ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ & ΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ & ΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ: «ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΦΥΣΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΚΑΙ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΑΝΤΟΧΗΣ ΒΡΑΧΩΔΟΥΣ ΥΛΙΚΟΥ» ΚΑΛΠΟΓΙΑΝΝΑΚΗ ΜΑΡΙΑ Α.Μ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: κ. Ν. Σαμπατακάκης, Καθηγητής Πανεπιστημίου Πατρών ΠΑΤΡΑ 2013

2 Ευχαριστίες Θα ήθελα να εκφράσω τις ευχαριστίες μου στον επιβλέποντα της πτυχιακής μου κ. Σαμπατακάκη Νικόλαο για τη μεγάλη βοήθεια που μου πρόσφερε στην ολοκλήρωση της παρούσας πτυχιακής εργασίας. Επίσης, θα ήθελα να ευχαριστήσω τους μεταπτυχιακούς φοιτητές του εργαστηρίου τεχνικής γεωλογίας για τη βοήθεια που μου πρόσφεραν στη διάρκεια των εργασιών. Τέλος θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένεια μου για τη στήριξη τόσο την οικονομική όσο και την ηθική σε όλη τη διάρκεια των σπουδών μου. 2

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ 2.1 ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΕΛΛΑΔΟΣ ΓΕΩΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΗΣ ΖΩΝΗΣ ΩΛΟΝΟΥ-ΠΙΝΔΟΥ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗ ΘΕΣΗ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΒΡΑΧΩΔΟΥΣ ΥΛΙΚΟΥ 3.1 ΓΕΝΙΚΑ ΚΑΘΟΡΙΣΜΟΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΑΚΑΙΡΕΟΥ ΠΕΤΡΩΜΑΤΟΣ ΦΥΣΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΒΡΑΧΩΔΟΥΣ ΥΛΙΚΟΥ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΗ ΥΓΡΑΣΙΑ( water content ) ΠΟΡΩΔΕΣ ΚΑΙ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΑΝΘΕΚΤΗΚΟΤΗΤΑ ΧΑΛΑΡΩΣΗ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΒΡΑΧΩΔΟΥΣ ΥΛΙΚΟΥ ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑ ΑΝΤΟΧΗ ΣΕ ΣΗΜΕΙΑΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΔΟΚΙΜΕΣ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΩΝ 4.1 ΓΕΝΙΚΑ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΕΚΤΕΛΕΣΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΔΟΚΙΜΩΝ ΒΡΑΧΩΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ(ΔΟΚΙΜΙΩΝ)-ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΔΟΚΙΜΩΝ 31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 3

4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ενασχόληση του ανθρώπου με το βράχο ξεκινά από τους προϊστορικούς χρόνους. Πλήθος εργαλείων, όπλων και οχυρωματικών κατασκευών έχουν κατασκευαστεί από βραχώδη υλικά. Επιπλέον, κατασκευές και γλυπτά σε βραχώδεις σχηματισμούς, όπως οι πυραμίδες στην Αίγυπτο, πιστοποιούν την ύπαρξη μιας εξειδικευμένης τεχνικής στην επιλογή, το κόψιμο και την επεξεργασία του βραχώδους υλικού. Κατά τον 18ο και 19 ο αιώνα κατασκευάστηκαν μεγάλα τεχνικά έργα όπως υπόγεια έργα για ορυχεία, κανάλια μεταφοράς νερού καθώς και έργα σχετικά με την ανάπτυξη του σιδηροδρομικού δικτύου. Η Βραχομηχανική ωστόσο αναγνωρίστηκε επίσημα σαν ξεχωριστός κλάδος της μηχανικής μόλις το 1960 (GOODMAN, 1989). Παρόλα αυτά ήδη το 1773 o COULOMB είχε συμπεριλάβει αποτελέσματα από δοκιμές σε βραχώδη υλικά σε δημοσίευσή του στη Γαλλική Ακαδημία στο Παρίσι (COULOMB, 1776, HEYMAN, 1972). Με τα τέλη του 19ου αιώνα η κατασκευαστική δραστηριότητα άρχισε να εξελίσσεται με αλματώδη βήματα, υπογραμμίζοντας έτσι την επιτακτική ανάγκη μελέτης της συμπεριφοράς του βράχου από τους επιστήμονες. Η έναρξη κατασκευής της διώρυγας του Παναμά το 1884 από Γάλλους επιστήμονες και η παρακολούθηση του έργου από την US Army Corps of Engineers το 1908, είχε σαν αποτέλεσμα την καταγραφή τομών από τις εκσκαφές κατά μήκος του καναλιού. Αν και την περίοδο εκείνη οι τομές δεν αναλύθηκαν με τις μεθόδους της Βραχο μηχανικής, μελέτες που πραγματοποιήθηκαν αργότερα από την US Corps of Engineers (LUTTON, BANKS and STROHM, 1979), έδειξαν ότι η βραχομάζα τεμνόταν από πλήθος ασυνεχειών που καθόριζαν τη συμπεριφορά της και ότι οι αρχές της σύγχρονης Βραχομηχανικής έβρισκαν πλήρη εφαρμογή στην ανάλυση ευστάθειας αυτών των πρανών. Ο KARL TERZAGHI (TERZAGHI, 1936 και TERZAGHI and VOIGHT, 1979) στο πρώτο Διεθνές συνέδριο Soil Mechanics and Foundation Engineering το 1936, τόνισε ότι οι αστοχίες που παρατηρήθηκαν στα πρανή της διώρυγας του Παναμά συνιστούσαν προειδοποίηση ότι η επιστήμη δεν είχε τη δυνατότητα να προβλέπει την επίδραση που είχε η κατασκευή ενός τεχνικού έργου στο περιβάλλον (HOEK, 2000). 4

5 Το 1920 ο JOSEF STINI άρχισε να διδάσκει Τεχνική Γεωλογία στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης και δημοσίευσε συνολικά 333 εργασίες και βιβλία (MULLER, 1979). Επιπλέον, ίδρυσε το περιοδικό Geologie und Bauwesen, το οποίο αποτέλεσε πρόδρομο του σημερινού Rock Mechanics και ήταν πιθανόν ο πρώτος ο οποίος τόνισε τη σημασία των ασυνεχειών στη μηχανική συμπεριφορά της βραχομάζας. Στο πρώτο μισό του ίδιου αιώνα σύμφωνα με τον HOEK (2000) και άλλοι αξιόλογοι ερευνητές όπως οι: VON KARMAN (1911), KING (1912), GRIGGS (1936), IDE (1936), και TERZAGHI (1945) μελέτησαν την αστοχία του βραχώδους υλικού. Το 1921 ο GRIFFITH πρότεινε τη θεωρία του για τη θραύση του ψαθυρού υλικού. Παρόλο που ο όρος «Βραχομηχανική» δεν είχε χρησιμοποιηθεί ως τότε, όλοι οι παραπάνω ερευνητές είχαν σημαντική συνεισφορά στις θεμελιώδεις αρχές του αντικειμένου όπως το γνωρίζουμε σήμερα. Στις αρχές της δεκαετίας του 60 σημειώνεται σημαντική ανάπτυξη της Βραχομηχανικής καθόσον μεγάλος αριθμός αστοχιών σε βραχώδη πρανή φανέρωσε την αδυναμία των επιστημόνων να προβλέψουν τη συμπεριφορά της βραχομάζας. Το Δεκέμβριο του 1959 στη Γαλλία το φράγμα του Malpasset αστόχησε με αποτέλεσμα να στοιχίσει τη ζωή σε 450 ανθρώπους. Τον Οκτώβριο του 1963 στην ιταλική πόλη Longarone 2500 άνθρωποι έχασαν τη ζωή τους εξαιτίας κατολίσθησης που εκδηλώθηκε στα πρανή φράγματος και προκάλεσε κύμα που πλημμύρισε την κοιλάδα του Vajont. Αυτές οι δυο καταστροφές είχαν μεγάλη επίδραση στην εξέλιξη της επιστήμης της Βραχομηχανικής και ένας μεγάλος αριθμός μελετών και δημοσιεύσεων στράφηκαν στην προσπάθεια για εξήγηση αυτών των καταστροφικών φαινομένων (JAEGER, 1972). Το 1960 στη Νότια Αφρική κατέρρευσε ένα ορυχείο με αποτέλεσμα να χάσουν τη ζωή τους 432 άνθρωποι. Το γεγονός αυτό οδήγησε στην έναρξη προγράμματος εντατικών ερευνών που συνετέλεσε σε μεγάλη πρόοδο σχετικά με το σχεδιασμό ορυχείων (SALAMON and MUNRO, 1967). Τα παραπάνω γεγονότα αποτέλεσαν το έναυσμα για να ασχοληθούν οι επιστήμονες με τη Βραχομηχανική και να δώσουν σε αυτήν τις διαστάσεις και τις εφαρμογές που έχει αποκτήσει ως επιστήμη. Σύμφωνα με τον FARMER (1983) η Βραχομηχανική αναφέρεται στη μελέτη της θραύσης και παραμόρφωσης του βράχου, τόσο του ακέραιου πετρώματος όσο και του ασυνεχούς μέσου όπως είναι η βραχομάζα. Σύμφωνα με τον GOODMAN (1989) η Βραχομηχανική ασχολείται με τις ιδιότητες του βραχώδους υλικού και την ειδική μεθοδολογία που απαιτείται για το σχεδιασμό τεχνικών έργων που θα φιλοξενηθούν σε βραχώδεις σχηματισμούς. Κατά το σχεδιασμό ενός τεχνικού έργου σε βραχώδεις σχηματισμούς δίνεται έμφαση όχι μόνο στον υπολογισμό των επιβαλλόμενων τάσεων αλλά και στις δυνάμεις που θα προκύψουν από την ανακατανομή των αρχικών τάσεων. Επιπλέον, η βραχομάζα παρουσιάζει πολλούς και διαφορετικούς τρόπους αστοχίας και για το λόγο αυτό ο καθορισμός της αντοχής της απαιτεί όχι μόνο μετρήσεις αλλά και 5

