ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 160

Transcript

1 Γεωμηχανική ταξινόμηση Barton, (Q-System - Rock tunnelling quality system) Για τον προσδιορισμό των γεωμηχανικών χαρακτηριστικών της βραχομάζας, αλλά και την αντιμετώπιση των προβλημάτων αντιστήριξης στις σήραγγες ο Barton et. al. (1974) πρότεινε τη χρήση του δείκτη ποιότητας υπόγειων εκσκαφών σε βραχώδεις σχηματισμούς (Q). Το σύστημα αυτό ταξινόμησης, στηρίχθηκε πάνω στη προϋπάρχουσα μέθοδο ταξινόμησης των Deere et al, που βασίζονταν στο RQD, αλλά με την εισαγωγή 5 επιπρόσθετων παραμέτρων, για βελτιστοποίηση των αποτελεσμάτων, λαμβάνοντας συνολικά υπόψη: το RQD. τον αριθμό των συστημάτων ασυνεχειών, Joint set number (j n, ). την τραχύτητα των ασυνεχειών, Joint roughness number (j r ). το βαθμό αποσάθρωσης και την πλήρωση αυτών, Joint alteration number (j a ). το καθεστώς του νερού στις ασυνέχειες, Joint water reduction factor (j w ). τις ποικίλες δυσμενείς παραμέτρους (βαθμός απομείωσης τάσεων) που συνδέονται με τη χαλάρωση, τις υψηλές τάσεις, καθώς και το βαθμό συμπίεσης και διόγκωσης του υλικού, Stress reduction factor, (SRF). ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 160

2 Tο σύστημα αυτό δίνει έμφαση στην τραχύτητα και στο βαθμό μεταβολής των επιφανειών των ασυνεχειών, κάτι που δεν τονίζεται ιδιαίτερα στη μέθοδο RMR. Επίσης συμπεριλαμβάνει τον παράγοντα SRF (Stress Reduction Factor) που σχετίζεται με την παρουσία ασθενών ζωνών, η κατάσταση των οποίων συμβάλει στη μεταβολή των τάσεων. Η τελική ποιότητα της βραχομάζας Q, είναι το γινόμενο των λόγων (α) του RQD προς τον αριθμό των συστημάτων ασυνεχειών, (β) της τραχύτητας των επιφανειών των ασυνεχειών προς τον αριθμό μεταβολής της επιφάνειας των ασυνεχειών από πλευράς αποσάθρωσης και τέλος (γ) του καθεστώτος του νερού προς το SRF. Αναλυτικότερα: Q = RQD J n J J r a J w SRF ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 161

3 1. Ο λόγος RQD / τον αριθμό των συστημάτων ασυνεχειών, αντιπροσωπεύει τη δομή της βραχομάζας από πλευράς κερματισμού, 2. Ο λόγος της τραχύτητας των επιφανειών των ασυνεχειών / τον αριθμό μεταβολής της επιφάνειας των ασυνεχειών από πλευράς αποσάθρωσης, εκφράζει τον τύπο τραχύτητας της ασυνέχειας αλλά και τα χαρακτηριστικά τριβής αυτής ή του υλικού πλήρωσης και τέλος 3. Ο λόγος του καθεστώτος του νερού / το SRF εκπροσωπεί τις τάσεις είτε από την πίεση του νερού (επηρεάζει άμεσα τη διατμητική αντοχή των ασυνεχειών και του υλικού πλήρωσης αυτών με χαλάρωση ή και απόπλυση) είτε από τη χαλάρωση των σχηματισμών στις εκσκαφές, τη συμπίεση πλαστικών πετρωμάτων (υποβαθμισμένων γεωμηχανικά), και των τάσεων στα με καλή γεωτεχνική συμπεριφορά πετρώματα. Για κάθε παράμετρο, ο προσδιορισμός δίνεται με τιμές από σχετικό πίνακα, τέτοιες ώστε η τελική βαθμονόμηση να κυμαίνεται από έως Στην περίπτωση των αντιστηρίξεων σε σήραγγες, οι Barton et. al. επιπρόσθετα της τιμής Q, προσδιόρισαν πρόσθετη παράμετρο που την ονόμασαν ισοδύναμη διάσταση (Equivalent Dimension, De), δηλαδή το λόγο του ανοίγματος της σήραγγας (διάμετρος ή ύψος, σε μέτρα) προς τον παράγοντα αντιστήριξης εκσκαφής (Excavation Support Ratio, ESR). ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 162

4 O παράγοντας ESR δίνεται από πίνακες (π.χ. σε σήραγγες αυτοκινητοδρόμων ή σιδηροδρόμων είναι ίσος με 1). Στο Σχήμα που ακολουθεί, δίνεται παράδειγμα τρόπου συσχέτισης δείκτη Q της παραμέτρου De και των κατηγοριών αντιστήριξης. Κατηγορίες αντιστήριξης με βάση τον δείκτη Q και την παράμετρο De. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 163

5 Οι κατηγορίες αντιστήριξης του διαγράμματος είναι οι εξής: 1) Δεν απαιτείται υποστήριξη. 2) Αραιές ηλώσεις. 3) Συστηματικές ηλώσεις. 4) Συστηματικές ηλώσεις με mm εκτοξευόμενο σκυρόδεμα χωρίς ενίσχυση. 5) Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, ενισχυμένο με ίνες από Fiberglass, mm, και ηλώσεις. 6) Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, ενισχυμένο με ίνες από Fiberglass, mm, και ηλώσεις. 7) Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, ενισχυμένο με ίνες από Fiberglass, mm, και ηλώσεις. 8) Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, ενισχυμένο με ίνες από Fiberglass, mm, με πλαίσια ενισχυμένα με το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα και ηλώσεις. 9. Επένδυση από έγχυτο σκυρόδεμα. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 164

6 Η βαθμονόμηση των επιμέρους παραμέτρων που εμπλέκονται στην ταξινόμηση κατά Barton (Q-system). Περιγραφή Τιμή Σημειώσεις 1. RQD A. Πολύ πτωχός δείκτης B. Πτωχός C. Μέτριος D. Καλός E. Πολύ καλός 2.Αριθμός οικογενειών ασυνεχειών A. Συμπαγές πέτρωμα με καθόλου ή λίγες ασυνέχειες B. Mια οικογένεια C. Μια οικογένεια με μερικές τυχαίας διεύθυνσης ασυνέχειες D. Δυο οικογένειες E. Δυο οικογένειες με μερικές τυχαίας διεύθυνσης ασυνέχειες F. Τρεις οικογένειες G. Τρεις οικογένειες και μερικές τυχαίας διεύθυνσης ασυνέχειες H. Τέσσερις ή περισσότερες οικογένειες τυχαίας διεύθυνσης J. Θρυμματισμένο πέτρωμα RQD J n 0,5-1, Όταν το RQD έχει τιμή <10 και της μηδενικής συμπεριλαμβανομένης, τότε συμβολική τιμή ίση με 10, χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του Q. 2.Τιμές του RQD ανά 5, δηλαδή 100, 95, 90 κλπ θεωρείται ότι είναι ικανοποιητικά επαρκείς 1.Σε περιοχές διασταύρωσης σηράγγων, οι τιμές του Jn τριπλασιάζονται. 2.Σε περιοχές στομίων σηράγγων, η τιμή του Jn διπλασιάζεται. 3.Αριθμός τραχύτητας των ασυνεχειών A. Τοιχώματα ασυνέχειας σε επαφή και B. Τοιχώματα ασυνέχειας σε επαφή πριν από 10cm διάτμηση A. Ασυνεχείς διακλάσεις B. Τραχείες και ακανόνιστες, κυματοειδείς C. Λείες κυματοειδείς D. Ολισθηρές κυματοειδείς E. Τραχείες ή ακανόνιστες, επίπεδες F. Λείες επίπεδες G. Ολισθηρές επίπεδες C. Ασυνέχειες με υλικό πλήρωσης ώστε να μην εφάπτονται τα τοιχώματα H. Ζώνες αργιλικής σύστασης με πάχος που αποτρέπει την επαφή των τοιχωμάτων. J. Ζώνες αμμώδους ή και χαλικώδους σύστασης με πάχος που αποτρέπει την επαφή των τοιχωμάτων. J r ,5 1,5 1,0 (συμβολική) 0,5 1,0(συμβολική) 1,0(συμβολική) 1.Όταν η μέση απόσταση του σχετικού συστήματος ασυνεχειών είναι μεγαλύτερο από 3m, προστίθεται 1,0 στην οριζόμενη τιμή του Jr. 2.Η τιμή Jr = 0,5 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για επίπεδες, ολισθηρές ασυνέχειες με γράμμωση, με την προϋπόθεση ότι οι γραμμώσεις προσανατολίζονται με τη μικρότερη αντοχή. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 165

