ΑΛΕΞΑΝ ΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΥΠΟ ΟΜΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Transcript

1 ΑΛΕΞΑΝ ΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΥΠΟ ΟΜΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΚΑΘΙΖΗΣΕΙΣ Ε ΑΦΟΥΣ ΣΥΓΓΡΑΦΕΙΣ: ΚΟΥΛΟΥ ΜΑΡΙΑ ΑΜΟΥ ΕΥ ΟΞΙΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2009 ΕΠΟΠΤΕΥΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Γ. ΚΟΝΙΤΟΠΟΥΛΟΣ

2 Στον πολυαγαπηµένο µου αδελφό, Λάζαρο Μαρία Κουλού Στον πατέρα µου, που µόλις έφυγε. Ευδοξία άµου

3 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Για την εκπόνηση της πτυχιακής εργασίας θα ήθελα να ευχαριστήσω θερµά τον καθηγητή µου κ. Γ.Κονιτόπουλο που έδειξε µεγάλη ανοχή και κατανόηση. Θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους τους καθηγητές του τµήµατος για τις γνώσεις που µας µετέδωσαν κατά τη διάρκεια της φοίτησης µου στη σχολή. Τις υπαλλήλους της Γραµµατείας της σχολής κα. Πατσαβρίδου και κα. Ζιάκα για την βοήθεια τους και ειδικότερα την κα. Πατσαβρίδου που από την πρώτη ηµέρα της φοίτησης µου προσπάθησε να µε βοηθήσει σε προσωπικό µου θέµα. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω δύο δικούς µου ανθρώπους, τον καλό µου Σταύρο και την φίλη µου Κατερίνα που είναι στη ζωή µου. Χωρίς την βοήθεια τους θα ήταν δύσκολη η εκπόνηση της πτυχιακής µου εργασίας. Τέλος, µα περισσότερο από όλους, θέλω να ευχαριστήσω τους γονείς µου που είναι πάντα δίπλα µου και µε στηρίζουν σε κάθε µου βήµα. Ειδικά τον αγαπηµένο µου µπαµπά που πάντα κάνει τα αδύνατα δυνατά για να είµαι ευτυχισµένη και να µου παρέχει τα πάντα για να µην µου λείψει ποτέ τίποτα. Κουλού Μαρία Ευχαριστώ όλους τους ανθρώπους που ήταν δίπλα µου αυτά τα χρόνια που σπούδαζα, ιδιαίτερα τους γονείς µου, όπου σε αντίξοες συνθήκες ήταν πάντα κοντά µου. Αφιερώνω την πτυχιακή αυτή, µε πολύ αγάπη, στον Αξιολάτρευτο µου πατέρα, όπου έφυγε πρόσφατα από την ζωή. Με όλες του τις δυνάµεις συντέλεσε στο τελείωµα των σπουδών µου. Όλες του οι ευχές πραγµατοποιήθηκαν. Πάντα θα τον θυµάµαι µε αγάπη. i

4 Π Ρ Ο Λ Ο Γ Ο Σ..i Ε Ι Σ Α Γ Ω Γ Η....1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο Τύποι καθιζήσεων..2 Γενικά Άµεση καθίζηση Η αρχή της υπέρθεσης Η αρχή της διαστρωµάτωσης ιόρθωση για την ακαµψία ιόρθωση για το Βάθος Μέση καθίζηση Μέτρο ελαστικότητας αυξανόµενο µε το βάθος Πρωτογενής καθίζηση ή καθίζηση λόγω στερεοποίησης είκτης συµπιεστότητας ευτερογενής καθίζηση.. 13 Γενικά Γενική µέθοδος Εκτίµηση των τιµών C α και ε α ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο Επιτρεπόµενες καθιζήσεις. 18 Γενικά Ορισµοί των κινήσεων εδάφους και θεµελίωσης Κριτήρια για τις µετακινήσεις Συνήθη όρια καθιζήσεων 20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο Καθιζήσεις και εδαφικές υποχωρήσεις.. 23 Γενικά 23 i. Αποµάκρυνση ρευστών από το έδαφος 24 ii. Κατάρρευση διαβρωσιγενών κοιλοτήτων.. 25 iii.μεταλλευτική δραστηριότητα υναµική των εδαφικών υποχωρήσεων Συνέπειες της επίδρασης των εδαφικών υποχωρήσεων αυτής της αιτιολογίας στις κατασκευές Μηχανισµός εκδήλωσης των εδαφικών υποχωρήσεων από υπόγειες εκµεταλλεύσεις Γωνία επίδρασης Το εύρος της υπόγειας εκµετάλλευσης (στοάς) Το βάθος της εκµετάλλευσης Το πάχος του ορίζοντα, που υφίσταται την εκµετάλλευση Η κλίση του ορίζοντα που υφίσταται την εκµετάλλευση Η µέθοδος και ο τύπος της υποστήριξης Ο παράγων χρόνος Η παρουσία ασυνεχειών στον περιβάλλοντα σχηµατισµό της εκµετάλλευση Η φυσική κατάσταση των σχηµατισµών πάνω από τις εργασίες εκµετάλλευσης.. 35

5 Καθεστώς υπόγειου νερού.. 35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο Αναφορές καθιζήσεων στο εξωτερικό Ο κεκλιµένος Πύργος της Πίζας, Ιταλία 36 Γενικά Εδαφικές συνθήκες Μετακινήσεις και επεµβάσεις Αιτίες των µετακινήσεων ιορθωτικά µέτρα Αφαίρεση εδάφους Μέγαρο Καλών Τεχνών, Πόλη του Μεξικού San Joaquim Valley Καλιφόρνιας Houston Η.Π.Α Phoenix, Αριζόνα Άλλες περιοχές των Η.Π.Α Bangkok Μεξικό Σαγκάη Τόκιο και Niieata Ιαπωνίας Ναεονα Ιαπωνίας Μιλάνο Πίζα Μπολόνια Κόµο Βενετία Σουηδία. 51 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο Αναφορές καθιζήσεων σε Ελλάδα Γενικά Καλοχώρι Θεσσαλονίκης Νοµός Θεσσαλία Μοσχάτο Καλλιθέα Αθηνών Αγίας Τριάδας Πατρών Εισαγωγή ιαχρονικό δίκτυο κατακόρυφου ελέγχου Γεωτεχνικές συνθήκες Συµπεράσµατα - Προτάσεις Ιστορικού Κέντρου Αιγίου ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ο Τεχνικές Αντιµετώπισης Καθιζήσεων ΓΕΝΙΚΑ ΜΕΤΡΑ ΠΡΟΛΗΨΗΣ Μέθοδοι βελτίωσης του υπεδάφους ΜΕΤΡΑ ΑΝΑΣΧΕΣΗΣ ΑΝΑΚΟΠΗΣ. 69

6 6.2.1 Μέθοδοι ενίσχυσης του εδάφους θεµελίωσης Βελτίωση του εδάφους µε διαπότιση και αγκύρωση Αύξηση της ασφάλειας κατά θραύση του εδάφους ΕΝ ΕΙΞΕΙΣ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΘΕΜΕΛΙΩΝ ΜΕΘΟ ΟΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΚΑΙ ΕΠΙΣΚΕΥΗΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ Αύξηση διαστάσεων των υπαρχόντων θεµελίων Κατασκευή νέων θεµελίων Κατασκευή υποθεµελίωσης Αβαθείς υποθεµελιώσεις Βαθιές υποθεµελιώσεις Εκτέλεση της υποθεµελίωσης Αύξηση της ασφάλειας έναντι ανατροπής και ολίσθησης ΕΞΕΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΜΕΘΟ ΩΝ ΥΠΟΓΕΙΑΣ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗΣ ΚΑΙ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΠΟΥ ΠΡΟΚΥΠΤΟΥΝ.. 80 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ο Συµπεράσµατα.. 85 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ.. 86

7 Ε Ι Σ Α Γ Ω Γ Η Αποφασίσαµε να αναπτύξουµε το φαινόµενο της καθίζησης επειδή στον Ελλαδικό χώρο είναι πολύ συχνό, τόσο στα τεχνικά έργα όσο και στα οικοδοµικά. Η καθίζηση είναι το φαινόµενο που παρουσιάζεται στις κατασκευές, όταν τα φορτία τους µεταβιβάζονται σε συµπιεστές στρώσεις του υπεδάφους. Τα ψαθυρά εδάφη (άµµοι, αµµοχάλικα) επιτρέπουν, κατά την φόρτιση τους, την γρήγορη αποβολή του νερού που περιέχουν και την αναδιάταξη των κόκκων τους σε µικρό χρόνο. Έτσι, όταν εµποδίζεται η πλευρική τους διόγκωση και διευκολύνεται η στράγγιση τους, τα εδάφη αυτά, πρακτικά, δεν καθιζάνουν. Οι µικρές παραµορφώσεις που εµφανίζονται παίρνουν την τελική τους τιµή, µετά την επιβολή του φορτίου που τις προκαλεί. Σε αντίθεση, τα συνεκτικά εδάφη, αργούν να στερεοποιηθούν, δηλαδή να αποκτήσουν την οριστική εσωτερική τους δοµή, κάτω από την επιρροή των φορτίων. Τα περισσότερα συνεκτικά εδάφη (άργιλοι) έχουν πολύ µικρή διαπερατότητα. Και αυτό συντελεί στην αργή αποβολή του περιεχόµενου νερού. Στην πτυχιακή εργασία προσδιορίζονται οι λόγοι εµφάνισης της καθίζησης, ο τρόπος υπολογισµού της για κάθε τύπο καθίζησης και οι επιτρεπόµενες τιµές της. Αναφέρονται περιπτώσεις καθίζησης που απασχόλησαν την Ελλάδα και το Εξωτερικό. Τέλος αναπτύσσονται µεθόδοι για την αποτροπή και αντιµετώπιση της καθίζησης. 1

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο Τύποι καθιζήσεων Γενικά Τα φορτία των κατασκευών έχουν ως αποτέλεσµα τη συµπίεση του εδάφους. Η συµπίεση αυτή προκαλείται από τους ακόλουθους παράγοντες: α) αποβολή αέρα ή νερού των πόρων, β) αναδιάταξη στοιχείων του εδάφους, και γ) παραµόρφωση ή θραύση στοιχείων του εδάφους. Γενικά, η καθίζηση του εδάφους που προκαλείται από την επιβολή φορτίων µπορεί να διαιρεθεί σε τρεις κατηγορίες: 1. Άµεση καθίζηση. Είναι η καθίζηση η οποία λαµβάνει χώρα αµέσως µετά την επιβολή του φορτίου. Η άµεση καθίζηση οφείλεται στην ελαστική παραµόρφωση του ξηρού εδάφους, καθώς επίσης και του υγρού και του κορεσµένου εδάφους, χωρίς µεταβολή της περιεχόµενης υγρασίας. 2. Πρωτογενής καθίζηση ή καθίζηση λόγω στερεοποίησης. Οφείλεται στην αποβολή του νερού των πόρων. Το φαινόµενο αυτό ονοµάζεται στερεοποίηση. 3. ευτερογενής καθίζηση. Παρατηρείται στα κορεσµένα συνεκτικά εδάφη, και οφείλεται στην πλαστική αναδιάταξη της υφής τους. Είναι µία πρόσθετη συµπύκνωση που λαµβάνει χώρα υπό σταθερό φορτίο, όπως στο φαινόµενο του ερπυσµού. Ανάλογα µε τα αίτια που προκαλούν τις καθιζήσεις, αυτές διαχωρίζονται σε: α) ενεργές και β) παθητικές καθιζήσεις. Οι ενεργές καθιζήσεις οφείλονται στα φορτία της ίδιας της κατασκευής ενώ οι παθητικές σε επιρροές που δεν έχουν σχέση µε αυτήν. Οι ενεργές καθιζήσεις µπορεί να οφείλονται: Στην ελαστική συµπίεση που προκαλείται από τα στατικά φορτία της κατασκευής. Σε παραµένουσες παραµορφώσεις που προκαλούν τα στατικά ή δυναµικά φορτία της κατασκευής (από τη λειτουργία µηχανών σε εργοστάσια για παράδειγµα). Προέρχονται κυρίως από τη συµπίεση ενός βράχου χαλαρής συναρµογής, από το κλείσιµο των ασυνεχειών ή από την έκθλιψη των υλικών πλήρωσης που περιέχονται στις ασυνέχειες και τη διείσδυση τους σε παρακείµενα ανοικτά ρήγµατα ή όταν η δυνατότητα έκθλιψης τους δεν υπάρχει από τη στερεοποίηση των υλικών πλήρωσης. Σε ερπυστικά φαινόµενα που προκαλούν τα φόρτια της κατασκευής. Σε ολισθητικές κινήσεις κατά µήκος παρακείµενων γεωλογικών ασυνεχειών. 2

9 Οι παθητικές καθιζήσεις µπορεί να οφείλονται: Σε ελαστικές παραµορφώσεις οι οποίες προκαλούνται από την εφαρµογή φορτίων στη γειτονική περιοχή. Αποφορτίσεις της γειτονικής περιοχής µπορεί να οδηγήσουν σε ανυψώσεις (διάνοιξη εκσκαφής µιας γειτονικής θεµελίωσης για παράδειγµα). Σε παραµένουσες παραµορφώσεις εξαιτίας µεταβολών στη γειτονική περιοχή. Σε ερπυστικές ιδιοκινήσεις, ιδιαίτερα όταν η κατασκευή είναι θεµελιωµένη σε πρανή. Ολισθητικές κινήσεις που δεν οφείλονται στην κατασκευή αλλά σε διαβρωτικά φαινόµενα του βραχώδους υπόβαθρου. Επιδράσεις δυναµικών φορτίων, για παράδειγµα κυκλοφοριακές δονήσεις, σεισµοί, ανατινάξεις σε κοντινά λατοµεία. Είσοδος νερού στα υλικά πλήρωσης µε αποτέλεσµα να έχουµε µείωση των παραµέτρων αντοχής των συνεχειών και ολισθητικές κινήσεις. Μεταβολές όγκου, όπως για παράδειγµα εξαιτίας του ανυδρίτη σε γύψο ή εξαιτίας απορρόφησης ή αποµάκρυνσης νερού από αργιλικά πετρώµατα ή υλικά πλήρωσης. ιακυµάνσεις της στάθµης του φρεατίου ορίζοντα: οι αυξοµειώσεις του ενεργού βάρους του βράχου που προκαλούν οι διακυµάνσεις αυτές οδηγούν σε παθητικές καθιζήσεις. Επιδράσεις παγετού µπορούν να προκαλέσουν παθητικές ανυψώσεις ή παθητικές καθιζήσεις. Επιδράσεις από παρακείµενα υπόγεια µεταλλεία. ιαλυτότητα του πετρώµατος, για παράδειγµα καρστικά πετρώµατα. 1.1 Άµεση καθίζηση Ονοµάζεται και αστράγγιστη καθίζηση, επειδή συµβαίνει χωρίς εισροή ή εκροή νερού στο έδαφος. Το ότι ο όγκος δεν µεταβάλλεται σηµαίνει ότι ο λόγος του Poisson είναι ν = Οι καθιζήσεις προκαλούνται από τις διατµητικές παραµορφώσεις µέσα στο έδαφος, και αναγκάζουν την επιφάνεια του να αλλάξει σχήµα. Αυτές οι παραµορφώσεις υποτίθεται ότι είναι ελαστικές, έτσι οι καθιζήσεις θα αναιρεθούν όταν αφαιρεθεί το φορτίο. Οι άµεσες καθιζήσεις πραγµατοποιούνται σχεδόν αµέσως µε την εφαρµογή της φόρτισης, γι' αυτό συµβαίνουν κυρίως κατά το χρόνο της κατασκευής. Για πολλές κατασκευές, αυτές οι καθιζήσεις 'ενσωµατώνονται' στα έργα, πριν από την προσθήκη ευπαθών στοιχείων, όπως η επένδυση ή οι χρωµατισµοί. Όµως για τις κατασκευές που τα ευπαθή στοιχεία κατασκευάζονται στην αρχή ή κατά τη διάρκεια, όπως οι φέροντες τοίχοι, οι άµεσες καθιζήσεις µπορεί να έχουν σηµαντική επίδραση. Το θεµέλιο ή η φορτιζόµενη επιφάνεια υποτίθεται ότι είναι εύκαµπτη και προκαλεί µια καθίζηση µε δισκοειδές καµπύλο σχήµα µε µέγιστο στο κέντρο του θεµελίου. 3

10 Μια ακριβής λύση για τις άµεσες καθιζήσεις, µε τις κανονικές παραδοχές που αναφέρονται στον Πίνακα 1.1, δόθηκε από τους Ueshita και Meyerhof (1968) για τις συνθήκες του Σχήµατος 1.1. Χρησιµοποιείται η έκφραση: ρ i = (qb / E u ) x I όπου: ρ i = η άµεση καθίζηση στη γωνία της φορτιζόµενης επιφάνειας q = η οµοιόµορφα ασκούµενη πίεση Β = το πλάτος της φορτιζόµενης επιφάνειας Ι = ο συντελεστής επιρροής, από το Σχήµα 1.1 E u = το µέτρο ελαστικότητας του αστράγγιστου εδάφους Σχήµα 1.1 Τιµές επιρροής για άµεση καθίζηση (από Ueshita και Meyerhof, 1968) 4

11 Πίνακας 1.1 Άµεσες καθιζήσεις - παραδοχές Η αρχή της υπέρθεσης Η παραπάνω µέθοδος δίνει την καθίζηση στη γωνία µιας φορτιζόµενης επιφάνειας. Για να προσδιοριστούν οι καθιζήσεις σε άλλα σηµεία κάτω από το θεµέλιο, όπως η µέγιστη καθίζηση κάτω από το κέντρο του, µπορεί να χρησιµοποιηθεί η µέθοδος της υπέρθεσης, η οποία φαίνεται στο Σχήµα 1.2. Σχηµα 1.2 Η αρχή της υπέρθεσης Η αρχή της διαστρωµάτωσης Όπου υπάρχουν δύο ή περισσότερες στρώσεις εδάφους µε διαφορετικά µέτρα ελαστικότητας, µπορεί να χρησιµοποιηθεί η αρχή της διαστρωµάτωσης που βλέπετε στο Σχήµα

12 Σχήµα 1.3 Η αρχή της διαστρωµάτωσης Αυτή η αρχή µπορεί επίσης να χρησιµοποιηθεί για µια υπόγεια κατασκευή όπως ένας αγωγός, όπου ζητείται η καθίζηση σε ένα σηµείο µέσα στο εδαφικό στρώµα. Η καθίζηση του αγωγού οφείλεται στο έδαφος κάτω από αυτόν ιόρθωση για την ακαµψία Μια εύκαµπτη θεµελίωση δεν εξασφαλίζει αντίσταση στην παραµόρφωση, και θα παρουσιάσει καθίζηση δισκοειδούς καµπύλου σχήµατος. Για µια άκαµπτη θεµελίωση, η καθίζηση είναι ίδια σε όλα τα σηµεία. Μικρές θεµελιώσεις µε πέδιλα από οπλισµένο σκυρόδεµα έχουν αρκετή δυσκαµψία ώστε να εξασφαλίσουν άκαµπτες συνθήκες, αλλά µεγαλύτερες θεµελιώσεις όπως οι κοιτοστρώσεις είναι απίθανο να αποδειχθούν αρκετά δύσκαµπτες, οπότε θα παραµορφωθούν σε κάποιο βαθµό. Η γενική διόρθωση για την ακαµψία µπορεί να δοθεί από τη σχέση: ρ rigid = µ r ρ maximum flexible όπου ρ maximum flexible είναι η καθίζηση στο κέντρο της θεµελίωσης µε την παραδοχή ότι είναι εύκαµπτη. 6

13 Πίνακας 1.2 Συντελεστής διόρθωσης για την ακαµψία µ r Οι Fraser και Wardle (1976) απέδειξαν την επίδραση της µεταβλητής δυσκαµψίας ενός θεµελίου στις καθιζήσεις, και από τα αποτελέσµατα τους προέκυψαν οι τιµές για το µ τ στον Πίνακα 1.2, για άκαµπτο θεµέλιο µε άπειρη δυσκαµψία ιόρθωση για το Βάθος Οι περισσότερες θεµελιώσεις κατασκευάζονται στη βάση µιας εκσκαφής. Η επίδραση του βάθους της θεµελίωσης στην καθίζηση µπορεί να συµπεριληφθεί µε τη χρήση του συντελεστή µ 0 (από Burland, 1970), ο οποίος δίνεται στο Σχήµα 1.4. Αυτή η µέθοδος υποθέτει ότι η καθίζηση αρχικά προσδιορίζεται θεωρώντας τη φορτιζόµενη επιφάνεια στην επιφάνεια της εδαφικής στρώσης, και στη συνέχεια γίνεται διόρθωση για το βάθος σύµφωνα µε τη σχέση: ρ at depth = µ 0 ρ at surface Η µέθοδος υποθέτει επίσης ότι το έδαφος επάνω από το θεµέλιο έχει τις ίδιες ιδιότητες και είναι συνεχές µε το έδαφος κάτω από το θεµέλιο. Αυτή η προσέγγιση δεν πρέπει να συγχέεται µε τη διόρθωση του Fox, η οποία δίνει µια διόρθωση για φορτιζόµενη επιφάνεια η οποία βρίσκεται µέσα στο έδαφος και όχι στη βάση µιας εκσκαφής. 7

14 Σχήµα 1.4 Συντελεστές µέσης καθίζησης (από Christian και Carrier, 1978) 8

15 1.1.5 Μέση καθίζηση Η µέση καθίζηση ρ ave µιας εύκαµπτης φορτιζόµενης επιφάνειας προσδιορίστηκε πρώτα από τους Janbu et al. (1956) και τροποποιήθηκε αργότερα από τους Christian και Carrier (1978), σύµφωνα µε τη σχέση: ρ ave = µ 0 µ 1 x (qb / E u ) όπου µ 0 και µ 1 είναι συντελεστές για το βάθος εκσκαφής και το πάχος του εδαφικού στρώµατος κάτω από το θεµέλιο, αντίστοιχα (δείτε το Σχήµα 1.4). Η µέση καθίζηση του δισκοειδούς καµπύλου σχήµατος της εύκαµπτης θεµελίωσης συχνά θεωρείται ίδια µε την καθίζηση µιας άκαµπτης θεµελίωσης. Η αρχή της διαστρωµάτωσης µπορεί να εφαρµοστεί σε αυτή τη µέθοδο Μέτρο ελαστικότητας αυξανόµενο µε το βάθος Έχει αποδειχθεί ότι για τα περισσότερα εδάφη το µέτρο ελαστικότητας αυξάνεται µε το βάθος. Έτσι, υποθέτοντας µια σταθερή τιµή (οµογενής περίπτωση) θα υπερεκτιµήσουµε τις καθιζήσεις. Ο Butler (1974) παρουσίασε µια προσεγγιστική ανάλυση βασισµένη στις τιµές επιρροής του Steinbrenner για ένα έδαφος µε αυξανόµενο κατά βάθος µέτρο ελαστικότητας, η οποία δίνει την άµεση καθίζηση στη γωνία της φορτισµένης επιφάνειας ως: ρ i = (qb / E 0 ) x I όπου I είναι ένας συντελεστής επιρροής που εξαρτάται από: το σχήµα (L/B) το πάχος (Η/Β) ένα συντελεστή k ο οποίος δίνεται από τη σχέση: k = Οι τιµές του συντελεστή επιρροής I µπορούν να ληφθούν από το Σχήµα 1.5. Η καµπύλη για k = 0 αντιπροσωπεύει την περίπτωση του οµογενούς εδάφους ή του σταθερού µέτρου ελαστικότητας. Η µέθοδος υποθέτει ότι το θεµέλιο κατασκευάζεται στην επιφάνεια της συµπιεστής στρώσης. Μπορεί να εφαρµοστεί µια διόρθωση µ 0 για τη θεµελίωση σε βάθος, όπως περιγράψαµε πιο πάνω. Η αρχή της υπέρθεσης πρέπει να χρησιµοποιείται για σηµεία διαφορετικά από τη γωνία της φορτιζόµενης επιφάνειας, ενώ αν υπάρχουν στρώµατα µε διαφορετικά µέτρα ελαστικότητας, µπορεί να χρησιµοποιηθεί η αρχή της διαστρωµάτωσης. 9

16 Σχήµα 1.5 Συντελεστές επιρροής για µέτρο ελαστικότητας αυξανόµενο µε το βάθος άµεση καθίζηση 10

17 1.2 Πρωτογενής καθίζηση ή καθίζηση λόγω στερεοποίησης Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, στα αµµώδη εδάφη η αύξηση του φορτίου επιφέρει γρήγορη αποβολή του νερού των πόρων, µε αποτέλεσµα η άµεση καθίζηση και η στερεοποίηση να συµβαίνουν ταυτόχρονα. Όταν όµως ένα στρώµα κορεσµένης, συµπιεστής αργίλου υφίσταται µια αύξηση του φορτίου, η µεν άµεση (ελαστική) καθίζηση συµβαίνει αµέσως, η δε στερεοποίηση συνεχίζεται για µεγάλο χρονικό διάστηµα. Η καθίζηση της αργίλου, που προκαλείται από τη στερεοποίηση, είναι αρκετές φορές µεγαλύτερη από την άµεση καθίζηση. Σχήµα 1.6 Μηχανικό ανάλογο της στερεοποίησης Η παραµόρφωση της κορεσµένης αργίλου λόγω στερεοποίησης µπορεί να γίνει κατανοητή θεωρώντας ένα απλό µηχανικό ανάλογο, το αποτελείται από έναν κύλινδρο µε ελατήριο στο κέντρο του (Σχήµα 1.6). Γεµίζουµε τον κύλινδρο µε νερό, και στην επιφάνεια του εφαρµόζουµε, µέσω υδατοστεγούς εµβόλου, ένα φορτίο Q. Εάν η εσωτερική επιφάνεια της διατοµής του κυλίνδρου είναι Α, η αναπτυσσόµενη τάση είναι σ = Q/A. Αµέσως µετά την εφαρµογή του φορτίου (ενώ η βαλβίδα διαφυγής του νερού είναι κλειστή),η τάση σ παραλαµβάνεται εξ ολοκλήρου από το νερό, επειδή το νερό είναι ασυµπίεστο (Σχήµα. 1.6β), είναι δηλαδή: = σ. Όταν ανοίξουµε την βαλβίδα, αρχίζει η εκροή του νερού, µειώνεται η πίεση του, είναι δηλαδή Au < σ, ενώ το υπόλοιπο του φορτίου Q παραλαµβάνεται από το συµπιεζόµενο ελατήριο (Σχήµα 1.6γ). Αυτό συνεχίζεται µέχρι που θα µηδενιστεί η πίεση του νερού (Au = 0), οπότε το φορτίο παραλαµβάνεται εξ ολοκλήρου από το ελατήριο (Σχήµα 1.6δ). Σχήµα 1.7 Στρώση κορεσµένης, συµπιεστής αργίλου µεταξύ στρώσεων άµµου 11

18 Έχοντας κατά νου το παραπάνω µηχανικό ανάλογο, µπορούµε να αναλύσουµε την παραµόρφωση µιας στρώσης κορεσµένης αργίλου, πάχους Η, η οποία παρεµβάλλεται µεταξύ δύο στρώσεων άµµου (Σχήµα.1.7), και-η οποία υφίσταται ξαφνικά µια πρόσθετη ολική τάση σ. Η τάση αυτή παραλαµβάνεται από το νερό των πόρων και από το στερεό σκελετό του εδάφους, πράγµα που σηµαίνει ότι η ολική τάση µοιράζεται µεταξύ της ενεργού τάσης σ' και της πίεσης του νερού των πόρων υ, δηλαδή: σ = σ + u όπως στο µηχανικό ανάλογο, όπου το ελατήριο ενεργεί κατ' αναλογία, όπως ο στερεός σκελετός του εδάφους. Επειδή η διαπερατότητα (υδραυλική αγωγιµότητα) της αργίλου είναι πολύ χαµηλή, κατά το χρόνο επιβολής του φορτίου t = 0, η ολική τάση σ παραλαµβάνεται από το νερό των πόρων, δηλαδή σ - ν. Αµέσως µετά, λόγω της αύξησης αυτής της πίεσης, το νερό αρχίζει να αποβάλλεται προς τις εκατέρωθεν στρώσεις της άµµου. Στη συνέχεια, µειώνεται βαθµιαία η πίεση του νερού, υ, ενώ αυξάνεται ισόποσα η τάση που παραλαµβάνεται από το στερεό σκελετό, αυξάνεται δηλαδή η ενεργός τάση του εδάφους σ', έτσι ώστε να ισχύει πάντοτε η αρχή: σ = σ' + υ. Η διαδικασία αυτή της µεταφοράς του φορτίου από την υγρή φάση στη στερεά φάση, το φαινόµενο δηλαδή της στερεοποίησης, διαρκεί µέχρι να ολοκληρωθεί η αποβολή του νερού, µέχρι να ολοκληρωθεί δηλαδή η στράγγιση της αργίλου. Θεωρητικά, η διάρκεια της στερεοποίησης είναι άπειρη, t = =. Πρακτικά, ο χρόνος της στερεοποίησης, t = t c, είναι πεπερασµένος, εξαρτώµενος προφανώς από την τιµή του συντελεστή διαπερατότητας του εδάφους. Όταν ολοκληρωθεί η στράγγιση, η πίεση του νερού των πόρων µηδενίζεται, δηλ. Au = 0, οπότε η ολική τάση σ παραλαµβάνεται εξ ολοκλήρου από το στερεό σκελετό του εδάφους, δηλαδή: σ = σ Συνέπεια της στερεοποίησης είναι η καθίζηση της αργιλικής στρώσης, η οποία συµπαρασύρει την υπερκείµενη κατασκευή. Η καθίζηση αυτή είναι σχετικά ακίνδυνη, εάν είναι οµοιόµορφη. Γίνεται όµως επικίνδυνη, όταν είναι ανοµοιόµορφη (διαφορική καθίζηση). Ο βαθµός του κινδύνου ή επικινδύνου εξαρτάται, προφανώς, από το µέγεθος των τιµών των καθιζήσεων είκτης συµπιεστότητας Ο δείκτης συµπιεστότητας C C, για τον υπολογισµό των καθιζήσεων στο πεδίο, µπορεί να προσδιοριστεί µε τη γραφική κατασκευή του Σχ. 1.8, ύστερα από τον εργαστηριακό προσδιορισµό της µεταβολής του δείκτη πόρων σε συνάρτηση µε τη µεταβολή του ασκούµενου φορτίου. 12