6 κριτική σκέψη. Τέλος, η γεωμετρία της εκάστοτε κατασκευής υπαγορεύεται εν μέρει και από τη γεωλογική δομή της βραχομάζας. Για τους λόγους αυτούς η Βραχομηχανική απαιτεί επιλογή με βάση γεωλογικά κριτήρια της περιοχής στην οποία θα γίνει ένα τεχνικό έργο, μέτρηση των αρχικά επιβαλλόμενων τάσεων και ανάλυση μέσω μοντέλων των πολλαπλών τρόπων αστοχίας. Επομένως στη Βραχομηχανική απαιτείται στενή συνεργασία γεωλόγου και μηχανικού. Η επιστημονική κοινότητα μετά το 1960 ασχολήθηκε ιδιαίτερα με το πρόβλημα των εκτινάξεων βράχων (rockbursts) λόγω των παραμένουσων επιτόπου τάσεων (MORISSON, 1976, COOK, 1964, COOK et al., 1966). Οι εκτινάξεις βράχων είναι εκρηκτικές αστοχίες του πετρώματος οι οποίες συμβαίνουν σε ψαθυρό και σκληρό πέτρωμα που βρίσκεται υπό καθεστώς υψηλών τάσεων και παρατηρούνται σε ορυχεία και σήραγγες μεγάλου βάθους. Με αφορμή το πρόβλημα των εκρήξεων βράχων οι JAEGER and COOK (1969), COATES (1966), OBERT and DUVALL (1967) εστίασαν στην εφαρμογή της θεωρίας της ελαστικότητας, υποθέτοντας ότι το πέτρωμα είναι ισότροπο και ελαστικό και μη λαμβάνοντας υπόψη το ρόλο των ασυνεχειών στη βραχομάζα. Αυτή η έμφαση στη χρήση της θεωρίας της ελαστικότητας την περίοδο αυτή είχε τόσο πλεονεκτήματα όσο και μειονεκτήματα. Το βασικό μειονέκτημα είναι ότι αγνοούσε το σημαντικό ρόλο των ασυνεχειών στη βραχομάζα. Ωστόσο η μεγάλη συγκέντρωση των ερευνών στην κατεύθυνση αυτή οδήγησε σε εξελίξεις στην επιστήμη που μπορεί να μην είχαν επιτευχθεί αν η προσέγγιση ήταν πιο γενική. Πολλά ορυχεία και μεγάλα τεχνικά έργα ωφελήθηκαν από την έρευνα που είχε πραγματοποιηθεί σχετικά με τις εφαρμογές της θεωρίας της ελαστικότητας και οι περισσότερες από τις σύγχρονες μεθόδους σχεδιασμού υπόγειων εκσκαφών έχουν τη βάση τους στην έρευνα αυτή. Ένα σημαντικό βήμα για την εξέλιξη του αντικειμένου της Βραχομηχανικής αποτέλεσε η συγχώνευση της θεωρίας της ελαστικότητας, η οποία είχε προταθεί από τους ερευνητές για την επίλυση προβλημάτων Βραχομηχανικής, με την προσέγγιση της βραχομάζας σαν ένα ασυνεχές μέσο. Ο Stini ήταν ένας από τους κυρίαρχους ερευνητές της Βραχομηχανικής στην Ευρώπη και έδωσε έμφαση στην σημασία των ασυνεχειών για τον καθορισμό της συμπεριφοράς της βραχομάζας (MULLER, 1979). Παρομοίως, ο TALOBRE (1957), αναγνώρισε το ρόλο της δομής της βραχομάζας σε πολύ μεγαλύτερη έκταση. Στην έρευνα δόθηκε μεγάλη ώθηση προς την κατεύθυνση αυτή με τις αστοχίες των φραγμάτων Malpasset και Vajont που προαναφέρθηκαν. Το ερευνητικό έργο των LONDE (1965) και LONDE, VIGIER and VORMERINGER (1969, 1970) στη Γαλλία και των WITTKE (1965) και JOHN (1968) στη Γερμανία έβαλαν τα θεμέλια για τις τρισδιάστατες αναλύσεις ευστάθειας που πραγματοποιούνται και σήμερα. Τη βάση κάθε πρακτικής ανάλυσης στη Βραχομηχανική συνιστούν τα γεωλογικά δεδομένα που καθορίζουν τον τύπο του βραχώδους υλικού, των δομικών 6

7 ασυνεχειών και των ιδιοτήτων του υλικού. Ακόμα και η πιο εξειδικευμένη ανάλυση μπορεί να χάσει το νόημά της αν η γεωλογική πληροφόρηση στην οποία βασίζεται είναι λανθασμένη ή ανακριβής. Η ανάδειξη της Τεχνικής Γεωλογίας σαν ξεχωριστό αντικείμενο αποτέλεσε σημαντικό βήμα για την ανάπτυξη της Βραχομηχανικής. Στο αντικείμενο αυτό οι γεωλόγοι εξειδικεύονται στην αναγνώριση και ερμηνεία της γεωλογικής πληροφόρησης η οποία είναι σημαντική για το σχεδιασμό των τεχνικών έργων. Εξίσου σημαντική με τη συλλογή γεωλογικών δεδομένων στην ύπαιθρο είναι σύμφωνα με τον HOEK (2000) και η εκτέλεση εργαστηριακών δοκιμών Βραχομηχανικής. Ο τρόπος εκτέλεσης των δοκιμών αυτών καθορίζεται από διεθνείς προδιαγραφές. Η πληροφόρηση που παρέχουν είναι ιδιαίτερα σημαντική για το σχεδιασμό υπόγειων τεχνικών έργων γιατί παρέχουν γνώση των ιδιοτήτων του ακέραιου πετρώματος στο οποίο κατασκευάζεται ένα τεχνικό έργο αλλά και τη δυνατότητα εφαρμογής των ιδιοτήτων αυτών στην εκτίμηση της αντοχής και παραμορφωσιμότητας της βραχομάζας. Προς την κατεύθυνση αυτή μάλιστα, αναπτύχθηκαν τα συστήματα ταξινόμησης της βραχομάζας. Αυτό κρίθηκε αναγκαίο διότι τα δείγματα του ακέραιου πετρώματος είναι περιορισμένα σε μέγεθος, αντιπροσωπεύουν πολύ μικρό και επιλεγμένο τμήμα της βραχομάζας από την οποία προήλθαν και επιπλέον δεν λαμβάνουν υπόψη την επίδραση των ασυνεχειών στη συμπεριφορά της βραχομάζας. Στα παραπάνω θα πρέπει να συμπεριληφθεί και το γεγονός ότι εξετάζονται ως προς τις ιδιότητές τους μόνο τα δείγματα αυτά που μένουν ακέραια μετά τη διαδικασία συλλογής και επεξεργασίας τους και επομένως τα αποτελέσματα δεν είναι αντιπροσωπευτικά της βραχομάζας. Χαρακτηριστικά συστήματα ταξινόμησης είναι αυτά που προτάθηκαν από τον BIENIAWSKI (1973, 1974b) και από τους BARTON, LIEN and LUNDE (1974). Οι ταξινομήσεις αυτές απαιτούν πληροφόρηση για την αντοχή του ακέραιου πετρώματος,την απόσταση, τον αριθμό και τα επιμέρους χαρακτηριστικά των ασυνεχειών, την πρόβλεψη για την επίδραση του υπόγειου νερού, τον χαρακτήρα των επιτόπου τάσεων καθώς και του προσανατολισμού των κυρίαρχων ασυνεχειών σε σχέση με τα έργα. Αυτά τα συστήματα ταξινόμησης αποδείχθηκε ότι είναι πολύ χρήσιμα εργαλεία όχι μόνο επειδή παρέχουν τη βάση για το σχεδιασμό ενός υπόγειου τεχνικού έργου αλλά και επειδή ωθούν τους χρήστες να εξετάζουν τις ιδιότητες της βραχομάζας με πολύ συστηματικό τρόπο. Ο προσδιορισμός της αντοχής της βραχομάζας αποτελεί έναν από τους κύριους προβληματισμούς κατά το σχεδιασμό τεχνικών έργων σε βραχώδεις σχηματισμούς. Η βραχομάζα αποτελείται από αλληλοεμπλεκόμενα τεμάχη βραχώδους υλικού που 7

