ΦΡΑΓΜΑ ΑΠΟΣΕΛΕΜΗ ΑΠΟ ΤΟ ΟΡΑΜΑ ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ

Transcript

1 ΦΡΑΓΜΑ ΑΠΟΣΕΛΕΜΗ ΑΠΟ ΤΟ ΟΡΑΜΑ ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ Αξιολόγηση των γεωτεχνικών χαρακτηριστικών των υλικών κατασκευής, της κουρτίνας τσιμεντενέσεων και των μετρήσεων των οργάνων του φράγματος. Λάμπρος Σωμάκος, Ιωάννης Καραπαναγιώτης. Τεχνικός Σύμβουλος Διαχείρισης Εργου. Ηράκλειο 18 Απριλίου

2 Γενικά στοιχεία του έργου 2

3 Συντελεστές του έργου Θα ήθελα εδώ να αναφερθώ σε αγαπητούς συναδέλφους που μαζί μας συνέβαλαν στην κατασκευή του φράγματος, τον Γιώργο Περράκη και τον Μανώλη Τσαβδάρη ο οποίος δεν είναι πια κοντά μας. Επίσης ειδική αναφορά γίνεται στους εμπειρογνώμονες Victor Milligan, Παύλο Μαρίνο και Μιχάλη Καββαδά. Λίγα λόγια για τη γεωλογία της περιοχής Η περιοχή της λεκάνης κατάκλυσης του φράγματος δομείται από τις σύγχρονες και παλαιότερες αποθέσεις κατά μήκος της κοίτης του χειμάρρου Αποσελέμη, τα πλευρικά κορήματα και αποσαθρώματα των σχηματισμών του υποβάθρου, τις χειμαρρο λιμναίες αποθέσεις της λεκάνης Αβδού και από τους σχιστοφυλλιτικούς και ασβεστολιθικούς σχηματισμούς. Το μεγαλύτερο τμήμα της λεκάνης κατάκλυσης δομείται από τους σχιστοφυλλιτικούς σχηματισμούς και μόνο δύο συγκεκριμένες θέσεις της λεκάνης χαρακτηρίζονται από τους υποκείμενους έντονα καρστικοποιημένους ασβεστολιθικούς σχηματισμούς, οι οποίοι φθάνουν μέχρι την επιφάνεια του εδάφους. Στις θέσεις αυτές κατασκευάστηκαν δύο μικρού ύψους βοηθητικά αναχώματα για την απομόνωση των ασβεστολιθικών μαζών που έρχονται σε άμεση επαφή με τα νερά του 3

4 ταμιευτήρα (όταν η στάθμη του ταμιευτήρα θα υπερβαίνει το υψόμετρο +160,00). Η σημαντικότερη τεκτονική δομή που χαρακτηρίζει την περιοχή είναι η αντικλινική δομή που αναπτύσσεται κατά μήκος της κοίτης του χειμάρρου Αποσελέμη και αποτελεί το σημαντικότερο παράγοντα διαμόρφωσης ευνοϊκών συνθηκών ευστάθειας σε συνδυασμό και με τη μικρή γωνία κλίσης των αντερεισμάτων. Τύπος φράγματος Το φράγμα Αποσελέμη είναι ένα χωμάτινο φράγμα, εύκαμπτου τύπου, με κεντρικό αργιλικό πυρήνα, σώματα στήριξης από αποσαθρωμένο φυλλίτη, διαβαθμισμένα υλικά (λεπτόκοκκο φίλτρο, στραγγιστήριο) από το ασβεστολιθικό λατομείο πλησίον του έργου και ανάντη και κατάντη λιθορριπές προστασίας. 4

5 Θεμελίωση Φράγματος Ο γραφιτικός φυλλίτης είναι επιρρεπής σε αποσάθρωση φθορά κατά την αποκάλυψή του. Επρεπε επομένως η διάστρωση των υλικών του πυρήνα και του φίλτρου να ξεκινούσε άμεσα μετά από την αποκάλυψη και καθαρισμό της επιφάνειας θεμελίωσης (συνήθως εντός 24 ωρών) για την αποφυγή εκδήλωσης φαινομένων αποσάθρωσης. Για τον ίδιο λόγο οι τσιμεντενέσεις τάπητα και εργασίες εγκατάστασης οργάνων (πιεζόμετρα) γίνονταν από υψηλότερο επίπεδο, περίπου 0,5 1m από τη στάθμη θεμελίωσης. 5

