ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ Ι ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΛΛΕΙΩΝ ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΥΔΡΟΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ Ι ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ Διάλεξη 7η Σελίδα 1

2 Κύρια χαρακτηριστικά βραχομάζας που εμπλέκονται στις ταξινομήσεις Προσδιορισμός του RQD Το RQD εφ όσον στην περιοχή έρευνας δεν έχουν ανορυχθεί ερευνητική(-ες) γεώτρηση(-σεις) για να υπολογιστεί με τον κλασικό τρόπο, ο προσδιορισμός του για τις ανάγκες των γεωμηχανικών ταξινομήσεων γίνεται με τη βοήθεια του τύπου του Barton: R.Q.D. = 115 3,3 x Jv, όπου Jv= το συνολικό άθροισμα του αριθμού ασυνεχειών ανά ένα m3. Π.χ. από μετρήσεις στην ύπαιθρο (χώρος μικροτεκτονικών μετρήσεων) βρέθηκε ότι ο Jv ήταν ίσος με 27, οπότε: R.Q.D. = 115 3,3 x 27 = = 26%. Η ποιότητα της βραχομάζας με βάση τις τιμές του RQD (Deere Miller, 1966) RQD ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Πολύ πτωχή Πτωχή Μέτρια Καλή Πολύ καλή Ασυνέχειες Όλα τα πετρώματα σε υγιή κατάσταση παρουσιάζουν πολύ μεγαλύτερη αντοχή υλικού σε σύγκριση με αυτή της βραχομάζας τους (διπλάσια περίπου), καθώς η τελευταία επηρεάζεται από την παρουσία των ασυνεχειών που τη διασχίζουν. Συνεπώς στην όλη διαδικασία αστοχίας πρανούς, πρωταρχικό ρόλο παίζει όχι η διατμητική αντοχή του αδιάρρηκτου πετρώματος αλλά η διατμητική αντοχή της βραχομάζας. Η τελευταία διαμορφώνεται από τον αριθμό, τα κύρια χαρακτηριστικά και την αλληλοεμπλοκή των συστημάτων Σελίδα 2

3 ασυνεχειών που διασχίζουν τη βραχομάζα. Συνεπώς, η γεωμηχανική συμπεριφορά της βραχομάζας κατά την εμπλοκή της στην θεμελίωση ενός τεχνικού έργου ή κατασκευής υπόγειου έργου εντός αυτής, καθορίζεται κύρια από το καθεστώς διάρρηξης που τη χαρακτηρίζει. Οι ασυνέχειες (discontinuities) συνήθως ομαδοποιούνται σε συστήματα (Discontinuity sets ή Joint sets), τα μέλη των οποίων έχουν λίγο πολύ κοινό προσανατολισμό, ενώ η συμπεριφορά τους σχετίζεται και με μια σειρά άλλων παραμέτρων, όπως η συνέχεια (το μήκος), η απόσταση, το άνοιγμα, το υλικό πλήρωσης, η αντοχή, η τραχύτητα των τοιχωμάτων, καθώς και οι συνθήκες του νερού. Συνεπώς είναι αναγκαία η γνώση τόσο των γεωμετρικών στοιχείων όσο και των παραμέτρων αυτών. Οι κυριότερες κατηγορίες ασυνεχειών, που μπορεί να απαντούν στα πετρώματα είναι οι ακόλουθες: Στρώση (Bedding plane) Σχιστότητα (Schistosity) Διαρρήξεις διακλάσεις (Joints) Ρήγματα Σχισμός Φύλλωση (Faults) (Cleavage) (Foliation) Παράμετροι περιγραφής ασυνεχειών Η συμπεριφορά των ασυνεχειών σχετίζεται με μια σειρά παραμέτρων, η γνώση των οποίων είναι αναγκαία για την πλήρη κατανόηση της γεωμηχανικής συμπεριφοράς της βραχομάζας. Οι παράμετροι αυτές δίνονται στη συνέχεια: 1. Προσανατολισμός (Orientation) 2. Απόσταση (Spacing) 3. Συνέχεια (Continuity) 4. Άνοιγμα (Aperture) 5. Τραχύτητα (Roughness) 6. Υλικό πλήρωσης (Filling) Σελίδα 3

4 Α/Α Αντοχή τοιχωμάτων (Wall strength) 8. Συνθήκες νερού (Seepage) Άρρηκτο πέτρωμα Συντελεστής υδροπερατότητας, ( k, cm/sec) 1.7x x10-7 1x x10-8 6x x x x10-10 Ψαμμίτες Ασβεστόλιθοι Ιλυόλιθοι Σχιστόλιθοι Γρανίτες Βραχομάζα 1α 2α 3α 4α 5α Ψαμμιτική μάζα Ασβεστολιθική μάζα Ιλυολιθική μάζα Σχιστολιθική μάζα Γρανιτική μάζα 1 x x x x x x x10-4 Συστήματα ταξινόμησης βραχομαζών Τα πλέον ευρέως εφαρμοζόμενα σήμερα πολυπαραμετρικά συστήματα ταξινόμησης, είναι αυτά των Bieniawski (RMR) και Barton (Q - System). Σχετικά πρόσφατα, ο Hoek et al (1992) στην προσπάθεια βελτίωσης του κριτηρίου αστοχίας, που είχε διατυπωθεί παλαιότερα από τους Hoek & Brown (Hoek Brown criterion), για τη δυνατότητα εύκολου υπολογισμού των παραμέτρων που υπεισέρχονται στον τύπο πρότειναν τη χρήση ενός νέου δείκτη που τον ονόμασαν GSI. Ο δείκτης αυτός συνδυάζει τη δομή της βραχομάζας (κερματισμός, συστήματα ασυνεχειών) με την κατάσταση των ασυνεχειών από πλευράς αποσάθρωσης, τραχύτητας, υλικού πλήρωσης κλπ, δίνοντας μια βαθμονόμηση από 10 έως 100. Με τα συστήματα ταξινόμησης αναλύονται οι παράμετροι αναφοράς και προκύπτει η βαθμονόμηση αυτών. Επιπρόσθετα, γίνεται η τελική ποιοτική βαθμονόμηση της βραχομάζας και η απόκτηση των ορίων κύμανσης των γεωμηχανικών παραμέτρων αυτής, δηλαδή διευκολύνεται η ομαδοποίηση της βραχώδους μάζας με βάση ποιοτικά και ποσοτικά δεδομένα, σε ενότητες με παρόμοια γεωμηχανική συμπεριφορά. Σελίδα 4