8 μπορεί να έχουν υποστεί αποσάθρωση σε οποιοδήποτε πιθανό βαθμό και οι επιφάνειες επαφής μεταξύ τους μπορεί να είναι από κενές μέχρι πληρωμένες με ποικίλης σύστασης υλικό. Η αντοχή της βραχομάζας εκτιμάται από γεωλογικές παρατηρήσεις και εργαστηριακές δοκιμές που έχουν πραγματοποιηθεί σε τεμάχη ακέραιου πετρώματος τα οποία έχουν ληφθεί από τη βραχομάζα. Αυτό το θέμα ερευνήθηκε εκτενώς από τους HOEK και BROWN (1980) οι οποίοι χρησιμοποίησαν τα αποτελέσματα των μελετών των HOEK (1968), BROWN (1970), LADANYI and ARCHAMBAULT (1970) και τα περιορισμένα σε αριθμό αποτελέσματα αντοχής για να αναπτύξουν ένα εμπειρικό κριτήριο θραύσης για τις διερρηγμένες βραχομάζες. Ο HOEK (1983) επίσης πρότεινε ότι τα συστήματα ταξινόμησης της βραχομάζας όπως περιγράφηκαν παραπάνω μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εκτίμηση των σταθερών της βραχομάζας που απαιτούνται για αυτό το εμπειρικό κριτήριο θραύσης. Πρακτικές εφαρμογές αυτού του κριτηρίου θραύσης σε ένα αριθμό τεχνικών έργων έδειξε ότι αυτές οι εκτιμήσεις ανταποκρίνονται σχετικά καλά στην πραγματικότητα όταν πρόκειται για διαταραγμένες βραχομάζες, αλλά ότι σε αδιατάρακτες βραχομάζες με καλό αλληλοκλείδωμα όπως αυτές που μπορεί να συναντηθούν κατά την κατασκευή σηράγγων, οι τιμές της εκτιμώμενης αντοχής είναι πολύ χαμηλές. Σήμερα, η Βραχομηχανική βρίσκει πολλαπλές εφαρμογές, κατά την κατασκευή μεγάλων κτιρίων και τεχνικών έργων, (π.χ. φράγματα ή αυτοκινητόδρομοι) που θεμελιώνονται πάνω σε βραχώδεις σχηματισμούς. Επίσης, κατά την κατασκευή υπόγειων τεχνικών έργων μέσα σε βραχώδεις σχηματισμούς, όπως σήραγγες και ορυχεία, ή ακόμα υπόγεια τεχνικά έργα για ενεργειακούς και περιβαλλοντικούς σκοπούς, όπως απόθεση πυρηνικών αποβλήτων, αποθήκευση ενέργειας, κατασκευή εργοστασίων πυρηνικής ενέργειας κ.α. Τα τελευταία 25 χρόνια η Βραχομηχανική εξελίχθηκε σε ένα ώριμο αντικείμενο το οποίο βασίζεται στα γερά θεμέλια της Γεωλογίας και της Μηχανικής. Επιστήμονες από διάφορα αντικείμενα, έχουν συνεισφέρει με την έρευνά τους στο αντικείμενο της Βραχομηχανικής και έχουν αναπτύξει μεγάλο εύρος πρακτικών εργαλείων και εφαρμογών. Υπάρχει ακόμα μεγάλος χώρος για ανάπτυξη, ανανέωση και βελτίωση σε κάθε πτυχή του αντικειμένου και είναι ένα πεδίο που θα συνεχίσει να προβάλλει προκλήσεις για πολλά χρόνια ακόμη (HOEK, 2002). Στο πλαίσιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, αρχικά γίνεται μια σύντομη περιγραφή της γεωλογίας της μελετούμενης περιοχής που εντοπίζεται σε τμήμα της ε.ο Πατρών- Τριπόλεως περί της χ.θ Αναφέρονται οι γεωλογικές συνθήκες της ευρύτερης περιοχής και η γεωτεκτονική εξέλιξη της γεωτεκτονικής ζώνης Ωλονού- Πίνδου. Η σπουδαιότητα των στοιχείων αυτών έγκειται στην κατανόηση 8

9 του ευρύτερου τεχνικογεωλογικού περιβάλλοντος που ανήκουν οι ασβεστολιθικοί σχηματισμοί. Ακολουθεί η περιγραφή- αξιολόγηση των εργαστηριακών δοκιμών που εκτελέστηκαν σύμφωνα με τις ισχύουσες προδιαγραφές και περιγράφονται ο τρόπος δειγματοληψίας, η διαμόρφωση δειγμάτων και ο προσδιορισμός των φυσικών και μηχανικών παραμέτρων των ληφθέντων βραχώδων δειγμάτων ασβεστολίθου. 9

10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ 2.1 Γεωλογία της Ελλάδας Ο ευρωπαϊκός χώρος, τμήμα του οποίου αποτελεί ο ελλαδικός, με βάση τη γεωλογική του εξέλιξη και γενικά τη διαμόρφωσή του, έχει διακριθεί, σύμφωνα με τις παλιές τεκτονικές απόψεις σε επιμέρους ενότητες, οι οποίες έχουν καθιερωθεί στη διεθνή γεωλογική βιβλιογραφία. Οι ενότητες αυτές είναι : Η Πανάρχαια Ευρώπη που περιλαμβάνει το ανατολικό τμήμα της Σκανδιναβικής χερσονήσου, περιοχές της Φινλανδίας και Βόρειας Ρωσίας και ένα μέρος της Ισλανδίας. Η Παλαιοευρώπη, που περιλαμβάνει το δυτικό μέρος της Σκανδιναβικής χερσονήσου, τη Βρετανία και το μεγαλύτερο τμήμα της Ιρλανδίας. Η Νεοευρώπη, που περιλαμβάνει τα νότια τμήματα της Ευρώπης. Ο ελλαδικός χώρος όπως και ολόκληρη η Βαλκανική χερσόνησος, περιλαμβάνονται στη Νεοευρώπη και αποτελούν τμήμα των εκτεταμένων Αλπικών οροσειρών, που αρχίζουν από την Ισπανία και φθάνουν μέχρι και τις δυτικές ακτές του Ειρηνικού ωκεανού. Έτσι ο ελλαδικός χώρος αποτελείται σχεδόν στο σύνολό του, από τις Ελληνίδες οροσειρές, που είναι αλπικής ηλικίας και έχουν σχηματισθεί από την πτύχωση των σχηματισμών που αποτέθηκαν στο χώρο της Μεσοτηθύος (αλπικό γεωσύγκλινο) κατά τη διάρκεια του Μεσοζωικού αιώνα και του Παλαιογενούς. Στο χώρο όμως αυτό υπήρχαν και ιζήματα- πετρώματα, τα οποία είχαν σχηματισθεί πριν την έναρξη της λειτουργίας του γεωσύγκλινου(αλπικού) και είχαν κατά κανόνα παραμορφωθεί από παλαιότερες πτυχώσεις,(aubouin, 1959). Τα ιζήματα αυτά τα χαρακτηρίζουμε, συνολικά, ως προαλπικά. Επίσης, στον αλπικό χώρο και κατά συνέπεια και στον ελλαδικό χώρο απαντώνται και πετρώματα που έχουν σχηματισθεί μετά την τελευταία φάση της αλπικής ορογένεσης, τα οποία ονομάζουμε μεταλπικά. Τα αλπικά ιζήματα που αποτέθηκαν στον Ελλαδικό χώρο και σχημάτισαν τις ελληνίδες είναι διαρθρωμένα σε διαφορετικές γεωτεκτονικές ζώνες. Οι ζώνες αυτές διακρίνονται σε Εξωτερικές και Εσωτερικές. Οι Renz (1940), Brunn (1956), Aubouin (1959), με βάση στρωματογραφικά στοιχεία διαίρεσαν αυτές τις ακολουθίες ιζημάτων σε ισοπικές ζώνες. Oι εξωτερικές ζώνες περιλαμβάνουν τις 10

11 παρακάτω ισοπικές ζώνες όπως απεικονίζονται στο Σχήμα 2.α: 1) Προαπούλια 2) Ιόνια 3) Γαβρόβου-Τριπόλεως 4) Πίνδου et al. 1983) Σχήμα 2.α : Γεωλογικός χάρτης όπου φαίνονται οι ισοτοπικές ζώνες (Κατά Mountrakis (Rh: Μάζα της Ροδόπης, Sm: Σερβομακεδονική μάζα, CR: Περιροδοπική ζώνη, (Pe: Ζώνη Παιανίας, Pa: Ζώνη Πάικου, Al: Ζώνη Αλμωπίας) = Ζώνη Αξιού, ΡΙ: Πελαγονική ζώνη, Αc: Αττικό-Κυκλαδική ζώνη, Sp: Υποπελαγονική ζώνη, Pk: Ζώνη Παρνασσού - Γκιώνας, P: Ζώνη Πίνδου, G: Ζώνη Γαβρόβου - Τρίπολης, Ι: Ιόνιος ζώνη, Px: Ζώνη Παξών ή Προαπούλια, Au: Ενότητα Ταλέα όρη - πλακώδεις ασβεστόλιθοι πιθανόν της Ιονίου ζώνης. ) 2.2 Γεωτεκτονική εξέλιξη της ζώνης Ωλονού - Πίνδου 11