6 Κουρτίνα τσιμεντενέσεων Η κουρτίνα τσιμεντενέσεων γίνεται συνήθως με διάταξη αρχικά πρωτευουσών οπών σε απόσταση περίπου 8 10m, και εν συνεχεία με υποδιπλασιασμό σε δευτερεύουσες και τριτεύουσες οπές. Το βάθος της κουρτίνας του φράγματος Αποσελέμη είναι 25m. Εκτελέστηκαν δοκιμές διαπερατότητας και υπολογίστηκε ο συντελεστής διαπερατότητας (k) με τιμές 2x10 5 1,7x10 4 cm/sec. Οι απορροφήσεις ενέματος στις πρωτεύουσες και δευτερεύουσες οπές ήταν μικρές. Οι πυρήνες των κεκλιμένων οπών ελέγχου έδειξαν ότι το φυλλιτικό υπόβαθρο κάτω από τη θεμελίωση του φράγματος παρουσιάζει πολύ χαμηλή διαπερατότητα, με απουσία διακεκριμένων ζωνών περατότητας. Για το λόγο αυτό καταργήθηκαν οι τριτεύουσες οπές τσιμεντενέσεων που προβλέπονταν στον αρχικό σχεδιασμό. Αργιλικό υλικό για την κατασκευή του πυρήνα του φράγματος 6

7 Το αργιλικό υλικό για την κατασκευή του πυρήνα του φράγματος λήφθηκε από δανειοθαλάμους που βρίσκονταν μέσα στη λεκάνη κατάκλυσης του ταμιευτήρα. Το υλικό αυτό πληρούσε πάντα τις απαιτήσεις των Τεχνικών Προδιαγραφών του έργου, όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα κοκκομετρικής διαβάθμισης (μέσες τιμές) ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΗΣ ΔΙΑΒΑΘΜΙΣΗΣ ΑΡΓΙΛΟΥ (ΜΕΣΕΣ ΤΙΜΕΣ) Διερχόμενο (%) Aργιλος ,01 0,1 Μέγεθος 1 κόκκου ( mm) Διάστρωση συμπύκνωση Η διάστρωση και συμπύκνωση γίνονταν σε στρώσεις όχι μεγαλύτερες από 20cm ώστε να εξασφαλίζεται σε συνδυασμό με τις άλλες απαιτήσεις (ομοιογένεια υλικού, ομοιόμορφο ποσοστό υγρασίας, αριθμός διελεύσεων κλπ) η απαίτηση ότι η ξηρή πυκνότητα του διαστρωμένου υλικού θα είναι τουλάχιστον 98% της μέγιστης ξηρής πυκνότητας σύμφωνα με την πρότυπη δοκιμή Proctor και η υγρασία εντός των αποδεκτών ορίων που τέθηκαν στις Τεχνικές Προδιαγραφές. Γιατί εξοπλισμός τύπου κατσικοπόδαρο 7

8 Για την αποφυγή δημιουργίας διακεκριμένων επιφανειών διαπερατότητας (lamination). Η συμπύκνωση αναφέρεται πάντα στην από κάτω στρώση και ο έλεγχος συμπύκνωσης γίνεται εκεί, σε αντιδιαστολή με τα έργα οδοποιίας κλπ. 8