5 Γενικά οι αναγκαίες παράμετροι για την εφαρμογή των συστημάτων ταξινόμησης κατά Bieniawski και Barton είναι: Αντοχή, RQD, Αριθμός συστημάτων ασυνεχειών, Κατάσταση ασυνεχειών όπως άνοιγμα, πλήρωση, τραχύτητα, απόσταση, Καθεστώς υπεδαφικού νερού, κλπ. Οι δύο πρώτες από αυτές (αντοχή και RQD) λαμβάνονται συνήθως από τα αποτελέσματα του γεωτρητικού προγράμματος, ενώ τα χαρακτηριστικά των ασυνεχειών, μετρούνται και εκτιμούνται κατά την διάρκεια των λοιπών εργασιών υπαίθρου. Αναλυτικότερα για κάθε μια από αυτές τις ταξινομήσεις μπορεί να διατυπωθούν οι ακόλουθοι σχολιασμοί. Γεωμηχανική ταξινόμηση κατά Bieniawski (RMR) Το σύστημα ταξινόμησης RMR (Rock Mass Rating) που αναπτύχθηκε από τον Bieniawski την περίοδο , έχει υποστεί διαδοχικές τροποποιήσεις στις βαθμονομήσεις των διαφόρων παραμέτρων μέχρι σήμερα, καθώς όλο και περισσότερες περιπτώσεις έχουν μελετηθεί. Για την ταξινόμηση της βραχομάζας με το σύστημα αυτό χρησιμοποιούνται έξι (6) παράμετροι, δηλαδή: Αντοχή, RQD, Απόσταση των ασυνεχειών, Κατάσταση ασυνεχειών, όπως συνέχεια, άνοιγμα, πλήρωση, τραχύτητα, αποσάθρωση, κλπ, Καθεστώς υπόγειου νερού, Προσανατολισμός ασυνεχειών. Σελίδα 5

6 Πίνακας Γεωμηχανική Κατάταξη Βραχομάζας κατά Bieniawski (1989). A. ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ ΚΑΙ ΟΙ ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΕΙΣ ΤΟΥΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΣ ΕΥΡΟΣ ΤΙΜΩΝ Αντοχή Αντοχή με τη δοκι- > 10 MPa 4-10 MPa 2-4 MPa 1-2 MPa Στην περίπτωση του χαμηλού 1 υγιούς πε- μή αιχμής αυτού εύρους τιμών προτιμάται τρώματος η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη Μονοαξονική > 250 MPa MPa MPa MPa < 1 MPa αντοχή σε θλίψη MPa MPa Βαθμονόμηση RQD 90% - 100% 75% - 90% 50% - 75% 25% - 50% < 25% Βαθμονόμηση Απόσταση ασυνεχειών >2m m mm mm < 60 mm Βαθμονόμηση Πολύ τραχείες επιφάνει- Ελαφρά τραχείες επι- Ελαφρά τραχείες Λείες επιφάνειες με γραμες φάνειες επιφάνειες μώσεις ολίσθησης Not continuous Άνοιγμα < 1 mm Άνοιγμα < 1 mm Ή Μαλακό υλικό πλήρωσης > 5 mm πάχος Κατάσταση ασυνεχειών Χωρίς άνοιγμα Τοιχώματα με ελαφρό Τοιχώματα με Υλικό πλήρωσης < βαθμό αποσάθρωσης υψηλό βαθμό 5mm πάχος Ή αποσάθρωσης 4 (βλέπε πίνακα E) Υγιή τοιχώματα Ή Συνεχές άνοιγμα > 5 mm Συνεχές άνοιγμα 1-5 mm Βαθμονόμηση Εισροή ανά 10 m Καμία < 10 litres/min litres/min > 125 μήκους σήραγγας litres/min Ή Ή Ή Ή Ή Υπεδαφικό Πίεση νερού 5 νερό Λόγος ασυνεχειών = 0 < > 0.5 Μεγίστη κύρια τάση Ή Ή Ή Ή Ή Γενικές συνθήκες Ξηρή κατάσταση Υγρή κατάσταση Πολύ υγρή Ροή στάγδην Ροή συνεχής κατάσταση Βαθμονόμηση B. ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΕΣ ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗΣ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟΝ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟ ΤΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ Σελίδα 6