12 Ο παλαιογεωγραφικός χώρος της ζώνης Πίνδου, μέσα στον ευρύ χώρο της Τηθύος και ακριβέστερα της Μεσοτηθύος, ήταν μια βαθιά αύλακα μεταξύ του υβώματος της ζώνης Γαβρόβου- Τρίπολης (δυτικά) και σύμφωνα με τις νεότερες απόψεις, του υβώματος Κοζιάκα- Τριλόφου- Πεντεορίων- Γερανείων- Τραπεζώνας, που βρισκόταν στην ανατολική παρυφή της πινδικής αύλακας. Η αύλακα της Πίνδου δεν εξελίχθηκε σε πραγματικό ωκεανό,δηλαδή σε βαθειά θάλασσα με ωκεάνιο φλοιό, του οποίου το κλείσιμο θα μπορούσε να δώσει οφιολιθικά πετρώματα. Γίνεται όμως δεκτό ότι ο ηπειρωτικός φλοιός της Πινδικής περιοχής, κατά το Μεσοζωικό, λεπτύνθηκε σημαντικά, χωρίς όμως, ποτέ η περιοχή αυτή να αποκτήσει ωκεάνιο πυθμένα. Η ζώνη Ωλονού- Πίνδου, η οποία πήρε το όνομά της για πρώτη φορά από τον Philippson (1898) είναι επωθημένη προς τα δυτικά πάνω στη ζώνη Γαβρόβου- Τρίπολης, με μορφή ενός τεράστιου τεκτονικού καλύμματος, το οποίο, σε μερικές περιπτώσεις, έχει προελάσει ακόμα δυτικότερα και έχει φτάσει και στην Ιόνια ζώνη. Η απόσταση αυτή της προέλασης σε ευθεία γραμμή, είναι μεγαλύτερη των 250 km. Σημαντικό ρόλο για την εσωτερική παραμόρφωση της ζώνης παίζουν οι ραδιολαρίτες που ως πλαστικός ορίζοντας συμπεριφέρονται ως μια μεγάλη ζώνη αποκολλήσεως πάνω από την οποία απελευθερώνεται κατά το Κρητιδικό και ο φλύσχης, σχηματίζοντας τη χαρακτηριστική για τη ζώνη λεπιοειδή δομή. Έχουν διακριθεί μάλιστα 11 είδη λεπίων. Από τα δυτικά η ζώνη περιορίζεται από την επώθηση της Πίνδου, ενώ στα ανατολικά έχουν επωθηθεί πάνω σ αυτήν οι οφιόλιθοι της Νέο- Τηθύος. Η ζώνη της Πίνδου στην Ηπειρωτική Ελλάδα απαντάται στην οροσειρά της Πίνδου, στα Αθαμανικά όρη, στα Άγραφα, στο Παναιτωλικό και στα όρη της Ναυπακτίας και συνεχίζεται στην Πελοπόννησο (Κουκουβέλας 1998). Επίσης, η ζώνη αυτή εμφανίζεται στην Κρήτη, Ρόδο, Κάρπαθο, Σύμη και ανατολικότερα στη Μικρά Ασία. Ακόμα, συνεχίζεται και προς τα Βόρεια, στην Αλβανία, όπου ονομάζεται Cucali- Crasta, καθώς και στη Γιουγκοσλαβία με το όνομα Budva. χαρακτηρίζεται ως βαθιά αύλακα που αναπτύσσεται μεταξύ των υβωμάτων των ζωνών Πελαγονικής και Γαβρόβου, Παρουσιάζει μεγάλες εναλλαγές στην ιζηματογένεση (ανθρακική, πυριτική, κλαστική). Διαρθρώνεται παλαιογεωγραφικά σε τρεις υποζώνες (J. Aubouin, 1959) : την υπερπινδική (ανατολική), την αξονική (ενδιάμεση) και την εξωτερική (δυτική). Από τεκτονικής άποψης η ζώνη Ωλονού Πίνδου εμφανίζεται ως τεκτονικό κάλυμμα επωθημένο πάνω στην Ιόνια ζώνη, (Σχήμα.5.2). Τα τεκτονικά λέπια επωθούνται το ένα στο άλλο με κατεύθυνση από ανατολικά προς δυτικά με άξονες διεύθυνσης Β-Ν ως ΒΒΔ-ΝΝΑ. Χαρακτηριστικές τεκτονικές δομές είναι οι ορεινοί όγκοι των Τζουμέρκων και το Περιστέρι. 12

13 Σχήμα 2.α : Μοντέλο στο οποίο απεικονίζεται η ζώνη της Πίνδου επωθημένη στην Αδριατικοιόνιο ζώνη. Απεικονίζονται επίσης υποθαλάσσια ριπίδια σχηματισθέντα μεταξύ Ηωκαίνου και Ολιγοκαίνου, Παπανικολάου, 1986 Στο σχήμα 2.γ, φαίνεται η στρωματογραφική Ακολουθία της ζώνης Πίνδου κατά Fleury (1980) και συμπληρωμένη από Παπανικολάου, ΑΛΠΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ: 1. Ασβεστόλιθοι ηλικίας Ιουρασικού 2. Ραδιολαρίτες, ηλικίας Ιουρασικού Κατώτερου Κρητιδικού 3. Κερατόλιθοι και ασβεστόλιθοι ηλικίας Κατωτέρου Ανωτέρου Κρητιδικού 4. Πελαγικοί ασβεστόλιθοι ηλικίας Ανωτέρου Κρητιδικού 5. Φλύσχης ηλικίας Μαιστρίχτιου Παλαιόκαινου, ο οποίος αποτελείται από στρώματα κυρίως ψαμμιτικά και σπανιότερα μαργαϊκά, που εναλλάσσονται με λεπτόπλακώδεις ασβεστόλιθους ΜΕΤΑΛΠΙΚΑ ΙΖΗΜΑΤΑ: Σύμμικτα κροκαλοπαγή στους ανώτερους ορίζοντες και αργιλικές-ιλυώδεις μάργες βαθύτερα. 13

14 Σχήμα 2.γ : Στρωματογραφική Ακολουθία της ζώνης Πίνδου κατά Fleury (1980) και συμπληρωμένη από Παπανικολάου, Γεωγραφική θέση περιοχής έρευνας 14

15 Η θέση έρευνας εντοπίζεται κοντά στον οικισμό Λάμπεια του νομού Ηλείας. Το όνομα «Λάμπεια» δόθηκε στο χωριό λόγω της τοποθεσίας στην οποία είναι χτισμένο, στα Λάμπεια Όρη του Ερυμάνθου. Το όνομα «Δίβρη», με το οποίο ο οικισμός είναι γνωστός στους ντόπιους και τους κατοίκους των γύρω περιοχών, έχει πιθανότατα σλάβικη ρίζα και σημαίνει «δροσιά». Η Λάμπεια βρίσκεται στα σύνορα των νομών Ηλείας, Αχαΐας και Αρκαδίας, ανήκει ωστόσο στον Νομό Ηλείας. Είναι χτισμένη σε υψόμετρο 900μ. στα Λάμπεια Όρη, που αποτελούν τμήμα του Ερυμάνθου. Συνορεύει με τους Νομούς Αχαΐας και Αρκαδίας, καθώς και με τους Δήμους Φολόης και Λασιώνος του Νομού Ηλείας. Βρίσκεται περίπου στα μισά της επαρχιακής οδού Πατρών - Τρίπολης ο γνωστός («111»), απέχοντας 86χλμ. από την Τρίπολη και 84χλμ. από την Πάτρα. Στην εικόνα του Σχήματος 2.δ σημειώνεται η θέση της μελετούμενης περιοχής που προσομοιάζει με πέταλο. Σχήμα 2.δ Εικόνα της ευρύτερης περιοχής μελέτης. Πηγή: Google Earth Γεωλογικές συνθήκες της περιοχής έρευνας Σύμφωνα με το γεωλογικό χάρτη του ΙΓΜΕ φύλλο Κέρτεζη 1:50000, σχήμα 2.ε στην περιοχή έρευνας εμφανίζονται ασβεστόλιθοι του Σενωνίου και του Μαιστριχτίου. 15

16 Πρόκειται για λέπτο - μεσοστρωματώδεις ασβεστόλιθους που εμφανίζονται γενικά πτυχωμένοι και τεκτονικά καταπονημένοι. Σχήμα 2.ε : Γεωλογικός χάρτης της ευρύτερης περιοχής μελέτης, Ι.Γ.Μ.Ε φύλλο Κέρτεζης 1:

17 3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΒΡΑΧΩΔΟΥΣ ΥΛΙΚΟΥ ΓΕΝΙΚΑ. Βράχος (rock) είναι το φυσικό στερεό ορυκτό υλικό που εμφανίζεται σε μεγάλες μάζες ή θραύσματα (ASTM D653-87) ή κάθε φυσικά σχηματισμένο συσσωμάτωμα ορυκτού υλικού που εμφανίζεται σε μεγάλες μάζες ή θραύσματα (ISRM, 1981). Σύμφωνα με τους TERZAGHI and PECK (1967) σαν έδαφος χαρακτηρίζεται ένα φυσικό σύνολο ορυκτών κόκκων που μπορούν να διαχωριστούν με απλά μηχανικά μέσα (π.χ. ανακίνηση μέσα στο νερό) ενώ όλα τα υπόλοιπα αποτελούν το βράχο ή πέτρωμα. Τα περισσότερα πετρώματα είναι συσσωματώματα ορυκτών με μορφή κρυστάλλων ή κόκκων που συνδέονται μεταξύ τους με φυσική συγκολλητική ύλη. Τα όρια του διαχωρισμού μεταξύ εδάφους και βράχου είναι ασαφή και οριοθετούνται σε αντοχή της τάξης του 1 MPa. Μεταξύ των δύο αυτών κατηγοριών υλικών εντάσσονται τα υλικά που παρουσιάζουν μία ενδιάμεση μηχανική συμπεριφορά και ονομάζονται σκληρά εδάφη-μαλακοί βράχοι (hard soils-soft rocks). Η αντοχή σε μοναξονική θλίψη των υλικών αυτών κυμαίνεται από MPa (ISRM, 1981). O όρος «βράχος» διακρίνεται στις δύο κύριες γεωλογικές δομές στο ακέραιο πέτρωμα και στη βραχομάζα. Με τον όρο βραχώδες υλικό (rock material) ή ακέραιο πέτρωμα (intact rock) εννοούμε: Ένα πολυκρυσταλλικό συνεχές ορυκτό στερεό σώμα που έχει συνήθως μέγεθος πυρήνα γεώτρησης και μπορεί να εξεταστεί εργαστηριακά. Είναι απαλλαγμένο από ασυνέχειες μεγάλης κλίμακας (διακλάσεις, στρώσεις κ.λ.π.) αλλά μπορεί να περιέχει ασυνέχειες μικρής κλίμακας όπως σχιστότητα, φύλλωση κ.λ.π. (DEERE, 1968). Συχνά, το βραχώδες υλικό αναφέρεται στη βιβλιογραφία σαν ανέπαφο ή άρρηκτο πέτρωμα ή άθικτος βράχος. Με τον όρο βραχομάζα (rock mass) εννοούμε ένα ασυνεχές στερεό μέσο που αποτελείται από ακέραιο πέτρωμα που διατέμνεται από ασυνέχειες. 17