19 Σχήµα 1.8. Γοαφική µέθοδος προσδιορισµού της πραγµατικής καµπύλης στερεοποίησης. (Das, 1998) Οι Nagasaj και Murty (1985) είχαν προτείνει την ακόλουθη εµπειρική σχέση για διαταραχθέντα εδάφη: C C = 0,2343 Y S (LL) όπου: LL = δείκτης υδαρότητας γ s = ειδικό βάρος εδάφους Για προφορτισµένες αργίλους, ο δείκτης συµπιεστότητας C C, αντικαθίσταται από το συντελεστή C R, ο οποίος υπολογίζεται από την προσεγγιστική σχέση: C 1 = K 2 x C C όπου: Κ2 = q = η πρόσθετη ενεργός τάση που προκαλεί η κατασκευή q 0 = η ενεργός τάση πριν από την κατασκευή q 0 = η µέγιστη ενεργός τάση που αναπτύχθηκε κατά το παρελθόν (προφόρτιση) 1.3 ευτερογενής καθίζηση Γενικά Σε µερικούς τύπους εδαφών, έχει διαπιστωθεί ότι οι µειώσεις του όγκου άρα, και οι καθιζήσεις συνεχίζονται ακόµη και αφού ολοκληρωθεί η 13

20 πρωτογενής στερεοποίηση και εκτονωθούν όλες οι πιέσεις του νερού των πόρων (δείτε το Σχήµα 1.9). Σχήµα 1.9 Ορισµός της δευτερογενούς συµπίεσης Οι καθιζήσεις από αυτές τις ογκοµετρικές παραµορφώσεις αναφέρονται ως δευτερογενής συµπίεση. Ο ερπυσµός λόγω στράγγισης µπορεί να αποτελείται και από ογκοµετρικές και από διατµητικές παραµορφώσεις. Έχουν προταθεί διάφοροι µηχανισµοί και προσοµοιώµατα για την ερµηνεία του φαινοµένου, αλλά φαίνεται πιο πιθανό ότι σχετίζεται µε µια ανακατανοµή της αλληλεπίδρασης (δυνάµεων) µεταξύ των κόκκων, η οποία ακολουθεί τις µεγάλες δοµικές αναδιατάξεις που συµβαίνουν στη διάρκεια του σταδίου φόρτισης της κανονικής στερεοποίησης. Αυτή η υπόθεση ενισχύεται από το γεγονός ότι οι δευτερογεννές καθιζήσεις είναι ασήµαντες για πιέσεις κάτω από το επίπεδο προστερεοποίησης (όταν το έδαφος είναι υπερστερεοποιηµενο και συµβαίνουν κυρίως ελαστικές παραµορφώσεις). Στα οργανικά όµως εδάφη, όπως επίσης και στα υψηλής συµπιεστότητας ανόργανα εδάφη, µπορούν να είναι µεγάλες όταν οι τάσεις υπερβούν την πίεση προστερεοποίησης και συµβούν πλαστικές παραµορφώσεις (δείτε το Σχήµα 1.10). 14

21 Σχήµα 1.10 Επίδραση της πίεσης προστερεοποίησης Ο λόγος της δευτερογενούς καθίζησης προς την πρωτογενή είναι αντιστρόφως ανάλογος προς το λόγο q/q Γενική µέθοδος Για µεταβολές όγκου λόγω αποβολής του νερού των πόρων µπορεί να υπάρχουν αλλαγές της πίεσης των πόρων στο έδαφος, αλλά θεωρούνται ότι είναι µικρές και συµβαίνουν µε τόσο αργό ρυθµό ώστε δεν µπορούν να µετρηθούν. Στο διάγραµµα του Σχ. 1.11, όπου φαίνεται η χρονική µεταβολή του δείκτη πόρων κατά τη διάρκεια της δευτερογενούς στερεοποίησης. Η κλίση του ευθύγραµµου τµήµατος, C Q, που αντιστοιχεί στη δευτερογενή στερεοποίηση, ονοµάζεται είκτης δευτερογενούς συµπίεσης, ο οποίος, όπως προκύπτει από τις ενδείξεις του Σχ. 1.11, δίνεται από τη σχέση: Ca = όπου: e p, e s = δείκτες πόρων κατά την αρχή και το τέλος της δευτερογενούς στερεοποίησης t p, t s = αντίστοιχοι χρόνοι 15

22 Σχήµα 1.11 Μεταβολή του δείκτη πόρων κατά τη διάρκεια της στερεοποίησης, σε ηµιλογαριθµική κλίµακα Οι δευτερογενείς καθιζήσεις ρ s µπορούν τότε να ληφθούν από τα αποτελέσµατα της εργαστηριακής δοκιµής ως: ρ s = Η log όπου: e p = ο αρχικός δείκτης πόρων του εδάφους Η = τ ο πάχος του εδαφικού στρώµατος Η τιµή της δευτερογενούς καθίζησης εξαρτάται από τις τιµές του χρόνου που επιλέχθηκαν. Για ευκολία, ίσως είναι αρκετά ακριβές να υιοθετηθεί χρόνος t p = 1 έτος για την περίοδο κατασκευής και την πρωταρχική στερεοποίηση, και t s ίσος µε το χρόνο ζωής της κατασκευής. Η παραπάνω έκφραση προϋποθέτει ότι θα συµβούν ίσες καθιζήσεις για κάθε κύκλο λογαρίθµου του χρόνου, δηλαδή καθίζηση από 1 έως 10 µήνες (πρώτο έτος) = καθίζηση από 10 έως 100 µήνες (πρώτη δεκαετία) = καθίζηση από 100 έως 1000 µήνες (πρώτος αιώνας) και ούτω καθεξής Εκτίµηση των τιµών C α και ε α Οι τιµές του C α µπορούν να ληφθούν από τη εργαστηριακή δοκιµή του συµπιεσοµέτρου, µε συνεχή µέτρηση των τιµών πέρα από το στάδιο της πρωτογενούς στερεοποίησης. Καθώς όµως στο διάγραµµα ο χρόνος είναι σε λογαριθµική κλίµακα, για να προκύψει η γραµµή της δευτερογενούς συµπίεσης, η δοκιµή θα είναι χρονοβόρα. 16

23 Σχήµα 1.12 Συντελεστές δευτερογενούς συµπίεσης ε α (%) για φυσικές αποθέσεις (από Mersi, 1973) Ίσως είναι αρκετό να χρησιµοποιηθεί εκτίµηση από µια συσχέτιση όπως αυτή που προτάθηκε από τον Mersi (1973), Σχήµα 1.12, ο οποίος ανέφερε ότι ο συντελεστής δευτερογενούς συµπίεσης ε α είναι: ε α = Αυτό το διάγραµµα δείχνει τη σηµαντική επίδραση στη δευτερογενή συµπίεση: των οργανικών συστατικών, ειδικά στις τύρφεις της ορυκτολογικής σύστασης των αργίλων, όπως αντιπροσωπεύεται από την υψηλή πλαστικότητα των µετα-σταθερών ορυκτολογικών κοκκωδών δοµών, όπως αντιπροσωπεύονται από τις ευαίσθητες αργίλους. 17

24 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο Επιτρεπόµενες καθιζήσεις Γενικά Έχοντας προσδιορίσει το µέγεθος της καθίζησης για ένα θεµέλιο, είναι απαραίτητο να γνωρίζουµε αν αυτή είναι αποδεκτή ή όχι. Θα πρέπει να είναι µικρότερη από την επιτρεπτή (ή ανεκτή ή επιτρεπόµενη) καθίζηση. Όµως, δεν υπάρχει µια ευθεία προσέγγιση σε αυτό το πρόβληµα, επειδή το φαινόµενο της αλληλεπίδρασης κατασκευής θεµελίωσης-εδάφους είναι ένα πολύπλοκο και αβέβαιο θέµα. εν πρέπει να ξεχνούµε ότι οι κατασκευές δεν οφείλουν να µη µετακινούνται µόνον από τις καθιζήσεις του εδάφους. Μπορεί να υπάρχουν κινήσεις και βλάβες που προέρχονται από µεταβολές των διαστάσεων των δοµικών υλικών όπως θερµοκρασιακές µεταβολές και µεταβολές υγρασίας, ερπυσµός ή χηµικές αντιδράσεις. Μπορεί να σηµειώνονται δοµικές µετακινήσεις από κινήσεις του εδάφους εκτός των καθιζήσεων που υπολογίστηκαν παραπάνω, όπως υποχωρήσεις από ορυχεία, συρρίκνωση ή διόγκωση αργιλικών εδαφών, διάβρωση αµµωδών εδαφών, αστάθεια πρανών, κακώς συµπυκνωµένα επιχώµατα, δονήσεις κλπ. 2.1 Ορισµοί των κινήσεων εδάφους και θεµελίωσης Οι Burland και Wroth (1974) πρότειναν µερικούς χρήσιµους ορισµούς της κίνησης του εδάφους, της θεµελίωσης, και της κατασκευής για να γίνει δυνατή µια λεπτοµερής διερεύνηση των διαφόρων ειδών µετακινήσεων µιας κατασκευής. Αυτές παρουσιάζονται στο Σχήµα 2.1, όπου τα σηµεία Α έως D θα µπορούσαν να αντιπροσωπεύουν σηµεία µιας κοιτόστρωσης, θέσεις µεµονωµένων πεδίλων κάτω από τα υποστυλώµατα του σκελετού ενός κτηρίου, ή σηµεία κάτω από ένα φέροντα τοίχο. Οι ορισµοί είναι: Καθίζηση ρ Η προς τα κάτω κίνηση σε ένα σηµείο. Είναι ανοµοιόµορφη κάτω από µια µη άκαµπτη κατασκευή. Ανύψωση ρ h Η προς τα άνω κίνηση σε ένα σηµείο. Είναι ανοµοιόµορφη κατά πλάτος µιας εκσκαφής ή κάτω από µια κατασκευή. ιαφορική καθίζηση ή διαφορική ανύψωση - δρ ή δρ h Η διαφορά καθίζησης ή ανύψωσης µεταξύ δύο σηµείων. Συνήθως εκλέγονται δύο γειτονικά σηµεία, αλλά η εκλογή µπορεί να είναι αυθαίρετη (Σχήµα 2.1α). Οριζόντια µετακίνηση u Η διαστολή ή η συστολή ενός κτηρίου κατά την οριζόντια διεύθυνση έχει ως αποτέλεσµα εφελκυστικές ή θλιπτικές παραµορφώσεις. Στροφή θ Η αλλαγή της γωνίας µιας ευθείας που συνδέει δύο σηµεία αναφοράς, όπως τα Α και Β στο Σχήµα 2.1α. Απόκλιση ω 18

25 Η περιστροφή όλης της κατασκευής η ενός διακριτού τµήµατος της ως άκαµπτου στερεού. Λαµβάνεται µε σχεδίαση µιας ευθείας γραµµής ανά- µεσα στα δύο άκρα του διαγράµµατος της κατανοµής των καθιζήσεων κάτω από το κτήριο ή ενός διακριτού τµήµατος του, όπως είναι τα σηµεία Α και D του Σχήµατος 2.1β. Αναφέρεται ως επίπεδο απόκλισης και επηρεάζει και την κατακόρυφη και την οριζόντια συνιστώσα του κτηρίου. Σχετική µετατόπιση Α Η σχετική µετακίνηση ως προς το επίπεδο απόκλισης, Σχήµα 2.1β. Η προς τα κάτω µετακίνηση ονοµάζεται βύθιση και η προς τα άνω ανύψωση. Λόγος σχετικής µετατόπισης A/L ηλώνει το βαθµό καµπύλωσης τον οποίο έχει υποστεί το κτήριο ή ένα µέρος του, και µπορεί να αντιστοιχεί σε λόγο βύθισης ή λόγο ανύψωσης. Ο βαθµός καµπύλωσης τον οποίο υφίσταται ένα κτήριο καθορίζει το µέγεθος της παραµόρφωσης και εποµένως και το βαθµό βλάβης της κατασκευής. Ο λόγος απόκλισης είναι µια παράµετρος που υιοθετείται στο Σχήµα 2.1. Προτιµάται από τη γωνιακή απόκλιση β επειδή η τελευταία επηρεάζεται από το µέγεθος της απόκλισης (δείτε το Σχήµα 2.1γ). Γωνιακή παραµόρφωση α Αντιπροσωπεύει την ολική στροφή ενός σηµείου της κατασκευής. Είναι θετική αν προκαλεί βύθιση και αρνητική αν προκαλεί ανύψωση. Αυτή η παράµετρος είναι ιδιαίτερα χρήσιµη για την εκτίµηση τοπικών κινήσεων κατά µήκος ενός τοίχου από οπτοπλινθοδοµή, γιατί οι ρωγµές συχνά συγκεντρώνονται εκεί που οι γωνιακές παραµορφώσεις είναι Σχήµα2.1 Ορισµοί των κινήσεων της µεγάλες. Ρωγµές θα συµβούν στη θεµελίωσης (από Burland et al,1978) βάση του τοίχου αν έχει βυθιστεί, και. στην κορυφή αν έχει υποστεί ανύψω Σχετική γωνιακή απόκλιση β Η στροφή της ευθείας, που συνδέει δύο σηµεία αναφοράς, ως προς τη γραµµή απόκλισης (Σχήµα 2.1γ). 19

26 2.2 Κριτήρια για τις µετακινήσεις Στην εργασία των Burland, Broms, και De Mello (1978) παρουσιάζονται τέσσερα κριτήρια τα οποία πρέπει να πληρούνται: 1. Εµφάνιση της κατασκευής συνολικά Απόκλιση τοίχων, δαπέδων και ολόκληρου του κτηρίου θα µπορούσε να είναι δυσάρεστη ή ακόµη και ανησυχητική για τους χρήστες και τους επισκέπτες. Μια απόκλιση από την κατακόρυφο ή την οριζόντια της τάξης 1/250 είναι δυνατόν να γίνει αντιληπτή. 2. Εµφάνιση των αρχιτεκτονικών υλικών Ορατές βλάβες, όπως ρωγµές ή παραµορφώσεις των επικαλύψεων, µπορούν να ποικίλουν από ανεπιθύµητες έως ανησυχητικές. Αν και οι ρηγµατώσεις είναι ενδεικτικές των κινήσεων, η κατάταξη βασίζεται στην ευκολία επισκευής της βλάβης. 3. Λειτουργικότητα ή χρήση της κατασκευής Μπορούν να συµβούν κινήσεις που επηρεάζουν τη συνολική λειτουργικότητα του κτηρίου, όπως µειωµένη προφύλαξη από τις καιρικές συνθήκες, διείσδυση των νερών της βροχής, υγρασία, ρεύµατα αέρα, απώλειες θερµότητας, µειωµένη ηχοµόνωση, παρεµπόδιση ανοίγµατος θυρών και παραθύρων. Μπορούν επίσης να συµβούν µετακινήσεις οι οποίες επηρεάζουν τη βασική χρήση ή το σκοπό της κατασκευής, όπως η λειτουργία ανελκυστήρων ή µηχανολογικού εξοπλισµού ακριβείας, πρόσβαση σε κεκλιµένα επίπεδα (ρά- µπες) ή σκάλες, θραύση αγωγών δικτύων. 4. Ευστάθεια Μεγάλες µετακινήσεις και πολύ σοβαρές βλάβες σε επικαλύψεις τοίχων και εξαρτήµατα θα συµβούν πριν. αστοχήσει η ίδια η κατασκευή, οπότε τα παραπάνω κριτήρια χρησιµοποιούνται για να υπαγορεύσουν τις επιτρεπτές καθιζήσεις. 2.3 Συνήθη όρια καθιζήσεων Οι Terzaghi και Peck (1948) και οι Skempton και MacDonald (1956), βασίστηκαν σε ένα µεγάλο αριθµό παρατηρήσεων σε κατασκευές και έδωσαν τιµές για τις επιτρεπτές καθιζήσεις σε πλαισιωτές κατασκευές. Αυτές συνοψίζονται στον Πίνακα 2.1. Τονίζεται ότι πρόκειται για συνήθεις κατασκευές µε αρκετά οµοιόµορφη κατανοµή φορτίου και οµοιόµορφες εδαφικές συνθήκες. Με βάση την αλληλεπίδραση µιας κατασκευής και του εδάφους στο οποίο στηρίζεται, προκύπτει ένας αριθµός σηµαντικών σηµείων: Πίνακα 2.1 Συνήθεις οδηγίες για επιτρεπτές καθιζήσεις 20

27 Οι επιτρεπόµενες καθιζήσεις για την ίδια κατασκευή µπορεί να είναι µεγαλύτερες σε αργιλικά εδάφη παρά σε άµµο. Αυτό πιθανόν λόγω του µεγαλύτερου χρονικού διαστήµατος στο οποίο συµβαίνουν οι καθιζήσεις σε αργιλικά εδάφη, οπότε επιτρέπουν στην κατάσκευή να προσαρµόζεται βαθ- µιαία στις καθιζήσεις, ενώ αν αυτή εδράζεται σε άµµο, πρέπει να αποκριθεί αµέσως στις καθιζήσεις. Τα πλαισιωτά κτήρια και οι επικαλύψεις τους µπορούν να αντέξουν µεγαλύτερες παρα- µορφώσεις από τα κτήρια µε φέροντες τοίχους. Πολλές από τις επικαλύψεις σε πλαισιωτά κτήρια είναι λιγότερο ευαίσθητες σε µετακινήσεις και τοποθετούνται σε χρόνο που οι περισσότερες καθιζήσεις έχουν ήδη ολοκληρωθεί, ενώ οι φέροντες τοίχοι είναι πιο ψαθυροί και υπόκεινται σε καθιζήσεις από την αρχή της κατασκευής. Τα πλαισιωτά κτήρια χωρίς τοιχοπληρώσεις (ανοιχτά πλαίσια) µπορούν να ανεχθούν µεγαλύτερες καθιζήσεις από τα τοιχοπληρωµένα. Πλαισιωτά κτήρια σε µεµονωµένα θεµέλια µπορούν να παραµορφωθούν διαφορετικά από τα κτήρια σε κοιτοστρώσεις. Οι φέροντες τοίχοι που υφίστανται βύθιση µπορούν να ανεχθούν µεγαλύτερη παρα- Σχήµα 2.2 Κριτήρια βλαβών για διαφορετικούς µόρφωση (σχεδόν διπλάσια) από τύπους κατασκευών (Burland et al, 1978) τους τοίχους που υφίστανται ανύψωση. Οι πιο επιµήκεις κατασκευές µπορούν να ανεχθούν περισσότερη σχετική µετατόπιση. Μια δύσκαµπτη εδαφική στρώση επάνω από συµπιεστό έδαφος που προκαλεί τις καθιζήσεις δεν αποτρέπει τη συνολική καθίζηση που θα συµβεί, αλλά µειώνει σηµαντικά τις διαφορικές καθιζήσεις. 21

28 Οι Burland και Wroth (1974) πρότειναν ένα απλό κριτήριο συσχέτισης της παραµόρφωσης µιας κατασκευής (που µετράται από το λόγο µετατόπισης AIL) µε την αρχή της ορατής ρηγµάτωσης των επικαλύψεων ή των χρωµατισµών και αυτή η σχέση παρουσιάζεται στο Σχήµα 2.2 για πλαισιωτά κτήρια και φέροντες τοίχους. Αν ο λόγος AIL βρίσκεται πάνω από τις γραµµές του κριτηρίου, είναι πιθανό το κτήριο να υποστεί αρχιτεκτονικές βλάβες. 22

29 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Καθιζήσεις και εδαφικές υποχωρήσεις Γενικά Οι βαρυτικές και οι τεκτονικές δυνάµεις που ασκούνται στους σχηµατισµούς που περιβάλλουν µια υπόγεια εκσκαφή, τείνουν να προκαλέσουν το κλείσιµό της. Παραµορφώσεις που σχετίζονται ή όχι µε το χρόνο, σε συνδυασµό µε τον κερµατισµό των πετρωµάτων προκαλούν υποχώρηση των υπερκειµένων σχηµατισµών του υπόγειου ανοίγµατος προς αυτό. Η διαδικασία αυτή ονοµάζεται εδαφική υποχώρηση. Αρχικά εµφανίζεται στο υπόγειο άνοιγµα, για να µεταναστεύσει στη συνέχεια στην επιφάνεια και να προκαλέσει βυθίσµατα στην επιφάνεια. Συνεπώς ο όρος εδαφική υποχώρηση χρησιµοποιείται για να χαρακτηρίσει τις συνέπειες στην επιφάνεια του εδάφους που προέρχονται από την εξάλειψη της υποστήριξης του σε βάθος ή από τον υποβιβασµό της στάθµης του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα και µετανάστευση των αστοχιών που προκύπτουν από αυτές τις αιτίες στην επιφάνεια. Συνεπώς, εδαφική υποχώρηση είναι ο υποβιβασµός της επιφάνειας του εδάφους λόγω αλλαγών είτε στη στάθµη κάποιου υπόγειου ρευστού (υποβιβασµός στάθµης νερού, πετρελαίου) είτε στη µεταβολή της αντοχής του εδάφους, λόγω αφαίρεσης της υποστήριξης αυτού σε συγκεκριµένη θέση. Γενικά ο υποβιβασµός της στάθµης του υπόγειου νερού ισοδυναµεί και µε προφόρτιση των οριζόντων που θα απαλλαγούν από την παρουσία του. Το µέγεθος της εδαφικής υποχώρησης εξαρτάται από: (α) το πάχος των στρωµάτων που µπορεί να υποστούν συµπύκνωση, (β) την συµπιεστότητά τους, (γ) την ποσότητα του νερού που αποµακρύνεται µε τον υποβιβασµό της στάθµης. Συνεπώς όλα αυτά θα πρέπει να λαµβάνονται υπόψη κυρίως για την προστασία των γειτονικών κατασκευών, από ανεπιθύµητες εδαφικές υποχωρήσεις. Αν τα εδαφικά υλικά καλύπτουν ασβεστολιθικούς σχηµατισµούς, οι οποίοι χαρακτηρίζονται από την παρουσία καρστικών εγκοίλων και η στάθµη του υδροφόρου υποβιβάζεται λόγω άντλησης, η αύξηση της φόρτισης επιφέρει την εµφάνιση στην επιφάνεια βαθιών εδαφικών (βυθίσεων) υποχωρήσεων περίπου κυκλικής µορφής ή και αβαθών, λόγω κατάρρευσης των διαβρωσιγενών κοιλοτήτων στον ασβεστόλιθο. 23

30 Σχήµα 3.1 Σχηµατική απεικόνιση της διαδικασίας αύξησης της φόρτισης του εδάφους µε τον υποβιβασµό του υδροφόρου. Από τα παραπάνω συµπεραίνεται ότι οι κύριες αιτίες εδαφικών υποχωρήσεων είναι: i. Η αποµάκρυνση ρευστών από το έδαφος (νερού ή πετρελαίου), ii. Η κατάρρευση διαβρωσιγενών κοιλοτήτων είτε λόγω προοδευτικής διάβρωσης και µείωση των δυνάµεων που συγκρατούν την οροφή είτε λόγω υποβιβασµού της στάθµης του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα και αύξηση των εσωτερικών φορτίων και iii. Η µεταλλευτική δραστηριότητα. i. Αποµάκρυνση ρευστών από το έδαφος Με την αποµάκρυνση ενός ρευστού από το έδαφος όπως προαναφέρθηκε επέρχεται αύξηση των τάσεων. Η αύξηση αυτή επιφέρει επαναπροσανατολισµό των εδαφικών σωµατιδίων, δηλαδή αύξηση στην πυκνότητα του εδάφους που υφίσταται την όλη διαδικασία και κατά συνέπεια µείωση του όγκου του που εκδηλώνεται µε τη µορφή της εδαφικής υποχώρησης. Όταν η εδαφική υποχώρηση είναι οµαλή υπάρχουν οµοιόµορφες συνθήκες στην περιοχή. Αν η εδαφικές υποχωρήσεις διαφοροποιούνται από θέση σε θέση τότε τα προβλήµατα είναι πολύ σηµαντικά για την ασφάλεια των κατασκευών (διαφοροποίηση στην ένταση του εφελκυσµού). Σχήµα 3.2 Συσχέτιση γραµµής εισπίεσης νερού και αποκατάστασης επιφάνειας εδάφους. 24

31 Ακόµη, εδαφικές υποχωρήσεις µπορεί να συµβούν και από άλλες αιτίες, λόγω εισπίεσης ρευστού µέσα στο έδαφος. Για παράδειγµα σε αργιλικά ή και ασβεστιτικά εδάφη που έχουν µικρή πυκνότητα, δηλαδή υψηλό λόγο κενών, η προσθήκη νερού επιφέρει την κατάρρευσή τους. Αυτό συµβαίνει: (α) στην περίπτωση των αργίλων γιατί το αργιλικό φιλµ γύρω από τους κόκκους της ιλύος µε την προσθήκη του νερού λειτουργεί σαν λιπαντικό επιτρέποντας την ολίσθηση των κόκκων της ιλύος, άρα την εκδήλωση υποχωρήσεων και (β) στην περίπτωση των ασβεστούχων πηλών γιατί το νερό αποµακρύνει το ασθενές ασβεστιτικό συνδετικό υλικό. Τέλος, το ίδιο µπορεί να συµβεί µε την εισπίεση νερού σε αλλουβιακές αποθέσεις που βρίσκονται σε οριακές συνθήκες ισορροπίας. Στις περιπτώσεις αυτές το πρόσθετο νερό µειώνει τη διατµητική αντοχή και αυξάνει τις διατµητικές τάσεις επιφέροντας κατάρρευση του εδαφικού υλικού. Έτσι εκδηλώνονται στην επιφάνεια εφελκυστικές ρωγµές, που επηρεάζουν τα τεχνικά έργα. Επιπρόσθετα είναι γνωστή η τάση των µοντµοριλλονιτικών εδαφών να διογκώνονται µέχρι και 60% όταν αποκτούν νερό στη δοµή τους. ii. Κατάρρευση διαβρωσιγενών κοιλοτήτων Οι πλέον ενδεικτικές περιπτώσεις εδαφικών υποχωρήσεων αυτού του είδους συµβαίνουν στα ανθρακικά πετρώµατα που χαρακτηρίζονται από την παρουσία διαβρωσιγενών (καρστικών) κοιλοτήτων ποικίλων διαστάσεων. Αρχικά η βραχοµάζα έχει τα χαρακτηριστικά εκείνα που απαιτούνται για να συντηρεί το µηχανισµό γεφύρωσης στην οροφή του καρστικού σπηλαίου. Υπάρχουν όµως περιπτώσεις που αυτό µπορεί να πάψει να ισχύει, όπως: Με την επιβολή φορτίων στην επιφάνεια, Με τη συνεχή προς τα επάνω εξέλιξη του καρστικού σπηλαίου (συνεχής διάλυση του ασβεστιτικού υλικού φυσική κατάρρευση), Επιτάχυνση της φυσικής κατάρρευσης µε τον υποβιβασµό της στάθµης του υδροφόρου και συνεπώς αύξηση των τάσεων. Σχήµα 3.3 Σχηµατικό παράδειγµα κατάρρευσης καρστικού εγκοίλου που απεικονίζει και τις τρεις διακριτές περιπτώσεις αστοχίας. 25

32 Φωτ. 3.1 Φυσική κατάρρευση οροφής σπηλαίου σε ανθρακικά πετρώµατα στην περιοχή Αργολίδας. Ένα παράδειγµα αποτελεί η περίπτωση κατάρρευσης Πολυκαταστήµατος στο Akron του Ohio, όπου 10 άνθρωποι έχασαν τη ζωή τους εξ αιτίας της εδαφικής υποχώρησης που προκλήθηκε από κατάρρευση καρστικού σπηλαίου στα ανθρακικά πετρώµατα του υποβάθρου. Οι αλλουβιακές αποθέσεις που κάλυπταν τους ασβεστολίθους είχαν διαφορετικά πάχη κάτω από τα στοιχεία θεµελίωσης του κτηρίου. Έτσι η διαφορετικού µεγέθους υποχώρηση προκάλεσε καταστροφή και κατάρρευση του κτηρίου. Σχήµα 3.4 Κακή επιλογή χώρου θεµελίωσης σε θέση µε γρήγορη µεταβολή του µεγέθους της εδαφικής υποχώρησης. 26

33 Σχήµα 3.5 Συνδυασµός επιφόρτισης, υποβιβασµού του υδροφόρου και παρουσίας καρστικών κοιλοτήτων. iii. Μεταλλευτική δραστηριότητα Ένας άλλος τρόπος δηµιουργίας κοιλοτήτων είναι η µεταλλευτική δραστηριότητα. Αυτή µπορεί να προκαλέσει κατάρρευση του εδάφους στην περίπτωση αφαίρεσης της υποστήριξης των στοών ενός µεταλλείου ή ορυχείου, µε τη µορφή σταδιακής καταστροφής των στοιχείων υποστήριξης - τελική αστοχία αυτών και τη µετανάστευση της στοάς στην επιφάνεια. Υπενθυµίζεται ο µηχανισµός γεφύρωσης που επέρχεται µε την κατανοµή των τάσεων στις δύο πλευρές λόγω της διατµητικής αντοχής του πετρώµατος πάνω από τη στοά. Αυτός ο µηχανισµός εξαρτάται από: Το εύρος (w) της στοάς, και Το πάχος (h) του πετρώµατος που υπέρκειται του ορίζοντα εκµετάλλευσης, µε την προϋπόθεση ότι το υπερκείµενο πέτρωµα έχει διατµητική αντοχή. Έτσι είναι κατανοητό ότι όσο βαθύτερα βρισκόµαστε τόσο µεγαλύτερο µπορεί να είναι το w. Σχήµα 3.6 Σχηµατική απεικόνιση του µηχανισµού γεφύρωσης στην οροφή στοάς εκµετάλλευσης κοιτάσµατος. 27