7 Περιγραφή Τιμή Σημειώσεις 4. Αριθμός αλλοίωσης των ασυνεχειών A. Τοιχώματα ασυνέχειας σε επαφή A. Πλήρης επούλωση, με σκληρό αδιαπέρατο υλικό πλήρωσης που δεν μαλακώνει. B. Τοιχώματα ασυνεχειών χωρίς αλλοιώσεις, παρά μόνο με τοπικό αποχρωματισμό. C. Ελαφρά εξαλλοιωμένα τοιχώματα, επικάλυψη με ορυκτά που δεν μαλακώνουν, συμμετοχή αμμωδών σωματιδίων, πέτρωμα σε αποσύνθεση χωρίς αργιλικά ορυκτά. D. Ιλυοαργιλώδεις ή και αμμοαργιλώδεις επικαλύψεις των τοιχωμάτων, μικρά αργιλικά θραύσματα (δεν μαλακώνουν). E. Μαλακά ή χαμηλής γωνίας τριβής αργιλικά υλικά επικάλυψης, π.χ. καολινίτης ή μαρμαρυγίας. Ακόμα χλωρίτης, τάλκης, γύψος, γραφίτης, καθώς και μικρές ποσότητες διογκούμενων αργιλικών ορυκτών. (Ασυνεχής επικάλυψη, 1-2mm πάχος). J a 0,75 1,0 2,0 3,0 4,0 Φr (προσεγ/κή τιμή) 25º-35º 25º-30º 20º-25º 8º-16º Οι τιμές της παραμένουσας γωνίας τριβής φ r θεωρούνται σαν ένας προσεγγιστικός οδηγός των ορυκτολογικών ιδιοτήτων των προϊόντων εξαλλοίωσης, εφόσον αυτά υπάρχουν 5.Αριθμός αλλοίωσης των ασυνεχειών Β. Τοιχώματα ασυνέχειας σε επαφή πριν από 10cm διάτμηση F. Υλικό σε μέγεθος κόκκων άμμου, πολύ θρυμματισμένο πέτρωμα χωρίς άργιλο. G. Ισχυρά προφορτισμένο υλικό πλήρωσης από αργιλικά ορυκτά που δεν μαλακώνουν (συνεχές <5mm σε πάχος). H. Μέτρια έως χαμηλά προφορτισμένο υλικό πλήρωσης από αργιλικά ορυκτά που δεν μαλακώνουν (συνεχές <5mm σε πάχος). J. Διογκούμενα αργιλικά υλικά, π.χ. μονμοριλλονίτης (συνεχές <5mm σε πάχος). Σε αυτή την περίπτωση οι τιμές του Ja εξαρτώνται από την παρουσία των διογκούμενων αργιλικών σωματιδίων και την επαφή με το υπόγειο νερό. C. Τοιχώματα ασυνέχειας χωρίς καμία επαφή κατά τη διάτμηση K. Ζώνες ή ταινίες από θρυμματισμένο ή κερματισμένο πέτρωμα και αργιλική παρουσία (βλέπε G, H, και J για τις συνθήκες της αργιλικής παρουσίας) L. Ζώνες ή ταινίες από ιλυώδη ή και αμμώδη άργιλο, μικρά αργιλικά θραύσματα (υλικό που δεν μαλακώνει). M. Παχιές και συνεχείς ζώνες ή ταινίες αργίλου (βλέπε G, H, και J για τις συνθήκες της αργιλικής παρουσίας). J a 4,0 6,0 8,0 8,0-12,0 6, 8 ή 8,0-12,0 5,0 10, 13 ή 13,0-20,0 φ r (προσεγ/κή τιμή) 25º-30º 16º-24º 12º-16º 6º-12º 6º-24º 6º-24º Οι τιμές του φ r δίνονται σαν ένας κατά προσέγγιση οδηγός των ορυκτολογικών ιδιοτήτων των προϊόντων αποσάθρωσης ή και εξαλλοίωσης, εφ όσον υπάρχουν τέτοια. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 166

8 Περιγραφή Τιμή Σημειώσεις 6.Υποβιβασμός νερού ασυνεχειών A. Εκσκαφή χωρίς νερό ή μικρή εισροή π.χ. <5 1/min B. Μέση εισροή νερού ή μέση πίεση, με ευκαιριακή απόπλυση του υλικού πλήρωσης των ασυνεχειών. C. Μεγάλη εισροή νερού ή πίεση σε ανθεκτικό πέτρωμα με ασυνέχειες χωρίς υλικό πλήρωσης. D. Μεγάλη εισροή νερού ή πίεση. E. Εξαιρετικά μεγάλη εισροή νερού ή πίεση κατά την έκρηξη με προοδευτική μείωση με το χρόνο. F. Εξαιρετικά μεγάλη εισροή νερού ή πίεση J w 1,0 0,66 0,5 0,33 0,2-0,1 0,1-0,05 Πίεση νερού <1 Kg/cm 2 1-2,5 Kg/cm 2 2,5-10 Kg/cm 2 2,5-10 Kg/cm 2 >10 Kg/cm 2 >10 Kg/cm 2 1. Οι τιμές των περιπτώσεων C έως F είναι κατά προσέγγιση. Η τιμή του J w πρέπει να αυξάνεται αν έχουν εγκατασταθεί συστήματα αποστράγγισης. 2. Δεν έχουν περιληφθεί ειδικά προβλήματα που μπορεί να προκύψουν από την παρουσία πάγου. 7.Παράγοντας απομείωσης τάσεων A. Ζώνες αδυναμίας διατέμνουν το χώρο της εκσκαφής, με πιθανότητα να προκαλέσουν χαλάρωση της βραχομάζας όταν γίνει η διάνοιξη της σήραγγας A. Παρουσία πολλαπλών ζωνών αδυναμίας με συμμετοχή αργιλικών υλικών ή χημικά εξαλλοιωμένου πετρώματος, πολύ χαλαρό περιβάλλον πέτρωμα (οποιοδήποτε βάθος). B. Παρουσία απλών ζωνών αδυναμίας με συμμετοχή αργιλικών υλικών ή χημικά εξαλλοιωμένου πετρώματος (βάθος εκσκαφής <50m). C. Παρουσία απλών ζωνών αδυναμίας με συμμετοχή αργιλικών υλικών ή χημικά εξαλλοιωμένου πετρώματος (βάθος εκσκαφής >50m). D. Παρουσία πολλαπλών ζωνών αδυναμίας σε ανθεκτικό πέτρωμα (απαλλαγμένων αργιλικού υλικού), σε πολύ χαλαρό περιβάλλον πέτρωμα, (οποιοδήποτε βάθος). SRF 10,0 5,0 2,5 7,5 1. Οι τιμές αυτές του SRF μειώνονται κατά 25-50%, αν οι σχετικές ζώνες διάτμησης επηρεάζουν αλλά δεν διατέμνουν το χώρο της εκσκαφής. E. Παρουσία απλών ζωνών αδυναμίας σε ανθεκτικό πέτρωμα (απαλλαγμένων αργιλικού υλικού), σε πολύ χαλαρό περιβάλλον πέτρωμα (βάθος εκσκαφής <50m). F. Παρουσία απλών ζωνών αδυναμίας σε ανθεκτικό πέτρωμα (απαλλαγμένων αργιλικού υλικού), σε πολύ χαλαρό περιβάλλον πέτρωμα (βάθος εκσκαφής >50m). G. Χαλαρές και ανοικτές ασυνέχειες, ισχυρά κερματισμένο ή και σε μορφή κύβων ζαχάρεως πέτρωμα (οποιοδήποτε βάθος). 5,0 2,5 5,0 ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 167

9 Περιγραφή Τιμή Σημειώσεις 7.Παράγοντας απομείωσης τάσεων Β. Ανθεκτικό πέτρωμα με προβλήματα τάσεων H. Χαμηλές τάσεις, πλησίον της επιφάνειας. J. Μέσες τάσεις. K. Υψηλές τάσεις, πολύ πυκνή δομή (συνήθως ευνοϊκή στην ευστάθεια, αλλά ίσως δυσμενής στην ευστάθεια τοίχων). L. Ήπια θραύση πετρώματος (μαζώδες πέτρωμα). M. Ισχυρή θραύση πετρώματος (μαζώδες πέτρωμα). C. Συμπιεζόμενοι σχηματισμοί, πλαστική ροή μη ανθεκτικών πετρωμάτων κάτω από την επίδραση υψηλών πιέσεων N. Ήπια πίεση συμπίεσης πετρώματος O. Ισχυρή πίεση συμπίεσης πετρώματος D. Διογκούμενοι σχηματισμοί δραστηριότητα χημικής διόγκωσης, εξαρτώμενης από την πίεση του νερού P. Ήπια πίεση διόγκωσης πετρώματος R. Ισχυρή πίεση διόγκωσης πετρώματος SRF 2,5 1,0 0,5-2,0 5,0-10,0 10,0-20,0 5,0-10,0 10,0-20,0 5,0-10,0 10,0-15,0 Σ c /σ 1 > ,5 <2,5 σ f /σ 1 > ,66 0,66-0,33 0,33-0,16 <0,16 2. Για πεδία αρχικών τάσεων υψηλής ανισοτροπίας (εφ όσον μετρούνται): όταν 5 σ 1 /σ 3 10, οι τιμές των σ c και σ t μειώνονται στο 0,6 αυτών. σ c = αντοχή σε θλίψη σ t = αντοχή σε εφελκυσμό σ 1 = μέγιστη κύρια τάση σ 3 = ελάχιστη κύρια τάση 3. Λίγες καταγραφές είναι διαθέσιμες για περιπτώσεις που ο θόλος της σήραγγας βρίσκεται σε βάθος μικρότερο του ανοίγματος αυτής. Σε αυτές τις περιπτώσεις αυξάνεται ο SRF από 2,5 σε 5,0. Πρόσθετες σημειώσεις πάνω στη χρήση αυτών των πινάκων Όταν υπολογίζεται η ποιότητα της βραχομάζας (Q) οι ακόλουθες οδηγίες πρέπει να λαμβάνονται υπόψη πέρα από τις σημειώσεις που καταγράφηκαν πιο πάνω. Στη περίπτωση που δεν διατίθενται πυρήνες γεώτρησης, το RQD μπορεί να υπολογιστεί από τον αριθμό των ασυνεχειών ανά μονάδα όγκου. Ο αριθμός αυτός προκύπτει όταν προστεθούν όλες οι ασυνέχειες κάθε συστήματος ανά τετραγωνικό μέτρο. Η απλή σχέση που μετατρέπει αυτό τον αριθμό σε τιμή RQD, στη περίπτωση απαλλαγμένης αργιλικού υλικού βραχομάζας είναι η ακόλουθη: RQD=115-3,3J v, όπου J v είναι ο συνολικός αριθμός των ασυνεχειών ανά m3. (0< RQD <100 για 35> J v >4.5). ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 168

