ή στους διαφραγματικούς τοίχους ώστε να μην επηρεαστούν. Τέλος, όταν η εκσκαφή φτάνει στα επίπεδα που απαιτούνται πρόσθετα μέτρα, η εκσκαφή πρέπει να διακόπτεται και να εφαρμόζονται άμεσα τα μέτρα υποστήριξης σύμφωνα με τη μελέτη. Εξίσου σημαντικό ζήτημα είναι αυτό των υδάτων αφού για να αποφευχθεί ο κίνδυνος εισροών στην εκσκαφή διενεργούνται πολλές φορές αντλήσεις. Τα πλεονεκτήματα της μεθόδου είναι ο μειωμένος χρόνος εκτεταμένων εργοταξιακών καταλήψεων, η ταχύτητα αποκατάστασης και απόδοσης σε χρήση της περιοχής (οδική κυκλοφορία, πλατείες κτλ.) και τελικώς η αποφυγή μακροχρόνιας όχλησης των λειτουργιών της πόλης. Στα μειονεκτήματα της εν λόγω μεθόδου συγκαταλέγονται το αυξημένο κόστος κατασκευής και η πολυπλοκότητα της κατασκευαστικής διαδικασίας. 3.4 Κύριες πηγές αστοχίας έργων αντιστήριξης Οι κύριες πηγές αστοχίας περιλαμβάνουν είτε την αστοχία των συστημάτων υποστήριξης του εδάφους, είτε την αστάθεια του πυθμένα εκσκαφής. Η αστοχία των έργων αντιστήριξης μπορεί να είναι καταστροφική και να προκαλέσει ζημιές σε παρακείμενες κατασκευές με σημαντικές πολλές φορές συνέπειες στην υγεία και την ασφάλεια. Επιπλέον, υπάρχουν και σημαντικές οικονομικές συνέπειες αφού άμεσο επακόλουθο της αστοχίας είναι οι πολύ δαπανηρές εργασίες επισκευής και συντήρησης και οι καθυστερήσεις στο χρονοδιάγραμμα. Μερικές από τις κύριες πηγές πρόκλησης αστοχιών σε μια εκσκαφή είναι οι ακόλουθες: - αστοχία του έργου αντιστήριξης - αστοχία του συστήματος στήριξης (αντηρίδες, αγκυρώσεις κτλ.) - αστοχία του εδάφους μπροστά στον τοίχο εξαιτίας ανεπαρκούς βάθους έμπηξης - αστοχία λόγω ανύψωσης πυθμένα - αστοχία λόγω διάβρωσης του εδαφικού υλικού του πυθμένα εξαιτίας ανεπαρκούς αποστράγγισης Σελίδα 40

42 3ο Κεφάλαιο : Εισαγωγή στις υπόγειες ανοικτές εκσκαφές και αντιστηρίξεις 3.5 Αιτίες ανάπτυξης μετακινήσεων κατά την εκσκαφή Η αποφόρτιση του εδάφους από την εκσκαφή προκαλεί πλευρικές και κάθετες κινήσεις του περιβάλλοντος εδάφους. Αν και αυτές οι μετακινήσεις γενικώς δεν αποτελούν πρόβλημα σε περιοχές εκτός κατοικημένων ή βιομηχανικών περιοχών, πρέπει να ελέγχονται ενδελεχώς σε πυκνοκατοικημένες αστικές περιοχές, καθότι μπορούν να προκαλέσουν μικρές ή πολύ σοβαρές ζημιές στις υπάρχουσες κατασκευές. Επίσης, πολλά προβλήματα των εκσκαφών συνδέονται με την αποστράγγιση και κατά συνέπεια με την τοπική αλλαγή της στάθμης του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα. Οι δυνάμεις ροής του νερού μπορούν να μεταφέρουν κόκκους άμμου δημιουργώντας διαφορικές καθιζήσεις. Οι δυνάμεις άνωσης μπορούν να προκαλέσουν ρευστοποίηση ή διάβρωση του πυθμένα εκσκαφής οδηγώντας πολλές φορές σε αστοχίες. Τέλος, η εισροή νερού σε εκσκαφές μπορεί να προκαλέσει πλημμύρισμα της εκσκαφής. Ωστόσο, πρέπει να υπογραμμιστεί η δυσκολία πρόβλεψης της ροής του νερού κατά τη φάση της αποστράγγισης, ακόμα και αν έχει διεξαχθεί υδρογεωλογική έρευνα. 3.6 Προϋποθέσεις ασφαλούς κατασκευής συστήματος αντιστήριξης Απαραίτητες προϋποθέσεις για την ασφαλή κατασκευή ενός συστήματος αντιστήριξης: 1. Γεωτεχνική έρευνα 2. Τοπογραφική αποτύπωση όμορων κατασκευών 3. Παρακολούθηση συμπεριφοράς Γεωτεχνική έρευνα Η γεωτεχνική έρευνα πρέπει να εκτείνεται σε όλο το βάθος επιρροής του συστήματος αντιστήριξης και θα πρέπει να διαπιστώνονται τα εξής: - Η ύπαρξη ή μη χαλαρών ή μαλακών εδαφικών υλικών με πιθανά προβλήματα ευστάθειας κατά την εκσκαφή και την κατασκευή των στοιχείων αντιστήριξης - Η ύπαρξη εδαφικών σχηματισμών μεγάλης διαπερατότητας (άμμοι, αμμοχάλικα κτλ.) - Η παρουσία βραχωδών σχηματισμών ή ογκολίθων που θα ήταν δυνατόν να προκαλέσουν δυσκολίες κατά την εκσκαφή ή τη διάτρηση των στοιχείων αντιστήριξης - Η παρουσία υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα Τοπογραφική αποτύπωση Η τοπογραφική αποτύπωση της περιοχής του έργου περιλαμβάνει: - Δίκτυα αγωγών κοινής ωφέλειας (νερό, ηλεκτρικό ρεύμα, φυσικό αέριο κτλ.) - Υπόγεια όμορων κτιρίων - Καταγραφή της κατάστασης των δομικών στοιχείων των όμορων κτιρίων (πχ. ύπαρξη ρωγμών) - Είδος θεμελίωσης των γειτονικών κτιρίων - Δεξαμενές ή πηγάδια σε ακάλυπτους χώρους Παρακολούθηση συμπεριφοράς Η παρακολούθηση της συμπεριφοράς του συστήματος αντιστήριξης αποτελεί μια σημαντική παράμετρο για την ασφάλεια του έργου, ιδίως κατά τη φάση κατασκευής του, καθώς σε ορισμένες περιπτώσεις οι μετρήσεις παραμορφώσεων διαφέρουν από αυτές που εκτιμήθηκαν στην αρχική μελέτη και κρίνεται αναγκαία η λήψη πρόσθετων μέτρων. Η εγκατάσταση και η χρήση, επομένως, των διατάξεων ενοργάνωσης που περιγράφησαν σε προηγούμενο κεφάλαιο κρίνεται απαραίτητη για να αποφευχθούν μελλοντικά προβλήματα. Σελίδα 41

43 4ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή ξενοδοχείου με τριώροφο υπόγειο σταθμό αυτοκινήτων 4ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης Κατασκευή ξενοδοχείου με τριώροφο υπόγειο σταθμό αυτοκινήτων 4.1 Γενικά στοιχεία Περιγραφή του έργου Το έργο κατασκευάστηκε στην περιοχή Lion Yard του Cambridge. Πρόκειται για ένα πενταόροφο ξενοδοχείο με τριώροφο υπόγειο σταθμό αυτοκινήτων. Η περιοχή του έργου οριοθετείται από τις οδούς: Downing Street (DS), St. Tibb s Row (STR), Corn Exchange Street (CE) και στην τέταρτη πλευρά γειτνιάζει με ένα εμπορικό κέντρο με υπόγειο σταθμό αυτοκινήτων. Εικόνα 4.1 : Χάρτης με τη θέση του έργου Το έργο έχει διαστάσεις 65.0m x 45.0m. Η κατασκευή εδράζεται σε μεγάλης διαμέτρου πασσάλους σε βάθος 30.0m. Για τις ανάγκες του έργου πραγματοποιήθηκε βαθιά εκσκαφή 10.0m η οποία αντιστηρίχθηκε με περιμετρικό διαφραγματικό τοίχο πάχους 0.6m και βάθους έδρασης 17.0m. Η κατασκευή έγινε σταδιακά και εναλλάξ σε πάνελ των 8.50m. Σχήμα 4.1 : Τομή κατά πλάτος του έργου Σελίδα 42