34 3.1 υναµική των εδαφικών υποχωρήσεων Η περιοχή στην επιφάνεια του εδάφους που επηρεάζεται από το φαινόµενο της εδαφικής υποχώρησης οριοθετείται από τις γραµµές που σχεδιάζονται από τα άκρα της υπόγειας εκµετάλλευσης µε µια γωνία από την κατακόρυφο, που καλείται γωνία επίδρασης. Στο Σχήµα 3.7 δίνονται διαγραµµατικά η κατανοµή των τάσεων (εφελκυσµού και συµπίεσης), αλλά και η καµπύλη της συνολικής εδαφικής υποχώρησης, από την κατάρρευση µιας υπόγειας εκσκαφής. Η σιγµοειδής αρµονική καµπύλη της εδαφικής υποχώρησης του υπόψη σχήµατος υπάρχει, όταν ο λόγος εύρους στοάς ή εκµετάλλευσης προς το βάθος της εκσκαφής είναι µικρότερος της µονάδας. Το σηµείο της µεγίστης καµπυλότητας είναι η παραµόρφωση που αποτελεί οριακό παράγοντα για τον προσδιορισµό των επιφανειακών ή και υπογείων ζηµιών. Σχήµα 3.7 ιαγραµµατική απεικόνιση της κατανοµής των τάσεων και της εδαφικής υποχώρησης της επιφάνειας πάνω από υπόγειο χώρο που έχει καταρρεύσει. Η µέγιστη τιµή της εδαφικής υποχώρησης λαµβάνει χώρα στη θέση του S (Σχήµα 3.8), δηλαδή στο κέντρο της ζώνης εδαφικής υποχώρησης. Η µέγιστη εδαφική υποχώρηση είναι συνάρτηση του εύρους w και του βάθους h της υπόγειας εκµετάλλευσης, ενώ η συµπίεση όπως φαίνεται και στο προηγούµενο Σχήµα µεταβάλλεται σε εφελκυσµό όσο κινούµεθα προς τα άκρα της ζώνης επιρροής. 28

35 Σχήµα 3.8 Γενική διάταξη του τρόπου εκδήλωσης εδαφικής υποχώρησης από κατάρρευση υπόγειου χώρου. 3.2 Συνέπειες της επίδρασης των εδαφικών υποχωρήσεων αυτής της αιτιολογίας στις κατασκευές Κάθε κατασκευή στην περιοχή εκδήλωσης εδαφικών υποχωρήσεων που οφείλονται στην κατάρρευση υπόγειου τεχνητού χώρου εκµετάλλευσης, θα υποστεί τις συνέπειες των τάσεων που επικρατούν ανάλογα µε τη θέση θεµελίωσης. Γενικά, η κίνηση της επιφάνειας του εδάφους δεν είναι µόνο κατακόρυφη, καθώς προκαλούνται επίσης παραµορφώσεις και από οριζόντιες τάσεις. Έτσι κτήρια θεµελιωµένα στις παρυφές του βυθίσµατος ανάλογα µε την θέση τους µπορεί να υφίστανται εφελκυστικές ή θλιπτικές τάσεις. Σχήµα 3.9 ιάταξη επίδρασης στην επιφάνεια της κατάρρευσης υπόγειου χώρου κατά τη διεύθυνση προχώρησης της εκµετάλλευσης. Στη διαγραµµατική απεικόνιση του επόµενου Σχήµατος διακρίνονται : (α) µια κατασκευή σε κανονικές συνθήκες τάσεων, (β) µια κατασκευή που 29

36 είναι θεµελιωµένη στη ζώνη εφελκυσµού, (γ) µια κατασκευή θεµελιωµένη στη ζώνη συµπίεσης και τέλος (δ) µια κατασκευή στο χώρο ηρεµίας Σχήµα 3.10 Θέσεις θεµελίωσης µιας κατασκευής σε σχέση µε τη ζώνη εδαφικής υποχώρησης από κατάρρευση και µετανάστευση υπόγειου ανοίγµατος Αναφέρεται ότι η µέγιστη εδαφική υποχώρηση (κρίσιµη κατάσταση) συµβαίνει όταν ο λόγος w/h γίνει ίσος µε εφ35, όπου 35 είναι η γωνία επίδρασης για τα ορυχεία στην Αγγλία, δηλαδή όταν w = εφ35 x h. Πάνω από αυτήν την τιµή του w οι συνθήκες είναι χειρότερες, ενώ κάτω από αυτήν οι συνθήκες είναι καλύτερες. 3.3 Μηχανισµός εκδήλωσης των εδαφικών υποχωρήσεων από υπόγειες εκµεταλλεύσεις. Τα φαινόµενα των εδαφικών υποχωρήσεων λόγω κατάρρευσης των υπόγειων έργων, εξαρτώνται από πολλούς παράγοντες και γι αυτό το λόγο η ερµηνεία του µηχανισµού εκδήλωσής τους είναι ιδιαίτερα δύσκολη. Γενικά το µέγεθος της βύθισης του εδάφους στην επιφάνεια σχετίζεται µε παραµέτρους που έχουν άµεση σχέση µε τις εργασίες εκµετάλλευσης, δηλαδή οι παράγοντες που καθορίζουν τις εδαφικές υποχωρήσεις, είναι: Η γωνία επίδρασης. Στον Ελληνικό χώρο η τιµή αυτής λαµβάνεται εµπειρικά ίση µε 45Ί. Τα γεωµετρικά στοιχεία της υπόγειας εκµετάλλευσης (στοάς) και κυρίως το εύρος αυτής. Το βάθος της εκµετάλλευσης. Το πάχος του (λιγνιτικού) ορίζοντα, που υφίσταται την εκµετάλλευση. Η κλίση του ορίζοντα αυτού. Η µέθοδος και ο τύπος της υποστήριξης, εάν υπάρχει. Ο παράγων χρόνος. Η παρουσία ασυνεχειών στον περιβάλλοντα την εκµετάλλευση σχηµατισµό. Η φυσική κατάσταση των σχηµατισµών πάνω από τις εργασίες εκµετάλλευσης, που έµµεσα συνδέεται µε τη γωνία επιρροής. Το καθεστώς του υπόγειου νερού Σχετικά µε το µέγεθος της υποχώρησης σηµειώνεται ότι κατά την κατακόρυφη έννοια η υποχώρηση στην επιφάνεια είναι πολύ µικρότερη από 30

37 την αντίστοιχη στο βάθος των υπόγειων έργων, λόγω του ότι τα στρώµατα που καταρρέουν καταλαµβάνουν µεγαλύτερο όγκο από αυτόν που είχαν αρχικά. Το βύθισµα που δηµιουργείται εξαιτίας συγκεκριµένου έργου εξόρυξης επηρεάζει στην επιφάνεια µεγαλύτερη περιοχή από αυτήν της εξόρυξης, βάση της γωνίας επίδρασης και γενικά η µέγιστη τιµή της υποχώρησης της επιφάνειας του εδάφους ποτέ δεν ξεπερνά το 90% του πάχους του ορίζοντα που εξορύχτηκε. Ειδικότερα, για κάθε παράγοντα επηρεασµού των εδαφικών υποχωρήσεων παρατηρούνται εν συντοµία τα ακόλουθα: Γωνία επίδρασης H γωνία αυτή καθορίζει τα όρια της επιφάνειας του εδάφους που θα υποστεί τις συνέπειες των εδαφικών υποχωρήσεων είτε πλευρικά είτε κατά µήκος της υπόγειας εκµετάλλευσης. Γενικά πάντως κάποιοι θεωρούν ότι οι µεταβολές στην τιµή της γωνίας επίδρασης είναι πολύ ευρύτερες από ότι κοινά πιστεύεται Το εύρος της υπόγειας εκµετάλλευσης (στοάς) Το µέγιστο εύρος ανοίγµατος (W) σε αυτοϋποστηριζόµενο σχηµατισµό είναι ίσο µε 2hS, όπου h είναι το πάχος του ορίζοντα εκµετάλλευσης και S η εφελκυστική αντοχή του σχηµατισµού που δοµεί την αψίδα οροφής. Στην περίπτωση που δεν ισχύει ο µηχανισµός της γεφύρωσης, δηλαδή ο γεωλογικός σχηµατισµός δεν µπορεί να αυτοϋποστηριχθεί και εδαφική υποχώρηση πρόκειται να συµβεί, έχει βρεθεί ότι η µέγιστη τιµή της εδαφικής υποχώρησης, εµφανίζεται όταν το εύρος της υπόγειας εκµετάλλευσης (w) φθάσει σε συγκεκριµένη τιµή σχετικά µε το βάθος εκµετάλλευσης. Η µέγιστη εδαφική υποχώρηση στην Αγγλία (κρίσιµη κατάσταση) συµβαίνει όταν ο λόγος w/h γίνει ίσος µε εφ35, που 35 είναι η γωνία επίδρασης, δηλαδή όταν w = εφ35 x h. Πάνω από αυτήν την τιµή του w οι συνθήκες είναι χειρότερες, ενώ κάτω από αυτήν οι συνθήκες είναι καλύτερες Το βάθος της εκµετάλλευσης Για ορίζοντες εκµετάλλευσης που εντοπίζονται σε µεγάλα βάθη η µέγιστη εδαφική υποχώρηση προσεγγίζεται µε τη διαµόρφωση µεγάλων ανοιγµάτων, αφού w=εφζ *h. υο περιπτώσεις ρηχής και βαθιάς εκµετάλλευσης, όπου σε κάθε µία το εύρος εκσκαφής είναι το ίδιο µε το ύψος των υπερκειµένων φαίνονται στο επόµενο Σχήµα. (α) ο εκµεταλλεύσιµος ορίζοντας που έχει πάχος 1,3 βρίσκεται σε βάθος 70m και η µέγιστη εδαφική υποχώρηση 1m, µε απότοµη κατανοµή των παραµορφώσεων. Στην (β) περίπτωση (αυξηµένο σηµαντικά πάχος υπερκειµένων και ίδιο εύρος ανοίγµατος), η εδαφική υποχώρηση είναι η ίδια, αλλά λόγω της γωνίας επίδρασης, αυτή εξαπλώνεται σε µεγάλη έκταση της επιφάνειας και οι εφελκυστικές και οι θλιπτικές τάσεις είναι επίσης περίπου ίδιες, αλλά µε αµβλεία ανάπτυξη Το πάχος του ορίζοντα, που υφίσταται την εκµετάλλευση Το πάχος του ορίζοντα επίσης επηρεάζει τις εδαφικές υποχωρήσεις. Συνήθως χρησιµοποιείται ο λόγος εδαφική υποχώρηση / πάχος x 100, που καλείται παράγοντας εδαφικής υποχώρησης, για να εκφραστεί η σχέση πάχους εκµεταλλεύσιµου ορίζοντα και µέγιστης υποχώρησης, η οποία δεν θα 31

38 πρέπει να είναι µεγαλύτερη του 90% λόγω επίπλυσης των υλικών. Σχήµα 3.11 Κατανοµή των παραµορφώσεων σε ρηχή και βαθιά εκµετάλλευση Η κλίση του ορίζοντα που υφίσταται την εκµετάλλευση Η κλίση του εκµεταλλεύσιµου ορίζοντα επηρεάζει την περιοχή που επηρεάζεται στην επιφάνεια του εδάφους. Η κλίση αυτή (επόµενο Σχήµα) επηρεάζει τη γεωµετρία της γωνίας επίδρασης και έτσι προς την κατεύθυνση της κλίσης η εδαφική υποχώρηση θα επεκτείνεται πολύ περισσότερο από ότι αν το στρώµα ήταν οριζόντιο. Πάντως, σε όλες τις περιπτώσεις η µέγιστη τιµή της εδαφικής υποχώρησης εκδηλώνεται κάθετα στο κέντρο του υπόγειου ανοίγµατος Η µέθοδος και ο τύπος της υποστήριξης Η οροφή της στοάς εκµετάλλευσης καταρρέει γιατί συνήθως δεν υπάρχει ικανή αντιστήριξη αυτής ώστε να αντεπεξέλθει στις τάσεις που θα αναπτυχθούν. Στις περιπτώσεις όµως που είναι ανάγκη να µειωθεί η εδαφική υποχώρηση στην επιφάνεια γιατί ο χώρος θα χρησιµοποιηθεί για τη θεµελίωση κάποιας σπουδαίας κατασκευής, υπάρχουν τρόποι για να µειωθεί αυτή σηµαντικά ή και να µην εκδηλωθεί καθόλου. 32

39 Σχήµα 3.12 Επίδραση της κλίσης του εκµεταλλεύσιµου ορίζοντα στην έκταση που επηρεάζεται στην επιφάνεια. Ένας τρόπος, όπως έχει ήδη αναφερθεί είναι η πλήρωση του χώρου µε τα στείρα υλικά που έχουν συσσωρευτεί κοντά στους κεντρικούς φιρέδες. Τα υλικά αυτά πέρα από το ότι είναι πολλές φορές επικίνδυνα υλικά αλλά και δύσοσµα, µπορεί να προκαλέσουν αστοχίες πρανών όπως κατολισθήσεις, ροές κλπ. Η µέθοδος αυτή, δηλαδή το στοίβασµα των υλικών αυτών (φθηνή µέθοδος) αρχικά γινόταν σε επιµήκεις σωρούς κάθετα στο µέτωπο και στη συνέχεια κάθετα και παράλληλα σε αυτό, αλλά και πάλι οι εδαφικές υποχωρήσεις δεν µειώθηκαν πέραν του 25% της ολικής (εδαφική υποχώρηση >75%). Στη συνέχεια η µέθοδος µετεξελίχθηκε σε αυτήν της ολικής πλήρωσης µε υλικά χωρίς επεξεργασία, που όµως απαιτεί την εξεύρεση πρόσθετων υλικών από άλλες θέσεις (ακριβή µέθοδος) και χωρίς πολύ ουσιαστικά αποτελέσµατα αφού η εδαφική υποχώρηση µειώθηκε στο 60% της αρχικής. Με στόχο την ουσιαστική µείωση των εδαφικών υποχωρήσεων το υλικό κονιοποιήθηκε και εισπιέστηκε µέσα στα υπόγεια ανοίγµατα µε κατάλληλη πρέσα. Η µέθοδος αυτή µειώνει τις εδαφικές υποχωρήσεις στο 50% των αρχικών αλλά είναι πολύ ακριβή Ο παράγων χρόνος Ο αρµόδιος γεωτεχνικός που µελετάει το έδαφος θεµελίωσης κατασκευών σε περιοχές µε φαινόµενα εδαφικών υποχωρήσεων, πρέπει να ξέρει πόσο πρέπει να περιµένει µετά την αρχική εκδήλωση εδαφικών υποχωρήσεων, πριν προχωρήσει σε τελικούς σχεδιασµούς. Η εµπειρία λέει ότι το µεγαλύτερο ποσοστό µιας εδαφικής υποχώρησης εκδηλώνεται µέσα σε λίγες εβδοµάδες, δηλαδή µέχρι το µέτωπο να περάσει από το χώρο έρευνας, αλλά γενικά αυτή η εκδήλωση εξαρτάται από το βάθος εξόρυξης, το εύρος του χώρου υπόγειας δραστηριότητας, καθώς και την πρόοδο των εργασιών (ρυθµός προχώρησης). Ακόµη όµως και σε εκµεταλλεύσεις µικρού βάθους υπάρχει ένα µικρό ποσοστό µακροχρόνιας εδαφικής υποχώρησης (περίπου 5%) που οφείλεται στην οµαλή καθίζηση των υλικών που υποχώρησαν Η παρουσία ασυνεχειών στον περιβάλλοντα σχηµατισµό της εκµετάλλευση Γενικά η κατανοµή της παραµόρφωσης του εδάφους που υφίσταται µια εδαφική υποχώρηση αλλοιώνεται από την παρουσία ρηγµάτων. Αν για 33

40 παράδειγµα µια εκµετάλλευση προχωρεί προς ένα ρήγµα, τότε όλη η παραµόρφωση αναπτύσσεται κατά µήκος του ρήγµατος, πριν η υπόγεια διάνοιξη το προσεγγίσει. Όταν το συναντήσει η εδαφική υποχώρηση θα µεταφερθεί απότοµα πίσω από το ρήγµα στη θέση που ορίζει η γωνία επίδρασης (επόµενο Σχήµα). Οι περισσότερες περιοχές όπου αναπτύσσονται υπόγειες εκµεταλλεύσεις βρίθουν ρηγµάτων και µειζόνων διαρρήξεων, πολλές από τις οποίες ενεργοποιούνται ξανά µε την προσέγγιση της υπόγειας εκµετάλλευσης. Έτσι οι γεωτεχνικοί θα πρέπει να είναι πολύ προσεκτικοί στην επιλογή των χώρων θεµελίωσης. Για παράδειγµα, στο Σχήµα 3.13 η θέση (1) είναι η καλύτερη (σηµειώνεται κατακόρυφη υποχώρηση), αντίθετα µε τη θέση (2) όπου πιθανή είναι η διαφορική υποχώρηση και τη θέση (3) όπου η απότοµη µεταφορά της υποχώρησης δηµιουργεί ταχείες παραµορφώσεις. ιαρρήξεις και άλλων µορφών ασυνέχειες µπορεί να επηρεαστούν από τη µεταλλευτική δραστηριότητα, καθώς ανοίγουν κάτω από την επίδραση των εφελκυστικών τάσεων, µε αποτέλεσµα την εκδήλωση στροφών έως και ανατροπών µεγάλου όγκου βραχωδών µαζών. Επιπρόσθετα, διευκολύνουν τη µετάδοση σε µεγάλη απόσταση µικροσεισµών που µπορεί να σχετίζονται µε τις εδαφικές υποχωρήσεις από µεταλλευτική δραστηριότητα. Τέτοιοι µικροσεισµοί έχουν παρατηρηθεί σε αρκετές περιοχές που σταµατούν µε την παύση της υπόγειας εκµετάλλευσης και ξαναρχίζουν όταν αυτή αρχίζει ξανά. Σχήµα 3.13 Σχηµατική απεικόνιση της επίδρασης ρήγµατος στις εδαφικές υποχωρήσεις. 34

41 Η φυσική κατάσταση των σχηµατισµών πάνω από τις εργασίες εκµετάλλευσης Οι εδαφικές κινήσεις που φθάνουν στην επιφάνεια από µεταλλευτικές δραστηριότητες επηρεάζονται από την ποικιλία της γεωτεχνικής συµπεριφοράς των υπερκειµένων σχηµατισµών και ειδικότερα αυτών που είναι κοντά στην επιφάνεια, αλλά και των επιφανειακών αποθέσεων. Γενικά πάντως η αντίδραση των επιφανειακών σχηµατισµών στις εδαφικές υποχωρήσεις είναι απρόβλεπτη. Οι ασυνέχειες στη βραχοµάζα όπως ήδη έχει λεχθεί παίζουν σηµαντικό ρόλο και συνεπώς το πόσο κερµατισµένο είναι ένα πέτρωµα επηρεάζει την αντίδρασή του στις υποχωρήσεις. Έτσι, για παράδειγµα σε ένα ασβεστόλιθο µαζώδη µε αραιά συστήµατα, καθώς οι αντοχές αυξάνουν και η απόσταση των ασυνεχειών µεγαλώνει, οι κινήσεις συγκεντρώνονται στις θέσεις κύριων ασυνεχειών. Ακόµη φακοί συνεκτικότερων πετρωµάτων µέσα στη µάζα πιο µαλακών σχηµατισµών (π.χ. ψαµµιτικοί φακοί µέσα σε σχιστόλιθο) τείνουν να ανυψωθούν από τις συµπιεστικές τάσεις µε προφανή τα αποτελέσµατα στις κατασκευές. Γενικά τα πετρώµατα πάνω από τις υπόγειες εκµεταλλεύσεις µπορεί να είναι διαφορετικά από αυτό που φιλοξενεί τον εκµεταλλεύσιµο ορίζοντα, που συνήθως έχει πλήρως διερευνηθεί. Αυτή η γνώση µεταφράζεται σε ορισµένους χαρακτηριστικούς δείκτες όπως η γωνία επίδρασης. Για παράδειγµα στην Αγγλία η γωνία επίδρασης είναι 35-38, στην Πολωνία 50-52, στην Ολλανδία και στην Ελλάδα περίπου 45. Συνεπώς, η γεωλογική τεχνικογεωλογική έρευνα πρέπει να περιλάβει µε λεπτοµέρεια και τους υπερκείµενους σχηµατισµούς Καθεστώς υπόγειου νερού Σηµαντικός παράγοντας που δηµιουργεί πρόσθετα προβλήµατα σε περίπτωση εδαφικών υποχωρήσεων είναι το καθεστώς του υπόγειου νερού. Αν ο υδροφόρος ορίζοντας είναι πολύ υψηλός (για παράδειγµα στα 2m βάθος) και οι αναµενόµενες εδαφικές υποχωρήσεις είναι αυτού του µεγέθους, τότε η περιοχή θα καταστεί ακατάλληλη για χρήση αφού θα πληµµυρίσει. Σε τέτοιες περιοχές πρέπει να περιοριστεί σηµαντικά το µέγεθος των εδαφικών υποχωρήσεων. Επιπρόσθετα η ανύψωση της στάθµης του υδροφόρου επιφέρει την πλήρωση των παλαιών εκµεταλλεύσεων και συνεπώς δραστικές µεταβολές στη φυσική κατάσταση σχηµατισµών επιρρεπών σε διογκώσεις κλπ, όπως µερικές µάργες πλούσιες σε µοντµοριλλονίτη. Οι µεταβολές αυτές επιταχύνουν την κατάρρευση των στοών και τη µετανάστευση του κενού στην επιφάνεια. 35

42 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο Αναφορές καθιζήσεων στο εξωτερικό 4.1 Ο κεκλιµένος Πύργος της Πίζας, Ιταλία Γενικά Το πιο διάσηµο καµπαναριό του κόσµου κατασκευάστηκε το 1173 και αποδίδεται στον αρχιτέκτονα Bonnano Pisano. Το 1178, όταν ο πύργος είχε φτάσει σε ύψος µόλις τεσσάρων ορόφων, οι εργασίες σταµάτησαν. Πιστεύεται ότι ο λόγος ήταν κατασκευαστικές δυσκολίες και ένας πόλεµος µε τη Φλωρεντία. Εκείνο τον καιρό, ο πύργος είχε µια κλίση προς το Βορά και πρέπει να ήταν ορατή. Ευτυχώς, για 100 χρόνια δεν κατασκευάστηκε τίποτε άλλο. Αν οι εργασίες είχαν συνεχιστεί, είναι σχεδόν σίγουρο ότι τα θεµέλια θα είχαν υποστεί µια αστοχία της αστράγγιστης φέρουσας ικανότητας µέσα στο ανώτερο στρώµα άµµου και την άργιλο Pancone. Στη διακοπή των 100 ετών, η αντοχή των εδαφών αυξήθηκε λόγω της στερεοποίησης υπό το φορτίο του πύργου. Γύρω στο 1270 η κατασκευή συνεχίστηκε µέχρι τον έβδοµο όροφο, µε προσπάθεια να ισιώσει ο πύργος µε την προσθήκη λεπτότερων στρώσεων τοιχοποιίας στη χαµηλότερη νότια πλευρά. Πιστεύεται ότι η προσθήκη λίθων σε αυτή την πλευρά επιδείνωσε την προς νότο κλίση, και το 1278 η κλίση υπολογίστηκε ότι ήταν 0.60 (Burland και Potts, 1995). Το 1284 τα έργα σταµάτησαν πάλι λόγω ενός πολέµου µε τη Γένοβα. Το καµπαναριό ολοκληρώθηκε το 1370, οπότε η κλίση έφτασε τις 1.6. Το σηµαντικό µέγεθος της απόκλισης εκείνο τον καιρό αναγνωρίστηκε από την προφανή διόρθωση που έγινε στο καµπαναριό. Όµως η απόκλιση συνεχιζόταν αµείωτη και το 1817, µε την πρώτη καταγεγραµµένη µέτρηση, η κλίση ήταν 4.9. Ο πύργος έχει ύψος στο κέντρο 58.4 m, µέγιστη διάµετρο στη βάση m, και ολικό βάρος kn. Κατασκευάστηκε ως κυλινδρικός κοίλος δακτύλιος, µε τοίχους πάχους 3 m που αποτελούνται από δύο στρώσεις (εξωτερική και εσωτερική) µαρµάρου και ένα εσωτερικό γέµισµα από κροκάλες και κονίαµα µε µεγάλα κενά σε µερικά σηµεία, Ο άξονας του πύργου είναι καµπύλος, µε σχήµα µπανάνας. Ορίζοντας Γεωλογία Στρώσεις Φυσική περιγραφή Πάχος (m) Α Β C Ποτάµιες αποθέσεις πάνω από παλιρροιακές συνθήκες Θαλάσσια άργιλος Θαλάσσια άµµος Ανώτερη άµµος Ανώτερη άργιλος (Pancone) Ενδιάµεση άργιλος Ενδιάµεση άµµος Κατώτερη άργιλος Κατώτερη άµµος Φαιά άµµος στη Β πλευρά Κίτρινη ιλυώδης άµµος και ιλύς στη Ν πλευρά Μαλακή φαιά άργιλος, υψηλής και πολύ υψηλής πλαστικότητας. Ελαφρά υπερστερεοποιηµένη και ευαίσθητη Συµπαγής σκούρα φαιά οργανική άργιλος και κίτρινη ιλυώδης άργιλος µέσης πλαστικότητας Έντονα υπερστερεοποιηµένη Φαιά, καθαρή άµµος και ιλυώδης άµµος 2.5 Συµπαγής φαιά ιλυώδης άργιλος υψηλής πλαστικότητας. Κανονικά στερεοποιηµένη Πυκνή ιλυώδης άµµος >

43 Το 1989, το καµπαναριό της Παβία (νότια του Μιλάνου), που ήταν κτισµένο το 14 αιώνα, κατέρρευσε χωρίς προειδοποίηση σκοτώνοντας τέσσερις παρευρισκόµενους. Αυτός ο πύργος δεν είχε γείρει ποτέ. Ο πύργος της Πίζας έκλεισε για το κοινό το 1990 και τον ίδιο χρόνο συστάθηκε η επιτροπή της Πίζας υπό την προεδρία του καθηγητή Jamiolkoowski, η οποία συµπεριλάµβανε και τον καθηγητή Burland του Imperial College για σύµβουλο στα µέτρα διάσωσης Εδαφικές συνθήκες Οι εδαφικές συνθήκες αποτελούνται από τρεις παχείς ορίζοντες Α, Β, και C. Τα όρια των αποθέσεων είναι βασικά οριζόντια, ειδικά στον ορίζοντα Β, οπότε η κλίση του πύργου δεν αποδίδεται σε µεταβλητά πάχη των στρώσεων. Η ανώτερη επιφάνεια της αργίλου Pancone είναι καµπύλη κάτω από τον πύργο. Η κατανοµή της πίεσης των πόρων στον ορίζοντα Β είναι ελαφρά κάτω από την υδροστατική, µε διήθηση προς τα κάτω από τον ορίζοντα Α ως αποτέλεσµα της άντλησης από την κατώτερη άµµο Μετακινήσεις και επεµβάσεις Κατά τη διάρκεια 800 χρόνων ιστορίας, η νότια πλευρά του πύργου κάθισε 2.8 m και η βόρεια 0.80 m, δηµιουργώντας µια διαφορική καθίζηση 2.0 m. Σήµερα, ο πύργος γέρνει προς τα νότια µε συνολική κλίση 5.5. Έχει υπολογιστεί ότι το 1300 η απόκλιση ήταν 1.43 m, και αυτό συνεχίστηκε µέχρι σήµερα που ο πύργος απέχει 5.5 m από την κατακόρυφο. Ο βαθµός της µετακίνησης το 1990 υπολογίστηκε σε 1.2 mm ανά έτος. Έχουν γίνει πολλές επεµβάσεις στον πύργο για να διορθώσουν την κλίση, αλλά όλες απέτυχαν. Η πιο καταστρεπτική έγινε το Λόγω των καθιζήσεων, οι κολώνες στη στάθµη του ισογείου βυθίστηκαν, οπότε ένα λαµπρό πνεύµα ονόµατι Gherardesca πρότεινε την εκσκαφή µιας τάφρου κάτω από την επιφάνεια του εδάφους για να αποκαλυφθούν οι κολώνες. Αυτή η εκσκαφή έφτασε κάτω από τον υδροφόρο ορίζοντα, ο οποίος δε βρίσκεται περισσότερο από 1-2 m κάτω από την επιφάνεια του εδάφους, και η εισροή του υπόγειου νερού και η τοπική χαλάρωση των άµµων προκάλεσε στον πύργο δραµατική κίνηση, 0.5 ή 0.5 m στην κορυφή του. Από το 1840 συστάθηκαν 16 επιτροπές για να λύσουν το πρόβληµα και έγιναν πολλές επεµβάσεις, αλλά όλες απέτυχαν. Ενδεικτικά, όλες οι επεµβάσεις στη νότια πλευρά είχαν τα αντίθετα αποτελέσµατα. Ακριβείς µετρήσεις από το 1911 έχουν δείξει ότι, όταν έµενε ανέπαφος τα έτη 1935 έως 1966, η κλίση αύξανε µε ρυθµό 3.5"(δεύτερα) ανά έτος ή λίγο παραπάνω από 1 mm το χρόνο, αλλά το 1990 ο ρυθµός της κλίσης είχε σχεδόν διπλασιαστεί. Σηµαντικές επεµβάσεις επιτάχυναν την απόκλιση. Το 1934 διανοίχτηκαν 361 οπές στην 37