10 Η παράμετρος J n, η οποία εκπροσωπεί τον αριθμό των συστημάτων ασυνεχειών συχνά επηρεάζεται από τη στρώση, τη σχιστότητα, τη σχιστοποίηση κλπ. Εάν αυτό το σύστημα ασυνεχειών (δηλαδή της σχιστότητας κλπ) έχει μεγάλη εξάπλωση και ανάπτυξη τότε πρέπει να θεωρείται σαν το κύριο σύστημα ασυνεχειών. Στις περιπτώσεις που η εξάπλωση αυτού του συστήματος είναι ευκαιριακή, τότε θα πρέπει να υπολογίζεται με τη μορφή τυχαίων ασυνεχειών στον υπολογισμό του J n. Οι παράμετροι J r και J a, (που αντιπροσωπεύουν τη διατμητική αντοχή) πρέπει να σχετίζονται με το πλέον υποβαθμισμένο σύστημα ασυνεχειών ή με εκείνη την ασυνέχεια που χαρακτηρίζεται από αργιλική πλήρωση στη συγκεκριμένη θέση έρευνας. Εν τούτοις, εάν το σύστημα ασυνεχειών ή η ασυνέχεια με τη μικρότερη τιμή J n / J a είναι ευνοϊκά προσανατολισμένη αναφορικά με την ευστάθεια στο χώρο έρευνας, τότε ένα δεύτερο σύστημα ή ασυνέχεια λιγότερο ευνοϊκό (-ή) ως προς την ευστάθεια, μπορεί μερικές φορές να είναι πιο σημαντικό και η υψηλότερη τιμή του σχετικά με το λόγο J n / J a θα πρέπει να χρησιμοποιείται στον υπολογισμό του Q. Η τιμή δηλαδή J n / J a πρέπει στην πράξη να συνδέεται με την επιφάνεια εκείνη που είναι πιο πιθανή να δώσει έναρξη αστοχίας. Όταν μια βραχομάζα περιέχει αργιλικά υλικά, τότε πρέπει να υπολογίζεται ο κατάλληλος παράγοντας SRF για την απώλεια φορτίων. Στις περιπτώσεις αυτές η αντοχή του ακέραιου πετρώματος δεν έχει και μεγάλη σημασία. Εν τούτοις αν η διάρρηξη του πετρώματος είναι μικρή και απουσιάζουν αργιλικές πληρώσεις ασυνεχειών, τότε η αντοχή του ακέραιου πετρώματος γίνεται ο ασθενέστερος παράγοντας και η ευστάθεια θα εξαρτάται από το λόγο των τάσεων προς την αντοχή του πετρώματος. Ισχυρά ανισότροπη τάση είναι δυσμενής για την ευστάθεια και αδρά λογίζεται όπως στη σημείωση 2 στον πίνακα για το SRF. Οι αντοχές σε θλίψη (σ u ) και εφελκυσμό (σ t ) του ακέραιου πετρώματος θα πρέπει να εκτιμώνται σε καθεστώς κορεσμού, αν αυτό συμβαδίζει με τις παρούσες και μελλοντικές επιτόπου συνθήκες. Ένας πολύ συντηρητικός υπολογισμός της αντοχής πρέπει να γίνει για εκείνα τα πετρώματα που υποβαθμίζονται όταν εκτίθενται σε υγρές συνθήκες ή και σε συνθήκες κορεσμού. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 169

11 Τα όρια των εννέα κατηγοριών ταξινόμησης της βραχομάζας (από ιδιαίτερα κακής ποιότητας μέχρι ιδιαίτερα καλής ποιότητας βραχομάζα) φαίνονται στον Πίνακα που ακολουθεί, ενώ στον επόμενο Πίνακα δίνεται παράδειγμα γεωμηχανικής ταξινόμησης βραχομάζας, κατά Barton. Κατάταξη Βραχομάζας σύμφωνα με τη μέθοδο Q- System. EXCEPTIONALL Y POOR EXTREMELY POOR VERY POOR POOR FAIR GOOD VERY GOOD EXTREMELY GOOD EXCEPTIONALLY GOOD ΙΔΙΑΙΤΕΡΑ ΚΑΚΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΠΑΡΑ ΠΟΛΥ ΚΑΚΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΠΟΛΥ ΚΑΚΗΣ ΠΟΙΟ- ΤΗΤΑΣ ΚΑΚΗΣ ΠΟΙΟ- ΤΗΤΑΣ ΜΕΤΡΙΑΣ ΠΟΙΟΤΗ- ΤΑΣ ΚΑΛΗΣ ΠΟΙΟ- ΤΗΤΑΣ ΠΟΛΥ ΚΑΛΗΣ ΠΟΙΟ- ΤΗΤΑΣ ΠΑΡΑ ΠΟΛΥ ΚΑΛΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΙΔΙΑΙΤΕΡΑ ΚΑΛΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 170

12 Παράδειγμα γεωμηχανικής ταξινόμησης βραχομάζας, κατά Barton. Α. Καθορισμός Παραμέτρων για τον Υπολογισμό Ποιότητας Βραχομάζας RQD = 40 J n =15 J r = 1.5 J a = 2.0 J w = 1.0 Q = RQD J SRF = 5 Q= ΒΡΑΧΟΜΑΖΑ: Πολύ Κακής Ποιότητας n J J r a J w SRF Β. Επιλογή Παράγοντα ESR και Ισοδύναμης Διάστασης D e Εκσκαφή: ESR = 1.0 Σήραγγα B = 10m, 5m Γ. Μέτρα Υποστήριξης για Βραχομάζα Kατηγορία Υποστήριξης Q Τύπος Υποστήριξης Άνοιγμα 5m : S(m r ) 5-7.5cm Άνοιγμα 10m : 31 S(m r ) cm S = Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα (shotcrete) (m r ) = Ενισχυμένο πλέγμα (mesh reinforced) ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 171

13 Προκειμένου να μπορεί να συγκριθούν τα αποτελέσματα από τις δύο κύριες ταξινομήσεις βραχομαζών που περιγράφηκαν προηγούμενα, ο Bieniawski προτείνει τη σχέση: RMR = 9 * lnq Γ. Δείκτης GSI Ο Hoek και οι συνεργάτες του, στην προσπάθεια βελτίωσης του κριτηρίου αστοχίας, που είχε διατυπωθεί παλαιότερα από τους Hoek & Brown (Hoek Brown criterion), διαπίστωσαν ότι η χρήση του κριτηρίου εκτός από τα υγιή πετρώματα, μπορεί να επεκταθεί ακόμα και για πολύ κατακερματισμένες βραχομάζες, αν πέρα από την προϋπόθεση της ομοιογένειας και ισοτροπίας, βρεθεί τρόπος εύκολου υπολογισμού των παραμέτρων που υπεισέρχονται στον τύπο και αφορούν στα χαρακτηριστικά της βραχομάζας και του υγιούς πετρώματος. Η πιο γενική μορφή του υπόψη κριτηρίου αστοχίας είναι η εξής: σ m + s 3 σ1 = σ 3 + σ c b σ c ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 172 a

14 όπου, m b s και α σ c σ 1 & σ 3 = η τιμή της σταθεράς m για τη βραχομάζα (m i η αντίστοιχη σταθερά για υγιές πέτρωμα), = σταθερές που εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά της βραχομάζας, = η αντοχή σε μονοαξονική θλίψη του υγιούς πετρώματος, = οι αξονική και η πλευρική ενεργή τάση αντίστοιχα. Η πρακτική αξία του ανωτέρω τύπου του κριτηρίου, αλλά και των διάφορων παραλλαγών του, έγκειται στον εύκολο προσδιορισμό των τριών σταθερών m b, s και α. Η αρχική πρόταση των Hoek & Brown για προσδιορισμό των παραμέτρων αυτών ήταν με τη βοήθεια του συστήματος ταξινόμησης RMR του 1976, με την προϋπόθεση τελείως στεγνών συνθηκών και πολύ ευνοϊκού προσανατολισμού ασυνεχειών. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 173