7 Προσανατολισμός διεύθυνσης και κλίσης ασυνεχειών Σήραγγες Βαθμονομήσεις Θεμελιώσεις Πρανή Πολύ ευνοϊκός Ευνοϊκός Μέτριος Δυσμενής Πολύ δυσμενής C. ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ ΠΟΥ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΤΗΚΑΝ ΑΠΌ ΤΗ ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ Κατηγοριοποίηση Κατηγορία Περιγραφή βραχομάζας I Πολύ καλής ποιότητας II Καλής ποιότητας III Μέτριας ποιότητας IV Πτωχής ποιότητας < 20 V Πολύ πτωχής ποιότητας II III 6 μήνες για 8 m άνοιγ- 1 εβδομάδα για 5 m μα άνοιγμα kpa kpa IV 10 ώρες για 2.5m άνοιγμα kpa V 30 λεπτά για 1 m άνοιγμα D. ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΩΝ ΚΑΤΗΓΟΡΙΩΝ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Κατηγορία Μέσος χρόνος ευστάθειας Συνοχή βραχομάζας Γωνία τριβής βραχομάζας I 10 χρόνια για 15 m άνοιγμα > 400 kpa > 45 < 100 kpa < 15 E. ΟΔΗΓΙΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΤΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ ΠΟΥ ΛΑΜΒΑΝΟΝΤΑΙ ΥΠΟΨΗ Συνέχεια Βαθμονόμηση Άνοιγμα Βαθμονόμηση Τραχύτητα <1m 6 Κανένα 6 Πολύ τραχεία Βαθμονόμηση Υλικό πλήρωσης Βαθμονόμηση 6 Κανένα 6 Αποσάθρωση Βαθμονόμηση Υγιής 6 1-3m 4 <0.1mm 5 Τραχεία 3-10m mm 4 Ελαφρά τραχεία 10-20m 1 1-5mm 1 Λεία Σκληρό υλικό πλήρωσης Σκληρό υλικό πλήρω- Μαλακό υλικό πλήρω<5mm σης >5mm σης <5mm Ελαφρά αποσαθρωμένη Μέτριααποσαθρω- Ισχυρά αποσαθρωμένη επιφάνεια μένη επιφάνεια επιφάνεια >20m 0 >5mm 0 Λείες επιφάνειες με γραμμώσεις ολίσθησης 0 Μαλακό υλικό πλήρωσης >5mm 0 Πλήρης αποσύνθεση 0 F. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ ΤΗΣ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗΣ ΚΑΙ ΚΛΙΣΗΣ ΤΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ ΣΤΙΣ ΣΗΡΑΓΓΕΣ Διεύθυνση κάθετη στον άξονα της σήραγγας Διάνοιξη κατά την κλίση κλίση 45-90º Πολύ ευνοϊκή Διάνοιξη αντίθετη με την κλίση κλίση 45-90º Μέτρια Διάνοιξη κατά την κλίση κλίση 20-45º Ευνοϊκή Διάνοιξη αντίθετη με την κλίση κλίση 20-45º Δυσμενής Διεύθυνση παράλληλη στον άξονα της σήραγγας Κλίση 45-90º Κλίση 20-45º Πολύ δυσμενής Μέτρια Κλίση 0-20º ανεξάρτητα της διεύθυνσης Μέτρια Σελίδα 7

8 Γεωμηχανική ταξινόμηση κατά Barton, (Q-System - Rock tunnelling quality system) Για τον προσδιορισμό των γεωμηχανικών χαρακτηριστικών της βραχομάζας, αλλά και την αντιμετώπιση των προβλημάτων υποστήριξης 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, (1967) που στηρίζονταν στο RQD, αλλά με την εισαγωγή 5 επιπρόσθετων παραμέτρων, με σκοπό να βελτιστοποιήσει τα αποτελέσματα, λαμβάνοντας συνολικά υπόψη: το RQD. τον αριθμό των συστημάτων ασυνεχειών, Joint set number (jn, ). την τραχύτητα των ασυνεχειών, Joint roughness number (jr). το βαθμό αποσάθρωσης και την πλήρωση αυτών, Joint alteration number (ja). το καθεστώς του νερού στις ασυνέχειες, Joint water reduction factor (jw). τις ποικίλες δυσμενείς παραμέτρους που συνδέονται με τη χαλάρωση, τις υψηλές τάσεις, καθώς και το βαθμό συμπίεσης και διόγκωσης του υλικού, Stress Reduction Factor, (SRF). Για κάθε παράμετρο, ο προσδιορισμός δίνεται με τιμές από σχετικό πίνακα, τέτοιες ώστε η τελική βαθμονόμηση να κυμαίνεται από έως Κατάταξη Βραχομάζας σύμφωνα με τη μέθοδο Q- System. EXCEPTIONALLY EXTREMELY VERY POOR POOR POOR ΙΔΙΑΙΤΕΡΑ ΚΑΚΗΣ ΠΑΡΑ ΠΟΛΥ ΠΟΛΥ ΚΑ- ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΚΑΚΗΣ FAIR ΜΕΤΡΙΑΣ GOOD ΚΑΛΗΣ ΚΑΚΗΣ ΠΟΙΟ- ΚΗΣ ΠΟΙΟ- ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΤΗΤΑΣ POOR ΤΗΤΑΣ VERY GOOD ΠΟΛΥ ΚΑ- EXTREMELY EXCEPTIONALLY GOOD GOOD ΠΑΡΑ ΠΟΛΥ ΚΑ- ΙΔΙΑΙΤΕΡΑ ΚΑΛΗΣ ΛΗΣ ΠΟΙΟ- ΛΗΣ ΠΟΙΟΤΗ- ΤΗΤΑΣ ΤΑΣ Σελίδα 8 ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ

