ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΠΜΣ: «ΝΑΥΤΙΚΗ & ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΕΠΙΣΤΗΜΗ»

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΠΜΣ: «ΝΑΥΤΙΚΗ & ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΕΠΙΣΤΗΜΗ» ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΣΗΡΑΓΓΩΝ ΣΕ ΘΑΛΑΣΣΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ» ΑΝ ΡΕΑΣ Β. ΦΡΑΓΚΟΣ ΠΟΛΙΤΙΚΟΣ ΜΗΧΑΝΙΚΟΣ ΕΜΠ ΑΘΗΝΑ 2009

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η µεταπτυχιακή αυτή εργαία αποτελεί µια ειαγωγή το θέµα της ηραγγοποιίας µε εξειδίκευη ε θέµατα υποθαλάιων, επικαθήµενων και πλωτών ηράγγων. Η ολοκλήρωή της µου πρόδωε πολλές νέες γνώεις και µε βοήθηε να εξοικειωθώ µε τις έννοιες της µελέτης και κατακευής ηράγγων, καθώς και µε χετικά λογιµικά (Examine2D), αλλά και διαδεδοµένες γλώες προγραµµατιµού (Visual Basic). Θα ήθελα να ευχαριτήω τον επιβλέποντα καθηγητή µου κ.μιχάλη Σακελλαρίου για την καθοδήγηή του και τις πολύτιµες υµβουλές του. Ευελπιτώ η εργαία αυτή να αποτελέει ερέθιµα για πολλές ακόµη νέες εργαίες το θέµα των ηράγγων και της αλληλεπίδραής τους µε το θαλάιο περιβάλλον. 2

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ 5 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ 6 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ 6 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ 7 ΠΕΡΙΛΗΨΗ 10 SUMMARY 11 ΜΕΡΟΣ Α : 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ ΣΥΣΤΗΜΑ RMR ΣΥΣΤΗΜΑ Q ΣΥΣΤΗΜΑ RMi ΣΥΣΤΗΜΑ GSI ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ GSI TOOL ΤΡΟΠΟΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΜΕΘΟ ΟΣ ΝΑΤΜ ΜΕΘΟ ΟΣ ΝΤΜ ΜΕΘΟ ΟΣ CUT&COVER ΜΕΘΟ ΟΣ ΜΕ ΤΒΜ ΜΕΤΡΑΥΠΟΣΤΗΡΙΞΗΣ ΣΗΡΑΓΓΩΝ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ ΚΡΙΤΗΡΙΟ MOHR-COULOMB ΚΡΙΤΗΡΙΟ HOEK-BROWN ΚΡΙΤΗΡΙΟ GRIFFITH ΛΟΙΠΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΘΕΩΡΙΕΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΣΗΡΑΓΓΩΝ ΘΕΩΡΙΑ ΚΥΛΙΝ ΡΟΥ ΜΕ ΠΑΧΙΑ ΤΟΙΧΩΜΑΤΑ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ KIRSCH ΣΧΕΣΕΙΣ MOHR-COULOMB ΚΑΜΠΥΛΕΣ ΣΥΓΚΛΙΣΗΣ-ΑΠΟΤΟΝΩΣΗΣ ΥΠΟΘΑΛΑΣΣΙΕΣ ΣΗΡΑΓΓΕΣ ΕΠΙΚΑΘΗΜΕΝΕΣ ΣΗΡΑΓΓΕΣ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗ ΜΕ ΠΑΣΣΑΛΟΥΣ 50 3

4 9. ΠΛΩΤΕΣ ΣΗΡΑΓΓΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΓΚΥΡΩΣΗΣ ΦΟΡΤΙΣΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΩΝ 59 ΜΕΡΟΣ Β : 10. ΣΤΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ - ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑΤΑ ΣΗΡΑΓΓΑ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ Ι ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΙΙ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΙΙΙ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΙV ΣΗΡΑΓΓΑ ΣΗΡΑΓΓΑ ΣΗΡΑΓΓΑ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΤΆ KIRSCH ΣΗΡΑΓΓΑ 1 - ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ Ι ΣΗΡΑΓΓΑ 1 - ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΙΙ ΣΗΡΑΓΓΑ ΣΗΡΑΓΓΑ ΣΗΡΑΓΓΑ ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ 97 ΜΕΡΟΣ Γ : 11. ΕΜΠΕΙΡΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ ΣΗΡΑΓΓΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΙΟΤΙΚΟΣ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΚΡΙΤΗΡΙΩΝ ΠΟΣΟΤΙΚΟΣ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΚΡΙΤΗΡΙΩΝ ΥΠΟΘΑΛΑΣΣΙΑ ΣΗΡΑΓΓΑ ΕΠΙΚΑΘΗΜΕΝΗ ΣΗΡΑΓΓΑ ΠΛΩΤΗ ΣΗΡΑΓΓΑ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ Η/Υ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 124 BIBΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 128 4

