«ΜΕΛΕΤΗ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΟΥΣ ΣΤΗΝ Χ.Θ ΤΟΥ ΟΔΙΚΟΥ ΑΞΟΝΑ ΕΞΟΧΗΣ-Κ.ΝΕΥΡΟΚΟΠΙΟΥ»

Transcript

1 ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «ΜΕΛΕΤΗ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΟΥΣ ΣΤΗΝ Χ.Θ ΤΟΥ ΟΔΙΚΟΥ ΑΞΟΝΑ ΕΞΟΧΗΣ-Κ.ΝΕΥΡΟΚΟΠΙΟΥ» ΦΟΙΤΗΤΗΣ: ΤΣΙΚΡΙΚΗΣ ΑΝΑΣΤΑΣΙΟΣ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΠΑΠΑΛΙΑΓΚΑΣ ΘΕΟΔΟΣΙΟΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΙ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ ΟΡΙΣΜΟΣ ΟΡΥΚΤΩΝ ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΟΡΥΚΤΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ 1.2 ΦΥΣΙΚΑ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΒΡΑΧΩΔΟΥΣ ΥΛΙΚΟΥ ΒΑΣΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΠΕΤΡΟΓΡΑΦΙΚΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΦΥΣΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΑΝΤΟΧΗΣ 1.3 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ 1.4 Η ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ ΚΡΙΤΗΡΙΟΥ Mohr-Coulomb ΣΤΙΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΕΣ 1.5 ΤΟ ΕΜΠΕΙΡΙΚΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ Hoek-Brown 1.6 ΤΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ Papaliangas ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ ΒΡΑΧΩΝ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ ΒΡΑΧΩΝ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ ΤΟ ΝΕΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ 1.7 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΤΑΣΕΩΣ-ΒΡΑΧΥΝΣΕΩΣ ΤΟΥ ΠΕΤΡΩΜΑΤΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 : ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΜΕΡΟΣ 2.1 ΜΑΡΜΑΡΑ ΜΑΡΜΑΡΑ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΜΑΡΜΑΡΑ ΤΗΣ ΕΛΛΑΔΟΣ 2.3 ΔΟΚΙΜΗ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ 2.4 ΣΥΛΛΟΓΗ ΚΑΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ (WINHOST V 4.34) 2.5 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΗΣ ΔΟΚΙΜΗΣ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ 2.6 ΔΟΚΙΜΗ ΤΡΙΑΞΟΝΙΚΗΣ ΘΛΙΨΗΣ ΑΡΡΗΚΤΟΥ ΥΛΙΚΟΥ 2.7 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΡΙΑΞΟΝΙΚΗΣ ΘΛΙΨΗΣ ΑΡΡΗΚΤΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 : ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΙΣ 3.1 ΠΡΑΝΗ 3.2 ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΙΣ ΠΡΑΝΩΝ ΚΑΙ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΕΙΣ 3.3 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΠΡΑΝΩΝ 2

3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 : ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗΣ 4.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΥΣ 4.2 ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ SLIDE 4.3 ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 :ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 3

4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΙ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ ΟΡΙΣΜΟΣ ΟΡΥΚΤΩΝ Συνίστανται από ένα ή περισσότερα από τα 94 χημικά στοιχεία που βρίσκονται στο φλοιό της γης. Είναι ανόργανα στερεά μιας συγκεκριμένης χημικής σύστασης και μιας συστηματικής εσωτερικής οργάνωσης. Έτσι ένα υλικό της γης για να μπορεί να χαρακτηριστεί ως ορυκτό πρέπει να υφίστανται στη φύση, να είναι στερεό, να είναι ανόργανο και να έχει καθορισμένη χημική σύσταση και δομή. Συγκεκριμένα όλα τα ορυκτά πρέπει να έχουν μια κρυσταλλική δομή. Αυτό σημαίνει πώς τα υλικά που στερούνται αυτή την δομή όπως το γυαλί είναι άμορφα στερεά και δεν είναι ορυκτά. Ως κρυσταλλική δομή ορίζεται η διάταξη των ιόντων ή ατόμων ενός στερεού σώματος σε επαναλαμβανόμενες τρισδιάστατες ομάδες. (Δούτσος, 2000) ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΟΡΥΚΤΩΝ Η αναγνώριση των ορυκτών γίνεται είτε στο εργαστήριο που είναι και η πιο ασφαλής και με τα περισσότερα αποτελέσματα είτε στην ύπαιθρο. Στο εργαστήριο πραγματοποιείται ενόργανη ανάλυση, προσδιορισμοί με το πετρογραφικό μικροσκόπιο και ανάλυση με ακτίνες Χ. Με το πετρογραφικό μικροσκόπιο διοχετεύονται διαφορετικά είδη φωτός σε μια λεπτή τομή ορυκτών. Τα περισσότερα ορυκτά μπορούν να αναγνωριστούν με βάση το χρώμα τους στο πολωμένο ή στο κανονικό φως. Με το περιθλασίμετρο εκπέμπονται ακτίνες Χ που διέρχονται στη συνέχεια δια μέσου του ορυκτού και διαθλώνται. Τα ιόντα του κρυσταλλικού πλέγματος του ορυκτού προκαλούν διάθλαση των ακτίνων ώστε να προκύψει ένα ακτινόγραμμα στο οποίο οι προβολές των ακτίνων έχουν μια συγκεκριμένη για το ορυκτό γεωμετρία. Σχετικά με την ύπαιθρο γίνεται διάκριση των ορυκτών με βάση τις φυσικές τους ιδιότητες που απορρέουν από τη χημική τους σύσταση και την εσωτερική τους οργάνωση. Αυτές οι φυσικές ιδιότητες είναι: 1) Κρυσταλλικό σχήμα, που διακρίνονται σε ιδιόμορφα και ξενόμορφα ορυκτά ανάλογα με το αν έχουν αναπτύξει πλήρως τις κρυσταλλικές έδρες τους χωρίς να τις δανειστούν από τα γειτονικά ολοκληρωμένα κρύσταλλα. 2) Χρώμα. Λίγα ορυκτά αποτελούν τα «ιδιοχρωματικά ορυκτά» που εμφανίζονται με σταθερό χρώμα. Τα περισσότερα ορυκτά είναι «αλλοχρωματικά» και ανάλογα με τις προσμίξεις που έχουν υποστεί από άλλα στοιχεία αλλάζουν χρώμα που αυτό σημαίνει πως η διάκριση τους με 4

5 βάση το χρώμα δεν είναι αξιόπιστη. Με βάση το χρώμα των ορυκτών διακρίνουμε τα «λευκοκρατικά» και τα «μελανοκρατικά» ορυκτά. 3) Λάμψη. Αναφέρεται στην γενική εμφάνιση μιας επιφάνειας ενός ορυκτού και οφείλεται κυρίως στο ποσό του φωτός που ανακλάται από την επιφάνεια αυτή. Η «μεταλλική» και η «μη μεταλλική» είναι οι δυο κατηγορίες χωρίς να υπάρχει σαφής διάκριση μεταξύ τους. 4) Χρώμα γραμμής σκόνης. Εφόσον έχουμε χαράξει το ορυκτό σε μια αστίλβωτη επιφάνεια ενός λευκού πλακιδίου έχουμε το χρώμα της γραμμής σκόνης που είναι πιο αμετάβλητο και πιο σταθερό από το χρώμα του ορυκτού και γιαυτό το λόγο αποτελεί χρήσιμο διαγνωστικό στοιχείο.5) Σκληρότητα. Εκφράζει την αντίσταση που παρουσιάζει μια λεία επιφάνεια ενός ορυκτού όταν προσπαθούμε να την χαράξουμε. Για τον προσδιορισμό της χρησιμοποιούμε τη γνωστή σκληρομετρική κλίμακα του Mohs. Είναι μια εμπειρική κλίμακα 10 ορυκτών που είναι με τέτοιο τρόπο τοποθετημένα, ώστε το κάθε ένα ορυκτό να χαράζει το προηγούμενό του. Η κλίμακα είναι: Τάλκης(1), Γύψος(2), Ασβεστίτης(3), Φθορίτης(4), Απατίτης(5), Ορθόκλαστο(6), Χαλαζίας(7), Τοπάζιο(8), Κορούνδιο(9), Διαμάντι(10). Στην ύπαιθρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί και η χάραξη των ορυκτών με ένα μαχαιράκι ή με το νύχι για σκληρότητες μικρότερες του 6 και του 2 αντίστοιχα. Τα ορυκτά που χαράζουν το γυαλί έχουν σκληρότητα μεγαλύτερη του 6. 6) Σχισμός. Είναι η τάση που έχει ένα ορυκτό να διαχωρίζεται μετά από μηχανική κρούση, σε καθορισμένα επίπεδα της κρυσταλλικής δομής του, όπου οι δεσμοί σύνδεσης είναι ασθενέστεροι. 7) Θραυσμός. Αυτή η φυσική ιδιότητα αναφέρεται σε ορυκτά που δεν σχίζονται λόγω των ισχυρών δεσμών στο κρυσταλλικό τους πλέγμα προ όλες τις κατευθύνσεις ή τα επίπεδα τους. 8) Ειδικό βάρος. Είναι ο λόγος του βάρους ενός ορυκτού προς τον όγκο του. Στην ύπαιθρό είναι αναγκαία η εξάσκηση και το ζύγισμα με το χέρι γνωστού ειδικού βάρους (Δούτσος, 2000) ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ Πέτρωμα είναι ένα συσσωμάτωμα ορυκτών που καταλαμβάνει ένα σχετικά σημαντικό τμήμα της γης. Η έννοια συσσωμάτωμα δείχνει πως τα ορυκτά σχηματίζουν ένα μίγμα μέσα στο οποίο κάθε ορυκτό διατηρεί τις ιδιότητες του. Συνήθως τα πετρώματα αποτελούνται από πολλά ορυκτά. (Δούτσος, 2000). 5

6 ΠΥΡΙΓΕΝΗ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ Αποτελούν το 98% του στερεού φλοιού της γης και σχηματίστηκαν από τη στερεοποίηση του ανερχόμενου μάγματος μέσα στη λιθόσφαιρα ή από στερεοποίηση λάβας που χύθηκε στην επιφάνεια της γης. Στην πρώτη περίπτωση σχηματίσθηκαν τα βαθυγενή πετρώματα ή πλουτωνίτες και στη δεύτερη τα έκχυτα ή ηφαιστίτες. Τα πετρώματα που προήλθαν από την πήξη του μάγματος μέσα σε ρωγμές της λιθόσφαιρας, σε μικρό βάθος από την επιφάνεια της γης ονομάζονται φλεβίτες. (Δούτσος, 2000). ΙΖΗΜΑΤΟΓΕΝΗ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ Σχηματίσθηκαν από απόθεση και συγκόλληση ή όχι αποσαθρωτικών υλικών που ήταν αιωρούμενα στο νερό ή στον αέρα (κλαστικά ή μηχανικά ιζήματα), ή από απόθεση ηφαιστειακών υλικών (πυροκλαστικά ιζήματα) ή από καταβύθιση των ιόντων διαφόρων διαλυμάτων λόγω εξάτμισης (χημικά ιζήματα) ή τέλος από συσσώρευση των στερεών μερών διαφόρων οργανισμών (βιογενή ιζήματα). (Δούτσος, 2000). ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ Προήλθαν από ορυκτολογικές, χημικές, και ιστολογικές αλλαγές προϋπαρχόντων πετρωμάτων, λόγω υψηλών θερμοκρασιών και πιέσεων, διαφορετικών τάσεων και διαφορετικού χημικού περιβάλλοντος, στο φλοιό της γης. (Δούτσος, 2000). 1.2 ΦΥΣΙΚΑ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΒΡΑΧΩΔΟΥΣ ΥΛΙΚΟΥ Για τον προσδιορισμό των φυσικών και μηχανικών χαρακτηριστικών ενός βραχώδους υλικού είναι αναγκαίο αρχικά να αποδώσουμε και να ορίσουμε κάποιες έννοιες. Βράχος: είναι το φυσικό στερεό ορυκτό υλικό που εμφανίζεται σε μεγάλες μάζες ή θραύσματα (Α.S.T.M D653-87) ή κάθε φυσικά σχηματισμένο συσσωμάτωμα ορυκτού υλικού που εμφανίζεται σε μεγάλες μάζες ή θραύσματα (I.S.R.M 1981). Σύμφωνα με τους Τerzaghi και Peck (1967) ενώ σαν έδαφος χαρακτηρίζεται ένα φυσικό σύνολο ορυκτών κόκκων που μπορούν να διαχωριστούν με απλά μηχανικά μέσα (π.χ ανακίνηση μέσα στο νερό), όλα τα υπόλοιπα αποτελούν το βράχο. Τα περισσότερα πετρώματα είναι συσσωματώματα ορυκτών με μορφή κρυστάλλων ή κόκκων που συνδέονται μεταξύ τους με φυσική συγκολλητική ύλη. Τα όρια διαχωρισμού μεταξύ εδάφους-βράχου είναι ασαφή και από μηχανικής πλευράς τοποθετούνται σε τιμές αντοχής σε μοναξονική θλίψη του υλικού της τάξης του 1ΜPa. Για το λόγο αυτό, ο χώρος μεταξύ εδάφους βράχου καλύπτεται από γεωλογικά υλικά «ενδιάμεσης 6

7 μηχανικής συμπεριφοράς» που τελευταία άρχισαν να μελετώνται συστηματικά και να καλούνται μαλακά εδάφη-μαλακά εδάφη. Ο χώρος αυτός καλύπτει γεωλογικά υλικά με τιμές αντοχής σε μονάξονική θλίψη που κυμαίνονται από 0,5 μέχρι 25 MPa (Κούκης,2002 ) Ο βράχος στην Bραχομηχανική και την Tεχνική Γεωλογία διακρίνεται στις παρακάτω κύριες γεωλογικές δομές οι οποίες οριοθετούν τη μηχανική συμπεριφορά του: i) Βραχώδες υλικό ή ανέπαφο ή ακέραιο πέτρωμα Είναι ένα συνεχές, πολυκρυσταλλικό 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, φύλωση κ.λ.π (Κούκης,2002 ) ii) Ασυνέχεια Είναι κάθε επίπεδο αδυναμίας ή αποχωρισμού του πετρώματος το οποίο παρουσιάζει πολύ μικρή ή μηδενική αντοχή σε εφελκυσμό(π.χ στρώση, διάκλαση, σχιστότητα, ρήγμα κ.λ.π) (Κούκης,2002 ) iii) Βραχόμαζα Είναι ένα ασυνεχές στερεό μέσο το οποίο αποτελείται από βραχώδες υλικό που διατέμνεται από γεωλογικές ασυνέχειες. Στη πραγματικότητα, η βραχόμαζα αποτελεί τη φυσική κατάσταση ενός πετρώματος, δηλαδή όπως αυτό συναντάται στο ύπαιθρο και σε μεγάλη έκταση. (Κούκης,2002 ) Για να θεωρηθεί ένα πέτρωμα ή βραχώδες υλικό ακέραιο πρέπει να είναι ισοτροπικό, ομοιογενές και συνεχείς. Αυτοί οι τρείς παράγοντες επηρεάζουν την κατάταξη του δοκιμίου ως ιδανικού ή μη. Με τον όρο ισοτροπία νοείται ίδιο μέτρο ιδιοτήτων του υλικού κατά διεύθυνση. Έτσι λόγω διαφορετικών ιδιοτήτων κατά διεύθυνση αναμένονται και διαφορετικές αντιδράσεις σε εξωτερικές τάσεις, οπότε χαρακτηρίζονται σαν ανισότροπα. Η ομοιογένεια είναι ένα μέτρο της φυσικής συνέχειας του υλικού. Με αυτό το μέτρο σε ένα ομοιογενές υλικό, τα συστατικά του (κόκκοι, συγκολλητική ύλη) είναι κατανεμημένα κατά τέτοιο τρόπο, ώστε ένα οποιοδήποτε τμήμα του να έχει τις χαρακτηριστικές ιδιότητες του υλικού αυτού. Τέλος, η συνέχεια αναφέρεται στο πλήθος των μικρορωγμών και πόρων που υπάρχουν στο ακέραιο πέτρωμα, που λόγω της πολύ συχνής παρουσίας τους θα μπορούσαν γενικά να χαρακτηριστούν σαν ασυνεχή. Με βάση τα παραπάνω, λοιπόν, το βραχώδες υλικό σε σπάνιες περιπτώσεις θα μπορούσε να θεωρηθεί σαν ιδανικό υλικό οπότε και να ακολουθεί τους νόμους που διέπουν τα υλικά αυτά(π.χ ελαστικότητα). Επειδή το ακέραιο πέτρωμα είναι 7

8 φυσικό υλικό, είναι πρακτικά απίθανο να παρουσιάζει την ελεγχόμενη φυσική και μηχανική συμπεριφορά των τεχνικών υλικών (Κούκης,2002 ) Η παραπάνω απλή γεωλογική και πετρογραφική περιγραφή του ακέραιου πετρώματος δεν ικανοποιεί τις απαιτήσεις της Τεχνικής Γεωλογίας και της Βραχομηχανικής. Για το σκοπό αυτό είναι απαραίτητος ο προσδιορισμός ενός συνόλου χαρακτηριστικών ( ή δεικτών) που δίνουν τις σχετικές και απαραίτητες πληροφορίες για την ταξινόμηση του, όπως: το μέγεθος των κόκκων, ή πυκνότητα, το πορώδες, η σκληρότητα, ο βαθμός αποσάθρωσηςεξαλλοίωσης, η αντοχή κ.α. Τα χαρακτηριστικά αυτά εξαρτώνται κυρίως από τις φυσικές ιδιότητες των ορυκτών που συμμετέχουν στη σύσταση του ακέραιου πετρώματος και από το είδος των δεσμών που αναπτύσσονται μεταξύ των ορυκτών αυτών. Έτσι έχουν προταθεί μερικές ομάδες δεικτών περιγραφής του ακέραιου πετρώματος που φαίνονται στον παρακάτω πίνακα. Πίνακας:1.2α: Δείκτες περιγραφής ταξινόμισης πετρωμάτων για γεωτεχνικούς σκοπούς (Κούκης,2002 ) ΟΜΑΔΑ Ι ΟΜΑΔΑ ΙΙ ΟΜΑΔΑ ΙΙΙ Τύπος Χρώμα Μέγεθος κόκκων Δομή & ιστός Αποσάθρωση Σκληρότητα Ανθεκτικότητα Πορώδες Πυκνότητα Αντοχή Αντοχή Μέτρο Ελαστικότητας Λόγος Poisson Πρωτογενής υδροπερατότητα Εξαλλοίωση Αντοχή Ταχύτητα κυμάτων διάδοσης Οι ιδιότητες που περιλαμβάνονται στην ομάδα Ι του παραπάνω πίνακα είναι καθαρά περιγραφικές, της ομάδας ΙΙ προσδιορίζονται με απλές δοκιμές( εργαστηριακές ή επι τόπου), απαιτούν μικρή ή καμία προετοιμασία του δείγματος του πετρώματος και έχουν ημιποσοτικό χαρακτήρα, ενώ της ομάδας ΙΙΙ μπορούν να προσδιοριστούν άμεσα με εργαστηριακές δοκιμές, είναι ποσοτικές και απαραίτητες στο σχεδιασμό τεχνικών έργων. Η παράμετρος «αντοχή» αναφέρεται και στις τρεις ομάδες δεικτών του πίνακα καθόσον αυτή μπορεί να εκτιμηθεί με διάφορους τρόπους, τόσο έμμεσα π.χ με κτυπήματα με το γεωλογικό σφυρί στην ομάδα Ι και με τη δοκιμή σημειακής φόρτισης ή το σφυρί Schmidt στην ομάδα ΙΙ, όσο και άμεσα με την εκτέλεση της δοκιμής σε ανεμπόδιστη(μοναξονική) θλίψη στο εργαστήριο 8

9 στην ομάδα ΙΙΙ. Ο προσδιορισμός των παραπάνω δεικτών γίνεται με τη βασική γεωλογική και πετρογραφική διερεύνηση καθώς και την εκτέλεση των κλασσικών εργαστηριακών δοκιμών Βραχομηχανικής. (Kούκης,2002) ΒΑΣΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΠΕΤΡΟΓΡΑΦΙΚΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ Η βασική γεωλογική έρευνα καλείται να δώσει πληροφορίες σχετικά με :α) τον τύπο του πετρώματος(κυρίως ονομασία), β) το χρώμα, γ) το μέγεθος των κόκκων, δ) τη δομή και ιστό και στ) το βαθμό αποσάθρωσης και εξαλλοίωσης. Για μερικούς από τους παραπάνω δείκτες έχουν τυποποιηθεί ημίποσοτικά ορισμένοι πίνακές που παραθέτονται παρακάτω. Πίνακας 1.2.1α: Μέγεθος κόκκων ακέραιου πετρώματος (Κούκης, 2002 ) Χαρακτηρισμός Μέγεθος κόκκων Αντιστοιχία με έδαφος Πολύ χονδρόκοκκο Χονδρόκοκκο Μεσόκοκκο Λεπτόκοκκο Πολύ λεπτόκοκκο >60mm 2mm 60mm 60μ 2mm 2μμ 60μ <2μ Ογκόλιθοι και κροκάλες Χαλίκια Άμμος Ιλύς Άργιλος Πίνακας 1.2.1β: Χρώμα ακέραιου πετρώματος (Κούκης,2002 ) Φωτεινότητα Απόχρωση Χρώμα Φωτεινό Σκούρο Ρόδο- Κόκκινο- Κίτρινο- Καστανό- Λαδο- Πράσινο- Γαλαζο- Τεφρό- Ροζ Κόκκινο Κίτρινο Καστανό Λαδί Πράσινο Γαλανό Λευκό Τεφρό μαύρο 9

10 Πίνακας 1.2.1γ: Αποσάθρωση και εξαλλοίωση ακέραιου πετρώματος (Κούκης,2002 ) Ταξινόμηση Υγιές Αποχρωματισμένο Αποσυνθεμένο Θρυμματισμένο Περιγραφή Κανένα ίχνος αποσάθρωσης Το χρώμα του μητρικού πετρώματος έχει αλλάξει. Αν η αλλαγή του χρώματος περιορίζεται σε μερικά ορυκτά πρέπει να αναφέρεται Το πέτρωμα έχει μετατραπεί σε έδαφος, ο αρχικός του ιστός διατηρείται, αλλά μερικοί ή όλοι οι κρύσταλλοι έχουν αποσυντεθεί Το πέτρωμα έχει μετατραπεί σε εύθρυπτο υλικό, ο αρχικός του ιστός διατηρείται και οι κρύσταλλοι δεν έχουν αποσυντεθεί ΦΥΣΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Ο βράχος, αποτελείται από τη στερεή ύλη και τα κενά(πόροι), που υπάρχουν μεταξύ των κρυστάλλων των ορυκτών ή του συνδετικού υλικού(συγκολλητική ύλη). Από τα κενά αυτά, ένα μέρος τους μπορεί να περιέχει νερό, ενώ το υπόλοιπο ατμοσφαιρικό αέρα ή διάφορα άλλα αέρια. Οι κύριες φυσικές ιδιότητες των πετρωμάτων είναι: i) Περιεχόμενη υγρασία Αντιπροσωπεύει την 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 (%) = Στην περίπτωση που το πέτρωμα βρίσκεται στη φυσική του κατάσταση ονομάζεται φυσική υγρασία. Επειδή συνήθως όλοι οι πόροι του ακέραιου πετρώματος δεν είναι γεμάτοι νερό, είναι πολλές φορές ανάγκη να υπολογιστεί ο βαθμός κορεσμού, δηλαδή ο 10

11 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%. Η αύξηση της περιεχόμενης υγρασίας ενός πετρώματος επηρεάζει αρνητικά την μηχανική του αντοχή. ii) Πορώδες και πυκνότητα Το πορώδες (n), είναι ο λόγος του όγκου των κενών (δηλαδή, μικρορωγμών κ.λπ.) προς το συνολικό όγκο του πετρώματος εκφρασμένος (%) Πορώδες, Η πυκνότητα (ρ), ορίζεται ως ο λόγος της συνολικής μάζας προς το συνολικό όγκο του πετρώματος και παρουσιάζει δυο θεωρητικά ακραίες περιπτώσεις: Την κορεσμένη πυκνότητα (ρ sat ) που είναι ο λόγος της μάζας του κορεσμένου πετρώματος προς το συνολικό του όγκο και εκφράζεται σε Mg/m 3. Tην ξηρή πυκνότητα (ρ d ) που είναι ο λόγος της μάζας του ξηρού πετρώματος προς το συνολικό του όγκο σε Mg/m 3. To φαινόμενο βάρος (γ b ) έχει πρακτικά παρόμοια σημασία, εκφράζεται σε KN/m3 και ισχύει, όπου g: επιτάχυνση της βαρύτητας Το πορώδες και η πυκνότητα εξαρτώνται από τον τρόπο και τις συνθήκες σχηματισμού των πετρωμάτων, καθώς και από τις διεργασίες που επιτελούνται μετά τη γένεσή τους(διαγένεση, αποσάθρωση). Η αύξηση της πυκνότητας συνεπάγεται και στην 11

12 μείωση του πορώδους των πετρωμάτων και η σχέση των δυο αυτών φυσικών παραμέτρων είναι γραμμική και αντίστροφή. 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 πυκνότητα του. (Κούκης,2002) iii) Ανθεκτικότητα Χαλάρωση Η βραχυχρόνια επίδραση της αποσάθρωσης πάνω στα πετρώματα είναι γνωστό ότι μπορεί να προκαλέσει σημαντική μεταβολή της συμπεριφοράς τους και συνεπώς προβλήματα στα τεχνικά έργα(π.χ πρανή, σήραγγες). Αποσαθρωσιμότητα ονομάζεται η επιδεκτικότητα των πετρωμάτων στη χρονικά γρήγορη αποσάθρωση. Η χαλάρωση μερικών αργιλικών πετρωμάτων(αργιλικών σχιστόλιθων, μαργολίθων, ιλυολίθων κ.λπ.) όταν διαβραχούν είναι ένα τυπικό παράδειγμα χρονικά γρήγορης αποσάθρωσης και αυτή είναι αποτέλεσμα χημικών και μηχανικών διεργασιών της αποσάθρωσης. Η έννοια της ανθεκτικότητας αναφέρεται στο μέγεθος της επιδεκτικότητας ενός πετρώματος στη γρήγορη χαλάρωση του. 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 προσδιορίζεται με την δοκιμή χαλάρωσης κατά την οποία μετριέται η απώλεια βάρους που υφίστανται αποστρογγυλευμένα κομμάτια ακέραιου πετρώματος, μετά από διαδοχικούς κύκλους ξήρανσης και διαποτισμού τριβής. Ο δείκτης χαλάρωσης (Ι d2 ) δίνεται σαν ο λόγος του τελικού βάρους μετά το δεύτερο κύκλο διαποτισμού τριβής προς το αρχικό βάρος του ακέραιου πετρώματος, σε εκατοστιαία αναλογία. Η δοκιμή χαλάρωσης συνίστανται μόνο σε αργιλικής σύστασης πετρώματα. Όσο μεγαλύτερος είναι ο δείκτης χαλάρωσης τόσο το πέτρωμα παρουσιάζει μεγαλύτερη ανθεκτικότητα σε αποσάθρωση δηλαδή μικρότερη αποσαθρωσιμότητα. Ο δείκτης χαλάρωσης εξαρτάται από το πορώδες και την πυκνότητα του ακέραιου πετρώματος. Στους παρακάτω πίνακες φαίνεται η κατάταξη των πετρωμάτων με βάση την δοκιμή χαλάρωσης και το εύρος των τιμών του δείκτη χαλάρωσης για διάφορα πετρώματα του Ελληνικού χώρου. 12