15 Οι τιμές της σταθεράς m i εκτιμήσεις). για άρρηκτο (ακέραιο) βράχο ανά κατηγορία. (Οι τιμές σε παρένθεση είναι ΤΥΠΟΣ ΙΖΗΜΑΤΟΓΕΝΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΑ ΠΥΡΙΓΕΝΗ ΑΔΡΗ ΜΕΣΗ ΛΕΠΤΗ ΠΟΛΥ ΛΕΠΤΗ Κροκαλοπαγή * Ψαμμίτες Ιλυόλιθοι Αργιλόλιθοι 17 ± 4 7 ± 2 4 ± 2 Λατυποπαγή * Γραουβάκες Αργ. Σχιστόλιθοι (18 ± 3) (6 ± 2) Μάργες (7 ± 2) Κρυσταλλικοί Σπαριτικοί Μικριτικοί Δολομίτες Ανθρακικά Ασβεστόλιθοι Ασβεστόλιθοι Ασβεστόλιθοι (9 ± 3) Μη (12 ± 3) (10 ± 2) (9 ± 2) κλαστικά Εβαπορίτες Γύψος Ανυδρίτης 8 ± 2 12 ± 2 Πλουτώνια ΟΜΑΔΑ Κλαστικά Μη πτυχωμένα Ελαφρά πτυχωμένα Πτυχωμένα ** Οργανικά Μάρμαρο Χαλαζίτες Κερατόλιθοι 9 ± 3 20 ± 3 (19 ± 4) Μεταψαμμίτες (19 ± 3) Μιγματίτες Αμφιβολίτες Γνεύσιοι (29 ± 3) 26 ± 6 28 ± 5 Γρανίτης Διορίτης Ανοιχτόχρωμα 27 ± 3 (25 ± 5) Γρανοδιοτίτης (29 ± 3) Γάββρος Σκοτεινόχρωμα 27 ± 3 Δολερίτης Νορίτης (16 ± 5) 20 ± 5 Υποαβυσσικά ΣΥΣΤΑΣΗ Κρητίς 7 ± 2 Σχιστόλιθοι Φυλλίτες Σχίστες 12 ± 3 (7 ± 3) 7 ± 4 Πορφύρης Διαβάσης Περιδοτίτης (20 ± 5) (15 ± 5) (25 ± 5) Ρυόλιθος Δακίτης Λάβα (25 ± 5) (25 ± 5) Ηφαιστειακά Ανδεσίτης Βασάλτης 15 ± 5 (25 ± 5) Πυροκλαστικά Ηφ. Κροκαλοπαγή Ηφ. Λατυποπαγή Τόφφοι (19 ± 3) (19 ± 3) (19 ± 3) * Τα κροκαλοπαγή και τα λατυποπαγή μπορεί να παρουσιάσουν ένα ευρύ πεδίο τιμών της σταθεράς mi ανάλογα με την φύση του συγκολλητικού υλικού και τον βαθμό συγκόλλησης, και έτσι μπορεί να έχουν τιμές παρόμοιες με αυτές των ψαμμιτών μέχρι και τιμές που χρησιμοποιούνται και λεπτόκοκκα ιζηματογενή πετρώματα (ακόμη και < 10). ** Αυτές οι τιμές αφορούν δείγματα του ακέραιου πετρώματος (άρρηκτου βράχου) δοκιμασμένα κάθετα στις στρώσεις ή στην φύλλωση. Η τιμή της σταθεράς mi μπορεί να είναι διαφορετική σε σημαντικό βαθμό εάν η αστοχία πραγματοποιηθεί κατά μήκος ενός αδύναμου επιπέδου. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 174

16 Η πρόταση αυτή ήταν αποδεκτή για τιμές RMR βραχομάζας πάνω από 25, δηλαδή όχι για πολύ πτωχές ποιοτικά βραχομάζες. Για να ξεπεραστεί το πρόβλημα αυτό, οι συγγραφείς που είχαν ασχοληθεί με τη βελτίωση του κριτηρίου, πρότειναν τη χρήση ενός νέου δείκτη που τον ονόμασαν GSI. Για τιμές του GSI αδιατάρακτης βραχομάζας >25 οι αναγκαίες σταθερές προσδιορίζονται από τις σχέσεις: 100 m = m exp GSI b i 28 s = 100 exp GSI 9 α = 0.5 ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 175

17 ενώ για GSI αδιατάρακτης βραχομάζας <25 s = 0 GSI a = Στη συνέχεια και προκειμένου να ποσοτικοποιηθούν οι άγνωστες παράμετροι του κριτηρίου, προέκυψαν σχέσεις μεταξύ GSI και των γνωστών ταξινομήσεων της βραχομάζας όπως RMR, και Q-system. Πράγματι, αρχικά για RMR 76 >18 και με τις προϋποθέσεις της πλήρως στεγνής βραχομάζας (βαθμονόμηση για την κατάσταση από πλευράς νερού 10), του πολύ ευνοϊκού προσανατολισμού των ασυνεχειών (τιμή προσαρμογής προσανατολισμού ασυνεχειών = 0), βρέθηκε ότι ισχύει η σχέση GSI = RMR 76. Για RMR 76 <18 δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί η RMR 76, οπότε για προσδιορισμό του GSI χρησιμοποιείται η τιμή Q των Barton et. al. Με την τροποποίηση του RMR (Bieniawski, RMR 89 ), η μικρότερη τιμή που μπορεί να ληφθεί για το RMR είναι 23. Τότε, η τιμή για στεγνή βραχομάζα ήταν 15 πλέον και όχι 10 (RMR 76 ) και με πάλι αποδεκτό τον πολύ ευνοϊκό προσανατολισμό ασυνεχειών (τιμή = 0), βρέθηκε να ισχύει η σχέση GSI = RMR 89 5, για RMR89 > 23. Ξανά για RMR 89 < 23 χρησιμοποιείται η τιμή Q των Barton et. al. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 176

18 Αναλύοντας περισσότερο τη σχέση GSI και τιμής Q, στην τελευταία περίπτωση ο Hoek και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι υπάρχει μια πολύ καλή σχέση υπολογισμού του GSI, σύμφωνα με τον τύπο: GSI = 9*lnQ + 44, όπου ο Q (τροποποιημένος δείκτης ποιότητας) προκύπτει από τη γνωστή σχέση του Barton, Q = RQD J J J n r a J w SRF αν δεχτούμε ότι για τις παραμέτρους J w (για το νερό που κυκλοφορεί στις ασυνέχειες) και SRF (παράγων για τις τάσεις) η τιμή είναι ίση με τη μονάδα, δηλαδή υποθέτοντας ότι υπάρχουν ξηρές συνθήκες και κατάσταση μέτριων τάσεων. Σε αυτή την περίπτωση η τιμή Q γίνεται Q, όπου: RQD J Q = n J J r a ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 177

19 (η μικρότερη τιμή του Q είναι ) όποτε το GSI παίρνει τιμή περίπου 9, που αντιστοιχεί σε διατμητική ζώνη ή σε παχιά αργιλική πλήρωση ρήγματος. Επειδή σε πολλές περιπτώσεις χρησιμοποιείται το κριτήριο Mohr Coulomb, υπάρχουν επίσης τρόποι υπολογισμού της γωνίας τριβής και συνοχής, με τη χρήση των σταθερών για τις τιμές αντοχής και της κύριας και πλευρικής δρώσας τάσης. Πλέον πρόσφατα, ο προσδιορισμός του GSI γίνεται στην ύπαιθρο με τη χρήση Πίνακα, που συνδυάζει τις ακριβείς παρατηρήσεις των λιθολογικών συνθηκών, της δομής της βραχομάζας και της κατάστασης των ασυνεχειών που τη διασχίζουν. Το εύρος τιμών του δείκτη αυτού κυμαινόταν από 10 για την πάρα πολύ πτωχή ποιοτικά βραχομάζα μέχρι 100 για το υγιές πέτρωμα. Οι Marinos & Hoek, διαμόρφωσαν σχετικό πίνακα για τις ανάγκες ταξινόμησης των μαλακών βραχωδών σχηματισμών του Ελληνικού χώρου όπως ο φλύσχης, κλπ. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 178

20 Παράμετροι γεωλογικού δείκτη αντοχής (GSI) για κερματισμένα πετρώματα (από Hoek). ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 179

21 Πίνακας ταξινόμησης των μαλακών βραχωδών σχηματισμών ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 180

22 Εδώ συστήνεται η χρήση ενός Σταθμισμένου Μέσου Όρου των ιδιοτήτων αντοχής ισχυρών και αδύνατων στρωμάτων. Προτεινόμενες τιμές των συνιστώντων μερών του Σταθμισμένου Μέσου Όρου παρουσιάζονται στο πίνακα. Συνιστώμενες αναλογίες των των τιμών του GSI για την εκτίμηση των ιδιοτήτων της βραχομάζας από φλύσχη ΤΥΠΟΣ ΦΛΥΣΧΗ Α & Β C D Ε F G Η ΑΝΑΛΟΓΙΑ ΤΩΝ ΤΙΜΩΝ GSI ΓΙΑ ΚΑΘΕ ΤΥΠΟ ΒΡΑΧΟΥ ΠΟΥ ΘΑ ΠΕΡΙΛΗΦΘΕΙ ΣΤΟΝ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟ ΤΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Χρήση των τιμών GSI των ψαμμιτικών στρωμάτων Μείωση κατά 20 % των τιμών GSI για τους ψαμμίτες και χρήση των κανονικών τιμών GSI για τους ιλυόλιθους Μείωση κατά 40 % των τιμών GSI για τους ψαμμίτες και χρήση των κανονικών τιμών GSIγια τους ιλυόλιθους Μείωση κατά 40 % των τιμών GSI για τους ψαμμίτες και χρήση των κανονικών τιμών GSI για τους ιλυόλιθους Μείωση κατά 60 % των τιμών GSI για τους ψαμμίτες και χρήση των κανονικών τιμών GSI για τους ιλυόλιθους Χρήση των τιμών GSI των ιλυολίθων ή των σχιστολίθων Χρήση των τιμών GSI των ιλυολίθων ή των σχιστολίθων ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 181

23 Υπολογισμός ισοδύναμου δείκτη GSI Για χαλαρά συνδεδεμένους ή και ασύνδετους μαλακούς βράχους (π.χ. χαλαρά κροκαλοπαγή, μαργαϊκοί ή αργιλομαργαϊκοί σχηματισμοί), η χρήση του δείκτη GSI σε αρκετά έργα, γίνεται με τον υπολογισμό μιας ισοδύναμης τιμής αυτού, με τη βοήθεια των εξής κύριων παραμέτρων: (α) του βαθμού αποσάθρωσης, (β) του βαθμού συγκόλλησης. H μέθοδος υπολογισμού του δείκτη αυτού γίνεται με την ακόλουθη διαδικασία: Α. Αρχικά κατηγοριοποιούνται οι βαθμοί αποσάθρωσης και συγκόλλησης σε 4 κατηγορίες που περιγράφονται ως ακολούθως: Σχηματισμός με μικρή αποσάθρωση και καλή συγκόλληση (καλό πέτρωμα (Good rock) με συμβολισμό G. Σχηματισμός με μέτρια αποσάθρωση και ικανοποιητική συγκόλληση (μέτριο πέτρωμα (Medium rock) με συμβολισμό Μ. Σχηματισμός με ισχυρή αποσάθρωση και ασθενή συγκόλληση (πτωχό πέτρωμα (Poor rock) με συμβολισμό P. Σχηματισμός εδαφικός που είναι πρακτικά πλήρως αποσαθρωμένος και με πολύ ασθενή συγκόλληση (έδαφος (Soil) με συμβολισμό S. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 182