5 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ ΣΧΉΜΑ 1 ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΤΑΣΕΩΣ ΒΡΑΧΥΝΣΕΩΣ 37 ΣΧΗΜΑ 2 ΚΥΛΙΝ ΡΟΣ ΥΠΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΚΑΙ ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ ΠΙΕΣΗ 38 ΣΧΗΜΑ 3 ΤΑΣΙΚΟ ΠΕ ΙΟ ΓΥΡΩ ΑΠΌ ΣΗΡΑΓΓΑ ΚΑΤΆ KIRSCH 39 ΣΧΗΜΑ 4 ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΑΣΕΩΝ ΓΥΡΩ ΑΠΌ ΚΥΚΛΙΚΗ ΟΠΗ 41 ΣΧΗΜΑ 5 ΚΑΜΠΥΛΕΣ ΣΥΓΚΛΙΣΗΣ-ΑΠΟΤΟΝΩΣΗΣ ΚΑΙ ΚΑΜΠΥΛΕΣ PANET ΣΕ ΑΝΥΠΟΣΤΗΡΙΚΤΗ ΣΗΡΑΓΓΑ 42 ΣΧΗΜΑ 6 ΚΑΜΠΥΛΕΣ ΣΥΓΚΛΙΣΗΣ-ΑΠΟΤΟΝΩΣΗΣ ΚΑΙ ΚΑΜΠΥΛΕΣ PANET ΣΕ ΣΗΡΑΓΓΑ ΥΠΟΣΤΗΡΙΖΟΜΕΝΗ ΜΕ ΕΚΤΟΞΕΥΟΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑ 43 ΣΧΗΜΑ 7 ΚΑΜΠΥΛΕΣ PANET ΣΕ ΑΝΥΠΟΣΤΗΡΙΚΤΗ ΣΗΡΑΓΓΑ 44 ΣΧΗΜΑ 8 Φ.Ι. ΚΑΤΑ TERZAGHI 51 ΣΧΗΜΑ 9 Φ.Ι. ΚΑΤΑ MEYERHOF 52 ΣΧΗΜΑ 10 ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΓΚΥΡΩΣΗΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΚΛΑ ΩΝ 58 ΣΧΗΜΑ 11 ΚΥΜΑ ΠΡΟΣΠΙΠΤΟΝ ΣΕ ΚΥΛΙΝ ΡΟ 61 ΣΧΗΜΑ 12 ΟΜΗ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ ΣΗΡΑΓΓΩΝ 84 ΣΧΗΜΑ 13 ΜΟΝΤΕΛΑ ΜΕΛΕΤΗΣ ΣΗΡΑΓΓΑΣ 110 ΣΧΗΜΑ 14 ΜΕΡΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΣΗΡΑΓΓΑΣ 111 ΣΧΗΜΑ 15 ΠΛΑΣΤΙΚΗ ΖΩΝΗ ΣΗΡΑΓΓΑΣ 112 5

6 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΙΑΓΡΑΜΜΑ 1 ΤΑΣΕΙΣ ΚΑΤA KIRSCH 93 ΙΑΓΡΑΜΜΑ 2 ΤΑΣΕΙΣ ΚΑΤA KIRSCH 94 ΙΑΓΡΑΜΜΑ 3 ΤΑΣΕΙΣ ΚΑΤA KIRSCH 95 ΙΑΓΡΑΜΜΑ 4 ΤΑΣΕΙΣ ΚΑΤA KIRSCH 96 ΙΑΓΡΑΜΜΑ 5 ΤΑΣΕΙΣ ΚΑΤA KIRSCH 97 ΙΑΓΡΑΜΜΑ 6 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΣΣ-KIRSCH 100 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΕΛ. ΝΟΡΒΗΓΙΚΕΣ ΣΥΓΚΟΙΝΩΝΙΑΚΕΣ ΠΙΝΑΚΑΣ 1 ΣΗΡΑΓΓΕΣ 46 6