13 Πίνακας 1.2.2α: Κατάταξη πετρωμάτων με βάση τη δοκιμή χαλάρωσης (Κούκης,2002 ) Περιγραφή Δείκτης χαλάρωσης, Ι d2 (%) Πολύ υψηλή ανθεκτικότητα Υψηλή ανθεκτικότητα Μέτρια υψηλή ανθεκτικότητα Μέτρια ανθεκτικότητα Χαμηλή ανθεκτικότητα Πολύ χαμηλή ανθεκτικότητα <30 Πίνακας 1.2.2β: Ενδεικτικές τιμές φυσικών παραμέτρων από πετρώματα του Ελληνικού χώρου (Κούκης, 2002 ) Είδος ακέραιου πετρώματος ρ d (KN/m 3 ) n(%) I d2 (%) Aσβεστόλιθος Κρυσταλλικός συμπαγής ασβεστόλιθος Δολομιτιωμένος ασβεστόλιθος 15-27, Μαργαϊκός ασβεστόλιθος 16, Μαργόλιθος, ιλυόλιθος 17, <10-90 Ψαμμίτης 15-26,5 0, Μάρμαρο 26,5-28,5 0-1 Σχιστόλιθος 22-27, Ανδεσίτης 21,

14 1.2.3 ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΑΝΤΟΧΗΣ ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑ Η κλίμακα Mohs σε ένα ακέραιο πέτρωμα το οποίο αποτελείται από διάφορα ορυκτά διαφορετικής σκληρότητας κατά Μοhs δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Η πιο συνήθης εφαρμογή είναι αυτή της δοκιμής με το σφυρί αναπήδησης Schmidt τύπου L. Με την εκτίμηση της σκληρότητας είναι δυνατός ο έμμεσος προσδιορισμός της μηχανικής αντοχής του ακέραιου πετρώματος σε ανεμπόδιστη θλίψη με την χρήση νομογράμματος, στο οποίο συσχετίζεται η σκληρότητα(shv) με τη αντοχή και την πυκνότητα του πετρώματος σε ξηρή κατάσταση(ρ d ). 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, αλλά και της συγκολλητικής ύλης. Αύξηση της πυκνότητας του ακέραιου πετρώματος έχει σαν αποτέλεσμα την αύξηση της σκληρότητας του. (Κούκης,2002 ) Πίνακας 1.2.3α: Ταξινόμηση του ακέραιου πετρώματος ανάλογα με την σκληρότητα του. (Κούκης,2002) Κατηγορία πετρωμάτων Μέση ένδειξη σφυριού(shv) Πολύ μαλακά πετρώματα <10 Μαλακά πετρώματα Μέτρια πετρώματα Σκληρά πετρώματα Πολύ σκληρά πετρώματα >60 14

15 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ Η αντοχή είναι πολύ βασική μηχανική παράμετρος του ακέραιου πετρώματος και αντιπροσωπεύει το μέγεθος της εφαρμοζόμενης σε αυτό τάσης, ώστε να σημειωθεί θραύση σε αυτό. Η εφαρμοζόμενη τάση σε αυτό μπορεί να είναι θλιπτική, διατμητική ή εφελκυστική, οπότε σημειώνονται και οι αντίστοιχες αντοχές. Ο προσδιορισμός της θλιπτικής αντοχής του ακέραιου πετρώματος γίνεται στο εργαστήριο με τη δοκιμή σε μοναξονική (ανεμπόδιστη) θλίψη και έμμεσα στο εργαστήριο ή στο ύπαιθρο με τη δοκιμή σε σημειακή φόρτιση. Η αντοχή σε μοναξονική θλίψη του βραχώδους υλικού εξαρτάται από διάφορους παράγοντες που κυρίως έχουν σχέση με α) το υλικό του πετρώματος δηλαδή την ορυκτολογική σύσταση, το μέγεθος των κόκκων, την ανισοτροπία μικρής κλίμακας(π.χ σχιστότητα) κλπ, β) την περιεχόμενη υγρασία του, γ) τις συνθήκες εκτέλεσης της δοκιμής και τη διαμόρφωση των δειγμάτων( δηλαδή λόγος μήκους διαμέτρου, ρυθμός φόρτισης, παραλληλία βάσεων δοκιμίου κλπ.) Από συσχετίσεις αποτελεσμάτων αντοχής σε μοναξονική θλίψη (σ c ) με άλλες παραμέτρους του βραχώδους υλικού φαίνεται ότι (Κούκης,2002 ) : Αύξηση της πυκνότητας σημαίνει αύξηση της αντοχής Αύξηση του πορώδους σημαίνει μείωση της αντοχής Αύξηση της περιεχόμενης υγρασίας προκαλεί μείωση της αντοχής. Δοκίμια ακέραιου πετρώματος που έχουν ξηρανθεί παρουσιάζουν μεγαλύτερη αντοχή από αυτά που έχουν κάποια περιεχόμενη υγρασία. 15

16 Πίνακας 1.2.3β: Ταξινόμηση βραχώδους υλικού με βάση την αντοχή του σε μονοαξονική θλίψη(i.s.r.m.,1981) Κατάταξη Πετρώματος Αντοχή σε μοναξονική θλίψη (MPa) Επί τόπου εκτίμηση Εξαιρετικά αντοχής υψηλής >250 Ο πυρήνας(δείγμα) δεν σπάζει με τι γεωλογικό σφυρί Πολύ υψηλής αντοχής Για να σπάσει ο πυρήνας χρειάζονται πολλά χτυπήματα με το γεωλογικό σφυρί Υψηλής αντοχής Για να σπάσει ο πυρήνας χρειάζονται περισσότερα από ένα χτυπήματα Μέσης αντοχής Ο πυρήνας δεν χαράσσεται με μαχαιρίδιο και μπορεί να σπάσει με ένα κτύπημα γεωλογικού σφυριού Χαμηλής αντοχής 5 25 Ο πυρήνας χαράσσεται δύσκολα με μαχαιρίδιο και η μύτη ου γεωλογικού σφυριού δημιουργεί αβαθείς χαραγιές Πολύ χαμηλής αντοχής 1 5 Ο πυρήνας σπάει σε πολλά κομμάτια με ένα κτύπημα με το γεωλογικό σφυρί και χαράσσεται εύκολα με το μαχαιρίδιο Εξαιρετικά αντοχής χαμηλής 0,25 1 Ο πυρήνας χαράσσεται εύκολα με το νύχι του αντίχειρα Η εφελκυστική αντοχή (σ t ) των πετρωμάτων είναι από τις λιγότερο συχνά προσδιοριζόμενες μηχανικές ιδιότητες των πετρωμάτων αφού στις εφαρμογές χρησιμοποιείται συνήθως η αντοχή σε μονοαξονική θλίψη. Είναι γενικά μικρότερη της αντοχής σε μονοαξονική θλίψη και εκτιμάται ότι η εφελκυστική αντοχή ενός πετρώματος αποτελεί το 5-10% της αντοχής του σε μοναξονική θλίψη (Κούκης,2002) 16

17 Στις πραγματικές συνθήκες είναι πολύ δύσκολο να συμβεί μόνο εφελκυστική τάση. Αυτό οφείλεται στο ότι το βραχώδες υλικό υποβάλλεται σε πλευρικές τάσεις οι οποίες βέβαια θεωρούνται συνήθως ίσες μεταξύ τους και θεωρητικά αντικαθίστανται από μια ομοιόμορφα πλευρικά εξασκούμενη(σ 3 ). (Κουκης σελ: 172) Πίνακας 1.2.3γ: Εύρος τιμών παραμέτρων αντοχής από πετρώματα του Ελληνικού χώρου (Κούκης, 2002, στοιχεία από αρχείο ΚΕΔΕ). Ακέραιο πέτρωμα SHV I S(50) (MPa) σ C (MPa) σ t (MPa) Ασβεστόλιθος , Μικροκρυσταλλικός, συμπαγής ασβεστόλιθος Δολομιτιωμένος ασβεστόλιθος Μαργαϊκός ασβεστόλιθος Μαργόλιθος ιλυόλιθος , < <1 6 <10 30 <1 3 <1 40 <1 3 Ψαμμίτης <1 5 <1-80 <1 8 Μάρμαρο Σχιστόλιθος < <1 6 Από το παραπάνω πίνακα γίνεται κατανοητό πως η φυσική κατάσταση των δειγμάτων, ο βαθμός διαγένεσης τους, η μεταβαλλόμενη ορυκτολογική σύσταση καθώς και η πιθανή ανισοτροπία επιδρούν στο εύρος των παραμέτρων αντοχής. 1.3 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ Η ημιποσοτική περιγραφή των ασυνεχειών γίνεται με βάση τις παρακάτω παραμέτρους οι οποίες προτείνονται και προδιαγράφονται από τη Διεθνή Ένωση Βραχομηχανικής (Κούκης,2002): i) Προσανατολισμός (Orientation) ii) Απόσταση (spacing) 17

18 iii) Εξάπλωση - Συνέχεια (persistence-continuity) iv) Αντοχή τοιχωμάτων (wall strength) v) Τραχύτητα (roughness) vi) Άνοιγμα (aperture) vii) Υλικό πλήρωσης (filling) viii) Συνθήκες υπόγειου νερού (seepage) ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ (Orientation) Μία από τις πιο σημαντικές ερευνητικές εργασίες στην εκτίμηση της ευστάθειας μιας βραχομάζας είναι η συστηματική συλλογή και επεξεργασία των μετρήσεων προσανατολισμού των ασυνεχειών της μάζας (δηλαδή διεύθυνση - κλίση ή κλίση-φορά κλίσης των διακλάσεων, στρώσης, σχιστότητας). Για πρακτικούς λόγους οι ασυνέχειες μπορούν να θεωρηθούν σαν επίπεδες επιφάνειες, έτσι που ο προσανατολισμός τους στο χώρο μπορεί να καταγραφεί με δύο αριθμούς γωνιών. Θα πρέπει να ξεκαθαριστεί με σαφήνεια ο τρόπος καταγραφής του προσανατολισμού των ασυνεχειών καθόσον υπάρχει γενικά κάποια σύγχυση. Ένα επίπεδο στο χώρο μπορεί να περιγραφεί, σε ότι αφορά τον προσανατολισμό του, με τα παρακάτω γεωμετρικά μεγέθη: Παράταξη (strike): Είναι το ίχνος (η τομή) του επιπέδου της ασυνέχειας με το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς και το μέτρο της ισούται με τη γωνία που σχηματίζει η τομή αυτή με το γεωγραφικό βορά. Αντιπροσωπεύει λοιπόν τη διεύθυνση του επιπέδου της ασυνέχειας στο χώρο και σε σχέση πάντα με το γεωγραφικό βορά. Ένα επίπεδο που έχει παράταξη Ν45 Ε (ή 045 ), σημαίνει ότι έχει διεύθυνση Ν45 Ε. Μέγιστη κλίση (dip): Είναι η μέγιστη γωνία του επιπέδου της ασυνέχειας με το οριζόντιο επίπεδο. Μετριέται στο κατακόρυφο επίπεδο που είναι κάθετο στην παράταξη και αποτελεί την πραγματική κλίση (true dip). Η μέτρηση σε οποιοδήποτε άλλο επίπεδο αποτελεί τη φαινόμενη κλίση (apparent dip) που είναι μικρότερη της πραγματικής. Οι τιμές της κλίσης κυμαίνονται προφανώς από 0 μέχρι 90. Φορά ή διεύθυνση μέγιστης κλίσης (dip direction): Είναι η γωνία που σχηματίζει η προβολή της μέγιστης κλίσης στο οριζόντιο επίπεδο με το γεωγραφικό βορά. Μετριέται δεξιόστροφα από το βορά, παίρνει τιμές από 0 μέχρι 360 και είναι πάντα κάθετη στην παράταξη του επιπέδου. Ένα επίπεδο που έχει φορά (ή διεύθυνση) κλίσης 180 σημαίνει ότι κλίνει προς νότο (S) και η διεύθυνση του (παράταξη) είναι Ν90 Ε (ή Ε-W). 18

19 Πρακτικά, η καταγραφή του προσανατολισμού μιας επίπεδης ασυνέχειας γίνεται με δύο τρόπους: 1) Παράταξη επιπέδου και γωνία μέγιστης κλίσης με ένδειξη του γεωγραφικού προσανατολισμού της φοράς της μέγιστης κλίσης π.χ. Ν45 Ε (παράταξη) και 30 SΕ κλίση. Η φορά της μέγιστης κλίσης θα μπορούσε να ήταν 30 Ν\ν και για το λόγο αυτό θα πρέπει να υπάρχει πάντοτε η ένδειξη του προσανατολισμού της. 2) Φορά μέγιστης κλίσης και μέγιστη κλίση π.χ. 135 (φορά μέγιστης κλίσης) και 30 (κλίση) δηλαδή απλά 135 / 30. Ο δεύτερος τρόπος καταγραφής είναι πιο πρακτικός διότι τα νούμερα προσανατολισμού διαβάζονται άμεσα με τη γεωλογική πυξίδα και μπορούν να χρησιμοποιηθούν όπως είναι στη σφαιρική προβολή που αναφέρεται στη συνέχεια. Ο προσδιορισμός της διεύθυνσης κλίσης και της κλίσης γίνεται με τη χρήση της γεωλογικής πυξίδας στο ύπαιθρο (αφού γίνει η κατάλληλη διόρθωση του μαγνητικού γεωγραφικού βορά). Η διεύθυνση κλίσης εκφράζεται με τριψήφιο αριθμό (0-360 ) και η κλίση με διψήφιο (0-90 ). π.χ. 160 /50 ή 030 /45. (Κούκης,2002 ) ΑΠΟΣΤΑΣΗ (Spacing) Η απόσταση μεταξύ των ασυνεχειών ελέγχει το μέγεθος των τεμαχίων στα οποία αποχωρίζεται η βραχομάζα. Η αστοχία ενός πρανούς από επίπεδη ολίσθηση μπορεί να μεταπέσει σε περιστροφική όταν η απόσταση μεταξύ των ασυνεχειών γίνει υπερβολικά μικρή. Η παράμετρος αυτή καθορίζει επίσης τη μακροδιαπερατότητα των πετρωμάτων. Οι μετρήσεις της απόστασης γίνονται με μετροταινία - μέτρο, συνήθως κάθετα στο συγκεκριμένο σύστημα συνεχειών που αναφέρονται. Τελικά, έχουμε αποστάσεις S1, S2,..., Sη μεταξύ των ασυνεχειών σε μια βραχομάζα, όπου (n) είναι τα κύρια συστήματα των ασυνεχειών που διατέμνουν τη βραχομάζα. Οι μετρήσεις της απόστασης των ασυνεχειών σε μια βραχομάζα έχουν σαν κύριο σκοπό: 1. Τον καθορισμό των διαστάσεων των μεμονωμένων τεμαχίων (blocks) της βραχομάζας με την εκτίμηση δύο κυρίων δεικτών: α) του δείκτη ΙD (δείκτης μεγέθους) που ορίζεται σαν ο λόγος του αθροίσματος των μέσων επί μέρους αποστάσεων κάθε συστήματος προς το συνολικό αριθμό των συστημάτων που διατέμνουν τη βραχομάζα, και β) του δείκτη ΙV (volumetric joint count) που ορίζεται σαν το 19

20 συνολικό άθροισμα του επί μέρους μέσου αριθμού των ασυνεχειών ανά τρέχον μέτρο (δηλαδή της πυκνότητας των ασυνεχειών) για κάθε σύστημα. Ο δείκτης ΙV συνδέεται με το δείκτη ποιότητας πετρώματος (RQD), ο οποίος εκτιμάται κατά την εξέταση και περιγραφή των δειγμάτων μιας δειγματοληπτικής γεώτρησης), με βάση τη σχέση: RQD = JV (PALMSTROM, 1982). Όπου, για JV <4.5, προκύπτει RQD = 100%. 2. Την εκτίμηση της δυνατότητας περιστροφικής ολίσθησης στα πρανή (για μικρές αποστάσεις) και της υδροπερατότητας - αποστράγγισης της βραχομάζας. Η παρουσίαση των αποτελεσμάτων των μετρήσεων σχετικά με την απόσταση των ασυνεχειών γίνεται σε συγκεντρωτικούς πίνακες, όπου καταγράφονται οι μετρήσεις υπαίθρου και στη συνέχεια η σχεδίαση στατιστικών διαγραμμάτων (ιστογραμμάτων) για κάθε συγκεκριμένο σύστημα ασυνεχειών χωριστά, με σκοπό την εκτίμηση της κατηγορίας που παρουσιάζει τη μεγαλύτερη συχνότητα εμφάνισης. (Κούκης,2002 ) Σχήμα 1.3α: Απόσταση μεταξύ των ασυνεχειών 20

21 Πίνακας 1.3α: Ταξινόμηση της απόστασης κατά I.S.R.Μ. (1981) (S) (απόσταση) εξαιρετικά < 20 mm μικρή πολύ μικρή μικρή μέση mm mm mm μεγάλη πολύ μεγάλη εξαιρετικά μεγάλη mm mm > 6000 mm ΕΞΑΠΛΩΣΗ - ΣΥΝΕΧΕΙΑ (Persistence - Continuity) Ο παράγοντας αυτός καθορίζει κατά πόσο μία ασυνέχεια τέμνει σε όλη της την έκταση τη βραχόμαζα. Στην περίπτωση που η ασυνέχεια είναι συνεχής (δηλαδή τέμνει τη βραχόμαζα σε όλη την ορατή της έκταση) η αστοχία ενός πρανούς μπορεί να λάβει χώρα με ολίσθηση πάνω στην επιφάνεια της ασυνέχειας αυτής. Όταν όμως η ασυνέχεια δεν είναι συνεχής, αλλά διακόπτεται από άλλες τότε η αστοχία πιθανόν να λάβει χώρα σε συνθέτη επιφάνεια. Οι μετρήσεις της συνέχειας γίνονται με μετροταινία - μέτρο τουλάχιστον 10m μήκους ή εκτιμώνται και μακροσκοπικά σε σχέση πάντα με το εύρος της επιφανειακής εξάπλωσης της βραχόμαζας. Θα πρέπει να διευκρινίζεται, επίσης, αν οι ασυνέχειες τελειώνουν σε άλλες ή μέσα στο υλικό του πετρώματος κ.λπ. (Κούκης, 2002 ) 21

22 Σχήμα 1.3β: Διάφορες ενδεικτικές μορφές "συνέχειας" Πίνακας 1.3β: Ταξινόμηση Συνέχειας I.S.R.Μ. (1981) Πολύ μικρή < 1 m μικρή 1-3m μέση 3-10m υψηλή 10-20m πολύ υψηλή >20 m Σημείωση: Πολύ υψηλή συνέχεια παρουσιάζουν συνήθως τα επίπεδα στρώσης. 22

23 ΑΝΤΟΧΗ ΤΟΙΧΩΜΑΤΩΝ (Wall strength) Η αντοχή των τοιχωμάτων των ασυνεχειών είναι συνήθως μικρότερη από αυτή του ακέραιου πετρώματος. Αυτό οφείλεται στην αποσάθρωση που υφίστανται οι επιφάνειες αυτές (τοιχώματα) με αποτέλεσμα τον αποχρωματισμό του πετρώματος, τη δημιουργία αργιλικών ορυκτών και τη διάλυση των πετρωμάτων στην περίπτωση που συνίστανται από ανθρακικά ή αλατούχα ορυκτά. Η αντοχή σε ανεμπόδιστη (μονοαξονική) θλίψη των τοιχωμάτων των ασυνεχειών μπορεί έμμεσα να προσδιοριστεί με τη χρήση του σφυριού Schmidt τύπου L, με την εκτέλεση της δοκιμής στο ύπαιθρο, ή προσεγγιστικά με τη χρήση μαχαιριδίου και του γεωλογικού σφυριού. (Κούκης,2002 ) Σχήμα 1.3γ: Ταξινόμηση τοιχωμάτων σύμφωνα με τη σκληρότητα Schmidt 23

24 Πίνακας 1.3γ: Ταξινόμηση τοιχωμάτων σύμφωνα με τη σκληρότητα Schmidt πολύ μαλακά <10 μαλακά μέτρια σκληρά πολύ σκληρά >60 24

25 25

26 Σχήμα 1.3δ: Τυπικά προφίλ τραχύτητας και οι αντίστοιχες τιμές JRC για το καθένα. (BARTON and CHOUBEY, 1977) Ο συντελεστής τραχύτητας JRC είναι ο αριθμός που υπολογίζεται από τη σύγκριση της επιφάνειας μιας συγκεκριμένης ασυνέχειας με τα τυποποιημένα προφίλ τραχύτητας που δίνουν οι BARTON και CHOUBEY (1977) και φαίνονται στο Σχήμα Γενικά, οι παραπάνω συντελεστές JRC και JCS φαίνεται να μειώνονται ιε την αύξηση της κλίμακας δηλαδή με το πραγματικό εύρος της ασυνέχειας, σύμφωνα με τις παρακάτω σχέσεις (BARTON and BANDIS, 1982): 0.02JRC0 0.03JCS0 Ln Ln JRCn JRC0 JCS L n JCS0 0 L0 όπου JRC0, JCS0 και L0 (μήκος) αναφέρονται σε δείγματα 10cm ενώ JRCn, JCSn και Ln στις επί τόπου διαστάσεις των βραχωδών τεμαχίων. 26

27 Η παράμετρος JCS0 έχει μέγιστη τιμή όταν γίνει ίση με την αντοχή σε ανεμπόδιστη (μονοαξονική) θλίψη του βραχώδους υλικού, δηλαδή JCS0 = σc. Αυτό συμβαίνει στην περίπτωση που τα τοιχώματα των ασυνεχειών δεν είναι αποσαθρωμένα. (Κούκης,2002 ) ΤΡΑΧΥΤΗΤΑ (Roughness) - ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ Η τραχύτητα των επιφανειών των τοιχωμάτων μιας ασυνέχειας είναι καθοριστικής σημασίας για την αντοχή της σε διάτμηση. Η γωνία τριβής μιας ασυνέχειας είναι γενικά συνάρτηση της βασικής γωνίας τριβής (φ βας. ή φ b ) και της γωνίας που αντιστοιχεί στην τραχύτητα των τοιχωμάτων της ασυνέχειας (I). Αν σε ένα δείγμα πετρώματος που περιέχει μία θεωρητικά επίπεδη ασυνέχεια (π.χ. συγκολλημένο επίπεδο στρώσης), η οποία χρειάζεται μία εφελκυστική δύναμη για να μπορέσει να αποχωριστεί, εφαρμοστεί ορθή τάση (σn) κάθετη στην ασυνέχεια και μετρηθεί η διατμητική τάση (τ) που χρειάζεται για να προκαλέσει μία μετατόπιση (u) κατά μήκος της ασυνέχειας, τότε λαμβάνεται το διάγραμμα τ-u. Για πολύ μικρές μετατοπίσεις το δείγμα συμπεριφέρεται σχεδόν ελαστικά αλλά μόλις η αντίσταση ξεπεραστεί (θραύση της συγκόλλησης) η καμπύλη παύει να είναι γραμμική και φθάνει σε μια μέγιστη τιμή που αντιστοιχεί στη μέγιστη διατμητική αντοχή της συγκεκριμένης ασυνέχειας (peak shear strength). Στη συνέχεια η διατμητική τάση που απαιτείται για τη μετακίνηση μειώνεται μέχρι να φθάσει μια σταθερή τιμή. Η τιμή αυτή αντιστοιχεί στην παραμένουσα διατμητική αντοχή της ασυνέχειας (residual shear strength). Η σύνθεση των μέγιστων και παραμενουσών διατμητικών αντοχών από περισσότερα (τουλάχιστον τρία) δείγματα της ίδιας ασυνέχειας με διαφορετικές ορθές τάσεις, δίνει τη σχέση ορθών (σn) - διατμητικών (τρ) τάσεων, που για την περίπτωση θεωρητικά επίπεδων (planar) ασυνεχειών, όπως αυτές που αναφέρουμε, είναι ευθεία. Η σχέση αυτή μπορεί να παρασταθεί από την εξίσωση Mohr - Coulomb για τη μέγιστη διατμητική αντοχή: τρ = c + σn εφφ όπου c είναι η συνοχή της συγκολλημένης επιφάνειας και φ η γωνία τριβής. Στην περίπτωση της παραμένουσας διατμητικής αντοχής η συνοχή γίνεται μηδέν και η σχέση ορθών - διατμητικών τάσεων: 27

28 Σχήμα 1.3ε: Διάτμηση ασυνεχειών - Επίπεδη συγκολλημένη επιφάνεια και τραχεία επιφάνεια (από HOEK et al., 1998). 28

29 τr = σn εφφr όπου φr είναι η παραμένουσα γωνία τριβής. Ο όρος "συνοχή" στην περίπτωση των ασυνεχειών, έχει την αντίστοιχη σημασία με αυτή των συνεκτικών εδαφών, αλλά οφείλεται προφανώς στη συγκόλληση των τοιχωμάτων. Στην πράξη όμως, όταν δεν έχουμε συγκόλληση τοιχωμάτων, αναφέρεται στην τραχύτητα. (Κούκης,2002 ) Βασική παράμετρος για την εκτίμηση της διατμητικής αντοχής των ασυνεχειών είναι η βασική γωνία τριβής (φβασ. ή φb), που συμπίπτει με την παραμένουσα γωνία τριβής (φr) δηλ. φb = φr. Η βασική γωνία τριβής υπολογίζεται με την εκτέλεση της αντίστοιχης δοκιμής διάτμησης ασυνεχειών, σε προκατασκευασμένες συνήθως ομαλές επιφάνειες ασυνεχειών πετρωμάτων. Πίνακας 1.3δ: Εύρος τιμών βασικής γωνίας τριβής (φb) για διάφορα πετρώματα (στοιχεία από ΚΕΔΕ). Είδος Πετρώματος Βασική γωνία τριβής ασυνεχειών (φb) Ασβεστόλιθοι Μαργόλιθοι - ιλυόλιθοι Γνεύσιοι - σχιστόλιθοι Ψαμμίτες Στον Πιν.1.3δ δίνεται εύρος τιμών της βασικής γωνίας τριβής (φb) σε προκατασκευασμένες ομαλές επιφάνειες ασυνεχειών διαφόρων πετρωμάτων από τον Ελληνικό χώρο. Μία φυσική επιφάνεια ασυνέχειας δεν είναι σχεδόν ποτέ ομαλή αλλά περιέχει "προεξοχές" που έχουν σημαντική επίδραση στη διατμητική της αντοχή. Γενικά, οι "προεξοχές" (τραχύτητα) των επιφανειών αυξάνει τη διατμητική αντοχή των ασυνεχειών και η αύξηση αυτή αποτελεί σημαντικό παράγοντα στην ευστάθεια των πρανών και των υπόγειων έργων. 29

30 Η επίδραση της τραχύτητας των ασυνεχειών στη διατμητική αντοχή τους, μελετήθηκε για πρώτη φορά από τον ΡΑΤΤΟΝ (1966) που έδειξε ότι η μέγιστη διατμητική αντοχή τραχειών επιφανειών του πετρώματος ακολουθεί τη σχέση: τ = σn εφ (φb + i) όπου σn η επιβαλλόμενη ορθή τάση, φb η βασική γωνία τριβής και i η γωνία που εκφράζει την τραχύτητα. Η παραπάνω σχέση ισχύει για ολίσθηση (μετατόπιση) των "προεξοχών" και συνεπώς διαστολή (αύξηση του όγκου) του πετρώματος, γεγονός που συμβαίνει μόνο για μικρές τιμές της ορθής τάσης. Όταν η εφαρμοζόμενη ορθή τάση γίνει μεγαλύτερη, επέρχεται θραύση των "προεξοχών" της ασυνέχειας και η τιμή της γωνίας τραχύτητας μειώνεται στο μηδέν. Οι BARTON et al. (1973,1976,1977 και 1990) αφού μελέτησαν λεπτομερειακά τη συμπεριφορά των φυσικών ασυνεχειών, πρότειναν την παρακάτω σχέση για την εκτίμηση της μέγιστης διατμητικής αντοχής τους: n b JRC log 10 JCS n Όπου: JRC είναι ο συντελεστής τραχύτητας των ασυνεχειών (Joint Roughness Coefficient) και JCS είναι η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των τοιχωμάτων της ασυνέχειας (Joint wall Compression Strength). (Κούκης,2002 ) ΑΝΟΙΓΜΑ (Aperture) Άνοιγμα καλείται η κάθετη απόσταση μεταξύ των τοιχωμάτων μιας ασυνέχειας. Μία ασυνέχεια μπορεί να είναι ανοικτή, κλειστή ή επουλωμένη με υλικά πλήρωσης όπως άργιλο, ιλύ, χλωρίτη, ασβεστίτη, λατυποπαγές κ.λπ. Οι μετρήσεις του ανοίγματος πρέπει να γίνονται προσεκτικά και να λαμβάνονται υπόψη εξωγενείς παράγοντες που έχουν σαν αποτέλεσμα την αύξηση του κοντά στην επιφάνεια (εκτόνωση τάσεων, αποσάθρωση, χρήση εκρηκτικών). Μία ασυνέχεια μπορεί να είναι από πολύ κλειστή μέχρι εξαιρετικά πλατιά και ταξινομείται ημιποσοτικά σύμφωνα με τον πίνακα που φαίνεται στη συνέχεια. Αν εμφανίζει υλικό πλήρωσης αυτό αναφέρεται και περιγράφεται, καθόσον η παρουσία του είναι καθοριστική στη διακύμανση της διατμητικής αντοχής της. (Κούκης,2002 ) 30