9 Παράδειγμα γεωμηχανικής ταξινόμησης βραχομάζας, κατά Barton. Α. Καθορισμός Παραμέτρων για τον Υπολογισμό Ποιότητας Βραχομάζας RQD = 40 Jn =15 Jr = 1.5 Q= Jw RQD J r = Jn J a SRF Ja = 2.0 Jw = 1.0 SRF = 5 Q = ΒΡΑΧΟΜΑΖΑ: Πολύ Κακής Ποιότητας Β. Επιλογή Παράγοντα ESR και Ισοδύναμης Διάστασης De Εκσκαφή: Σήραγγα ESR = 1.0 B = 10m, 5m De = B = 10, 5 ESR Γ. Μέτρα Υποστήριξης για Βραχομάζα Kατηγορία Υποστήριξης Q Τύπος Υποστήριξης Άνοιγμα 5m : S(mr) 5-7.5cm Άνοιγμα 10m : 31 S = Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα (shotcrete) S(mr) cm (mr) = Ενισχυμένο πλέγμα (mesh reinforced) Δείκτης GSI Oι Hoek et. al. (1992) στην προσπάθεια βελτίωσης του κριτηρίου αστοχίας, που είχε διατυπωθεί παλαιότερα από τους Hoek & Brown (Hoek Brown criterion), διαπίστωσαν ότι η αξία του κριτηρίου και η επέκτασή του ακόμα και για κατακερματισμένες βραχομάζες, σχετίζεται με τη δυνατότητα εύκολου υπολογισμού των παραμέτρων που υπεισέρχονται στον τύπο και αφορούν στα χαρακτηριστικά της βραχομάζας. Παράμετροι γεωλογικού δείκτη αντοχής (GSI) για κερματισμένα πε Σελίδα 9

10 τρώματα Γεωφυσικές μέθοδοι έρευνας Σελίδα 10

11 Με τις γεωφυσικές μεθόδους μελετάμε τις διαφοροποιήσεις στις φυσικές ιδιότητες των γεωλογικών σχηματισμών (εδαφών και πετρωμάτων) προκειμένου να διερευνήσουμε διάφορες παραμέτρους που συνδέονται με αυτές, όπως το είδος και βάθος των σχηματισμών, η παρουσία υδροφορίας και θαμμένων κοιτών, ο εντοπισμός τεκτονικών γραμμών, αλλά και άλλων χαρακτηριστικών όπως η παρουσία καρστικών εγκοίλων. Τέλος σημαντική είναι η συμβολή τους στον εντοπισμό θαμμένων τεχνικών έργων, όπως κτίρια πηγάδια κλπ. Οι κυριότερες δοκιμές που εφαρμόζονται είναι: Η μέθοδος της ηλεκτρικής αντίστασης (μέτρηση της ηλε- κτρικής αντίστασης των σχηματισμών). Η μέθοδος της βαρυτομετρίας (μέτρηση των διαφορών στην ένταση του πεδίου βαρύτητας, δηλαδή καθορισμός των μεταβολών της πυκνότητας). Η μέθοδος της μαγνητικής ευαισθησίας (μετρήσεις των με- ταβολών της μαγνήτισης των πετρωμάτων). Σεισμική μέθοδος ( μέτρηση των διαφορών στις ταχύτητες των σεισμικών κυμάτων από τεχνητές πηγές). Κατ αρχήν το σημαντικότερο πρόβλημα που αντιμετωπίζεται είναι ο πρόσθετος εξωτερικός θόρυβος που παρεισδύει στις μετρήσεις και ο οποίος θα πρέπει να περιοριστεί για σωστά αποτελέσματα. Ακόμα θα πρέπει να τονιστεί ότι οι γεωφυσικές μέθοδοι δεν μπορούν να ερμηνεύσουν τα πάντα καθώς οι αλλαγές στις ιδιότητες των γεωλογικών σχηματισμών μπορεί να είναι προς διαφορετική κατεύθυνση αλλά και η μετάβαση από ένα εδαφικό σχηματισμό σε ένα βραχώδη δύσκολη στην ερμηνεία. Συνεπώς η συνεργασία του γεωφυσικού με τον τεχνικό γεωλόγο ουσιαστική για τη σωστή ερμηνεία. Με αυτή την προϋπόθεση, οι γεωφυσικές μέθοδοι είναι πάρα πολύ χρήσιμες στην επέκταση της έρευνας πεδίου σε όλη την περιοχή έρευνας (μεταξύ των γεωτρήσεων) και ακόμα για να προσδιορίσει τις θέσεις που χρειάζεται η εκτέλεση πρόσθετων γεωτρήσεων. Σελίδα 11

12 ΕΝΕΜΑΤΑ ΓΕΝΙΚΆ Η σταθεροποίηση και η στεγανοποίηση των γεωλογικών σχηματισμών με τη χρήση των ενεμάτων, εντάσσονται στα πλέον αποτελεσματικά μέτρα προστασίας υπόγειων κατασκευών, ως προς τις πιέσεις που αναπτύσσονται στους σχηματισμούς που τις περιβάλλουν, αλλά και ως προς τις εισροές του υπόγειου νερού σε αυτές. Ένεμα: κάθε ρευστό υλικό που εισπιέζεται μέσα σε ένα γεωλογικό σχηματισμό, με σκοπό είτε τη βελτίωση της αντοχής αυτού, είτε τη μείωση της υδροπερατότητάς του είτε στο συνδυασμό και των δύο. Η τεχνική των ενέσεων είναι πολύ παλαιά: Η πρώτη προσπάθεια το 1802 (αιώρημα πλαστικής αργί- λου), ακολούθησαν εφαρμογές σε αρκετά υπόγεια έργα (στοές μεταλλείων, σήραγγες, φρέατα), Η μεγάλη ανάπτυξη και βελτίωση των τεχνικών ενεμάτω- σης στο πρώτο μισό του 20ου αιώνα. Η πρώτη στεγανοποίηση σε θέση φράγματος έγινε στη Γερμανία το Η επιλογή του πλέον κατάλληλου υλικού που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν ενέματα προϋποθέτει καλή γνώση: της φύσης και του μεγέθους των κενών που πρόκειται να πληρωθούν, της διαπερατότητας του συγκεκριμένου γεωλογικού σχηματισμού που μελετάται, της τελικής γεωμηχανικής συμπεριφοράς που θέλουμε να επιτύχουμε γι αυτόν. ΑΛΛΗΛΕΠΊΔΡΑΣΗ ΕΝΈΜΑΤΟΣ ΔΟΜΙΚΏΝ ΣΤΟΙΧΕΊΩΝ ΕΔΆΦΟΥΣ ΚΑΙ Για την επιλογή του κατάλληλου ενέματος πρέπει να είναι γνωστά: 1. Οι ιδιότητες εδάφους και ενέματος, 2. Ο τρόπος αλληλεπίδρασης αυτών, 3. Ο τρόπος απόθεσης του ενέματος που μέσα στα δομικά στοιχεία του σχηματισμού. Σελίδα 12