44 τοιχοποιία της θεµελίωσης και γέµισαν µε ένεµα, προκαλώντας µια απότοµη αύξηση της απόκλισης κατά 31". Μερικές διατρήσεις στην τοιχοποιία και το έδαφος το 1966, και µόνο στην τοιχοποιία το 1985, προκάλεσαν µικρότερες αλλά ευδιάκριτες αυξήσεις στην απόκλιση. Στις αρχές του 1970, η άντληση από τη χαµηλότερη άµµο προκάλεσε µεγαλύτερη υποχώρηση στην περιοχή, και κλίση όλης της πλατείας προς τα νοτιοδυτικά, εισάγοντας µια απόκλιση 41" ή σχεδόν 12 mm. Ο ρυθµός της απόκλισης στον πύργο επανήλθε στην προηγούµενη τιµή του όταν µειώθηκε η άντληση. Ο πύργος είναι πολύ ευαίσθητος και στην παραµικρότερη επέµβαση Αιτίες των µετακινήσεων Μετρήσεις από το 1911 έδειξαν ότι ο πύργος δεν υφίσταται καθίζηση αλλά απόκλιση, ή στροφή γύρω από ένα σηµείο κοντά στον άξονα του, στη στάθµη του πρώτου ορόφου. Από αυτό προκύπτει το συµπέρασµα ότι η θέση της ερπυστικής στροφής βρίσκεται µέσα στον Ορίζοντα Α και όχι στην άργιλο Pancone. Πιο πιθανές αιτίες θεωρούνται οι εξής: 1)Αυξοµειώσεις του υδροφόρου ορίζοντα στον Ορίζοντα Α. Είναι γνωστό ότι στη διάρκεια έντονων βροχοπτώσεων ο υδροφόρος ορίζοντας ανυψώνεται γρήγορα και περισσότερο στη βόρεια πλευρά από όσο στη νότια, προκαλώντας µια µικρή ανόρθωση του πύργου στη βόρεια πλευρά. Αυτές οι κινήσεις είναι κυρίως εποχιακές και συνδέονται µε δυνατές βροχοπτώσεις την περίοδο Σεπτεµβρίου- εκεµβρίου. 2) Μικρές µετακινήσεις στρέβλωσης των θεµελίων από τις επιδράσεις της διαστολής και της συστολής Ι στον πύργο, καθώς θερµαίνεται και ψύχεται κάθε µέρα. 3) Εποχιακές διακυµάνσεις της πίεσης του νερού στην κατώτερη άµµο, η οποία προκαλεί ανακυκλιζόµενες κλίσεις σε όλη την πλατεία. Η κύρια αιτία της καθίζησης του πύργου δεν είναι η αστοχία της φέρουσας ικανότητας της αργίλου Pancone, αλλά το αποτέλεσµα της συµπιεστότητας των υποκειµένων εδαφών, µε την παραµόρφωση να συγκεντρώνεται στον Ορίζοντα Α και στην άργιλο Pancone. Η απόκλιση του πύργου είναι αποτέλεσµα αστάθειας σε κλίση, η οποία συµβαίνει σε ψηλές κατασκευές όταν η ροπή ανατροπής, η οποία παράγεται από µια µικρή διατάραξη ή αύξηση της κλίσης dd, είναι ίση ή µεγαλύτερη από τη ροπή αντίστασης του εδάφους θεµελίωσης που δηµιουργείται από την ίδια κλίση. Αυτό ισχύει σε ψηλά κτήρια όταν φτάσουν στο κρίσιµο ύψος τους. Η θέση της συνεχούς µακροχρόνιας απόκλισης του πύργου βρίσκεται στον Ορίζοντα Α και όχι στην άργιλο Pancone, όπως θεωρείτο µέχρι τότε. Αναλύσεις πεπερασµένων στοιχείων έδειξαν πολύ καλή συµφωνία µε την ιστορική εξέλιξη των µετακινήσεων του πύργου. Έδειξαν ότι, στο τέλος της πρώτης φάσης της κατασκευής (µέχρι τον τέταρτο όροφο το 1178), υπήρχαν εκτεταµένες ζώνες µέσα στην ανώτερη άµµο και στην άργιλο Pancone όπου η διατµητική αντοχή είχε ενεργοποιηθεί πλήρως. Η συνέχιση της φόρτισης θα είχε διευρύνει αυτές τις ζώνες και η σύνδεση τους θα προκαλούσε τον κλασικό τρόπο αστοχίας της φέρουσας ικανότητας. Η προσοµοίωση της 90χρονης διακοπής των εργασιών ως περιόδου στερεοποίησης έδειξε ότι υπήρχε 38

45 σηµαντική αύξηση στην αντοχή της αργίλου, µε εξάλειψη σχεδόν όλων των ζωνών αστοχίας που διέρχονταν από την άργιλο Pancone ιορθωτικά µέτρα Αποδείχθηκε ότι η τοιχοποιία από µάρµαρο υφίσταται σοβαρές καταπονήσεις, ειδικά στη στάθµη του πρώτου ορόφου στη νότια πλευρά. Υπολογίστηκε ότι, αν η αποθηκευµένη ενέργεια παραµόρφωσης ελευθερωνόταν σε αυτή την περιοχή, θα οδηγούσε σε καταστρεπτική αστοχία λόγω λυγισµού. Το 1992 τυλίχθηκαν γύρω από το δεύτερο όροφο χαλύβδινοι τένοντες µε πλαστική επένδυση και εντάθηκαν για να σταθεροποιηθεί η τοιχοποιία. Όταν αναγνωρίστηκε ότι η αστάθεια σε κλίση ήταν η πρωταρχική αιτία της απόκλισης, το 1993 τοποθετήθηκαν µε ελεγχόµενο τρόπο τεµάχια µολύβδου σε ένα δακτύλιο από προεντεταµένο σκυρόδεµα που κατασκευάστηκε περιµετρικά της Βάσης του πύργου, ως στερεωτικό µέτρο (άµεσης ανάγκης και αναστρέψιµο). Η συνεχής παρακολούθηση έδειξε ότι ο πύργος απόκλινε προς το βορά µε κάθε τοποθέτηση φορτίου, που τελικά έφτασε στη µέγιστη τιµή του τους 700 τόνους. Αυτό µείωσε την κλίση προς τα νότια περίπου Γ και τη ροπή ανατροπής κατά 10%. Το 1995 προτάθηκε µια µέθοδος εφαρµογής δύναµης βαρύτητας στη βόρεια πλευρά του κτηρίου λιγότερο εµφανής από τα τεµάχια µολύβδου, µε τη χρήση τενόντων αγκυρωµένων στην κατώτερη άµµο, 45 m κάτω από την επιφάνεια του εδάφους και την ένταση τους για την εφαρµογή της απαιτούµενης δύναµης. Αυτοί οι τένοντες έπρεπε να στερεωθούν σε ένα δακτύλιο από οπλισµένο σκυρόδεµα που θα έπρεπε να κατασκευαστεί κάτω από τη στάθµη του υδροφόρου ορίζοντα. Για να γίνει η εκσκαφή εν ξηρώ, το υπόγειο νερό αφαιρέθηκε από την εκσκαφή µε τεχνικές παγώµατος του εδάφους. υστυχώς, στις 6 Σεπτεµβρίου 1995 η κορυφή του πύργου µετακινήθηκε κατά τη διάρκεια της νύχτας 1.5 mm, περισσότερο από τη µετακίνηση ενός έτους. Το φορτίο των τεµαχίων µολύβδου αυξήθηκε στους 900 τόνους για να αναστρέψει τις κινήσεις. Αυτή η επέµβαση γρήγορα εγκαταλείφθηκε και στο τέλος του 1996 η επιτροπή διαλύθηκε Αφαίρεση εδάφους Το 1997 συνέβη ένας καταστρεπτικός σεισµός µε επίκεντρο κοντά στην Ασίζη ανατολικά της Πίζας, και είχε ως αποτέλεσµα την καταστροφή πολλών ιστορικών κτηρίων. Αυτό έδωσε µεγαλύτερη ώθηση στην προσπάθεια προστασίας των ιστορικών κτηρίων, και το 1998 έγινε δεκτή µια τεχνική αφαίρεσης εδάφους η οποία προτάθηκε από τον Καθηγητή Burland. Υπολογίστηκε ότι µε απόκλιση του πύργου στις 5,44, αυτός ήταν σε κατάσταση ασταθούς ισορροπίας και πολύ κοντά στην κατάρρευση. Με µικρό περιθώριο λάθους, γύρω από τον πύργο τυλίχθηκαν ιµάντες για να τον κρατήσουν προσωρινά, σε περίπτωση ανεπιθύµητων µετακινήσεων. Η τεχνική της αφαίρεσης εδάφους δοκιµάστηκε επιτυχώς το Συνίσταται στη διάτρηση συνεχών οπών υπό γωνία 30 στην ανώτερη άµµο, από 12 γεωτρήσεις σε αποστάσεις 5,5 m, κάτω από τη βόρεια πλευρά. Η αφαίρεση µικρών ελεγχόµενων ποσοτήτων εδάφους προκάλεσε καθίζηση κάτω από τη Βόρεια πλευρά και παρακολουθείται συνεχώς για δυσµενείς επιδράσεις, αλλά τους πρώτους τρεις µήνες ο πύργος ανέκτησε 60' προς τα βόρεια και η 39

46 κορυφή µετατοπίστηκε 18 mm προς τα πίσω, χωρίς καµία καθίζηση στη νότια πλευρά. Για να επιτευχθεί ευσταθής κατάσταση, η απόκλιση πρέπει να ανακτήσει ακόµη 0,50 m και αυτό θα απαιτήσει ακόµα 2 έτη. 4.2 Μέγαρο Καλών Τεχνών, Πόλη του Μεξικού Το Μέγαρο Καλών Τεχνών, ένα από τα ωραιότερα αρχιτεκτονικά δείγµατα της πόλης, άρχισε να κτίζεται το 1904 και ολοκληρώθηκε το 1934 µετά από πολλές διακοπές. Το κτήριο υπέστη σηµαντικές καθιζήσεις κατά τη διάρκεια της κατασκευής του και µετά. Το 1950 είχε πλέον υποστεί µια καθίζηση 3.0 m κάτω από τη στάθµη του δρόµου, πράγµα που αποσπούσε την προσοχή από την αρχιτεκτονική του. Στην Πόλη του Μεξικού είχαν συµβεί υποχωρήσεις εδάφους σε µεγάλες περιοχές, λόγω άντλησης υπογείων νερών από το τελευταίο µισό του 19 ου αιώνα, και αυτό συνέτεινε στην καθίζηση της κατασκευής. Το κτήριο αποτελείται από ένα σκελετό δοµικού χάλυβα, ο οποίος στηρίζεται σε κοιτόστρωση πάχους 1.8 έως 3.0 m. Είναι σχεδόν ορθογωνικό, µε εξωτερικές διαστάσεις 81.4 m χ m. Η κοιτόστρωση εκτείνεται 1.5 m πέρα από την κατασκευή σε όλες τις πλευρές, εκτός από τη νότια όπου εκτείνεται 1 8 m πέρα από την κατασκευή. Κατασκευάστηκε σε τουλάχιστον δύο στρώσεις, µία αρχική πάχους 1.2 m από άοπλο σκυρόδεµα, και µετά µια µεταλλική εσχάρα ακολουθούµενη από ελαφροβαρές σκυρόδεµα. Το τελευταίο είχε αδρανή προερχόµενα από πορώδεις ηφαιστειακούς βράχους, επειδή είχαν ήδη παρατηρηθεί οι καθιζήσεις µετά την αρχική διάστρωση του σκυροδέµατος. Η µεταλλική εσχάρα αποτελούνταν από δοκούς διπλού ταυ, διασταυρούµενες µεταξύ των βάσεων των υποστυλωµάτων, αλλά τοποθετήθηκε στο επάνω µέρος της κοιτόστρωσης. Μια επιθεώρηση το 1907 στην κορυφή της κοιτόστρωσης, πριν κατασκευαστεί ο µεταλλικός σκελετός, έδειξε ένα ευδιάκριτο δισκοειδές καµπύλο σχήµα καθίζησης, µε µέγιστη καθίζηση 38 mm στο µέσο. Το 1908, όταν είχε ολοκληρωθεί ο ατσάλινος σκελετός, η ηµιτελής κατασκευή υπέστη καθίζηση 1.68 m, και το 1910 στην κοιτόστρωση εµφανίστηκε µια διαγώνια ρωγµή. Εκείνη την περίοδο ο ρυθµός καθίζησης είχε µέγιστη τιµή 43 mm ανά µήνα (περίπου 1.4 mm την ηµέρα) και η Βορειοδυτική γωνία υφίστατο γρηγορότερη καθίζηση, πιθανόν ως αποτέλεσµα της µεγαλύτερης φόρτισης σε αυτό το άκρο. Τα µέτρα σταθεροποίησης που άρχισαν τα έτη αποτελούνταν από µια σειρά χαλύβδινων πασσάλων περιµετρικά της κατασκευής, σε απόσταση περίπου 3m από αυτή, για να παραλάβει τις οριζόντιες πιέσεις ή την πλευρική εξώθηση του εδάφους, και έγινε έγχυση ενέµατος στα εδάφη ανάµεσα στον πασσαλότοιχο και την κατασκευή για να ενισχύσει το έδαφος και (θεωρητικά) να αυξήσει τη φέρουσα επιφάνεια της κοιτόστρωσης. Το ένεµα αποτελείτο από µίγµα τσιµέντου:άµµου 1:2 και το συνολικό υλικό ήταν περίπου σάκοι τσιµέντου και 4000 m 3 άµµου. Αυτή η επέµβαση θα µπορούσε να είναι µια πολύ πρόωρη προσπάθεια της επανορθωτικής έγχυσης. Ο βαθµός της καθίζησης µειώθηκε σε 1 1 mm το µήνα, αλλά συνεχιζόταν ακόµη. Αυτό το διάστηµα, οι ρωγµές της κατασκευής 40

47 ήταν τόσο µεγάλες που µπορούσε να συρθεί ένας άνθρωπος µέσα. Οι µετρήσεις των καθιζήσεων που έγιναν το 1950 έδειξαν ότι το Μέγαρο εξακολουθούσε να καθιζάνει µε ρυθµό 38 mm το έτος περισσότερο από τους περιµετρικούς δρόµους, και ότι βρισκόταν στο κέντρο µιας λεκάνης καθίζησης η οποία εκτεινόταν πέρα από την κατασκευή. ιαπιστώθηκε ότι το ίδιο το Μέγαρο είχε ρυθµό καθίζησης περίπου mm το έτος και ότι το µεγαλύτερο µέρος της συνέβαινε µέσα στην άργιλο 33 mm κάτω από την επιφάνεια του εδάφους. Χρησιµοποιήθηκαν επιτυχώς πάσσαλοι θεµελίωσης µέχρι την πρώτη στρώση της άµµου για να υποστηρίξουν τα γειτονικά µεγάλα κτήρια. Πράγµατι, ο Rossi υπέδειξε ότι πολλά παλιά Ισπανικά κτήρια έπρεπε να αφαιρεθούν για να προετοιµαστεί η τοποθεσία. ιαπιστώθηκε ότι είχαν θεµελιωθεί σε πασσάλους αλλά αυτοί αφαιρέθηκαν και τα κενά γέµισαν µε σκυρόδεµα. Ο Rossi πρότεινε την κατεδάφιση της κατασκευής και την εκ νέου ανέγερση της, αλλά ο αρχιτέκτονας αρνήθηκε. Είναι εύκολο να κάνουµε κριτική εκ των υστέρων, αλλά δεν πρέπει να αγνοούνται οι µέθοδοι θεµελίωσης που χρησιµοποιούντο προηγουµένως σε µια περιοχή. Η λύση του Thornley ήταν να υποστυλώσει την κατασκευή µε πασσάλους µέχρι την πρώτη στρώση της άµµου, και να αφήσει την περιβάλλουσα περιοχή να καθιζήσει κάτω από τις ευρύτερες τοπικές επιδράσεις. 4.3 San Joaquim Valley Καλιφόρνιας To νότιο τµήµα της Great Valley αρδεύεται εντατικά από υπόγεια νερά. Η υπεράντληση τους οδήγησε µεταξύ 1922 και 1972 σε πολύ µεγάλη πτώση της πιεζοµετρικής επιφάνειας. Νότια του Bakersfield για παράδειγµα η πτώση αυτή ήταν µεγαλύτερη των 100µ. Το γεγονός αυτό προκάλεσε σηµαντικές καθιζήσεις στο σύνολο µιας αγροτικής έκτασης km 2 από το 1920 έως το Πρόκειται για τη µεγαλύτερη σε έκταση ζώνη καθίζησης σε παγκόσµια κλίµακα. Οι καθιζήσεις µέσα σ' αυτήν την περιοχή ήταν µεγαλύτερες των 0,3µ. Στην έκταση αυτή περιλαµβάνεται µια ζώνη µήκους 113km όπου οι καθιζήσεις ήταν µεγαλύτερες των 3µ, µε µέγιστη τιµή 8,5 µ δυτικά του FRESNO. 41

48 Ο «όγκος» της µεγάλης αυτής καθίζησης αντιστοιχεί σε 20 km (20x10m) και ο ρυθµός που πραγµατοποιήθηκε ήταν αργός. Το φαινόµενο γινόταν αντιληπτό από τη θραύση των υπογείων σωλήνων, από την καταστροφή των σωληνώσεων των γεωτρήσεων λόγω συµπίεσης, από την αδυναµία των αρδευτικών καναλιών να λειτουργήσουν σωστά (αλλαγή διεύθυνσης ροής) και στην περίπτωση παραθαλάσσιων ζωνών από την πληµµύριση των χαµηλότερων εκτάσεων. Η στενή σχέση µεταξύ καθιζήσεων και αφαίρεσης των υπογείων νερών είναι σαφής. Η σχέση αυτή εκφράζεται µε το λόγο της πτώσης της στάθµης προς την καθίζηση (σε µέτρα). Μακροχρόνια για την περιοχή αυτή ο λόγος είναι 20:1 και φθάνει έως 10:1 σε ζώνες που έχουν εντονότερα προσβληθεί, όπως η περιοχή δυτικά του Fresno και νότια του Bakersfield. Προφανής τρόπος παρέµβασης για να σταµατήσουν οι καθιζήσεις είναι η διακοπή των υπεραντλήσεων των υπογείων νερών. Αυτό δεν έγινε κατορθωτό στην εξεταζόµενη περιοχή λόγω των υφιστάµενων αναγκών και της υπάρχουσας νοοτροπίας. Ο ρυθµός πάντως πραγµατοποίησης των καθιζήσεων ελαττώθηκε όταν µεταφέρθηκαν µε µεγάλους αγωγούς επιφανειακά νερά από άλλες περιοχές και διατέθηκαν για αρδεύσεις και τεχνητό εµπλουτισµό των υπόγειων υδροφορέων. 4.4 Houston Η.Π.Α. Μία µεγάλη περιοχή νοτιοανατολικά του Houston κοντά στο Baytown και Galveston, έχει υποστεί καθίζηση µεγαλύτερη και από 2,4 m από το 1970 έως το Οι καθιζήσεις υπήρξαν ιδιαίτερα µεγάλες κοντά στο Galveston και κατά µήκος του καναλιού ναυσιπλοΐας του Houston, όπου µία περιοχή έκτασης µεγαλύτερης των 60 km 2 είναι µόνιµα κατακλυσµένη. Οι καθιζήσεις στην παραθαλάσσια αυτή περιοχή έχουν προκαλέσει ιδιαίτερα σηµαντικά προβλήµατα, δεδοµένου ότι προσβάλλεται από τις παλίρροιες που προκαλούνται από τους τυφώνες. Μία τέτοια παλίρροια ύψους 2m που έλαβε χώρα το 1973 προκάλεσε καταστροφές 53 εκατοµ. δολλαρίων. Οι καθιζήσεις προκλήθηκαν από υπεραντλήσεις για κάλυψη των αναγκών σε νερό των πόλεων και των βιοµηχανιών της περιοχής. Ο ρυθµός καθιζήσεων ελαττώθηκε όταν για την αντιµετώπιση του φαινοµένου µετέφεραν στην περιοχή επιφανειακά νερά τα οποία αντικατέστησαν µερικώς τη χρήση των υπόγειων νερών, οι αντλήσεις των οποίων ελαττώθηκαν. Οι καθιζήσεις προκάλεσαν πολυάριθµα ρήγµατα. Τα άλµατα τέτοιων ρηγµάτων τοπικά ξεπερνούν το lm και έχουν µήκος µεγαλύτερο των 16 km. Υφιστάµενα 150 ιστορικώς ενεργά ρήγµατα, συνολικού µήκους 500km, συνδέονται µε τις καθιζήσεις. Οι εδαφικές µετακινήσεις που προκλήθηκαν από τις καθιζήσεις είχαν ως αποτέλεσµα, σχετικά άκαµπτες κατασκευές όπως αυτοκινητόδροµοι, δίκτυα αποχέτευσης, αεροδιάδροµοι, ζώνες θεµελίωσης οικοδοµών κ.α. να υποστούν αστοχίες. Για να αντιµετωπιστεί µε ασφάλεια η διέλευση των δικτύων αποχέτευσης πάνω από τα ρήγµατα, οι σωληνώσεις τοποθετούνται µέσα σε άλλους σωλήνες µεγάλης διαµέτρου. Λόγω ελάττωσης των αντλήσεων οι καθιζήσεις περιορίστηκαν. Το 1982 διαπιστώθηκε ότι στις µισές θέσεις απ' αυτές όπου γινόταν καταγραφές των µετακινήσεων στις ζώνες των ρηγµάτων, οι µετακινήσεις είχαν σταµατήσει. 42

49 4.5 Phoenix, Αριζόνα Μία έκταση 310km 2 στην έρηµο της νότιας Αριζόνας, νοτιοανατολικά του Phoenix, αρδευόµενη από υπόγεια νερά, υπέστη καθίζηση µεγαλύτερη από 3m µεταξύ 1952 και Από το 1915 είχαν αντληθεί από την περιοχή αυτή περισσότερα από 133km 3 (133 x 10 9 m 3 ) υπόγειων νερών, ποσότητες δηλαδή πολύ µεγαλύτερες από τις φυσικές ανανεώσεις των υδροφόρων. Έχει εκτιµηθεί ότι αντλούνται ετησίως 3,lx 10 9 m 3 υπόγειων νερών περισσότερα από τις ετήσιες φυσικές επαναπληρώσεις των υδροφόρων στρωµάτων. Αποτέλεσµα αυτών των υπεραντλήσεων υπήρξε η πτώση της στάθµης των υπόγειων νερών περισσότερο από 120m κατά θέσεις, µε συνέπεια να λάβουν "χώρα µεγάλες καθιζήσεις και ρωγµατώσεις του εδάφους. Εξαιτίας των καθιζήσεων, ελαττώθηκε το πορώδες των αλλουβίων και κατά συνέπεια η απόδοση σε υπόγειο νερό του υδροφόρου. Σύµφωνα µε εκτιµήσεις του 1979 η αποθηκευτική ικανότητα του υπόγειου υδροφορέα ελαττώθηκε κατά 160 δισεκατοµµύρια γαλόνια. Οι καθιζήσεις οδήγησαν σε εφελκυστικές θραύσεις του εδάφους, κυρίως περιµετρικά, πολλές από τις οποίες έχουν σηµαντικό άνοιγµα, βάθος πάνω από 20m και µήκος µεγαλύτερο του 1km. Ένα τέτοιο ρήγµα έχει µήκος 16km. Οι εδαφικές θραύσεις προκάλεσαν καταστροφές στα αρδευτικά δίκτυα, στις σιδηροδροµικές γραµµές κ.α. Οι ρωγµατώσεις και η πτώση της στάθµης των υπόγειων νερών, συνέβαλαν στο να καταλειφθούν αρδευόµενες φάρµες στην κεντρική Αριζόνα. Η µεγάλη πτώση της στάθµης οδήγησε σε πολύ µεγάλη αύξηση του κόστους άντλησης και στην ανάγκη προώθησης σε µεγαλύτερα βάθη των υδροληπτικών έργων. Για την µερική αντιµετώπιση της κατάστασης κατασκευάστηκε ένας υδαταγωγός για µεταφορά 1,5 xl0 9 m 3 νερών ετησίως από τον ποταµό Colorado, µε σκοπό την κάλυψη των αρδευτικών αναγκών. Με τον τρόπο αυτό, λόγω ελάττωσης των αντλήσεων υπόγειων νερών, µετριάστηκαν οι καθιζήσεις σε ορισµένες περιοχές. 4.6 Άλλες περιοχές των Η.Π.Α. Στην κοιλάδα Las Vegas στη Νεβάδα καθιζήσεις µεγαλύτερες από 1,2m µεταξύ 1935 και 1970 είναι στενά συνδεδεµένες µε µεγάλης κλίµακας αντλήσεις υπόγειων νερών. Σε µερικές περιοχές η πτώση της στάθµης ξεπέρασε τα 55m. Θραύσεις του εδάφους που έλαβαν χώρα σε κατοικηµένες περιοχές προκάλεσαν καταστροφές σε δρόµους, σε σπίτια και άλλες κατασκευές. Στην Santa Clara Valley στην Καλιφόρνια η πόλη San Jose υπέστη καθίζηση 4m. Μεταξύ 1912 και 1967 µετρήθηκαν καθιζήσεις 3,86m που οφείλονται σε συµπύκνωση των ιζηµάτων. Έχει εκτιµηθεί ότι οι καταστροφές στη Santa Clara λόγω των καθιζήσεων έφθασαν το ύψος των 100 εκατοµ. δολαρίων. Οι καταστροφές αυτές περιλαµβάνουν αχρήστευση των σωληνώσεων των γεωτρήσεων, µείωση της ικανότητας των δικτύων αποχέτευσης των λυµάτων και αποστράγγισης του εδάφους, πληµµύριση από τα νερά του San Francisco Bay των δρόµων, των σιδηροδροµικών γραµµών και των αναπτυσσόµενων ζωνών, γεγονός που απαίτησε την κατασκευή αναχωµάτων και άλλων προστατευτικών έργων. 43

50 Στη Santa Clara Country το πρόβληµα των καθιζήσεων είναι κρίσιµο δεδοµένου ότι η επιφάνεια του εδάφους έχει πολύ µικρό υψόµετρο (βρίσκεται πολύ κοντά στη στάθµη της θάλασσας). Εκατοµµύρια δολάρια έχουν δαπανηθεί για την κατασκευή προστατευτικών αναχωµάτων για την αντιµετώπιση της πληµµύρισης από τα νερά της θάλασσας. Οι τοπικές αρχές έχουν επιβάλλει ειδικό φόρο για την άντληση των υπόγειων νερών. Αποτέλεσµα αυτού ήταν η ελάττωση των αντλήσεων και η µείωση του ρυθµού των καθιζήσεων από 0,3 m /έτος το 1963 σε 0,02 m/έτος το Παρ' όλον ότι οι καθιζήσεις µπορούν να επιβραδυνθούν, ακόµη και να σταµατήσουν µε την ελάττωση των αντλήσεων, αναστροφή του φαινοµένου δεν υπάρχει. Προφανώς η µείωση του πορώδους των ιζηµάτων είναι µόνιµη. Στη Νέα Ορλεάνη έχουν λάβει χώρα καθιζήσεις λόγω αντλήσεων των υπόγειων νερών και πιθανώς λόγω φυσικής συµπύκνωσης των στρωµάτων, µε αποτέλεσµα η πόλη να βυθιστεί περισσότερο από 0.55m. Λόγω των µικρών υψοµέτρων, ένα τµήµα της πόλης έχει βρεθεί 2m κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας. Τεράστια τεχνητά αναχώµατα προστατεύουν την πόλη από τις κατακλύσεις του Μισσισιπή. Τα νερά της βροχής που συσσωρεύονται στη κάτω πόλη αφαιρούνται µε αντλήσεις µε πολύ υψηλό κόστος. Σε περίπτωση έντονων βροχοπτώσεων τα αντλιοστάσια δεν επαρκούν µε αποτέλεσµα να δηµιουργούνται πληµµύρες µε µεγάλες καταστροφές. 4.7 Bangkok Το υπέδαφος της πόλης αποτελείται από χαλαρές ασυµπίεστες δελταϊκές αποθέσεις, από αλλουβιακές αποθέσεις και από αβαθούς θάλασσας ιζήµατα του Τεταρτογενούς και του ανώτερου Νεογενούς, που υπόκεινται των πρόσφατων µαλακών αργίλων της Bangkok. Στα στρώµατα εξ αυτών µε αδροµερή κοκκώδη υλικά αναπτύσσονται επάλληλοι υπό πίεση υδροφόροι ορίζοντες. Το 1978 διαπιστώθηκε ότι µια έκταση σχεδόν κυκλική µε ακτίνα µεγαλύτερη των 5km είχε προσβληθεί από καθιζήσεις. Σύγκριση µε µετρήσεις του 1930 έδειξε ότι η περιοχή αυτή βυθίστηκε µέχρι και 80 cm. Το µεγαλύτερο ποσοστό των καθιζήσεων αυτών πραγµατοποιήθηκε µετά το 1960 όπου άρχισαν εντατικές αντλήσεις των υπόγειων νερών. Έκτοτε γίνονται ετήσιες τοπογραφικές αποτυπώσεις και παρακολουθείται η πορεία των καθιζήσεων που είναι συνεχείς και προσβάλλουν όλο και µεγαλύτερη έκταση. Το 1988 η περιοχή που είχε προσβληθεί είχε ελλειπτική µορφή µε µήκος που ξεπερνούσε τα 70 km και πλάτος τα 40 km. Το µέγεθος των καθιζήσεων κυµαινόταν από 20 έως και περισσότερο των 160 cm. Οι καθιζήσεις αυτές αποτελούν το συνδυασµένο αποτέλεσµα: (α) της υπερφόρτισης της περιοχής µε τα 6 εκατοµ. πληθυσµό, (β) της φυσικής συµπύκνωσης των εδαφών και (γ) των υπεραντλήσεων που γίνονται από πολυάριθµες βαθιές γεωτρήσεις από τις οποίες αντλούνται 1,3 εκατ. κυβ. µέτρα ηµερησίως. Η επιφάνεια του εδάφους της πόλης κυµαίνεται από 0-1,5 µ. πάνω από τη µέση στάθµη της θάλασσας. Μεγάλο τµήµα της έκτασης αυτής εξαιτίας των 44