31 Σχήμα 1.3στ: Άνοιγμα ασυνεχειών ΥΛΙΚΟ ΠΛΗΡΩΣΗΣ (Filling) Υλικό πλήρωσης είναι το υλικό που διαχωρίζει τα τοιχώματα μιας ασυνέχειας και μπορεί να είναι ασβεστιτικό, αργιλικό, αμμώδες, ιλυώδες κ.λπ. Το είδος και το πάχος του υλικού αυτού καθορίζουν τη διατμητική αντοχή της ασυνέχειας καθώς επίσης την παραμορφωσιμότητα και τη διαπερατότητα της. Η επίδραση του πάχους του υλικού πλήρωσης στη διατμητική αντοχή μιας τραχείας ασυνέχειας φαίνεται ενδεικτικά στο Σχήμα 4.9.1, όπου το υλικό πλήρωσης είναι τριμμένος μαρμαρυγίας (GOODMAN, 1970). Αύξηση του πάχους του υλικού πλήρωσης (f) μειώνει τη διατμητική αντοχή της ασυνέχειας και αυτή τείνει προς την αντίστοιχη του υλικού πλήρωσης. Επίσης, υπάρχει του (a) (μέγεθος προεξοχών ασυνέχειας, δηλαδή τραχύτητα) έχει τα ίδια όπως παραπάνω αποτελέσματα. Στην περίπτωση που η διατμητική αντοχή της ασυνέχειας οριοθετείται από αυτή του υλικού πλήρωσης (δηλαδή υπάρχει μεγάλο πάχος υλικού και 31

32 μικρή τραχύτητα), τότε εξετάζεται η συμπεριφορά του υλικού αυτού σύμφωνα με τις μεθόδους της κλασσικής Εδαφομηχανικής (δειγματοληψία, κοκκομετρική διαβάθμιση - πλαστικότητα, διατμητική αντοχή κ.λπ.). (Κούκης,2002 ) Σχήμα 1.3ζ: Επίδραση του υλικού πλήρωσης στη διατμητική αντοχή μιας ασυνέχειας (GOODMAN, 1970). ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΥΠΟΓΕΙΟΥ ΝΕΡΟΥ (Seepage) Το νερό που κυκλοφορεί στις ασυνέχειες προκαλεί υδραυλικές, φυσικές, μηχανικές και χημικές δράσεις οι οποίες αποτελούν σημαντικούς παράγοντες στη μηχανική συμπεριφορά της βραχόμαζας (αντοχή, παραμορφωσιμότητα, ανθεκτικότητα στο χρόνο κ.λπ.). Ο ρόλος της παρουσίας του υπόγειου νερού στις ασυνέχειες μπορεί κυρίως να προκαλέσει: Σημαντική μεταβολή στην ενεργή αντοχή της βραχόμαζας Διαβρωτικές δράσεις και γενικά πρόκληση ποιοτικής αλλοίωσης της βραχόμαζας (αποσάθρωση, καρστικοποίηση, μείωση ανθεκτικότητας κ.λπ.). Η παρουσία υπόγειου νερού στις ασυνέχειες μπορεί ημιποσοτικά να περιγραφεί σύμφωνα με τον Πίνακα για ασυνέχειες με ή χωρίς υλικό πλήρωσης (I.S.R.M., 1981). Για πρακτικούς όμως λόγους και επειδή οι περιγραφές του παραπάνω πίνακα αναφέρονται κυρίως σε υπόγειες εκσκαφές όπου συνήθως εμφανίζονται και οι περιγραφόμενες κατηγορίες, σε συνηθισμένες περιπτώσεις έρευνας (π.χ. επιφανειακές παρατηρήσεις) χρησιμοποιούνται απλές περιγραφές (ξερή, υγρή, στάγδην ροή, συνεχής ροή). (Κούκης,2002 ) 32

33 Πίνακας 1.3ε: Περιγραφή κατάστασης υπόγειου νερού σε ασυνέχειες χωρίς ή με υλικό πλήρωσης (Κούκης,2002 ) Κατηγορία Χωρίς υλικό πλήρωσης Με υλικό πλήρωσης I Υλικό πολύ στερεοποιημένο και Πολύ κλειστή και στεγνή χωρίς αδιαπέρατο χωρίς δυνατότητα πιθανότητα εμφάνισης νερού εμφάνισης νερού II Στεγνή χωρίς παρουσία νερού Υλικό υγρό χωρίς ελεύθερο νερό III Στεγνή με ένδειξη νερού Υλικό υγρό με παρουσία σταγόνων IV Υγρή χωρίς ελεύθερο νερό Υλικό με ενδείξεις απόπλυσης και με συνεχή ροή νερού V Ροή νερού όχι συνεχής αλλά με Υλικό τοπικά αποπλυσμένο με μορφή σταγόνων σημαντική ροή νερού VI Συνεχής ροή νερού Υλικό εντελώς αποπλυσμένο με ροή νερού υπό πίεση 1.4 Η ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ ΚΡΙΤΗΡΙΟΥ Mohr-Coulomb ΣΤΙΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΕΣ Θεωρούμε ένα βράχο ο οποίος χαρακτηρίζεται από μία δέσμη διακλάσεων. Η διατμητική αντοχή των ασυνεχειών ορίζεται με την ευθεία ΙΙ (Σχήμα). Έστω ότι το τασικό πεδίο που ενεργεί σε ένα σημείο του βράχου πού βρίσκεται κάτω από ένα θεμέλιο ορίζεται με τον κύκλο του Mohr που παρουσιάζεται στο Σχήμα. Η δέσμη είναι κάθετη στο τασικό πεδίο και σχηματίζει γωνία β 3 με τον άξονα της ελάχιστης κύριας τάσης σ 3 από το σημείο που εξετάζουμε διέρχεται μία διάκλαση της δέσμης. Στην περίπτωση εφαρμογής του κριτηρίου Mohr-Coulomb στις ασυνέχειες, η τομή του κύκλου του Mohr με την ευθεία θραύσης ΙΙ δε σημαίνει ότι έχουμε υπέρβαση της διατμητικής αντοχής στην ασυνέχεια. Για να βρούμε αν είμαστε σε συνθήκες θραύσης ή αν έχουμε ασφάλεια θα πρέπει να λάβουμε υπόψη τη διάταξη των διακλάσεων. Να προσδιορίσουμε δηλαδή το μέγεθος της διατμητικής τάσης που ενεργεί στο επίπεδο της διάκλασης και το μέγεθος της διαθέσιμης σε αυτή διατμητικής αντοχής. Από το κέντρο του κύκλου φέρνουμε την ακτίνα που σχηματίζει γωνία 2β 3 με τον άξονα των ορθών τάσεων σ. Η τεταγμένη και η τετμημένη του σημείου τομής της ακτίνας με τον κύκλο ορίζουν αντίστοιχα τη διατμητική τάση τα και την ορθή τάση σ που ενεργούν στο επίπεδο της διάκλασης. Συγκρίνοντας τη διατμητική αντοχή με τη διατμητική τάση τα βρίσκουμε αν στο συγκεκριμένο 33

34 σημείο έχουμε υπέρβαση της διατμητικής αντοχής ή αν έχουμε ασφάλεια. Στην περίπτωση του παραδείγματος υπάρχει ασφάλεια ίση με το λόγο. (Μαραγκός,2009) Οι τάσεις που ασκούνται στο επίπεδο μιας διάκλασης η οποία σχηματίζει γωνία β 3 με τον άξονα της σ3 ορίζονται με τις εξισώσεις: 1.5 ΤΟ ΕΜΠΕΙΡΙΚΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ Hoek-Brown Oı Hoek, Brown βασιζόμενοι στις θεωρίες θραύσης του Griffith( ) και των McClintock,Walsh (1962) παρουσίασαν το 1980 ένα εμπερικό κριτήριο αστοχίας. Το κριτήριο αυτό δεν ορίζει ( όπως το κριτήριο Mohr-Coulomb) την τιμή της διατμητικής τάσης τα για την οποία αστοχεί ένα υλικό αλλά την τιμή της κύριας τάσης σ1(σ1>σ3=σ2) για την οποία επέρχεται η θραύση. Το κριτήριο ( η γραφική του παράσταση παρουσιάζεται στο σχήμα), αναφέρεται σε βράχο με ομοιόμορφη κατάτμηση και ορίζεται με την εξίσωση σ 1 = η μέγιστη κύρια ενεργός τάση κατά τη θραύση. σ 3 = η ελάχιστη κύρια ενεργός τάση που εφαρμόζεται στο δοκίμιο. σ c = η αντοχή σε απλή θλίψη του πετρώματος το οποίο συνθέτει το δοκίμιο εκφράζει τη συνεισφορά της συμπαγούς ύλης στην αντοχή το δοκιμίου. m, s: σταθερές οι οποίες εξαρτώνται από τις ιδιότητες του βράχου και από το βαθμό στον 34

35 οποίο ο βράχος είναι σπασμένος πριν υποβληθεί στις τάσεις σ 1,σ 3. m r,s r : σταθερές οι οποίες αναφέρονται στην παραμένουσα αντοχή. Η αντοχή σε θλίψη του δοκιμίου προσδιορίζεται αν στο κριτήριο Hoek-Brown θέσουμε όπου σ 3 =0. Για τον συμπαγή βράχο: σ cmasshb =σ c, s=1. Για τον ασυνεχή βράχο s<1. Για τον κερματισμένο βράχο: s=0. Η αντοχή σε εφελκυσμό του δοκιμίου προσδιορίζεται αν στο κριτήριο θέσουμε όπου σ 1 =0 και λύσουμε την εξίσωσης ως προς τη σ 3 : αν s=0 τότε σt mass =0. Για το συμπαγές υλικό με s=1 και m>>1 τότε Το 1992 oı Hoek, Brown παρουσίασαν μία νέα τροποποιημένη σχέση του κριτηρίου Στην παραπάνω σχέση η παράμετρος m συμβολίζεται με m b. Η ανάγκη να τροποποιηθεί το κριτήριο προέκυψε όταν πρόσθετα εμπειρικά στοιχεία έδειξαν ότι η εφαρμογή της αρχικής σχέσης πρέπει να περιοριστεί μόνο σε καλής ποιότητας βράχο, κυρίως σε βράχους οι οποίοι χαρακτηρίζονται από γωνιώδη στοιχεία κατάτμησης τα οποία βρίσκονται σε στενή επαφή μεταξύ τους. Στην περίπτωση αυτή η παραπάνω σχέση γράφεται 35

36 Για βράχο φτωχής ποιότητας και κυρίως όταν η επαφή μεταξύ των στοιχείων κατάτμησης έχει εν μέρει καταστραφεί ( από διάτμηση ή από αποσάθρωση ), η αντοχή σε ελκυσμό του βράχου και η συνοχή είναι μηδενικές. Στις περιπτώσεις αυτές στην παραπάνω εξίσωση εισάγουμε όπου s=0: Σχήμα 1.5α: Το εμπειρικό κριτήριο αστοχίας Hoek-Brown 36

37 1.6 ΤΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ Papaliangas ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ ΒΡΑΧΩΝ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ ΒΡΑΧΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η μηχανική συμπεριφορά της βραχόμαζας εξαρτάται σε σημαντικό βαθμό από τη χωροδιάταξη και τα μηχανικά και γεωμετρικά χαρακτηριστικά των ασυνεχειών που τη διατέμνουν. Ιδιαίτερα η μηχανική συμπεριφορά των ασυνεχειών αποτελεί βασικότατο παράγοντα για την επίλυση σύνθετων προβλημάτων βραχομηχανικής. Οι μεγάλες ικανότητες των σύγχρονων προγραμμάτων ηλεκτρονικού υπολογιστή που υπάρχουν για την επίλυση τέτοιων προβλημάτων μπορούν τότε και μόνο να αξιοποιηθούν, όταν η ποιότητα και η αξιοπιστία των δεδομένων εισαγωγής που χρησιμοποιούνται είναι ανάλογες, κάτι όμως που δυστυχώς δε συμβαίνει (Hoek, 1994). Ιδιαίτερα όσο αφορά στις ασυνέχειες, η μηχανική τους συμπεριφορά εξαρτάται από την τραχύτητα που είναι ένα μέγεθος τυχαία μεταβαλλόμενο, και αυτό δυσκολεύει σημαντικά την προσομοίωση της διατμητικής τους συμπεριφοράς. Γι αυτό και τα πιο πολλά κριτήρια διατμητικής αντοχής πολλές φορές αποτυγχάνουν να κάνουν αξιόπιστες προβλέψεις. Έτσι γίνεται συχνά χρήση απλών εμπειρικών κριτηρίων, που βασίζονται σε ανάλυση πειραματικών δεδομένων ή αντίστροφες αναλύσεις πραγματικών αστοχιών, γεγονός που συνεπάγεται μια αδυναμία γενίκευσης τους. Στην εργασία αυτή παρουσιάζεται ένα νέο απλό, θεωρητικό κριτήριο που μπορεί να εφαρμοστεί εύκολα για την αξιόπιστη εκτίμηση της διατμητικής αντοχής ασυνεχειών πετρωμάτων, τόσο στο εργαστήριο όσο και επί τόπου ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ Όταν σε μια ασυνέχεια εφαρμόζεται κάποια ορθή τάση, τα τοιχώματα της έρχονται σε επαφή σε ορισμένες μόνο περιοχές που αποτελούν ένα μικρό ποσοστό της συνολικής επιφάνειας. Η ορθή τάση σε αυτές τις περιοχές επαφής είναι τόσο υψηλή ώστε προκαλεί πλαστική "συγκόλληση" των δυο τμημάτων της ασυνέχειας (Terzaghi, 1925) όπως συμβαίνει στην περίπτωση των μετάλλων (Bowden & Tabor, 1950). Η ελάχιστη τιμή της πραγματικής ορθής τάσης που είναι ικανή να προκαλέσει πλαστική συμπεριφορά του υλικού είναι η τάση που αντιστοιχεί στη μετάβαση από ψαθυρή σε πλαστική συμπεριφορά (brittle-plastic transition) του βραχώδους υλικού. Γίνεται λοιπόν δεκτό ότι τη στιγμή της μέγιστης διατμητικής αντοχής οι περιοχές επαφής βρίσκονται στη μεταβατική περιοχή ψαθυρής-πλαστικής συμπεριφοράς. Οι δημιουργημένοι με αυτό τον τρόπο "κόμβοι επαφής" είναι κατανεμημένοι σε όλη την επιφάνεια της ασυνέχειας, και έχουν διαφορετική κλίση σε σχέση με το μέσο επίπεδο της (Σχήμα). 37

38 Σχήμα 1.6.2α: Επαφή δυο τραχειών βραχωδών επιφανειών Η εφαρμογή μιας διατμητικής δύναμης θα προκαλέσει σχετική ολίσθηση των δυο τμημάτων της ασυνέχειας κατά μήκος ενός κεκλιμένου επιπέδου η διεύθυνση του οποίου εξαρτάται από τη μέση κλίση των περιοχών επαφής. Κατά συνέπεια η διατμητική αντίσταση σε οποιαδήποτε ορθή τάση μπορεί να θεωρηθεί ότι προέρχεται από αποτίμηση των πλαστικών κόμβων επαφής, η οποία πραγματοποιείται κατά μήκος αυτού του κεκλιμένου επιπέδου, εξαιτίας του οποίου προκαλείται διαστολή. Επομένως η αντίσταση αυτή αποτελείται από δυο επιμέρους συνιστώσες, μιας που οφείλεται στη διατμητική αντοχή του υλικού των τοιχωμάτων σε εντατική κατάσταση υψηλών τάσεων και μιας γεωμετρικής συνιστώσας που οφείλεται στη μέση κλίση των περιοχών επαφής. Επειδή γίνεται δεκτό ότι οι κόμβοι επαφής βρίσκονται στο όριο ψαθυρής-πλαστικής συμπεριφοράς, η διατμητική αντίσταση είναι ίση με την αντίσταση τριβής (Orowan, 1960) και άρα η πρώτη συνιστώσα είναι ανάλογη της ορθής τάσης, ανεξάρτητη της τραχύτητας και της κλίμακας. Η δεύτερη συνιστώσα οφείλεται στην επιφανειακή τραχύτητα και εξαρτάται από την ορθή τάση. Κατά συνέπεια το μέγεθος της συνιστώσας τριβής μπορεί να προσδιοριστεί από τη γωνία τριβής του υλικού των τοιχωμάτων. Για τον προσδιορισμό του μεγέθους της γεωμετρικής συνιστώσας εφαρμόζονται οι αρχές της "θεωρίας ορθής επαφής" των Greenwood & Williamson (1966), με αξιοποίηση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών της επιφάνειας. 38

39 1.6.3 ΤΟ ΝΕΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ Με βάση τον προεκτεθέντα ρεαλιστικό μηχανισμό διάτμησης, έχει αναπτυχθεί ένα νέο μη γραμμικό κριτήριο μέγιστης διατμητικής αντοχής ασυνεχειών που έχει τη γνωστή απλή μορφή p ntan( m ) όπου τp η μέγιστη διατμητική αντοχή σn η ορθή τάση φm η γωνία τριβής του υλικού των τοιχωμάτων της ασυνέχειας και ψ η γωνία διαστολής που αντιστοιχεί στη μέγιστη διατμητική αντοχή. Η τιμή της γωνίας αυτής δίνεται από τη σχέση (Papaliangas κ.α., 1995α) όπου tan tan log / log nt n nt no ψο η μέγιστη γωνία κλίσης των μικροεξοχών της επιφάνειας και σnτ η ορθή τάση η οποία εμποδίζει πλήρως την ασυνέχεια να διασταλεί. Η τάση σno εκφράζει μια μικρή τιμή της ορθής τάσης η οποία προκαλεί μηδενική παραμόρφωση στην επιφάνεια της ασυνέχειας, και μπορεί να ληφθεί π.χ. 1 kpa Σχήμα 1.6.3α: περιβάλλουσες διατμητικές αντοχές συμφώνα με το νέο κριτήριο 39

40 Στο Σχήμα 1.6.3α δίνονται τρεις οικογένειες περιβαλλουσών διατμητικής αντοχής, σύμφωνα με το νέο κριτήριο, κάθε μια από τις οποίες αντιστοιχεί σε διαφορετική τιμή της γωνίας ψ0, ενώ σε κάθε καμπύλη αναφέρεται η αντίστοιχη τιμή της παραμέτρου σnτ. Για λόγους απλότητας π τιμή της γωνίας τριβής φm έχει ληφθεί ίση με 390 σε όλες τις περιπτώσεις. Γίνεται δεκτό ότι η τιμή της μέγιστης γωνίας τριβής δεν μπορεί να υπερβεί τις 70 (arctan(τ/σn) =70 όπως προτάθηκε από τους Barton & Choubey (1977), γι αυτό και στο δεξιό διάγραμμα το αρχικό τμήμα της καμπύλης έχει αντικατασταθεί από την ευθεία τ = σ tan70. Ο προσδιορισμός των τριών βασικών παραμέτρων του κριτηρίου, ήτοι των φm, ψο και σnτ μπορεί να γίνει ως εξής: α) Η γωνία φm μπορεί να προσδιοριστεί είτε από τριαξονικές δοκιμές σε συμπαγές δοκίμιο υπό πλευρική πίεση αρκετά υψηλή ώστε να προσεγγιστεί το όριο ψαθυρής-πλαστικής συμπεριφορά (Papaliangas, 1997α) ή από δοκιμές άμεσης διάτμησης σε ασυνέχειες, αν από τη μέγιστη διατμητική αντοχή αφαιρεθεί η γεωμετρική συνιστώσα διαστολή). β) Η μέγιστη γωνία κλίσης των μικροεξοχών της επιφάνειας ψο μπορεί να προσδιοριστεί άμεσα από μετρήσεις της επιφανειακής τραχύτητας. Επειδή η γωνία αυτή είναι ισοδύναμη με τη γωνία διαστολής, όταν ενεργοποιείται όλη η τραχύτητα (αμελητέα επιφανειακή φθορά), μπορεί να προκύψει στο εργαστήριο από δοκιμές διάτμησης υπό ορθή τάση που προέρχεται μόνο από το ίδιο βάρος του δοκιμίου. Στο ύπαιθρο, η γωνία αυτή μπορεί να προσδιοριστεί με φωτογραμμετρικές ή προφιλομετρικές μεθόδους ή τη μέθοδο (δίσκου-πυξίδας των Fecker & Rengers (1971). Σύμφωνα με την τελευταία, πραγματοποιείται ένας μεγάλος αριθμός μετρήσεων της γωνίας κλίσης και διεύθυνσης κλίσης της υπό εξέταση ασυνέχειας με τη βοήθεια κυκλικών δίσκων διαφόρων μεγεθών πάνω στους οποίους προσαρμόζεται μια γεωλογική πυξίδα όπως δείχνεται στο Σχήμα 1.6.3β(a). Οι μετρήσεις αυτές παριστάνονται σαν πόλοι σε στερεογραφικό διάγραμμα προβολών (Σχήμα 1.6.3β(α)), από το οποίο μπορούν να προκύψουν καμπύλες ίσης μέγιστης γωνίας κλίσης καθώς και η μεταβολή της μέγιστης γωνίας κλίσης με το μέγεθος των δίσκων (Σχήμα 1.6.3β(c)). Αν η επιφάνεια ολίσθησης δεν είναι ορατή, η γωνία ψ μπορεί να εκτιμηθεί από άλλες παρόμοιες επιφάνειες με ορατές εμφανίσεις ή με αναγωγή από μετρήσεις σε επιφάνειες δοκιμίων εργαστηριακής κλίμακας. Η τιμή της γωνίας ψ 0 εξαρτάται από το βήμα της διατμητικής μετατόπισης που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της. Μια κατάλληλη τιμή για το βήμα αυτό είναι το 0.2%L, όπου L το μήκος της ασυνέχειας, που σύμφωνα με τον Patton (1966) αντιστοιχεί στην τραχύτητα δευτέρας τάξεως. 40

41 γ) Τέλος η ορθή τάση σn Τ χαρακτηρίζει τη μετάβαση από διαστολική σε αδιάσταλτη διάτμηση και μπορεί να προσδιοριστεί πειραματικά με τη βοήθεια ενός διαγράμματος διαστολής- ορθής τάσης (tanψ logon) που προκύπτει από την (δια σειρά δοκιμών μέσης διάτμησης, που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της γωνίας φ Για κάθε μεμονωμένο δοκίμιο μπορεί να ληφθεί η τιμή της γωνίας ψο από μια δοκιμή διάτμησης υπό την επίδραση μόνο του ιδίου βάρους. Η δοκιμή αυτή προηγείται της κύριας δοκιμής στην οποία θα υποβληθεί το συγκεκριμένο δοκίμιο. Για τιμές της ορθής τάσης μεγαλύτερες της σnτ η τραχύτητα δεν παίζει κανένα ρόλο, ενώ η διατμητική αντοχή είναι ανάλογη της ορθής τάσης. Η αναλογία αυτή ισχύει μέχρι η διατμητική αντοχή της ασυνέχειας να γίνει ίση με τη διατμητική αντοχή του συμπαγούς υλικού. Πέρα από αυτή η διατμητική αντοχή είναι ίση με αυτή του συμπαγούς βραχώδους υλικού. Για φυσικές ασυνέχειες η τάση σnτ είναι σημαντικά χαμηλότερη και από τη θλιπτική αντοχή και από την τάση που προκαλεί την αλλαγή της συμπεριφοράς του υλικού από ψαθυρή σε πλαστική, όπως μαρτυρούν αποτελέσματα πολλών ερευνητών, όπως οι Goodman & Dubois (1972), Schneider (1976), Leichnitz (1985) κ.α. Έτσι αν θεωρήσουμε σαν τυπικές τιμές σnτ = 10MPa. και σno = 1kPa, η σχέση (2) δίνει: tan tan 4 log 10 nt n Η μεγάλη πρακτική σημασία των σχέσεων (2) και (3) βρίσκεται στη χρήση μιας απλής φυσικής παραμέτρου της επιφάνειας της ασυνέχειας, που μπορεί να μετρηθεί άμεσα, δηλ. της μέγιστης κλίσης των μικροεξοχών ενώ η τάση σnτ μπορεί να προσδιοριστεί από μια απλή σειρά δοκιμών σε δείγματα φυσικής ασυνέχειας, χωρίς να απαιτείται οποιαδήποτε ειδική προετοιμασία επιφανειών τους. Για τους περισσότερους τύπους υγιών βράχων η τιμή της γωνίας τριβής φm όπως προσδιορίζεται από τριαξονικές δοκιμές βρίσκεται μεταξύ 33 και 43. Οι χαμηλότερες τιμές αντιστοιχούν ορισμένους τύπους βράχων χαλαζιακής σύστασης ενώ οι μεγαλύτερες σε βράχους ασβεστιτικής σύστασης (Παπαλιάγκας 1996). Μπορεί όμως να υπάρξουν περιπτώσεις με αισθητά χαμηλότερες τιμές σε περιπτώσεις πετρωμάτων όπως σχιστόλιθοι, φυλλίτες και γενικά πετρώματα πλούσια σε ορυκτά χαμηλής διατμητικής 41

42 Σχήμα 1.6.3β: Μέτρηση τραχύτητας στο ύπαιθρο (κατά Fecker & Rengers, 1971) αντοχής, ή όταν τα τοιχώματα εμφανίζουν αποσάθρωση ή είναι καλυμμένα με επιστρώσεις εδαφικών υλικών ή ορυκτών χαμηλής γωνίας τριβής. Χαμηλότερες γωνίες τριβής, ιδιαίτερα σε χαμηλές ορθές τάσεις προκύπτουν επίσης σε περιπτώσεις που η επιφάνεια μιας ασυνέχειας έχει λειανθεί λόγω κάποιας φυσικής ή τεχνικής διεργασίας. Στην περίπτωση αυτή η τιμή' γωνίας φm πρέπει να προσδιοριστεί μόνο από δοκιμές άμεσης διάτμησης, όπως αναπτύχθηκε στα προηγούμενα, επειδή οι τριαξονικές δοκιμές δεν είναι ικανές "αντιλαμβάνονται" πλήρως τα διαφοροποιημένα επιφανειακά χαρακτηριστικά των ασυνεχειών. Το νέο κριτήριο δεν μπορεί να εφαρμοστεί στην περίπτωση ασυνεχειών με υλικό πληρώσεως, για τις οποίες άλλα κριτήρια είναι ποιο ενδεδειγμένα(papaliangas k.a 1993 και 1995). 42