13 Αναφορικά με τον τρόπο απόθεσης υπάρχουν τέσσερις βασικές κατηγορίες ενεμάτων που μπορεί να επιλεγούν, ανάλογα με τον επιδιωκόμενο στόχο: 1. Η πρώτη κατηγορία αφορά τα ενέματα που μπορούν να πληρώσουν το χώρο μεταξύ των δομικών στοιχείων του εδάφους, δηλαδή να εκδιώξουν όλο το νερό που υπάρχει εκεί, αλλά παράλληλα να παραμείνουν σταθερά στη θέση αυτή (αύξηση της αντοχής και μείωση της διαπερατότητας = ιδεώδη ενέματα). 2. Η δεύτερη κατηγορία αναφέρεται σε ενέματα που επι- χρίουν απλά τους κόκκους του εδαφικού υλικού χωρίς να γεμίζουν πλήρως τους πόρους μεταξύ αυτών (αύξηση της αντοχής). 3. Η τρίτη κατηγορία αφορά σε ενέματα που δεν απομα- κρύνουν πλήρως το νερό από τα κενά αλλά του περιορίζουν το χώρο δράσης, με αποτέλεσμα να παραμένει στην επιφάνεια των δομικών κόκκων του εδαφικού υλικού (μείωση της υδροπερατότητας). 4. Η τέταρτη αναφέρεται σε περιπτώσεις κακής επιλογής ενέματος. Τα κενά που πληρώνονται με ένεμα μπορεί να είναι: (α) σπηλαιώδη ανοίγματα, (β) ρήγματα, (γ) διαρρήξεις διακλάσεις, (δ) λοιπές ασυνέχειες των βραχωδών σχηματισμών, και (ε) το πορώδες των κοκκωδών εδαφικών σχηματισμών. ΚΥΡΙΟΙ ΤΥΠΟΙ ΕΝΕΜΑΤΩΝ Μερικά από τα πλέον ευρέως χρησιμοποιούμενα ενέματα δίνονται παρακάτω με τις σχετικές για το καθένα παρατηρήσεις: Α. Ενέματα Τσιμέντου: Το πλέον γνωστό και φθηνό υλικό ενέματος με βασικό μειονέκτημα τη μεγάλη χρονική διάρκεια απόκτησης κατάλληλων ιδιοτήτων από πλευράς αντοχής. Για μείωση του χρόνου = τσιμέντο τύπου Portland (τσιμέντο πολύ πλούσιο σε οξείδιο του αργιλίου, Al2O3). Σελίδα 13

14 Αντίθετα, τσιμέντα που περιλαμβάνουν γύψο, δηλαδή θειικό ασβέστιο (CaSO4), κρίνονται ακατάλληλα για ενέματα γενικής χρήσης. Το τσιμέντο έχει σχετικά μεγάλα σωματίδια και επομένως η χρήση του περιορίζεται σε εδάφη με μεγάλους πόρους ή και σε πετρώματα με σχετικά μεγάλο άνοιγμα ασυνεχειών. Β. Ενέματα τσιμέντου - αργίλων: Η ανάμιξή του με ειδικές αργίλους, π.χ. με μπεντονίτη επιφέρει βελτίωση της ευκινησίας του τσιμέντου. Αλλά, μεγάλο μειονέκτημα σε τέτοιου είδους αναμίξεις η υποβάθμιση της αντοχής του τσιμέντου. Ενέματα ποικίλης αντοχής μπορεί να προκύψουν με την ανάμιξη τσιμέντου και αργίλων. Μίγματα τσιμέντου και κατάλληλων μπεντονιτικών αργίλων είναι σταθερά σε οποιαδήποτε αναλογία νερού τσιμέντου, αυξάνουν το ιξώδες του ενέματος. Γ. Ιπτάμενη τέφρα: Πρόκειται για την τέφρα που απομένει από το κάρβουνο που χρησιμοποιείται σαν καύσιμη ύλη στους ατμοηλεκτρικούς σταθμούς μετά την καύση. Η τέφρα αυτή, που ονομάζεται ιπτάμενη τέφρα (fly ash or fuel ash) και συνίσταται κύρια από πολύ μικρής διαμέτρου σφαιρίδια πυριτίου. Σήμερα αυξημένη είναι η χρήση της σε ανάμιξη με τσιμέντο. Δ. Χημικά ενέματα: Διάφορες χημικές ενώσεις είτε με νερό είτε με άλλες ενώσεις. Αποτελούν συνήθως ακριβές λύσεις ενέσεων και χρησιμοποιούνται μόνο σε περιπτώσεις που η αρχική υδροπερατότητα είναι χαμηλής τάξης. ΚΑΤΗΓΟΡΊΕΣ ΕΝΕΜΆΤΩΣΗΣ Ι. Ενεματώσεις για βραχώδεις σχηματισμούς: Ια. Ενεμάτωση στερέωσης: Αναφέρεται στην πλήρωση ανοικτών ρωγμών, επιφανειών στρωμάτωσης, ζωνών μειζόνων διαρρήξεων, καρστικών κλπ του βραχώδους υποβάθρου. Έτσι, η αντοχή του πετρώματος βελτιώνεται και η ροή του υπεδαφικού νερού περιορίζεται. Στα υπόγεια έργα αυτή πρέπει να γίνεται μέχρι μια διάμετρο απόσταση από το όριο εκσκαφής. Ιβ. Ενεμάτωση κουρτίνας: Αποτελεί τον πλέον αντιπροσωπευτικό τύπο ενεμάτωσης και είναι κατάλληλη για όλους τους γεωλογικούς σχηματισμούς. Δημιουργείται με αυτήν στεγανό ή/και στερεό υπόγειο διάφραγμα, όταν αυτό είναι απα- Σελίδα 14