44 4ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή ξενοδοχείου με τριώροφο υπόγειο σταθμό αυτοκινήτων ΕΔΑΦΙΚΟ ΠΡΟΦΙΛ Όσον αφορά το εδαφικό προφίλ στην περιοχή του έργου, πρόκειται για υπερστερεοποιημένη σκληρή άργιλο μέχρι περίπου τα 38.0m βάθος. Τα αποτελέσματα της επιτόπιας έρευνας για τις εδαφικές παραμέτρους παρουσιάζονται αναλυτικά στο σχήμα που ακολουθεί: Σχήμα 4.2 : Εδαφικό προφίλ και γεωτεχνικές παράμετροι ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΑΝΤΙΣΤΗΡΙΞΗΣ Όσον αφορά το σύστημα εσωτερικής αντιστήριξης του έργου, η αντιστήριξη έγινε με τη χρήση αντηρίδων και με τη μέθοδο Top-Down (αναλυτική περιγραφή έγινε στην 2.3). Επίσης, έγινε τοποθέτηση ενδιάμεσων χαλύβδινων στύλων. Εικόνα : Αντιστήριξη με αντηρίδες Εκσκαφή με τη μέθοδο Top-Down ΚΥΡΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΑ ΣΤΑΔΙΑ Στον παρακάτω πίνακα απεικονίζονται τα κύρια στάδια της κατασκευαστικής διαδικασίας εκσκαφής και αντιστήριξης καθώς και οι εβδομάδες κατά τις οποίες έλαβαν χώρα. Σελίδα 43

45 4ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή ξενοδοχείου με τριώροφο υπόγειο σταθμό αυτοκινήτων Στάδιο Κατασκευαστική λειτουργία Αριθμός εβδομάδας Ι Κατασκευή των διαφραγματικών τοίχων 1 7 ΙΙ Κατασκευή των πασσάλων θεμελίωσης 7 12 ΙΙΙ Εκσκαφή έως το Επίπεδο ΙV Σκυροδέτηση πλάκας στο Επίπεδο V Τοποθέτηση αντηρίδων στο Επίπεδο VI Εκσκαφή έως το Επίπεδο VII Σκυροδέτηση πλάκας στο Επίπεδο VIII Τοποθέτηση αντηρίδων στο Επίπεδο IX Εκσκαφή έως το Επίπεδο X Σκυροδέτηση πλάκας στο Επίπεδο XI Τοποθέτηση αντηρίδων στο Επίπεδο XII Εκσκαφή έως το Επίπεδο XIII Σκυροδέτηση πλάκας στο Επίπεδο XIV Αφαίρεση όλων των αντηρίδων XV 4 μήνες μετά τη σκυροδέτηση στο Επίπεδο 1 56 XVI 9 μήνες μετά τη σκυροδέτηση στο Επίπεδο 1 78 XVII 15 μήνες μετά τη σκυροδέτηση στο Επίπεδο XVIII 25 μήνες μετά τη σκυροδέτηση στο Επίπεδο Πίνακας 4.1 : Κατασκευαστικά στάδια του έργου 4.2 Σύστημα ενόργανης παρακολούθησης Για να επαληθευτούν οι παραδοχές του σχεδιασμού, αλλά και για τις ανάγκες παρακολούθησης των βημάτων της βαθιάς εκσκαφής εγκαταστάθηκε σύστημα ενόργανης παρακολούθησης με ποικίλα όργανα στο πεδίο. Σχήμα 4.3 : Ενόργανη παρακολούθηση του έργου ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΕΔΑΦΟΥΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΣΤΟ ΠΑΝΕΛ Νο22 Κατά τη διάρκεια της κατασκευής έγιναν δύο προσωρινά ανοίγματα στο πεδίο, ένα δίπλα στην οδό Corn Exchange Street (CE) και ένα δίπλα στην οδό St. Tibb s Row (STR), τα οποία συγκρατούνταν από μεταλλικές αντηρίδες τοποθετημένες κατά μήκος του ανοίγματος. Τοποθετήθηκαν συνολικά 10 αντηρίδες ανά επίπεδο στα δύο ανοίγματα, όπως φαίνεται στο σχήμα Σελίδα 44

46 4ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή ξενοδοχείου με τριώροφο υπόγειο σταθμό αυτοκινήτων Στο πάνελ Νο22 του διαφραγματικού τοίχου που βρίσκεται δίπλα στην οδό Corn Exchange Street (CE) εγκαταστάθηκαν, εκτός των απαραίτητων οργάνων παρακολούθησης του έργου, και κάποια πρόσθετα μετρητικά συστήματα για πειραματικούς σκοπούς. Αναλυτικά, όλες οι θέσεις ενόργανης παρακολούθησης του πάνελ Νο22 απεικονίζονται στα παρακάτω σχήματα: Σχήμα 4.4 : Λεπτομέρειες ενοργάνωσης στο Πάνελ Νο22 Σχήμα 4.5 : Λεπτομέρειες ενοργάνωσης σύστηματος αντηρίδων του Πάνελ Νο22 Τοποθετήθηκαν συνολικά: 7 κυψέλες πιέσεων (EPC), 4 στη μέσα πλευρά του τοίχου και 3 στην έξω πλευρά για τη μέτρηση των πλευρικών πιέσεων στη διεπιφάνεια τοίχου και εδάφους. * Πειραματικοί σκοποί 7 πνευματικά πιεζόμετρα (PP), 4 στη μέσα πλευρά του τοίχου και 3 στην έξω πλευρά, 150.0mm κάτω από τις κυψέλες πιέσεων, για τη μέτρηση της πίεσης του νερού των πόρων στη διεπιφάνεια τοίχου και εδάφους. Σελίδα 45

47 4ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή ξενοδοχείου με τριώροφο υπόγειο σταθμό αυτοκινήτων Κυψέλες φορτίου (LC) για την μέτρηση των ωθήσεων στις αντηρίδες (στις 3 από τις 5 αντηρίδες που αντιστοιχούν στο πάνελ Νο22, εναλλάξ, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.5) * Πειραματικοί σκοποί Κυψέλες φορτίου (RLC) στα σημεία που αναμένονταν οι μέγιστες ροπές κάμψης για τη μέτρηση του φορτίου των ράβδων οπλισμών του διαφράγματος. * Πειραματικοί σκοποί Ηλεκτρικό σύστημα μέτρησης στροφής (electro levels system) (ELS) για τη μέτρηση της στροφής του διαφραγματικού τοίχου σε 16 σημεία κατά μήκους αυτού. ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΩΝ ΣΤΟ ΥΠΕΔΑΦΟΣ ΣΤΟ ΚΕΝΤΡΟ ΤΟΥ ΠΕΔΙΟΥ Για την εκτίμηση των μετακινήσεων στο υπέδαφος του έργου εγκαταστάθηκε ένα σύστημα μαγνητικού επιμηκυνσιόμετρου (magnetic extensometer) σε βάθος 35.0m από την επιφάνεια του εδάφους για παρακολούθηση πιθανής ανύψωσης - διόγκωσης. Το επιμηκυνσιόμετρο τοποθετήθηκε όσο γινόταν μακριά από τους πασσάλους για να ελαττωθεί οποιαδήποτε επιρροή από αυτούς. ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΠΙΕΣΗΣ ΠΟΡΩΝ Για την εκτίμηση της πίεσης των πόρων στο κέντρο του πεδίου εγκαταστάθηκαν 2 πνευματικά πιεζόμετρα (Ρ3Α, Ρ3Β) σε γεώτρηση κοντά στο σύστημα μαγνητικού επιμηκυνσιόμετρου. Επίσης, για βαθύτερη κατανόηση των διακυμάνσεων της πίεσης πόρων στο πεδίο λόγω της εκσκαφής τοποθετήθηκαν 4 πνευματικά πιεζόμετρα, 2 από την έξω και 2 από τη μέσα πλευρά του διαφραγματικού τοίχου, στο όριο του έργου στην οδό St. Tibb s Row και μερικά πιεζόμετρα ανοικτού τύπου Casagrande. Τέλος, μετά τη σκυροδέτηση της 1 ης πλάκας εγκαταστάθηκε σε βάθος 1.50m ένας μετρητής τάσης με σκοπό τη διόρθωση των μετρήσεων της κατακόρυφης διόγκωσης που συνδέεται με τη μεταβολή της πίεσης των πόρων. ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΩΝ ΣΤΗ ΖΩΝΗ ΕΠΙΡΡΟΗΣ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ Εκτός από την παρακολούθηση της παραμόρφωσης στους διαφραγματικούς τοίχους και στο κέντρο του πεδίου έγιναν και μετρήσεις για την παρακολούθηση των κατακόρυφων και οριζόντιων μετακινήσεων στα κτίρια και στον περιβάλλοντα χώρο του έργου, όπως φαίνεται στην επόμενη εικόνα. Εικόνα 4.4 : Χάρτης ενόργανης παρακολούθησης στη ζώνη επιρροής του έργου Σελίδα 46