7 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ ΕΙ ΟΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΕΛ. ΕΙΚ. 1 ΕΚΤΙΜΗΣΗ GSI ΣΕ ΟΜΟΓΕΝΕΙΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΕΣ 19 ΕΙΚ. 2 ΕΚΤΙΜΗΣΗ GSI ΣΕ ΕΤΕΡΟΓΕΝΕΙΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΕΣ 20 ΕΙΚ. 3 ΟΜΟΓΕΝΕΙΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΕΣ 21 ΕΙΚ. 4 ΕΤΕΡΟΓΕΝΕΙΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΕΣ 21 ΕΙΚ. 5 ΠΙΝΑΚΑΣ GSI (ΟΜΟΓΕΝΕΙΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΕΣ) 22 ΕΙΚ. 6 ΠΙΝΑΚΑΣ GSI (ΕΤΕΡΟΓΕΝΕΙΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΕΣ) 22 ΕΙΚ. 7 Ο ΗΓΙΕΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ 23 ΕΙΚ. 8 ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ 23 ΕΙΚ. 9 ΑΠΑΝΤΗΣΗ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ 24 ΕΙΚ. 10 ΧΑΡΤΗΣ ΑΠΟΤΥΠΩΣΗΣ ΥΠΟΘΑΛΑΣΣΙΑΣ ΣΗΡΑΓΓΑΣ SEIKAN 45 ΕΙΚ. 11 ΣΧΗΜΑΤΙΚΗ ΤΟΜΗ ΣΗΡΑΓΓΑΣ SEIKAN 45 ΕΙΚ. 12 ΣΧΗΜΑΤΙΚΗ ΤΟΜΗ ΣΗΡΑΓΓΑΣ ΤΗΣ ΜΑΓΧΗΣ 46 ΕΙΚ. 13 ΣΧΗΜΑΤΙΚΗ ΑΠΟΤΥΠΩΣΗ ΣΗΡΑΓΓΑΣ ΤΗΣ ΜΑΓΧΗΣ 47 ΕΙΚ. 14 ΚΑΘΕΛΚΥΣΗ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΣΗΡΑΓΓΑΣ 48 ΕΙΚ. 15 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΣΠΟΝ ΥΛΩΝ ΣΗΡΑΓΓΑΣ ΣΤΗΝ ΞΗΡΑ 48 ΕΙΚ. 16 ΕΠΙΧΩΣΗ ΣΗΡΑΓΓΑΣ ΣΤΟ ΒΥΘΟ 48 ΕΙΚ. 17 ΖΕΥΞΗ ΑΚΤΙΟΥ - ΠΡΕΒΕΖΑΣ 49 ΕΙΚ. 18 ΕΠΙΚΑΘΗΜΕΝΗ ΣΗΡΑΓΓΑ ΣΤΑ Η.Α.Ε. 49 ΕΙΚ. 19 ΣΚΙΤΣΟ ΠΛΩΤΗΣ ΣΗΡΑΓΓΑΣ 50 ΕΙΚ. 20 ΤΡΟΠΟΙ ΣΤΗΡΙΞΗΣ ΠΛΩΤΩΝ ΣΗΡΑΓΓΩΝ 55 ΕΙΚ. 21 ΒΑΣΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ ΠΛΩΤΗΣ ΣΗΡΑΓΓΑΣ 56 ΕΙΚ. 22 ΜΟΝΤΕΡΝΟΣ ΤΥΠΟΣ ΠΛΩΤΗΣ ΣΗΡΑΓΓΑΣ 57 ΕΙΚ. 23 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ROCLAB 64 ΕΙΚ. 24 KATAKOΡΥΦΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 64 ΕΙΚ. 25 ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 65 ΕΙΚ. 26 ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 65 ΕΙΚ. 27 ΤΑΣΗ xx 66 ΕΙΚ. 28 ΤΑΣΗ yy 66 ΕΙΚ. 29 ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗΣ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗΣ 67 ΕΙΚ. 30 ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΜΕΙΩΣΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ (SF<1) 67 ΕΙΚ. 31 KATAKOΡΥΦΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 68 ΕΙΚ. 32 ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 68 ΕΙΚ. 33 ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 69 7