15 ραίτητο σε διάφορα μεγάλα έργα, όπως (α) μεταφοράς και αποθήκευσης νερού, (β) υπόγεια έργα αποθήκευσης αερίου, πετρελαίου ή και ασφαλούς απόθεσης τοξικών αποβλήτων. ΙΙ. Ενεματώσεις που αφορούν στη βελτίωση των συνθηκών στην επαφή εδάφους κατασκευής: ΙΙα. Προληπτική: Μεταβάλλει τις φυσικομηχανικές ιδιότητες του πετρώματος πριν τη διάνοιξή του. Προληπτική ενεμάτωση σε στοές μικρού βάθους μπορεί να γίνει με γεωτρήσεις από την επιφάνεια ή με γεωτρήσεις μέσα από τη στοά (πάνω από το μέτωπο σε σχήμα βεντάλιας. Προληπτική ενεμάτωση σε στοά μικρού βάθους. ΙΙβ. Ενεμάτωση επαφής: Αποτελεί ενεμάτωση στην επαφή των τελικών επενδύσεων υπόγειων κατασκευών με την προσωρινή υποστήριξη. Σελίδα 15

16 Ενεμάτωση επαφής προσωρινής υποστήριξης και τελικής επένδυσης. ΤΡΌΠΟΣ ΕΝΕΜΆΤΩΣΗΣ Μετά από τη γνώση των ιδιοτήτων των γεωλογικών σχηματισμών και τον καθορισμό του τύπου ενέματος που θα χρησιμοποιηθεί, σχεδιάζεται η μέθοδος ενεμάτωσης. Αρχικά, στα διαφράγματα κάτω από άξονα φράγματος (πολύ συνηθισμένη εφαρμογή ενεμάτωσης σε τεχνικό έργο), ένα από τα σημαντικότερα κριτήρια για τη επιλογή της κονίας του ενέματος, είναι η περατότητα του πετρώματος (δοκιμή Lugeon). Καθορίζονται έτσι: οι απαιτούμενες πιέσεις και παροχές, γίνεται η επιλογή του αναγκαίου εξοπλισμού, η απόσταση των γεωτρήσεων που θα χρησιμοποιη- θούν, ο αναγκαίος αριθμός αυτών. Η επιλογή της πίεσης του ενέματος είναι σημαντική προς την κατεύθυνση αφ ενός της πλήρους εφαρμογής του ενέματος και αφ ετέρου της μη μεταβολής της κατάστασης των κενών που θα πληρωθούν. Σελίδα 16

17 Βασική διάταξη απλής κουρτίνας τσιμεντενέσεων. Γενικά, η διαδικασία εισπίεσης του ενέματος σε τέτοιες περιπτώσεις έχει ως εξής: 1. Αφού διαπιστωθεί η αυξημένη περατότητα των σχηματισμών στο χώρο του έργου, το ένεμα που έχει επιλεγεί εισπιέζεται στις γεωτρήσεις πρώτης τάξης, που έχουν το κατάλληλο βάθος. Η εισπίεση του ενέματος γίνεται από κάτω προς τα πάνω συνήθως σε πεντάμετρα τμήματα και με πιέσεις ίσες κάθε φορά με το βάρος των υπερκειμένων πετρωμάτων. Σε περιπτώσεις που το πέτρωμα είναι πολύ κερματισμένο και παρουσιάζει καταπτώσεις των τοιχωμάτων, τότε η ενεμάτωση μπορεί να γίνει σε κατιόντα βήματα (η αναγκαία επαναδιάτρηση χρονοβόρα). 2. Ακολουθεί η διάνοιξη σειράς γεωτρήσεων ενδιάμεσα των πρώτων (γεωτρήσεις δεύτερης τάξης), όπου με τον ίδιο τρόπο ελέγχεται η περατότητα με δοκιμές Lugeon, συνήθως σε πεντάμετρα τμήματα και με πέντε βαθμίδες πίεσης. 3. Αν διαπιστωθεί αυξημένη περατότητα γίνονται τρίτης τάξεως ενέσεις με την ίδια διαδικασία. 4. Η όλη διαδικασία (έλεγχος περατότητας, ενέσεις κλπ) επαναλαμβάνεται πυκνώνοντας τις γεωτρήσεις (γεωτρήσεις τρίτης, τέταρτης πέμπτης κλπ τάξης) μέχρι την επίτευξη της αναγκαίας τιμής περατότητας. Κριτήριο για τον τερματισμό μιας ένεσης είναι ο ρυθμός απορρόφησης να είναι μικρότερος από προκαθορισμένη τιμή (σε lit/min) για ορισμένο χρόνο (π.χ. 10 λεπτά) Τυπικό παράδειγμα των αθροιστικών τιμών απορροφήσεων Σελίδα 17