48 4ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή ξενοδοχείου με τριώροφο υπόγειο σταθμό αυτοκινήτων Για τους σκοπούς των μετρήσεων εγκαταστάθηκε ένα σταθερό σημείο αναφοράς σε κτίριο που βρισκόταν σε απόσταση 76.0m περίπου από το χώρο του έργου και έξω από τη ζώνη επιρροής του. Τοποθετήθηκαν χωροσταθμικές ακίδες στα κτίρια και σε διάφορα σημεία στη ζώνη επιρροής του έργου και καταγράφηκαν οι οριζόντιες και κατακόρυφες μετακινήσεις με τη βοήθεια 3 θεοδόλιχων, ένας σε κάθε οδό περιμετρικά του έργου. 4.3 Αποτελέσματα ενόργανης παρακολούθησης ΚΑΘΙΖΗΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ Στο παρακάτω σχήμα απεικονίζονται οι μετρήσεις των καθιζήσεων στην επιφάνεια του εδάφους πριν και μετά την κατασκευή των πασσάλων, καθώς και οι πειραματικές καμπύλες των Clough και O Rourhe (1990) και του Thompson (1991) : Σχήμα 4.6 : Διάγραμμα καθιζήσεων στην επιφάνεια του εδάφους Μπορεί εύκολα να διαπιστωθεί ότι οι μετακινήσεις μειώνονται έντονα όσο μεγαλώνει η απόσταση από τον τοίχο και είναι φανερό ότι είναι εντός ορίων με βάση τις προϋπάρχουσες πειραματικές καμπύλες. ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΙΣ ΔΙΑΦΡΑΓΜΑΤΟΣ Στο διπλανό σχήμα παρουσιάζονται οι καταγραφείσες μετακινήσεις του διαφράγματος με το βάθος. Στο τελευταίο στάδιο της εκσκαφής η μέγιστη μετακίνηση του τοίχου ήταν 12.0mm. Σχήμα 4.7 : Διάγραμμα μετακινήσεων του διαφράγματος Σελίδα 47

49 4ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή ξενοδοχείου με τριώροφο υπόγειο σταθμό αυτοκινήτων ΠΛΕΥΡΙΚΕΣ ΠΙΕΣΕΙΣ / ΩΘΗΣΕΙΣ * Κατά τη διάρκεια κατασκευής του Πάνελ Νο22 χρησιμοποιήθηκαν για πειραματικούς σκοπούς κυψέλες μέτρησης πιέσεων για την καταγραφή των πλευρικών πιέσεων κατά τη διάρκεια, αλλά και μετά τη σκυροδέτηση των διαφραγματικών τοίχων. Οι καταγραφές κατά τις διάφορες φάσεις (σκυροδέτηση διαφραγματικού τοίχου, πριν την κατασκευή των πασσάλων, μετά την κατασκευή των πασσάλων) συνοψίζονται στο σχήμα που ακολουθεί: Σχήμα 4.8 : Διάγραμμα πλευρικών πιέσεων στο διάφραγμα (α) Παρατηρούμε ότι υπάρχει μια σχετική ανακρίβεια στις μετρήσεις χρησιμοποιώντας πρεσσιόμετρο και κυψέλες πιέσεων. Διαπιστώνεται μια σημαντική μείωση των πλευρικών πιέσεων στη διεπιφάνεια τοίχου και εδάφους λόγω της κατασκευής του διαφραγματικού τοίχου, ενώ, αντιθέτως, δεν υπάρχει κάποια διαφοροποίηση λόγω της λειτουργίας των πασσάλων. Επομένως, αφού οι μετρούμενες ωθήσεις μετά την κατασκευή του τοίχου είναι μικρότερες από τις ωθήσεις σε ηρεμία, στο έδαφος αναπτύσσονται ενεργητικές ωθήσεις λόγω της κατασκευής του διαφραγματικού τοίχου. Το ίδιο φαίνεται και στο παρακάτω αναλυτικότερο διάγραμμα: Σχήμα 4.9 : Διάγραμμα πλευρικών πιέσεων στο διάφραγμα (β) Σελίδα 48

50 4ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή ξενοδοχείου με τριώροφο υπόγειο σταθμό αυτοκινήτων ΦΟΡΤΙΟ ΑΝΤΗΡΙΔΩΝ * Οι μετρήσεις του φορτίου στις αντηρίδες θεωρούνται από τις πιο αξιόπιστες καταγραφές που έγιναν στο πεδίο του έργου. Έγιναν και αυτές για πειραματικούς σκοπούς και απεικονίζονται στο παρακάτω διάγραμμα: Σχήμα 4.10 : Διάγραμμα φορτίου στις αντηρίδες Θεωρώντας ισοκατανομή των ωθήσεων είναι ενδιαφέρον να συγκρίνουμε την υψηλότερη τιμή φορτίου που καταγράφηκε σε κάθε επίπεδο μετά το πέρας της εκσκαφής με τις προτεινόμενες τιμές του Peck (1969). Όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα οι μετρούμενες τιμές είναι κοντά στο κάτω όριο του τραπεζοειδούς διαγράμματος του Peck (επαλήθευση του διαγράμματος Peck). Οι μικρές τιμές που καταγράφηκαν το τέλος της εκσκαφής αποδίδονται στις μικρές πλευρικές καταπονήσεις του διαφραγματικού τοίχου κατά τη διάρκεια της κατασκευής. ΚΑΘΙΖΗΣΕΙΣ ΣΤΗ ΖΩΝΗ ΕΠΙΡΡΟΗΣ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ Στο παρακάτω διάγραμμα απεικονίζονται οι μετρούμενες καθιζήσεις στη ζώνη επιρροής του έργου σε σχέση με την απόσταση από το σημείο της εκσκαφής και οι αντίστοιχες καμπύλες του Peck. Σχήμα 4.11 : Διάγραμμα καθιζήσεων στη ζώνη επιρροής του έργου Είναι φανερό ότι οι καμπύλες του Peck είναι αρκετά συντηρητικές για την περιοχή του έργου, καθώς οι καταγραφές απέχουν πολύ από αυτές. Σελίδα 49

51 4ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή ξενοδοχείου με τριώροφο υπόγειο σταθμό αυτοκινήτων ΠΙΕΣΕΙΣ ΠΟΡΩΝ Στο παρακάτω διάγραμμα παρουσιάζονται οι καταγραφές της πίεσης των πόρων στην περιοχή του έργου από τα διάφορα πιεζόμετρα που εγκαταστάθηκαν σε αυτήν: Σχήμα 4.12 : Διάγραμμα πιέσεων πόρων στην περιοχή του έργου Παρατηρείται εκτόνωση των πιέσεων στην 50 η περίπου εβδομάδα του έργου (φαινόμενο στερεοποίησης). Σελίδα 50

52 5ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή σταθμού μετρό Αγίας Παρασκευής Αττικής 5ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης Κατασκευή σταθμού μετρό Αγίας Παρασκευής Αττικής 5.1 Γενικά στοιχεία Περιγραφή του σταθμού Ο σταθμός Αγία Παρασκευή βρίσκεται μεταξύ των οδών Αγίας Παρασκευής, Μαρίας Πολυδούρη, Αμμοχώστου και Κουρτέση και αποτελεί επέκταση της Γραμμής 3 του μετρό της Αθήνας. Εικόνα 5.1 : Χάρτης με τη θέση του σταθμού Ο σταθμός έχει μήκος 112.0m, πλάτος 27.20m και σε κάποιο τμήμα του το πλάτος γίνεται 47.0m. Το συνολικό ύψος στο κύριο τμήμα του σταθμού είναι 24.40m. Το απλοποιημένο περίγραμμα του φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Σχήμα 5.1 : Κάτοψη του σταθμού Η χωροθέτηση του σταθμού είναι μεταξύ των Χ.Θ και Χ.Θ , το απόλυτο υψόμετρο του εδάφους είναι m και το τελικό υψόμετρο του πυθμένα είναι m. Επομένως, το βάθος εκσκαφής του σταθμού αγγίζει τα 23.40m. Σελίδα 51