51 καθιζήσεων απέκτησε υψόµετρο µικρότερο της µέσης στάθµης της επιφάνειας της θάλασσας και συχνά πληµµυρίζει. Η πληµµύριση οφείλεται στις καθιζήσεις, στην κακή αποστράγγιση, στην υπερχείλιση του ποταµού Chao Phraya και στις εποχιακές παλίρροιες. Εκτός από την αρνητική συµµετοχή των καθιζήσεων σε ό,τι αφορά τις πληµµύρες, η εκδήλωση τους έχει σαν αποτέλεσµα την πρόκληση αστοχιών σε κτίρια και σε έργα υποδοµής της πόλης. Κτίρια µε αβαθείς θεµελιώσεις βουλιάζουν. Το ίδιο πραγµατοποιείται σε µεγάλους δρόµους και αυτοκινητόδροµους για τους οποίους απαιτείται περιοδική ανύψωση και επανακατασκευή. Κατασκευές µε θεµελιώσεις σε διαφορετικά βάθη από την επιφάνεια του εδάφους, υποφέρουν από διαφορικές καθιζήσεις και αστοχίες. Στην περιοχή των µεγαλύτερων καθιζήσεων, το µέγεθος τους έφθανε το 1980 τα 10cm ετησίως. Ο περιορισµός των αντλήσεων τις ελάττωσε στα 4-5 cm ετησίως. Στην εσωτερική Bangkok το σταµάτηµα των αντλήσεων από τις βαθιές γεωτρήσεις, οδήγησε σε ανύψωση της πιεζοµετρικής επιφάνειας των υπόγειων νερών κατά 1-2 m ετησίως, σε σταµάτηµα των καθιζήσεων και σε ανύψωση του εδάφους σε µερικές περιοχές. Μετά το 1982 εφαρµόστηκε ένα πρόγραµµα ελάττωσης των αντλήσεων, οι οποίες στη Εσωτερική Bangkok έφθασαν τις m 2 /ηµέρα. Το 1989 οι αντλήσεις στη ζώνη αυτή σταµάτησαν µε τα ως άνω αποτελέσµατα. Στην περιµετρική όµως νέα πόλη αντλούνται ακόµη µεγάλες ποσότητες (1,2 x 10 2 ηµερησίως το 1989, σε σχέση µε 1,4 x lo 6 m 2 ηµερησίως το 1982) µε αποτέλεσµα να παρατηρούνται καθιζήσεις µεγαλύτερες των 10cm ετησίως στα βόρεια και στα δυτικά της πόλης. Επειδή η ελάττωση των αντλήσεων δεν είναι δυνατή σε όλη την έκταση, µελετάται η αποκατάσταση των υδροφόρων και η ελάττωση των καθιζήσεων µε εφαρµογή τεχνητού εµπλουτισµού. 4.8 Μεξικό Στην πόλη του Μεξικού αυξήθηκε ο πληθυσµός της από 1 εκατοµµύριο το 1922 σε 10 εκατοµµύρια το Σήµερα έχα φθάσει τα 23 εκατοµµύρια. Για να καλυφθούν οι τεράστιες υδατικές ανάγκες, αντλούνται ποσότητες υπόγειων νερών πολύ µεγαλύτερες από τη φυσική επαναπλήρωση των υδροφόρων στρωµάτων. Οι υπεραντλήσεις οδήγησαν σε σηµαντική συµπύκνωση των αλλουβιακών και λιµναίων αποθέσεων, πάνω στις οποίες είναι οικοδοµηµένη η πόλη. Συνέπεια του φαινοµένου υπήρξε η εκδήλωση µεγάλων καθιζήσεων που ξεπέρασαν τα 8m. Στην κάτω πόλη, µερικές οικοδοµές µε αβαθή θεµελίωση βυθίστηκαν σχεδόν ένα όροφο και οι κορυφές των σωληνώσεων των γεωτρήσεων που βρίσκονται στο επίπεδο του δρόµου, µε τις καθιζήσεις βρέθηκαν στο ύψος των παραθύρων του 2ου ορόφου. Παρ' όλα αυτά συνέχισαν να κατασκευάζονται, τουλάχιστο µέχρι το 1983, νέες γεωτρήσεις για την υδροδότηση της πόλης, µε αποτέλεσµα οι καθιζήσεις να µεγαλώνουν. Στην κάτω πόλη το Palace of Fine Arts υπέστη καθίζηση 3m. Το κεντρικό τµήµα της πόλης του Μεξικού σύµφωνα µε τους ΑΙ. Rivera, Ε. Ledoux, G. de Mersily αποτελείται από υψηλής συµπιεστότητας ηφαιστειακή - λιµναία ιλυώδη άργιλο, µε λεπτές ενστρώσεις άµµου, που χωρίζεται κατά την κατακόρυφο έννοια σε δύο ζώνες (ανώτερη και κατώτερη) µε παρεµβολή ενός στρώµατος άµµου πάχους 4µ. στο βάθος 34-39µ. Κάτω από τα 48µ. ακολουθούν αλλουβιακά υλικά (κυρίως άµµοι) µε πάχος που κυµαίνεται από 45

52 15 έως και άνω των 100µ. Τα υλικά αυτά αποτελούν τον κύριο υδροφορέα από τον οποίο γίνονται εντατικές αντλήσεις από τις αρχές του αιώνα. Εξαιτίας των αντλήσεων αυτών έλαβε χώρα µεγάλη πτώση του πιεζοµετρικού φορτίου στον υδροφορέα των άµµων (κυρίως των βαθύτερων των 50µ.) µε µέση ετήσια ελάττωση 0,90m. Εξαιτίας των έντονων µεταβολών των πιεζοµετρικών φορτίων, υπήρξε µεγάλη συµπίεση των ιλυωδών αργίλων και εκδήλωση καθιζήσεων στην επιφάνεια. Το µέγεθος των καθιζήσεων αυτών έχει κυµανθεί από 15 έως 26 cm ετησίως, κατά µέσο όρο, στις 10 ετίες του 70 και του '60. Για την µελέτη των καθιζήσεων αυτών έχει αναπτυχθεί ένα αριθµητικό µοντέλο προσοµοίωσης της υπόγειας ροής και των ολικών καθιζήσεων του ετερογενούς αυτού πολυστρωµατώδους υδροφόρου συστήµατος το οποίο υφίσταται συµπύκνωση εξαιτίας της υπεράντλησης του. 4.9 Σαγκάη Η µεγαλύτερη βιοµηχανική πόλη της Κίνας, η Σαγκάη, µε περισσότερους από 12 εκατοµµύρια κατοίκους, είναι κτισµένη στις αποθέσεις του δέλτα του ποταµού Yangtze. Οι υπεραντλήσεις από τα υπόγεια νερά επί µακρά σειρά ετών, που έφθασαν το 1962 τα 2 m /s οδήγησε σε µεγάλες πτώσεις της στάθµης των, σε συµπυκνώσεις των υπεδαφικών υλικών και σε καθιζήσεις στη επιφάνεια του εδάφους. Η στάθµη το 1960 βρισκόταν µέχρι και 30µ. κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας. Οι καθιζήσεις είχαν εµφανιστεί από το 1921 και το 1965 είχαν φθάσει τα 2,5 µ. ή και πάνω από 3µ κατά θέσεις. Οι µεγαλύτερες καθιζήσεις πραγµατοποιήθηκαν µεταξύ και η ετήσια τιµή τους ήταν 98 mm. Για την αντιµετώπιση της κατάστασης άρχισαν το1965 τεχνητό εµπλουτισµό των υπόγειων νερών, αποθηκεύοντας ταυτόχρονα θερµική ενέργεια την οποία αξιοποιούσαν µε αντλήσεις. Το 1981 η στάθµη είχε ανέβει κατά 15 έως 25µ.. Την περίοδο εκπονήθηκε µεγάλο ερευνητικό πρόγραµµα για την συστηµατική αξιοποίηση της αποθήκευσης θερµικής ενέργειας στους υπόγειους υδροφορείς µε το σύστηµα "winter filling for summer use" και "summer filling for winter use". Αργότερα εκπονήθηκε άλλο µεγάλο ερευνητικό πρόγραµµα για τη διαχείριση των υπόγειων νερών µε µαθηµατικό µοντέλο, για τον έλεγχο της πτώσης της στάθµης τους και την εξέλιξη των καθιζήσεων Τόκιο και Niieata Ιαπωνίας Η πρωτεύουσα της Ιαπωνίας είναι κτισµένη στο νοτιοανατολικό τµήµα της πεδιάδας Kanto που καταλήγει στον κόλπο του Τόκιο. Η πεδιάδα αυτή αναπτύσσεται σε ένα τεκτονικό βύθισµα που έχει πληρωθεί µε πλειοπλειστοκαινικά ιζήµατα µεγάλου πάχους και νεότερες αποθέσεις (αλλού βια και διλλούβια) µε ποικίλλουσα κοκκοµετρία (άργιλοι, ιλείς, άµµοι, χάλικες, µάργες κ.λ.π.) και σε αλληλουχία. Στα χονδροκοκκώδη στρώµατα αναπτύσσεται υπόγεια υδροφορία υπό πίεση. Η υδροφορία αυτή αξιοποιείται από µεγάλο αριθµό βαθιών γεωτρήσεων, κυρίως εντός των τεταρτογενών αποθέσεων, καθώς γεωτρήσεων µεγαλυτέρου βάθους που εκµεταλλεύονται την υδροφορία µε φυσικό αέριο των βαθύτερων πλειοκαινικών στρωµάτων. 46

53 Αποτέλεσµα των υπεραντλήσεων από τις γεωτρήσεις αυτές ήταν η πτώση της στάθµης των υπόγειων νερών. Χαρακτηριστική εικόνα της πορείας της πτώσης της στάθµης δίδεται από µία βαθειά γεώτρηση (380m) στο Hongo Campus του Πανεπιστηµίου του Τόκιο. Το απόλυτο υψόµετρο στη θέση της γεώτρησης αυτής είναι 16 m. Παρατηρήσεις στάθµης υφίστανται από το Η πορεία της διακύµανσης της αντανακλά την ιστορία της Ιαπωνίας έκτοτε: Με τη στασιµότητα της οικονοµίας κατά το 2 Παγκόσµιο πόλεµο, οι αντλούµενες ποσότητες υπόγειων νερών ελαττώθηκαν (το 50% των αντλούµενων νερών χρησιµοποιούνται στη βιοµηχανία) και η στάθµη των υπόγειων νερών σταθεροποιήθηκε και στη συνέχεια ανυψώθηκε. Από το 1948 άρχισε εκ νέου να υποβιβάζεται λόγω υπεραντλήσεων κατά την µεταπολεµική επανοικοδόµηση. Κατά την περίοδο της υψηλής οικονοµικής ανάπτυξης, της δεκαετίας του 60, η πτώση της στάθµης µεγιστοποιήθηκε και συνεχίστηκε µε µικρότερο ρυθµό την επόµενη 10ετία. Στο τέλος του 1971 η στάθµη βρισκόταν 36m κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας και είχε συνολικά υποβιβαστεί από το 1932 κατά 39m. Παρατηρήσεις σ' ένα δίκτυο πιεζοµετρικών έδειξε ότι η πτώση στάθµης έφθασε µέχρι και 60µ. κάτω από τη µέση στάθµη της θάλασσας (µέση στάθµη παλίρροιας στον κόλπο του Τόκιο). Τοπογραφικές αποτυπώσεις που γίνονται στο Τόκιο από το 1892, έδειξαν ότι κατά την περίοδο πραγµατοποιήθηκαν καθιζήσεις που έφθασαν µέχρι και 4,57m. Εξαιτίας αυτών έλαβαν χώρα θραύσεις - ρωγµατώσεις οδών, κτιρίων, αποστραγγιστικών και αποχετευτικών καναλιών, υπόγειων σωληνώσεων κ.α., καθώς και εξωθήσεων - ανυψώσεων των σωληνώσεων των γεωτρήσεων, διαφοροποιήσεις στη συµπεριφορά των θεµελιώσεων σε πασσάλους, σταµάτηµα της αρτεσιανής εκροής στην επιφάνεια του εδάφους, αποξήρανση των αβαθών υδροληπτικών έργων, διείσδυση της θάλασσας στα υδροφόρα στρώµατα κ.τ.λ. Την κύρια αιτία των καθιζήσεων αυτών αποτελούν οι υπεραντλήσεις από τα υδροφόρα χαλαρά ιζήµατα και η εξαιτίας αυτών σηµαντική ελάττωση του πιεζοµετρικού φορτίου, που οδήγησε στη στερεοποίηση των µαλακών υπεδαφικών υλικών. Κατά τη 10ετία του 60 οι αντλούµενες ποσότητες ήταν πολύ µεγαλύτερες της φυσικής επανατροφοδοσίας των υδροφόρων στρωµάτων. Το 1971 είχαν φθάσει στα διάφορα διαµερίσµατα του Τόκιο τα m 3 ηµερησίως. Εξαιτίας των αρνητικών επιπτώσεων που έλαβαν χώρα, ελήφθησαν µία σειρά από νοµοθετικά µέτρα που αποσκοπούσαν στην ελάττωση των αντλήσεων. Με την βοήθεια των µέτρων αυτών το 1973 οι ποσότητες υπόγειου νερού που αντλήθηκαν από 27 διαµερίσµατα του Τόκιο µειώθηκαν στα m 3 ηµερησίως και το 1989 στα m 3 ηµερησίως από ολόκληρο το µητροπολιτικό Τόκιο. Η µείωση των αντλούµενων ποσοτήτων είχε ως άµεσο αποτέλεσµα την ανύψωση της στάθµης των υπόγειων νερών και το σταµάτηµα των καθιζήσεων το όπου οι αντλήσεις ελαττώθηκαν και στα 27 διαµερίσµατα του Τόκιο. Το 1975 παρατηρήθηκε µάλιστα και µικρή ανύψωση του εδάφους σε περιοχές που είχαν υποστεί καθιζήσεις. Η ελάττωση των αντλήσεων και η ανύψωση της στάθµης των υπόγειων νερών, αποτελούν το αποτέλεσµα της συνδυασµένης εφαρµογής δύο νόµων του 1972, που αφορούν ρυθµίσεις σχετικές µε τα υπόγεια νερά και τη χρήση τους στη βιοµηχανία και στις οικιακές-αστικές ανάγκες. Όσες τοπικές αρχές είχαν αξιοποιήσει ικανοποιητικά τις δυνατότητες που δίδουν οι νόµοι αυτοί, είχαν 47

54 καλά αποτελέσµατα, όπως το Τόκιο όπου οι καθιζήσεις σταµάτησαν. Στις γειτονικές εφαπτόµενες του Τόκιο περιοχές όµως όπου αυτό δεν έγινε κατορθωτό, οι καθιζήσεις συνεχίζονται (Saitama, Chiba, Ibaraki). Στο Τόκιο για την προστασία από τις συνέπειες των καθιζήσεων έχουν κατασκευαστεί προστατευτικά αναχώµατα, αντλιοστάσια για την αποστράγγιση και άλλα έργα. Πέραν από τις δυνατότητες που δίδουν οι ως άνω νόµοι, στο Τόκιο ειδικά, ένας µητροπολικός νόµος για τα υπόγεια νερά έδωσε περισσότερες δυνατότητες παρεµβάσεων για την προστασία τους και την θωράκιση της πόλης από δευτερογενείς επιπτώσεις στο περιβάλλον. Μεταξύ των µέτρων που ελήφθησαν µε βάση τους νόµους αυτούς περιλαµβάνονται: (α) Απαγόρευση από το 1961 κατασκευής νέων γεωτρήσεων στη νότια χαµηλή ζώνη των αλλουβιακών αποθέσεων και από το 1963 και στην υπόλοιπη έκταση των άλλου βίων, (β) Περιορισµός των αντλήσεων από το 1966 στις υπάρχουσες γεωτρήσεις των περιοχών αυτών, (γ) Παύση των αντλήσεων των υπόγειων νερών που περιείχαν φυσικά αέρια. Το 1972 οι δηµόσιες αρχές του Τόκιο εξαγόρασαν τα «µεταλλευτικά» δικαιώµατα για την εκµετάλλευση των υπόγειων νερών που περιέχουν φυσικά αέρια και σταµάτησαν τις αντλήσεις από τις βαθιές γεωτρήσεις ( m) στα πλειο-πλειστοκαινικά στρώµατα. Οι υδατικές ανάγκες της πόλης µετά την ελάττωση των αντλήσεων, καλύφθηκαν µε νερά του ποταµού Tone, στον άνω ρου του οποίου κατασκευάστηκε µεγάλο φράγµα. Παρόµοια µε το Τόκιο φαινόµενα καθιζήσεων, λόγω υπεραντλήσεων υπόγειων νερών, έχουν λάβει χώρα και στη πεδιάδα Niigata η οποία αποτελεί την µεγαλύτερη παραλιακή πεδινή ζώνη κατά µήκος των ακτών της Ιαπωνικής θάλασσας. Στο υπέδαφος της τα υδροφόρα στρώµατα περιέχουν φυσικά αέρια, η εκµετάλλευση των οποίων µε αντλήσεις των υπόγειων νερών άρχισε από τις αρχές του αιώνα, αυξανόµενες χρόνο µε το χρόνο. Οι υπεραντλήσεις, που έφθασαν το 1958 τις m 3 ηµερησίως, προκάλεσαν πτώσεις στάθµης των υπόγειων νερών µέχρι και 50m κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας. Εξ αιτίας αυτού άρχισαν να εκδηλώνονται καθιζήσεις. Αρχικά οι καθιζήσεις αυτές στην οµώνυµη πόλη Niigata ήταν µικρές (2-6 mm ετησίως). Γύρω στο 1951 αυξήθηκαν σηµαντικά (30-40 mm ετησίως) και έφθασαν την µεγαλύτερη ετήσια τιµή τους 0,54m το Μεταξύ 1959 και 1974 µία µεγάλης έκτασης παραλιακή ζώνη, µήκους περί τα 30 km και πλάτους από 5 έως 25 km, υπέστη συνολική καθίζηση από 0,5m έως και άνω των 2m. Για την αντιµετώπιση της κατάστασης άρχισαν από το 1959 να λαµβάνονται µέτρα περιορισµού των αντλήσεων. Τη χρονιά αυτή σταµάτησαν τις αντλήσεις σε 60 παραγωγικές γεωτρήσεις. Χρόνο µε το χρόνο µείωναν τις αντλήσεις και ως το 1968 σταµάτησαν όλες (450) τις παραγωγικές - εµπορικές γεωτρήσεις αξιοποίησης των φυσικών αερίων. Με τα µέτρα αυτά η στάθµη των υπόγειων νερών άρχισε να αποκαθίσταται και οι καθιζήσεις ελαττώθηκαν δραστικά. 48

55 4.11 Ναεονα Ιαπωνίας Η πόλη Nagoya είναι παραλιακή και βρίσκεται περί τα 350 km δυτικά του Τόκιο. Απλώνεται σε µια έκταση περί τα 328 km 2, έχει πληθυσµό και καταλαµβάνει το ανατολικότερο τµήµα της Nobi Plain, η οποία είναι γνωστή για τις καθιζήσεις της. Εξαιτίας της αύξησης των αντλήσεων των υπόγειων νερών από το 1945, αλλά και εξαιτίας των σεισµών του 1891 και του 1944, η περιοχή υπέστη καθιζήσεις cm µεταξύ του 1885 και του Από τις καθιζήσεις στην ευρύτερη περιοχή, διαπιστώθηκε ότι µέχρι το 1961 µία έκταση 363 km 2 απέκτησε υψόµετρο µικρότερο της µέσης ανώτερης στάθµης της θάλασσας, 248 km 2 βρισκόταν χαµηλότερα από τη µέση στάθµη της θάλασσας και 37 km 2 χαµηλότερα της µέσης κατώτερης στάθµης. Εξαιτίας ενός τυφώνα το 1959 καταστράφηκαν τα προστατευτικά αναχώµατα και µια καταστροφική πληµµύρα έπληξε την πόλη, όπου σε πολλά σηµεία στη νότια ζώνη το νερό έφθασε σε ύψος 6m. Μια έκταση 5 x 6 km πληµµύρισε, οι καταστροφές υπήρξαν µεγάλες και οι πνιγµοί κατοίκων της περιοχής πολυάριθµοι. Σε έξι (6) θέσεις οι πνιγµοί ήταν 100 άτοµα ανά θέση, σε 10 θέσεις από 50 πνιγµένοι σε κάθε µία, από 10 άτοµα σε 30 θέσεις και πολλοί άλλοι σε όλη την έκταση που πληµµύρισε. Παρά τα κάποια περιοριστικά µέτρα που ελήφθησαν στη νότια βιοµηχανική ζώνη το 1969, η αύξηση των αντλήσεων από το υπέδαφος αύξησε τις καθιζήσεις. Στο δυτικό τµήµα της Nagoya οι συνολικές καθιζήσεις από το 1961 έως και το 1974 έφθασαν τα 110 cm (10 cm ετησίως από το ). Η κατάσταση αυτή οδήγησε στο να ληφθούν µέτρα περιορισµού των αντλήσεων σε όλη την πόλη, µε αποτέλεσµα την βαθµιαία ανύψωση της υδροστατικής στάθµης, την ελάττωση των καθιζήσεων και την πλήρη ανακοπή τους µέχρι το Μιλάνο Από το 1950 έχει εγκατασταθεί ένα δίκτυο για ακριβείς µετρήσεις του υψοµέτρου της επιφάνειας του εδάφους (89 km κύριες γραµµές και 255 km δευτερεύουσες) το οποίο αργότερα συµπληρώθηκε και το 1972 έφθασε συνολικά 350 km µήκος. Με τη βοήθεια των µετρήσεων διαπιστώθηκε το µέγεθος των καθιζήσεων και ο ρυθµός µε τον οποίο πραγµατοποιούνται. ιατυπώθηκε η υπόθεση ότι ένα µέρος τουλάχιστο των καθιζήσεων οφείλεται σε υπεραντλήσεις των υπόγειων νερών. Για να διαπιστωθεί αν πράγµατι συµβαίνει αυτό οι ηµοτικές αρχές του Μιλάνου έκλεισαν τις αρτεσιανές γεωτρήσεις του κέντρου της πόλης. Μια νέα σειρά µετρήσεων το 1986 απέδειξε ότι ο ρυθµός των καθιζήσεων ελαττώθηκε σηµαντικά, γεγονός που αποδεικνύει τη σχέση της αφαίρεσης νερού από το υπέδαφος µε τις καθιζήσεις στην επιφάνεια του εδάφους Πίζα Στην πεδιάδα της Πίζας όπου υπάρχουν πολλές αρτεσιανές γεωτρήσεις που προµηθεύουν νερό στην Πίζα και το Livorno, οι 49

56 προκαλούµενες καθιζήσεις µπήκαν κάτω από κάποιο έλεγχο όταν το διαπιστώθηκαν ρωγµές σε κτίρια και άλλες βλάβες σε διάφορα µνηµεία (αγάλµατα κ. α.). Το πρώτο µέτρο που ελήφθη για την αντιµετώπιση των καθιζήσεων ήταν το άµεσο κλείσιµο των γεωτρήσεων της Πίζας και της περιβάλλουσας περιοχής. Εγκαταστάθηκε επίσης ένα πυκνό δίκτυο µετρήσεων του απολύτου υψόµετρου της επιφάνειας του εδάφους. Με βάση συγκριτικές µετρήσεις κατασκευάστηκε χάρτης καµπυλών ίσης κατακόρυφης βύθισης µεταξύ 1976 και Ο χάρτης αυτός δείχνει ότι η πόλη και κυρίως οι περιοχές αυτής νότια και ανατολικά του ποταµού Arno είναι κτισµένη σε εδάφη υψηλής αστάθειας Μπολόνια Φαινόµενα καθιζήσεων είναι γνωστά από 30 χρόνια και συνδέονται πιθανώς µε τη συστηµατική εκµετάλλευση των υπόγειων νερών. Στην περιφέρεια οι καθιζήσεις είναι µεγαλύτερες και φθάνουν το lm, ενώ στο ιστορικό κέντρο είναι µικρότερες και των 10 cm. Αυτό οφείλεται κατά πρώτο λόγο στις γεωλογικές συνθήκες και τις ανθρώπινες δραστηριότητες όπως είναι τα έργα αποστράγγισης, η άντληση νερών και φυσικών αερίων κ.α. Μέχρι το 1989 δεν είχε εξακριβωθεί η ακριβής συσχέτιση αιτίων και καθιζήσεων, οι οποίες αυξάνονται συνεχώς όπως δείχνουν τελευταίες µετρήσεις Κόµο Οι καθιζήσεις διαπιστώθηκαν το 1974 όταν εµφανίστηκαν θραύσεις κτιρίων, κυρίως στο τµήµα της κοιλάδας στην προέκταση της οµώνυµης λίµνης προς τα νοτιοανατολικά. Από τις µετρήσεις στάθµης εδάφους που έγιναν και τις συγκρίσεις µε µετρήσεις του 1955, διαπιστώθηκαν καθιζήσεις µερικών δεκάτων του µέτρου στο τµήµα της παλιάς πόλης και σχεδόν 1 m κοντά στη λίµνη Βενετία Η πόλη βρίσκεται σήµερα πάνω σε µια εκατοντάδα από νησιά, µικρά, επίπεδα και αµµώδη, στη µέση σχεδόν της λιµνοθάλασσας Veneta, η οποία χωρίζεται από την ανοικτή θάλασσα µε τις στενόµακρες παραλιακές λωρίδες στεριάς του Lido και του Cavallino. Όταν η πόλη άρχισε να κτίζεται κατά την Αναγέννηση, η θέση της βρισκόταν περί τα 3km από την ακτή για να προστατεύεται από επιθέσεις των Ούνων. Η πόλη και η ευρύτερη περιοχή που την περιβάλλει αποτελεί τµήµα του έλτα που ποταµού Πάδου.. Τα τεταρτογενή ιζήµατα της παραλιακής πεδιάδας του έλτα έχουν πάχος άνω των 1000m και αποτελούνται από χαλαρές µη σταθεροποιηµένες αποθέσεις άµµου, ίλυος και αργίλου, που κλείνουν ελαφρά προς τη θάλασσα. Στα αµµώδη στρώµατα αναπτύσσονται υπό πίεση υδροφόροι ορίζοντες, οι οποίοι επεκτείνονται και κάτω από τη Βενετία.. 50

57 Για να καλυφθούν οι µεγάλες υδατικές ανάγκες έχουν κατασκευαστεί στις γειτονικές περιοχές Marghera και Mestre περί τις βαθιές γεωτρήσεις (µέχρι 300µ) από τις οποίες αντλούνται τεράστιες ποσότητες υπόγειων νερών. Η ελάττωση των υδραυλικών φορτίων που προκλήθηκαν εξαιτίας των υπεραντλήσεων, οδήγησαν σε εκδήλωση καθιζήσεων. Ο ρυθµός βύθισης της Βενετίας ήταν 0,5cm ετησίως. Εξαιτίας των πολύ µικρών υψοµέτρων και των συνεχών βυθίσεων η πόλη έχει πληγεί από καταστροφικές πληµµύρες, που µετά το 1950 έγιναν συχνότερες. Το φαινόµενο συνδέεται µε την υπερεκµετάλλευση µε υπερβολικές αντλήσεις των υπόγειων νερών στην ευρύτερη περιοχή. Στο τέλος της 10ετίας του 1960 οι καθιζήσεις, που ήταν εντονότερες στο κέντρο της πόλης, στη βιοµηχανική ζώνη και στην παραλιακή λωρίδα του Lido, έφθασαν σε κρίσιµο όριο. Το 1970 έκλεισαν όλες τις γεωτρήσεις, οι υδροφόροι επαναφορτίστηκαν και αυξήθηκαν οι πιέσεις των υπό πίεση αρτεσιανών υδροφόρων στρωµάτων, µε αποτέλεσµα να ελαττωθούν ουσιαστικά οι καθιζήσεις. Μετά το κλείσιµο των γεωτρήσεων συνεχίστηκαν µόνο οι φυσικές καθιζήσεις που ανέρχονται σε 1 mm ετησίως. Για την καταγραφή των διακυµάνσεων της στάθµης των υπόγειων νερών εγκαταστάθηκε το στην εσωτερική πεδινή παραλιακή ζώνη πίσω από τη Βενετία ένα δίκτυο 120 πιεζόµετρων σε µια ευρεία έκταση πλάτους περί τα 20 km και µήκους περί τα 30 km. Η παρακολούθηση τους έδειξε µία συνεχή ανύψωση της στάθµης. Το 1975 παρατηρήθηκε απότοµη αύξηση της στάθµης που οφείλεται στην έναρξη λειτουργίας ενός υδαταγωγού που µετάφερε νερό στη βιοµηχανική ζώνη γεγονός που οδήγησε σε σταµάτηµα λειτουργίας όλων των γεωτρήσεων και στην περιοχή αυτή. To λόγω επέκτασης της βιοµηχανικής ζώνης και αύξησης της ζήτησης σε νερό µε αντλήσεις από το υπέδαφος, το δίκτυο των πιεζόµετρων επεκτάθηκε και συµπληρώθηκε για να διαπιστωθούν τυχόν πιεζοµετρικές ανωµαλίες. Η εµπειρία 15 χρόνων οδήγησε στην εγκατάσταση ενός νέου δικτύου 15 πιεζόµετρων αυτόµατης συνεχούς καταγραφής και παρακολούθησης και αποτύπωσης της κατάστασης µε βοήθεια συστηµάτων Η/Υ. Συγκρίσεις µεταξύ µετρήσεων του 1952 και 1985 σε δίκτυο σταθερών σηµείων, έδειξαν ότι η πεδινή ζώνη βυθίζεται µε αυξανόµενες τιµές προς τη χαµηλότερη ζώνη. Η Βενετία την περίοδο αυτή βυθίστηκε 7 cm. Η περιοχή της λιµνοθάλασσας έχει σταθεροποιηθεί, µε µια εµφανή ανύψωση, λόγω επαναφόρτισης των αρτεσιανών υδροφόρων στρωµάτων Σουηδία Οι καθιζήσεις που έχουν καταγραφεί στη Σουηδία έχουν σαν βάση τις ειδικές γεωλογικές συνθήκες που δηµιουργήθηκαν κατά την τελευταία παγετώδη περίοδο. Μεγάλες εκτάσεις καλύπτονται από κανονικά στερεοποιηµένες παγετώδεις και µεταπαγετώδεις αποθέσεις αργίλων, οι οποίες υπέρκεινται κοκκωδών υδροπερατών και υδροφόρων υλικών. Οι µεταπαγετώδεις αργιλικές αποθέσεις είναι συχνά οργανικές και κατά συνέπεια υψηλής συµπιεστότητας. Το υπόβαθρο όλων αυτών των υλικών αποτελείται από γρανίτες και γνευσίους που έχουν προσβληθεί από συστήµατα διακάσεεων και ζώνες διάρρηξης. 51