18 νερού (δεξιά) και ενέματος (νερού - τσιμέντου σε αναλογία 3:1) από τσιμεντενέσεις που έγιναν για τη στεγανοποίηση στο Υδροηλεκτρικό έργο των Πηγών Αώου. Μέσες συνολικές τιμές απορροφήσεων νερού και ενέματος σε τμήμα συνδετήριου δρόμου στο Υδροηλεκτρικό έργο Πηγών Αώου. Γενικά η αναλογία βάρους νερού προς τσιμέντο ποικίλει συνήθως από 5:1 μέχρι 0,5:1, χωρίς να εξαιρούνται και άλλες αναλογίες. Για παράδειγμα, η ενίσχυση της κουρτίνας των Κρεμαστών (Λιάκουρης, 1995) απαίτησε μίγμα νερού τσιμέντου 10:1 έως 0,8:1 αλλά και πρόσμικτα όπως άργιλο, μπεντονίτη, πυριτικό νάτριο (SiO2/Na2O) διχλωριούχο ασβέστιο (CaCl2) κλπ. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΈΣ ΔΟΚΙΜΈΣ Για την καλύτερη επιλογή του ενέματος μια σειρά από εργαστηριακές δοκιμές είναι αναγκαίες που αφορούν στο έδαφος και στο ένεμα. Αναλυτικότερα, στο εργαστήριο θα πρέπει να γίνονται προσδιορισμοί: της κοκκομετρικής σύστασης, των ορίων Atterberg, των φυσικών χαρακτηριστικών (φυσική υγρασία, ειδικό Σελίδα 18

19 βάρος κλπ) των οργανικών υλών, του χρόνου ωρίμανσης (πήξης), των χρόνων ιζηματαπόθεσης των ενεμάτων Καθορισμός της θερμοκρασίας των ενεμάτων, Χημικές αναλύσεις νερού και στερεών υλών, Μετρήσεις του ιξώδους, Προσδιορισμοί της αντοχής σε θλίψη. Από επιτόπου και εργαστηριακές αναλύσεις έχουν διαμορφωθεί διαγράμματα καταλληλότητας εφαρμογής των διαφόρων τύπων ενεμάτων σε διάφορα εδάφη. Περιοχές καταλληλότητας ενεμάτων. ΕΞΟΠΛΙΣΜΌΣ ΕΝΈΣΕΩΝ Ο εξοπλισμός των ενέσεων θα πρέπει να διαχωριστεί σε τρεις κατηγορίες. Η πρώτη αναφέρεται στον εξοπλισμό του γεωτρητικού συγκροτήματος, η δεύτερη σε αυτόν της αποθήκευσης των πρώτων υλών και παρασκευής του ενέματος και η τρίτη στον εξοπλισμό εκτέλεσης των ενέσεων. Αναλυτικότερα: Ο εξοπλισμός ανόρυξης των οπών ενεμάτωσης, είναι αυτός ακριβώς που χρησιμοποιείται για την ανόρυξη Σελίδα 19

20 των δειγματοληπτικών γεωτρήσεων. Ο εξοπλισμός αποθήκευσης των πρώτων υλών Ο εξοπλισμός παρασκευής του ενέματος αποτελείται από το συγκρότημα αποθήκευσης και τροφοδοσίας των πρώτων υλών, καθώς επίσης και τους αναμικτήρες και αναδευτήρες (μαλακτήρες). Μια γενική διάταξη των συσκευών που χρησιμοποιούνται στις εισπιέσεις ενεμάτων δίνονται στην εικόνα. Τυπική διάταξη δικτύου ενεμάτωσης. Σελίδα 20

21 5. ΓΕΝΙΚΗ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΩΝ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΩΝ ΤΟΥ ΕΛΛΗΝΙΚΟΥ ΧΩΡΟΥ 5.1. ΓΕΩΤΕΚΤΟΝΙΚΉ ΕΞΈΛΙΞΗ ΤΟΥ ΕΛΛΗΝΙΚΟΎ ΧΏΡΟΥ Όπως είναι γνωστό η Ελλάδα χαρακτηρίζεται από σύνθετη γεωτεκτονική δομή, σαν αποτέλεσμα των επάλληλων ορογενετικών κινήσεων που έλαβαν χώρα στο παρελθόν και συνεχίζονται μέχρι σήμερα. Ο ρόλος της αλπικής ορογένεσης πολύ σημαντικός στη σημερινή διαμόρφωση του ελληνικού χώρου, με τον ισχυρό κατακόρυφο και οριζόντιο διαμελισμό. Στη διαμόρφωση αυτή συνέβαλαν βέβαια και οι τριτογενείς και τεταρτογενείς κατακόρυφες κινήσεις με την παραπέρα εξέλιξη των μεταλπικών τάφρων, με τις οποίες συνδέεται άμεσα και η έντονη σεισμικότητα. Σύμφωνα με σχετικά πρόσφατες απόψεις οι γεωτεκτονικές ζώνες που δομούν τον Ελληνικό χώρο από τις νεότερες προς τις παλαιότερες είναι οι ακόλουθες: Ζώνη Παξών ή Προαπούλιος Ζώνη Ιόνιος ή Ανδιατικοϊόνιος Ζώνη Γαβρόβου Τριπόλεως Εξωτερικές Ελληνίδες Ζώνη Ωλονού Πίνδου Ζώνη Παρνασσού Γκιώνας Υποπελαγονική ή Ανατ. Ελλάδος Ζώνη Αττικοκυκλαδική Ζώνη Πελαγονική Ζώνη Αλμωπίας Ζώνη Παΐκου Εσωτερικές Ελληνίδες Αξιού Ζώνη Παιονίας Ζώνη Περιροδοπική Ζώνη Σερβομακεδονική Ζώνη Ροδόπης Ελληνική ενδοχώρα (Μεταμορφωμένες μάζες) Σελίδα 21