24 Β. Οι τιμές των G, M, P και S, που προσδιορίζονται στην επιφάνεια εκσκαφής (μέτωπο σήραγγας κλπ), εκφράζονται ποσοστιαία, δηλαδή G + M + P + S = 100. Με βάση τα παραπάνω, η τιμή του ισοδύναμου δείκτη GSI υπολογίζεται ως ακολούθως: 1. Για S = 0. Στην περίπτωση αυτή ο δείκτης GSI προσδιορίζεται από την ακόλουθη σχέση: GSI = 0,15P + 0,35M + 0,5G. Tο GSI παίρνει τιμές μεταξύ 15 και Για 0 < S < 25%. Στην περίπτωση αυτή ο δείκτης GSI προσδιορίζεται από τη σχέση: GSI = 0,15P + 0,35M + 0,5G 0,45S. Το GSI παίρνει τιμές μεταξύ Για S > 25%: Στην περίπτωση αυτή ο σχηματισμός έχει τη μορφή εδάφους και χαρακτηρίζεται σαν «ασύνδετο έδαφος». ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 183

25 11Δ. ΣΥΣΤΗΜΑ Palmström(1996) Στο σύστημα RMi (Palmström.1996) λαμβάνονται υπόψη: (α) η κύμανση των ασυνεχειών σε μεγάλη κλίμακα j K (από 1 έως 10m) (β) η εμμονή των ασυνεχειών j L, (γ) η τραχύτητα j r και (δ) η αλλαγή των επιφανειών j a, Οι 2 τελευταίοι όπως στο σύστημα Q. Έτσι, η ποιότητα της επιφάνειας των ασυνεχειών βαθμολογείται με τον συντελεστή κατάστασης ασυνεχειών j C = j K j L (j r /j a ). Οι συντελεστές j r και j a είναι ίδιοι με αυτούς του συστήματος Q. Η βαθμολογία για την κύμανση των ασυνεχειών σε μεγάλη κλίμακα παρατίθεται στον επόμενο πίνακα. Η κύμανση μετρείται από το λόγο του μέγιστου ύψους των προεξοχών της ασυνέχειας προς την απόσταση μεταξύ δυο μεγίστων προεξοχών. Αυτή δεν παίζει πολύ μεγάλο ρόλο στον συντελεστή βαθμολογίας της επιφάνειας των ασυνεχειών, καθώς ο συντελεστής εξαλλοίωσης j a μπορεί μόνος του να μειώσει την βαθμολογία κατά μια τάξη μεγέθους. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 184

26 Πίνακας. Βαθμολογία κύμανσης των ασυνεχειών σε μεγάλη κλίμακα του συστήματος RMi. J C = J K J L J r /J a J k = συντελεστής κύμανσης, J l = συντελεστής εμμονής, J r και J a = συντελεστές κατάστασης ασυνεχειών του συστήματος Q. Περιγραφή κύμανσης Κύμανση a/d Βαθμολογία j K Αλληλοκλείδωμα σε μεγάλη κλίμακα 3 Γωνιώδεις κλιμακωτές προεξοχές. 2,5 Μεγάλη καμπύλωση >3% 2 Μικρή έως μέτρια 0,3-3 % 1,5 Επίπεδη <0,3% 1 α = μέγιστο ύψος των προεξοχών. D = μήκος μεταξύ των μέγιστων προεξοχών της ασυνέχειας. Συμπερασματικά, οι επιτόπου ταξινομήσεις των βραχομαζών αποτελούν αναγκαία υποχρέωση, προκειμένου να αποφεύγονται δαπανηροί και συντηρητικοί σχεδιασμοί τεχνικών έργων, ενώ παράλληλα βοηθούν την πρόοδο του έργου με τη μείωση του βαθμού ανακρίβειας. Έτσι, επιτυγχάνεται οικονομία και καλύτερες εκτιμήσεις στην κατασκευαστική πορεία του έργου. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 185

27 ΑΔΡΑΝΗ ΥΛΙΚΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ Α. Γενικές αρχές Σύμφωνα με τις Βρετανικές προδιαγραφές σχετικά με τους τεχνικούς όρους για τους αυτοκινητόδρομους (B.S. 892: 1940), σαν αδρανή υλικά θεωρούνται τα ανενεργά τεμάχια ή και θραύσματα ορυκτών ή πετρωμάτων που αποτελούν τα κύρια συστατικά της δομής ενός μίγματος υλικών, όπως το σκυρόδεμα, η άσφαλτος ή και το πισσαρισμένο χαλικόστρωμα. Οι ίδιες προδιαγραφές τα διακρίνουν σε αδρόκοκκα και λεπτόκοκκα αδρανή, χωρίς να δίνεται η διαχωριστική γραμμή μεταξύ των δύο κατηγοριών, καθώς αυτή διαφέρει ανάλογα με τη χρήση. Για παράδειγμα στα αδρανή του σκυροδέματος που τα βραχώδη (σκληρά) θραύσματα πρέπει να είναι ανενεργά ως προς το τσιμέντο, η διάκριση γίνεται με τη χρήση του κόσκινου με πλέγμα 3/16 (4,76mm), ενώ στα ασφαλτικά επιλέγεται για το διαχωρισμό το κόσκινο 1/8 (3,18mm). ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 186

28 Εξ άλλου, σύμφωνα με το ΤΕΕ, αδρανή είναι τα διαβαθμισμένα, ορυκτής ή βιομηχανικής προέλευσης υλικά, που χρησιμοποιούνται είτε με συγκολλητικό μέσο (για παρασκευή κονιαμάτων, σκυροδεμάτων, ασφαλτομιγμάτων κλπ) είτε αυτούσια (έρμα σιδηροδρομικών γραμμών, στραγγιστηρίων, φίλτρων διηθήσεως ή καθαρισμού, βράχοι θωράκισης, κλπ), σε πάσης φύσεως τεχνικά έργα. Τα αδρανή: Α. δεν παρουσιάζουν χημικές συνδετικές ιδιότητες μεταξύ τους, παρά μόνο φυσική συνοχή λόγο της γεωμετρικής ταξινόμησης των κόκκων τους και του βάρους τους. Β. δεν αντιδρούν χημικά με το συγκολλητικό μέσο παρά μόνο συγκρατούνται από αυτό σύμφωνα με την κλασσική αντίληψη. Στη σχετική ιστοσελίδα του ΤΕΕ, δίνεται επίσης το σύνολο των δοκιμών που εκτελούνται στα αδρανή υλικά ανεξαρτήτως χρήσης, γίνεται σχολιασμός για την σημασία των δοκιμών καθώς και για τη μέθοδο ελέγχου. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 187

29 Οι δοκιμές αναφέρονται τόσο στους Ελληνικούς Κανονισμούς για τα αδρανή όσο και στα Νέα Ευρωπαϊκά Πρότυπα των αδρανών τα οποία έχουν ισχύ στην Ελλάδα από το τέλος του Οι ιδιότητες των αδρανών υλικών είναι ιδιαίτερης σημασίας για τους μηχανικούς των τεχνικών έργων και κυρίως αυτών που ασχολούνται με τα γραμμικά έργα, καθώς εμπλέκονται σε ένα μεγάλο αριθμό εργασιών που περιλαμβάνουν: σκυρόδεμα, σκυροκονιάματα, ασφαλτικό οδόστρωμα, φίλτρα σε στραγγιστήρια, διήθηση και καθαρισμό υλικών, έρμα σιδηροδρομικών γραμμών, κλπ. Επιπρόσθετα, στον ίδιο διαδικτυακό τόπο δίνεται και η διάκριση των αδρανών σε έξι (6) κατηγορίες, όπως στον Πίνακα που ακολουθεί. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 188

30 Κατηγορίες Ι Κατηγορίες αδρανών σύμφωνα με το ΤΕΕ. Χρήση Αδρανή για παρασκευή τσιμεντοσκυροδέματος (αggregates for concrete), ΙΙ Αδρανή για παρασκευή ασφαλτομιγμάτων (aggregates for bituminus mixtures) ΙΙΙ ΙV Αδρανή Κονιαμάτων (aggregates for mortar) Αδρανή για Ογκόλιθους για υδραυλικά και λιμενικά έργα (armourstones) V Αδρανή για έρμα σιδηροδρομικής γραμμής (aggregates for railway track ballast) VI Αδρανή υλικά για βάσεις και υποβάσεις σταθεροποιημένες ή όχι για χρήση σε οδοστρώματα και έργα πολιτικού μηχανικού (aggregates for unbound and hydraulically bound materials) ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 189

31 Τα αδρανή είναι τα βασικά υλικά για την κατασκευή των γραμμικών έργων, καθώς: διαμορφώνουν το μέγιστο τμήμα του σώματος των δρόμων, το έρμα των σιδηροδρομικών γραμμών, φέρουν δε τις κύριες τάσεις που αναπτύσσονται και αντιστέκονται στη φθορά από την επιφανειακή τριβή. 1. Για την περίπτωση χρήσης αδρανών στο σκυρόδεμα, όπου αποτελούν το 60-75% του όγκου του και το 70-85% του βάρους του, αυτά επηρεάζουν καθοριστικά τις ιδιότητές του μπετόν τόσο στη νωπή όσο και στην τελική (σταθερή) μορφή του. Καθώς είναι λιγότερο παραμορφώσιμα από τον τσιμεντοπολτό, αντιστέκονται στην ανάπτυξη και διάδοση των μικρορωγματώσεων που προκαλεί η συστολή κατά την ξήρανση. Έτσι βελτιώνουν την αντοχή του τσιμεντοπολτού. Γενικά χρειάζεται προσοχή: στην αντοχή και σκληρότητα των αδρανών, στην ορυκτολογική τους σύσταση, στις διαστάσεις τους, ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 190