58 Κάτω από τέτοιες γεωλογικές συνθήκες, όταν για διάφορους λόγους προκαλείται πτώση της. στάθµης των υπόγειων νερών στα υποκείµενα των αργίλων υδροφόρα κοκκώδη υλικά, ή στους υδροφόρους των ρωγµών και διαρρήξεων του βραχώδους υποβάθρου, προκαλείται ελάττωση του υδραυλικού φορτίου των υπόγειων νερών. Εξαιτίας τούτου αρχίζει µια διαδικασία στερεοποίησης των υπερκειµένων αργίλων που οδηγεί σε καθιζήσεις στην επιφάνεια του εδάφους, το µέγεθος των οποίων εξαρτάται από την πτώση του υδραυλικού φορτίου. Έχει διαπιστωθεί ότι ο κυριότερος λόγος των καθιζήσεων στη Σουηδία είναι -η πτώση της στάθµης των υπόγειων νερών στα υδροπερατά κοκκώδη υλικά που υπόκεινται των αργίλων. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγµα που καταδεικνύει την µεγάλη σηµασία, σε σχέση µε τις καθιζήσεις, της ελάττωσης των υδραυλικών φορτίων, που δεν συνδέονται αναγκαστικά µε αντλήσεις µεγάλων ποσοτήτων υπόγειων νερών, αφορά την πόλη Norrkping. Πρόκειται για καθιζήσεις που διαπιστώθηκαν και µελετήθηκαν το 1977 και οφείλονται σε αντλήσεις από τρία πηγάδια. Το ένα από αυτά αντλείτο από το 1913 µε παροχή 5 m 3 /h και τα άλλα δύο από το 1943 µε 3 και 11 m 3 /h αντίστοιχα, µε πολύ µικρές δηλαδή παροχές. Η πτώση στάθµης από τις αντλήσεις των τριών αυτών πηγαδιών προκάλεσε µία πτώση του υδραυλικού φορτίου κατά 8-9m σε στρώµα άµµου - αµµοχάλικων πάχους περί το 1 m, το οποίο υπόκειται, στην περιοχή των καθιζήσεων, µαλακών οργανικών αργίλων πάχους m. Αποτέλεσµα της ελάττωσης αυτής του υδραυλικού φορτίου εξαιτίας των αντλήσεων που πραγµατοποιήθηκαν σε 30 χρόνια, υπήρξε η πρόκληση καθιζήσεων περίπου 1 m σε µία µεγάλη έκταση στα µέσα της 10ετίας του 1970, µε συνέπειες σοβαρές αστοχίες σε οικοδοµές θεµελιωµένες σε πασσάλους. 52

59 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο Αναφορές καθιζήσεων σε Ελλάδα Γενικά Ο Ελληνικός χώρος χαρακτηρίζεται από γεω- µορφολογική και γεωλογική πολυµορφία. Το γεγονός αυτό εξηγεί το µεγάλο αριθµό καθιζήσεων. Ειδικά λοιπόν για τον Ελληνικό χώρο, αιτίες που οδηγούν σε συχνή εµφάνιση καθιζήσεων είναι: Οι µεγάλες µορφολογικές κλίσεις σε πολλά σηµεία της χώρας. Η έντονη τεκτονική παραµόρφωση. Το σηµείο αυτό είναι ιδιαίτερα σηµαντικό και συνδέεται και µε την υψηλή σεισµικότητα της χώρας µας. εν είναι τυχαίο άλλωστε ότι µεγάλος αριθµός κατολισθήσεων συνδέεται µε σεισµικά γεγονότα. Τα µικρά µεγέθη των γεωτεχνικών παραµέτρων των γεωλογικών σχηµατισµών. Οι ανθρώπινες παρεµβάσεις, οι οποίες συχνά γίνονται αλόγιστα και χωρίς µελέτη ή προγραµµατισµό και οδηγούν στην αποψίλωση των δασών, στην άστοχη διαµόρφωση ή στην αφαίρεση της υποστήριξης των πρανών, στην υπεράντληση των υδροφόρων οριζόντων κ.α. 5.1 Καλοχώρι Θεσσαλονίκης Το πλέον χαρακτηριστικό παράδειγµα εδαφικών υποχωρήσεων από υπεράντληση υδροφόρου ορίζοντα αναφέρεται στο Καλοχώρι Θεσσαλονίκης. H υπεράντληση στο πεδίο των δελταϊκών αποθέσεων Γαλλικού και Αξιού από τη δεκαετία του 1950, οδήγησε στην εκδήλωση εκτεταµένων εδαφικών υποχωρήσεων στο χώρο του τριγώνου Παλαιά κοίτη Αξιού Σίνδου - Εγκαταστάσεις ΕΚΟ, στη Βιοµηχανική ζώνη στα υτικά της Θεσσαλονίκης. Η περιοχή εντάσσεται στη γεωτεκτονική ζώνη του Αξιού και συγκεκριµένα στην ενότητα της Παιονίας, ένα τεκτονικό βύθισµα που έχει πληρωθεί από θαλάσσια και λιµναία ιζήµατα πάχους m. Στους ανώτερους ορίζοντες αυτών των ιζηµάτων διακρίνονται οι ακόλουθες ενότητες: (α) Χαλαρές αποθέσεις µε επικράτηση αµµωδών σχηµατισµών, (β) Χαλαρές αποθέσεις µε επικράτηση αργιλοϊλυωδών σχηµατισµών, (γ) Χαλαρές λεπτοµερείς αποθέσεις µε οργανικά. Ο πλέον ευαίσθητος ορίζοντας που υπέστη την αύξηση της φόρτισης και συνεπώς συνέβαλε στην εκδήλωση των εδαφικών υποχωρήσεων, αποτελείται από ιλυώδεις αργίλους µε φακοειδείς παρεµβολές άµµων και αφθονία φυλλαρίων µαρµαρυγία. Πρόκειται για απροφόρτιστο ορίζοντα µε άτακτη διάταξη των ορυκτολογικών συστατικών, που εντοπίζεται σε βάθος 53

60 από 5 έως 50m περίπου. Οι υποχωρήσεις στην περιοχή Καλοχωρίου - Σίνδου προκάλεσαν τη βύθιση της περιοχής σε πολλά σηµεία και πάνω από 2m, µε σοβαρότερο αποτέλεσµα την σταδιακή προώθηση της θάλασσας στον οικιστικό χώρο του Καλοχωρίου, µε αποτέλεσµα να κινδυνεύσουν ανθρώπινες ζωές. Οι υπεραντλήσεις (δεκάδες χιλιάδες m3/ηµέρα) είχαν οδηγήσει σε υποβάθµιση του υδροφόρου τουλάχιστον 40m για την περίοδο , µε αποτέλεσµα ο υπόψη ευαίσθητος ορίζοντας να υποστεί συµπύκνωση µε επαναπροσανατολισµό των εδαφικών του κόκκων. Άµεση αντιµετώπιση του προβλήµατος ήταν ο περιορισµός των αντλήσεων και η κατασκευή αναχώµατος από το 1976, που προστατεύει το Καλοχώρι από την εισροή του θαλασσινού νερού. Το ανάχωµα αυτό συνεχώς ανυψώνεται, κάτι που υποδηλώνει ότι οι αντλήσεις δεν έχουν διακοπεί στην περιοχή που σηµειωτέον βρίθει βιοµηχανιών. Πέρα από το ανάχωµα, που είναι εφοδιασµένο και µε αντλιοστάσιο προκειµένου τα νερά της βροχής το χειµώνα να οδηγούνται στη θάλασσα για να µην πληµµυρίσουν το Καλοχώρι, οι εδαφικές υποχωρήσεις, είναι εµφανείς στο χωριό όπου υπόγεια σπιτιών έχουν εξαφανισθεί, αλλά και στην ευρύτερη περιοχή από δίκτυα όπως του Ο.Τ.Ε. Σχήµα 5.1 Υποβιβασµός του υδροφόρου ορίζοντα στην περιοχή Καλοχωρίου. 54

61 Φωτ. 5.1 και 5.2 Η πληµµυρισµένη παράκτια ζώνη κοντά στις εκβολές του Γαλλικού. Το πιο εντυπωσιακό δείγµα πάντως των εδαφικών υποχωρήσεων που καταδεικνύει και το µέγεθός τους αποτελούν µερικοί οικίσκοι αντλιοστασίων του Ο.Υ.Θ. Σε αυτούς το τσιµεντένιο δάπεδο, καθώς περιέβαλε το σωλήνα άντλησης, δεν ακολούθησε την υποχώρηση του εδάφους, αλλά το σωλήνα άντλησης, µε αποτέλεσµα να φθάσει στην οροφή σχεδόν του οικίσκου. Σχετική εικόνα παρουσιάζει τσιµεντένια στέρνα ποτίσµατος ζώων στην παραλία Καλοχωρίου, η οποία από τη µια µεριά στηρίζονταν σε σιδερένιο πάσσαλο µπηγµένο βαθιά στο έδαφος. Φωτ. 3.3 Η ανύψωση τµήµατος ποτίστρας και η αποκοπή του από το υπόλοιπο τµήµα λόγω των εδαφικών υποχωρήσεων στην περιοχή Καλοχωρίου Θεσσαλονίκης. 55

62 5.2 Νοµός Θεσσαλία Στη Νότια Θεσσαλία αναφέρονται καθιζήσεις στις περιοχές Σοφάδων, Παλαµά, Ν. Μοναστηρίου, Κάτω οµοκού. Παρατηρήθηκαν επίσης καθιζήσεις στο λεκανοπέδιο της Ξυνιάδας στη Φθιώτιδα και στο βόρειο τµήµα της Κοιλάδας του Σπερχειού (περιοχή Στιρφάκων). Η διαπίστωση της υποχώρησης της επιφάνειας του εδάφους έγινε από ρωγµατώσεις που τη συνοδεύουν και που οφείλονται στη µη ελαστικότητα του. Ακόµη γύρω από την αντλούµενη γεώτρηση η υποχώρηση του εδάφους ήταν έκδηλη. Επειδή συνήθως αυτή η υποχώρηση του εδάφους είναι ανισοµερής θα µπορούσε να έχει σηµαντικές συνέπειες αν συνέβαινε σε περιοχές µε πυκνές κτιριακές εγκαταστάσεις, γιατί θα µπορούσε να προκαλέσει στα κτίρια αυτά ρωγµατώσεις, βυθίσεις, αποκλίσεις κ.α.. Λόγω των υπεραντλήσεων της τελευταίας 20ετίας από τα υπόγεια νερά του Θεσσαλικού κάµπου, οι πτώσεις της στάθµης τους είναι µεγάλες. Έχει υπολογισθεί ότι η υπερεκµετάλλευση το 1994 υπερέβη τις φυσικές ανανεώσεις των υδροφόρων στρωµάτων κατά τα 100 x 10 6 m 3. Στην 20ετία οι στάθµες υποβιβάστηκαν κατά περιοχές από λίγα µέτρα έως και 25µ. Οι µεγαλύτερες πτώσεις παρατηρήθηκαν την 10ετία που έφθασαν έως και 20µ. σε ορισµένες περιοχές του Νοµού Λάρισας. Κατά την 10ετία αυτή από γεωτρήσεις του Νοµού Λάρισας µόνο αντλήθηκαν περί τα 530x10 6 m 3 υπόγειου νερού πέραν των ασφαλών ορίων, γεγονός που προκάλεσε την µεγάλη πτώση της στάθµης. Συνολικά απ' όλο το Θεσσαλικό κάµπο αντλήθηκαν κατά τη 10ετία , πέραν του ασφαλούς ορίου, περί τα 813x10 6 m 3. Κατά την 20ετία οι ποσότητες αυτές έχουν υπολογισθεί σε 1016x10 6 m 3. Πάνω από το 80% δηλαδή του ελλείµµατος νερού των υπόγειων υδροφόρων της 20ετίας προκλήθηκε τη 10ετία Με παρόµοιο ρυθµό συνεχίστηκε η πτωτική πορεία της στάθµης την διετία , µε αποτέλεσµα στην νοτιοανατολική ζώνη της Θεσσαλικής πεδιάδας, ο υποβιβασµός από το 1984 να φθάνει και να ξεπερνά τα 40-45µ. Οι υπεραντλήσεις έχουν προκαλέσει αρνητικό ισοζύγιο υπόγειων νερών στη µεγαλύτερη έκταση του Θεσσαλικού κάµπου, µε εξαίρεση λίγες περιοχές, όπως η περιοχή Καλαµπάκας - Τρικάλων, η περιοχή Τυρνάβου και άλλες µικρότερες στα κράσπεδα της που εφάπτονται µε καρστικές υδροφορίες. Οι επιπτώσεις από την συνεχή πτώση της στάθµης των υπόγειων νερών εξαιτίας της ως άνω υπερεκµετάλλευσης είναι πολλές. Οπως υφαλµύρωση στα ανατολικά κράσπεδα της περιοχής Κάρλας, δηµιουργία προβληµάτων επάρκειας νερού, αύξηση καταναλισκοµένου ρεύµατος για αντλήσεις από µεγαλύτερα βάθη κ. α. Μεταξύ των σηµαντικών επιπτώσεων περιλαµβάνονται και όλες εκείνες που συνδέονται µε καθιζήσεις που άρχισαν να λαµβάνουν χώρα σε διάφορες περιοχές από το τέλος του 1990, όπως αυτές Ριζόµυλου- Στέφανοβικείου του 56

63 Νοµού Μαγνησίας και Νίκης - Μελίας του Νοµού Λάρισας στην νοτιοανατολική Θεσσαλική πεδιάδα. Οι καθιζήσεις αυτές προκάλεσαν σηµαντικές θραύσεις - ρωγµατώσεις στην επιφάνεια του εδάφους που πρωτοεµφανίστηκαν (1990) στα χωριά Καστρί (κυρίως), Νίκη, Γλαύκη, Μέλισσα, Χάλκη, Στεφανοβίκειο, Ρυζόµυλος κ.ά, στην περιοχή εξάπλωσης των τεταρτογενών αλλουβιακών αποθέσεων. Τα φαινόµενα αυτά επανεµφανίστηκαν µε µεγαλύτερη ένταση και σε µεγαλύτερη έκταση το θέρος του 1993 µε επιπτώσεις σε σπίτια των χωριών Ρυζόµυλος, Στεφανοβίκειο, Μέλισσα, Νίκη, κ.ά. Μερικές από τις διαρρήξεις που προκλήθηκαν είχαν µήκος 1 έως 2 χλµ. και πλάτος µερικές δεκάδες εκατοστών. Αρκετοί δρόµοι κόπηκαν από τις διαρρήξεις αυτές και αρκετά σπίτια ρωγµατώθηκαν στους τοίχους, στα δάπεδα και στις οροφές. Στο χωριό Νίκη µια κατοικία υπέστη σοβαρές ζηµιές. Τόσο το 1990 όσο και το 1993 ήταν ιδιαίτερα ξηρά έτη και κατά συνέπεια η επαναπλήρωση των υδροφόρων στρωµάτων περιορισµένη και οι αντλήσεις από αυτά αυξηµένες. Έχει υπολογισθεί ότι για να ισορροπήσουν οι υδροφόροι ορίζοντες στις στάθµες που είχαν το 1994, θα έπρεπε να µειωθούν οι αντλούµενες ποσότητες υπόγειων νερών από 10% έως και πάνω από 40% ανάλογα µε την περιοχή, έτσι ώστε να υπάρξει συνολική µείωση των αντλούµενων ποσοτήτων στο Θεσσαλικό κάµπο ίση µε 100x10 6 m 3 ετησίως. Μείωση των αντλήσεων κατά ποσοστά από 40 έως 47% θα έπρεπε να έχει γίνει στις περιοχές: Κάρλα, Κάρλα - Γυρτώνη - Μακρυχώρι και ανατολικά Φαρσάλων. Καθιζήσεις λόγω υπεραντλήσεων των αρτεσιανών οριζόντων της υτ. Θεσσαλίας αναφέρονται από τον Γ. Καλλέργη (1971) και αποδίδονται στην περιορισµένη ελαστικότητα τους. Εάν το καθεστώς των αντλήσεων δεν τροποποιηθεί, η εξέλιξη του φαινοµένου των καθιζήσεων πρέπει να θεωρείται ως αναµενόµενη στο µέλλον. 5.3 Μοσχάτο Καλλιθέα Αθηνών Στην περιοχή Μοσχάτου - Καλλιθέα στο Λεκανοπέδιο Αθηνών έχουν µετρηθεί καθιζήσεις της τάξης των Οι καθιζήσεις αυτές έχουν πραγµατοποιηθεί σε χαλαρές αλλουβιακές αποθέσεις του Κηφισού και Ιλισσού και η γένεση τους έχει αποδοθεί στις φορτίσεις που έχει δεχθεί η περιοχή λόγω της αστικοποίησης. Πρόσφατες µετρήσεις της στάθµης των υπόγειων νερών σ' ολόκληρο το Λεκανοπέδιο, επί 1,5 χρόνο έδειξαν ότι στην περιοχή Μοσχάτου - Καλλιθέας υπάρχει σηµαντικός υποβιβασµός. Σε περιοχή που ταυτίζεται µε αυτή στην οποία έχουν µετρηθεί οι καθιζήσεις, διαπιστώθηκε ότι το βάθος της στάθµης των υπόγειων νερών βρίσκεται σε αρνητικά υψόµετρα, κατά περιόδους περισσότερο και από 10µ κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας. 57

64 Η πτώση της στάθµης οφείλεται σε υπεραντλήσεις που πραγµατοποιούνται τα τελευταία χρόνια από πολυάριθµες γεωτρήσεις τόσο στην υπ' όψη περιοχή όσο και στον ευρύτερο χώρο. Λόγω της ιδιαιτερότητας της περιοχής αυτής που οφείλεται στην αστική χρήση γης, στην εγγύτητα µε τη θάλασσα και στην µη αναµενόµενη ελάττωση των αντλήσεων, απαιτείται παρακολούθηση του φαινοµένου, µε συνεχείς καταγραφές των διακυµάνσεων της στάθµης των υπόγειων νερών και του ρυθµού εξέλιξης των καθιζήσεων σε καθορισµένο δίκτυο. 5.4 Αγίας Τριάδας Πατρών Εισαγωγή Την 1η Σεπτεµβρίου 1989, η πόλη των Πατρών επλήγη από σεισµό µεγέθους 4.8 R, ο οποίος προκάλεσε βλάβες σε κτίρια, κυρίως στην περιοχή της Αγίας Τριάδας. Η περιοχή αυτή βρίσκεται ελαφρώς βορείως της κοίτης του χειµάρρου ιακονιάρη, σε απόσταση µέτρα από τη θάλασσα. Ο σεισµός της ήταν η συνέχεια µιας σεισµικής ακολουθίας που έπληξε την πόλη µε επίκεντρα στην ευρύτερη περιοχή Πατρών-Ρίου-Ναυπάκτου που ξεκίνησε στις µε µέγεθος 5 R, συνέχισε την µε σεισµό του ιδίου περίπου µεγέθους και κατέληξε στον σεισµό της Αξιοσηµείωτο γεγονός ήταν ότι κατά τον σεισµό της εµφανίσθηκε εντός της πόλης των Πατρών επιφανειακή εδαφική διάρρηξη µήκους 1500 µέτρων περίπου που εκτεινόταν περίπου κατά µήκος της κοίτης του χειµάρρου ιακονιάρη, από την παραλία µέχρι την πλατεία Ελευθερίας. Οι περισσότερες βλάβες σε κτίρια παρατηρήθηκαν εκατέρωθεν της διάρρηξης και σε µικρή απόσταση από αυτήν, υποδηλώνοντας µια ευθεία συσχέτιση µεταξύ του µεγέθους των βλαβών και της απόστασης από την διάρρηξη. Η διάρρηξη συνίστατο από µια κύρια εδαφική ρωγµή (εύρους λίγων χιλιοστών έως 1cm τον Σεπτέµβριο 1989) και µερικές περίπου παράλληλες δευτερεύουσες ρωγµές µικρότερου εύρους, σε µια ζώνη πλάτους λίγων µέτρων. Επειδή η διεύθυνση της επιφανειακής διάρρηξης (ΒΑΑ Ν ) πρακτικώς συµπίπτει µε τη γενική διεύθυνση ενός από τα δύο συστήµατα κυρίων ρηγµάτων της περιοχής της Β.. Πελοποννήσου, διερευνήθηκε κατ αρχήν η ύπαρξη κάποιου γραµµικού γεωλογικού στοιχείου που να συνδυάζεται µε τη συγκεκριµένη σεισµική διάρρηξη. Πράγµατι, διαπιστώθηκε ότι η εδαφική διάρρηξη, προεκτεινόµενη ανατολικά συναντά ρήγµατα του ορεινού όγκου στα ανατολικά της πόλης τα οποία θα µπορούσε να θεωρηθεί ότι αποτελούν ενιαία γεωλογική δοµή µε την εµφανισθείσα διάρρηξη, δηλαδή ότι τα ρήγµατα αυτά συνεχίζουν εντός του υποβάθρου κάτω από τους αλλουβιακούς σχηµατισµούς που υπέρκεινται του υποβάθρου εντός της πόλης της Πάτρας. Για την περαιτέρω διερεύνηση του φαινοµένου, εκτελέσθηκε στην περιοχή πρόγραµµα γεωτεχνικών ερευνών µε τη διάνοιξη έξι δειγµατοληπτικών γεωτρήσεων βάθους µέτρων προκειµένου να διαπιστωθεί το πάχος των αλλουβίων και η διακύµανση του βάθους του υποβάθρου εκατέρωθεν της διάρρηξης, γεγονός που θα αποτελούσε ένδειξη επέκτασης κάποιου ενεργού ρήγµατος κάτω από τα αλλούβια της περιοχής. Ταυτοχρόνως, παρατηρήθηκαν σηµαντικές καθιζήσεις της επιφάνειας 58

65 του εδάφους τόσο ανάντη όσο και κατάντη της διάρρηξης µε αξιόλογη χρονική εξέλιξη µετά το τελευταίο σεισµικό γεγονός που προκάλεσε την εδαφική διάρρηξη. Οι κατακόρυφες µετακινήσεις παρατηρήθηκαν στην ευρύτερη περιοχή της διάρρηξης, σε έκταση της τάξης των τεσσάρων τετραγωνικών χιλιοµέτρων και είχαν αρχικά σηµαντικό µέγεθος και µεγάλη ταχύτητα εξέλιξης. Για την παρακολούθηση της εξέλιξης των εδαφικών καθιζήσεων και τη συσχέτισή τους µε τη θέση της εδαφικής διάρρηξης εγκαταστάθηκε στην περιοχή διαχρονικό δίκτυο κατακόρυφου ελέγχου το οποίο υλοποιήθηκε µε υψοµετρικές αφετηρίες τοποθετηµένες πάνω σε κατασκευές χωρίς βλάβες. Στη συνέχεια, για τον προσδιορισµό του χαρακτήρα της κίνησης ολόκληρης της περιοχής έγινε έλεγχος της ταχύτητας εξέλιξης των καθιζήσεων σε κάθε µια από τις κορυφές του δικτύου και εντοπίσθηκαν οι υποπεριοχές µε όµοια κινηµατική συµπεριφορά τόσο ανάντι όσο και κατάντι της εδαφικής ρωγµής ιαχρονικό δίκτυο κατακόρυφου ελέγχου Το µέγεθος των καθιζήσεων της επιφάνειας του εδάφους προσδιορίζεται από τη µεταβολή των υψοµέτρων χαρακτηριστικών σηµείων της περιοχής. Τα σηµεία αυτά αποτελούν τις κορυφές ενός ιαχρονικού ικτύου Κατακόρυφου Ελέγχου, που ιδρύεται στην περιοχή. Σκοπός της ίδρυσης του ικτύου είναι η ανίχνευση, ο προσδιορισµός του µεγέθους και η παρακολούθηση της εξέλιξης των καθιζήσεων στον χώρο και τον χρόνο. Από επιτόπου παρατηρήσεις του εδάφους σε διάφορες θέσεις κατά µήκος της εδαφικής διάρρηξης εκτιµήθηκε ότι η αναµενόµενη ταχύτητα εξέλιξης των καθιζήσεων θα ήταν της τάξης των 2 mm ανά εβδοµάδα. Με βάση την ελάχιστη ανιχνεύσιµη καθίζηση και την αναµενόµενη ταχύτητα εξέλιξης του φαινοµένου προσδιορίσθηκε ότι το χρονικό διάστηµα µέσα στο οποίο θα ολοκληρώνονταν οι µετρήσεις δεν θα έπρεπε να υπερβαίνει τις τέσσερις ηµέρες. Οι καθιζήσεις που θα συνέβαιναν µέσα σε αυτό το χρονικό διάστηµα θα είχαν µέγεθος µικρότερο του ελάχιστου ανιχνεύσιµου, άρα η χρονική διάρκεια των µετρήσεων θα µπορούσε να θεωρηθεί ως στιγµιαίο γεγονός Γεωτεχνικές Συνθήκες Με τη διαπίστωση των χρονικώς εξελισσόµενων καθιζήσεων εκατέρωθεν της εδαφικής διάρρηξης, εκτιµήθηκε ότι η διάρρηξη αποτελεί επιφανειακή εκδήλωση της σχετικής τεκτονικής µετακίνησης σηµαντικού γεωλογικού ρήγµατος στο υπόβαθρο της περιοχής, κάτω από τα επιφανειακά αλλούβια, το οποίο ενεργοποιήθηκε κατά τον σεισµό της Για τη διερεύνηση του φαινοµένου, εκτελέσθηκε στην περιοχή πρόγραµµα γεωτεχνικών ερευνών µε τη διάνοιξη έξι δειγµατοληπτικών γεωτρήσεων βάθους µέτρων προκειµένου να διαπιστωθεί το πάχος των αλλουβίων και η διακύµανση του βάθους του υποβάθρου εκατέρων της διάρρηξης, γεγονός που θα αποτελούσε ένδειξη επέκτασης κάποιου ενεργού ρήγµατος κάτω από τα αλλούβια της περιοχής. Σε όλες τις γεωτρήσεις συναντήθηκε κατ αρχήν η ανώτερη σειρά των αλλουβίων που αποτελούνται από εναλλαγές αµµωδών αργίλων µε χάλικες 59

66 χαµηλής πλαστικότητας (κατηγοριών CL, ML, SC, SM) και µέσης συνεκτικότητας έως στιφρών µε ενστρώσεις αργιλωδών αµµοχαλίκων µε κροκάλες. Κάτω από την ανώτερη σειρά των αλλουβίων συναντήθηκε το υπόβαθρο της περιοχής που συνίσταται από τεφρο-κυανές αργιλικές µάργες πλειοκαινικής ηλικίας και µεγάλου πάχους (της τάξεως των 250 µέτρων). Σε ορισµένες από τις γεωτρήσεις, στη βάση της αλλουβιακής σειράς, στη διεπιφάνεια µε το µαργαϊκό υπόβαθρο, συναντήθηκε ζώνη µετρίως έως καλά συγκολληµένων κροκαλοπαγών πάχους 9-15 µέτρων. Είναι αξιοσηµείωτο ότι το πάχος των αλλουβίων εκατέρωθεν της εδαφικής διάρρηξης διαφέρει σηµαντικά. Συγκεκριµένα, στη γεώτρηση Γ6 που βρίσκεται νοτίως της διάρρηξης (σε απόσταση περί τα 100µ) το µαργαϊκό υπόβαθρο συναντήθηκε σε βάθος 96µ, ενώ στις γεωτρήσεις Γ1, Γ2, Γ3, Γ4 και Γ5 που βρίσκονται βορείως της διάρρηξης (σε αποστάσεις µέτρων) το υπόβαθρο συναντήθηκε σε βάθος 55µ, 49µ, 58µ, 48µ και 64µ αντιστοίχως. Η σηµαντική διαφορά του πάχους των αλλουβίων εκατέρωθεν της εδαφικής διάρρηξης αποτελεί σαφή ένδειξη ότι η επιφανειακή διάρρηξη αποτελεί επιφανειακή εκδήλωση της σχετικής τεκτονικής µετακίνησης σηµαντικού γεωλογικού ρήγµατος στο υπόβαθρο της περιοχής, κάτω από τα επιφανειακά αλλούβια, µε µετάπτωση της τάξεως των µέτρων, το οποίο ενεργοποιήθηκε κατά τον σεισµό της και προκάλεσε τις σηµαντικές καθιζήσεις και µετακινήσεις κτισµάτων που παρατηρήθηκαν σε µια ζώνη εύρους 500 µέτρων περίπου, νοτίως του ρήγµατος και κυρίως στο ανατολικό του τµήµα (περιοχή Αγίας Τριάδας) Συµπεράσµατα - Προτάσεις Από τις γεωτρήσεις προέκυψε ότι το υπόβαθρο (τεφρο-κυανές αργιλικές µάργες πλειοκαινικής ηλικίας) βρίσκεται σε βάθος µέτρων νοτίως της διάρρηξης και 100 περίπου µέτρων βορείως της διάρρηξης. Η σηµαντική διαφορά πάχους των αλλουβίων εκατέρωθεν της διάρρηξης αποτελεί σαφή ένδειξη ότι η διάρρηξη αποτελεί επιφανειακή εκδήλωση της σχετικής τεκτονικής µετακίνησης σηµαντικού γεωλογικού ρήγµατος στο υπόβαθρο της περιοχής, το οποίο ενεργοποιήθηκε κατά τον σεισµό της Τα στοιχεία των µετρηθεισών καθιζήσεων κατά την τελευταία 15ετία αξιολογούνται σε συνδυασµό µε τις γεωτεχνικές συνθήκες που αναφέρθηκαν παραπάνω και τις παρατηρήσεις των βλαβών των παρακείµενων οικοδοµών κατά τον σεισµό της Από τη σύγκριση των υψοµέτρων των κορυφών του διαχρονικού δικτύου κατακόρυφου ελέγχου διαπιστώνεται ότι καθιζήσεις ανιχνεύονται σε όλη την περιοχή µελέτης καθ όλο το διάστηµα παρακολούθησης ( ), µε βαθµιαία µειούµενο ρυθµό. Καθιζήσεις σηµαντικού µεγέθους (έως 40mm) παρατηρήθηκαν και κατά τις δύο τελευταίες µετρήσεις των στοιχείων του δικτύου (στο χρονικό διάστηµα ), όπως φαίνεται στα Σχήµατα 1 και 2. Το Σχήµα 3 παρουσιάζει τα προφίλ της χρονικής εξέλιξης των καθιζήσεων σε δύο διατοµές (1 και 2, βλέπε και Χάρτη 1) που διασχίζουν το ρήγµα. Οι µεγαλύτερες καθιζήσεις παρατηρούνται σε µια ζώνη εύρους 500 µέτρων περίπου, νοτίως του ρήγµατος και παράλληλη µε αυτό, και κυµαίνονται από 40 έως και 170mm στα 15 έτη συνολικής παρακολούθησης. Σηµειώνεται ότι οι µεγαλύτερες µετακινήσεις κτισµάτων (άνοιγµα ρωγµών σε µεσοτοιχίες, στροφές κλπ) κατά τον σεισµό συνέβησαν επίσης στην ζώνη αυτή. 60