22 Κατά άλλους ερευνητές, κυριαρχεί η τεκτονική των καλυμμάτων, οπότε κάποιες από τις ζώνες αυτές ενσωματώνονται σε άλλες (π.χ. Υποπελαγονική και Αττικοκυκλαδική στην Πελαγονική), ενώ κάποιες άλλες διαχωρίζονται ακόμα παραπέρα και ενσωματώνουν και άλλες. Ακόμα συμμετέχουν νέες ζώνες (Βοιωτική, Μαλιακού), καθώς και πολλές ενότητες και σειρές όπως η ενότητα νεοελληνικού τεκτονικού καλύμματος, η σειρά φυλλιτών-χαλαζιτών, η σειρά Κόζιακα κλπ. ΛΙΘΟΛΟΓΙΚΈΣ ΑΚΟΛΟΥΘΊΕΣ ΠΟΥ ΔΙΑΚΡΊΝΟΝΤΑΙ ΣΤΟΝ ΕΛΛΗΝΙΚΌ ΧΏΡΟ Η λεπτομερής θεώρηση των γεωλογικών μονάδων στον ελληνικό χώρο σχετικά με τις γεωτεχνικές συνθήκες θεμελίωσης, τα φαινόμενα αστοχιών πρανών, αλλά και τη συμπεριφορά σε ενδεχόμενη σεισμική φόρτιση, οδήγησε σε ταξινομήσεις αυτών όπως αυτή του γεωτεχνικού χάρτη κλίμακας 1: που εκδόθηκε από το ΙΓΜΕ. Η διάκριση αυτή αποτελεί ένα χρήσιμο εργαλείο στην κατ αρχήν εκτίμηση των γεωτεχνικών συνθηκών που θα συναντήσει ένα μεγάλο τεχνικό έργο αλλά και στη σωστή χρήση γης, πλην όμως ουδόλως υποκαθιστούν τα πορίσματα των αναγκαίων επιτόπου γεωτεχνικών μελετών που είναι απόλυτα αναγκαίες στα πλαίσια κατασκευής των διαφόρων τεχνικών έργων. Ειδικότερα, οι λιθολογικές ακολουθίες στις οποίες ομαδοποιούνται οι γεωλογικοί σχηματισμοί που δομούν τον ελληνικό χώρο έχουν ως εξής: Α. Τεταρτογενείς αποθέσεις Τεταρτογενή χαλαρά με επικράτηση των λεπτομερών υλικών Τεταρτογενή χαλαρά με επικράτηση των αδρομερών υλικών Τεταρτογενή χαλαρά μικτών(λιθολογικών ή κοκκομετρικών) φάσεων Τεταρτογενή συνεκτικά με επικράτηση των αδρομερών υλικών Σελίδα 22

23 Τεταρτογενή συνεκτικά μικτών(λιθολογικών ή κοκκομετρικών) φάσεων Β. Τριτογενή ιζήματα Νεογενή και μολασσικά ιζήματα Θράκης κυρίως λεπτομερή Νεογενή κυρίως αδρομερή Νεογενή και μολασσικά ιζήματα Θράκης μικτών φάσεων Μολασσικοί σχηματισμοί Μεσοελληνικής αύλακας Γ. Σχηματισμοί προνεογενούς υποβάθρου Φλύσχης Δυτικής Ελλάδος Φλύσχης Κεντρικής Ελλάδος Φλύσχης Ανατολικής Ελλάδος Κρητιδικοί ασβεστόλιθοι Δυτικής Ελλάδος Κρητιδικοί ασβεστόλιθοι Κεντρικής Ελλάδος Κρητιδικοί ασβεστόλιθοι Ανατολικής Ελλάδος Τριαδικοϊουρασικοί ασβεστόλιθοι Δυτικής Ελλάδος Τριαδικοϊουρασικοί ασβεστόλιθοι Κεντρικής Ελλάδος Τριαδικοϊουρασικοί ασβεστόλιθοι Ανατολικής Ελλάδος Ασβεστόλιθοι με κερατολίθους, σχιστοκερατολίθους ή σχιστομαργαϊκές ενστρώσεις Αργιλικοί σχιστόλιθοι και κερατόλιθοι Κερατόλιθοι με ασβεστολιθικές ενστρώσεις Γύψοι τριαδικά λατυποπαγή Δολομιτικοί ασβεστόλιθοι Δολομίτες Ημιμεταμορφωμένα πετρώματα Μεταμορφωμένα πετρώματα Μεταμορφωμένα ανθρακικά πετρώματα (μάρμαρα, σιπολίνες) Ηφαιστειακά υλικά Ηφαιστειακοί βραχώδεις σχηματισμοί Βασικά και υπερβασικά εκρηξιγενή πετρώματα (οφιόλιθοι) Σελίδα 23

24 Όξινα έως ενδιάμεσα εκρηξιγενή πετρώματα Σελίδα 24