53 5ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή σταθμού μετρό Αγίας Παρασκευής Αττικής Όσον αφορά τις γεωλογικές συνθήκες, σύμφωνα με τον γεωλογικό χάρτη, στην ευρύτερη περιοχή του σταθμού επικρατούν οι Νεογενείς Τεταρτογενείς αποθέσεις και ειδικότερα οι Πλειοκαινικοί ηπειρωτικοί σχηματισμοί: ερυθρές άργιλοι και κροκαλοπαγή καστανέρυθρες στιφρές αμμώδεις άργιλοι, ιλύες και αργιλώδεις άμμοι με παρουσία χαλικών κατά θέσεις στα κατώτερα τμήματα: ορίζοντες συγκολλημένων κροκαλολατυποπαγών με επικράτηση ψαμμιτικών τεμαχίων Το πάχος τους είναι σημαντικό κατά θέσεις και ξεπερνάει τα 30.0m σε τμήματα του σταθμού. Τοπικά οι σχηματισμοί αυτοί καλύπτονται από τεχνητές επιχώσεις το πάχος των οποίων φτάνει τα 5.0m. Η ιδιαιτερότητα της κατασκευής του σταθμού οφειλόταν στο ότι η εκσκαφή ξεκίνησε αφότου είχε κατασκευαστεί και ήταν σε λειτουργία η σήραγγα καθώς δεν είχε προβλεφθεί εξ αρχής η δημιουργία του. Έτσι, οι επιβάτες διέρχονταν κάτω από το έργο καθώς προχωρούσε η εκσκαφή. Η παλιά σήραγγα είχε διανοιχθεί με μηχάνημα ολομέτωπης κοπής ΤΒΜ και ήταν επενδεδυμένη με προκατασκευασμένα στοιχεία οπλισμένου σκυροδέματος. Επίσης, στο σταθμό αυτό δεν είχε προηγηθεί καμία κατασκευή πέραν από αυτήν του φρέατος, επομένως στο έργο διάνοιξης του σταθμού περιλήφθηκαν όλες οι εργασίες που απαιτούνταν για την υλοποίησή του: εκσκαφή και προσωρινή αντιστήριξη, μόνιμη επένδυση όλων των επιπέδων του σταθμού, αποβάθρες, σκυροδέματα πληρώσεως, αρχιτεκτονικά τελειώματα κτλ. Ο σταθμός κατασκευάστηκε στο μεγαλύτερο μέρος του με τη μέθοδο εκσκαφής και επανεπίχωσης cut and cover σε ανοιχτό όρυγμα του οποίου οι παρειές αντιστηρίζονται προσωρινά με φρεατοπασσάλους, εκτοξευόμενο σκυρόδεμα και προεντεταμένα αγκύρια. Η μεθοδολογία του cut and cover είναι απλή ως σύλληψη. Αρχικά, σκάβεται το όρυγμα και αντιστηρίζονται τα πρανή του καταλλήλως. Στα έργα του μετρό τα πρανή προβλέπονται πάντοτε κατακόρυφα. Ακολούθως, κατασκευάζεται ο μόνιμος φορέας ξεκινώντας από τη θεμελίωση προς τα επάνω. Τέλος, γίνεται επικάλυψη της κατασκευής με επίχωση ως την επιφάνεια του εδάφους και αποκαθίσταται η περιοχή. Η εκσκαφή πραγματοποιήθηκε σταδιακά. Στις πρώτες φάσεις η υφιστάμενη γραμμή λειτουργούσε κανονικά. Κατά τις τελευταίες φάσεις σταμάτησε η λειτουργία του Μετρό και ολοκληρώθηκε η εκσκαφή του ορύγματος. Σχήμα 5.2 : Κάτοψη του σταθμού Τμήματα εργασιών Η αλληλουχία κατασκευής στις συγκεκριμένες ιδιαιτερότητες του σταθμού ήταν κρίσιμος παράγοντας καθώς έπρεπε να ληφθούν όλα τα αναγκαία μέτρα για την ασφάλεια και την ελαχιστοποίηση των Σελίδα 52

54 5ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή σταθμού μετρό Αγίας Παρασκευής Αττικής μετακινήσεων αρχικά της υφιστάμενης σήραγγας και του φρέατος κατά τη διάρκεια των εργασιών κατασκευής και έπειτα της μόνιμης επένδυσης του σταθμού με τη σήραγγα και το φρέαρ κατά τέτοιο τρόπο ώστε να εξασφαλίζεται η στατική επάρκεια και η υδατοστεγανότητα όλων των κατασκευών. Τέλος, η κατασκευαστική μέθοδος που θα εφαρμοζόταν έπρεπε να εξασφαλίζει ότι ο συνολικός χρόνος της προβλεπόμενης διακοπής λειτουργίας του μετρό δε θα υπερέβαινε τους έξι μήνες. 5.2 Μεθοδολογία διάνοιξης και προσωρινής αντιστήριξης του σταθμού Γενικά η όλη διαδικασία διάνοιξης και προσωρινής αντιστήριξης του σταθμού χωρίστηκε σε εννέα στάδια: 1 ο Στάδιο: Φρεατοπάσσαλοι Το αρχικό στάδιο περιλαμβάνει τη διάτρηση και τη σκυροδέτηση των πασσάλων περιμετρικά του σταθμού, την εκσκαφή βάθους 1.0m και την κατασκευή του κεφαλόδεσμου και του τοιχίου του κεφαλόδεσμου. Το μήκος και το βάθος έμπηξης ποικίλει ανάλογα με τις επιτόπου συνθήκες. Εικόνα 5.2 : Διάτρηση πασσάλων και οπλισμοί πασσάλων Εικόνα 5.3 : Κεφαλόδεσμος και τοιχίο κεφαλόδεσμου 2 ο Στάδιο: 1 η σειρά αγκυρίων Πραγματοποιήθηκε η πρώτη φάση εκσκαφής. Στη συνέχεια, ακολούθησε διάτρηση αγκυρίων στους πασσάλους σε όλη την περίμετρο του ορύγματος. Μετά από αυτήν, αλλά και σε κάθε φάση εκσκαφής, στα κατακόρυφα πρανή που δημιουργούνταν ακολουθούσε αντιστήριξη με τοποθέτηση διπλού πλέγματος και εφαρμογή εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Σχήμα 5.3 : Κατά πλάτος τομή του σταθμού κατά την 1 η φάση εκσκαφής Σελίδα 53

55 5ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή σταθμού μετρό Αγίας Παρασκευής Αττικής Εικόνα 5.4 : Διάτρηση οπών για την τοποθέτηση αγκυρίων Εικόνα 5.5 : Κεφαλόδεσμος και 1 η σειρά αγκυρίων Εικόνα 5.6 : Πλέγμα και εκτοξευόμενο σκυρόδεμα Εικόνα 5.7 : Ολοκλήρωση 1 ης φάσης εκσκαφής 3 ο Στάδιο: 2 η σειρά αγκυρίων Στη φάση αυτή συνεχίστηκε η εκσκαφή και πραγματοποιήθηκε η εγκατάσταση δεύτερης σειράς προεντεταμένων αγκυρίων και η τάνυση τους. Κατά τη διάρκεια κάθε φάσης ανάμεσα στα αγκύρια έγιναν διατρητικές οπές μήκους 5.0m, κλίσης 10 και φοράς αντίθετης αυτής των αγκυρίων με σκοπό την εκτόνωση των πλευρικών ωθήσεων ανά αποστάσεις που κρίνονταν κατάλληλες επί τόπου. Σχήμα 5.4 : Κατά πλάτος τομή του σταθμού κατά την 2 η φάση εκσκαφής Σελίδα 54