43 1.7 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΤΑΣΕΩΣ ΒΡΑΧΥΝΣΕΩΣ ΤΟΥ ΠΕΤΡΩΜΑΤΟΣ ΠΛΗΡΕΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΤΑΣΕΩΣ ΒΡΑΧΥΝΣΕΩΣ Στο τμήμα ΟΑ, που έχει το κοίλο στραμμένο προς τα πάνω και είναι κατά κανόνα μικρό. Στο τμήμα αυτό παρατηρείται ταχεία αύξηση της βραχύνσεως. Αυτή οφείλεται στο κλείσιμο των πόρων του πετρώματος και των μικρορωγμών, που προϋπήρχαν σε αυτό, εφόσον είναι κατάλληλα προσανατολισμένες σε σχέση με την εφαρμοζόμενη τάση. Το τμήμα αυτό μπορεί να θεωρηθεί χονδρικά ότι είναι ανάλογο σε μήκος με το πορώδες του πετρώματος. Στο τμήμα ΑΒ το πέτρωμα παρουσιάζει μια σχεδόν ευθύγραμμη αξονική και πλευρική σχέση μεταξύ τάσεως- παραμορφώσεως, που είναι αναστρέψιμη. Οι πόροι και οι μικρορωγμές θεωρείται ότι έχουν κλείσει στο τμήμα αυτό και μόνο ολίσθηση μεταξύ των απέναντι επιφανειών μπορεί να συμβεί εδώ. Στο τμήμα ΒΓ, που θεωρείται ότι συμβαίνει, με σταθερό ρυθμό και σε όλο το πέτρωμα και κατά ανεξάρτητο μεταξύ τους τρόπο, όπως δείχνει το Σχ., επέκταση διαφόρων μικρορωγμών, που προυπήρχαν. Κατά της αποφόρτιση του δοκιμίου, είναι δυνατόν να παρατηρηθεί μικρή υστέρηση, αλλά γενικά μέχρι το σημείο Γ δεν προκαλούνται στο πέτρωμα μόνιμες παραμορφώσεις. Πρακτικά δε μπορεί να θεωρηθεί ότι η όλη συμπεριφορά του πετρώματος μέχρι το σημείο Γ είναι γραμμικά ελαστική και επομένως ακολουθεί το νόμο του Hooke. Στο τμήμα ΓΔ που αρχίζει συνήθως σε εντατική κατάσταση της τάξεως των 2/3 εώς 3/4 της μέγιστης, η κλίση της καμπύλης dσ/dε μειώνεται μέχρι μηδενισμού της στο σημείο Δ που δίνει την μέγιστη ένταση. Το τμήμα αυτό χαρακτηρίζεται από ταχεία επιτάχυνση του ρυθμού μικρορηγματώσεως. Η ανάπτυξη των μικρορωγμών δεν είναι πλέον τυχαία. Πραγματοποιείται σε περιοχές υψηλών τάσεων και οι μικρορωγμές αρχίζουν να ενώνονται μεταξύ τους και να σχηματίζουν εφελκυστικές ρωγμές ή επίπεδα διατμήσεως, ανάλογα με το πέτρωμα και τις συνθήκες δοκιμής. Αλλεπάλληλοι κύκλοι φορτίσεως και αποφορτίσεως σχηματίζουν βρόγχους σαν τον ΡΣΤ του σχήματος με μόνιμη πλέον παραμόρφωση του πετρώματος. Συνεπώς το πέτρωμα στην περιοχή αυτή συμπεριφέρεται σαν πλαστικό υλικό. Από τα ανωτέρω προκύπτει ότι στο υπόψη διάγραμμα το σημείο Γ είναι ταυτόχρονα το όριο αναλογίας και το όριο ελαστικότητας του πετρώματος, δηλαδή το ανώτατο όριο φορτίσεως του μέχρι του οποίου δεν παρατηρούνται μόνιμες πραραμορφώσεις. Στο σημείο ΔΕ το πέτρωμα πέρασε την μέγιστη ένταση, που μπορεί να δεχθεί και αρχίζει πλέον να γίνεται διαρκώς ασθενέστερο καθώς αυξάνει η παραμόρφωση του. Η εξωτερική του μορφή φαίνεται ακόμη άθικτη αλλά εσωτερικά η δομή του έχει διαταραχθεί, 43

44 όπως δείχνει το σχήμα. Οι μικρορωγμές συγκεντρώνονται και σχηματίζουν πλέον σαφείς μακρορωγμές ή ρήγματα. Στο τελευταίο τμήμα ΕΖ το πέτρωμα συμπεριφέρεται περισσότερο σαν να αποτελείται από μια σειρά τεμαχίων παρά σαν συνεχές υλικό. στην αρχή είναι δυνατό να παρατηρηθεί δευτερογενής θραύση κατά μήκος διατμητικών επιπέδων. Στην συνέχεια παρατηρείται ολίσθηση τεμαχίων του ένα προς το άλλο και η δύναμη, που αντιδρά στο επιβαλλόμενο φορτίο, φθάνει τελικά σε μία σταθερή τιμή, που ισούται με την αντίσταση τριβής σε ολίσθηση των τεμαχίων. (Τσουτρέλη,1985) Σχήμα 1.7α: διάγραμμα τάσεως-παραμορφώσεως ΌΛΚΙΜΗ ΚΑΙ ΨΑΘΥΡΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΠΕΤΡΩΜΑΤΟΣ Το διάγραμμα τάσεως-παραμορφώσεως του σχήμα δείχνει διάφορες καταστάσεις από τις οποίες διέρχεται το πέτρωμα καθώς καταπονείται. Μέχρι το σημείο Γ το πέτρωμα συμπεριφέρεται σαν ελαστικό σώμα, ενώ πέρα από αυτό η συμπεριφορά του χαρακτηρίζεται σαν πλαστική. Ειδικότερα σαν όλκιμη συμπεριφορά χαρακτηρίζεται η πλαστική εκείνη κατάσταση του υλικού που καθώς σε αυτό αυξάνεται η μόνιμη παραμόρφωσή του, συνεχίζει να αυξάνεται και η αντίστασή του προς το επιβαλλόμενο φορτίο. Στη πράξη έχει επικρατήσει να χαρακτηρίζονται γενικά σαν όλκιμα τα υλικά εκείνα, που παραμορφώνονται σημαντικά προ της θραύσεως, ενώ ψαθυρά ονομάζονται εκείνα που θραύονται χωρίς να υποστούν σημαντικές παραμορφώσεις. Έτσι τα περισσότερα μέταλλα 44

45 χαρακτηρίζονται σαν όλκιμα και τα περισσότερα πετρώματα σαν ψαθυρά υλικά. Χαρακτηριστικό των ψαθυρών υλικών είναι ότι η αντοχή τους σε θλίψη είναι πάντοτε πολύ μεγαλύτερη εκείνης σε εφελκυσμό. (Τσουτρέλη,1985) ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΠΛΕΥΡΙΚΗΣ ΠΙΕΣΕΩΣ ΣΤΟ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΤΑΣΕΩΣ ΒΡΑΧΥΝΣΕΩΣ (ΤΡΙΑΞΟΝΙΚΗ ΔΟΚΙΜΗ) Είναι γνωστό πως αν ταυτόχρονα με την άσκηση αξονικού φορτίου εφαρμοσθεί και πλευρική πίεση σε ένα δοκίμιο πετρώματος, τότε αυξάνει η αντοχή του καθώς και η ολκιμότητά του. Η πλευρική αυτή πίεση εφαρμόζεται με την βοήθεια ελαίου και η ονομασία της δοκιμής αυτής ονομάζεται «τριαξονική δοκιμή». (Τσουτρέλη,1985) 45

46 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΜΕΡΟΣ 2.1 ΜΑΡΜΑΡΑ ΜΑΡΜΑΡΑ ΤΗΣ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ Τα μάρμαρα της Ανατολικής Μακεδονίας καλύπτουν επιφανειακή έκταση km2 περίπου και διακρίνονται σε ασβεστιτικά, δολομιτικά και σιπολινικά. Οι ποιοτικοί εμπορικοί τύποι που παράγονται, διαμορφώνονται ανάλογα με την χημική ορυκτολογική σύσταση, τον χρωματισμό, την κοκκομετρία, το είδος της τεκτονικής παραμόρφωσης και τις φυσικομηχανικές ιδιότητες των υπό εκμετάλλευση μαρμάρων. Στο ελληνικό και διεθνές εμπόριο κυκλοφορούν περισσότεροι από 40 εμπορικοί τύποι μαρμάρων της Αν. Μακεδονίας. Μεγαλύτερη αξία έχουν τα χιονόλευκα και λευκά δολομιτικά μάρμαρα και ακολουθούν τα λευκά ημίλευκα ασβεστιτικά μάρμαρα. ( ΣΥΝΕΔΡΙΟ ΙΓΜΕ) ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΤΗΣ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ Ο χώρος της Ανατολικής Μακεδονίας ανήκει γεωλογικά στη Δυτική Ροδόπη, η οποία δομείται από την Κατώτερη Τεκτονική Ενότητα (Ενότητα Παγγαίου) με πετρώματα χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης (πρασινοσχιστολιθική φάση) και την Ανώτερη Τεκτονική Ενότητα (Ενότητα Σιδηρόνερου) με πετρώματα μεταμορφωμένα στην ανώτερη αμφιβολιτική φάση (Μπόσκος κ.ά. 1998). Τα μεταμορφωμένα πετρώματα της Δ. Ροδόπης, με βάση τα λιθολογικά χαρακτηριστικά τους μπορούν να χωριστούν σε τρεις λιθολογικές ενότητες (Chatzipanagis 1990), οι οποίες από τα παλαιότερα προς τα νεότερα είναι : α) Ενότητα γνευσίων του υπόβαθρου, β) Ενότητα εναλλαγών γνευσίων, σχιστολίθων, μαρμάρων, αμφιβολιτών και γ) Ενότητα μαρμάρων. (ΣΥΝΕΔΡΙΟ ΙΓΜΕ) ΛΙΘΟΛΟΓΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΗΣ ΕΝΟΤΗΤΑΣ ΜΑΡΜΑΡΩΝ Αποτελούν την ανώτερη λιθολογική ενότητα της αλπικής ροδοπικής λεκάνης, καλύπτοντας συνολική επιφανειακή έκταση km2 περίπου, στις περιοχές των ορέων Όρβηλου, Μενοίκιου, Παγγαίου, Φαλακρού, Θάσου και Λεκάνης (Σχ. 1). Με βάση τη χημική ορυκτολογική τους σύσταση τα μάρμαρα μπορούν να διαιρεθούν σε τρεις σειρές (Χατζηπαναγής κ.ά. 1993), οι οποίες από τα κατώτερα στα ανώτερα είναι : 46

47 1. Σειρά ταινιωτών σιπολινικών μαρμάρων Εμφανίζονται στη βάση της Ενότητας, με μέγιστο πάχος 200 m περίπου. Είναι λεπτοπλακώδη και αποτελούνται από ασβεστίτη (90%), χαλαζία (5-6%), δολομίτη (2-3%) και γραφίτη (1-2%). Σαν επουσιώδη ορυκτά συμμετέχουν: μαρμαρυγίας, χλωρίτης, τρεμολίτης, άστριοι, απατίτης, επίδοτο και μεταλλικά ορυκτά. Ο ασβεστίτης είναι συνήθως μεσόκοκκος και ο χαλαζίας υπερλεπτόκοκκος. Ο τελευταίος εμφανίζεται άλλοτε διάσπαρτος και άλλοτε σε λεπτότατες ταινίες ή οφθαλμούς. Ο γραφίτης είναι λεπτόκοκκος και εμφανίζεται τόσο διάσπαρτος όσο και μέσα στις χαλαζιακές ταινίες, δίνοντάς τους μελανότεφρο χρώμα. Οι ταινίες του χαλαζία μαζί με το γραφίτη και τα προσανατολισμένα φυλλώδη ορυκτά δημιουργούν αλλεπάλληλα επίπεδα σχιστότητας με εμφανείς αποτυπωμένες δομές πλαστικής παραμόρφωσης (πτυχές, boundinage, κ.λπ.). Η σειρά αποτελεί το 20% της Ενότητας, καθώς καλύπτει περίπου 350 km 2 επιφανειακή έκταση. ( ΣΥΝΕΔΡΙΟ ΙΓΜΕ) 2. Σειρά δολομιτικών μαρμάρων Καλύπτουν περίπου 80 km 2 επιφανειακή έκταση, αποτελώντας μόνο το 4,5% του συνόλου των ανθρακικών πετρωμάτων. Εμφανίζονται υπό μορφή μικρών ή τεράστιων φακών, μέγιστου πάχους 300 m (Βουγιούκας κ.ά. 2001α). Παρά το γεγονός ότι τα δολομιτικά μάρμαρα εμφανίζονται συνήθως αποκομμένα μεταξύ τους, λόγω έντονης τεκτονικής παραμόρφωσης (πτυχές, boundinage), αλλά και πιθανόν αρχικών ιζηματογενών δομών (πλευρικές αποσφηνώσεις) αποτελούν ένα σαφώς καθορισμένο λιθοστρωματογραφικό σχηματισμό, καθώς βρίσκονται σχεδόν πάντα μεταξύ των κατώτερων σιπολινικών και των ανώτερων ασβεστιτικών μαρμάρων, με σταθερή χημικήορυκτολογική σύσταση στο κέντρο και βαθμιαία μετάβαση τόσο προς τη βάση όσο και προς την οροφή. Το ποσοστό του περιεχόμενου δολομίτη κυμαίνεται μεταξύ 92-99%, με μικρά ποσοστά ασβεστίτη (1-8%) συνήθως υπό μορφή διάσπαρτων κόκκων ανάμεσα στους κρυστάλλους του δολομίτη. ( ΣΥΝΕΔΡΙΟ ΙΓΜΕ) 3. Σειρά ασβεστιτικών μαρμάρων Καλύπτουν περισσότερα από km 2 επιφανειακή έκταση στην Αν. Μακεδονία, με μέγιστο πραγματικό πάχος m περίπου (Χατζηπαναγής 1991). Πρόκειται για χοντροπλακώδη ή τελείως άστρωτα ασβεστιτικά μάρμαρα, με ασβεστίτη που φθάνει το 97% και δολομίτη γύρω στο 2-3%. Είναι κατά κανόνα μεσόκοκκα και σε ελάχιστες περιπτώσεις εμφανίζονται χονδρόκοκκα. Συνήθως περιέχουν μικροκρυσταλλικό γραφίτη σε ποσοστό τέτοιο ώστε το χρώμα τους να ποικίλλει από τεφρό, έως τεφρόλευκο. Κατά θέσεις εμφανίζονται ορίζοντες ή πάγκοι, περιορισμένου πάχους (3-4 m) με λευκό ή ημίλευκο χρώμα. ( ΣΥΝΕΔΡΙΟ ΙΓΜΕ) 47

48 Τα δείγματα του μαρμάρων που χρησιμοποιήθηκαν για πειραματικές δοκιμές μοιάζουν με τον παρακάτω τύπο μαρμάρου. Σχήμα 2.1.1α: Φυσικά,χημικά και μηχανικά χαρακτηριστικά Μαρμάρου Βώλακα Σχήμα 2.1.1β: Γεωλογικός Χάρτης στον οποίο φαίνονται και τα λατομικά κέντρα της Αν.Μακεδονίας 48

49 2.1.2 ΜΑΡΜΑΡΑ ΤΗΣ ΕΛΛΑΔΟΣ Όπως κάθε πέτρωμα έτσι και το μάρμαρο ποικίλει ανάλογα με την πηγή της προέλευσης του. Αυτό καθιστά αναγκαία την ύπαρξη χαρακτηριστικών που να διακρίνουν την ποιότητα του κάθε μαρμάρου. Τα χαρακτηριστικά αυτά είναι μηχανικά, φυσικά, χημικά και ορυκτολογικά. Έτσι ανάλογα με τις τιμές των παραπάνω χαρακτηριστικών ιδιοτήτων που έχει ένα δείγμα μαρμάρου μπορούμε να ξέρουμε από ποια περιοχή προέρχεται ή με ποιον τύπο μαρμάρου μοιάζει ανά την Ελλάδα. Παρακάτω παρουσιάζονται πίνακες με τις μέσες τιμές των φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων των Ελληνικών μαρμάρων καθώς και η ορυκτολογική σύσταση, η χημική σύσταση και οι φυσικοχημικές ιδιότητες ανά περιοχή. Πίνακας 2.1.2α: Μέσες τιμές φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων Ελληνικών μαρμάρων(βιδάκης και πατηνιώτης, 1989) 49

50 50

51 51

52 52

53 53

54 54

55 2.2 ΔΟΚΙΜΗ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ Η κυρίως διάταξη της δοκιμής άμεσης διάτμησης βράχου αποτελείται από τον δυναμοδακτύλιο(των 3, 10 και 30 KN) ο οποίος έρχεται σε επαφή μέσω χαλύβδινης σφαίρας με το άνω μεταλλικό πλαίσιο του δοκιμίου και καταγράφει την διατμητική παραμόρφωση μέσω ενός οριζόντιου μηκυνσιόμετρου. Επιπρόσθετα, υπάρχει ένα οριζόντιο μηκυνσιόμετρο το οποίο έρχεται σε επαφή με το κάτω μεταλλικό πλαίσιο του δοκιμίου και καταγράφει την οριζόντια (διατμητική) μετατόπιση. Στο κάτω μεταλλικό πλαίσιο του δοκιμίου επίσης, έρχεται σε επαφή από τα αριστερά το έμβολο της μηχανής TRISCAN 100 το οποίο επιβάλλει την διατμητική τάση. Αντίστοιχα στο πάνω τμήμα του δοκιμίου, τοποθετούνται δύο κατακόρυφα μηκυνσιόμετρα εκ δεξιών και αριστερών του κέντρου του δοκιμίου, πάνω σε ειδικά σχεδιασμένο κάναβο (βλ. Φωτ. 6).Όλες οι τιμές συλλέγονται μέσω του καταγραφικού MPX 3000, οι οποίες παρουσιάζονται με την μορφή διαγραμμάτων με το πρόγραμμα WINHOST. Αρχικά τίθενται σε λειτουργία η μηχανή TRISCAN 100, το καταγραφικό MPX 3000 καθώς και ο υπολογιστής στον οποίο είναι συνδεδεμένα όλα τα παραπάνω(βλ). Στην συνέχεια πραγματοποιείται η προετοιμασία του δοκιμίου με πρώτο στάδιο την τοποθέτηση του δοκιμίου σε μεταλλικά πλαίσια για ορθές τάσεις άνω των 5-6 KPa ή plexiglass για δοκιμές σε νεκρές ορθές τάσεις. Για την πρώτη δοκιμή άμεσης διάτμησης χρησιμοποιώ μια σπάτουλα ώστε να λειάνω και να επιπεδώσω την γύψο στο πάνω μέρος του υλικού εγκιβωτισμού του δοκιμίου που θα έρθουν σε επαφή τα μηκυνσιόμετρα μέτρησης της ορθής μετακίνησης. Στην συνέχεια κεντρώνω τον διανομέα στο πάνω μέρος του υλικού εγκιβωτισμού του δοκιμίου και σημειώνω το περίγραμμα του και σημειώνω με δυο βούλες εκατέρωθεν και σε απόσταση 1cm από τα άκρα του πάνω μέρους υλικού εγκιβωτισμού του δοκιμίου, όπου θα έρθουν σε επαφή τα δύο μηκυνσιόμετρα. Αφού πραγματοποιηθεί πρώτα η νεκρή τάση συνεχίζω με την επόμενη τάση που επιθυμώ και ανάλογα την τιμή διακρίνονται σε δυο περιπτώσεις: a. Για τάση <100 KPa: Γίνεται η τοποθέτηση του διανομέα εντός του περιγράμματος που είχε σχεδιαστεί κατά την προετοιμασία του δοκιμίου. Ύστερα τοποθετώ το πλαίσιο που στο κάτω μέρος του τοποθετούνται τα ανάλογα βάρη( το βάρος προκύπτει από καθορισμένο πίνακα του Excel). b. Για τάση >100 KPa: Η κέντρωση του δοκιμίου γίνεται ως προ το έμβολο της ορθής τάσης και μετά γίνεται η επιβολή της ορθής τάσης με τη βοήθεια της ανάλογης αντλίας 55

56 (controls ή ΕLE). H τιμή της ορθής τάσης προκύπτει από καθορισμένο πίνακα Excel. Είναι απαραίτητο να γίνεται σωστά η κέντρωση του δοκιμίου ως προς την οριζόντια διεύθυνση με άξονα αυτόν που δημιουργείται από το έμβολο του πλαισίου φόρτισης και από το δυναμοδακτύλιο. Για την εξασφάλιση της οριζόντιας διεύθυνσης τοποθετείται παράλληλα του άξονα του δοκιμίου δύο μεταλλικές μπάρες εκατέρωθεν αυτού. 2.3 ΣΥΛΛΟΓΗ ΚΑΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ (WINHOST V 4.34) Γενικά Για τις δοκιμές άμεσης διάτμησης καθώς και για τις δοκιμές τριαξονικής και μονοαξονικής(ανεμπόδιστης) θλίψης η ψηφιοποίηση των αποτελεσμάτων των δοκιμών, επιτεύχθηκε χρησιμοποιώντας την εφαρμογή WINHOST V 4.34(βλ. Εικόνα α.) της Datalogic. Είναι μία εφαρμογή σε λειτουργικό περιβάλλον WINDOWS.Τις τιμές των δοκιμών της ψηφιοποιεί μέσω του καταγραφικού ΜPX 3000 το οποίο είναι συνδεδεμένο στον ηλεκτρονικό υπολογιστή, και τις παρουσιάζει με την μορφή διαγραμμάτων. Με αυτό τον τρόπο ήταν δυνατό να παρακολουθούμε και να ελέγχουμε την πορεία της δοκιμής και σε ενδεχόμενο λάθος να επεμβαίνουμε Εικόνα 2.3α: Περιβάλλον WINHOST κατά την διάρκεια μιας δοκιμής άμεσης διάτμησης 56

57 Ειδικά Παράθυρο Controller configuration ( βλ. Εικόνα 2.3β.) Αρχικά, πατώντας την επιλογή Configuration της πάνω μπάρας των μενού και στην συνέχεια από το υπομενού την επιλογή controllers εμφανίζεται ένα παράθυρο στο οποίο από μία λίστα στα αριστερά του παραθύρου((βλ. εικόνα )θα πρέπει να επιλέξουμε τον κατάλληλο controller.στην προκειμένη περίπτωση επιλέγουμε Triaxial machines και πιο συγκεκριμένα την TRISCAN 100. Στα δεξιά του παραθύρου υπάρχει ένα πλαίσιο όπου επιλέγουμε τον ρυθμό(ταχύτητα) με τον οποίο πρόκειται να κάνουμε την δοκιμή με μονάδα μέτρησης mm/min(χιλιοστά ανά λεπτό). Όλες οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν με σταθερό ρυθμό το 1 mm/min.αριστερά του πλαισίου υπάρχουν δύο κουμπιά Fast Up και Fast Dn με τα οποία μετακινούμε το έμβολο της TRISCAN 100 πίσω-μπρος ώστε να τοποθετηθεί το δοκίμιο σε ευθεία με τον δυναμοδακτύλιο. Τέλος, κάτω από το πλαίσιο υπάρχουν τρία κουμπιά, από τα οποία χρησιμοποιήθηκαν μονό τα δύο, το UP/REV και το STOP όπου με το πρώτο αρχίζει η δοκιμή και με το δεύτερο σταματάει. Εικόνα 2.3β: Παράθυρο Controller Configuration 57

58 Παράθυρο DST ( βλ. Εικόνα 2.3γ.) Στο παράθυρο αυτό παρουσιάζονται τα τρία μηκυνσιόμετρα (N_Disp1, N_Disp2 και S_Disp) καθώς και ο δυναμοδακτύλιος(l_ring) όπου χρησιμοποιούνται κατά την δοκιμή. Αριστερά ο αριθμός 818 που απεικονίζεται σε κάθε ένα από τα παραπάνω αναφέρεται στον αριθμό της μέτρησης ο οποίος μεταβάλλεται μέχρι το πέρας της δοκιμής ενώ στα δεξιά είναι οι τιμές όπου παίρνουν αντίστοιχα. Εικόνα 2.3γ: Παράθυρο DST Αντίστοιχα για κάθε μηκυνσιόμετρο καθώς και για τον δυναμοδακτύλιο οι τιμές παρουσιάζονται συνολικά καθ όλη την διάρκεια της δοκιμής με την μορφή διαγραμμάτων πατώντας την επιλογή Views της πάνω μπάρας των μενού και στην συνέχεια από το υπομενού την επιλογή Channels (π.χ 01,02,03,04). 58

59 ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ SHEAR STRESS (kpa) 2.4 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΔΟΚΙΜΗΣ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ ΣΤΑΔΙΟ 1 ΔΟΚΙΜΗ ΑΜΕΣΗΣ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΑΣ DIRECT SHEAR TEST OF JOINTS ΔΟΚΙΜΙΟ / SAMPLE : ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΔΟΚΙΜΙΟΥ / SAMPLE CHARACTERISTICS ΜΗΚΟΣ / LENGTH 97,0 Mm ΠΛΑΤΟΣ / WIDTH 94,3 Mm ΥΨΟΣ / HEIGTH - Mm ΒΑΡΟΣ / WEIGTH 2809 Gr ΕΜΒΑΔΟ / AREA 9142,385 mm 2 ΟΡΘΗ ΤΑΣΗ / NORMAL STRESS 3,78 kpa B16RS01F ΜΕΓΙΣΤΕΣ ΤΙΜΕΣ / MAXIMUM VALUES MAX τ (kpa) τ m (kpa) ψ ( 0 ) τ (kpa) 6,49 2,51 6,49 τ m (kpa) 2,69 3,59 2,56 ψ ( 0 ) 24,38 10,55 25,65 φ m ( 0 ) 35,41 43,51 34,14 ΔH/L 0 (%) 0,799% 10,677% 0,830% k S (MPa) 0,81 0,024 0,782 ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ - ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ SHEAR STRESS - RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 0,0% 1,0% 2,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0% 7,0% 8,0% 9,0% 10,0% ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ / RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT (%) τ (kpa) τm (kpa) 59

60 ΔΙΑΣΤΟΛΗ / DILATION (mm) ΓΩΝΙΑ ΔΙΑΣΤΟΛΗΣ / DILATION ANGLE ( 0 ) ΔΙΑΣΤΟΛΗ - ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ DILATION - RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT 3, , , ,00 0-1, ,0% 1,0% 2,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0% 7,0% 8,0% 9,0% 10,0% ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ / RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT (%) DH (mm) ψ 60

61 ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ SHEAR STRESS (kpa) ΣΤΑΔΙΟ 2 ΔΟΚΙΜΗ ΑΜΕΣΗΣ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΑΣ DIRECT SHEAR TEST OF JOINTS ΔΟΚΙΜΙΟ / SAMPLE : ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΔΟΚΙΜΙΟΥ / SAMPLE CHARACTERISTICS ΜΗΚΟΣ / LENGTH mm ΠΛΑΤΟΣ / WIDTH 94.3 mm ΥΨΟΣ / HEIGTH - mm ΒΑΡΟΣ / WEIGTH 2809 gr ΕΜΒΑΔΟ / AREA mm 2 ΟΡΘΗ ΤΑΣΗ / NORMAL STRESS kpa B16RS01F ΜΕΓΙΣΤΕΣ ΤΙΜΕΣ / MAXIMUM VALUES MAX τ (kpa) τ m (kpa) ψ ( 0 ) τ (kpa) τ m (kpa) ψ ( 0 ) φ m ( 0 ) ΔH/L 0 (%) 0.535% 7.657% 2.652% k S (MPa) ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ - ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ SHEAR STRESS - RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT ,0% 1,0% 2,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0% 7,0% 8,0% 9,0% 10,0% ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ / RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT (%) τ (kpa) τm (kpa) 61

62 ΔΙΑΣΤΟΛΗ / DILATION (mm) ΓΩΝΙΑ ΔΙΑΣΤΟΛΗΣ / DILATION ANGLE ( 0 ) ΔΙΑΣΤΟΛΗ - ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ DILATION - RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT 4,00 3, , ,00 0,00-1,00-2,00-3,00-4, , ,0% 1,0% 2,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0% 7,0% 8,0% 9,0% 10,0% ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ / RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT (%) DH (mm) ψ 62