9 Γιατί το υλικό του πυρήνα πριν τη συμπύκνωση πρέπει να έχει υγρασία >w opt Η ευστάθεια του κατάντη πρανούς κατά τη διάρκεια κατασκευής του φράγματος (πέρας κατασκευής) γίνεται με θεώρηση ανάπτυξης πιέσεων πόρων στον αργιλικό πυρήνα τα σώματα στήριξης και το υπέδαφος λόγω της συμπύκνωσης εξ ιδίου βάρους (συνίζηση). Στα ανωτέρω υλικά θεωρείται ότι αναπτύσσονται πιέσεις που εκφράζονται με το συντελεστή r u δηλαδή Δu= r u γh όπου (γ) είναι το ειδικό βάρος των υπερκείμενων γαιών και (h) είναι το αντίστοιχο ύψος. Δu είναι η υδατική πίεση πόρων σε μέτρα νερού και Δσ είναι το γεωστατικό φορτίο. r u = 0 όταν οι υπερπιέσεις πόρων έχουν εκτονωθεί πλήρως (στερεοποίηση). r u= 1 όταν το έδαφος είναι πλήρως κορεσμένο και δεν έχει μεσολαβήσει στράγγιση (δηλαδή δεν άρχισε η εκτόνωση της πίεσης πόρων). Τα πλεονεκτήματα που προέρχονται από την αυστηρή τήρηση της διαδικασίας διάστρωσης και συμπύκνωσης του υλικού πυρήνα με υγρασία πάνω από τη βέλτιστη (wet of optimum) γενικά υπερβαίνουν τις συνέπειες που αναφέρονται πιο κάτω. Μειώνονται οι πιθανότητες επιπλέον παραμορφώσεων κατά τη διαδικασία κορεσμού στη φάση της πλήρωσης του ταμιευτήρα. Το υλικό του πυρήνα αποκτά μεγαλύτερη ευκαμψία έτσι ώστε αν υπάρξουν διαφορικές μικρομετακινήσεις (καθιζήσεις) αυτές δεν θα τείνουν στο να δημιουργήσουν ρωγμές στη μάζα του πυρήνα. Συχνά η ανάπτυξη πιέσεων πόρων προκαλεί μείωση του συντελεστή ασφαλείας των πρανών του φράγματος χωρίς όμως σοβαρές συνέπειες, αν υπάρξουν φαινόμενα οριακής αστοχίας, για τους ακόλουθους λόγους: Ο ταμιευτήρας είναι κενός και συνεπώς δεν υπάρχει κίνδυνος υπερχείλισης και πρόκλησης ζημιών κατάντη. Δεν έχουν παρατηρηθεί περιπτώσεις γενικευμένης καταστροφικής αστοχίας του πρανούς στο τέλος της κατασκευής αλλά μόνον μικρομετακινήσεις ερπυστικού τύπου, διογκώσεις στο κατώτερο τμήμα του πρανούς κλπ. Κατά συνέπεια η επερχόμενη αστοχία μπορεί να παρατηρηθεί στα αρχικά της στάδια και να ληφθούν τα κατάλληλα μέτρα (π.χ. ανακουφιστικά πρίσματα στον πόδα, μείωση του ρυθμού κατασκευής του φράγματος) και επιπλέον η όποια αποκατάσταση των βλαβών είναι σχετικά εύκολη (το φράγμα είναι υπό κατασκευή και εκτελούνται ούτως ή άλλως χωματουργικές εργασίες). Το ύψος του φράγματος δεν είναι μεγάλο και συνεπώς το απόλυτο μέγεθος των αναπτυσσόμενων υπερπιέσεων πόρων δεν θα είναι πολύ υψηλό. Τέλος επειδή η συνθήκη πέρατος κατασκευής δεν έχει μεγάλη διάρκεια είναι αποδεκτό να δεχτούμε μειωμένο συντελεστή ασφαλείας (μειωμένος σεισμικός συντελεστής) για την περίπτωση που αντιστοιχεί στις συνθήκες πέρατος κατασκευής παρά για την περίοδο της πρώτης πλήρωσης και της μετέπειτα λειτουργίας του ταμιευτήρα (κατάσταση πλήρους ταμιευτήρα ). 9

10 Τι συμβαίνει και εμφανίστηκε ο οδοστρωτήρας στην επιφάνεια του πυρήνα; Προφανώς περιμένουμε βροχή και πρέπει να προστατεύσουμε τον πυρήνα, (δηλαδή να τον σιδερώσουμε ) ώστε να είναι ευχερέστερη η διαδικασία αναμόχλευσης και αερισμού του υλικού και επανέναρξης των εργασιών το γρηγορότερο. 10