8 ΕΙΚ. 34 ΤΑΣΗ xx 69 ΕΙΚ. 35 ΤΑΣΗ yy 70 ΕΙΚ. 36 ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗΣ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗΣ 70 ΕΙΚ. 37 ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΜΕΙΩΣΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ (SF<1) 71 EIK. 38 ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 71 EIK. 39 ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 72 EIK. 40 ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 72 EIK. 41 ΤΑΣΗ xx 73 EIK. 42 ΤΑΣΗ yy 73 EIK. 43 ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗΣ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗΣ 74 EIK. 44 ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΜΕΙΩΣΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ (SF<1) 74 EIK. 45 ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 75 EIK. 46 ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 75 EIK. 47 ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 76 EIK. 48 ΤΑΣΗ xx 76 EIK. 49 ΤΑΣΗ yy 77 EIK. 50 ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗΣ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗΣ 77 EIK. 51 ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΜΕΙΩΣΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ (SF<1) 78 EIK. 52 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ROCLAB 79 EIK. 53 ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 79 EIK. 54 ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 80 EIK. 55 ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 80 EIK. 56 ΤΑΣΗ xx 81 EIK. 57 ΤΑΣΗ yy 81 EIK. 58 ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗΣ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗΣ 82 EIK. 59 ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΜΕΙΩΣΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ (SF<1) 82 EIK. 60 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ROCLAB 85 EIK. 61 ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 86 EIK. 62 ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 86 EIK. 63 ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 87 EIK. 64 ΤΑΣΗ xx 87 EIK. 65 ΤΑΣΗ yy 88 EIK. 66 ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 88 EIK. 67 ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΜΕΙΩΣΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ (SF<1) 89 EIK. 68 ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 90 EIK. 69 ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 90 8

9 ΕΙΚ. 70 ΤΑΣΗ xx 91 EIK. 71 ΤΑΣΗ yy 91 EIK. 72 ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 92 EIK. 73 ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΜΕΙΩΣΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ (SF<1) 92 ΕΙΚ. 74 ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΓΙΑ ΥΠΟΘΑΛΑΣΣΙΕΣ ΣΗΡΑΓΓΕΣ 121 ΕΙΚ. 75 ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΓΙΑ ΕΠΙΚΑΘΗΜΕΝΕΣ ΣΗΡΑΓΓΕΣ 121 ΕΙΚ. 76 ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΓΙΑ ΠΛΩΤΕΣ ΣΗΡΑΓΓΕΣ 122 ΕΙΚ. 77 Ο ΗΓΙΕΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ 122 ΕΙΚ. 78 ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ 123 ΕΙΚ. 79 ΜΗΝΥΜΑ ΠΡΟΣ ΧΡΗΣΤΗ 123 9

10 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η µεταπτυχιακή αυτή εργαία κάνει µια δυναµική είοδο το πεδίο της µελέτης ηράγγων επιχειρώντας να ερευνήει τον τρόπο µελέτης και κατακευής ηράγγων ε θαλάιο περιβάλλον. Χωρίζεται ε τρία βαικά τµήµατα. Το πρώτο µέρος κάνει µια βιβλιογραφική επικόπηη των κύριων ηµείων τη µελέτη και κατακευή ηράγγων τόο υµβατικών όο και πιο εξειδικευµένων όπως των υποθαλάιων, επικαθήµενων και πλωτών ηράγγων. Το δεύτερο µέρος αχολείται µε υγκεκριµένα παραδείγµατα µοντέλων ηράγγων κάνοντας τατική ανάλυη µε τη βοήθεια του προγράµµατος υνοριακών τοιχείων Examine2D και των αναλυτικών χέεων του Kirsch, καθώς και µεθοδολογίας καθοριµού της πλατικής ζώνης των Μαίνα & Σακελλαρίου. Το τρίτο µέρος επιχειρεί να διαµορφώει κατάλληλα κριτήρια για τη διερεύνηη του ποιος τύπος ήραγγας είναι πιο ενδεδειγµένος τεχνικά ε µια θαλάια περιοχή. Αποτέλεµα της προπάθειας αυτής είναι µια εφαρµογή ε Visual Basic. Η εργαία ολοκληρώνεται µε τα υµπεράµατα χετικά µε τη µεθοδολογία χεδιαµού ηράγγων ε θαλάιο περιβάλλον και τη τατική υµπεριφορά υµβατικών και υποθαλάιων ηράγγων. 10