63 ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ SHEAR STRESS (kpa) ΣΤΑΔΙΟ 3 ΔΟΚΙΜΗ ΑΜΕΣΗΣ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΑΣ DIRECT SHEAR TEST OF JOINTS ΔΟΚΙΜΙΟ / SAMPLE : ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΔΟΚΙΜΙΟΥ / SAMPLE CHARACTERISTICS ΜΗΚΟΣ / LENGTH 97.0 mm ΠΛΑΤΟΣ / WIDTH 94.3 mm ΥΨΟΣ / HEIGTH - mm ΒΑΡΟΣ / WEIGTH 2809 gr ΕΜΒΑΔΟ / AREA mm 2 ΟΡΘΗ ΤΑΣΗ / NORMAL STRESS kpa B16RS01F ΜΕΓΙΣΤΕΣ ΤΙΜΕΣ / MAXIMUM VALUES MAX τ (kpa) τ m (kpa) ψ ( 0 ) τ (kpa) τ m (kpa) ψ ( 0 ) φ m ( 0 ) ΔH/L 0 (%) 1.744% 6.503% 3.010% k S (MPa) ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ - ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ SHEAR STRESS - RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT ,0% 1,0% 2,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0% 7,0% 8,0% 9,0% 10,0% ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ / RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT (%) τ (kpa) τm (kpa) 63

64 ΔΙΑΣΤΟΛΗ / DILATION (mm) ΓΩΝΙΑ ΔΙΑΣΤΟΛΗΣ / DILATION ANGLE ( 0 ) ΔΙΑΣΤΟΛΗ - ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ DILATION - RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT 2, , , , ,50 5 0,00 0-0,50-5 0,0% 1,0% 2,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0% 7,0% 8,0% 9,0% 10,0% ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ / RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT (%) DH (mm) ψ 64

65 ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ SHEAR STRESS (kpa) ΣΤΑΔΙΟ 4 ΔΟΚΙΜΗ ΑΜΕΣΗΣ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΑΣ DIRECT SHEAR TEST OF JOINTS ΔΟΚΙΜΙΟ / SAMPLE : ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΔΟΚΙΜΙΟΥ / SAMPLE CHARACTERISTICS ΜΗΚΟΣ / LENGTH 97.0 mm ΠΛΑΤΟΣ / WIDTH 94.3 mm ΥΨΟΣ / HEIGTH - mm ΒΑΡΟΣ / WEIGTH 2809 gr ΕΜΒΑΔΟ / AREA 5 mm ΟΡΘΗ ΤΑΣΗ / NORMAL STRESS kpa 2 B16RS01F ΜΕΓΙΣΤΕΣ ΤΙΜΕΣ / MAXIMUM VALUES MAX τ (kpa) τ m (kpa) ψ ( 0 ) τ (kpa) τ m (kpa) ψ ( 0 ) φ m ( 0 ) ΔH/L 0 (%) % 5.701% 1.712% k S (MPa) ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ - ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ SHEAR STRESS - RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT ,0% 1,0% 2,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0% 7,0% 8,0% 9,0% 10,0% ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ / RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT (%) τ (kpa) τm (kpa) 65

66 ΔΙΑΣΤΟΛΗ / DILATION (mm) ΓΩΝΙΑ ΔΙΑΣΤΟΛΗΣ / DILATION ANGLE ( 0 ) ΔΙΑΣΤΟΛΗ - ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ DILATION - RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT 2, , , ,50 5 0,00 0-0,50-5 0,0% 1,0% 2,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0% 7,0% 8,0% 9,0% 10,0% ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ / RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT (%) DH (mm) ψ 66

67 ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ SHEAR STRESS (kpa) ΣΤΑΔΙΟ 5 ΔΟΚΙΜΗ ΑΜΕΣΗΣ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΑΣ DIRECT SHEAR TEST OF JOINTS ΔΟΚΙΜΙΟ / SAMPLE : ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΔΟΚΙΜΙΟΥ / SAMPLE CHARACTERISTICS ΜΗΚΟΣ / LENGTH 97.0 mm ΠΛΑΤΟΣ / WIDTH 94.3 mm ΥΨΟΣ / HEIGTH - mm ΒΑΡΟΣ / WEIGTH 2809 gr ΕΜΒΑΔΟ / AREA 5 mm ΟΡΘΗ ΤΑΣΗ / NORMAL STRESS kpa 2 B16RS01F ΜΕΓΙΣΤΕΣ ΤΙΜΕΣ / MAXIMUM VALUES MAX τ (kpa) τ m (kpa) ψ ( 0 ) τ (kpa) τ m (kpa) ψ ( 0 ) φ m ( 0 ) ΔH/L 0 (%) 2.268% 6.306% 2.537% k S (MPa) ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ - ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ SHEAR STRESS - RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT ,0% 1,0% 2,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0% 7,0% 8,0% 9,0% 10,0% ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ / RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT (%) τ (kpa) τm (kpa) 67

68 ΔΙΑΣΤΟΛΗ / DILATION (mm) ΓΩΝΙΑ ΔΙΑΣΤΟΛΗΣ / DILATION ANGLE ( 0 ) ΔΙΑΣΤΟΛΗ - ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ DILATION - RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT 2, , , ,50 5 0,00 0-0,50-5 0,0% 1,0% 2,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0% 7,0% 8,0% 9,0% 10,0% ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ / RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT (%) DH (mm) ψ 68

69 ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ SHEAR STRESS (kpa) ΣΤΑΔΙΟ 6 ΔΟΚΙΜΗ ΑΜΕΣΗΣ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΑΣ DIRECT SHEAR TEST OF JOINTS ΔΟΚΙΜΙΟ / SAMPLE : ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΔΟΚΙΜΙΟΥ / SAMPLE CHARACTERISTICS ΜΗΚΟΣ / LENGTH 97.0 mm ΠΛΑΤΟΣ / WIDTH 94.3 mm ΥΨΟΣ / HEIGTH - mm ΒΑΡΟΣ / WEIGTH 2809 gr ΕΜΒΑΔΟ / AREA 5 mm ΟΡΘΗ ΤΑΣΗ / NORMAL STRESS kpa 2 B16RS01F ΜΕΓΙΣΤΕΣ ΤΙΜΕΣ / MAXIMUM VALUES MAX τ (kpa) τ m (kpa) ψ ( 0 ) τ (kpa) τ m (kpa) ψ ( 0 ) φ m ( 0 ) ΔH/L 0 (%) % 7.388% 2.627% k S (MPa) ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ - ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ SHEAR STRESS - RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT ,0% 1,0% 2,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0% 7,0% 8,0% 9,0% 10,0% ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ / RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT (%) τ (kpa) τm (kpa) 69

70 ΔΙΑΣΤΟΛΗ / DILATION (mm) ΓΩΝΙΑ ΔΙΑΣΤΟΛΗΣ / DILATION ANGLE ( 0 ) ΔΙΑΣΤΟΛΗ - ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ DILATION - RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT 1, , , , , , ,0% 1,0% 2,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0% 7,0% 8,0% 9,0% 10,0% ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ / RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT (%) DH (mm) ψ 70

71 ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ SHEAR STRESS (kpa) ΣΤΑΔΙΟ 7 ΔΟΚΙΜΗ ΑΜΕΣΗΣ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΑΣ DIRECT SHEAR TEST OF JOINTS ΔΟΚΙΜΙΟ / SAMPLE : ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΔΟΚΙΜΙΟΥ / SAMPLE CHARACTERISTICS ΜΗΚΟΣ / LENGTH 97.0 mm ΠΛΑΤΟΣ / WIDTH 94.3 mm ΥΨΟΣ / HEIGTH - mm ΒΑΡΟΣ / WEIGTH 2809 gr ΕΜΒΑΔΟ / AREA mm 2 ΟΡΘΗ ΤΑΣΗ / NORMAL STRESS kpa B16RS01F ΜΕΓΙΣΤΕΣ ΤΙΜΕΣ / MAXIMUM VALUES MAX τ (kpa) τ m (kpa) ψ ( 0 ) τ (kpa) τ m (kpa) ψ ( 0 ) φ m ( 0 ) ΔH/L 0 (%) 5.444% 1.467% 3.471% k S (MPa) ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ - ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ SHEAR STRESS - RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT ,0% 1,0% 2,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0% 7,0% 8,0% 9,0% 10,0% ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ / RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT (%) τ (kpa) τm (kpa) 71

72 ΔΙΑΣΤΟΛΗ / DILATION (mm) ΓΩΝΙΑ ΔΙΑΣΤΟΛΗΣ / DILATION ANGLE ( 0 ) ΔΙΑΣΤΟΛΗ - ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ DILATION - RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT 1, , ,50 5 0,00 0-0, , , ,0% 1,0% 2,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0% 7,0% 8,0% 9,0% 10,0% ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ / RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT (%) DH (mm) ψ 72

73 ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ/ SHEAR STRESS (kn/m2) ΔΟΚΙΜΗ ΑΜΕΣΗΣ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΑΣ ΒΡΑΧΟΥ (ASTM D 5607) DIRECT SHEAR TEST OF ROCK JOINT (ASTM D 5607) ΕΡΓΟ/PROJECT: RISKLIDES CHAINAGE (km): ALTITUDE (m): 562 SPECIMEN LENGTH (mm): SPECIMEN: B16RS01F 1000 ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ- ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ SHEAR STRESS - RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT % 2% 4% 6% 8% 10% ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ/ RELATIVE SHEAR DISPLACEMENT Δh/Lo 3,

74 ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ / SHEAR STRENGTH (kn/m 2 ) ΟΡΘΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ / NORMAL DISPLAC (mm) 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0% 2% 4% 6% 8% 10% -0,50 ΟΡΘΗ - ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ NORMAL - SHEAR DISPLACEMENT ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜ. ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ/REL. SHEAR DISPLACEMENT dh/lo (%) 3, y = 0,7577x + 58,251 R² = 0, y = 0,5622x R² = 0, ΟΡΘΗ ΤΑΣΗ / NORMAL STRESS (kn/m 2 ) ΜΕΓΙΣΤΗ ΑΝΤΟΧΗ ΑΝΤΟΧΗ ΧΩΡΙΣ ΔΙΑΣΤΟΛΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΜΕΓΙΣΤΗ ΧΩΡΙΣ ΔΙΑΣΤΟΛΗ Γωνία τριβής φ( ) 37,2 29,3 Συνοχή c (kpa) 58,3 0,0 74

75 ΟΡΘΗ ΤΑΣΗ - NORMAL STRESS (kpa) ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ SHEAR STRENGTH (kpa) ΧΩΡΙΣ ΔΙΑΣΤΟΛΗ ΜΕΓΙΣΤΗ-PEAK NON-DILATIONAL ΓΩΝΙΑ ΔΙΑΣΤΟΛΗΣ (DILATION ANGLE) 3,78 6,49 3,78 25,65 50,00 53,74 50,00 28,81 100,00 121,36 100,00 21,39 250,00 278,31 250,00 16,80 500,00 468,39 500,00 16, ,00 861, ,00 13, ,00 953, ,00 10,30 ΣΧΟΛΙΑΣΜΟΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Α. Ίδιο βάρος δοκιμίου (ορθή τάση 3,78 kpa). Μας δίνει τη μέγιστη διαστολή που μπορεί να εμφανιστεί στο δοκίμιο (25,65 ). Β. Είναι φανερό από τα διαγράμματα πως η διαστολή μειώνεται καθώς αυξάνουμε την ορθή τάση καθώς και ότι η μέγιστη αντοχή είναι περίπου ίδια με την παραμένουσα. Η αντοχή χωρίς διαστολή αντιστοιχεί σε μια περίπου σταθερή γωνία τριβής ίση με 29 ΣΥΝΟΛΙΚΑ Α. Ίδιο βάρος δοκιμίου (ορθή τάση 3,78 kpa). Μας δίνει τη μέγιστη ελάχιστη διαστολή που μπορεί να εμφανιστεί στο δοκίμιο (25,65 ). Β. Είναι φανερό από τα διαγράμματα πως η διαστολή μειώνεται καθώς αυξάνουμε την ορθή τάση καθώς και ότι η μέγιστη αντοχή είναι περίπου ίδια με την παραμένουσα.η αντοχή χωρίς διαστολή αντιστοιχεί σε μια περίπου σταθερή γωνία τριβής ίση με 31±2, που αν συγκριθεί με βιβλιογραφικά στοιχεία είναι χαμηλότερη από τα συνήθη μάρμαρα, αλλά αυτό οφείλεται στο ότι το μάρμαρο είναι δολομιτικό. 75

76 TEST SAMPLE : B16RS01F Stage 1 Stage 2 Stage 3 Stage 4 Stage 5 Stage 6 Stage 7 Pretest Post- test σ=11.42 kpa σ=50 kpa σ=100 kpa σ=250 kpa σ=500 kpa σ=1.00 ΜPa σ=1.25 ΜPa 76

77 TEST SAMPLE : B16RS01F Stage 1: Pre DL kpa Stage 2: Post DL kpa cm Stage 3: Post 50 kpa Stage 4: Post 100 kpa cm Stage 5: Post 250 kpa Stage 6: Post 500 kpa cm Stage 7: Post 1.00 MPa Stage 8: Post 1.25 MPa cm cm 77

78 2.5 ΔΟΚΙΜΗ ΤΡΙΑΞΟΝΙΚΗΣ ΘΛΙΨΗΣ ΑΡΡΗΚΤΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΣΚΟΠΟΣ Η μέθοδος αυτή έχει σαν σκοπό τον προσδιορισμό της αντοχής σε τριαξονική θλίψη δοκιμίων πετρωμάτων ορθού κυλινδρικού σχήματος. Η δοκιμή αυτή δίνει επίσης τα απαραίτητα στοιχεία για τον υπολογισμό της γωνίας εσωτερικής τριβής φ και της «φαινόμενης» συνοχής c των δοκιμίων. Οι τιμές της αντοχής όπως προσδιορίζονται με την παραπάνω μέθοδο δίνονται σε τιμές ολικών τάσεων, γιατί δεν προβλέπεται η μέτρηση της πιέσεως πόρων. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Συσκευή φορτίσεως: Αυτή πρέπει να είναι κατάλληλα εξοπλισμένη για την εφαρμογή, τον έλεγχο και τη μέτρηση του αξονικού φορτίου που εφαρμόζεται στο δοκίμιο. Πρέπει επίσης να έχει επαρκή ικανότητα για την εφαρμογή του απαιτούμενου φορτίου με ταχύτητα εφαρμογής αυτού όπως αναφέρεται παρακάτω. Συσκευή εφαρμογής και μετρήσεως πλευρικής πιέσεως: Αυτή πρέπει να περιλαμβάνει: α) μια υδραυλική αντλία ή άλλο κατάλληλο σύστημα με επαρκή ικανότητα για την επιβολή σταθερής πλευρικής πιέσεως και τη διατήρηση αυτής με απόκλιση όχι μεγαλύτερη του 2% της επιθυμητής τιμής και β) ένα κατάλληλο μηχανισμό για τη μέτρηση της πλευρικής πιέσεως. Τριαξονικό κελί: Στη συσκευή αυτή τοποθετούνται τα δοκίμια αφού πρώτα περιβληθούν με μια αδιαπέραστη εύκαμπτη μεμβράνη. Το κελί πρέπει να είναι εξοπλισμένο με δύο χαλύβδινες πλάκες με σφαιρικές εδράσεις που προσαρμόζονται στις άκρες του δοκιμίου και που έχουν σκληρότητα κατά Rockwell όχι μικρότερη από HRC 58. Οι πλάκες αυτές πρέπει να έχουν πάχος μεγαλύτερο από 15 mm και οι επιφάνειες τους δεν θα πρέπει να αποκλίνουν του επιπέδου περισσότερο από 0,005 mm. Το τριαξονικό κελί πρέπει να έχει ένα κύλινδρο υψηλής πιέσεως, με κατάλληλες εισόδους για την πλήρωση του με το υδραυλικό υγρό, καθώς επίσης και μια βαλβίδα διαφυγής του αέρα. ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΔΟΚΙΜΙΩΝ Τα δοκίμια πρέπει να είναι ορθού κυλινδρικού σχήματος με λόγο ύψους προς διάμετρο (L/D) 2,0 έως 3,0 και διάμετρο μεγαλύτερη από 54 mm. Οπωσδήποτε η διάμετρος του δοκιμίου θα πρέπει να είναι 10πλάσια του μεγέθους του μεγαλύτερου κόκκου των ορυκτών που συμμετέχουν στη δομή του πετρώματος. Τα άκρα του δοκιμίου πρέπει να είναι λεία και επίπεδα με μέγιστη απόκλιση 0,02 mm και να κόβονται παράλληλα μεταξύ τους ώστε να μην 78

79 αποκλίνουν από την κάθετο προς τον άξονα του δοκιμίου περισσότερο από 0,001 rad. Οι πλευρές του δοκιμίου πρέπει να είναι λείες και απαλλαγμένες από απότομες ανωμαλίες με μέγιστη απόκλιση από την ευθεία για όλο το μήκος του δοκιμίου 0,3 mm. Η διάμετρος πρέπει να μετράται με ακρίβεια 0,1 mm με τη λήψη του μέσου όρου δύο μετρήσεων της διαμέτρου σε ορθή γωνία μεταξύ, τους στο μέσον του δοκιμίου, καθώς και στο άνω και κάτω άκρο αυτού. Ο μέσος όρος των έξι αυτών μετρήσεων χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της εγκάρσιας διατομής του δοκιμίου. Το ύψος του δοκιμίου μετράται με ακρίβεια 1,0 mm. Οι συνθήκες υγρασίας του δοκιμίου θα πρέπει να αντιπροσωπεύουν τις πραγματικές επί τόπου συνθήκες. Είναι δυνατόν όμως οι συνθήκες υγρασίας να είναι διαφορετικές ή τα δοκίμια να είναι σε ξηρά κατάσταση, οπότε οι συνθήκες αυτές της δοκιμής θα πρέπει να αναφέρονται στο δελτίο αποτελεσμάτων. Τα δοκίμια που εξετάζονται σε ξηρά κατάσταση πρέπει να τοποθετούνται σε φούρνο θερμοκρασίας C για 24 ώρες. Ο αριθμός των δοκιμίων και των τιμών της πλευρικής πιέσεως εξαρτάται από τον σκοπό για τον οποίο γίνονται οι δοκιμές. Συνιστάται πάντως τα δοκίμια να είναι περισσότερα από πέντε για κάθε δείγμα πετρώματος. ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΔΟΚΙΜΗΣ Αφού καθαριστούν τα άκρα του δοκιμίου και οι επιφάνειες των χαλύβδινων πλακών τοποθετείται εύκαμπτη μεμβράνη στο δοκίμιο και συναρμολογείται το κελί με την τοποθέτηση του δοκιμίου μεταξύ των πλακών. Γεμίζεται το κελί με το υδραυλικό υγρό και αφήνεται να διαφύγει ο αέρας από την βαλβίδα εξαγωγής. Κλείνεται η βαλβίδα και εξασκείται μια μικρή πλευρική πίεση για να συγκρατήσει το σύστημα των πλακών και του δοκιμίου στη θέση του. Τοποθετείται το τριαξονικό κελί στο διάστημα μεταξύ των πλακών της μηχανής φορτίσεως και εξασκείται ένα μικρό αξονικό φορτίο ενώ γίνεται προσπάθεια ευθυγραμμίσεως του κελιού με τον άξονα φορτίσεως. Αυξάνεται προοδευτικά και ομοιόμορφα το αξονικό φορτίο και η πλευρική πίεση ώστε η αξονική και πλευρική πίεση να γίνουν ίσες με την επιθυμητή πλευρική πίεση. Στη συνέχεια αυξάνεται συνεχώς και βαθμιαία το αξονικό φορτίο ενώ η πλευρική πίεση διατηρείται σταθερή με απόκλιση από την επιθυμητή τιμή μικρότερη του 2%. Η ταχύτητα φορτίσεως πρέπει να είναι τέτοια ώστε η θραύση του δοκιμίου να επέλθει μέσα σε 5-15 min από την αρχή της φορτίσεως ή η τιμή της να κυμαίνεται από 0,5-1,0 MPa/sec. Η τιμή της πλευρικής πιέσεως και του αξονικού φορτίου θραύσεως αναγράφονται στο δελτίο της δοκιμής. 79

80 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ Η αντοχή του δοκιμίου σε τριαξονική θλίψη υπολογίζεται δια διαιρέσεως του μεγίστου φορτίου που επιβλήθηκε στο δοκίμιο με. το εμβαδόν της εγκάρσιας διατομής σύμφωνα με τον τύπο: c Όπου: F A σ 1 : αντοχή σε τριαξονική θλίψη του δοκιμίου σε Pa (ή kpa ή MPa). Ρ: μέγιστο αξονικό φορτίο σε Ν (ή ΚΝ ή ΜΝ). Α: εμβαδόν της εγκάρσιας διατομής του δοκιμίου σε m 2. Οι πλευρικές πιέσεις σ 3 και οι αντίστοιχες αντοχές για διαφορετικά δοκίμια του ίδιου δείγματος σημειώνονται σε σύστημα ορθογωνίων αξόνων όπως στο σχήμα. Τα σημεία αυτά συνδέονται με ευθύγραμμα τμήματα που κάθε ένα από αυτά χαρακτηρίζεται από την εφαπτομένη της γωνίας κλίσεως αυτού m και την τιμή b που ορίζει η τομή του ευθύγραμμου τμήματος με τον άξονα της αξονικής τάσης. Για τον υπολογισμό της γωνίας εσωτερικής τριβής φ και της «φαινόμενης» συνοχής c χρησιμοποιούνται οι σχέσεις: 1 sin m 1 m 1 1 sin c b 2*cos Όπου m και b υπολογίζονται αντίστοιχα: m 1,b = σ 1 για σ 3 = 0 3 Για κάθε ευθύγραμμο τμήμα, που αντιστοιχεί σε ένα ορισμένο πεδίο τιμών της πλευρικής πιέσεως, αντιστοιχούν χαρακτηριστικές τιμές της γωνίας εσωτερικής τριβής και της «φαινόμενης» συνοχής. 80

81 σ 1 - σ 3 (MPa) 2.6 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΡΙΑΞΟΝΙΚΗΣ ΘΛΙΨΗΣ ΑΡΡΗΚΤΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΕΡΓΟ/PROJECT: RISKLIDES ΔΟΚΙΜΗ ΤΡΙΑΞΟΝΙΚΗΣ ΘΛΙΨΗΣ (E103-84(6), ASTM D a) TRIAXIAL COMPRESSION TEST (E103-84(6), ASTM D a) ΧΙΛ. ΘΕΣΗ-CHAINAGE (km): ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΔΕΙΓΜΑΤΟΣ SAMPLE PROPERTIES D = mm H = mm γ = kn/m 3 W= 0.00% ΔΟΚΙΜΙΟ- B16RT05B SPECIMEN: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ RESULTS σ 3 = MPa σ 1 = MPa ε f = 0.93% E 50 = GPa ΣΚΑΡΙΦΗΜΑ / SKETCH ΠΡΙΝ / PRE ΜΕΤΑ / POST ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ / DESCRIPTION ΜΑΡΜΑΡΟ - MARBLE ,00% 0,25% 0,50% 0,75% 1,00% 1,25% 1,50% 1,75% 2,00% ΑΞΟΝΙΚΗ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ - AXIAL STRAIN ε (%) 81

82 ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ / PHOTOS ΠΡΙΝ/PRE META/POST 82

83 ΤΕΛΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΡΓΟ/PROJECT: RISKLIDES ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΔΟΚΙΜΩΝ ΤΡΙΑΞΟΝΙΚΗΣ ΘΛΙΨΗΣ (E103-84(6), ASTM D a) RESULTS OF TRIAXIAL COMPRESSION TESTS (E103-84(6), ASTM D a) ΧΛΜ ΘΕΣΗ - CHAINAGE: ΥΨΟΜΕΤΡΟ-ALTITUDE (m): 562 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ / RESULTS ΔΟΚΙΜΙΟ/ SPECIMEN γ (kn/m 3 ) σ 3 (MPa) σ 1 (MPa) ε f E 50 (GPa) φ ( ο ) c (MPa) B16RS01A % B16RS01B % B16RS01C % B16RS02A % B16RS02B % B16RS02C % B16RS02D % B16RS02E % B16RS02F % B16RS02G % B16RS03A % B16RS04A % B16RS04B % B16RS03C % B16RS05A % B16RS05B % B16RS05C % ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ / DESCRIPTION ΜΑΡΜΑΡΟ - MARBLE. 83

84 ΑΞΟΝΙΚΗ ΤΑΣΗ - AXIAL STRESS σ 1 (MPa) y = -0,0486x 2 + 7,938x + 109,55 R² = 0, ,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 ΠΛΕΥΡΙΚΗ ΠΙΕΣΗ - CONFINING PRESSURE σ 3 (MPa) m b 4,77 137,29 ΣΧΟΛΙΑΣΜΟΣ Η μέση τιμή γωνίας τριβή / συνοχής είναι 41/31. Συνοχή/Ανεμπόδιστη θλίψη = 31/137 =23% Τα πειραματικά αποτελέσματα είναι αρκετά κοντά με τα βιβλιογραφικά στοιχεία, συγκεκριμένα ο λόγος της ανεμπόδιστης θλίψης(βιβλιογραφικά) προς την ανεμπόδιστη θλίψη(πειραματική τιμή) είναι : 131/108,8=83% και ο λόγος του ειδικού βάρους(πειραματικά) προς τον αντίστοιχο βιβλιογραφικά είναι 27/28,35=95%. 84

85 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΙΣ 3.1 ΠΡΑΝΗ ΦΥΣΙΚΑ ΚΑΙ ΤΕΧΝΗΤΑ ΠΡΑΝΗ Ονομάζονται πρανή οι εξωτερικές επιφάνειες, συνήθως κεκλιμένες, των εδαφικών σχηματισμών. Τα φυσικά πρανή έχουν προκύψει ως αποτέλεσμα γεωλογικών φαινομένων, στο πέρασμα των αιώνων, και έχουν ισορροπήσει σε κεκλιμένα επίπεδα, ακανόνιστου σχήματος και μορφής, ανάλογα με τη διαστρωμάτωση και τα χαρακτηριστικά των γεωσχηματισμών, την υπόγεια δίαιτα και τη φυτοκάλυψη. Ευρίσκονται, τις περισσότερες φορές, σε μόνιμη και σταθερή ισορροπία, η οποία είναι, ωστόσο, δυνατό να διαταραχθεί από τη μεταβολή των υδραυλικών συνθηκών ή από τη δράση δυναμικών φορτίων. (Μουρατίδης,2007) Τα τεχνητά πρανή, στα οποία ανήκουν και τα πρανή των έργων οδοποιίας, δημιουργούνται κατά τη φάση εκτέλεσης χωματουργικών εργασιών, ως επίπεδες επιφάνειες ενιαίας κλίσης κατά τρόπο ώστε να εξασφαλίζεται η ευστάθεια των γεωκατασκευών. Ο προσδιορισμός της εκάστοτε βέλτιστης κλίσης και της τελικής διαμόρφωσης των τεχνητών πρανών, έτσι ώστε αφενός να περιορίζεται ο όγκος των χωματουργικών εργασιών και των περιβαλλοντικών επιπτώσεων και αφετέρου να εξασφαλίζεται η ευστάθεια της εδαφικής μάζας, αποτελεί βασικό και κρίσιμο αντικείμενο γεωτεχνικού σχεδιασμού. (Μουρατίδης,2007) Σε κάθε πρανές εξαιτίας ορισμένων επιφορτώσεων που παρουσιάζονται είτε από το καθαυτό δικό του βάρος είτε από άλλα εξωτερικά βάρη, δημιουργούνται διατμητικές τάσεις, που όταν αυτές υπερβούν τη διατμητική αντοχή του εδάφους, τότε οδηγούν σε σπάσιμο του πρανούς και σε κατολίσθηση. (Δημόπουλος, σελ 171) Η κλίση και η σταθερότητα ενός πρανούς εξαρτώνται κατά κύριο λόγο από τη μορφολογία, τη γεωλογική δομή και την κατάσταση του νερού στη θέση αυτή. Γενικά εξετάζονται οι παρακάτω παράγοντες: i. Στρώση, κατατμητικότητα ( ιδιαίτερα οι μεγάλες κατατμήσεις) ii. Διατμητική αντοχή (φ, c) iii. iv. Αποστράγγιση στο πρανές Κατάσταση του πρανούς ( είδος υλικού σταθεροποίησης) και βλάστηση 85