56 5ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή σταθμού μετρό Αγίας Παρασκευής Αττικής 4 ο Στάδιο 5 ο Στάδιο 6 ο Στάδιο: 3 η 4 η 5 η σειρά αγκυρίων Από το 4 ο στάδιο και μετά η εκσκαφή άρχισε να πραγματοποιείται τμηματικά και όχι στο σύνολο της επιφάνειας του ορύγματος ανάλογα με τις ανάγκες και τις προδιαγραφές του έργου. Οι βασικές περιοχές εκσκαφής και για τις επόμενες φάσεις είναι αυτές των δύο πλευρικών τάφρων εκατέρωθεν της σήραγγας με ακραίο όριο τους πασσαλότοιχους και με πλάτος πυθμένα 5.0m. Έτσι, παραμένει άνωθεν της σήραγγας τραπεζοειδές πρίσμα γαιών το βάρος του οποίου είναι αναγκαίο για τον περιορισμό των κατακόρυφων μετακινήσεων (ανυψώσεων) της σήραγγας εντός των επιτρεπόμενων ορίων κατά την περίοδο λειτουργίας της γραμμής. Από την 4 η φάση ξεκινάει, επίσης, και η άντληση των υπογείων υδάτων μετά το τέλος κάθε φάσης εκσκαφής καθώς η εκσκαφή βρίσκεται πλέον κάτω από τη στάθμη του υδροφόρου ορίζοντα. Σχήμα 5.5 : Κατά πλάτος τομή του σταθμού κατά την 5 η φάση εκσκαφής Εικόνα 5.8 : Ενδιάμεσο στάδιο τμηματικής εκσκαφής Εικόνα 5.9 : Ενδιάμεσο στάδιο τμηματικής εκσκαφής Εικόνα 5.10 : Εκσκαφή άνω τμήματος πρίσματος γαιών Εικόνα 5.11 : Εκσκαφή στο όριο της υφιστάμενης σήραγγας Σελίδα 55

57 5ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή σταθμού μετρό Αγίας Παρασκευής Αττικής 7 ο Στάδιο: Διακοπή λειτουργίας μετρό Από το στάδιο αυτό και μετά σταμάτησε η λειτουργία του μετρό και ξεκίνησε η καθαίρεση των δικτύων καθώς και η αποσυναρμολόγηση και η απομάκρυνση τροχιών και εξαρτημάτων στην υφιστάμενη σήραγγα. Επίσης, τοποθετήθηκαν μεταλλικοί δακτύλιοι για τη συγκράτηση και ενίσχυση των προκατασκευασμένων στοιχείων της παραμένουσας σήραγγας. 8 ο Στάδιο: Καθαίρεση σήραγγας Στο στάδιο αυτό έγινε αποκάλυψη της μόνιμης επένδυσης της υφιστάμενης σήραγγας και στη συνέχεια καθαίρεσή της. Έπειτα, ακολούθησε η εκσκαφή του ορύγματος μέχρι την τελική στάθμη εκσκαφής. Εικόνα 5.12 : Θέση μεταλλικών δακτυλίων Καθαίρεση σήραγγας 9 ο Στάδιο: Ολοκλήρωση εκσκαφής Αυτό είναι και το τελευταίο στάδιο της προσωρινής αντιστήριξης και περιλαμβάνει την κατασκευή του συστήματος προσωρινής αποστράγγισης του σταθμού και τη σκυροδέτηση της πλάκας του πυθμένα. Εικόνα 5.13 : Αποστραγγιστικές στρώσεις και οπλισμός πυθμένα εκσκαφής 5.3 Σύστημα ενόργανης παρακολούθησης Το σύστημα ενόργανης παρακολούθησης αποτελείται από μια ποικιλία οργάνων με στόχο την καταγραφή των οριζόντιων και κατακόρυφων μετακινήσεων και την παρακολούθηση της μεταβολής της πίεσης πόρων σε όλα τα συστήματα που θεωρείται ότι θα επηρεαστούν από την κατασκευή. Επομένως, πραγματοποιήθηκαν τα εξής: 1. Παρακολούθηση της σήραγγας 2. Παρακολούθηση του τοίχου αντιστήριξης 3. Παρακολούθηση της ζώνης επιρροής Επιβάλλεται να αναφερθεί πως το σημαντικότερο εργαλείο των επιβλέποντων μηχανικών ενός έργου αποτελεί πάντα το ημερολόγιο εργασιών. Το ημερολόγιο εργασιών είναι αναμφισβήτητα το άλφα και το ωμέγα της σωστής ενόργανης παρακολούθησης. Καμία καταγραφή δε μπορεί να ερμηνευτεί σωστά και να αιτιολογηθεί, αν ο μελετητής δε γνωρίζει πλήρως τις εργασίες που έλαβαν μέρος στο χώρο τη συγκεκριμένη μέρα. Μόνο έτσι είναι δυνατόν να κατανοηθούν οι μετρήσεις και να απορριφθούν τυχαία σφάλματα και λάθη. Έτσι και στην περίπτωση αυτή έγινε καθημερινή και λεπτομερής καταγραφή της προόδου των εκσκαφών, αναφορά των νέων αγκυρώσεων και οτιδήποτε άλλου συνέβαινε στο πεδίο Παρακολούθηση της σήραγγας Το σημαντικότερο στοιχείο του έργου που έπρεπε να ελεγχθεί κατά τη διάρκεια της προσωρινής αντιστήριξης και πριν τη διακοπή της λειτουργίας του μετρό ήταν η υφιστάμενη σήραγγα. Σελίδα 56

58 5ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή σταθμού μετρό Αγίας Παρασκευής Αττικής Η σήραγγα αποτελεί το πιο κρίσιμο σημείο του έργου για δυο λόγους: 1. Υπάρχει αρκετή εμπειρία και γνώση σχετικά με τη συμπεριφορά τόσο του σταθμού, όσο και της ζώνης γύρω από αυτόν. Ωστόσο, αρκετή αβεβαιότητα επικρατεί σχετικά με την απόκριση της σήραγγας στην αποφόρτισή της. Η πιθανότητα ανύψωσής της λόγω άνωσης ήταν αυξημένη και η όποια αστοχία θα προκαλούσε ανύψωση των τροχιών με συνέπεια τον εκτροχιασμό των συρμών. 2. Η σήραγγα εξυπηρετεί εκατοντάδες επιβάτες καθημερινά. Μια αστοχία της σήραγγας, επομένως, θέτει πολλές ζωές σε κίνδυνο. Η κρισιμότητά της αυτή απαιτούσε διαρκή και πολλαπλή παρακολούθηση. Έγινε καταγραφή των κατακόρυφων και οριζόντιων μετακινήσεων της διατομής της σήραγγας, καταγραφή της επιμήκους και διαμήκους κλίσης, της στρέψης και της στρέβλωσης των τροχιών, καταγραφή της κατακόρυφης μετακίνησης σε 4 σημεία του πυθμένα, καθώς και καταγραφή των μετακινήσεων του πρίσματος γαιών άνωθεν της σήραγγας, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Σχήμα 5.6 : Συστήματα παρακολούθησης της σήραγγας Καταγραφή οριζόντιων και κατακόρυφων μετακινήσεων Η καταγραφή των μετακινήσεων στις 3 διαστάσεις πραγματοποιήθηκαν μέσω αυτοματοποιημένου γεωδαιτικού σταθμού σε 4 σημεία της διατομής της σήραγγας (κορυφή, πυθμένας, αριστερή και δεξιά παρειά). Σχήμα 5.7 : Σημεία ελέγχου της διατομής της σήραγγας Σελίδα 57

59 5ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή σταθμού μετρό Αγίας Παρασκευής Αττικής Οι 3D στόχοι τοποθετήθηκαν ανά 10.0m κατά μήκος του άξονα της σήραγγας και οι μετρήσεις πραγματοποιούνταν ανά 30. Καταγραφή επιμήκους και διαμήκους κλίσης, στρέψης και στρέβλωσης των τροχιών Η καταγραφή της επιμήκους και διαμήκους κλίσης, της κάμψης και της στρέβλωσης των δύο τροχιών της σήραγγας πραγματοποιήθηκε μέσω αυτοματοποιημένων αισθητήρων παραμόρφωσης. Εικόνα 5.14 : Σύστημα ελέγχου τροχιών Οι αισθητήρες τοποθετήθηκαν σε διατομές ανά 3.5m περίπου κατά μήκος του άξονα της σήραγγας και οι μετρήσεις πραγματοποιούνταν ανά 10. Καταγραφή κατακόρυφης μετακίνησης σε 4 σημεία του πυθμένα Η καταγραφή της κατακόρυφης μετακίνησης του πυθμένα πραγματοποιήθηκε χειροκίνητα με τη μέθοδο της χωροστάθμησης σε 4 σημεία σε 47 διατομές κατά μήκος του άξονα της σήραγγας. Οι διατομές απείχαν περίπου 3.6m μεταξύ τους και οι μετρήσεις λάμβαναν χώρα ανά περίπου 3 ημέρες, αν και έχουν παρατηρηθεί και μεγαλύτερα διαστήματα. Καταγραφή μετακινήσεων πρίσματος γαιών άνωθεν της σήραγγας Η καταγραφή των μετακινήσεων του πρίσματος γαιών άνωθεν της σήραγγας πραγματοποιήθηκε με τη χρήση γεωδαιτικού σταθμού. Οι μετακινήσεις καταγράφονταν στις 3 διαστάσεις σχεδόν καθημερινά, ανά 1 ή 2 ημέρες Παρακολούθηση του τοίχου αντιστήριξης Πέρα από την παρουσία της σήραγγας, ο υπόλοιπος σταθμός αποτελεί ένα κλασικό έργο εκσκαφής. Η ενοργάνωση του τοίχου αντιστήριξης αποτελείται από: - κλισιόμετρα, - επιμηκυνσιόμετρα, - τριγωνομετρικά σημεία και - δυναμοκυψέλες. Τα πρώτα τρία αφορούν τις μετακινήσεις του τοίχου αντιστήριξης, ενώ οι δυναμοκυψέλες μετρούν τα φορτία που αναπτύσσονται στις αγκυρώσεις κι ελέγχουν τη λειτουργία τους. Σελίδα 58