18 3.2. ΚΑΘΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΤΟΥ ΑΚΕΡΑΙΟΥ ΠΕΤΡΩΜΑΤΟΣ. Με σκοπό την ομαδοποίηση της μηχανικής συμπεριφοράς των στερεών, αυτά θεωρούνται συνήθως ως ισότροπα, ομογενή, συνεχή μέσα. Με την έννοια της ισοτροπίας εννοείται ένα μέτρο των ιδιοτήτων του υλικού κατά διεύθυνση. Ανισότροπα χαρακτηρίζονται τα πετρώματα που παρουσιάζουν εκλεκτικό προσανατολισμό των κρυστάλλων τους (φύλλωση, σχιστότητα), με αποτέλεσμα να αντιδρούν διαφορετικά σε εξωτερικές τάσεις κατά διαφορετικές διευθύνσεις. Η ομοιογένεια είναι ένα μέτρο της φυσικής συνέχειας του υλικού. Ένα ομοιογενές υλικό παρουσιάζει ομοιόμορφη κατανομή των συστατικών του, έτσι ώστε σε οποιοδήποτε τμήμα του να παρατηρούνται οι χαρακτηριστικές ιδιότητες του υλικού. Η συνέχεια αναφέρεται στο πλήθος μικρορωγμών και πόρων που διατέμνουν τη μάζα του ακέραιου πετρώματος. Η συχνή παρουσία αυτών χαρακτηρίζει τα πετρώματα σαν ασυνεχή μέσα. Σαν βραχώδες υλικό ή ακέραιο πέτρωμα, όπως έχει ήδη αναφερθεί, μπορεί να χαρακτηριστεί το πέτρωμα που δεν εμφανίζει μεγάλης κλίμακας ασυνέχειες. Ο ορισμός αυτός αναφέρεται στην κλίμακα των συνήθων γεωτεχνικών προβλημάτων και σαν ασυνέχειες νοούνται οι μακροασυνέχειες, όπως η στρώση, οι διακλάσεις και τα ρήγματα. Αντίθετα η βραχομάζα διακόπτεται από τις μακροασυνέχειες και θεωρείται ασυνεχές μέσο. Και το ίδιο όμως το ακέραιο πέτρωμα είναι δυνατό να εμφανίζει ανισοτροπία που οφείλεται στις μικρής κλίμακας ασυνέχειες (φύλλωση, σχιστότητα) ή στην ύπαρξη πόρων και μικρορωγματώσεων στη δομή του που επηρεάζουν σημαντικά τη μηχανική συμπεριφορά στο εργαστήριο. Η ανισοτροπία συναντάται συχνά και σε ορισμένα πετρώματα λόγω προσανατολισμού των ορυκτολογικών κόκκων ή λόγω ιστορικού επιβολής τάσεων κατά μία διεύθυνση. Συνεπώς, κατά τη μελέτη της μηχανικής συμπεριφοράς του βραχώδους υλικού και της βραχομάζας θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η πιθανή ανισοτροπία του ακέραιου πετρώματος και να μελετώνται τα συστήματα ασυνεχειών που διατέμνουν τη βραχομάζα με σκοπό την κατά το δυνατόν καλύτερη προσέγγιση της μηχανικής συμπεριφοράς. Το ακέραιο πέτρωμα χαρακτηρίζεται από ένα πλήθος ιδιοτήτων που καθορίζουν την συμπεριφορά του ως υλικό αλλά και τη συμπεριφορά της βραχομάζας μέρος της οποίας αποτελεί. Κάποιες από τις παραμέτρους προσδιορίζονται εύκολα με τη 18

19 γεωλογική παρατήρηση ενώ για άλλες πρέπει να πραγματοποιηθούν εργαστηριακές δοκιμές. Οι παράμετροι (ή δείκτες) που οριοθετούν τη συμπεριφορά του βραχώδους υλικού και δίνουν τις κατάλληλες πληροφορίες για την ταξινόμησή του παρατίθενται στον Πίνακα 3.α (GEOLOGICAL SOCIETY - ENGINEERING GROUP, 1977) και διαχωρίζονται σε τρεις ομάδες. Η ομάδα Ι περιέχει ιδιότητες περιγραφικές που βασίζονται στην γεωλογική παρατήρηση και στην πετρογραφική διερεύνηση. Η Ομάδα ΙΙ περιλαμβάνει ιδιότητες που προσδιορίζονται με την εκτέλεση απλών εργαστηριακών δοκιμών επί τόπου ή στο εργαστήριο και είναι ημιποσοτικές ενώ οι δείκτες της Ομάδας ΙΙΙ είναι ποσοτικοί, προσδιορίζονται εργαστηριακά και είναι απαραίτητοι για το σχεδιασμό ενός τεχνικού έργου. Ομάδα Ι Ομάδα ΙΙ Ομάδα ΙΙΙ Τύπος Χρώμα Μέγεθος κόκκων Δομή & ιστός Αποσάθρωση Εξαλλοίωση Αντοχή Σκληρότητα Ανθεκτικότητα Πορώδες Πυκνότητα Αντοχή Ταχύτητα διάδοσης κυμάτων Αντοχή Μέτρο ελαστικότητας Λόγος Poison Πρωτογενής υδροπερατότητα Πίνακας 3.α. Δείκτες περιγραφής - ταξινόμησης πετρωμάτων για γεωτεχνικούς σκοπούς (GEOLOGICAL SOCIETY - ENGINEERING GROUP, 1977). Ο λόγος που η αντοχή σαν δείκτης ταξινόμησης του βραχώδους υλικού αναφέρεται και στις τρεις ομάδες οφείλεται στους διαφορετικούς τρόπους με τους οποίους μπορεί να εκτιμηθεί τόσο άμεσα όσο και έμμεσα. Οι ιδιότητες της ομάδας ΙΙ και ΙΙΙ του Πίνακα 3.α καθορίζονται όπως προαναφέρθηκε με την εκτέλεση αντίστοιχων εργαστηριακών δοκιμών. Οι εργαστηριακές δοκιμές οι οποίες πραγματοποιούνται για τον προσδιορισμό των δεικτών του βραχώδους υλικού ονομάζονται δοκιμές ταξινόμησης (index tests). Υπάρχουν όμως και οι εργαστηριακές δοκιμές Βραχομηχανικής οι οποίες πραγματοποιούνται με σκοπό τον υπολογισμό παραμέτρων που είναι χρήσιμες για το σχεδιασμό ενός τεχνικού έργου και ονομάζονται δοκιμές σχεδιασμού (design tests). Ο διαχωρισμός αυτός των δοκιμών Βραχομηχανικής σε δοκιμές ταξινόμησης και σχεδιασμού φαίνεται στον Πίνακα 3.β που ακολουθεί, όπου παρατίθενται οι συχνότερα εκτελούμενες εργαστηριακές δοκιμές σε κάθε κατηγορία. 19

20 Φυσική υγρασία Πορώδες Δοκιμές ταξινόμησης (Index tests) Πυκνότητα Δείκτης κενών Γρήγορη απορρόφηση Ανθεκτικότητα-Χαλάρωση Ταχύτητα διάδοσης υπερήχων Φυσικές παράμετροι Δυναμικές παράμετροι Σκληρότητα Αντοχή σε σημειακή φόρτιση Δοκιμές σχεδιασμού (Design tests) Αντοχή σε μοναξονική θλίψη Παραμορφωσιμότητα Αντοχή σε τριαξονική θλίψη Αντοχή σε εφελκυσμό Διάτμηση ασυνεχειών Παράμετροι αντοχής Πίνακας 3.β. Συχνότερα εκτελούμενες εργαστηριακές δοκιμές Βραχομηχανικής (ΚΟΥΚΗΣ και ΣΑΜΠΑΤΑΚΑΚΗΣ, 2002) ΦΥΣΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΤΟΥ ΒΡΑΧΩΔΟΥΣ ΥΛΙΚΟΥ. Το βραχώδες υλικό αποτελείται από τη στερεή ύλη και τα κενά, δηλαδή το πορώδες του πετρώματος, που μπορεί να είναι ελεύθερα ή να περιέχουν νερό. Έτσι, το βραχώδες υλικό αποτελείται από τρεις φάσεις, την στερεή, την υγρή, η οποία μπορεί να είναι νερό που γεμίζει τους πόρους του πετρώματος και την αέρια που αποτελείται από τα κενά που περιέχουν ατμοσφαιρικό αέρα ή άλλα αέρια. 20

21 Περιεχόμενη υγρασία (Water content). Η περιεχόμενη υγρασία αντιπροσωπεύει τη μάζα του νερού που περιέχεται στο πέτρωμα δηλαδή στα κενά και εκφράζεται σαν εκατοστιαία αναλογία της μάζας του δείγματος σε ξηρή κατάσταση. Η περιεχόμενη υγρασία w (%) υπολογίζεται από τη σχέση: Περιεχόμενη υγρασία (%) = (Μάζα νερού/μάζα στερεών) Στην περίπτωση που το πέτρωμα βρίσκεται στη φυσική του κατάσταση χρησιμοποιείται ο όρος φυσική υγρασία. Στην περίπτωση που το βραχώδες υλικό δεν είναι κορεσμένο υπολογίζεται και ο βαθμός κορεσμού, δηλαδή ο λόγος του όγκου του περιεχομένου νερού προς τον όγκο των πόρων του πετρώματος. Γενικά, τα κρυσταλλικά πετρώματα έχουν ελάχιστες τιμές φυσικής υγρασίας (μέχρι 1%), ενώ τα αργιλικής σύστασης (μαργόλιθοι, ιλυόλιθοι, μαργαϊκοί ασβεστόλιθοι κ.λπ.) μέχρι και 30%. Αύξηση της περιεχόμενης υγρασίας προκαλεί μείωση της μηχανικής αντοχής των πετρωμάτων. Για την εκτέλεση της δοκιμής χρειάζεται ο παρακάτω εξοπλισμός : Φούρνο που διατηρεί σταθερή θερμοκρασία στους 105 ±5 ο c Δοχείο από μη διαβρώσιμο υλικό με αεροστεγές πώμα Κλίβανος ξήρανσης Ζυγός ακριβείας γρ Πορώδες (Porosity) και πυκνότητα (Density). Το πορώδες (n), είναι ο λόγος του όγκου των κενών (δηλαδή πόρων, μικρορωγμών κ.λ.π.) προς το συνολικό όγκο του πετρώματος εκφρασμένος (%). n(%) = (Vu/Vt)