86 v. Επίδραση των ατμοσφαιρικών συνθηκών στην επιφάνεια του πρανούς ( διάβρωση, παγετός, αποσάθρωση). vi. Χρονικές μεταβολές των τάσεων και των παραμορφώσεων. (Δημόπουλος, σελ 171) Οι κλίσεις των πρανών καθορίζονται στην πράξη αρχικά σύμφωνα με τους συνήθεις κανονισμούς και σύμφωνα με τις εμπειρίες. 3.2 ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΙΣ ΠΡΑΝΩΝ ΚΑΙ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΕΙΣ Κατολισθήσεις πρανών συμβαίνουν όταν η ισορροπία φυσικών ή τεχνητών πρανών διαταραχθεί και η διατμητική αντοχή του εδάφους ή του βράχου δεν επαρκεί ώστε να αντισταθεί στις δυνάμεις βαρύτητας και ενδεχομένως στα δυναμικά φορτία που προκαλούν την αστοχία. Στην πραγματικότητα, τα φαινόμενα αστοχίας πρανών παρατηρούνται συνήθως κατά ή μετά από περιόδους βροχοπτώσεων. Η δράση του ύδατος στο εσωτερικό των γεωσχηματισμών επιφέρει μείωση των δυνάμεων διατμητικής αντοχής και,επακόλουθα, μείωση της αντίστασης σε ολίσθηση. Στις περιπτώσεις αυτές αναπτύσσονται μικρότερης ή μεγαλύτερης έκτασης κατολισθήσεις με απρόβλεπτες συνέπειες για ανθρώπους και κατασκευές. (Μουρατίδης,2007) Ο όρος «ολίσθηση πρανών» καλύπτει μια μεγάλη ποικιλία γεωτεχνικών αστοχιών, που έμμεσα ή άμεσα συνδέονται με την κατασκευή οδικών έργων. Οι διάφορες μορφές ολίσθησης πρανών χαρακτηρίζονται από το υλικό της γεωκατασκευής, το γεωμετρικό σχήμα της αστοχίας, την ταχύτητα του φαινομένου, την έκταση και τη διάρκεια του(σχήμα). Η ορολογία, η οποία χρησιμοποιείται, ακόμη και διεθνώς, δεν είναι σταθερή και, κατά συνέπεια, η διάκριση μεταξύ ροών, καταπτώσεων, καταρρεύσεων και φαινομένων ερπυσμού είναι δύσκολή. Μια συνοπτική περιγραφή του φαινομένου είναι συχνά απαραίτητη για να προσδιορισθεί επακριβώς το είδος της κάθε αστοχίας. Στατιστικές μελέτες σε πραγματικές περιπτώσεις γεωκατασκευών οδικών έργων έδειξαν ότι το μεγαλύτερο ποσοστό ολισθήσεων εμφανίζουν τα γαιώδη πρανή ορυγμάτων. Συγκεκριμένα σε ένα αντιπροσωπευτικό σύνολο ολισθήσεων παρατηρήθηκαν τα εξής ποσοστά: Γαιώδη πρανή ορυγμάτων 40% Φυσικά πρανή 20% Επιχώματα επί κλιτύων 15% Πρανή επιχωμάτων 15% 86

87 Πρανή βραχωδών σχηματισμών 10% Η κατανομή αυτή θα πρέπει να θεωρείται φυσιολογική, δεδομένου ότι τα πρανή των ορυγμάτων είναι γεωκατασκευές οδοποιίας, που διαμορφώνονται με κλίσεις αισθητά πιο απότομες από εκείνες της φυσικής ισορροπίας και κινδυνεύουν περισσότερο, είτε λόγω ανεπάρκειας σχεδιασμού είτε λόγω απρόβλεπτης μεταβολής των επί τόπου συνθηκών. (Μουρατίδης,2007) ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΕΙΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ Στην προσπάθεια των γεωτεχνικών μηχανικών να ορίσουν βασικά χαρακτηριστικά του τύπου των κατολισθήσεων αναπτύχθηκαν διάφορες ταξινομήσεις. Η κάθε ταξινόμηση βασίζεται σε μια ή περισσότερες από τις ακόλουθες παραμέτρους: τύπος υλικού κατολίσθησης περιεχόμενη υγρασία τύπος κίνησης (κατάπτωση, ολίσθηση, ροή) ταχύτητα κίνησης αίτιο κίνησης σχέση ολίσθησης επιφάνεια ολίσθησης (επίπεδη, περιστροφική) τοποθεσία ολίσθησης γεωμετρία και μορφολογία περιβαλλοντολογικό καθεστώς μέγεθος και σπουδαιότητα σχέση με ενεργότητα (ενεργή κατολίσθηση, ανενεργής, παλιά) μηχανισμός ολίσθησης κλιματικές συνθήκες (ηλεκτρονικές σημειώσεις ασκήσεων τεχνικής γεωλογίας Ι, Ε.Μ.Π, 6 η διάλεξη, ΑΘΗΝΑ 2005) Τα δυο γνωστότερα συστήματα ταξινόμησης των κατολισθήσεων είναι αυτά που προτάθηκαν από τον Sharpe (1939) και Varnes (1958), έχοντας,από τις παραπάνω, ως βασικές παραμέτρους τις τέσσερις πρώτες. Βέβαια υπάρχουν και άλλες ταξινομήσεις, όπως του ΗΕΙΜ(1885), ΒΑΥ(1939), PENTA(1956), DESIO(1959). 87

88 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΤΑ VARNES Τα κύρια κριτήρια είναι: i. Ο τύπος μετακίνησης Καταπτώσεις. Πρόκειται για απότομες μετακινήσεις χαλαρών βράχων συμπαγών πετρωμάτων που αποσπώνται από οροφές ή απότομα πρανή. (ηλεκτρονικές σημειώσεις ασκήσεων τεχνικής γεωλογίας Ι, Ε.Μ.Π, 6η διάλεξη, ΑΘΗΝΑ 2005) Ανατροπές. Πρόκειται για την περίπτωση κατά την οποία η κίνηση του υλικού θεωρείται περιστροφική προς τα εμπρός και προκαλείται από την βαρύτητα και τις δυνάμεις που αναπτύσσονται. (ηλεκτρονικές σημειώσεις ασκήσεων τεχνικής γεωλογίας Ι, Ε.Μ.Π, 6η διάλεξη, ΑΘΗΝΑ 2005) Ολισθήσεις μεταθετικές και περιστροφικές. Στις πρώτες πρόκειται για ολίσθηση ή μετακίνηση όπου η μάζα προχωρεί προς τα έξω ή προς τα κάτω και έξω, κατά μήκος μιας κατά προσέγγιση επίπεδης ή ομαλά κυματοειδούς επιφάνειας, με πολύ μικρή περιστροφική κίνηση ή κάμψη. Ενώ στις δεύτερες πρόκειται για ολίσθηση ή μετακίνηση κατά μήκος μιας ή περισσοτέρων επιφανειών θραύσης. Η πιο συνηθισμένη μορφή περιστροφικής ολίσθησης είναι η κάθιση με μικρή παραμόρφωση, η οποία αποτελεί ίσως και το μεγαλύτερο ποσοστό αστοχιών που συναντάται σε φυσικά ή τεχνητά πρανή. (ηλεκτρονικές σημειώσεις ασκήσεων τεχνικής γεωλογίας Ι, Ε.Μ.Π, 6η διάλεξη, ΑΘΗΝΑ 2005) 88

89 Πλευρικές εξαπλώσεις. Σε αυτές επικρατεί η πλευρική διάταση που διευκολύνεται από διατμητικές ή εφελκυστικές ρωγμές. Θεωρούνται ως ο τύπος των κατολισθήσεων με την εκδήλωση μερικών από τα πιο καταστροφικά φαινόμενα μετακίνησης πρανών, σε απώλειες ζωής και καταστροφής περιουσιών. Διακρίνονται σε δυο τύπους πλευρικών εξαπλώσεων: α) εκείνες όπου η μετατόπιση κατανέμεται σε όλη την εκτεινόμενη μάζα. β) εκείνες όπου δημιουργείται κερματισμός και διάταση συνεκτικού υλικού, είτε του υποβάθρου είτε εδάφους, λόγω υγροποίησης ή πλαστικής ροής των υπερκειμένων υλικών. (ηλεκτρονικές σημειώσεις ασκήσεων τεχνικής γεωλογίας Ι, Ε.Μ.Π, 6η διάλεξη, ΑΘΗΝΑ 2005) Ροές. Πρόκειται για μετακινήσεις αποσαθρωμάτων και προϊόντων διάβρωσης, που προκαλούνται από τους ατμοσφαιρικούς παράγοντες και ελέγχονται από το χαρακτήρα των αποσαθρωμάτων και τη μορφολογία των πρανών, ανάλογα με τη φύση των υλικών και τη συνεκτικότητα τους οι ροές γαιών διακρίνονται σε: ροές λάσπης, ροές γαιών, ροές αποσαθρωμάτων. (ηλεκτρονικές σημειώσεις ασκήσεων τεχνικής γεωλογίας Ι, Ε.Μ.Π, 6η διάλεξη, ΑΘΗΝΑ 2005) Ερπυσμοί. Πρόκειται για αργές έως πολύ αργές παραμορφώσεις στο χώρο, δηλαδή έως πολύ αργές ολισθήσεις εδαφικών μαζών, που δεν αναπτύσσουν εφελκυστικές ρωγμές και έτσι δεν είναι εύκολο να εντοπιστεί η ζώνη δράσης τους, ενώ αν δεν αντιμετωπισθούν έγκαιρα εξελίσσονται συνήθως σε περιστροφικές ολισθήσεις. Οι κατολισθήσεις ταξινομούνται κατά Varnes ανάλογα με την ταχύτητά τους από πάρα πολύ αργές (ταχύτητα μικρότερη από 0.06 μέτρα το χρόνο), μέχρι πάρα πολύ γρήγορες (ταχύτητα μεγαλύτερη από 3 μέτρα το δευτερόλεπτο). ( Σημειώσεις γεωτεχνικής μηχανικής, ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ Ε. ΡΟΖΟΣ, ΕΠ. ΚΑΘ. ΕΜΠ, ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΤΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ, σελ: 27) Σύνθετες. Περιλαμβάνουν περισσότερους του ενός τύπους κίνησης. Ένας τύπος κίνησης μετατρέπεται τοπικά σε κάποιον άλλον τύπο ή συμβάλλει στη δημιουργία κίνησης διαφορετικού τύπου. ( Σημειώσεις γεωτεχνικής μηχανικής, ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ Ε. ΡΟΖΟΣ, ΕΠ. ΚΑΘ. ΕΜΠ, ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΤΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ, σελ: 28) ii. Το είδος του μετακινούμενου υλικού Ανάλογα με το είδος του γεωλογικού υλικού που μετακινείται διακρίνονται κινήσεις οι οποίες εκδηλώνονται: Στο βραχώδες υπόβαθρο και 89

90 Στους εδαφικούς σχηματισμούς που διακρίνονται σε α) κορήματα και σε β) γαίες. Ως βραχώδες υπόβαθρο ορίζεται η μάζα εκείνη η οποία πριν από την εκδήλωση της κατολίσθησης ήταν ένα σκληρό συνεκτικό πέτρωμα που βρισκόταν από γεωλογική άποψη στη φυσική του θέση ενώ σαν έδαφος, τα χαλαρά ή ασθενώς συνδεδεμένα συσσωματώματα ορυκτών και πετρωμάτων που έχουν προκύψει από αποσάθρωση διάβρωση και μεταφορά προϋπαρχόντων πετρωμάτων ή από την επιτόπου αποσάθρωση τους. (Κούκης,2007) Πιο αναλυτικά οι τύποι μετακινήσεων: ΑΝΑΤΡΟΠΕΣ (TOPPLES) Στις ανατροπές η κίνηση είναι μία προς τα έξω περιστροφή της αποσπώμενης μάζας από ένα βραχώδες κυρίως πρανές, γύρω από σημείο ή άξονα περιστροφής που βρίσκεται χαμηλότερα από το κέντρο βάρους της μετακινούμενης μάζας. Προκαλείται κυρίως από τη βαρύτητα και από τις δυνάμεις που ασκούνται από τα γειτονικά τεμάχια ή από την επίδραση του νερού (υδροστατικές πιέσεις, παγετός) που γεμίζει τις ασυνέχειες και ρωγμές. Η ανατροπή της μάζας εξελίσσεται συνήθως σε πτώση ή ολίσθηση, ανάλογα με τη γεωμετρία του πρανούς και της μετακινούμενης μάζας, καθώς και της επιφάνειας αποκόλλησης. Η ταχύτητα μετακίνησης μπορεί να είναι εξαιρετικά αργή στα αρχικά στάδια και να μετατραπεί σε εξαιρετικά γρήγορη στα τελευταία στάδια. Οι GOODΜΑΝ and ΒRΑΥ (1976) και στη συνέχεια οι ΗΟΕΚ and ΒRΑΥ (1977) με βάση τους μηχανισμούς που συμβάλλουν στην εκδήλωση των ανατροπών στους βραχώδεις κυρίως σχηματισμούς (ανατροπές βράχων) πρότειναν την παρακάτω ταξινόμηση (Σχήμα 7.1): Ανατροπή λόγω κάμψης (flexural toppling). Το σκληρό πέτρωμα αποχωρίζεται σε κολώνες, λόγω της ύπαρξης ενός καλά αναπτυγμένου και συνήθως μοναδικού υποκατακόρυφου συστήματος ασυνεχειών (ασβεστόλιθος, ψαμμίτης με καλά ανεπτυγμένη στρώση ή ηφαιστίτες με στυλοειδή κατάτμηση) το ανώτερο τμήμα των οποίων αστοχεί από κάμψη (Σχήμα 7.1α). Ανατροπή τεμαχίων (block toppling). Είναι ανάλογη περίπτωση με την προηγούμενη με τη διαφορά ότι η θραύση και ανατροπή γίνεται λόγω της παρουσίας ενός δεύτερου συστήματος 90

91 ασυνεχειών, σχεδόν κάθετου στο κύριο, το οποίο παρουσιάζει εξαιρετικά μεγάλη απόσταση (Σχήμα 3.2.α (β)). Ανατροπή τεμαχίων λόγω κάμψης (block-flexural toppling). Σε απότομα βραχώδη πρανή, που αποτελούνται κυρίως από λεπτοστρωματώδη κερματισμένα πετρώματα ή σχιστόλιθους, μπορεί να παρατηρηθεί σημαντική κάμψη των στρωμάτων κατά μήκος μιας καλά διαμορφωμένης επιφάνειας η οποία στη συνέχεια είναι δυνατό να αποτελεί μία επιφάνεια ολίσθησης του βραχώδους πρανούς. Στην περίπτωση αυτή η κάμψη των στρωμάτων (ψευδοπτύχωση Chevron) γίνεται κατά μία σταθερή γωνία και κατά μήκος όλης της επιφάνειας ανατροπής των στρωμάτων (Σχήμα 3.2.α (γ)). Μία άλλη περίπτωση ανατροπής με ταυτόχρονη κάμψη και ψευδοπτύχωση των επιφανειακών στρωμάτων παρατηρείται σε πρανή με μικρότερες κλίσεις (μέχρι και 25 ) που αποτελούνται από εναλλαγές σχιστόλιθων και ψαμμιτών ή λεπτοστρωματωδών ασβεστόλιθων και κερατόλιθων με πυκνό δίκτυο διακλάσεων. Εδώ δεν παρατηρείται μία απότομη κάμψη των στρωμάτων αλλά η κάμψη αυτών γίνεται εντονότερη στα επιφανειακά στρώματα.(κούκης,2007) 91

92 Σχήμα 3.2α: Ταξινόμηση των ανατροπών (GOODΜΑΝ and ΒRΑΥ 1976) (α) Ανατροπή λόγω κάμψης (β) Ανατροπή τεμαχίων (γ) Ανατροπή τεμαχίων λόγω κάμψης. Δευτερογενείς ανατροπές: (δ) Ανατροπή του πόδα λόγω ολίσθησης των ανωτέρων στρωμάτων (ε) Ανατροπή της βάσης λόγω ολίσθησης (στ) Ανατροπή των ανωτέρων στρωμάτων λόγω ολίσθησης (ζ) Ανατροπή λόγω της παρουσίας εφελκυστικών ρωγμών (η) κυκλοειδής ολίσθηση και ανατροπή (θ) ανατροπή εδαφικών υλικών. 92

93 Η μάζα που μετακινείται είναι δύσκολο να καθοριστεί με κάποια ακρίβεια χωρίς τη χρήση ενόργανων μετρήσεων μέσα σε γεωτρήσεις (π.χ. αποκλισιομέτρων). Δευτερογενείς ανατροπές (secondary toppling). Στην κατηγορία αυτή εντάσσονται περιπτώσεις που προκαλούνται κυρίως από υποσκαφή της βάσης του πρανούς λόγω φυσικών διεργασιών (π.χ. διάβρωση) ή ανθρωπογενών παρεμβάσεων (π.χ. τεχνικά έργα, λατομεία). Στις περιπτώσεις αυτές η βασική μετακίνηση είναι τύπου ολίσθησης (slide) ενώ η ανατροπή υπεισέρχεται σαν συνέπεια της κίνησης αυτής. Οι πιο συχνές από τις περιπτώσεις αυτές είναι: - Ανατροπή του πόδα λόγω ολίσθησης των ανωτέρων στρωμάτων (Slide toe toppling). Συναντάται σε πρανή που αποτελούνται από διαφορετικής σύστασης γεωλογικούς σχηματισμούς που παρουσιάζουν δομή όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.2.α (δ). Στην περίπτωση αυτή, οι ολισθήσεις των στρώσεων του ανώτερου τμήματος του πρανούς προκαλούν φόρτιση στους υποκείμενους με αποτέλεσμα τη δημιουργία ανατροπών τεμαχίων. - Ανατροπή της βάσης λόγω ολίσθησης (Slide base toppling). Εδαφικό πρανές υπέρκειται στρωσιγενούς βραχόμαζας με υποκατακόρυφη στρώση. Διαδοχικές ολισθήσεις του εδαφικού πρανούς προκαλούν διατμητική καταπόνηση του κορυφαίου τμήματος της βραχόμαζας με αποτέλεσμα τη δημιουργία ανατροπών λόγω κάμψης στα υποκατακόρυφα στρώματα (Σχήμα 7.1ε) - Ανατροπή των ανωτέρων στρωμάτων λόγω ολίσθησης (Slide head toppling). Ολίσθηση στο κατώτερο τμήμα του πρανούς σε στρωσιγενή πετρώματα που εμφανίζουν καλά αναπτυγμένο σύστημα ασυνεχειών κάθετα στη στρώση, οδηγεί σε ανατροπή αυτών που βρίσκονται στο υψηλότερο τμήμα (Σχήμα 3.2.α (στ)). - Ανατροπή λόγω της παρουσίας εφελκυστικών ρωγμών (Tension crack toppling) (Σχήμα 3.2.α(ζ)). Αναφέρεται κυρίως σε μαλακά πετρώματα και σε σκληρά εδάφη (μάργες, μαργόλιθοι κ.α.) λόγω της δημιουργίας εφελκυστικών ρωγμών σε απότομα πρανή. - Κυκλοειδής ολίσθηση και ανατροπή (Toppling and slumming). Ο εδαφικός σχηματισμός στη βάση του πρανούς ολισθαίνει με αποτέλεσμα το υπερκείμενο πέτρωμα λόγω αποσάθρωσης, απώλειας στήριξης κ.λπ. να υφίσταται ανατροπές και να αποχωρίζεται σε κολώνες λόγω της ύπαρξης υποκατακόρυφου συστήματος ασυνεχειών (Σχήμα 3.2.α (η) Η ανατροπή κορημάτων και γαιών είναι ένα σπάνιο φαινόμενο και στην κατηγορία αυτή εντάσσονται κυρίως δευτερογενείς ανατροπές λόγω εφελκυστικών ρωγμών ή περιπτώσεις που ενδεικτικά φαίνονται στο Σχήμα 3.2.α (θ). (Κούκης,2007) 93

94 ΟΛΙΣΘΗΣΕΙΣ (SLIDES) Στις ολισθήσεις, η μετακίνηση προϋποθέτει κυρίως διατμητική παραμόρφωση και μετατόπιση - θραύση του υλικού κατά μήκος μιας ή περισσότερων επιφανειών, που μπορεί να είναι ορατές ή όχι και να εκδηλώνονται μέσα σε μία σχετικά στενή ζώνη. Η μετακίνηση μπορεί να είναι προοδευτική, δηλαδή η διατμητική θραύση να μη συμβαίνει ταυτόχρονα σε όλη την επιφάνεια που θα αποτελέσει τελικά την επιφάνεια θραύσης, αλλά να επεκτείνεται διαδοχικά πέρα από την αρχική περιοχή τοπικής θραύσης. Η μάζα που μετατοπίζεται μπορεί να ολισθήσει προς τα κατάντη απομακρυσμένη από την αρχική επιφάνεια θραύσης. Στους βραχώδεις γεωλογικούς σχηματισμούς η ολίσθηση μπορεί να συνίσταται από μετατόπιση - μετακίνηση επάνω σε καλά διαμορφωμένες επιφάνειες ασυνεχειών (στρώση, διάκλαση, σχιστότητα κ.λπ.), χωρίς να παρατηρείται πρωτογενής «θραύση» του υλικού οπότε και η επιφάνεια ολίσθησης να είναι σαφώς καθορισμένη. Έτσι, είναι δυνατό η ολισθαίνουσα μάζα να κινηθεί πάνω στην επιφάνεια ολίσθησης, η οποία και αποτελεί πλέον μία επιφάνεια διαχωρισμού για τη μετακινούμενη μάζα. Η μετακινούμενη μάζα μπορεί να παραμείνει ενιαία κατά την ολίσθηση ή να διαχωριστεί σε μικρότερες ανεξάρτητα κινούμενες μάζες. Οι ολισθήσεις, ανάλογα με τη μορφή της επιφάνειας ολίσθησης καθώς και το μηχανισμό μετακίνησης διακρίνονται σε δύο βασικές κατηγορίες: (α) στις περιστροφικές και (β) στις μεταθετικές.(κούκης,2007) (Α) ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΕΣ ΟΛΙΣΘΗΣΕΙΣ (ROTATIONAL SLIDES) Οι περιστροφικές ολισθήσεις γίνονται συνήθως κατά μήκος κοίλων προς τα πάνω επιφανειών με μικρή παραμόρφωση στο εσωτερικό της μετακινούμενης μάζας. Το ανώτερο τμήμα της μετακινούμενης μάζας κινείται σχεδόν κατακόρυφα προς τα κάτω με μία μικρή κάμψη προς τα πίσω, λόγω της περιστροφικής κίνησης, ενώ στη βάση της μετακινούμενης μάζας παρατηρείται ανύψωση (φούσκωμα) (Σχήμα 9.1, Φωτ. 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 9.6, 9.7, και 9.10 στο Παράρτημα). Η μορφή αυτή της περιστροφικής ολίσθησης, η οποία είναι και η πιο συνηθισμένη, αποδίδεται 94

95 Σχήμα 3.2.β: Περιστροφικές ολισθήσεις κατά VARNES (1978): (α) βραχώδους υποβάθρου, (β) γαιών συνήθως με τον όρο "slump" αν και οι CRUDEN and VARNES (1996) αποθαρρύνουν τη χρήση του όρου αυτού. Στην περίπτωση περιστροφικών ολισθήσεων μεγάλου μήκους η ολίσθηση γίνεται πάνω σε μία κυλινδρική επιφάνεια που ο άξονας της θεωρείται παράλληλος προς την περιστροφή της κατολίσθησης. Οι περιστροφικές κατολισθήσεις εκδηλώνονται κυρίως σε ομογενή εδαφικά υλικά και συνήθως το μήκος τους είναι 3-7 φορές το βάθος τους (SΚΕΜΡΤΟΝ and HUTCHINSON 1969). Επίσης μπορούν να εκδηλωθούν σε έντονα ασυνεχείς βραχόμαζες (με πολλαπλά συστήματα ασυνεχειών που κανένα δεν δημιουργεί δυνητική αστάθεια) οι οποίες μπορούν να θεωρηθούν σαν «ισότροπες». Συνήθως οι πρώτες ενδείξεις πριν την εκδήλωση μιας περιστροφικής ολίσθησης είναι η εμφάνιση τοξοειδών ρωγμών στο έδαφος, κατά μήκος των οποίων θα αναπτυχθεί η κύρια κατακρήμνιση με τη μέγιστη κατακόρυφη μετακίνηση της ολίσθησης. Στο Σχήμα 3.2.γ δίνεται ένα ιδεατό σχέδιο μιας περιστροφικής ολίσθησης η οποία εξελίσσεται σε ροή γαιών, όπου συμπληρωματικά καθορίζεται 95

96 Σχήμα 3.2.γ: Ιδεατό σχέδιο και ονοματολογία μιας περιστροφικής ολίσθησης (VARNES 1978) και η αντίστοιχη ορολογία των επιμέρους χαρακτηριστικών της συγκεκριμένης κατολισθητικής κίνησης. Σημειώνεται ότι η συγκεκριμένη ορολογία που φαίνεται στο Σχήμα 7.1 προτάθηκε από τον VARNES και αποτέλεσε τη βάση για την περιγραφή μιας κατολισθητικής κίνησης. Στο Σχήμα 3.2.β φαίνονται μερικές από τις πιο συνηθισμένες περιπτώσεις περιστροφικών ολισθήσεων σε φυσικά και τεχνητά πρανή καθώς και σε επιχώματα. Στην περίπτωση θραύσης των επιχωμάτων, όπου το υλικό τους είναι ομοιογενές, η εκδήλωση των περιστροφικών ολισθήσεων είναι πολύ πιο συχνή από τους άλλους τύπους ολίσθησης. Οπωσδήποτε όμως οι εδαφικοί και βραχώδεις σχηματισμοί σπάνια παρουσιάζουν ομοιομορφία και έτσι το σχήμα της επιφάνειας θραύσης επηρεάζεται από τις στρώσεις και τις ασυνέχειες των σχηματισμών καθώς και τις εναλλαγές τους. Το έτος 1990 η Ειδική Επιτροπή για τις κατολισθήσεις που συστάθηκε από τη Διεθνή Ένωση Τεχνικής Γεωλογίας (IAEG, Commission on Landslides) πρότεινε μία λεπτομερή ονοματολογία για τις περιστροφικές ολισθήσεις, η οποία σε γενικές γραμμές συμπληρώνει αυτήν του VARNES που αναφέρθηκε παραπάνω. Τα επιμέρους χαρακτηριστικά και η ονοματολογία που προτάθηκαν, περιγράφονται αναλυτικά στη συνέχεια και δίνονται στο Σχήμα 3.2.δ. Θα πρέπει να τονιστεί ότι η συγκεκριμένη ονοματολογία χρησιμοποιείται για 96