60 5ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή σταθμού μετρό Αγίας Παρασκευής Αττικής Σχήμα 5.8 : Ενόργανη παρακολούθηση έργου Κλισιόμετρα : Κατακόρυφη τοποθέτηση Μετακίνηση πέτασµα Εγκαταστάθηκαν συνολικά 8 κλισιόμετρα σε βάθος 31.0m (2.5m περίπου βαθύτερα από τους πασσάλους), 5 εντός του τοίχου αντιστήριξης και 3 πίσω από αυτόν (109, 111, 200). Οι μετρήσεις πραγματοποιούνταν κάθε 2 ημέρες. Σχήμα 5.9 : Εγκατεστημένα κλισιόμετρα στην περιοχή του έργου Σελίδα 59

61 5ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή σταθμού μετρό Αγίας Παρασκευής Αττικής Επιμηκυνσιόμετρα : Οριζόντια τοποθέτηση Μετακίνηση πέτασµα Εγκαταστάθηκαν συνολικά 4 επιμηκυνσιόμετρα με ράβδους, τα 3 από αυτά κοντά σε κλισιόμετρα. Τα επιμηκυνσιόμετρα ήταν διπλών ράβδων μήκους 10.0m και 20.0m και τοποθετήθηκαν 3 σε κάθε διατομή σε βάθη 9.0m, 14.0m και 20.0m. Οι μετρήσεις πραγματοποιούνταν κάθε 2 ημέρες. Σχήμα 5.10 : Εγκατεστημένα επιμηκυνσιόμετρα στην περιοχή του έργου Σχήμα 5.11 : Σχηματική διάταξη επιμηκυνσιόμετρων Τριγωνομετρικά σημεία : Εγκαταστάθηκαν συνολικά 141 τριγωνομετρικά σημεία στον τοίχο αντιστήριξης για την καταγραφή των μετακινήσεων στις 3 διαστάσεις. Τα σημεία τοποθετούνταν σταδιακά όσο προχωρούσε η εκσκαφή. Οι μετρήσεις πραγματοποιούνταν καθημερινά. Σελίδα 60

62 5ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή σταθμού μετρό Αγίας Παρασκευής Αττικής Σχήμα 5.12 : Εγκατεστημένα τριγωνομετρικά σημεία στην περιοχή του έργου Στην παρακάτω εικόνες φαίνονται δύο όψεις του τοίχου αντιστήριξης. Ο κάνναβος των σημείων είναι αρκετά πυκνός η οριζόντια απόσταση μεταξύ των σημείων είναι περίπου 8.0m και η κατακόρυφη 5.0m. Τα διαφορετικά χρώματα αντιστοιχούν σε διαφορετικές ημερομηνίες που τοποθετήθηκαν τα σημεία. Σε αντίθεση με τα κλισιόμετρα που παρέχουν από την αρχή τις μετακινήσεις του τοίχου αντιστήριξης, τα τριγωνομετρικά σημεία (πέραν της άνω γραμμής) δείχνουν τη μετακίνηση από τη στιγμή της τοποθέτησής τους κι έτσι ένα σημαντικό μέρος των μετακινήσεων του τοίχου έχει χαθεί. Σχήμα 5.13 : Οπτικοί στόχοι στη δυτική και βόρεια πλευρά του τοίχου αντιστήριξης Σελίδα 61

63 5ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή σταθμού μετρό Αγίας Παρασκευής Αττικής Σχήμα 5.14 : Οπτικοί στόχοι στην ανατολική και νότια πλευρά του τοίχου αντιστήριξης ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΓΙΑ ΤΟΝ ΤΟΙΧΟ ΑΝΤΙΣΤΗΡΙΞΗΣ: Στο παρακάτω σχήμα δίνονται σε κάτοψη οι οριζόντιες μετακινήσεις κάθετες στο πέτασµα όπως καταγράφηκαν από τα τριγωνομετρικά σημεία και από τα κλισιόμετρα. Για να συμπίπτουν οι καταγραφές, τα σημεία αφορούν αυτά που βρίσκονται στην πρώτη σειρά, δηλ. κοντά στην κορυφή του τοίχου, ενώ οι τιμές των κλισιομέτρων είναι αυτές από τη μέτρηση στην επιφάνεια του εδάφους. Σχήμα 5.15 : Οριζόντιες μετακινήσεις (τριγωνομετρικά σημεία, κλισιόμετρα) Φαίνεται η αύξηση των μετακινήσεων στο τελευταίο στάδιο εκσκαφής. Επίσης, οι μετακινήσεις είναι πιο έντονες στη μέση του τοίχου, όπου δεν υπάρχει η θετική επίδραση των κάθετων τοίχων (βόρεια και νότια). Ένα πολύ σημαντικό στοιχείο σε αυτό το διάγραμμα είναι και η απόκλιση μεταξύ των μετρήσεων των τριγωνομετρικών σημείων και των κλισιομέτρων. Η απόκλιση δεν μπορούσε να αιτιολογηθεί ούτε χρονικά, αφού τα δυο είδη μέτρησης τοποθετήθηκαν σχεδόν ταυτόχρονα, ούτε σε σφάλματα μετρήσεων μιας και η απόκλιση ήταν μεγαλύτερη από τα αναμενόμενα σφάλματα. Αν δούμε τα πράγματα σε μια τομή, στο επόμενο σχήμα, φαίνεται ο στόχος με κόκκινο και η μετακίνησή του, ενώ με το γαλάζιο δίνεται το κλισιόμετρο και η μετακίνηση που καταγράφηκε στην κορυφή του. Σελίδα 62

64 5ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή σταθμού μετρό Αγίας Παρασκευής Αττικής Σχήμα 5.16 : Μετακίνηση τοίχου αντιστήριξης Εφόσον τα σφάλματα δεν ήταν ικανά να εξηγήσουν την απόκλιση μεταξύ τους, θεωρήθηκε πως η μοναδική αιτία για τη διαφορά αυτή ήταν η μετακίνηση ολόκληρου του τοίχου. Δηλαδή, ο τοίχος κινήθηκε ολόκληρος προς το εσωτερικό του σκάμματος κατά απόσταση περίπου ίση με την απόκλιση. Τα τριγωνομετρικά σημεία που έχουν ως σημείο αναφοράς σημεία μακριά από την επιρροή του έργου, μπόρεσαν να καταγράψουν την απόλυτη μετακίνηση του τοίχου. Αντίθετα, τα κλισιόμετρα, έχουν ως σημείο αναφοράς την αιχμή τους. Στην προκειμένη περίπτωση, τα κλισιόμετρα εδράστηκαν 2.50m βαθύτερα από τον τοίχο αντιστήριξης. Η απόσταση αυτή δεν ήταν επαρκής στο συγκεκριμένο έργο για να προσφέρει στο κλισιόμετρο ένα σταθερό σημείο αναφοράς. Αν και τα εγχειρίδια προτείνουν απόσταση 3.0m 4.0m, οι αναλύσεις με πεπερασμένα σημεία παρουσίαζαν μετακινήσεις στα βάθη αυτά κι επομένως έπρεπε να επιλεγεί μεγαλύτερο βάθος έδρασης. Αυτό το παράδειγμα δείχνει επίσης την αναγκαιότητα για αλληλεξάρτηση μεταξύ των οργάνων (συνδυασμός τριγωνομετρικών σημείων με κλισιόμετρα), ώστε να εντοπίζονται πιθανά σφάλματα ή δυσλειτουργίες Παρακολούθηση της ζώνης επιρροής Κατακόρυφες μετακινήσεις: Για την παρακολούθηση των κατακόρυφων μετακινήσεων στη ζώνη επιρροής του έργου, δηλαδή στη ζώνη που βάσει της μελέτης αναμένεται να επηρεαστεί από την εκσκαφή, εγκαταστάθηκαν συνολικά 184 χωροσταθμικές ακίδες κατά μήκος των οδών γύρω από το σταθμό. Οι μετρήσεις πραγματοποιούνταν καθημερινά. Σχήμα 5.17 : Εγκατεστημένες χωροσταθμικές ακίδες Σελίδα 63