22 Η πυκνότητα, ρ, ορίζεται σαν ο λόγος της συνολικής μάζας προς το συνολικό όγκο του πετρώματος και εκφράζεται σε Mg/m3. Αν το πέτρωμα είναι κορεσμένο τότε η πυκνότητα ονομάζεται κορεσμένη πυκνότητα (ρsat) και αντιστοιχεί στο λόγο της μάζας του κορεσμένου πετρώματος προς το συνολικό του όγκο. ρsat= (Ms+Vu+ρw)/V 2.3 Αν το πέτρωμα βρίσκεται σε ξηρή κατάσταση τότε η πυκνότητα που υπολογίζεται ονομάζεται ξηρή πυκνότητα (ρd) και αντιστοιχεί στο λόγο της μάζας του ξηρού πετρώματος προς το συνολικό του όγκο. ρd = Ms/Vt 2.4 Το φαινόμενο βάρος (γb) έχει πρακτικά παρόμοια σημασία, εκφράζεται σε kn/m3 και ισχύει: γb=ρ g. Στα επόμενα οι δύο θεμελιώδεις ποσότητες πυκνότητα και φαινόμενο βάρος θεωρούνται ταυτόσημες. Αύξηση της πυκνότητας σημαίνει γενικά μείωση του πορώδους των πετρωμάτων και η σχέση των δύο αυτών φυσικών παραμέτρων είναι γραμμική και αντίστροφη. Τόσο η πυκνότητα όσο και το πορώδες, επηρεάζουν άμεσα τα μηχανικά χαρακτηριστικά των πετρωμάτων. Παρατηρείται αύξηση των παραμέτρων αντοχής του ακέραιου πετρώματος όταν αυξάνεται η πυκνότητά του. Επίσης αύξηση του πορώδους επιφέρει μείωση της αντοχής του ακέραιου πετρώματος 22

23 Για γρήγορη και απλή εκτίμηση του ποσοστού των κενών στο βραχώδες υλικό χρησιμοποιείται ο δείκτης κενών, Iv (void index) που ορίζεται σαν ο λόγος της μάζας του νερού που περιέχεται στο πέτρωμα μετά από διαβροχή χρονικής διάρκειας μιας ώρας προς την αρχική του ξηρή μάζα, εκφρασμένος (%). Συσχετίζεται με το πορώδες, καθώς επίσης και με άλλα χαρακτηριστικά του πετρώματος όπως ο βαθμός αποσάθρωσης ή εξαλλοίωσης. Ο δείκτης κενών (Ιν) πρέπει να αναφέρεται με ακρίβεια 0.1% Ανθεκτικότητα Χαλάρωση. Αποσαθρωσιμότητα ονομάζεται η επιδεκτικότητα των πετρωμάτων στη χρονικά γρήγορη αποσάθρωση (FOOKES, DEARMAN and FRANKLIN, 1971). Η χαλάρωση (slaking) μερικών αργιλικών πετρωμάτων (αργιλικών σχιστόλιθων, μαργόλιθων, ιλυόλιθων κ.λπ.) όταν διαβραχούν είναι ένα τυπικό παράδειγμα χρονικά γρήγορης αποσάθρωσης και μπορεί να είναι αποτέλεσμα χημικών και μηχανικών διεργασιών της αποσάθρωσης (FRANKLIN and CHANDRA, 1972). Η έννοια της ανθεκτικότητας (durability) αναφέρεται προφανώς στο μέγεθος της επιδεκτικότητας ενός πετρώματος στη γρήγορη χαλάρωση. Αυτή μπορεί να προσδιοριστεί ποιοτικά ή ημιποσοτικά με διάφορες τεχνικές όπως η ορυκτολογική πετρογραφική εξέταση, όπου μελετάται το είδος των ορυκτών, η θεμελιώδης μάζα, ο ιστός κ.λπ. Στην πράξη όμως προσδιορίζεται με τη δοκιμή χαλάρωσης (slake durability test), μέθοδο που ανέπτυξαν οι FRANKLIN and CHANDRA (1972) κατά την οποία μετριέται η απώλεια βάρους που υφίστανται αποστρογγυλομένα κομμάτια ακέραιου πετρώματος, μετά από δύο διαδοχικούς κύκλους ξήρανσης και διαποτισμού - τριβής. Προσδιορίζεται έτσι ο δείκτης χαλάρωσης (Id2) του υλικού. Όσο μεγαλύτερος είναι ο δείκτης χαλάρωσης (Id2) τόσο το πέτρωμα παρουσιάζει μεγαλύτερη ανθεκτικότητα σε αποσάθρωση, δηλαδή μικρότερη αποσαθρωσιμότητα. Η δοκιμή χαλάρωσης συνιστάται μόνο σε αργιλικής σύστασης πετρώματα (μαργόλιθους, μαργαϊκούς ασβεστόλιθους, ιλυόλιθους, αργιλικούς σχιστόλιθους κ.λπ.). 23

24 3.4. ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΤΟΥ ΒΡΑΧΩΔΟΥΣ ΥΛΙΚΟΥ Σκληρότητα (Hardness). Στην περίπτωση των ορυκτών η σκληρότητα εκτιμάται όπως είναι γνωστό με την κλίμακα Moss η οποία αποτελείται από δέκα διαφορετικά ορυκτά που έχουν ταξινομηθεί ανάλογα με την αντίσταση που παρουσιάζουν κατά τη χάραξή τους. Τα ορυκτά αυτά είναι αυξανόμενης σκληρότητας με ελάχιστη σκληρότητα αυτή του τάλκη (Νο1) και μέγιστη αυτή του διαμαντιού (Νο10). Στην περίπτωση όμως του βραχώδους υλικού, που αποτελείται από περισσότερα από ένα ορυκτά με διαφορετική σκληρότητα κατά Moss το καθένα, δεν είναι δυνατή η χρήση αυτής της κλίμακας για την εκτίμηση της σκληρότητας. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται το σφυρί αναπήδησης Schmidt τύπου L (Schmidt rebound hammer), ενώ χρησιμοποιούνται και άλλες μέθοδοι λιγότερο εύχρηστες όπως το σκληρόμετρο Shore. Η σφύρα Schmidt μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο στο εργαστήριο όσο και στην ύπαιθρο. Γενικά η σκληρότητα του ακέραιου πετρώματος εξαρτάται από το είδος και την αναλογία των ορυκτών που το συνιστούν, το είδος και την αντοχή των δεσμών που υπάρχουν μεταξύ των ορυκτών αυτών καθώς και της συγκολλητικής ύλης. Αύξηση της πυκνότητας του ακέραιου πετρώματος έχει σαν αποτέλεσμα την αύξηση της σκληρότητάς του Αντοχή σε σημειακή φόρτιση. Ο προσδιορισμός της αντοχής του βραχώδους υλικού σε σημειακή φόρτιση (Point Load Test) προτάθηκε από τους BROCH and FRANKLIN (1972). Η Διεθνής Ένωση Βραχομηχανικής (ISRM) τη συμπεριέλαβε στις προτεινόμενες δοκιμές τον ίδιο χρόνο. Αποτελεί μία γρήγορη και χαμηλού κόστους μέθοδο για τον έμμεσο προσδιορισμό της αντοχής του πετρώματος. Η δοκιμή μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ένα μέσο για την απευθείας ταξινόμηση του 24

25 βραχώδους υλικού όσον αφορά στην αντοχή σύμφωνα με τον παρακάτω Πίνακα 3.γ.: Χαρακτηρισμός αντοχής Δείκτης σημειακής φόρτισης Is(50) (MPa) Πολύ υψηλής αντοχής >8 Υψηλής αντοχής 4-8 Μέσης αντοχής 2-4 Χαμηλής αντοχής 1-2 Πίνακας 3.γ. Ταξινόμηση ακέραιου πετρώματος με βάση το δείκτη σημειακής φόρτισης Ιs(50) (BIENIAWSKI, 1975). Η αντοχή του πετρώματος μετριέται με την εφαρμογή μιας αντιδιαμετρικά ασκούμενης δύναμης από τα δύο κωνικά άκρα της ειδικής συσκευής και προσδιορίζεται ο δείκτης σημειακής φόρτισης (Is). Συσκευές σημειακής φόρτισης υπάρχουν δύο κυρίως τύπων και αποτελούνται από ένα μεταλλικό πλαίσιο, δύο μεταλλικές πλάκες που φέρουν κωνικά άκρα 60 ο με ακτίνα καμπυλότητας 5mm, μια χειροκίνητη υδραυλική αντλία για την επιβολή της πίεσης, ένα έμβολο για την μετακίνηση της μιας πλάκας και ένα ή δύο μανόμετρα για την μέτρηση της πίεσης του εμβόλου ή του επιβαλλόμενου φορτίου. 25