97 την περιγραφή όλων των κατολισθήσεων γενικότερα (όχι μόνον των περιστροφικών) σε διεθνές πλέον επίπεδο. Οι αριθμοί σε παρένθεση αναφέρονται στο Σχήμα 7.4α, όπου δίνεται τυπική μορφή περιστροφικής ολίσθησης σε τομή και κάτοψη. (1) Στέψη (Crown,): Το ανώτερο σταθερό τμήμα του φυσικού εδάφους, το πλησιέστερο προς την κύρια κατακρήμνιση (2). (2) Κύρια κατακρήμνιση (Main scarp): Απότομο βύθισμα της επιφάνειας του φυσικού εδάφους στο ανώτερο τμήμα της ολίσθησης (στέψη), που προκλήθηκε από την κίνηση της ολισθαίνουσας μάζας. (3) Κορυφή (Τορ): Το υψηλότερο σημείο επαφής της μετακινούμενης μάζας (13) και της κύριας κατακρήμνισης. (4) Κεφαλή (Head,): Τα ανώτερα τμήματα της κατολίσθησης κατά μήκος της επαφής της μετακινούμενης μάζας (13) και της κύριας κατακρήμνισης (2) (5) Δευτερεύουσα κατακρήμνιση (Minor scarp): Δευτερεύουσα επιφάνεια θραύσης της μετακινούμενης μάζας που έχει προέλθει από διαφορικές μετακινήσεις της μάζας αυτής. 97

98 Σχήμα 3.2.δ: α) Μορφή, χαρακτηριστικά και ονοματολογία περιστροφικής ολίσθησης, β)τυπικές διαστάσεις περιστροφικής ολίσθησης (IAEG Commision on Landslides 1990) (6) Κύριο σώμα (Main body): Το τμήμα της μετακινούμενης μάζας που υπέρκειται της επιφάνειας ολίσθησης (10), μεταξύ της κύριας κατακρήμνισης και της απόληξης της επιφάνειας ολίσθησης (11). (7) Πόδας (Foot): Το τμήμα της κατολίσθησης που έχει κινηθεί πέραν της απόληξης της επιφάνειας ολίσθησης (11) και το οποίο υπέρκειται της αρχικής επιφάνειας του εδάφους. (8) Άκρο (Tip): Το σημείο της απόληξης (9) που απέχει τη μεγαλύτερη απόσταση από την κορυφή της κατολίσθησης. (9) Απόληξη (Toe): Το κατώτερο, συνήθως κυρτό όριο της μετακινούμενης μάζας Απέχει τη μεγαλύτερη απόσταση από την κύρια κατακρήμνιση. 98

99 (10) Επιφάνεια ολίσθησης (Surface of rupture): Η επιφάνεια που αποτελεί επέκταση της κύριας κατακρήμνισης κάτω από τη μετακινούμενη μάζα της κατολίσθησης, πάνω στην οποία έγινε η ολίσθηση. (11) Απόληξη της επιφάνειας ολίσθησης (Toe of surface of rupture): Η τομή του κατώτερου τμήματος της επιφάνειας ολίσθησης και της αρχικής επιφάνειας του φυσικού εδάφους. (12) Επιφάνεια διαχωρισμού (Surface of separation): To τμήμα της αρχικής επιφάνειας του φυσικού εδάφους που καλύπτεται από τον πόδα (7) της κατολίσθησης. (13) Μετακινούμενη μάζα (Displaced material): Η μάζα του πρανούς που έχει μετακινηθεί από την αρχική της θέση, λόγω της κατολίσθησης. (14) Ζώνη απομείωσης (Zone of depletion): Η περιοχή της κατολίσθησης στην οποία η μετακινούμενη μάζα κείται κάτω από την αρχική επιφάνεια του φυσικού εδάφους. (15) Ζώνη συσσώρευσης (Zone of accumulation): Η περιοχή της κατολίσθησης στην οποία η μετακινούμενη μάζα κείται πάνω από την αρχική επιφάνεια του φυσικού εδάφους. (16) Απομείωση (Depletion): Ο όγκος που ορίζεται μεταξύ της κύριας κατακρήμνισης (2), της αποποιούμενης μάζας (17) και της αρχικής επιφάνειας του φυσικού εδάφους. (17) Απομειούμενη μάζα (Depleted mass): Τμήμα της μετακινούμενης μάζας (13) το οποίον υπέρκειται της επιφάνειας ολίσθησης και υπόκειται της αρχικής επιφανείας του φυσικού εδάφους. (18) Συσσώρευση (Accumulation):Τμήμα της μετακινούμενης μάζας (13) που υπέρκειται της αρχικής επιφάνειας του φυσικού εδάφους. 99

100 (19) Πλευρά (Flank): Η δεξιά ή αριστερή πλευρά της κατολίσθησης (όπως φαίνεται από τη στέψη) που είναι προέκταση της κυρίας κατακρήμνισης. (20) Αρχική επιφάνεια εδάφους (Original ground surface): Η επιφάνεια του εδάφους πριν την εκδήλωση της κατολίσθησης. Πρέπει να σημειωθεί ότι στη ζώνη απομείωσης, το υψόμετρο της αρχικά επιφάνειας του εδάφους μειώνεται, ενώ στη ζώνη συσσώρευσης αυξάνεται. Μια λεπτομερής τοπογραφική αποτύπωση της περιοχής μιας κατολίσθησης πριν κει μετά την εκδήλωση της βοηθά σημαντικά στον προσδιορισμό των δύο παραπάνω ζωνών. Στις περισσότερες των περιπτώσεων, το υλικό που συσσωρεύεται στην αντίστοιχη ζώνη συσσώρευσης (15) της κατολίσθησης είναι μεγαλύτερο σε όγκο από το υλικό που απομειώνεται (16) καθόσον, αν και πρόκειται για ισοδύναμε; μάζες, με την ολίσθηση και τη διατάραξη της ολισθαίνουσας μάζας παρατηρείτε χαλάρωση και μείωση της πυκνότητας των υλικών (φαινομενική διόγκωση υλικού) Σχετικά με τις διαστάσεις και τα γεωμετρικά στοιχεία μιας τυπικής περιστροφικής ολίσθησης, η Επιτροπή για τις κατολισθήσεις της Διεθνούς Ένωσης Τεχνικής Γεωλογίας (IAEG Commission on Landslides) προτείνει τα παρακάτω (οι αριθμοί στις παρενθέσεις αναφέρονται στο Σχήμα 3.2.δ (β)). (1) Πλάτος ολισθαίνουσας μάζας Wd). Η μέγιστη απόσταση μεταξύ των πλευρικών ορίων της ολισθαίνουσας μάζας, κάθετα στο μήκος της, (Ld). (2) Πλάτος της επιφάνειας ολίσθησης (Wr). Η μέγιστη απόσταση μεταξύ των πλευρών της κατολίσθησης, κάθετα στο μήκος της επιφάνειας ολίσθησης (Lr) (3) Μήκος ολισθαίνουσας μάζας (Ld). Η ελάχιστη απόσταση από την κορυφή στο άκρο της κατολίσθησης. 100

101 (4) Μήκος επιφάνειας ολίσθησης (Lr). Η ελάχιστη απόσταση από τη στέψη μέχρι την απόληξη της επιφάνειας ολίσθησης. (5) Βάθος της ολισθαίνουσας μάζας (Dd). Το μέγιστο βάθος της μάζας που έχει ολισθήσει, μετρημένο κάθετα στο επίπεδο που ορίζουν τα Wd και Ld. (6) Βάθος της επιφάνειας ολίσθησης (Dr). Το μέγιστο βάθος της επιφάνειας ολίσθησης από την αρχική επιφάνεια του εδάφους μετρημένο κάθετα στο επίπεδο που ορίζουν τα Wr και Lr. (7) Ολικό μήκος (L). Η ελάχιστη απόσταση από τη στέψη της κατολίσθησης μέχρι το άκρο της. (8) Μήκος της κεντρικής γραμμής (Lc). Η απόσταση από τη στέψη μέχρι το άκρο της κατολίσθησης κατά μήκος των σημείων που ισαπέχουν από τις πλευρές της κατολίσθησης και τα όρια της επιφάνειας θραύσης. Ο καθορισμός των παραπάνω γεωμετρικών χαρακτηριστικών τα οποία περιγράφουν τις διαστάσεις μιας τυπικής κατολίσθησης είναι βασικής σημασίας για την εκτίμηση του όγκου της κατολισθαίνoυσας μάζας, που αποτελεί σημαντικό στο σχεδιασμό των μέτρων αποκατάστασης και αντιμετώπισης του φαινομένου. (Κούκης,2007) (Β) ΜΕΤΑΘΕΤΙΚΕΣ ΟΛΙΣΘΗΣΕΙΣ (TRANSLATIONAL SLIDES) Στις μεταθετικές ολισθήσεις η μάζα που αποσπάται από το πρανές μετακινείται προς τα έξω ή προς τα κάτω και έξω, κατά μήκος μιας κατά προσέγγιση επίπεδης ή ομαλής κυματοειδούς επιφάνειας, με πολύ μικρή ή καθόλου περιστροφική κίνηση ή κάμψη. Συνήθως, η μετακινούμενη Ι μάζα ολισθαίνει και μετακινείται παράλληλα πάνω στην επιφάνεια ολίσθησης. Η διάκριση της μεταθετικής από την περιστροφική ολίσθηση είναι βασικής σημασίας για την αντιμετώπιση του προβλήματος. Στην περιστροφική ολίσθηση, όπου η επιφάνεια ολίσθησης στην περιοχή του πόδα κλίνει προς το πρανές, υπάρχει η «εγγενής» τάση αποκατάστασης της ισορροπίας στην ασταθή μάζα. Αντίθετα, σε μία μεταθετική ολίσθηση μπορεί η μετακίνηση να προχωρεί απεριόριστα, όταν η επιφάνεια ολίσθησης έχει 101

102 σημαντική κλίση και εφόσον η διατμητική αντίσταση ατά μήκος της επιφάνειας αυτής παραμένει μικρότερη από τη σταθερή δύναμη που προκαλεί την κίνηση. Σε πολλές μεταθετικές ολισθήσεις, η ολισθαίνουσα μάζα παραμορφώνεται έντονα και διαχωρίζεται σε πολλές ημιανεξάρτητες μονάδες. Καθώς συνεχίζεται η παραμόρφωση και η αποσύνθεση και ιδιαίτερα καθώς αυξάνεται η περιεκτικότητα ε νερό, η αποσυνθεμένη πλέον μάζα που ολισθαίνει μπορεί να μεταπέσει σε εδαφική ροή. Οι μεταθετικές ολισθήσεις είναι γενικά πιο αβαθείς από τις περιστροφικές συνήθως το μήκος τους υπερβαίνει το 10πλάσιο του βάθους τους ΚΕΜΡΤΟΝ ΗΑΤ0ΗΙΝ5ΟΝ 1969) ενώ η επιφάνεια ολίσθησης έχει μορφή «διευρυμένου σε πλάτος καναλιού» (ΗΑΤCΗΙΝSΟΝ 1988). Στις μεταθετικές ολισθήσεις που γίνονται στους εδαφικούς σχηματισμούς, η κίνηση συνήθως ελέγχεται από την παρουσία υποκείμενων πυκνότερων ή μεγαλύτερης συνεκτικότητας εδαφικών στρώσεων, από την επαφή ανάμεσα στο υπόβαθρο και στα υπερκείμενα του αποσαθρώματα ή κορήματα κ.λπ. Αντίθετα, στους βραχώδεις σχηματισμούς καθοριστικής σημασίας στην εκδήλωση τους είναι η παρουσία και τα χαρακτηριστικά των ασυνεχειών (όπως ρήγματα, κάθε είδους ρωγμές, επίπεδα στρώσης, διακλάσεις, σχιστότητα κ.λπ.). Μεταθετικές ολισθήσεις κατά μήκος συγκεκριμένης ασυνέχειας σε ασυνεχείς βραχόμαζες ονομάζονται ολισθήσεις τεμαχίου (block slides) κατά ΡΑΝΕΤ (1969), ή επίπεδες ολισθήσεις (planar slides) κατά ΗΟΕΚ and ΒRΑΥ (1977). Στην περίπτωση που η ολίσθηση γίνεται πάνω σε δύο τεμνόμενες επιφάνειες ασυνεχειών και κατά μήκος της τομής τους, καλείται σφηνοειδής ολίσθηση (wedge failure). Κλιμακωτές μεταθετικές ολισθήσεις (stepped transitional slides) είναι επίσης δυνατό να εκδηλωθούν σε βραχώδη πρανή, όταν η βραχόμαζα διατέμνεται από δυο οι περισσότερα κυρίαρχα συστήματα ασυνεχειών. Όταν η συνολικά μετακινούμενη μάζα αποτελείται από πολλές ημιανεξάρτητες ολισθαίνουσες μονάδες τότε καλείται κερματισμένη ολίσθηση (broken or disrupted slide). (Κούκης,2007) ΠΛΕΥΡΙΚΕΣ ΕΞΑΠΛΩΣΕΙΣ (LATERAL SPREADS) Στις πλευρικές εξαπλώσεις η κίνηση που επικρατεί είναι η πλευρική διάσταση του υλικού που διευκολύνεται από διατμητικές ή εφελκυστικές ρωγμές. Ο όρος «εξάπλωση» προτάθηκε αρχικά από τους TERZAQUI και POEK (1948) για την περιγραφή των απότομων μετακινήσεων υδροφόρων στρωμάτων άμμου ή ιλύος στα οποία υπέρκεινται ομογενή στρώματα αργίλου ή τα οποία έχουν φορτιστεί από επιχώματα. Αποτέλεσμα αυτών είναι η μετακίνηση αργίλων σε πολύ ομαλό μορφολογικό ανάγλυφο που για δεκαετίες δε παρουσίαζαν κάποιες ενδείξεις για επικείμενες μετακινήσεις τους. 102

103 Διακρίνονται οι παρακάτω βασικοί τύποι πλευρικών εξαπλώσεων: Εξάπλωση τεμαχίων (block spreads) όπου βραχώδεις γεωλογικοί σχηματισμοί που υπέρκεινται άλλων ασθενέστερων, διαχωρίζονται με κατακόρυφες ρωγμές σε τεμάχια. Το υποκείμενο υλικό συνθλίβεται και συχνά καλύπτει τις ρωγμές που δημιουργούνται. Η μετατόπιση κατανέμεται σε όλη την εκτεινόμενη μάζα, χωρίς όμως καλά καθορισμένη επιφάνεια διάτμησης ή κάποια ζώνη πλαστικής ροής που να ελέγχει τη μετακίνηση, η οποία τις περισσότερες φορές είναι εξαιρετικά αργή αλλά η επιφάνεια της κατά κανόνα πολύ μεγάλη (λωρίδες αρκετών χιλιομέτρων). Οι περιπτώσεις των Σχημάτων 9.17 και 9.17α αναφέρονται σε ενεργές κατολισθήσεις στη Σιβηρία και το Αλγέρι όπου ένα παχύ στρώμα συνεκτικού σκληρού υλικού (ψαμμίτες και ασβεστόλιθοι αντίστοιχα) υπέρκειται μαλακών σχιστόλιθων και αργιλόλιθων μάργων. Το υποκείμενο στρώμα λόγω προσρόφησης νερού υπέστη πλαστική ροή σε κάποια έκταση, προκαλώντας έτσι στο υγιές υπερκείμενο συνεκτικό υλικό κερματισμό σε τεμάχια τα οποία και αποχωρίστηκαν. Οι ρωγμές ανάμεσα στα τεμάχια γέμισαν είτε με μαλακό υλικό που υπέστη σύνθλιψη και ωθήθηκε προς τα πάνω είτε με αποσαθρώματα που προέρχονται από το υπερκείμενο. 103

104 Σχήμα 3.2.ε: Μεταθετικές ολισθήσεις:(α)αποσαθρωμάτων,(β)εδαφικού τεμάχιου,(γ) Τεμαχίων βράχων επίπεδη ολίσθηση, (δ) σφηνοειδής, (ε) κλιμακωτή (από ΗΑΝSΕΝ 1965 και VARNES 1978) Εξαπλώσεις λόγω ρευστοποίησης (liquefaction spreads), που δημιουργούνται κυρίως σε ευαίσθητες αργίλους και ιλύες, οι οποίες παρουσιάζουν απώλεια της αντοχής τους όταν διαταραχθούν και αλλοιωθεί η αρχική τους δομή. Η θραύση είναι συνήθως βαθμιαία, δηλαδή 104

105 ξεκινά σε μία περιοχή σαν τοπικό φαινόμενο και επεκτείνεται. Συχνά, η αρχική θραύση είναι μία εκτεταμένη καθίζηση και η προοδευτική επέκταση της γίνεται αντίστροφα, δηλαδή από την αρχική θραύση προς τα πίσω (στέψη). Η κύρια μετακίνηση είναι μεταθετική μάλλον παρά περιστροφική. Αν η υποκείμενη ευκίνητη ζώνη είναι σημαντικού πάχους, τα υπερκείμενα τεμάχια μπορεί να βυθιστούν προς τα κάτω σαν τάφροι, χωρίς να υποστούν περιστροφή ενώ μπορεί να υπάρχει εξώθηση και ροή του υλικού κυρίως στη βάση. Η κίνηση γενικά αρχίζει αιφνίδια, χωρίς σημαντική προειδοποίηση και εξελίσσεται με μεγάλη μέχρι πολύ μεγάλη ταχύτητα. Στην κατηγορία αυτή εντάσσονται και πλευρικές εξαπλώσεις λόγω ρευστοποίησης (με την κανονική σημασία του όρου «ρευστοποίηση κορεσμένων, χαλαρών μη συνεκτικών εδαφικών στρώσεων μετά από ισχυρές σεισμικές δονήσεις (Σχήμα 3.2.ε. β), Θα πρέπει να τονιστεί ότι στους ισχυρούς σεισμούς οι κύριες καταστροφές προκαλούνται από ολισθήσεις του τύπου αυτού. Σύνθετες πλευρικές εξαπλώσεις (complex spreads) είναι μετακινήσεις οι οποίες αρχικά παρατηρήθηκαν σε πολλές κοιλάδες της κεντρικής και βόρειας Αγγλίας κατά την κατασκευή φραγμάτων στα τέλη του 19ου αιώνα. Τα φαινόμενα αυτά εκδηλώθηκαν ως έντονες παραμορφώσεις σε σχεδόν οριζόντια επιφανειακά σκληρά και διερρηγμένα πετρώματα που υπέρκεινται παχιών στρωμάτων σκληρών ρηγματωμένων αργίλων ή μαλακών σχιστόλιθων τα οποία με τη σειρά τους υπέρκεινται κάποιου σκληρού βραχώδους υπόβαθρου. Μία κάμψη του επιφανειακού σκληρού πετρώματος είχε ως αποτέλεσμα την κίνηση (πλευρική εξάπλωση) τεμαχίων του, την ανατροπή τους και τη βύθιση τους προς την κοιλάδα. Τα φαινόμενα αυτά συνοδεύτηκαν από έντονες παραμορφώσεις και ανύψωση (αναθόλωσηbulge) του πυθμένα της κοιλάδας (ΗUTCHINSON 1991), όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.2.ε.γ. Οι εξαπλώσεις αυτές συμβαίνουν και στο βραχώδες υπόβαθρο και ιδιαίτερα στις κορυφές των υβωμάτων, χωρίς να έχει ακόμη διευκρινιστεί αρκετά ο μηχανισμός της μετακίνησης αυτής. (Κούκης,2007) ΡΟΕΣ (FLOWS) Οι ροές, υγρές ή ξηρές, γρήγορες ή αργές εκδηλώνονται κυρίως σε χαλαρά υλικά. Αντίθετα, στο βραχώδες υπόβαθρο, οι αντίστοιχες μετακινήσεις περιλαμβάνουν τις πολύ αργές παραμορφώσεις που κατανέμονται ανάμεσα σε πολλές, κοντινές ρωγμές διακλάσεις, καθώς και εκείνες που παρατηρούνται μέσα στη μάζα του πετρώματος και προέρχονται από κάμψη, πτύχωση ή διόγκωση. Σε πολλές περιπτώσεις η κατανομή των ταχυτήτων μετακίνησης πλησιάζει εκείνη των ιξωδών ρευστών και οι κινήσεις μπορεί να περιγραφούν σαν μία μορφή ροής άθικτου πετρώματος. 105

106 Οι αργές ροές ταξινομούνται από το Varnes και από πολλούς ερευνητές στον ερπυσμό (creep) που είναι μία αργή, όχι άμεσα ορατή κίνηση του επιφανειακού μανδύα του εδάφους ή του σαθρού καλύμματος των πετρωμάτων. Μπορεί να θεωρηθεί σαν μία φυσική εξέλιξη της κλίσης της κλιτύος που οφείλεται σε δια-μοριακές και όχι εξωτερικές τάσεις και υποβοηθείται από τη βαρύτητα. Στη μηχανική, ερπυσμός είναι η παραμόρφωση που συνεχίζεται κάτω από μία σταθερή τάση. Μέρος της παραμόρφωσης αυτής αποκαθίσταται μετά από κάποιο χρόνο από την άρση της τάσης, αλλά γενικά το μεγαλύτερο μέρος της δεν αποκαθίσταται. Η μετατόπιση κατά κανόνα είναι δυσδιάκριτη ενώ το φαινόμενο του ερπυσμού συντελείται στα παρακάτω τρία κύρια στάδια: το πρωτογενές (επιβραδυνόμενη παραμόρφωση) το δευτερογενές (σταθερή ταχύτητα παραμόρφωσης) το τριτογενές (επιτάχυνση της παραμόρφωσης μέχρι τη θραύση). Ο Varnes (1976) δέχεται ότι η παραμόρφωση κατά τον ερπυσμό είναι δυνατό να είναι ευδιάκριτη ενώ ο MULLER (1968) αναφέρει ότι στη μεγάλη κατολίσθηση που οδήγησε στην καταστροφή του φράγματος Vaiont, προηγήθηκαν ευδιάκριτα φαινόμενα ερπυσμού. Ο όρος "ερπυσμός" πρέπει γενικά να χρησιμοποιείται με μεγάλη επιφύλαξη και να περιορίζεται στις αργές και συνεχείς στο χώρο παραμορφώσεις (VARNES 1976). Είναι γενικά ένα επιφανειακό φαινόμενο που προσβάλλει το σύνολο μιας κλιτύος, η επιφάνεια της οποίας εμφανίζει μορφολογικές κυματώσεις, ενώ συνήθως απουσιάζουν ρωγμές και αποκολλήσεις. Αναγνωρίζεται από τη κλίση δέντρων, στύλων ή ακόμα από τη σχετική θέση των θραυσμάτων κάποιου χαρακτηριστικού γεωλογικού ορίζοντα. Το βάθος της μετακίνησης είναι συνήθως της τάξεως των λίγων δεκάδων εκατοστών (cm) αλλά μερικές φορές, όταν η βαρύτητα αποτελεί το βασικό αίτιο μετακίνησης, φτάνει τα 2-3 πι (βαθύς ή συνεχής ερπυσμός). Η διάκριση γενικά μεταξύ αργών ολισθήσεων και ροών γίνεται με την ύπαρξη καλά καθορισμένων, λείων επιφανειών ολίσθησης που πολλές φορές φέρουν γραμμώσεις τριβής (slickensides), στοιχεία που δεν παρατηρούνται στις ροές, ενώ επιπρόσθετα στις ροές η μετακινούμενη μάζα υφίσταται έντονες παραμορφώσεις. (Κούκης,2007) 106

107 ΡΟΕΣ ΒΡΑΧΩΔΟΥΣ ΥΠΟΒΑΘΡΟΥ Περιλαμβάνουν παραμορφώσεις της βραχόμαζας που κατανέμονται ανάμεσα σε πολλές και μικρές ή μεγάλες ρωγμές - διακλάσεις ή ακόμη μικρορωγμές, χωρίς εντοπισμό της μετατόπισης κατά μήκος μιας συγκεκριμένης επιφάνειας. Οι μετακινήσεις είναι εξαιρετικά αργές και λίγο πολύ σταθερές στο χρόνο. Τέτοιες μετά-κινήσεις προέρχονται από πτυχώσεις, κάμψεις (π.χ. κάμψεις κεφαλών στρωμάτων), διογκώσεις ή άλλες εκδηλώσεις πλαστικής παραμόρφωσης. Η κατανομή των ταχυτήτων μπορεί προσεγγιστικά να προσομοιωθεί με εκείνη των ιξωδών ρευστών. Μετακινήσεις του είδους αυτού παρατηρούνται συχνότερα σε περιοχές με έντονο ανάγλυφο. Μερικές από αυτές έχουν περιγραφεί από τους ΝΕΜCΟΚ, RYSEΚ and RΥΒΑR (1972) σαν ερπυσμοί ενώ άλλες σαν βαρυτικές παραμορφώσεις πρανών, ενώ θα μπορούσαν επίσης να ταξινομηθούν στις σύνθετες μετακινήσεις. Η κάμψη της κεφαλής των στρωμάτων (sagging που θα πρέπει να θεωρείται αι να αντιμετωπίζεται ως βαρύτιμος ερπυσμός (RADBRUCH and HALL 1971), οφείλει τη δημιουργία του στο γεγονός ότι όταν τα στρώματα των πετρωμάτων (ιδιαίτερα στους σχιστόλιθους - πλακώδεις ασβεστόλιθους κλπ.) είναι κατακόρυφα ή κλίνουν με πολύ μεγάλες κλίσεις αντίθετα προς την κλίση του φυσικού πρανούς, οι κεφαλές τους γέρνουν προς τη μεριά της τοπογραφικής κλίσης, πάνω στην οποία έρπουν. Η κάμψη αυτή των στρωμάτων διευκολύνεται από την παρουσία επιφανειών ασυνέχειας, όπως η σχιστότητα και η στρώση, που επιτρέπουν διαφορική ολίσθηση. Ανάλογα με την αντοχή στη διάτμηση, δημιουργούνται στις κεφαλές των στρωμάτων θραύσεις που τελικά οδηγούν σε γενική μετατόπιση του επιφανειακού στρώματος του πρανούς. Το φαινόμενο εξελίσσεται συνεχώς βαθύτερα καθώς το ανάγλυφο συχνά παίρνει μεγαλύτερες κλίσεις μετά τον πρώτο βαρυτικό ερπυσμό. (Κούκης,2007) ΡΟΕΣ ΚΟΡΗΜΑΤΩΝ Στα χαλαρά υλικά οι ροές αναγνωρίζονται αρκετά εύκολα σε σχέση με εκείνες στο βραχώδες υπόβαθρο, καθόσον οι μετατοπίσεις είναι σημαντικά μεγαλύτερες και πολύ πιο ευκρινείς. Επιφάνειες ολίσθησης μέσα στη μετακινούμενη μάζα δεν είναι ορατές. Το όριο ανάμεσα στη μετακινούμενη μάζα και στο υλικό που δεν παίρνει μέρος στη μετακίνηση είναι σαφές και εντοπίζεται σχετικά εύκολα, στη θέση που η συνοχή και γενικότερα η διατμητική αντοχή των υλικών γίνεται πολύ μεγαλύτερη. Μπορεί να είναι μία επιφάνεια διαφορικής κίνησης ή μία ζώνη με κατανεμημένη διάτμηση. Η εσωτερική παραμόρφωση του υλικού που 107