67 Αντιθέτως, η περιοχή βορείως του ρήγµατος εµφανίζει καθιζήσεις πολύ µικρότερου µεγέθους (έως και 30mm) και πρακτικώς µηδενικές οριζόντιες µετακινήσεις. Ιδιαιτέρως, το βορειοανατολικό τµήµα της περιοχής µελέτης εµφανίζει σχετική σταθερότητα, δεδοµένου ότι οι καθιζήσεις που ανιχνεύθηκαν στο συνολικό διάστηµα παρακολούθησης είναι της τάξης των µερικών χιλιοστών. Τέλος, η περιοχή νοτίως του ρήγµατος, πέραν της ζώνης εύρους 500 µέτρων που µετακινήθηκε έντονα, παρουσιάζει σχετικά µικρές καθιζήσεις µε µεγέθη από 20 µέχρι και 60 mm κυρίως στο δυτικότερο τµήµα της περιοχής µελέτης το οποίο είναι και το πλησιέστερο προς την παραλία. Από τα µεγέθη των καθιζήσεων (20 έως και 60 mm) στο νοτιότερο τµήµα της περιοχής, κατάντη του ρήγµατος, γίνεται φανερό ότι δεν έχει οριοθετηθεί η έκταση της εξέλιξης του φαινοµένου. Το προφίλ των καθιζήσεων που φαίνεται στο Σχήµα 3 οδηγεί στο συµπέρασµα ότι η τεκτονική µετακίνηση εκδηλώθηκε κυρίως ως καθίζηση κατά µήκος δύο περίπου παράλληλων ρηγµάτων (σε απόσταση µεταξύ τους της τάξεως των 500 µέτρων) τα οποία δηµιουργούν τρία τεκτονικά τεµάχη. Το βόρειο τέµαχος µετακινήθηκε ελάχιστα, ενώ το νότιο τέµαχος µετακινήθηκε κυρίως οριζοντίως µε κατεύθυνση προς νότο. Με την εφελκυστική αυτή µετακίνηση, το κεντρικό τέµαχος (εύρους 500 µέτρων περίπου) βυθίσθηκε προκαλώντας τις επιφανειακές καθιζήσεις ταφροειδούς σχήµατος. Η οριζόντια (προς νότον) µετακίνηση του νότιου τεµάχους επιβεβαιώνεται και από παρατηρήσεις των σχετικών µετακινήσεων των οικοδοµών κατά τον σεισµό, µε ανοίγµατα µεσοτοιχιών εύρους λίγων δεκάδων εκατοστών σε κάποιες περιπτώσεις. Από τα µεγέθη των καθιζήσεων που ανιχνεύθηκαν στο χρονικό διάστηµα µεταξύ των δύο τελευταίων µετρήσεων των στοιχείων του διαχρονικού δικτύου κατακόρυφου ελέγχου ( ) συµπεραίνεται ότι το φαινόµενο των καθιζήσεων στην περιοχή του ρήγµατος της Αγίας Τριάδας συνεχίζει να εξελίσσεται. Κρίνεται εποµένως αναγκαία η συνέχιση της παρακολούθησης της συµπεριφοράς του εδάφους. Απαραίτητο είναι επίσης να οριοθετηθεί η έκταση της περιοχής µέσα στην οποία εξελίσσονται οι καθιζήσεις, µε επέκταση του διαχρονικού δικτύου κατακόρυφου ελέγχου προς νότο, αλλά και προς βορρά, ανάντη του ρήγµατος, ώστε να παρακολουθηθεί η συµπεριφορά του εδάφους παράλληλα µε την παραλία. Τέλος είναι σκόπιµο να συνδεθεί το δίκτυο µε τον παλιρροιογράφο της Υδρογραφικής Υπηρεσίας του Πολεµικού Ναυτικού, που είναι εγκαταστηµένος στο λιµάνι της Πάτρας, προκειµένου να προσδιορίζονται οι καθιζήσεις ως προς την µέση στάθµη της θάλασσας αλλά και για να συσχετισθούν οι µεταβολές της τελευταίας, όπως προκύπτουν από τις καταγραφές του παλιρροιογράφου, µε τις καθιζήσεις στην περιοχή. 61

68 Χάρτης 1. Περιοχή µελέτης. Φαίνεται το ίχνος του ρήγµατος, οι θέσεις των χωροσταθµικών αφετηριών R21 και R25 και οι θέσεις των διατοµών ελέγχου ( ΙΑΤ. 1 & 2). Σχήµα 1. ιάγραµµα µεταβολής υψοµέτρου Σχήµα 2. ιάγραµµα µεταβολής Χωροσταθµικής Αφετηρίας R21. υψοµέτρου Χωροσταθµικής Αφετηρίας R25. 62

69 Σχήµα 3. ιατοµές καθιζήσεων εγκάρσια στο ίχνος του ρήγµατος ( ΙΑΤ. 1 & 2). 5.5 Ιστορικού Κέντρου Αιγίου Στις οδούς Κλ. Οικονόµου και Μητροπόλεως παρατηρήθηκαν κατά τµήµατα καθίζησεις του οδοστρώµατος στη διαδροµή των τροχών των διερχόµενων οχηµάτων και υπερύψωσή του στο µέσον του πλάτους της οδού. Η Επιτροπή, προκειµένου για τη διερεύνηση των αιτίων της ζηµιάς αυτής, προέβει καταρχήν σε δοκιµαστικές τοµές του οδοστρώµατος, κατά τις οποίες διαπίστωσε τα εξής : α. Οι κυβόλιθοι, ως υλικό, δεν εµφανίζουν αστοχίες παρά µόνο σε έναν πάρα πολύ µικρό αριθµό τεµαχίων. β. Στην πλάκα οδοστρώµατος πάχους 15cm επίσης δεν παρατηρήθηκαν κακοτεχνίες, προβλήµατα ή ζηµιές (π.χ. ρηγµατώσεις ή καθιζήσεις). γ. Το υπόστρωµα πάχους 2 3cm από άµµο θαλάσσης αναµεµειγµένη µε τσιµέντο εµφανίζει στις θέσεις βύθισης των κυβολίθων αποµείωση του πάχους του σε 1cm. Λαµβάνοντας υπόψη όλα τα παραπάνω, η ζηµιά αυτή εκτιµήθηκε ότι είχει προκληθεί από τον υψηλό κυκλοφοριακό φόρτο που δέχονταν οι συγκεκριµένες οδοί. Από το µέγεθος και τη συχνότητα των δυναµικών 63

70 φορτίων µε τα οποία καταπονείται το οδόστρωµα, και ιδιαίτερα µε τις συχνές στάσεις και επανεκκινήσεις των οχηµάτων, προκαλούνταν συνεχείς µικροµετακινήσεις των κυβολίθων, ολίσθηση µεγαλύτερη από την αντοχή σε ερπυσµό, µε συνακόλουθα αποτελέσµατα τη φθορά του υποστρώµατος από άµµο αναµεµιγµένη µε τσιµέντο που παρεµβάλλεται µεταξύ των κυβολίθων και της αµετακίνητης πλάκας οπλισµένου σκυροδέµατος, τη φθορά της άµµου που παρεµβάλλεται µεταξύ των κυβολίθων και τελικά τη δηµιουργία υποχωρήσεων και υπερυψώσεων. Το συµπέρασµα αυτό ενισχύεται από την παρατήρηση ότι σε οδούς όπου είχει γίνει Ανάπλαση µε τα ίδια υλικά και µέθοδο βάσει της εγκεκριµένης µελέτης του έργου, αλλά ο κυκλοφοριακός φόρτος είναι πολύ µικρότερος, (Ζαΐµη, Γερµανού και Ερµού), δεν παρατηρήθηκαν ανάλογες βλάβες. Για την αποκατάσταση των βλαβών προτάθηκε η αποξήλωση των κυβολίθων στις προβληµατικές περιοχές και η επανατοποθέτησή τους, σύµφωνα µε τον προβλεπόµενο από την εγκεκριµένη µελέτη τρόπο. Επισηµαίνεται όµως ότι σε περίπτωση που δεν τηρηθεί ο προβλεπόµενος από αυτήν κυκλοφοριακός φόρτος και παραµείνει ίδιος µε τον σηµερινό ή αυξηθεί, το Έργο σύντοµα θα ξαναπαρουσιάσει την προηγούµενη εικόνα. Ίσως θα πρέπει να εξεταστούν ως εναλλακτικές λύσεις : η εφαρµογή του ίδιου τρόπου τοποθέτησης κυβολίθων µε το 3 ο τµήµα της Ανάπλασης (οδοί Ανδρέου Λόντου, Ευθ. Γάτου, Πετµεζά, Χιλ. Ορεινού). η χρήση κλασσικών µεθόδων οδοστρωσίας (π.χ. αντιολισθηρός ασφαλτοτάπητας ή σταµπωτός σε σχήµα κυβόλιθων). 64

71 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ο Τεχνικές Αντιµετώπισης Καθιζήσεων ΓΕΝΙΚΑ Στον τοµέα της αντιµετώπισης των καθιζήσεων δύο είναι οι κύριες κατηγορίες µέτρων που διακρίνονται. Πρόκειται για α) τα µέτρα πρόληψης και τα β) µέτρα ανάσχεσης - ανακοπής. Η επιτυχία και των δύο ειδών µέτρων εξαρτάται από την επαρκή γνώση των παρακάτω χαρακτηριστικών: Της γεωλογικής δοµής της περιοχής. Των υδρογεωλογικών συνθηκών που επικρατούν. Των γεωτεχνικών παραµέτρων των γεωλογικών σχηµατισµών που επηρεάζονται. Των εδαφοτεχνικών και βραχοµηχανικών µεγεθών των σχηµατισµών που καθιζάνουν ή υπάρχει περίπτωση να καθιζήσουν. Να σηµειωθεί επίσης ότι οποιοδήποτε έργο αντιµετώπισης και αν εφαρµοστεί, αυτό µπορεί να αχρηστευτεί αν δε συντηρείται επαρκώς. Πολύ συχνά είναι τα φαινόµενα της απόφραξης των αγωγών αποστράγγισης, και επακόλουθη µείωση των συντελεστών ασφαλείας ενός έργου. 6.1 ΜΕΤΡΑ ΠΡΟΛΗΨΗΣ Μέθοδοι βελτίωσης του υπεδάφους Η κατασκευή υψηλών οδικών επιχωµάτων παρουσιάζει προβλήµατα, όταν το έδαφος αποτελείται από συµπιεστά υλικά: αργιλώδη, ιλυώδη και οργανικά εδάφη. Το µέγεθος της καθίζησης είναι σηµαντικό και η διάρκεια του φαινοµένου µπορεί να ξεπεράσει τα 5 χρόνια σε υλικά µικρής διαπερατότητας και συµπιεστά στρώµατα µεγάλου πάχους. Για την αντιµετώπιση ανάλογων καταστάσεων, εφαρµόζονται βελτιωτικές µέθοδοι, οι οποίες έχουν στόχο να αποκαταστήσουν την ισορροπία του συστήµατος "επίχωµα-υπέδαφος" στο βραχύτερο δυνατό χρόνο, περιορίζοντας ταυτόχρονα το µέγεθος των καθιζήσεων. Οι κυριότερες από τις µεθόδους αυτές, οι οποίες εκ παραλλήλου, µπορεί να αυξάνουν τη µηχανική αντοχή και να µειώνουν κινδύνους ολίσθησης ή ρευστοποίησης του υπεδάφους, είναι: Η µερική ή ολική αντικατάσταση του υπεδάφους. Εκτελείται, πριν αρχίσουν οι εργασίες επιχωµάτωσης, εκσκαφή σε βάθος ανάλογο µε το πάχος του συµπιεστού στρώµατος και αποµάκρυνση του υλικού. Στη συνέχεια τοποθετείται στη θέση του υγιές υλικό, συνήθως θραυστό λατοµείου ή κροκάλες, µέχρι την επιφάνεια του εδάφους και για τον λόγο αυτόν, η τεχνική αυτή ονοµάζεται και εξυγίανση του υπεδάφους. Η µέθοδος είναι δυνατό να συνδυασθεί µε την τεχνική των εκρήξεων, όπου η αποµάκρυνση του υλικού επιτυγχάνεται δια πυροδότησης εκρηκτικών που έχουν τοποθετηθεί στον πυθµένα του συµπιεστού στρώµατος και συγχρόνως το θραυστό υλικό που ευρίσκεται στην επιφάνεια µετατοπίζεται κατακόρυφα λόγω ιδίου βάρους (Σχ. 6.1). 65

72 Σχήµα 6.1. Αντικατάσταση υπεδάφους µε εκρηκτικών. Η δονητική συµπύκνωση που εφαρµόζεται για αύξηση της φέρουσας ικανότητας χονδρόκοκκων εδαφών. Καταλληλότερα για εφαρµογή της τεχνικής αυτής είναι εδάφη µε µικρό ποσοστό λεπτόκοκκων (< 15%). Η τεχνική απαιτεί ειδικό εξοπλισµό που αποτελείται από ένα δονούµενο έµβολο µεγάλου βάρους ανηρτηµένου σε έναν ερπυστριοφόρο γερανό. Το έµβολο διεισδύει λόγω ασκούµενης πίεσης στο έδαφος και, µέσω της δόνησης, προκαλεί συµπύκνωση σε µια ακτίνα 2,50 m. Η µέθοδος µπορεί να εφαρµοστεί για βελτίωση χαρακτηριστικών υπεδάφους µέχρι βάθος 10 m (Σχ. 6.1). Η δυναµική συµπύκνωση χρησιµοποιείται για βελτίωση αµµωδών εδαφών. Η τεχνική συνίσταται στην πτώση ενός µεγάλου φορτίου (5-101) από ένα υψος 5-10 m. Το φορτίο είναι ανηρτηµένο σε ερ-πυστριοφόρο γερανό και αφήνεται να προσπέσει στην επιφάνεια του προς συµπύκνωση υπεδάφους. Η τεχνική είναι αρκετά δηµοφιλής στη Γαλλία όπου πολΰ µεγάλα φορτία χρησιµοποιούνται για συµπύκνωση αµµωδών, αµµοϊλυωδών και αργιλοϊλυωδών εδαφών. Η ενέργεια ανά κτύπο είναι Ε = mgh, όπου h το ύψος πτώσης του φορτίου. Η ακτίνα εµβέλειας της τεχνικής είναι α = n^lmh, όπου n εµπειρικός συντελεστής µε τιµές n = 0,5-1 για αµµώδη εδάφη, n = 0,3-0,5 για αργιλικά εδάφη (Σχ. 6.2). Σχήµα 6.2 υναµική συµπύκνωση. 66

73 Η προφόρτιση που εφαρµόζεται για να επιταχυνθεί η διαδικασία της στερεοποίησης συνεκτικών εδαφών υπό την επίδραση αυξηµένου κατακόρυφου φορτίου. Το πρόσθετο φορτίο ς, συνήθως από εδαφικά ή θραυστά υλικά επί της στέψης του επιχώµατος, αφαιρείται στην τελική φάση κατασκευής για να τοποθετηθεί το οδόστρωµα (Σχ. 6.3). Για την εκτέλεση της προφόρτισης απαιτείται προηγουµένως έλεγχος της ευστάθειας του επιχώµατος το οποίο κινδυνεύει να ολισθήσει υπό την επίδραση αυξηµένου φορτίου αν η διατµητική αντοχή του υπεδάφους είναι µικρή. Η κατασκευή πλευρικών αναχωµάτων. Πρόκειται για τεχνική που χρησιµοποιείται για αποτροπή της ολίσθησης του επιχώµατος, µέσω της αύξησης των δυνάµεων και της ροπής αντύπασης (Σχ. 6.4). Η σταδιακή κατασκευή. Όταν το συνολικό φορτίο του επιχώµατος είναι µεγάλο, ο κίνδυνος ολίσθησης είναι σηµαντικός σε υπεδάφη µικρής διατµητικής αντοχής (c u < 0,5 kg/cm 2 ). ια της σταδιακής κατασκευής επιχώ- µατος επί συνεκτικού υπεδάφους, εξασφαλίζεται προοδευτική αύξηση της διατµητικής αντοχής στο υπε'δαφος παράλληλα µε την αύξηση της ενεργού 67

74 Σχήµα 125. Εκτέλεση κατακόρυφων στραγγιστηριών. κατακόρυφης τάσης σ'. Εργαστηριακές εµπειρίες έχουν καταγράψει µια σχέση της µορφής: ο Η = α σ' 0 µε συντελεστή α = 0,20. Έτσι η σταδιακή αύξηση της ενεργού τάσης δηµιουργεί σε κάθε χρονική στιγµή τις απαραίτητες συνθήκες ευστάθειας του επιχώµατος. Η εκτέλεση αµµοστραγγιστηρίων και χαλικοπασσάλων που ενδείκνυται για βελτίωση λεπτόκοκκων εδαφών. Η τεχνική αυτή χρησιµοποιείται για επιτάχυνση του φαινοµένου της στερεοποίησης. Κατά την εφαρµογή της τεχνικής αυτής η αποστράγγιση εκτελείται προς δυο διευθύνσεις: µε συντελεστή C y για την κατακόρυφη αποστράγγιση και συντελεστή C r για την ακτινική αποστράγγιση (Σχήµα 6.5). Οι χαλικοπάσσαλοι, παράλληλα µε την παραπάνω ευεργετική επίδραση, παραλαµβάνοντας ένα µέρος του φορτίου, µειώνουν κατά ένα ποσοστό το µέγεθος της τελικής καθίζησης. Η χηµική επεξεργασία. Είναι µέθοδος που αποσκοπεί στη βελτίωση των µηχανικών χαρακτηριστικών του εδάφους έδρασης του επιχώµατος µέσω διάχυσης καταλλήλων ενεµάτων (τσιµέντου, ασφαλτοϋδαρών, µπεντονίνη). Συνήθως η τεχνική των ενεµάτων χρησιµοποιείται σε χονδρόκοκκα εδάφη και κατακερµατισµένους βράχους. Πολλές από τις ως άνω µεθόδους, αλλά και ορισµένες άλλες, συνδυάζονται µε χρήση γεωσυνθετικών υλικών που αποτελούν πλέον ένα ικανότατο εργαλείο για αντιµετώπιση προβληµάτων µηχανικής συµπεριφοράς σε γεωκατασκευές οδοποιίας. 68

75 6.2 ΜΕΤΡΑ ΑΝΑΣΧΕΣΗΣ ΑΝΑΚΟΠΗΣ Τα µέτρα ανάσχεσης ανακοπής είναι τα µέτρα που λαµβάνονται µετά την εµφάνιση της καθίζησης. Τα στοιχεία θεµελίωσης είναι τα σηµαντικότερα από πλευράς ασφάλειας στοιχεία του δοµικού συστήµατος. Τυχούσα αστοχία τους ή µη καλή µεταφορά των φορτίων στο έδαφος επιβάλλει να γίνει κατάλληλη ενίσχυσή τους. Τεχνικές και πρακτικές που έχουν αναπτυχθεί για την ενίσχυση των στοιχείων θεµελίωσης παρουσιάζουµε σε αυτήν την εργασία, καθώς και οπτικές ενδείξεις για την ανάγκη τέτοιων επεµβάσεων. Σε περιπτώσεις που δεν αστοχούν τα θεµέλια αλλά το έδαφος θεµελίωσης, εφαρµόζουµε µεθόδους ενίσχυσης του εδάφους, κάποιες από τις οποίες επίσης αναφέρονται συνοπτικά αν και δεν αποτελούν κάθε αυτό ενίσχυση των στοιχείων θεµελίωσης, εντούτοις είναι προϋπόθεση για τη σωστή µεταφορά των φορτίων η επαρκής αντοχή του εδάφους θεµελίωσης Μέθοδοι ενίσχυσης του εδάφους θεµελίωσης Εκτός από τις τεχνικές επέµβασης στα θεµέλια που έχουν υποστεί βλάβη, οι οποίες και θα αναφερθούν παρακάτω, θα κάνουµε µια σύντοµη αναφορά στις διάφορες µεθόδους ενίσχυσης του εδάφους το οποίο φέρει τη θεµελίωση. Θα αναφέρουµε: Βελτίωση του υπεδάφους µε διαπότιση και αγκύρωση. Αύξηση της ασφάλειας κατά θραύση του εδάφους Βελτίωση του εδάφους µε διαπότιση και αγκύρωση Η συγκεκριµένη µέθοδος συντελεί στην αύξηση της αντοχής του εδάφους και στην αποφυγή καθιζήσεων και ρωγµών οπότε από τη σκοπιά αυτή αποτελεί ενδεδειγµένη µέθοδο για την πρόληψη ακόµα βλαβών στα στοιχεία θεµελίωσης. Συνίσταται στη διαπότιση του εδάφους του υποκείµενου των στοιχείων θεµελίωσης µε κατάλληλα διαλύµατα, γαλακτώµατα και αιωρήµατα τα οποία δηµιουργούν µια κατάσταση απολίθωσης και µεγαλώνουν την επιφάνεια έδρασης της θεµελίωσης. Αυτό οφείλεται στο ότι τα µέσα αυτά κλείνουν τα κενά του εδαφικού υλικού (πόροι, πτυχώσεις, ρωγµές, αρµοί) και έτσι η αντοχή του βελτιώνεται. Τα υλικά που χρησιµοποιούνται για τη διαπότιση του εδάφους ποικίλουν ανάλογα µε το είδος του εδάφους και την κοκκοµετρική του διαβάθµιση, και περιλαµβάνουν κοινό τσιµέντο µε ή χωρίς άµµο, τσιµέντο αλεσµένο πολύ λεπτά, µίγµατα τσιµέντου-µπετονίτη, χηµικά διαλύµατα όπως η ορυκτή γέλα, οργανικές ρητίνες ή ασφαλτικά γαλακτώµατα. Τσιµεντενέσεις σε συνεκτικά εδάφη δεν είναι δυνατές. Βέβαια δεν επιδέχονται όλα τα εδάφη αυτή τη µέθοδο. Την επιδέχονται κατά βάση όλα τα εδάφη που διαρρέονται από νερά. Οι διατρήσεις για την εκτέλεση των ενέσεων διαπότισης γίνονται έτσι ώστε οι περιοχές τους να είναι κλειστές για να µην αποµένουν ασυµπίεστες ζώνες. Επίσης πρέπει να πυκναίνουν οι διατρήσεις σε περιπτώσεις µικρής διαπερατότητας του υπεδάφους, µεγαλύτερης οξύτητας του υλικού διαπότισης σε σχέση µε το έδαφος, και χαµηλής πίεσης καταθλίψεως του υλικού µέσα στο έδαφος. 69

76 Αύξηση της ασφάλειας κατά θραύση του εδάφους Όταν ο κίνδυνος έγκειται στη θραύση του εδάφους, δεν εφαρµόζεται η βελτίωσή του αλλά η παρεµπόδιση της πλευρικής διαφυγής του λόγω διογκώσεως, δηλαδή της θραύσης του, µε τη βοήθεια ασφαλιστικών διατάξεων εκατέρωθεν και κατά µήκος του συνεχούς θεµελίου. Μια τέτοια εφαρµογή είναι η έµπηξη πασσαλοσανίδων σε σειρά, οπότε µετατοπίζεται η επιφάνεια ολισθήσεως προς τα κάτω τόσο πολύ ώστε να δηµιουργείται συνεργασία ενός µεγάλου σώµατος γαιών σαν αντίβαρο προς το φορτίο µετακινήσεως (Σχήµα 6.6) Σχήµα 6.6 Αύξηση της ασφάλειας κατά θραύση εδάφους µε πασσαλοσανίδες ΕΝ ΕΙΞΕΙΣ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΘΕΜΕΛΙΩΝ Στο εξωτερικό του σπιτιού, ενδείξεις αστοχίας των στοιχείων θεµελίωσης είναι ρωγµές που συνήθως εµφανίζονται στα πιο αδύναµα σηµεία της τοιχοποιίας, δηλαδή γύρω από ανοίγµατα. Ρωγµές τέτοιου είδους µπορούν να εµφανιστούν και σαν οριζόντιος διαχωρισµός λόγω της διαφορικής καθίζησης των θεµελίων, Φωτ Επίσης, συνηθέστατη ένδειξη είναι τυχόν διαχωρισµός της καµινάδας από το υπόλοιπο κτίριο, Φωτ Οι µεγάλες καµινάδες αντιπροσωπεύουν ευµεγέθη σηµειακά φορτία στη βάση της θεµελίωσης, δηλαδή µεγάλο βάρος συγκεντρωµένο σε µικρή επιφάνεια. Άλλη ένδειξη είναι δηµιουργία κενού, στα ανοίγµατα (πόρτες και παράθυρα), µεταξύ του τοίχου και του κουφώµατος, Φωτ Στο εσωτερικό του σπιτιού, ενδείξεις αποτελούν διαγώνιες ρωγµές στις γωνίες στις κάσες πορτών και παραθύρων, καθώς και πόρτες που δεν κλείνουν, Φωτ Επίσης, ρωγµές στης διασταύρωση των τοίχων µε το ταβάνι, µη επιπεδότητα των δαπέδων. 70

77 Φωτογραφία 6.1 Οριζόντια διαχωριστική ρωγµή σε εξωτερικό τοίχο Φωτογραφία 6.2 ιαχωρισµός καµινάδας από τη στάθµη της στέγης Φωτογραφία 6.4 ιαγώνιες ρωγµές σε εσωτερικό τοίχο ΜΕΘΟ ΟΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΚΑΙ ΕΠΙΣΚΕΥΗΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ Παρακάτω θα παρουσιάσουµε τους εξής τρόπους ενίσχυσης και επισκευής στοιχείων θεµελίωσης: 1.Αύξηση διαστάσεων των υπαρχόντων θεµελίων 2.Κατασκευή νέων θεµελίων πλησίον των υπαρχόντων 3.Κατασκευή υποθεµελίωσης 4.Αύξηση της ασφάλειας έναντι ανατροπής και ολίσθησης. 71

78 Αύξηση διαστάσεων των υπαρχόντων θεµελίων Αυτή πραγµατοποιείται κυρίως µε τη χρήση µανδύα σκυροδέµατος σε συνδυασµό µε τοποθέτηση νέων οπλισµών. Παρακάτω αναπτύσσονται διάφορες τεχνικές. Στην περίπτωση που τα στοιχεία θεµελίωσης είναι πέδιλα και παράλληλα µε αυτά ενισχύεται και το φέρον κατακόρυφο στοιχείο (υποστύλωµα ή τοίχωµα), η τεχνική επέµβασης φαίνεται στο Σχήµα 6.7. Ο µανδύας τοποθετείται περιµετρικά του πεδίλου κατά τρόπο ώστε να αυξάνονται οι διαστάσεις του σε όψη και κάτοψη. Έτσι στη βάση του πεδίλου µπαίνει σαν περιµετρικός δακτύλιος µε κλειστούς συνδετήρες που λόγω του µεγάλου µήκους τους κατασκευάζονται µε τµήµατα υπερκαλυπτόµενα στα άκρα τους, ούτως ώστε να µπορούν να παραληφθούν οι δυνάµεις εκτροπής που δηµιουργούνται για τη µεταφορά των αξονικών δυνάµεων του µανδύα στο έδαφος ή αντίστροφα των εδαφικών πιέσεων προς το µανδύα (Σχήµα 6.7). Επιπλέον απαιτείται και επαρκής αγκύρωση των οπλισµών στην περιοχή περιµετρικά της βάσης του παλαιού θεµελίου, για να µεταφερθούν επαρκώς οι προαναφερθείσες πρόσθετες κατακόρυφες αντιδράσεις του εδάφους καθώς και οι λοξές δυνάµεις εντός του µανδύα του πεδίλου. Αν χρησιµοποιηθούν διατµητικοί σύνδεσµοι (βλήτρα) στις διεπιφάνειες παλαιού και νέου πεδίλου, η ανάγκη για παραλαβή των δυνάµεων εκτροπής είναι µειωµένη. Στην περίπτωση που τα στοιχεία θεµελίωσης είναι πέδιλα ή και πεδιλοδοκοί και η τεχνική επέµβασης δεν περιλαµβάνει και ενίσχυση του φέροντος κατακόρυφου στοιχείου, ο χρησιµοποιούµενος µανδύας φαίνεται στο Σχήµα 6.8. Σε αυτήν την τεχνική, ο µανδύας επεκτείνεται και κάτω από το παλαιό πέδιλο (ή πεδιλοδοκό) έτσι ώστε οι εδαφικές πιέσεις να µεταφερθούν απ ευθείας σε αυτό το υπάρχον σώµα του παλαιού πεδίλου. Μειονέκτηµα της τεχνικής αυτής είναι η δυσκολία στην εφαρµογή της καθώς απαιτείται περιµετρική εκσκαφή κάτω από το παλαιό πέδιλο οπότε και χρήση προσωρινών διατάξεων στήριξης που συνήθως είναι µεταλλικές διατοµές διπλού ταυ που τελικά ενσωµατώνονται στο τµήµα του νέου πεδίλου. Με βάση τις παραπάνω δύο µεθόδους και δεδοµένων των κατασκευαστικών δυσκολιών της δεύτερης, θα µπορούσε να προταθεί η χρήση της πρώτης µεθόδου για όλες τις περιπτώσεις όπου απαιτείται αύξηση της επιφάνειας βάσης των στοιχείων θεµελίωσης, είτε αυτά είναι πέδιλα είτε πεδιλοδοκοί, και ακόµα και όταν ο µανδύας δεν επεκτείνεται και στα κατακόρυφα φέροντα στοιχεία. Σε αυτή την πρώτη µέθοδο, πρέπει να χρησιµοποιηθούν διατµητικοί σύνδεσµοι οµοιόµορφα κατανεµηµένοι στις διεπιφάνειες παλαιού-νέου σκυροδέµατος για να παραλάβουν το σύνολο της εδαφικής πίεσης που ασκείται στο νέο στοιχείο θεµελίωσης. Υπάρχει και η δυνατότητα αύξησης των διαστάσεων του πεδίλου χωρίς άµεση ενίσχυση του ίδιου, αλλά µέσω της σύνδεσης του µανδύα του υποστυλώµατος στο πέδιλο. Στα Σχήµατα 6.9 και 6.10 φαίνεται ο µανδύας σε περίπτωση βλάβης του υποστυλώµατος του κατώτατου ορόφου, ο οποίος στην περίπτωση αυτή πρέπει να περιβάλλει και τα πέδιλα. Πρέπει να καλύπτει τουλάχιστον το µισό του ύψους του πεδίλου και να περιλαµβάνει κλειστούς οριζόντιους συνδετήρες τουλάχιστον 12/10. Για την αγκύρωση των οπλισµών του υποστυλώµατος στο τέλος του µανδύα στο πέδιλο, κατασκευάζονται «φωλιές» όπου εγκιβωτίζονται οι οριζόντιοι οπλισµοί. 72