26 Εκτέλεση δοκιμής- υπολογισμοί Για την εκτέλεση της δοκιμής χρησιμοποιούνται συνήθως κυλινδρικά δοκίμια του πετρώματος για διαμετρική ή αξονική φόρτιση, αλλά είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν και δοκίμια σε μορφή κύβου ή ακόμα και σε ακανόνιστη μορφή. Βασική προϋπόθεση για τη δοκιμή κάποιου συγκεκριμένου είδους (δηλαδή διαμετρική, αξονική ή σε ακανόνιστο δείγμα) είναι να ικανοποιούνται οι σχέσεις μεταξύ της απόστασης των κωνικών άκρων (D), του μήκους (L) και της χαρακτηριστικής διάστασης (W) του δοκιμίου.το δοκίμιο τοποθετείται μεταξύ των κωνικών άκρων, ώστε η φόρτιση να γίνεται στο μέσο μήκος του δοκιμίου και κατά τη διάμετρό του. Η επιβολή του φορτίου πρέπει να γίνεται βαθμιαία και με σταθερή ταχύτητα μέχρι τη θραύση του δοκιμίου. Το φορτίο θραύσης σημειώνεται στο δελτίο δοκιμής. Με την εκτέλεση της δοκιμής υπολογίζεται ο δείκτης σημειακής φόρτισης Is, που είναι ο λόγος του φορτίου θραύσης (Ρ) προς το τετράγωνο της ισοδύναμης διάστασης (De). Ι s = P/ D e 2 Η ισοδύναμη διάσταση για διαμετρική δοκιμή είναι ίση με την απόσταση (D) (διάμετρος του δοκιμίου). Στους άλλους τύπους δοκιμών η ισοδύναμη διάσταση (D e ) δίνεται από τη σχέση: D e 2 = 4*D*W/ π Στο δελτίο της δοκιμής αναγράφονται: στοιχεία του έργου, ο αριθμός γεώτρησης, το βάθος, ο τύπος της δοκιμής, η απόσταση (D) των κωνικών άκρων σε mm, η χαρακτηριστική διάσταση (W) σε mm, το φορτίο θραύσης (Ρ) σε Ν και διάφορες παρατηρήσεις σχετικά με τη θραύση. 26

27 Δείγμα πριν τη δοκιμή της σημειακής Φόρτισης το ίδιο δείγμα μετά τη δοκιμή σημειακής φόρτισης συσκευή σημειακής φόρτισης. 27

28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΔΟΚΙΜΕΣ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΩΝ 4.1 Γενικά Η εκτέλεση των δοκιμών της Βραχομηχανικής έχει ως σκοπό τα εξής: 1. Την απόκτηση της βασικής πληροφόρησης σχετικά με τις φυσικές ιδιότητες και τη μηχανική συμπεριφορά του ακέραιου πετρώματος. 2. Τη γεωτεχνική ταξινόμηση και το χαρακτηρισμό του βραχώδους υλικού (ακέραιου πετρώματος) με βάση τους διάφορους δείκτες ταξινόμησης. 3. Την εκτίμηση των παραμέτρων εκείνων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν άμεσα στο σχεδιασμό των διάφορων τεχνικών έργων στο πέτρωμα. 4.2 Προδιαγραφές εκτέλεσης εργαστηριακών δοκιμών βραχομηχανικής Οι εργαστηριακές δοκιμές είναι σαφώς προδιαγεγραμμένες σε κανονισμούς και οδηγίες,οι πιο σημαντικοί των οποίων είναι της I.S.R.M, A.S.T.M, B.S και οι αντίστοιχες ελληνικές προδιαγραφές του ΥΠΕΧΩΔΕ. Όλη η διαδικασία εκτέλεσης των δοκιμών πρέπει να γίνεται αυστηρά σύμφωνα με τις προδιαγραφές και τα προβλεπόμενα από τα πιστοποιητικά ποιότητας. Παρακάτω αναφέρονται οι προδιαγραφές των «κλασσικών» δοκιμών Βραχομηχανικής, όπως αυτές αναφέρονται στις αντίστοιχες πρότυπες οδηγίες (Κούκης, Σαμπατακάκης, 2002) : 1. Εργασία προετοιμασίας κυλινδρικών δοκιμίων βραχωδών δειγμάτων α) Διάτρηση με καροταρία για λήψη κυλινδρικού δοκιμίου β) Κοπή και λείανση των άκρων του δοκιμίου 2. Προσδιορισμός της φυσικής υγρασίας 3. Προσδιορισμός του πορώδους και της πυκνότητας 4. Προσδιορισμός αντοχής σε μονοτονική θλίψη με σύγχρονη μέτρηση και προσδιορισμό Ε και ν 5. Προσδιορισμός ταχύτητας διάδοσης υπέρηχων 6. Προσδιορισμός σκληρότητας με το σφυρί Schmidt 7. Προσδιορισμός αντοχής σε σημειακή φόρτιση 8. Προσδιορισμός αντοχής σε μοναξονική θλίψη 9. Προσδιορισμός αντοχής σε τριαξονική θλίψη 10. Προσδιορισμός εφελκυστικής αντοχής (Brazilian) 28

29 11. Διάτμηση ασυνεχειών 12. Προσδιορισμός του δείκτη χαλάρωσης. 4.3 Δειγματοληψία πετρωμάτων Η δειγματοληψία των πετρωμάτων όπως περιγράφεται στο βιβλίο τεχνικής γεωλογίας των Κούκη και Σαμπατακάκη (2002), γίνεται συνήθως με τους ακόλουθους τρόπους: 1. Με την εκτέλεση των δειγματοληπτικών γεωτρήσεων, όπου υπάρχει δυνατότητα δειγματοληψίας στο επιθυμητό βάθος και 2. δειγματοληψία σε επιφανειακές εμφανίσεις πετρώματος. Και στις δύο περιπτώσεις,για την εκτέλεση των εργαστηριακών δοκιμών απαιτείται καθόλου ή κανονική διαμόρφωση των δειγμάτων, ανάλογα με το είδος της δοκιμής που πρόκειται να εκτελεστεί. Τα δείγματα πρέπει να είναι όσο το δυνατό πιο αντιπροσωπευτικά της μάζας από την οποία προέρχονται. Επειδή όμως η μάζα του πετρώματος που μας ενδιαφέρει είναι κατά κανόνα ανομοιογενής, τα δείγματα που θα ληφθούν από μια συγκεκριμένη θέση είναι πολύ πιθανό να διαφέρουν από εκείνα μιας άλλης θέσης της ίδιας μάζας. Αυτό σημαίνει ότι η αντιπροσωπευτική δειγματοληψία πρέπει να περιλαμβάνει δείγματα από πολλές θέσεις της ίδιας μάζας. Οι θέσεις δειγματοληψίας πρέπει να καθορίζονται μετά από μια συστηματική μακροσκοπική εξέταση της βραχομάζας. Εντοπίζονται περιοχές όπου παρατηρούνται ορυκτολογικές διαφοροποιήσεις, διαφορές στη φύση του συνδετικού υλικού, διαφορές στο βαθμό αποσάθρωσης ή του χρώματος του πετρώματος. Επίσης σημειώνεται η παρουσία ρωγμών και διακλάσεων και λαμβάνονται ανάλογα δείγματα. Τέλος, το πέτρωμα κοντά σε τεκτονικές δομές παρουσιάζει διαφοροποίηση ως προς τη μηχανική του συμπεριφορά. Πρέπει λοιπόν να καταγράφονται τα γενικά χαρακτηριστικά της βραχομάζας από την οποία λαμβάνεται το δείγμα. Τα δείγματα εξορύσσονται σε ογκόλιθους μορφής κύβου. Στα μαλακά πετρώματα η εξόρυξη γίνεται εύκολα με τη βοήθεια κατάλληλου κοπτήρα. Σε σκληρά πετρώματα συχνά χρησιμοποιούνται εκρηκτικά για την εξόρυξη των ογκολίθων. Η δειγματοληψία με τον τρόπο αυτό είναι σχετικά απλή, αλλά έχει τρία μειονεκτήματα: 1. Τα ασθενέστερα τμήματα του πετρώματος θραύονται κατά την εξόρυξη σε μικρότερα τεμάχια, τα οποία κατά κανόνα είναι αυτά από τα οποία επιλέγεται το δείγμα. 2. Το σπασμένο πέτρωμα έχει ήδη υποβληθεί κατά την εξόρυξη του σε εντατική κατάσταση και 3. Είναι σχετικά δύσκολο να προσανατολισθεί το δείγμα σε σχέση με τη μάζα του πετρώματος,από την οποία προέρχεται. Η θέση από την οποία λαμβάνεται το δείγμα καθώς και ο ακριβής προσανατολισμός του, σημειώνονται με τρόπο σαφή επάνω στο δείγμα, ώστε να μπορεί αυτό να επανατοποθετηθεί στη φυσική του θέση. Με αύξοντα αριθμό ή με άλλο τρόπο σημειώνονται επίσης τα στοιχεία αναγνώρισης του δείγματος. Κατά τη μεταφορά, λαμβάνονται τα κατάλληλα μέτρα ώστε να περιοριστεί η πιθανότητα καταστροφής των δειγμάτων. Από τα δείγματα πρέπει να διαμορφωθεί δοκίμια κατάλληλα για τις εργαστηριακές μετρήσεις με σχήμα: 29