108 ρέει είναι πολύ μεγάλη ενώ η εσωτερική του δομή διαφορετική από αυτή που είχε στην αρχική του θέση. Ο όρος «ροή» βέβαια αναφέρεται στην κίνηση ρευστού υλικού και κάποια περιεκτικότητα νερού είναι απαραίτητη για τους περισσότερους τύπους ροής πρανών. Είναι όμως γνωστές και ροές σε τελείως ξηρά κοκκώδη υλικά, συχνά δε πολύ καταστροφικές. Έτσι, η ταξινόμηση των ροών περιλαμβάνει όλο το φάσμα της περιεκτικότητας σε νερό, από τη ξηρή μέχρι την πλήρως κορεσμένη μάζα. Οι μεγάλης έκτασης ροές ονομάζονται επίσης και ρεύματα γαιών και είναι τόσο πιο έντονα, όσο το υλικό που συμμετέχει είναι πιο αργιλικό. Οι εκτάσεις που διατρέχουν τα ρεύματα δεν έχουν καμία σχέση με την έκταση που κάλυπταν αρχικά τα υλικά που τροφοδοτούν το ρεύμα, ενώ το μήκος της οριζόντιας συνιστώσας της μετακίνησης είναι πολύ μεγάλο σε σχέση με το πλάτος και μπορεί να φτάσει και σε μερικά χιλιόμετρα. Στις ροές κορημάτων υπάρχει γενικά μία πλήρης διαβάθμιση από ολίσθηση μέχρι ροή, ανάλογα με την περιεκτικότητα σε νερό των υλικών, την κινητικότητα τους καθώς και το χαρακτήρα της μετακίνησης, ενώ έχει γίνει αποδεκτό ότι οι ροές κορημάτων αναφέρονται σε υλικό που περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό αδρομερών θραυσμάτων των πετρωμάτων. Ένα συνηθισμένο φαινόμενο στις ορεινές ζώνες είναι η ξηρή ροή κορημάτων. (τα κορήματα εδώ αποτελούνται κυρίως από ποικίλου μεγέθους βραχώδη θραύσματα) που είναι αποτέλεσμα της βαρύτητας σε απότομες κλιτύες, χωρίς την παρουσία νερών. Το έναυσμα μετακίνησης αποτελεί η διατάραξη της ευστάθειας λόγω προστιθέμενων υλικών, η υποσκαφή της βάσης λόγω διάβρωσης ή ακόμα η διατάραξη λόγω σεισμικής δόνησης. Μία ολίσθηση κορημάτων μπορεί να μετατραπεί σε «χιονοστιβάδα κορημάτων», καθώς η μετακίνηση γίνεται συνεχώς πιο γρήγορη λόγω της παρουσίας χαλαρών υλικών που συμπαρασύρονται, της μεγαλύτερης περιεκτικότητας νερού και γενικά της μεγαλύτερης κλίσης των πρανών. Στις περιπτώσεις αυτές, ολόκληρη σχεδόν η εδαφική μάζα βρίσκεται σε ρευστή κατάσταση, ρέει προς τα κάτω συνήθως κατά μήκος μιας μισγάγγειας και μπορεί να φτάσει αρκετά μακρύτερα από το πόδι του πρανούς. Οι «χιονοστιβάδες κορημάτων» είναι συνήθως επιμήκεις και στενές και συχνά αφήνουν στην περιοχή της κεφαλής ένα πριονωτό ή σχήματος V ίχνος, σε αντίθεση με την πεταλοειδή κατακρήμνιση μιας περιστροφικής ολίσθησης. Ο όρος «χιονοστιβάδα» κορημάτων, που είναι μία πολύ ως εξαιρετικά γρήγορη ροή κορημάτων έχει υποστεί έντονη κριτική (RAPP 1963 και ΤΑΜPLE and RAPP 1972) καθώς υποστηρίζεται ότι θα πρέπει να χρησιμοποιείται μόνο για τις μετακινήσεις πρανών στα οποία εκτός των κορημάτων συμμετέχουν χιόνι και πάγος. Οι ολισθήσεις κορημάτων και οι «χιονοστιβάδες κορημάτων» μπορεί να περιλαμβάνουν στην κεφαλή τους τεμάχια που έχουν 108

109 υποστεί περιστροφική ολίσθηση ενώ η μετακινούμενη μάζα συνήθως διασπάται σε συνεχώς μικρότερα τμήματα, καθώς προχωρεί προς το πόδι και η κίνηση είναι συνήθως αργή. Τα ρεύματα τεμαχίων είναι «γλώσσες» κορημάτων βράχων σε απότομα πρανή, που κινούνται εξαιρετικά αργά και συχνά τροφοδοτούνται από πλευρικά κορήματα ή κώνους στην κεφαλή του ρεύματος. Λόγω της βροχής που προκαλεί απόπλυση των υλικών, στα επιφανειακά στρώματα συναντώνται περισσότερα αδρομερή υλικά παρά στο εσωτερικό. (Κούκης,2007) ΡΟΕΣ ΓΑΙΩΝ Αυτές διακρίνονται σε ροές αποσαθρωμάτων συχνά αποκαλούνται ροές λάσπης (mud flows και αναφέρονται σε γαιώδη υλικά αρκετά διαβρεγμένα που ρέουν σχετικά γρήγορα με περιεκτικότητα τουλάχιστον 50% σε άμμο, ιλύ και άργιλο. Συνήθως δημιουργούνται από ασυνήθιστα ισχυρή βροχόπτωση ή από λιώσιμο χιονιού και ευνοούνται από την παρουσία εδάφους σε απότομες κλιτύες από τις οποίες έχει απομακρυνθεί η φυτοκάλυψη λόγω πυρκαγιών ή ανθρώπινης δραστηριότητας. Ροές γαιών μεγάλης ταχύτητας συμβαίνουν επίσης στις λεπτόκοκκες ιλύες, αργίλους και αργιλικές άμμους. Πολλές από τις ροές αυτές παρομοιάζουν με πλευρικές εξαπλώσεις, όπου «ρευστοποιείται» όχι μόνο το υποκείμενο υλικό (πλησίον της επιφάνειας ολίσθησης) αλλά ολόκληρη η ολισθαίνουσα μάζα. Όταν υπάρχει συνδυασμός αργίλου, ή αποσαθρωμένων αργιλούχων πετρωμάτων και πρανή με μέσες κλίσεις καθώς και αρκετή υγρασία, τότε σημειώνονται κάπως ξηρότερες και βραδύτερες ροές γαιών (πλαστικές γαίες). Μία άλλη μορφή ροής γαιών είναι η εδαφική ροή (solifluction). που αναφέρεται σε μία ειδική περίπτωση μετακίνησης και ροής των επιφανειακών στρωμάτων πάνω σε επίπεδο που κάτω από αυτό το έδαφος είναι παγωμένο και παρατηρείται κυρίως κοντά στις αρκτικές και στις υψηλές ορεινές περιοχές. Κατά τη χειμερινή περίοδο το νερό παγώνει στο μανδύα σε αρκετό βάθος. Κατά τη διάρκεια του σύντομου καλοκαιριού, τήκεται ο πάγος μόνο μέχρι μικρό βάθος. Η τήξη του πάγου και το ατμοσφαιρικό νερό καθιστούν κορεσμένο το έδαφος, το οποίο κινείται σαν πυκνή λάσπη, ακόμα και σε πρανή με μικρή κλίση, πάνω στο παγωμένο ακόμα τμήμα του μανδύα. Η εδαφική ροή μπορεί να εμφανιστεί ακόμη και σε θερμότερα κλίματα, σε μεγάλα υψόμετρα, ιδιαίτερα κατά τη μετάβαση του εδάφους από το όριο πλαστικότητας στο όριο υδαρότητας. Το φαινόμενο αυτό εξελίσσεται μέχρι βάθους 0.5 m (ZARUBA-MENCL 1976) και αποτέλεσε αρχικά τον ορισμό του φαινομένου της «εδαφικής ροής». Ο όρος βέβαια αυτός 109

110 έχει σήμερα γενικευθεί, χωρίς να αναφέρεται αποκλειστικά στις συνθήκες παγετού αλλά έχει άμεση σχέση με το πέρασμα του εδάφους στις περιοχές πλαστικότητας ή υδαρότητας. Στις ροές των σχετικά λεπτόκοκκων υλικών, όπως άμμου, ιλύος και αργίλου η μορφή ποικίλει και κυμαίνεται από πλευράς περιεκτικότητας νερού, από υπερκορεσμένη μέχρι ξηρά κατάσταση και από πλευράς ταχύτητας μετακίνησης από εξαιρετικά γρήγορη μέχρι εξαιρετικά αργή. Στη μία άκρη της κλίμακας βρίσκεται η ροή λάσπης που είναι το υδαρό μέλος της οικογένειας των ροών λεπτόκοκκων γαιών και στο άλλο άκρο οι ξηρές άμμοι. Ο KURDIN (1973) προτείνει την ταξινόμηση των ροών λάσπης με βάση: τη φύση της πηγής νερού και του στερεού υλικού τη φύση του μέσου μεταφοράς (ελεύθερο νερό ή ιξωδοπλαστική μάζα νερού και λεπτομερή στοιχεία) τη σύνθεση της λάσπης (από νερό και στοιχεία λεπτότερα από 1 mm ή από λάσπη μαζί με χαλίκια, κροκάλες, ογκόλιθους και θραύσματα πετρωμάτων) τα πολιτικοποιημένα δυναμικά χαρακτηριστικά της λάσπης (όγκος, ρυθμός παροχής, διαβρωτική και καταστροφική ισχύς) Συνηθισμένες είναι οι ξηρές ροές άμμου ενώ αντίθετα σπάνιες οι ροές αιολικής γης (ασβεστούχου πηλού). Οι τελευταίες κινητοποιούνται κυρίως από σεισμικές δονήσεις είναι από τις πλέον καταστροφικές. Στην περίπτωση αυτή, η σεισμική δόνηση διαταράσσει την ασθενή εσωτερική υφή του πορώδους πηλού, οπότε ο πηλός γίνεται ένα ρευστό αιώρημα ιλύος που ρέει με μεγάλη ταχύτητα και ορμή προς το χαμηλότερο ανάγλυφο. (Κούκης,2007) 110

111 ΣΥΝΘΕΤΕΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΙΣ ΠΡΑΝΩΝ (COMPOSITE SLIDES) Συνήθως οι μετακινήσεις των πρανών είναι ένας συνδυασμός των κύριων τύπων μετακινήσεων που περιγράφηκαν μέχρι τώρα, που εκδηλώνονται είτε στα διάφορα τμήματα της μετακινούμενης μάζας είτε στα διάφορα στάδια της εξέλιξης της μετακίνησης. Σαν σύνθετες ολισθήσεις (composite, complex slides) ταξινομούνται αυτές στις οποίες διαφορετικού τύπου μετακινήσεις γίνονται σε διαφορετικές περιοχές της ολισθαίνουσας μάζας, μερικές φορές ταυτόχρονα (CRUDEN and VARNES 1996). Μερικά τυπικά παραδείγματα τέτοιων μετακινήσεων φαίνονται στο Σχήμα 7.6. Σημειώνεται ότι ιδιαίτερα επικίνδυνες είναι οι εξαιρετικά γρήγορες πτώσεις και ολισθήσεις βράχων ροές κορημάτων που συχνά αναφέρονται και σαν «χιονοστιβάδα από καταπτώσεις βράχων» (rock- fall avalanche). Στο Σχήμα 7.6α φαίνεται μία χαρακτηριστική περίπτωση σύνθετων μετακινήσεων πρανούς που περιλαμβάνει καταπτώσεις βράχων ερπυσμό κορημάτων και γαιών. Οι μετακινήσεις του τύπου ολίσθησης βράχων ροής κορημάτων είναι πολύ συνηθισμένες στις ανώμαλες ορεινές περιοχές. Σχήμα 3.2.στ: Περιπτώσεις σύνθετων κατολισθήσεων: (α) πτώσεις βράχων - ερπυσμός κορημάτων, (β) πτώσεις βράχων - ροή κορημάτων, (γ) περιστροφική ολίσθηση ανατροπές, (δ) περιστροφική ολίσθηση - ροή εδάφους. (Κούκης,2007) 111

112 3.3 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΒΡΑΧΏΔΩΝ ΠΡΑΝΩΝ Στα βραχώδη πρανή το πρόβλημα της ευστάθειας τίθεται διαφορετικά από τα εδαφικά πρανή. Ο βράχος στη φυσική του κατάσταση παρουσιάζεται με ασυνέχειες οι οποίες λόγω της πολύ μικρής αντοχής τους σε σχέση με την αντοχή του συμπαγούς υλικού επεμβαίνουν δραστικά στο μηχανισμό κατολίσθησης. Μια αστοχία κατά μήκος κυλινδρικής επιφάνειας σε ένα τέτοιο υλικό (με εξαίρεση έναν κερματισμένο βράχο) δεν είναι δυνατή. Αν λοιπόν σε ένα φυσικό πρανές το οποίο χαρακτηρίζεται από μεγάλες διακλάσεις διαταραχτεί για οποιοδήποτε λόγο η ισορροπία, π.χ με τη διάνοιξη του πόδα του ενός τεχνητού πρανούς, η ολίσθηση θα πραγματοποιηθεί πάνω σε αυτές. Προϋπόθεση είναι οι διακλάσεις να έχουν τέτοια διάταξη ώστε οι όγκοι που βρίσκονται πάνω τους να μπορούν να κινηθούν προς την ελεύθερη επιφάνεια του πρανούς. (Μαραγκός,2009) Ο μηχανισμός κατολίσθησης και οι μέθοδοι ανάλυσης που εφαρμόζουμε για να ελέγξουμε την ευστάθεια ενός πρανούς συνδέονται άμεσα με τη χωρική διάταξη με τον προσανατολισμό) των ασυνεχειών και της ελεύθερης επιφάνειας του πρανούς και με τον αριθμό των οικογενειών των ασυνεχειών και τις παραμέτρους κ e,k που τις προσδιορίζουν. Οι περιπτώσεις τις οποίες συνήθως αντιμετωπίζουμε στην πράξη παρουσιάζονται ως εξής: i. Πρανή στα οποία ο βράχος στο σύνολο του είναι κερματισμένος ή αντίθετα συμπαγής. Και στις δύο αυτές περιπτώσεις το υλικό μπορεί πρακτικά να θεωρηθεί ισότροπο, αστοχεί κατά μήκος κυλινδρικής ή σφαιρικής επιφάνειας( κυκλική αστοχία) και ο έλεγχος γίνεται με τις κλασικές μεθόδους της εδαφομηχανικής. Συνηθέστερη είναι η μορφή της κυκλικής αστοχίας τους πρανούς ii. Ο βράχος χαρακτηρίζεται από μεγάλες ασυνέχειες( ρήγματα, αρμοί στρώσης, ζώνες διαταραχής), οι οποίες μαζί με τις δυο επιφάνειες του πρανούς, την όψη του πρανούς( ελεύθερη επιφάνεια) και την πάνω επιφάνεια του(στέψη του πρανούς) σχηματίζουν μεγάλους πρισματικούς όγκους που μπορούν να ολισθήσουν μεμονωμένα προς την ελεύθερη επιφάνεια του. Ανάλογα με τον αριθμό και τη διάταξη των ασυνεχειών στο χώρο, η ολίσθηση( σε περίπτωση που η ισορροπία διαταραχτεί) θα πραγματοποιηθεί πάνω σε ένα επίπεδο( επίπεδη αστοχία ή ταυτόχρονα πάνω σε περισσότερα επίπεδα ασυνεχειών( αστοχία σφήνα) όπως φαίνεται. Η διεύθυνση της ολίσθησης και η επιφάνεια ή οι επιφάνειες πάνω στις οποίες θα πραγματοποιηθεί μπορούν να προσδιοριστούν και η ανάλυση της ευστάθειας βασίζεται σε μηχανικές σχέσεις που ισχύουν για ολίσθηση στερεού σώματος πάνω σε ένα ή πάνω σε περισσότερα κεκλιμένα επίπεδα. iii. Ο βράχος χαρακτηρίζεται από μία ή περισσότερες συνεχείς (κ e =1) δέσμες μεγάλων διακλάσεων σχ. δ. Στην περίπτωση αυτή η διεύθυνση της ολίσθησης και η μάζα η 112

113 οποία ενδέχεται να ολισθήσει προσδιορίζονται εύκολα και ο έλεγχος βασίζεται σε μηχανικές σχέσεις που εφαρμόζονται για ολίσθηση στερεού σώματος πάνω σε κεκλιμένο επίπεδο. iv. Ο βράχος χαρακτηρίζεται από δέσμη πολύ απότομων εώς κατακόρυφων, μεγάλων διακλάσεων( ή αρμών στρώσεων) οι οποίες μορφώνουν υψίκορμα, συμπαγή στοιχεία κατάτμησης. Αν αυτά αστοχήσουν σε κάποια θέση, για παράδειγμα εξαιτίας ισχυρών πλευρικών ωθήσεων, θα ανατραπούν. Μιλούμε για αστοχία με ανατροπή. Εφαρμόζονται ειδικές αναλύσεις οι οποίες προσαρμόζονται στην τεκτονική δομή και στα αίτια που προκαλούν την ανατροπή. v. Ο βράχος χαρακτηρίζεται από περισσότερες, μερικά μόνον αναπτυγμένες(κ e <1) δέσμες μικρών διακλάσεων (σχ. στ). Η επιφάνεια ολίσθησης θα σχηματιστεί ακολουθώντας εν μέρει μόνον τις υπάρχουσες διακλάσεις και εν μέρει με τη δημιουργία νέων θραύσεων, η προσέγγιση της είναι δυνατή με μεθόδους αριθμητικής ανάλυσης ή με πιο απλοποιημένες μεθόδους που βασίζονται στη μελέτη της κρίσιμης διατομής με τη βοήθεια του δείκτη αντοχής. Με τις τελευταίες ελέγχονται όλες οι πιθανές τροχιές ολίσθησης.(μαραγκός,2009) 113

114 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 : ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗΣ 4.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΥΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Οι μηχανικοί του σήμερα, πολλές φορές, έρχονται αντιμέτωποι με προβλήματα για τα οποία παλιότερα δεν είχαν την κατάλληλη εμπειρία να τα αντιμετωπίσουν. Το αυξημένο ενδιαφέρον από την μια για την κοινή ασφάλεια και από την άλλη για την ελαχιστοποίηση του κόστους κατασκευής οδήγησε τους μηχανικούς στην αναζήτηση περισσοτέρων ορθολογικών λύσεων για τα προβλήματα γεωτεχνικής μηχανικής. Ένας αριθμός αριθμητικών μεθόδων είναι διαθέσιμος για τη λύση προβλημάτων συντελεστή ασφαλείας και τάσηςπαραμόρφωσης. Με τον όρο πρόβλημα τάσης-παραμόρφωσης εννοούμε ένα πρόβλημα για το οποίο το έδαφος-βραχόμαζα ακανόνιστου σχήματος υποβάλλεται σε φορτία ίδιου βάρους, εξωτερικών δυνάμεων, επί τόπου τάσεων, θερμοκρασιακών μεταβολών, πίεση ρευστών, προένταση, δυναμικές φορτίσεις, κ.α και επιζητούνται οι μετατοπίσεις, οι παραμορφώσεις και οι τάσεις σε κάθε σημείο του εδάφους ή της βραχόμαζας. Οι βασικές μέθοδοι ανάλυσης ευστάθειας των πρανών είναι οι ακόλουθες: Μέθοδος Οριακής Ισορροπίας (Limit Equilibrium Method) Μέθοδος της Οριακής Ανάλυσης (Limit Analysis Method) Η Μέθοδος Πεπερασμένων Στοιχείων ( Finite Element Method) Η Μέθοδος Συνοριακών Στοιχείων (Boundary Element Method) Η Μέθοδος Διακεκριμένων Στοιχείων (Discrete Element Method) Μέθοδος Οριακής Ισορροπίας: θεωρεί ότι η ολισθαίνουσα εδαφική μάζα κινείται σαν ενιαίο σώμα στο οποίο ενεργούν τα εξωτερικά φορτία. Υποτίθεται ότι η θραύση του εδάφους είναι πλαστική (καμία παραμόρφωση πριν την αστοχία). Υπολογίζεται ο συντελεστής ασφάλειας, F, ως: ή ή Για F>1: ευστάθεια (καμία μετακίνηση) Για F=1: οριακή ισορροπία Παραδοχές: Θεωρείται ένας μηχανισμός αστοχίας κατά μήκος της πραγματικής ή μιας υποθετικής επιφάνειας ολίσθησης (διάτμησης) 114

115 Κριτήριο αστοχίας συναρτήσει ενεργών ή ολικών τάσεων. Διαφορετικά κριτήρια μπορούν να ισχύουν σε διαφορετικά τμήματα της επιφάνειας θραύσης. Οι περισσότερες από τις μεθόδους οριακής ισορροπίας θεωρούν το κριτήριο ολίσθησης Coulomb: Ολικές τάσεις:τ=cu Ενεργές τάσεις:τ=c +σ n tanφ = c +(σn-u) tanφ Θεωρείται ότι η θραύση είναι πλαστική Πρέπει να ικανοποιείται η στατική ισορροπία (οριζόντια και κατακόρυφη) των επί μέρους τμημάτων και όλης της εδαφικής μάζας Ο συντελεστής ασφαλείας ορίζεται σαν ο συντελεστής κατά τον οποίο πρέπει να ελαττωθεί η διατμητική αντοχή του εδάφους ώστε να έχουμε οριακή ισορροπία. Ο συντελεστής ασφαλείας θεωρείται σταθερός κατά μήκος της επιφάνειας ολίσθησης Μέθοδος της οριακής ανάλυσης: λαμβάνει υπόψη όλα τα παραπάνω και επιπρόσθετα τη σχέση τάσης-ελαστικής παραμόρφωσης (τ-ε) του εδάφους. Μέθοδος Πεπερασμένων Στοιχείων: είναι μεν προσεγγιστική, αλλά μπορεί να δώσει αξιόπιστα αποτελέσματα και έχει το πλεονέκτημα ότι μπορεί να εφαρμοστεί σε όλα τα προβλήματα. Είναι μία εξέλιξη των μητρωϊκών μεθόδων. Δημιουργήθηκε και αναπτύχθηκε από διαφόρους σπουδαίους επιστήμονες όπως ο Ιωάννης Αργύρης, ο Clough, ο Ritz και άλλοι. Η μέθοδος ουσιαστικά διαχωρίζει ένα σώμα σε μικρότερα «στοιχεία» διαφόρων σχημάτων συνδεδεμένα μεταξύ τους με «κόμβους» οι οποίοι είναι οι γωνίες των «στοιχείων». Όσο αυξάνεται ο αριθμός των στοιχείων που χρησιμοποιούνται σε ένα πρόβλημα, τόσο μεγαλύτερη προσέγγιση επιτυγχάνεται στη λύση. Οι μετατοπίσεις των κόμβων αντιμετωπίζονται ως άγνωστες και υπολογίζονται. Οι τάσεις εκτιμούνται αριθμητικά σε ένα ή περισσότερα σημεία εσωτερικά σε κάθε στοιχείο. Κάθε στοιχείο μπορεί επίσης να έχει διαφορετικές ιδιότητες υλικού. Για να εφαρμοστεί η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων απαιτούνται τα εξής στάδια: Εισάγεται η γεωμετρία της κατασκευής σε ένα πρόγραμμα CAD και δημιουργείται το γεωμετρικό μοντέλο. Χωρίζεται το μοντέλο σε πεπερασμένα στοιχεία και αφού ετοιμαστεί το πλέγμα επιλέγεται το είδος της επίλυσης και εισάγονται τα επιπλέον δεδομένα που απαιτούνται. Παραδείγματος χάριν, αν επιλεγεί να λυθεί το μοντέλο σε στατική καταπόνηση θα πρέπει να δοθούν τα δεδομένα για τις δυνάμεις και τις στηρίξεις. 115

116 Όταν ετοιμαστούν τα δεδομένα για επίλυση, εισάγονται σε ένα πρόγραμμα το ποίο θα κάνει την επίλυση του προβλήματος. Τέτοιου είδους προγράμματα λέγονται solver και χρησιμοποιούν για τις επιλύσεις αριθμητικές μεθόδους. Όταν τελειώσει η επίλυση πρέπει να χρησιμοποιηθεί ένα πρόγραμμα, που αποκαλείται post processor, για να μπορέσει ο μελετητής να δει τα αποτελέσματα. Εικόνα 4.1α: Προσομοίωμα πρανούς με πεπερασμένα στοιχεία Μέθοδος Συνοριακών Στοιχείων: η χρήση της ενδείκνυται σε προβλήματα βραχομηχανικής. Σε αυτή τη μέθοδο μόνο οι επιφάνειες-ασυνέχειες της βραχόμαζας πρέπει να διακριτοποιηθούν και να τις αποδοθούν μηχανικές ιδιότητες. Οι μηχανικές ιδιότητες του συμπαγούς υλικού παραλείπονται. Για σύνθετη μη γραμμική συμπεριφορά υλικών τα πλεονεκτήματα της μεθόδου μειώνονται δραστικά. Μέθοδος Διακεκριμένων Στοιχείων: είναι ο συνδυασμός των δύo παραπάνω μεθόδων. Και αυτή η μέθοδος είναι μεν προσεγγιστική, αλλά μπορεί να δώσει αξιόπιστα αποτελέσματα και έχει το πλεονέκτημα ότι μπορεί να εφαρμοστεί για την προσομοίωση ασυνεχών μέσων (όπως διακλασμένη βραχόμαζα). 116

117 Χρησιμοποιεί άμεσα χρονικά βήματα (time-marching) για να επιλυθούν κατευθείαν οι εξισώσεις της κίνησης. Επιτρέπει πεπερασμένες μετακινήσεις και περιστροφές διακεκριμένων σωμάτων συμπεριλαμβανομένης ολικής αποκόλλησης. Είναι κατάλληλη για να προσομοιάζει μεγάλες μετακινήσεις και παραμορφώσεις ενός συστήματος τεμαχών. Αυτομάτως αναγνωρίζει νέες συνδέσεις καθώς η υπολογιστική διαδικασία προχωράει. Τα παραμορφώσιμα τεμάχη υποδιαιρούνται σε ένα πλέγμα στοιχείων πεπερασμένων διαφορών και κάθε στοιχείο ανταποκρίνεται με βάση έναν προκαθορισμένο γραμμικό ή μη-γραμμικό νόμο τάσης- παραμόρφωσης. H σχετική κίνηση των ασυνεχειών διέπεται επίσης από γραμμικές ή και μη-γραμμικές σχέσεις δύναμης-μετατόπισης για μετακίνηση και κατά την ορθή και κατά τη διατμητική διεύθυνση. Ο όρος μέθοδος διακεκριμένου στοιχείου εφευρέθηκε από τους Cundall και Strack (1979) Εικόνα 4.1β: Προσομοίωμα σήραγγας με διακεκριμένα στοιχεία 4.2 ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΟΥ SLIDE Το SLIDE είναι ένα πρόγραμμα, υπολογισμού ευστάθειας πρανών σε δύο (2) διαστάσεις, που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του συντελεστή ασφαλείας σε κυκλικές και μη-κυκλικές επιφάνειες αστοχίας και έχει εφαρμογή τόσο σε εδαφικά όσο και σε βραχώδη πρανή. Το πρόγραμμα χρησιμοποιεί τις μεθόδους οριακής ισορροπίας (Janbu, Bishop κ.λ.π.) που εφαρμόζουν τη διαίρεση της εξεταζόμενης περιοχής σε τμήματα με κατακόρυφες παρειές (μέθοδος λωρίδων). 117

118 Στη μέθοδο Janbu λαμβάνονται υπόψη όλες οι δυνάμεις (κατακόρυφες και οριζόντιες) που ασκούνται στις παρειές των λωρίδων. Στη μέθοδο Bishop λαμβάνονται υπόψη μόνο οι κάθετες δυνάμεις στις παρειές των λωρίδων. Στη μέθοδο Ordinary δε λαμβάνονται υπόψη οι δυνάμεις που ασκούνται στις παρειές των λωρίδων. Το SLIDE είναι φιλικό, εύχρηστο και ο χρόνος επίλυσης του προβλήματος σύντομος ακόμη και σε πολύπλοκα μοντέλα. Εύρεση της κρίσιμης επιφάνειας αστοχίας για κυκλικές και μη- κυκλικές επιφάνειες ολίσθησης. Εφαρμογή διαφόρων μεθόδων οριακής ισορροπίας. Εφαρμογή σε πολυστρωματικό έδαφος. Εφαρμογή σε μη-γραμμικά Mohr-Coulomb υλικά Εισαγωγή παραμέτρων όπως: υδροφόρος ορίζοντας, πιεζομετρικές επιφάνειες, διαπερατότητα Εισαγωγή εξωτερικών φορτίων, σημειακών, κατανεμημένων ή σεισμικών Υπολογισμός αγκυρίων Προβολή μερικών ή όλων των επιφανειών που προέκυψαν από την Ανάλυση Εικόνα 4.2α: Μέθοδος λωρίδων κατά Bishop όπου λαμβάνονται υπόψη μόνο οι κάθετες δυνάμεις στις παρειές των λωρίδων 118