65 5ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή σταθμού μετρό Αγίας Παρασκευής Αττικής Πίεση πόρων: Για την καταγραφή της θέσης του υδροφόρου ορίζοντα και την παρακολούθηση της πίεσης του νερού των πόρων περιφερειακά του σταθμού εγκαταστάθηκαν 6 ηλεκτρονικά πιεζόμετρα και 2 πιεζόμετρα Casagrande. Ο συνδυασμός και των δυο τύπων είναι ιδιαίτερα επιτυχημένος. Τα πιεζόμετρα Casagrande σε συνδυασμό με το κυρίως αργιλικό υπέδαφος θα είχαν δυσκολευτεί να παρακολουθήσουν τις γρήγορες εκσκαφές. Έτσι, τα έξι ηλεκτρονικά πιεζόμετρα παρέχουν, άμεσες αποκρίσεις της μεταβολής του πιεζομετρικού φορτίου σε σχέση με τις εργασίες στο πεδίο. Από την άλλη, τα δυο πιεζόμετρα Casagrande εξασφαλίζουν αξιοπιστία λόγω της απλότητάς τους. Προσφέρουν, επομένως, έναν έλεγχο για την ορθότητα των μετρήσεων των ηλεκτρονικών. Για το λόγο αυτό τοποθετήθηκαν και τα δύο είδη πιεζόμετρων στη θέση Α, όπως φαίνεται στο σχήμα. A Σχήμα 5.18 : Εγκατεστημένα πιεζόμετρα Μετακινήσεις κτιρίων: Η εκσκαφή των 24.0m μπορεί να προκαλέσει σημαντικές μετακινήσεις στα κτίρια περιμετρικά του σταθμού. Για το λόγο αυτό καταγράφονταν σε καθημερινή βάση οι μετακινήσεις στις τρεις διευθύνσεις σε κάθε ένα από τα κτίρια που βρίσκονται εντός της ζώνης επιρροής του σταθμού. Συνολικά παρακολουθήθηκαν 34 σπίτια και οι μετακινήσεις καταγράφονταν σε 2-3 σημεία σε κάθε κτίριο. Στα κτίρια που βρίσκονταν πιο κοντά στο σταθμό και αποτελούνταν από περισσότερους ορόφους δόθηκε μεγαλύτερη βαρύτητα, δηλαδή πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις σε περισσότερα σημεία. Σελίδα 64

66 5ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή σταθμού μετρό Αγίας Παρασκευής Αττικής Σχήμα 5.19 : Τριγωνομετρικά σημεία σε κτίρια στη ζώνη επιρροής του έργου Σελίδα 65

67 6ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή εμπορικού κέντρου με υπόγειους ορόφους 6ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης Κατασκευή εμπορικού κέντρου με υπόγειους ορόφους 6.1 Γενικά στοιχεία Περιγραφή του έργου Το εμπορικό κέντρο LAGO κατασκευάστηκε το 2002 στην πόλη Constance κοντά στην ομώνυμη λίμνη στην περιοχή των γερμανικών Άλπεων. Όσον αφορά το γεωλογικό υπόβαθρο της περιοχής πρόκειται για ένα μαλακό αργιλικό έδαφος και η θεμελίωση της κατασκευής έγινε με περίπου 130 πασσάλους διαμέτρου 1.50m. Στα πλαίσια της κατασκευής του πραγματοποιήθηκε βαθιά εκσκαφή 9.90m, μήκους 100.0m και κυμαινόμενου πλάτους από 50.0m έως 100.0m. Η εκσκαφή πραγματοποιήθηκε σε δύο τμήματα: το Τμήμα Ι με δύο υπόγειους ορόφους, το Τμήμα ΙΙ με έναν υπόγειο όροφο. Για τη μείωση των παραμορφώσεων λόγω της εκσκαφής το Τμήμα Ι χωρίστηκε με τη σειρά του σε τρεις επιμήκεις λωρίδες αντιστηριζόμενες με μεταλλικό πασσαλότοιχο (Λωρίδα Ι, Λωρίδα ΙΙ, Λωρίδα ΙΙΙ). Ο πασσαλότοιχος αντιστηριζόταν με τη σειρά του με σύστημα μεταλλικών αντηρίδων στο βάθος των 4.0m από την επιφάνεια του εδάφους και με πλάκες οπλισμένου σκυροδέματος στη βάση της εκσκαφής. Οι πλάκες αυτές ήταν συνδεδεμένες με τους πασσάλους θεμελίωσης. Σχήμα 6.1 : Τμήματα εκσκαφής σε κάτοψη Σχήμα 6.2 : Τμήματα εκσκαφής σε τομή και εδαφικό προφίλ Σελίδα 66

68 6ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή εμπορικού κέντρου με υπόγειους ορόφους Σχήμα 6.3 : Αποτελέσματα εργαστηριακών και επιτόπου δοκιμών 6.2 Μεθοδολογία κατασκευής - Κατασκευαστικά στάδια Η εκσκαφή έως τα 3.0m βάθος είχε πραγματοποιηθεί ήδη τρία χρόνια πριν την έναρξη του έργου στο πλαίσιο εργασιών για ένα υφιστάμενο κτίριο στην περιοχή. Έτσι, οι εργασίες ξεκίνησαν απευθείας από αυτό το επίπεδο. ΕΚΣΚΑΦΗ ΣΤΟ ΤΜΗΜΑ Ι : Έγινε εγκατάσταση του μεταλλικού πασσαλότοιχου. Πραγματοποιήθηκε μια μικρή εκσκαφή και τοποθετήθηκε μία σειρά αντηρίδων ως σύστημα εσωτερικής αντιστήριξης του πασσαλότοιχου. Έγινε έμπηξη των πασσάλων θεμελίωσης. Ξεκινώντας από ένα πρανές στα βόρεια η εκσκαφή ξεκίνησε πρώτα από τη μεσαία λωρίδα (axis C-E), έπειτα συνεχίστηκε στην 3η λωρίδα (axis E-F), δίπλα στο Τμήμα ΙΙ, και ολοκληρώθηκε στην 1η λωρίδα, δίπλα στο οδικό δίκτυο (axis Α-C). Η εκσκαφή πραγματοποιήθηκε σταδιακά σε βήματα που απεικονίζονται αριθμητικά στο παρακάτω σχήμα: Σχήμα 6.4 : Βήματα εκσκαφής στο Τμήμα Ι Σελίδα 67

69 6ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή εμπορικού κέντρου με υπόγειους ορόφους Με την πρόοδο της εκσκαφής μια πρόσθετη σειρά αντηρίδων τοποθετούνταν στο βάθος των 7.30m. Αμέσως μετά, γινόταν αποκοπή του εκτεθειμένου τμήματος των πασσάλων στη βάση της εκσκαφής, κατασκευή πλάκας οπλισμένου σκυροδέματος πάχους 0.8m και αφαίρεση της αντίστοιχης σειράς αντηρίδων. Στην αρχή, γινόταν επιτόπου σκυροδέτηση της πλάκας σκυροδέματος, όμως, στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν προκατασκευασμένες πλάκες με σκοπό τη μείωση του απαιτούμενου χρόνου κατασκευής. Έτσι, δε χρειαζόταν και η τοποθέτηση της 2 ης σειράς αντηρίδων. Για την αντιμετώπιση του κινδύνου λυγισμού των αντηρίδων τοποθετήθηκαν, όπου απαιτούνταν, στο μέσο των ανοιγμάτων των αντηρίδων πρόσθετοι μεταλλικοί στύλοι που εδράζονταν στην πλάκα οπλισμένου σκυροδέματος. Με τον ίδιο τρόπο πραγματοποιήθηκαν οι εκσκαφές των δύο εξωτερικών λωρίδων. Τέλος, ένα στοιχείο που πρέπει να αναφερθεί είναι ότι ο πασσαλότοιχος στη μεσαία λωρίδα αντιστηρίχθηκε και με αγκύρια πακτωμένα στους εξωτερικούς πασσαλότοιχους (αυτούς που οριοθετούσαν στο Τμήμα Ι), τα οποία με την πρόοδο της εκσκαφής στις ακραίες λωρίδες κόβονταν και τοποθετούνταν στη θέση τους μεταλλικές αντηρίδες. Εικόνα 6.1 : Κατασκευαστικές λεπτομέρειες στη μεσαία λωρίδα Εικόνα 6.2 : Σταδιακή εκσκαφή και σκυροδέτηση πλάκας Σελίδα 68