79 1- παλαιό πέδιλο 2- παλαιό υποστύλωµα 3- µανδύας 4- νέο υποστύλωµα 5- νέος οπλισµός Σχήµα 6.7 Ενίσχυση πεδίλων µε την τεχνική των µανδυών, όταν η επέµβαση περιλαµβάνει και ενίσχυση του φέροντος κατακόρυφου στοιχείου. Σχήµατα 6.8 και 6.9 Μανδύας πεδίλου από εκτοξευόµενο σκυρόδεµα 1-παλαιό υποστύλωµα 2- παλαιό πέδιλο 3- νέο σκυρόδεµα 4- νέος οπλισµός 5- µεταλλική δοκός Σχήµα 6.10 Ενίσχυση πεδίλων µε την τεχνική των µανδυών, όταν η επέµβαση δεν περιλαµβάνει και ενίσχυση του φέροντος κατακόρυφου στοιχείου. 73

80 Αυτές οι µέθοδοι αύξησης των διαστάσεων των στοιχείων θεµελίωσης παρουσιάζουν το µειονέκτηµα ότι υπάρχουν δυσχέρειες στην µεταβίβαση τεµνουσών δυνάµεων και ροπών, επιπλέον του γεγονότος ότι το έδαφος είναι προφορτισµένο από τα υπάρχοντα θεµέλια. Αυτές οι δυσχέρειες αντιµετωπίζονται µε κατάλληλη τοποθέτηση οπλισµού. Για τη µεταβίβαση των τεµνουσών από τα νέα τµήµατα του θεµελίου, που προτού δηµιουργηθούν καθιζήσεις είναι ελεύθερα τάσεων, προς το παλαιό θεµέλιο το οποίο συνήθως θα έχει λείες παρειές, δηµιουργείται µια οδόντωση, Σχήµα Επίσης, ράβδοι χάλυβα οι οποίες θα τοποθετηθούν σε κανάλια που θα διατρηθούν λοξά και χωρίς δονήσεις συµµετέχουν στη µεταβίβαση των τεµνουσών. Πρέπει κατάλληλα να εκλεγεί και το µήκος αγκύρωσης των ράβδων. Η µεταβίβαση των καµπτικών ροπών, που δηµιουργούνται από την εκκεντρότητα των νέων τµηµάτων του θεµελίου ως προς τον άξονα του υπερκείµενου τοίχου, γίνεται ξεχωριστά, αφού αναλυθούν σε ζεύγη δυνάµεων, Σχήµα Η επάνω θλιπτική δύναµη µεταβιβάζεται εξ επαφής προς την πλευρά του θεµελίου, οπότε η τοιχοποιία θα περιορίσει µε την σχετικώς µικρή επιτρεπόµενη πίεση την θλιπτική δύναµη και άρα και το πλάτος της ενίσχυσης. Η κάτω εφελκυστική δύναµη µεταβιβάζεται µέσω ράβδων χάλυβα που µπαίνουν ύστερα από διάτρηση και περιβάλλονται από µπετόν, και που µπορούν προκειµένου περί στενών θεµελίων να τεθούν µα ανάκαµψη. Σχήµα 6.11 Ανάληψη της τέµνουσας δύναµης Σχήµα 6.12 Ανάληψη καµπτικής ροπής Όταν γίνεται χρήση µανδυών από σκυρόδεµα, πρέπει να εξασφαλίζεται επαρκής συνεργασία παλαιού και νέου σκυροδέµατος, η οποία από κατασκευαστικής άποψης επιτυγχάνεται µε την παρακάτω διαδικασία: 1.Αποκοπή της επιφανειακής στρώσης σκυροδέµατος µε βλάβες και διαµόρφωση κοιλοτήτων για να υποδεχτούν το νέο σκυρόδεµα. 2.Εκτράχυνση της επιφάνειας µε µηχανικά µέσα 3.Πλύση της επιφάνειας µε νερό υπό πίεση 4. ιαβροχή της επιφάνειας παλαιού σκυροδέµατος µέχρι κορεσµού Κατασκευή νέων θεµελίων Συνήθως επιβάλλεται λόγω δηµιουργίας πρόσθετων φορτίων τα οποία καλείται να αναλάβει η κατασκευή, κυρίως λόγω προσθήκης ορόφων. Η πιο συνηθισµένη εφαρµογή της κατασκευής νέων θεµελίων είναι η υποστήριξη 74

81 τοίχων µε τη βοήθεια νέων πρόσθετων λωρίδων θεµελίων εκατέρωθεν του υπάρχοντος. Τα πρόσθετα φορτία αναλαµβάνονται κατά µεγάλο µέρος από τα νέα αυτά λωριδωτά θεµέλια µε τη µεσολάβηση χαλύβδινων διαδοκίδων που διαπερνούν την τοιχοποιία. Για το καινούριο θεµέλιο γίνεται χρήση πασσάλων διατρήσεως των οποίων η κεφαλή δένεται µέσα στο σκυρόδεµα των συνδετήριων δοκών θεµελιώσεως, Σχήµα Αυτοί οι πάσσαλοι παρουσιάζουν µικρότερη µάζα καθιζήσεως, αλλά επηρεάζουν σε κάποιο βαθµό τα υπάρχοντα θεµέλια λόγω της αναπόφευκτης χαλάρωσης του εδάφους και της αρνητικής τριβής. Σχήµα 6.13 Υποστήριξη ενός διαµήκους τοίχου υπογείου Μια ειδική περίπτωση πασσάλων διατρήσεως είναι οι ριζοπάσσαλοι, δηλαδή µικροί πάσσαλοι µε πάχη 12 έως 24 cm που δεν αναφέρονται στο DIN. Η έµπηξή τους γίνεται µε τη µέθοδο της περιστροφικής διείσδυσης και οπλίζονται µε διαµήκεις ράβδους και ελικοειδή συνδετήρα, ενώ το µπετόν αφότου διαστρωθεί συµπυκνώνεται µε αέρα. Ένα µέρος του τσιµεντοπολτού συµπιέζεται στο περιβάλλον έδαφος. Από κατασκευαστική άποψη, τα αναγκαία εργαλεία είναι µικρά και ελαφρά, τόσο που οι ριζοπάσσαλοι µπορούν να εµπηχθούν ακόµη και στο εσωτερικό υπογείων. Ενίσχυση θεµελίωσης µε ριζοπασσάλους έγινε στο Tegernsee σε κτίρια σε σειρά τα οποία ήταν θεµελιωµένα σε πασσάλους και παρουσίαζαν 4 χρόνια µετά το χτίσιµό τους διαφορική καθίζηση 24 cm κατά τη διαγώνιο, βλ Σχήµα Τα κτίρια επαναθεµελιώθηκαν επί ριζοπασσάλων πάχους 15 cm που λόγω των χαλαρών ενδιάµεσων εδαφικών στρωµάτων έφθαναν µέχρι το στερεό έδαφος. Μετά την έµπηξη των πασσάλων δεν παρουσιάσθηκαν άλλες καθιζήσεις. Έγινε επίσης και ανύψωση των σπιτιών, για να αρθούν οι διαφορικές καθιζήσεις, µε τη βοήθεια υδραυλικών γρύλων που στηρίχθηκαν στην άνω παρειά των πλακών οροφής υπογείων. Η τεχνική της προσθήκης νέων θεµελίων είναι η συνηθέστερα χρησιµοποιούµενη σε περίπτωση βλαβών στο σύστηµα θεµελίωσης. Εξ αιτίας αυτού έχουν αναπτυχθεί από ιδιωτικά συνεργεία πολλές πατέντες που περιλαµβάνουν είτε χρήση πασσάλων είτε κιβώτια σκυροδέµατος. Στη Φωτ. 6.6 φαίνονται κιβωτιωειδείς πάσσαλοι από οπλισµένο σκυρόδεµα, που προσφέρουν επαρκή στήριξη ακόµα και σε βαριές κατασκευές. 75

82 Στη Φωτ. 6.7 φαίνεται ένα σύστηµα πασσάλων από οπλισµένο σκυρόδεµα. Πάσσαλοι από σκυρόδεµα έχουν τα εξής πλεονεκτήµατα: αποτελούν µόνιµη λύση εάν σχεδιαστούν και εγκατασταθούν σωστά, έχουν αυξηµένη δυνατότητα ανάληψης φορτίου λόγω αύξησης της διατοµής στη βάση τους, το βάθος στο οποίο θα θεµελιωθούν µπορεί οπτικώς να πιστοποιηθεί και επίσης η ευθυγράµµιση τους µπορεί να είναι κατακόρυφη ή υπό γωνία. Έχουν όµως το µειονέκτηµα η σωστή εγκατάστασή τους είναι χρονοβόρα και δύσκολη κατασκευαστικά και σχεδόν αδύνατη σε θέσεις στο εσωτερικό της κάτοψης του κτιρίου. Στη Φωτ. 6.5 φαίνονται χαλύβδινοι πάσσαλοι µε προστασία έναντι διάβρωσης, ο οποίοι έχουν τα εξής πλεονεκτήµατα: γρήγορη εγκατάσταση, µικρή διάµετρο και λεία επιφάνεια άρα ευκολία στο να επιτευχθεί το µέγιστο επιθυµητό βάθος, που µάλιστα συχνά φτάνει στα βραχώδη στρώµατα, µεγάλη δυσκαµψία, προστασία έναντι διάβρωση χάρη στο εξωτερικό στρώµα από PVC. Σχήµα 6.14 a)μονόπλευρη καθίζηση b)υποθεµελίωση µε ριζοπασσάλους c)ανύψωση Φωτογραφία 6.5 Χαλύβδινοι πάσσαλοι µε προστασία έναντι διάβρωσης 76

83 Φωτογραφία 6.6 Κιβωτιωειδείς πάσσαλοι από οπλισµένο σκυρόδεµα Φωτογραφία 6.7 Ενίσχυση θεµελίωσης κτιρίου µε σύστηµα πασσάλων Κατασκευή υποθεµελίωσης Ο όρος υποθεµελίωση χρησιµοποιείται για να περιγράψει τη τροποποίηση µιας υφιστάµενης θεµελίωσης (µε την προσθήκη νέων στοιχείων) ώστε να επιτευχθεί µεγαλύτερη φέρουσα ικανότητα ή και µεγαλύτερο βάθος θεµελίωσης ώστε να παρακαµφθούν ακατάλληλα στρώµατα εδάφους. Η υποθεµελίωση είναι κατασκευή κάτω από το θεµέλιο του κτιρίου, που θα παραλάβει τα φορτία της θεµελίωσης και θα τα διοχετεύσει χαµηλότερα. Η υποθεµελίωση βοηθά στην αντιµετώπιση της καθίζησης θεµελίωσης ή στην αύξηση της αντοχής ή στην δηµιουργία κατασκευής υπογείου σε χαµηλότερη στάθµη, και δεν σηµαίνουν ενίσχυση ή επισκευή στην κυριολεξία. Τα στοιχεία της υποθεµελίωσης αποτελούν πλέον τµήµα της νέας θεµελίωσης και είναι αυτονόητο ότι για να εκπληρώσει αυτή η νέα θεµελίωση τον προορισµό της, είναι απολύτως απαραίτητη η συνεργασία της υφιστάµενης µε τη νέα θεµελίωση. Οι υποθεµελιώσεις µπορούν να διαχωριστούν σε δύο κατηγορίες: Αβαθείς υποθεµελιώσεις Είναι η πιο συνηθισµένη µορφή υποθεµελιώσεων, ενώ δε παρουσιάζουν στατικά ή θεωρητικά προβλήµατα καθώς σε µικρό βάθος η ώθηση γαιών είναι µικρή. Περιλαµβάνει την κατασκευή ορυγµάτων κάτω από την υφιστάµενη θεµελίωση και την πλήρωση µε σκυρόδεµα (ντουλάπια σκυροδέµατος). Η κατασκευή υποθεµελίωσης γίνεται επίσης αναγκαία όταν πρόκειται να γίνει εκσκαφή του εδάφους, σε µικρή απόσταση από τη θεµελίωση, µέχρι στάθµη χαµηλότερη από τη στάθµη της γειτονικής θεµελίωσης. Η κατασκευή υποθεµελίωσης αποτελείται από ντουλάπια τα οποία διατάσσονται σε σειρές πάνω στον τοίχο των θεµελίων. Για λόγους κατασκευαστικούς το πάχος της τοιχοποιίας υποθεµελιώσεως εκλέγεται ίσο µε 77

84 το πάχος του θεµελίου. Τα κενά µεταξύ των ντουλαπιών εφάπτονται µε τον τοίχο της υποθεµελίωσης. Το κάθε κενό έχει µήκος 1,2-1,5. Συνήθως οι κανονισµοί επιβάλλουν ότι κατά τη διάρκεια κατασκευής της υποθεµελίωσης, η στάθµη της γειτονικής εκσκαφής πρέπει να βρίσκεται 0,5 m ψηλότερα από τη στάθµη της αρχικής θεµελίωσης Βαθιές υποθεµελιώσεις Αυτές απαιτούν πάντοτε στατική διερεύνηση γιατί η ώθηση γαιών αυξάνεται µε το βάθος, και σαν µέτρο ασφάλειας χρειάζεται ενίσχυση της τοιχοποιίας υποθεµελιώσεως ή αγκύρωσή της. Για την κατασκευή βαθιών υποθεµελιώσεων χρησιµοποιούνται πάσσαλοι και διαφράγµατα που εγκαθίστανται από την επιφάνεια του εδάφους. Η πιο συνήθης µέθοδος είναι οι υποθεµελιώσεις µε µικροπασσάλους. Ως µικροπάσσαλοι ορίζονται πάσσαλοι διαµέτρου 100 mm έως 250 mm. Η ανάπτυξή τους έδωσε σηµαντική ώθηση στις εφαρµογές των υποθεµελιώσεων. Η εγκατάστασή τους γίνεται µε τη χρήση περιστροφικών γεωτρυπάνων πολύ µικρού µεγέθους. Όταν η διάτρηση φτάσει στο επιθυµητό βάθος, ανασύρεται η διατρητική στήλη και η γεώτρηση πληρώνεται µε κατάλληλο τσιµεντοκονίαµα. Η είσοδος του τσιµεντοκονιάµατος έχει ως αποτέλεσµα τη βελτίωση των ιδιοτήτων του εδάφους και την ενίσχυση της θεµελίωσης. Στην συνέχεια ακολουθεί η εγκατάσταση του οπλισµού η οποία µπορεί να είναι µια κεντρική χαλύβδινη ράβδος διαµέτρου 25 mm έως 50 mm ή ο συνήθης κλωβός οπλισµών. Σε ορισµένες περιπτώσεις όπως για παράδειγµα όταν υπάρχουν οριζόντια φορτία είναι δυνατόν να χρησιµοποιηθεί ως οπλισµός σωλήνας κυκλικής διατοµής. Επίσης χρησιµοποιείται η ενίσχυση των θεµελίων µε ριζοπασσάλους, οι οποίοι εγκαθίστανται εκτελώντας τη διάτρηση διαµέσου των στοιχείων θεµελίωσης, η οποία σε αντίθεση µε άλλες µεθόδους, δεν προξενεί βλάβες στην τοιχοποιία ούτε διαταράσσει το έδαφος θεµελίωσης Εκτέλεση της υποθεµελίωσης Για υποθεµελιώσεις από µπετόν ή οπλισµένο µπετόν ισχύει το DIN Το πάχος της υποθεµελίωσης είναι τουλάχιστον ίσο µε το πλάτος του θεµελίου ενώ η εκσκαφή πρέπει να φθάσει το πολύ εντός κάποιων επιτρεπόµενων ορίων, Σχήµα 6.15, γεγονός που πρέπει να προσεχτεί ιδιαίτερα όταν γίνεται χρήση µηχανικών εκσκαφέων ή άλλων δοµικών µηχανών. Η επιφάνεια εδράσεως δεν επιτρέπεται να είναι χαλαρή ή µαλακή. Η υποθεµελίωση θα κατασκευαστεί σε τµήµατα του µήκους ίσα µε το πλάτος των ορυγµάτων (το πολύ 1.25 m). Τα τµήµατα του υπάρχοντος κτιρίου µε το µέγιστο φορτίο πρέπει να υποθεµελιωθούν κατά προτεραιότητα. Τα νέα θεµέλια πρέπει να κατασκευάζονται τµηµατικά εκ παραλλήλου µε την υποθεµελίωση και να διαχωρίζονται από αυτήν µε έναν αρµό, γι αυτό και τα πέλµατα πρέπει να βρίσκονται στο ίδιο ύψος, Σχήµα Εάν τα νέα θεµέλια χρειάζονται διαµήκεις οπλισµούς πρέπει να κατασκευαστεί ένα οπλισµένο θεµέλιο ταυτόχρονα µε την υποθεµελίωση. Το πέλµα του νέου άοπλου υποστρώµατος πρέπει να βρίσκεται στο ίδιο ύψος µε το πέλµα θεµελίου της νέας υποθεµελίωσης, δηλαδή η υποθεµελίωση πρέπει να κατέβει τουλάχιστον 0.5 m βαθύτερα από του πέλµα του θεµελίου από οπλισµένο µπετόν. Πάνω στο άοπλο θεµέλιο θα κατασκευαστεί µετά το οπλισµένο σε όλο το µήκος του. Στην περίπτωση που η θεµελίωση δεν συνορεύει µε άλλη ιδιοκτησία δηλαδή είναι προσπελάσιµη και από την εσωτερική και από την εξωτερική 78

85 πλευρά, προκειµένου να αντιµετωπισθεί η επανάληψη διαφορικών καθιζήσεων προτείνεται η κατασκευή υποθεµελιώσεων µε «ντουλάπια» από σκυρόδεµα, µήκους 50 cm έως 1 m και µε απόσταση µεταξύ των αξόνων τους µεγαλύτερη από το διπλάσιο του µήκους τους, Σχήµα Σχήµα 6.15 Όρια Εκσκαφών (DIN 4123) Σχήµα 6.16 Υποθεµελίωση υπαρχόντων θεµελίων Σχήµα 6.17 Κατασκευή «ντουλαπιών» από σκυρόδεµα 79

86 Αύξηση της ασφάλειας έναντι ανατροπής και ολίσθησης Για την αντιµετώπιση ολισθήσεων ση στάθµη της θεµελίωσης (ιδίως σε πολύ επικλινή εδάφη) προτείνεται η κατασκευή χαλινών από οπλισµένο σκυρόδεµα σε µεγάλο βάθος µέσα στο έδαφος, κατάντη και σε επαφή µε το χαµηλότερο σηµείο των τοίχων που είναι παράλληλοι µε τη γραµµή κλίσεως του εδάφους, Σχήµα Εναλλακτικά είναι δυνατή η κατασκευή περιµετρικής ζώνης από οπλισµένο σκυρόδεµα γύρω από το κτίριο στη στάθµη θεµελίωσης και συνδετήριας δοκού, Σχήµα 6.19 και Σχήµα 6.18 Κατασκευή Σχήµα 6.19 Κάθε 2.5 m Σχήµα 6.20 Περίπτωση χαλινών από οπλ. ξηλώνονται πλίνθοι ή θεµελιώσεως που έχει Σκυρόδεµα λίθοι για την αγκύρωση υποσκαφθεί της ζώνης στην τοιχοποιία µε φωλιές Ο.Σ. 6.3 ΕΞΕΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΜΕΘΟ ΩΝ ΥΠΟΓΕΙΑΣ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗΣ ΚΑΙ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΠΟΥ ΠΡΟΚΥΠΤΟΥΝ Σε χώρες όπως η Αγγλία όπου η εκµετάλλευση της κιµωλίας για λίπανση αγρών αλλά κυρίως του κάρβουνου είχαν αρχίσει εδώ και 2000 χρόνια πριν (κορύφωση το ), αρχικά η µέθοδος προσέγγισης ήταν µε τη διάνοιξη πηγαδιών. Στη συνέχεια και µετά το 1700, η προσέγγιση επεκτάθηκε και στη διάνοιξη µικρών στοών από τα σηµεία όπου οι ορίζοντες του κάρβουνου αναδύονταν σε κάποιο πρανές. Όσο βαθύτερα προχωρούσαν οι στοές αυτές τόσο σοβαρότερα προβλήµατα αντιµετωπίζονταν, που συνήθως οδηγούσαν στη διακοπή της εκµετάλλευσης. Τα προβλήµατα αυτά ήταν: Εισροές νερού µέσα στη στοά, Αστοχίες στην υποστήριξη της στοάς, και υσκολίες στον αερισµό των στοών λόγω της παρουσίας µεθανίου. 80

87 Σχήµα 6.21 ιαχρονική εξέλιξη των µεθόδων εκµετάλλευσης κάρβουνου στην Αγγλία. Το πρόβληµα της υποστήριξης λύθηκε πρώτο µε τη χρήση του ξύλου, οπότε οι στοές έφθασαν και µέχρι 200µ. Στη συνέχεια (18ο αιώνας) οι προσπάθειες συνδύαζαν την κατασκευή πηγαδιών και µικρών στοών και η εκµετάλλευση του κάρβουνου γινόταν µε διεύρυνση στη βάση του πηγαδιού. Αυτό εξασφάλιζε κάποιο αερισµό αλλά γενικά τα προβλήµατα από το νερό και το µεθάνιο παρέµεναν. Η µετεξέλιξη αυτής της µεθόδου εκµετάλλευσης ήταν η διάνοιξη πολλών πηγαδιών που κατέληγαν στους χώρους υπόγειας εκµετάλλευσης που υποστηρίζονταν µε κολώνες κάρβουνου, που παρέµενε άθικτο. Οι κολώνες αυτές προστάτευαν την οροφή ενώ τα πηγάδια εξασφάλιζαν πλήρη αερισµό. Αποτέλεσµα αυτής της δραστηριότητας που εξελίχθηκε στη µέθοδο θαλάµων και στύλων ήταν η εγκατάλειψη πολύ µεγάλου αριθµού πηγαδιών σε περιοχές όπως το Yorkshire, τις περισσότερες φορές δυστυχώς δίχως καταγραφή. Για την ανεύρεσή τους και τη σφράγιση τους µε µπετόν σε περιπτώσεις ανάπτυξης οικιστικών ή και βιοµηχανικών περιοχών αλλά και για την κατασκευή σηµαντικών γραµµικών έργων απαιτούνται ειδικές γεωφυσικές µελέτες µε µαγνητικές µεθόδους, καθώς η επένδυση των πηγαδιών ήταν µε τούβλα από υλικό πλούσιο σε σίδηρο. Σχήµα 6.22 Αρχική µορφή διάταξης θαλάµων και στύλων. 81

88 Συνεπώς σήµερα, τα προβλήµατα από παλαιές εκµεταλλεύσεις παραµένουν και είναι δυνατόν να προκύψουν από: Α) τη ληστρική εκµετάλλευση των στύλων που είχαν αφεθεί για την αντιστήριξη των παλαιών εκµεταλλεύσεων. Αυτό αδυνάτιζε την υποστήριξη µε συνέπεια καταρρεύσεις και µετανάστευση αυτών στην επιφάνεια. Η αφαίρεση έστω και µερικών από τους µικρού µεγέθους στύλους της αρχικής µεθόδου, µπορεί να προκαλέσει φαινόµενο ντόµινο, δηλαδή κατάρρευση και των υπολοίπων. Β) τη συνεχή υποβάθµιση των χαρακτηριστικών των στύλων κάρβουνου µε την πάροδο του χρόνου. Η διαδικασίες αποσάθρωσης είναι συνεχείς και έτσι οι πιθανότητες καταρρεύσεων είτε στους στύλους είτε στα ανοίγµατα είναι πολύ πιθανές µε την πάροδο του χρόνου. Γ) τις τάσεις που προκαλούνται από κατασκευές θεµελιωµένες πάνω από παλαιά ορυχεία. Η οικιστική και βιοµηχανική ανάπτυξη επιφέρει πρόσθετες τάσεις, που µπορεί να υπερκεράσουν το µηχανισµό γεφύρωσης παλαιών στοών και συνεπώς να επιφέρουν την εκδήλωση εδαφικών υποχωρήσεων που θα επιφέρουν καταστροφή των κατασκευών. Συνεπώς θα πρέπει να περιοριστούν οι δραστηριότητες σε κατασκευές που δεν επιφέρουν αυξήσεις των τάσεων. ) τη µετανάστευση του κενού από την κατάρρευση στην επιφάνεια. Η αρχική κατάρρευση της οροφής µεταναστεύει στην επιφάνεια προκαλώντας σοβαρές ζηµιές στις εκεί κατασκευές ανάλογα µε τη γεωµηχανική συµπεριφορά της υπερκείµενης βραχοµάζας. Υπάρχουν παραδείγµατα στην Αγγλία όπου από τη µια µεριά ενός δρόµου έχουν κατασκευαστεί πολυώροφα κτήρια και από την άλλη ελαφρές και χαµηλές κατασκευές, γιατί κάτω από αυτές βυθίζονται ορίζοντες κάρβουνου. Γενικά η θεµελίωση κατασκευών πάνω από περιοχές παλαιών υπόγειων εκµεταλλεύσεων, απαιτεί τη γνώση πέρα από το βολβό των τάσεων της κατασκευής και του βάθους εκµετάλλευσης. Έτσι αναγκαία είναι η γνώση όλων των συνθηκών στο χώρο θεµελίωσης. Εδαφικές υποχωρήσεις στην επιφάνεια δεν έχουµε µόνο από τις παλαιές εκµεταλλεύσεις αλλά και από τις νέες, σύµφωνα µε τις πλέον πρόσφατες µεθόδους εκµετάλλευσης. 1. Η µέθοδος των θαλάµων και στύλων, διαµορφώνεται σε αυτό που ονοµάστηκε τεχνική επιµήκους µετώπου. Σύµφωνα µε την αρχική µορφή της µεθόδου αυτής το κάρβουνο γύρω από τα πηγάδια έµενε άθικτο και µόνο οι στοές προσπέλασης στα σηµεία εκµετάλλευσης το διέσχιζαν. 2. Η µέθοδος αυτή µετεξελίχθηκε στην τεχνική οπισθοχώρησης επιµήκους µετώπου. Το µεγαλύτερο πλεονέκτηµα αυτής της τελευταίας µεθόδου είναι η αποφυγή των προβληµάτων που προκαλούν π.χ. η παρουσία ρηγµάτων, τεκτονικών επαφών, αυξοµειώσεις του πάχους κλπ, αφήνοντας την οροφή να καταρρέει πίσω από το µέτωπο εργασίας, που υποστηρίζεται µε τεχνητά µέσα κοντά στο µέτωπο τα οποία µετακινούνται. Το µέτωπο που διαµορφώνεται στην αντίθετη πλευρά των πηγαδιών, προσεγγίζεται µε κατάλληλες στοές προσπέλασης. Οι εδαφικές υποχωρήσεις πάνω από τις εκµεταλλεύσεις, συµβαδίζουν µε την εκµετάλλευση ή έπονται µε µικρό χρονικό κενό, ενώ παράλληλα µπορεί ευκολότερα να υπολογιστούν. Νεότερες µέθοδοι, όπως αυτή των υποπατωµάτων και κατακρήµνιση οροφής επίσης προκαλούν φαινόµενα εδαφικής υποχώρησης στην επιφάνεια. 82

89 Σε γενικές γραµµές ασφαλείς είναι οι περιπτώσεις όπου τα κενά έχουν λιθογοµωθεί µετά την εξόφληση του λιγνίτη, του λιθάνθρακα ή και µεταλλευµάτων µε κονιοποιηµένο υλικό συνήθως από τα στείρα ή µε κάποιο ένεµα (συνήθως ανάµιξη των κονιοποιηµένων στείρων µε τσιµέντο). Σχήµα 6.23 Τελική εξέλιξη της διάταξης θαλάµων και στύλων, σε τεχνική επιµήκους µετώπου. Η λιθογόµωση πάντως εφαρµόζεται σχεδόν συστηµατικά τα τελευταία χρόνια και εποµένως το πρόβληµα των εδαφικών υποχωρήσεων παραµένει για τις παλαιές εκµεταλλεύσεις. 83