11 Φίλτρο κοκκομετρική διαβάθμιση κριτήρια συγκράτησης διαπερατότητας καταρρευσιμότητα Τα διαβαθμισμένα υλικά για την κατασκευή του φράγματος Αποσελέμη προήλθαν στο σύνολό τους από το ασβεστολιθικό λατομείο πλησίον του έργου. Στην παρακάτω φωτογραφία δείχνεται το συγκρότημα παραγωγής των διαβαθμισμένων υλικών και πιο συγκεκριμένα του λεπτόκοκκου φίλτρου, με τελικό στάδιο την υδροταξινόμηση (πλύσιμο). Κρίσιμη παράμετρος ήταν η απαίτηση για το διερχόμενο στο κόσκινο Νο200 που έπρεπε να είναι, στο διαστρωμένο υλικό, μικρότερο του 5%. Επίσης το φίλτρο έπρεπε να πληροί την απαίτηση της Τεχνικής Προδιαγραφής σχετικά με την καταρρευσιμότητα. Τα αποτελέσματα των εργαστηριακών δοκιμών πληρούσαν τις ως άνω απαιτήσεις. Κατά τη φάση διαχείρισης του λεπτόκοκκου φίλτρου μετά την παραγωγή (φόρτωση μεταφορά διάστρωση) το ποσοστό των λεπτόκοκκων παρουσίαζε αύξηση κατά 1 1,5%. Δεδομένου όμως ότι το ποσοστό των λεπτόκοκκων στο συγκρότημα παραγωγής μετά και την υδροταξινόμηση (πλυντήριο) δεν υπερέβαινε το 4%, πληρούνταν οι απαιτήσεις των Τεχνικών Προδιαγραφών (διερχόμενο στο κόσκινο Νο200 < 5% στο διαστρωμένο υλικό). 11

12 Διερχόμενο (%) Γράφημα 2: Κοκκομετρική διαβάθμιση λεπτόκοκκου φίλτρου - Σύγκριση παραγωγής-κατασκευής Οριο Μax Οριο Min ,01 0, Μέγεθος κόκκου (mm) Είχαμε εξαπατηθεί στο παρελθόν νομίζοντας ότι οι αδιαπέρατες ζώνες των φραγμάτων μας παραμένουν χωρίς ρωγμές. Αποδεικτικά στοιχεία τώρα δείχνουν ότι συγκεντρωμένες διαρροές αναπτύσσονται συνήθως σε καλά μελετημένα και κατασκευασμένα φράγματα. Είναι ξεκάθαρο τώρα ότι το πιο σημαντικό δομικό στοιχείο στο φράγμα είναι το φίλτρο κατάντη του πυρήνα. Εξασφαλίζοντας ένα συντηρητικό κατάντη φίλτρο μπορούμε να 12