70 6ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή εμπορικού κέντρου με υπόγειους ορόφους Εικόνα 6.3 : Εκσκαφή στη μεσαία λωρίδα Εικόνα 6.4 : Εκσκαφή στην 3 η λωρίδα Εικόνα 6.5 : Εκσκαφή στην 1 η λωρίδα δίπλα στο οδικό δίκτυο Σελίδα 69

71 6ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή εμπορικού κέντρου με υπόγειους ορόφους 6.3 Σύστημα ενόργανης παρακολούθησης Λόγω των δυσμενών εδαφικών συνθηκών δεν ήταν δυνατόν να γίνει ακριβής πρόβλεψη των αναμενόμενων παραμορφώσεων και της αλληλεπίδρασης εδάφους κατασκευής. Έτσι, εγκαταστάθηκε λεπτομερές σύστημα ενόργανης παρακολούθησης του έργου. Αυτό περιλάμβανε: μέτρηση της μετακίνησης εις βάθος με κλισιόμετρα και επιμηκυνσιόμετρα, μέτρηση της πίεσης του νερού των πόρων με πνευματικά πιεζόμετρα, μέτρηση των επιφανειακών μετακινήσεων με γεωδαιτικά όργανα, μέτρηση της δύναμης στις αντηρίδες με κυψέλες φορτίου. Τα σημεία παρακολούθησης των επιφανειακών μετακινήσεων εγκαταστάθηκαν σε όλη την έκταση της εκσκαφής, καθώς και στη ζώνη επιρροής του έργου στα γειτονικά κτίρια. Οι υπόλοιπες διατάξεις ενοργάνωσης εγκαταστάθηκαν στους άξονες MQ 1, MQ 2, MQ 3 όπως φαίνεται στα παρακάτω σχήματα, καθώς και στις εικόνες Σχήμα 6.5 : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης Σχήμα 6.6 : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης στη διατομή MQ 3 Σελίδα 70

72 6ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή εμπορικού κέντρου με υπόγειους ορόφους 6.4 Αποτελέσματα ενόργανης παρακολούθησης Εξαιτίας των ιδιαιτεροτήτων της εκσκαφής, εκτός από τις ενόργανες μετρήσεις, για τη διερεύνηση του προβλήματος έγινε και ανάλυση του έργου αντιστήριξης με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Η ανάλυση του προβλήματος πραγματοποιήθηκε με τη βοήθεια του προγράμματος PLAXIS 8.2 Professional το οποίο είναι πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων προσανατολισμένο σε θέματα γεωτεχνικών έργων (εκσκαφές, αντιστηρίξεις, επιχώματα, στερεοποίηση, υπόγειες ροές κτλ.). Για την προσομοίωση της συμπεριφοράς των εδαφών στα διάφορα στρώματα χρησιμοποιήθηκε το εδαφικό προσομοίωμα Hard Soil (HSM). Τα αποτελέσματα τόσο της ανάλυσης αυτής, όσο και των μετρήσεων ενοργάνωσης παρατίθενται στη συνέχεια σε κοινά διαγράμματα για να είναι ευκολότερη η σύγκρισή τους. Γεωμετρικό μοντέλο και εδαφικές παράμετροι Λόγω της διάταξης της εκσκαφής σε δύο τμήματα διαφορετικού βάθους και της χωρικής επίδρασης της εκσκαφής σε βήματα το μοντέλο κατασκευάστηκε για ολόκληρη τη διατομή χωρίς το πλεονέκτημα κάποιας συμμετρίας. Ως αντιπροσωπευτική διατομή επιλέχθηκε η διατομή που δημιουργείται από τον άξονα ενοργάνωσης MQ 3 από δυτικά προς ανατολικά. Σχήμα 6.7 : Γεωμετρικό μοντέλο PLAXIS Πραγματοποιήθηκαν αναλύσεις για την αντιπροσωπευτική διατομή με τρεις παραλλαγές χρησιμοποιώντας κάθε φορά διαφορετικές εδαφικές παραμέτρους (Case 1, Case 2, Case 3). Στην 1 η περίπτωση ανάλυσης (Case 1) χρησιμοποιήθηκαν εδαφικές παράμετροι προερχόμενοι από τη γεωτεχνική έκθεση έρευνας του έργου, από παλιά έργα που έχουν ολοκληρωθεί, αλλά και από υφιστάμενα ενεργά έργα σε άμεση γειτνίαση. Σελίδα 71

73 6ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή εμπορικού κέντρου με υπόγειους ορόφους Πίνακας 6.1 : Εδαφικές παράμετροι ανάλυσης Στη 2 η περίπτωση ανάλυσης (Case 2) έγιναν ορισμένες αλλαγές στις παραμέτρους του τρίτου εδαφικού στρώματος σε σχέση με αυτές της 1 ης περίπτωσης ως εξής: Πίνακας 6.2 : Αλλαγές στις εδαφικές παραμέτρους στη 2 η περίπτωση ανάλυσης Τέλος, στην 3 η περίπτωση ανάλυσης (Case 3) έγιναν οι εξής αλλαγές στις παραμέτρους του τρίτου εδαφικού στρώματος σε σχέση με αυτές της 1 ης περίπτωσης: Ε 50 = E oed = 3.0 MN/m² και E ur = 15.0 MN/m². Αποτελέσματα ανάλυσης της διατομής MQ 3 και ενόργανων μετρήσεων Πλευρικές μετακινήσεις του τοίχου Στα διαγράμματα που ακολουθούν παρουσιάζονται οι πλευρικές μετακινήσεις του τοίχου στα διάφορα στάδια εκσκαφής, αυτές που καταγράφηκαν από το σύστημα ενοργάνωσης και αυτές που προέκυψαν από την ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων. Στο Σχήμα 6.8 δίνονται οι πλευρικές μετακινήσεις όταν η εκσκαφή ήταν στο βάθος των 4.30m σε όλες τις λωρίδες. Οι καταγραφές συμφωνούν με την ανάλυση και η κατασκευή είναι από την πλευρά της ασφάλειας. Η μέγιστη μετακίνηση που καταγράφηκε ήταν στον άξονα Α, u x = 5.0cm. Σελίδα 72

74 6ο Κεφάλαιο : Διατάξεις ενόργανης παρακολούθησης. Κατασκευή εμπορικού κέντρου με υπόγειους ορόφους Σχήμα 6.8 : Πλευρικές μετακινήσεις για εκσκαφή έως τα 4.30m σε όλες τις λωρίδες Στο Σχήμα 6.9 δίνονται οι πλευρικές μετακινήσεις όταν η εκσκαφή και η κατασκευή της πλάκας έδρασης στη μεσαία λωρίδα είχε περατωθεί (Άξονες C-Ε). Οι μετακινήσεις στους άξονες E και F δε φαίνεται να διαφοροποιούνται. Η ανάλυση προβλέπει μεγαλύτερες μετακινήσεις, επομένως το έργο είναι από την πλευρά της ασφάλειας. Οι καταγραφές δείχνουν να συμφωνούν με την Περίπτωση Ανάλυσης 2 (Case 2). Η μέγιστη μετακίνηση στον άξονα F ήταν u x = 2.0cm, στον άξονα E: u x = 1.0cm, στον άξονα C: u x = 3.0cm και τέλος στον άξονα A: u x = 7.0cm. Σχήμα 6.9 : Πλευρικές μετακινήσεις στο τέλος εκσκαφής και σκυροδέτησης της μεσαίας λωρίδας (Axis C-E) Στο Σχήμα 6.10 δίνονται οι πλευρικές μετακινήσεις όταν είχε περατωθεί η εκσκαφή και η κατασκευή της πλάκας έδρασης στην 3 η λωρίδα (Άξονες Ε-F). Η μέγιστη μετακίνηση στον άξονα F ήταν u x = 2.0cm, στον άξονα E: u x = 1.0cm, στον άξονα C: u x = 3.0cm και τέλος στον άξονα A: u x = 8.0cm. Σελίδα 73