32 στην παρουσία αργιλικών ή οργανικών προσμίξεων, ενώσεων θείου (π.χ. C a SO 4 ), καθώς και στην ύπαρξη παιπάλης. 2. Για την περίπτωση χρήσης των αδρανών στο έρμα των σιδηροδρομικών γραμμών, τα αδρανή αυτά με την κοινή ονομασία σκύρα (μπαλάστρο): παρεμβάλλονται μεταξύ στρωτήρων - σιδηροτροχιών και του εδαφικού σχηματισμού έδρασης, μεταφέρουν τα φορτία των συρμών στο έδαφος, διατηρούν τη σιδηροτροχιά στη θέση της, διευκολύνουν την απορροή του νερού των βροχών. Η λήψη των αδρανών που θα χρησιμοποιηθούν πρέπει να είναι από μια μόνο πηγή για την ομοιογένεια του υλικού, να αποτελείται από κόκκους υγιείς, σκληρούς και ανθεκτικούς, χωρίς βλαπτικές προσμίξεις. Γενικά οι κύριες αστοχίες του έρματος που εξαρτώνται από την ακαταλληλότητα των αδρανών που χρησιμοποιούνται είναι: ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 191

33 Η μείωση του όγκου, λόγω αναδιάταξης, τριβής ή και θραύσης των δομικών μονάδων των σκύρων. Η υποβάθμιση του έρματος λόγω δυναμικής συμπύκνωσης, θρυμματισμού αλλά και φθοράς από απότριψη των σκύρων. 3. Για τη χρήση των αδρανών στα οδοστρώματα (συνήθη αδρανή οδοποιίας), οι χαρακτηριστικές προδιαγραφές που πρέπει να πληρούν σε αυτή την περίπτωση, είναι: 3.1. Στα εύκαμπτα οδοστρώματα τα αδρανή βοηθούν με τη χρήση τους είτε στη βάση είτε στην υπόβαση στην καλή λειτουργία του οδοστρώματος και έτσι πρέπει να παρουσιάζουν ιδιότητες που να εξασφαλίζουν: (α) την αντοχή που απαιτούν οι τάσεις που αναπτύσσονται από τις κυκλοφοριακές συνθήκες, (β) την αποστράγγιση, (γ) την ανθεκτικότητα έναντι του παγετού, αλλά και (δ) στην περίπτωση της υπόβασης, την προστασία από ανάμιξη με τα υλικά του φυσικού εδάφους (οργανικά υλικά, άργιλος κλπ). ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 192

34 3.2. Στα άκαμπτα οδοστρώματα τα αδρανή της βάσης πρέπει να: (α) προστατεύουν το σκυρόδεμα από τη διαβρωτική δράση του νερού, (β) βοηθούν στην αποστράγγιση, (γ) είναι ανθεκτικά στον παγετό, (δ) μην προκαλούν μεταβολή όγκου και τέλος (ε) βελτιώνουν τη φέρουσα ικανότητα της όλης κατασκευής. Με τη χρήση τους στην υπόβαση βοηθούν επίσης στην ομοιόμορφη συμπεριφορά από πλευράς φέρουσας ικανότητας με στόχο να μην σημειώνονται τοπικές αστοχίες, αλλά και να αποτρέπουν την ανάμιξη αυτής με τα λεπτομερή εδαφικά υλικά του υποκείμενου εδάφους. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 193

35 3.3. Στους ασφαλτοτάπητες (αντιολισθηρά αδρανή οδοποιίας) που χρησιμοποιούνται σε δρόμους, αεροδρόμια κλπ, τα αδρανή αποτελούν το 90-95% του βάρους του συμπυκνωμένου ασφαλτομίγματος και μεταφέρουν τα φορτία στα υποκείμενα στρώματα με τη μικρότερη συμμετοχή του συνδετικού ασφαλτικού υλικού διατηρώντας το έργο σε καλή κατάσταση και προσδίδοντας στον ασφαλτοτάπητα τις κατάλληλες ιδιότητες σχεδιασμού. Τα τελευταία χρόνια έχει αναγνωριστεί διεθνώς ότι η ολισθηρότητα των οδοστρωμάτων είναι υπαίτια για πολλά από τα τροχαία ατυχήματα (περίπου για το 30%). Στον Ελλαδικό χώρο, το πρόβλημα είναι ιδιαίτερα οξύ αφού ο δείκτης ατυχημάτων είναι υψηλός και οι συντελεστές τριβής ιδιαίτερα χαμηλοί. Βασική αιτία είναι η χρήση αδρανών (π.χ. ανθρακικών πετρωμάτων) με πολύ αυξημένο το βαθμό λείανσης. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 194

36 Σημαντική συνεπώς είναι η αντιολισθηρότητα ενός οδοστρώματος που είναι άμεση συνάρτηση της γεωμετρικής διαμόρφωσης της επιφάνειας (προφίλ) του οδοστρώματος, που καλείται επιφανειακή υφή. Κατανοητό είναι ότι αυτή σχετίζεται άμεσα με: (α) τη μορφή, (β) το μέγεθος, (γ) το είδος (δ) την κατανομή των στοιχείων (ψηφίδων, θραυσμάτων κλπ) του αδρανούς υλικού που μαζί με το συνδετικό ασφαλτικό υλικό διαμορφώνουν την επιφάνεια χρήσης του οδοστρώματος. Σημειώνεται ότι τις αντιολισθηρές ιδιότητες τις προσδίδει κυρίως το πλέον αδρόκοκκο κλάσμα των αδρανών. Με βάση τα παραπάνω η επιφανειακή υφή χαρακτηρίζεται από δύο μορφές τραχύτητας: (1) τη μακροτραχύτητα (2) τη μικροτραχύτητα. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 195

37 Η πρώτη αποδίδεται στις αδρές και με γυμνό οφθαλμό παρατηρούμενες ανωμαλίες της επιφάνειας του οδοστρώματος και εξαρτάται από: τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των αδρανών τη γενικότερη σύνθεση του ασφαλτομίγματος τον τρόπο παρασκευής του, η δεύτερη αποτελεί τις μικροανωμαλίες του ασφαλτοτάπητα που διακρίνονται μόνο από πολύ κοντά και οφείλονται: στην ορυκτολογική σύσταση και στον ιστό του πετρώματος που έχει χρησιμοποιηθεί σαν αδρανές υλικό. Η επιφανειακή υφή έχει μεγάλη σημασία για την αντιολισθηρότητα των υγρών κυρίως επιφανειών, καθώς η μείωση της ολισθηρότητας είναι σημαντική και συνδεδεμένη απόλυτα με την επιφανειακή υφή και την ταχύτητα ολίσθησης. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 196

38 Μια άλλη σημαντική παράμετρος που επηρεάζεται από την επιφανειακή υφή είναι η υδρολίσθηση. Με τον όρο αυτό χαρακτηρίζεται το φαινόμενο εκείνο κατά το οποίο ελαστικό οχήματος κινούμενο σε οδόστρωμα που καλύπτεται από στοιβάδα νερού με αυξανόμενη ταχύτητα χάνει την επαφή του με το οδόστρωμα χωρίς απότομο χειρισμό ή φρενάρισμα. H υδρολίσθηση εκτός από την επιφανειακή υφή, εξαρτάται από: (1) το πάχος της στοιβάδας του νερού, (2) το είδος των ραβδώσεων του ελαστικού, (3) το φορτίο του οχήματος όπως κατανέμεται στο ελαστικό. Για την αποφυγή αυτού του φαινομένου θα πρέπει οι ψηφίδες του αδρανούς υλικού που χρησιμοποιούνται στην επιφάνεια του οδοστρώματος να έχουν: (α) αρκετά μεγάλο μέγεθος (10-14mm), (β) γωνιώδες σχήμα, χωρίς αυξημένο ποσοστό επιμήκων ή πεπλατυσμένων ψηφίδων, (γ) επαρκή αντοχή σε όλους τους παράγοντες εκείνους που τείνουν να την απομειώσουν. Συνοψίζοντας, οι αντιολισθηροί τάπητες πρέπει να έχουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά που είναι κυρίως συνάρτηση των αδρανών υλικών που περιέχουν αφού αυτά αποτελούν το 90% περίπου της μάζας τους: ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 197

39 Αυξημένη αντιολισθηρότητα σε όλες τις ταχύτητες των οχημάτων, και όσο το δυνατόν μικρότερη μείωση αυτής σε αυξημένες ταχύτητες και υγρές συνθήκες. Ομοιόμορφη και σχετικά ομαλή επιφάνεια. Καλή δυνατότητα αποστράγγισης, ώστε να αποφεύγεται η υδρολίσθηση. Υψηλή αντίσταση στη φθορά, αλλά και στην αποκόλληση και απώλεια των ψηφίδων του αδρανούς υλικού. Υψηλή ανθεκτικότητα στις αποσαθρωτικές και χημικές διεργασίες του περιβάλλοντος. Χαμηλή φθορά στα ελαστικά και μικρή αντίσταση στην κύλιση. Χαμηλό θόρυβο ελαστικών κατά την κίνηση των οχημάτων. Πολύ χαμηλή υδροπερατότητα, για την προστασία βάσης και υπόβασης από τα επιφανειακά νερά. Συμβολή στην αντοχή και σταθερότητα βάσης και υπόβασης του οδοστρώματος. Καλή φωτοανακλαστικότητα για την ασφάλεια των οχημάτων τη νύκτα. Μειωμένο κόστος κατασκευής αλλά κυρίως συντήρησης. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 198