30 Κανονικό(κυλινδρικής σπανιότερα κυβικής μορφής) Ακανόνιστο Ειδικής μορφής. Συνήθως οι μηχανικές ιδιότητες προσδιορίζονται σε κυλινδρικά δοκίμια με τυπικές διαμέτρους μεταξύ cm, ενώ σπάνια χρησιμοποιούνται διάμετροι μέχρι 10 ή 15 cm. Τα κυλινδρικά δοκίμια λαμβάνονται με δειγματοληπτικές γεωτρήσεις στο ύπαιθρο, ενώ στο εργαστήριο με εργαστηριακό αδαμαντοτρύπανο (απλή καροταρία) που είναι εφοδιασμένο με ειδικό κοπτικό άκρο λεπτού τοιχώματος με διαμάντια για οικονομία υλικού. Το βραχώδες δείγμα (σχήμα 8.1), πριν τοποθετηθεί στην τράπεζα της εργαστηριακής καροταρίας για τη διάτρηση των δοκιμίων διαμορφώνεται με τη βοήθεια αδαμαντοτροχού σε μικρών διαστάσεων κυβόλιθο( μέχρι 30 cm) με επίπεδη βάση για καλή έδραση στην τράπεζα. Τα δοκίμια μορφής πυρήνα, που προκύπτουν από τη διάτρηση του κυβόλιθου ελέγχονται μακροσκοπικά και στη συνέχεια αποκόπτονται στα άκρα με αδαμαντοτροχό και σε κατάλληλα μήκη, ανάλογα με το είδος τα προβλεπόμενης εργαστηριακής δοκιμής(την επιθυμητή σχέση μήκους προς τη διάμετρο πυρήνα). Ακολουθεί προσεκτική λείανση της κυλινδρικής επιφάνειας, εάν είναι αναγκαία, σε τόρνο και των βάσεων σε ειδικό δίσκο λείανσης. Σ ένα ιδανικά διαμορφωμένο δοκίμιο, οι βάσεις πρέπει να είναι παράλληλες μεταξύ τους και κάθετες προς το μεγάλο άξονα του δοκιμίου. Σημειώνεται τέλος ότι, κατά τη λήψη των κυλινδρικών δοκιμίων από την εργαστηριακή καροταρία, αντί νερού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ψύξη του κοπτικού άκρου και την απαγωγή των θραυσμάτων πεπιεσμένος αέρας, στα πετρώματα εκείνα που επηρεάζονται από το νερό (πχ. Μαργόλιθοι, Ιλυόλιθοι). Στην περίπτωση αυτή, η διάτρηση είναι βραδύτερη και χρειάζεται μεγαλύτερη προσοχή. Όταν όμως απαιτούνται δείγματα ακανόνιστης μορφής, αυτά διαμορφώνονται με η βοήθεια ελαφρού σφυριού απομακρύνοντας όλες τις αιχμηρές προεξοχές, ώστε τελικά να σχηματισθεί δοκίμιο περίπου σφαιρικού σχήματος. Ανεξάρτητα από τη μεθοδολογία προετοιμασίας των δοκιμίων και την αυστηρή συμμόρφωση προς την πειραματική διαδικασία, η εκτέλεση της ίδιας δοκιμής σε δύο δοκίμια που έχουν διαμορφωθεί από ένα συγκεκριμένο μεγάλο δείγμα σπάνια δίνει ακριβώς τα ίδια αποτελέσματα. Οι αποκλίσεις, που παρατηρούνται στα πετρώματα, είναι πολύ μεγαλύτερες από εκείνες των τεχνικών υλικών, διότι εκτός από τα συνήθη πειραματικά σφάλματα υπάρχουν εδώ επιπρόσθετα, που προκύπτουν από τα εξής: Τη γεωμετρία του δοκιμίου, που δε μπορεί να φθάσει σε τελειότητα εκείνη των δοκιμίων των τεχνικών υλικών, και Τη δομή του πετρώματος, που λόγω της παρουσίας μικροασυνέχειων, δε μπορεί να πλησιάσει εκείνη των τεχνικών υλικών. Εάν συνεπώς απαιτείται σ ένα πέτρωμα πολύ καλή προσέγγιση της τιμής μιας εργαστηριακής παραμέτρου, τότε ο αριθμός των δοκιμίων που θα χρησιμοποιηθούν θα πρέπει να αυξηθεί σημαντικά, ώστε να έχουμε ένα σχετικά πλούσιο στατιστικό δείγμα. Για τον περιορισμό όμως του κόστους και του χρόνου των δοκιμών, χωρίς να μειωθεί η ζητούμενη αξιοπιστία των πειραματικών αποτελεσμάτων, είναι απαραίτητο να καθορισθεί ένας ελάχιστος για κάθε περίπτωση αριθμός δοκιμίων, που πρέπει να δοκιμαστούν εργαστηριακά. Ο αριθμός αυτός εξαρτάται από τη διασπορά των εργαστηριακών τιμών σε σχέση με τη μέση τιμή και από την επιθυμητή ακρίβεια. Η διασπορά εξαρτάται με τη σειρά της από την ανομοιογένεια 30

31 του πετρώματος και από το μέγεθος του δοκιμίου, καθόσον τα μικρά δοκίμια δίνουν μεγαλύτερη διασπορά. Συνεπώς, όταν χρησιμοποιούνται για δοκιμές στο εργαστήριο μικρών διαστάσεων δοκίμια, ο αριθμός τους πρέπει να είναι σχετικά μεγαλύτερος. Ικανοποιητική μαθηματική σχέση, που να καθορίζει για κάθε περίπτωση τον απαιτούμενο αριθμό δοκιμίων για δοκιμή, δεν υπάρχει. Σχήμα 4.α: Συλλεχθέν δείγμα με σκοπό τη διεξαγωγή δοκιμών 4.4 Διαμόρφωση δειγμάτων (δοκιμίων) Εκτέλεση εργαστηριακών δοκιμών Από τη θέση έρευνας έγινε δειγματοληψία τριών (4) βραχωδών δειγμάτων μεγάλου μεγέθους (block samples) (σχήμα 4.α) τα οποία μεταφέρθηκαν στο Εργαστήριο. Έγινε κοπή και διαμόρφωση δειγμάτων κυλινδρικού σχήματος με τη χρήση εργαστηριακής καροταρίας διαμέτρου 54 mm,(σχήμα 4.β). Λείανση των άκρων έγινε με το ειδικό κοπτικό μηχάνημα (αδαμαντοτροχό) σε κατάλληλα μεγέθη σχετικά με την προβλεπόμενη εργαστηριακή δοκιμή. 31

32 Σχήμα 4.β: Εργαστηριακή καροταρία για τη διάτρηση των δοκιμίων. Στα τελικά διαμορφωθέντα δείγματα(εικόνα 4.γ) έγιναν δοκιμές σημειακής φόρτισης(4.δ), και τα αποτελέσματα των δοκιμών δίνονται στον Πίνακα (4.ε) Τα έντυπα των δοκιμών δίνονται στο Παράρτημα. Εικόνα 4.γ: Τελικό διαμορφωθέν δείγμα 32

33 Σημειακή φόρτιση Is (50) Τύπος δοκιμής d1 3,15 i (ακανόνιστου σχήματος) d2 3,37 i (ακανόνιστου σχήματος) d3 3,88 i (ακανόνιστου σχήματος) d4 4,09 a (αξονική δοκιμή) Σχήμα 4.δ: Διαμετρική δοκιμή προσδιορισμού της αντοχής σε σημειακή φόρτιση 33

34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ5 ΣΥΝΟΨΗ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 1. Η περιοχή που ερευνήθηκε ήταν τμήμα της ε.ο. Πατρών Τριπόλεως περί τη χ.θ (οικισμός «Λάμπεια» Ν.Ηλείας) 2. Στη συγκεκριμένη θέση η οδός διέρχεται σε βραχώδη ασβεστολιθικά πρανή που δομούνται από μέσο- λεπτοπλακώδεις ασβεστόλιθους Κρητιδικής ηλικίας της ζώνης Ωλονού- Πίνδου. 3. Συλλέχθηκαν δείγματα (βραχώδη μπλόκ 30cm x 30cm) και διαμορφώθηκαν για την εκτέλεση δοκιμών σημειακής φόρτισης. 4. Από τη δοκιμή προσδιορίστηκε ο δείκτης σημειακής φόρτισης Is (50) που κυμαίνεται από 3,15 4,09 Mpa που χαρακτηρίζει ασβεστολιθικά πετρώματα μέσης υψηλής αντοχής. 34

35 Βιβλιογραφία Δούτσος Θ.,(1987). Αρχές της Γεωτεκτονικής. Εκδόσεις Leader Books. Δούτσος Θ.,(2000). Γεωλογία: Αρχές και Εφαρμογές. Κούκης Γ., Σαμπατακάκης Ν., (2002). Τεχνική Γεωλογία. Εκδόσεις Παπασωτηρίου. Κούκης Γ., Σαμπατακάκης Ν., (2007).Γεωλογία Τεχνικών Έργων. Εκδόσεις Παπασωτηρίου. Κουκουβέλας I., (1998).Τεκτονική Γεωλογία. Εκδόσεις Leader Books. Μαριολάκος Η.,(1976). Γεωλογία Ελλάδος, Αθήνα. Μουντράκης Δ.,(1985). "Γεωλογία της Ελλάδας". University Studio Press, Θεσσαλονίκη. Παπανακλή Σ.,(2007). Προσδιορισμός Μηχανικών Παραμέτρων του Βραχώδους Υλικού και Εφαρμογή αυτών στην Εκτίμηση της Αντοχής και Παραμορφωσιμότητας της Βραχομάζας. Παπανικολάου Δ.,(1986). Γεωλογία της Ελλάδος. Κατσίκα Πηνελόπη,(2013)."Ευστάθεια υψηλών πρανών σε ασβεστολιθική βραχομάζα: εφαρμογή σε περιοχές υψηλού κινδύνου της ε.ο. Πατρών Τριπόλεως." Διατριβή ειδίκευσης. Πανεπιστήμιο Πατρών. Τμήμα Γεωλογίας. Εργαστήριο τεχνικής γεωλογίας. 35

36 36

37 37

38 38

39 39

40 40