13 πάψουμε να ανησυχούμε για πιθανές συγκεντρωμένες διαρροές διά μέσω του πυρήνα (Sherard & Dunnigan 1985). Τώρα έρχομαι σε ένα άλλο θέμα που αφορά στη διαβάθμιση του υλικού του φίλτρου. Εάν σχηματιστεί μια ρωγμή σε έναν πυρήνα από λεπτόκοκκο υλικό σαν αποτέλεσμα διαφορικής καθίζησης, υδραυλικής θραύσης, σεισμικής δράσης, ή άλλης αιτίας, το φίλτρο πρέπει να εμποδίζει επίσης την απώλεια υλικού που μπορεί να μεταφερθεί μέσω της ρωγμής. Αυτό σημαίνει ότι το φίλτρο πρέπει να κατακρημνίζεται αντί να «στηρίζει» τη ρωγμή (arch effect), δηλαδή το φίλτρο θα πρέπει να είναι ικανό να παρακολουθεί τις προαναφερθείσες διεργασίες που μπορούν να συμβούν στον πυρήνα. Από τα παραπάνω προκύπτει το τόσο σημαντικό που θέλω εδώ να επισημάνω δηλαδή ότι αυτό το φίλτρο, ποιό δηλαδή, αυτό που έχει τη δυνατότητα να κατακρημνίζεται (collapsible filter) πρέπει να διαστρώνεται στην κατάντη για να δρά σαν φίλτρο της ρωγμής (crack filter) στην περίπτωση που η ρωγμή μένει ανοικτή. Ετσι λοιπόν σήμερα χρησιμοποιούμε πρότυπη άμμο σκυροδέματος σαν φίλτρο στους πυρήνες από λεπτόκοκκα υλικά. Επομένως, συνοψίζοντας τα παραπάνω, προκύπτουν οι δύο βασικές απαιτήσεις του φίλτρου που πρέπει να έχουμε πάντα υπόψη: Να είναι επαρκώς λεπτόκοκκα ώστε να εμποδίζουν τη διάβρωση του υλικού που προστατεύουν (κριτήριο συγκράτησης) Να είναι επαρκώς διαπερατά ώστε να επιτρέπουν την αποστράγγιση του διηθούμενου νερού (κριτήριο διαπερατότητας) Σύμφωνα με τη διεθνή εμπειρία το ιδανικό φίλτρο για σχεδόν όλες τις κοκκομετρικές διαβαθμίσεις υλικού πυρήνα είναι η άμμος σκυροδέματος, με μέγιστο κόκκο μικρότερο από 10mm (3/8 in), D 15 = 0,25mm και συντελεστή ομοιομορφίας D 60 /D 10 = 5 6. Η περατότητα του υλικού αυτού είναι γενικά μεγαλύτερη από 5x10 3 cm/sec. Το πλεονέκτημα αυτής της γενικής προδιαγραφής για λεπτόκοκκο φίλτρο είναι διεθνώς αποδεκτό, παράγεται εύκολα και δεν δημιουργεί προβλήματα απόμειξης όταν διαστρώνεται σε σχετικά λεπτά στρώματα με την κατάλληλη υγρασία (4 5%). Δεν απαιτείται περαιτέρω συμπύκνωση πέραν αυτής που γίνεται με τον εξοπλισμό διάστρωσης για τους λόγους που αναφέρονται ανωτέρω. 13

14 Δοκιμή κατάρρευσης 14

15 15

16 Πιεζόμετρα δονούμενης χορδής στη θεμελίωση και στο σώμα του φράγματος Η έμφραξη του αγωγού εκτροπής έγινε στις Δεδομένου ότι τον Σεπτέμβριο 2012 η στάθμη του ταμιευτήρα ήταν πολύ χαμηλή, οι μετρήσεις που σχολιάζονται (Σεπτεμβρίου 2012) αντιστοιχούν σε συνθήκες πέρατος κατασκευής. Από την αξιολόγηση των μετρήσεων προκύπτει ότι οι πιέσεις πόρων στη θεμελίωση είναι πολύ μικρές (r u 0,06) δηλαδή έχει ολοκληρωθεί η στερεοποίηση. Οι τιμές του συντελεστή πίεσης πόρων είναι χαμηλές στις ανώτερες στάθμες του πυρήνα (r u 0,08 0,02), λόγω μη κορεσμού υπό το μικρό βάρος των υπερκειμένων. Αντίθετα τα πιεζόμετρα στις χαμηλές στάθμες του πυρήνα δίνουν αρκετά υψηλή τιμή του συντελεστή πίεσης πόρων r u (0,22 0,27) λόγω κορεσμού του υλικού του πυρήνα υπό το μεγάλο βάρος των υπερκείμενων (55m). Συμπερασματικά μπορούμε να πούμε ότι ανάπτυξη των πιέσεων πόρων στη θεμελίωση και στον πυρήνα του φράγματος Αποσελέμη ακολούθησε μια φυσιολογική εξέλιξη. 16

17 ΦΡΑΓΜΑ ΑΠΟΣΕΛΕΜΗ 17