40 4. Για την περίπτωση χρήσης αδρανών με τη μορφή φίλτρων. Τα αδρανή αυτά χρησιμοποιούνται για παράδειγμα σε κατασκευές όπως τα φράγματα, δηλαδή εκεί που είναι αναγκαία η μείωση της δράσης του νερού μέσα από το σώμα της κατασκευής. Αυτό είναι αναγκαίο, προκειμένου να αποφευχθούν ανεπιθύμητες διαβρώσεις και αποπλύσεις. Έτσι η χρήση φίλτρων (αδρόκοκκα υλικά) βοηθά στην ελεγχόμενη πορεία των γραμμών ροής ώστε να εκμηδενίζεται η πιθανότητα αστοχίας από τη δράση του νερού. Πρέπει συνεπώς: (α) η περατότητα του σώματος των υλικών που χρησιμοποιούνται σαν φίλτρα αποστράγγισης να είναι κατά πολύ μεγαλύτερη από αυτήν του υλικού που δομεί το σώμα της κατασκευής και (β) να μην επιτρέπεται στα εδαφικά σωματίδια να εισέρχονται στην μάζα των φίλτρων. Για την πρώτη περίπτωση, πρέπει να υπάρχει η ακόλουθη σχέση από πλευράς κοκκομετρίας: D ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 199 d

41 όπου D αναφέρεται στη διάμετρο των στοιχείων του φίλτρου και d σε αυτήν των εδαφικών σωματιδίων. Για τη δεύτερη περίπτωση, δηλαδή της προστασίας των φυσικών αμμωδών εδαφών από μετακίνησή τους μέσα στο υλικό των φίλτρων, οι ακόλουθοι λόγοι από πλευράς κοκκομετρίας θα πρέπει να χρησιμοποιούνται σαν κριτήρια σχεδιασμού: D d 15 < 85 5 D d (1) < 25 (2) < (3) D d με την πρώτη σχέση να είναι η πλέον σημαντική και ουσιαστική για την λειτουργία των φίλτρων και βέβαια πάντα με το D να αναφέρεται στη διάμετρο των στοιχείων του φίλτρου και d σε αυτήν των εδαφικών σωματιδίων. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 200

42 Για αργιλικά εδάφη, όπου η d 85 είναι μεταξύ mm, η D 15 δεν θα πρέπει να υπερβαίνει τα 0.5mm. Για λεπτόκοκκα ιλυώδη εδάφη, όπου η d 85 είναι μεταξύ mm και το όριο υδαρότητας μικρότερο του 30, η D 15 δεν θα πρέπει να υπερβαίνει τα 0.3mm. Για αμμώδεις ιλύες ή αργίλους και αμμοχάλικο για φίλτρο, όπου η d 85 είναι μεταξύ mm, οι σχέσεις (2) και (3) δεν πρέπει να λαμβάνονται υπόψη. Σήμερα βέβαια με τη χρήση των γεωυλικών (γεωυφασμάτων, κλπ) έχουν απλοποιηθεί σχετικά τα προβλήματα αυτά. Β. Εκτίμηση της ποιότητας των αδρανών Η επιλογή των αδρανών υλικών πρέπει να γίνεται με μεγάλη προσοχή και επισταμένη εξέταση σχετικά με την ποιότητα και καταλληλότητα αυτών. Πρέπει συνεπώς να διερευνώνται οι ιδιότητες εκείνες που επιδρούν στη συμπεριφορά και απόδοση του οργανισμού που δομείται από τα αδρομερή, όπως για παράδειγμα η επιφάνεια των οδοστρωμάτων. Βέβαια το πόσο καλά θα πρέπει να είναι αναπτυγμένες αρκετές από τις ιδιότητες των αδρανών, εξαρτάται από τον τύπο του οδοστρώματος (άκαμπτο ή εύκαμπτο) και τη μέθοδο κατασκευής. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 201

43 Για παράδειγμα, η χημική σύσταση των αδρανών είναι σοβαρό πρόβλημα για ένα οδόστρωμα από σκυρόδεμα (άκαμπτο), ενώ για ένα εύκαμπτο οδόστρωμα δηλαδή ένα ασφαλτικό οδόστρωμα δεν έχει ιδιαίτερη σημασία. Συνεπώς οι σημαντικές ιδιότητες επιλογής διαφοροποιούνται ανάλογα με τη χρήση των αδρανών. Γενικά θα πρέπει να γίνει αποδεκτό ότι στην ουσία δεν υπάρχουν αδρανή υλικά που να έχουν ιδανικές ιδιότητες για κάθε χρήση. Συνεπώς θα πρέπει να γίνεται σε κάθε περίπτωση ποσοτικός προσδιορισμός των συγκεκριμένων ιδιοτήτων και να καθοριστούν κριτήρια αποδοχής ή τιμές καταλληλότητας. Αυτό γίνεται με βάση δοκιμές που έχουν καθοριστεί από Διεθνή ή Ελληνικά πρότυπα. Γ. Ιδιότητες αδρανών Υπάρχει συνεπώς ένα μεγάλο εύρος ιδιοτήτων που πρέπει να ελέγχονται κατά την περίπτωση επιλογής αδρανών υλικών. Αυτές μπορεί να ομαδοποιηθούν σε: Φυσικές ιδιότητες, Μηχανικές, Χημικές, ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 202

44 Θερμικές, Ηλεκτρικές, Οπτικές, Αισθητικές. Σε κάθε περίπτωση πρέπει να εξετάζονται και να συγκρίνονται με το σχετικό κριτήριο αποδοχής, εκείνες οι ιδιότητες που εξασφαλίζουν την καλή συμπεριφορά του αδρανούς για τη συγκεκριμένη χρήση. Τα αδρανή υλικά θα πρέπει να χαρακτηρίζονται από: (α) υψηλή αντίσταση στη φθορά από τριβή και κρούση, (β) υψηλή αντοχή σε θλίψη (γ) να μην χαρακτηρίζονται από τάση συγκόλλησης των δομικών μονάδων τους, (δ) να ανθίστανται στις θερμοκρασιακές μεταβολές και στις αποσαθρωτικές διεργασίες (ε) να έχουν αυξημένη σκληρότητα. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 203

45 Αναλυτικότερα, για κάθε ομάδα από τις παραπάνω αναφερόμενες ιδιότητες σχολιάζονται αυτές που αποτελούν τις πλέον ευρέως εμπλεκόμενες στην επιλογή των αδρανών υλικών για τις κύριες χρήσεις αυτών. Γ1. Φυσικές ιδιότητες Οι φυσικές ιδιότητες (όπως και οι χημικές) των διαφόρων σχηματισμών είναι άμεσα συνδεδεμένες με: (α) την ορυκτολογική σύσταση, (β) τη γεωλογική εξέλιξη και (γ) τον τρόπο απόκρισής τους στα φαινόμενα αποσάθρωσης και εξαλλοίωσης. Οι κυριότερες από τις φυσικές ιδιότητες που θα πρέπει να εξετάζονται είναι: Γ1.1. Κοκκομετρική διαβάθμιση Η βασική ιδιότητα στην οποία στηρίζεται η ταξινόμηση των χαλαρών (εδαφικών) σχηματισμών είναι η κοκκομετρική διαβάθμιση. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 204

46 Η μορφή της κοκκομετρικής καμπύλης καθορίζει το βαθμό ομοιομορφίας του υλικού. Αν έχει περίπου ίδιου μεγέθους κόκκους η καμπύλη έχει ισχυρή κλίση και το έδαφος είναι ομοιόμορφο. Αντίθετα αν αποτελείται από διάφορα μεγέθη κόκκων τότε η καμπύλη έχει ομαλή κλίση και το έδαφος καλείται καλά διαβαθμισμένο, κοκ. Τα χαρακτηριστικά μεγέθη φυσικών αδρόκοκκων υλικών, δίνονται στον Πίνακα που ακολουθεί. Κοκκομετρία αδρόκοκκων υλικών (μέχρι μεγέθους άμμου). Είδος εδάφους Διάμετρος mm Τρόμχαλοι (μεγάλοι λίθοι μικροί ογκόλιθοι) >300 Κροκάλες Μεγάλοι χάλικες Μικροί χάλικες 4,75-19 Αδρόκοκκη άμμος 2,0-4,75 Μεσόκοκκη άμμος 0,42-2,0 Λεπτόκοκκη άμμος 0, ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 205

47 Το σχήμα των αδρανών είναι επίσης σημαντικό αφού μαζί με το μέγεθος επηρεάζουν τη συνοχή μεταξύ αδρανών και συνδετικού υλικού. Μαλακά πετρώματα (πετρώματα με ορυκτά που είναι μειωμένης σκληρότητας) ή και ασθενή πετρώματα (πετρώματα με ορυκτά εύθραυστα) δίνουν αδρανή με: (α) ευκολία θραύσης, (β) πεπλατυσμένες ψηφίδες, (γ) χωρίς θραυσιγενείς επιφάνειες (δ) με ανεπαρκείς μηχανικές αντοχές. Οι θραυσιγενείς επιφάνειες, όταν υπάρχουν και είναι ανώμαλες και όχι επίπεδες ή λείες χαρακτηρίζουν καλό σχηματισμό για αδρανή. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 206

48 Γ1.2. Πορώδες Ένα από τα σημαντικότερα φυσικά χαρακτηριστικά που συμμετέχει στη συμπεριφορά του μητρικού σχηματισμού των αδρανών στην αποσάθρωση είναι το πορώδες. Η παρουσία πόρων που συνδέονται μεταξύ τους, μικρορωγματώσεων κλπ διευκολύνει την κυκλοφορία του νερού και επιταχύνει τη διαδικασία της αποσάθρωσης, αλλά και επαυξάνει τις καταναλώσεις για παράδειγμα του τσιμεντοπολτού στην περίπτωση σκυροδέματος. Συνεπώς το μεγάλο πορώδες είναι απαγορευτικό για χρήση του συγκεκριμένου σχηματισμού προς παραγωγή αδρανών. Γ1.3. Δομή πόρων Με τον όρο αυτό αναφερόμαστε στη μορφή, κατανομή και σύνδεση των πόρων των υλικών που χρησιμοποιούνται σαν αδρανή. Υπάρχουν πετρώματα στα οποία οι πόροι δεν επικοινωνούν μεταξύ τους και συνεπώς απομονώνονται, ενώ σε άλλες περιπτώσεις επικοινωνούν και μπορεί να έχουν και μεγάλο όγκο. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 207

49 Τέτοια υλικά με αυξημένη επικοινωνία πόρων και μάλιστα μεγάλου όγκου πρέπει να θεωρούνται ακατάλληλα για αδρανή. Γ1.4. Ειδικό βάρος Το ειδικό βάρος είναι σημαντική φυσική ιδιότητα που χαρακτηρίζει τους σχηματισμούς και αποκαλύπτει χαρακτηριστική τεχνικογεωλογική συμπεριφορά. Στην περίπτωση των αδρανών υλικών, πρέπει να προτιμούνται βραχώδεις σχηματισμοί με υψηλό ειδικό βάρος. Αυτό είναι αναγκαίο επειδή με τις διαδικασίες αποσάθρωσης ή και εξαλλοίωσης ενός σχηματισμού, επέρχεται η μείωση του ειδικού βάρους (αλλά και η υποβάθμιση της γεωμηχανικής συμπεριφοράς). Γ1.5. Αποσάθρωση Ορισμένα από τα ορυκτολογικά συστατικά των αδρανών στοιχείων, επηρεάζονται διαφορετικά από τις φυσικοχημικές μεταβολές σε σχέση με κάποια άλλα. Για παράδειγμα, κάποια ορυκτά υφίστανται σοβαρές απώλειες με τις διαδοχικές συνθήκες ύγρανσης ξήρανσης. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 208

50 Έτσι αν και η διαδικασία αυτή ανανεώνει τη μικροτραχύτητα, εν τούτοις σε ακραίες περιπτώσεις επέρχεται ολική απώλεια επιφανειακών αδρανών στοιχείων. Γ2. Θερμικές ιδιότητες Οι θερμικές ιδιότητες ενός υλικού ενεργοποιούνται με τις θερμοκρασιακές μεταβολές. Οι κύριες θερμικές ιδιότητες γεωλογικών σχηματισμών είναι: (α) θερμική αγωγιμότητα, (β) ειδική θερμότητα και (γ) θερμική διαστολή (μεταβολή όγκου) Οι θερμικές ιδιότητες των αδρανών είναι σημαντικές όταν πρόκειται να χρησιμοποιηθούν σε άκαμπτα οδοστρώματα (από τσιμέντο) και βέβαια στο σκυρόδεμα. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 209

51 Η θερμική αγωγιμότητα και η θερμική μεταβολή όγκου είναι κυρίως σημαντικές εδώ, ενώ στα εύκαμπτα οδοστρώματα (ασφαλτούχα) είναι χωρίς ιδιαίτερη σημασία. Άρα, η ορυκτολογική σύσταση του αδρανούς υλικού πρέπει να είναι τέτοια που η θερμική μεταβολή όγκου να είναι αμελητέα. Γ3. Ηλεκτρικές ιδιότητες Οι ιδιότητες αυτές, με κύριες (α) την ηλεκτρική αγωγιμότητα και (β) τη διηλεκτρική σταθερά, έχουν πολύ μικρή επίδραση στα αδρανή. Συνεπώς δεν επηρεάζουν τη χρήση τους. Γ4. Οπτικές ιδιότητες Η πόλωση, η διάθλαση και η ανάκλαση είναι οι κύριες οπτικές ιδιότητες που καθορίζουν τη συμπεριφορά ενός υλικού σχετικά με τη διάδοση του φωτός. Στα αδρανή, ενδιαφέρει η φωτοανακλαστικότητα για την ασφάλεια των οχημάτων τη νύκτα. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 210

52 Γ5. Αισθητικές ιδιότητες Η επιλογή ενός υλικού έτσι ώστε να είναι ξεκούραστο, άνετο και ευχάριστο στην όραση, καθορίζεται από τις αισθητικές ιδιότητες, δηλαδή το χρώμα, την ένταση, την αρμονία αυτού κλπ. Για παράδειγμα, το χρώμα είναι η σπουδαιότερη αισθητική ιδιότητα που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την επιλογή ενός αδρανούς υλικού κυρίως για την επιφάνεια οδοστρωμάτων. Γ6. Χημικές ιδιότητες Οι ιδιότητες αυτές χαρακτηρίζουν τους μετασχηματισμούς και τις μεταβολές που μπορεί να υποστεί το υλικό που αποτελεί το μητρικό γεωλογικό σχηματισμό των αδρανών (π.χ. οξείδωση συγκεκριμένων ορυκτών). Μακροχρόνιες χημικές ιδιότητες που οφείλονται σε εξωγενείς παράγοντες είναι: (α) η διαλυτότητα, (β) η χημική αποσάθρωση, ενώ υπάρχουν και βραχυχρόνιες χημικές μεταβολές που προκύπτουν από την αντίδραση μεταξύ των αδρανών και του συνδετικού τους υλικού και οι οποίες μπορεί να επιφέρουν ποιοτική υποβάθμιση του μίγματος. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 211

53 Για παράδειγμα η επίδραση των όξινων νερών βροχής είναι ιδιαίτερα αισθητή στον ασβεστίτη. Εξ άλλου, αδρανή με θειούχα ορυκτά που οξειδώνονται εύκολα, αλλά και αδρανή με θειικά που προκαλούν διαστολή και θραύση στο τσιμέντο ή και αδρανή άμορφο πυρίτιο (αντιδρά με το τσιμέντο), θα πρέπει να αποφεύγονται. Ακόμα αδρανή με δολομίτη, σιδηροπυρίτη, κλπ επίσης δεν είναι κατάλληλα. Γ6.1. Η δοκιμή υγείας Αποτελεί την κύρια δοκιμή ελέγχου από πλευράς χημικών ιδιοτήτων. Είναι η δοκιμή προσδιορισμού της ανθεκτικότητας των αδρανών κάτω από την χημική δράση θειικών αλάτων (Magnesium sulphate soundness test). Για τη δοκιμή, το δείγμα από τα αδρανή είναι διερχόμενο από το κόσκινο 2½ και κοσκινίζεται σε σειρά από κόσκινα των 1½, 3/4, 3/8 και Νο4 (3/16 ή 4,75mm), με συγκρατούμενο τουλάχιστον >5% σε κάθε βαθμίδα. Το τελικό δείγμα τοποθετείται σε μεταλλικό πλεκτό καλάθι και μέσα σε κορεσμένο διάλυμα θειικού νατρίου (Να 2 SO 4 ) ή προτιμότερο θειικού μαγνησίου (MgSO 4 ), για συγκεκριμένη χρονική περίοδο (16-18 ωρών). Στη συνέχεια, ξηραίνεται σε φούρνο μέχρι το βάρος του να γίνει σταθερό και έτσι ολοκληρώνεται ο ένας κύκλος. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 212

54 Δέκα τέτοιοι κύκλοι ολοκληρώνουν τη δοκιμή. Κατά τη διάρκεια του εμποτισμού το διάλυμα του θειικού μαγνησίου διεισδύει μέσα στους όποιους πόρους του δείγματος, ενώ κατά την ξήρανση, οι κρύσταλλοι του MgSO 4 ασκούν τρομερές πιέσεις στο πέτρωμα. Αν το τελευταίο είναι μικρών αντοχών, τότε αποσυντίθεται σε μικρά θραύσματα. Όταν όλοι οι κύκλοι ολοκληρωθούν, το δείγμα πλένεται, ξηραίνεται και ζυγίζεται. Το αποτέλεσμα της δοκιμής εκφράζεται σαν ποσοστό % του χαμένου βάρους προς το αρχικό βάρος. Δείγματα από πτωχούς σχηματισμούς (χαμηλής αντοχής) θα αποσυντεθούν πολύ πριν ολοκληρωθούν οι δέκα κύκλοι, ενώ μικρού μεγέθους αδρανή παρουσιάζουν χειρότερα αποτελέσματα. Γενικά τιμές ανθεκτικότητας μικρότερες των 25%, θεωρούνται καλές για αδρανή γενικής χρήσης. Γ7. Μηχανικές ιδιότητες Γ7.1. Μηχανισμός φθοράς αδρανών υλικών Η σταδιακή μεταβολή της αρχικής μακροτραχύτητας όπως και η τελική στάθμη της μικροτραχύτητας από τις κυκλοφοριακές συνθήκες, είναι αποτελέσματα της φθοράς των ψηφίδων των αδρανών υλικών που χρησιμοποιούνται. Γενικά, το είδος της φθοράς των αδρανών και ο χαρακτήρας της καθορίζει σε σημαντικό βαθμό την αντιολισθηρότητά τους. Συνεπώς πρέπει να διερευνώνται πάντα οι βασικές διεργασίες που επιφέρουν αυτή τη φθορά και οι οποίες είναι οι ακόλουθες: ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ 213