11 SUMMARY The thesis is making a dynamic entrance in the field of tunnel design trying to study the way of designing and constructing tunnels in a marine environment. It is separated in three parts. The first part makes a review about the main points in the design and construction of conventional and specialized tunnels such as subsea, immersed and floating tunnels. The second part is involved with specific models of tunnels doing structural analysis with the help of the boundary elements program Examine2D, the analytic relations of Kirsch and the plastic zone methodology of Massinas & Sakellariou. The third part is trying to create suitable criteria in order to assess which type of tunnel is more suitable from a technical aspect in a marine area. A result of this effort is a program in Visual Basic. The thesis closes with the conclusions for the methodology of designing tunnels in a marine environment and the structural behavior of conventional and subsea tunnels. 11

12 ΜΕΡΟΣ Α 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι ήραγγες αποτελούν ένα από τα πιο ηµαντικά τεχνικά έργα λόγω του ότι υνδέουν δυπρόιτες περιοχές και εξυπηρετούν κυρίως υγκοινωνιακές ανάγκες και δευτερευόντως άλλες χρήεις (π.χ. µεταφορά νερού, πετρελαίου κλπ.). Αποτελούν δύκολα έργα λόγω της ετερογένειας και µη προβλεψιµότητας των ιδιοτήτων του εδάφους, του µεγάλου βάρους που καλούνται να υγκρατήουν και του υψηλού κότους που οφείλεται κυρίως τον εξειδικευµένο µηχανολογικό εξοπλιµό που απαιτείται για τη διάνοιξη. Το θαλάιο τοιχείο δίνει µια άλλη ηµαία τα έργα αυτά λόγω του ότι η ύνδεη θαλάιων περιοχών αποτελεί πάντα πολύ δύκολο εγχείρηµα επιτηµονικά και κατακευατικά µε έµφαη τα θέµατα αφαλείας. Οι ήραγγες ε θαλάιο περιβάλλον µπορούν να διακριθούν ε τρεις κατηγορίες: υποθαλάιες (υπό τον πυθµένα της θάλαας), επικαθήµενες (τοποθετηµένες πάνω τον πυθµένα) και πλωτές (πακτωµένες τα δύο άκρα µε το ενδιάµεο ώµα να επιπλέει µέα το υδάτινο τρώµα). Η τελευταία κατηγορία είναι ακόµη υπό έρευνα. Η ανάλυη των ηράγγων ε θαλάιο περιβάλλον προϋποθέτει πρώτιτα την κατανόηη του τρόπου λειτουργίας του εδαφικού τρώµατος µέα από τις επιτήµες της µηχανικής και κυρίως της εδαφοµηχανικής και της βραχοµηχανικής. Η αλληλεπίδραη µε το νερό παίζει δευτερεύοντα ρόλο για τις υποθαλάιες ήραγγες όπου πρέπει να µελετηθεί η υπόγεια υδραυλική, ενώ παίζει κυρίαρχο ρόλο τις επικαθήµενες και πλωτές ήραγγες τις οποίες πρέπει να µελετηθούν θέµατα που χετίζονται µε τη µηχανική των ρευτών, τη θαλάια υδραυλική και την υδροδυναµική ανάλυη. Στη θεωρητική ανακόπηη της εργαίας (Μέρος Α : Κεφ.2-9) γίνεται αναφορά τα βαικότερα θέµατα που επηρεάζουν τη µελέτη και κατακευή ηράγγων µε έµφαη το γεωτεχνικό τοµέα ο οποίος είναι καθοριτικός και για τις τρεις κατηγορίες ηράγγων οι οποίες εδράζονται ολόκληρες ή τµηµατικά ε εδαφικά τρώµατα και εποµένως µας ενδιαφέρει άµεα η υµπεριφορά του γαιώδους υλικού. Στη υνέχεια (Μέρος Β : κεφ.10) γίνεται τατική ανάλυη υγκεκριµένων παραδειγµάτων ηράγγων (υπογείων και υποθαλάιων) µε τη βοήθεια προγράµµατος υνοριακών τοιχείων και γίνεται η ερµηνεία των αποτελεµάτων. Κατόπιν (Μέρος Γ : κεφ.11-12) διαµορφώνονται τεχνικά κριτήρια για τη δηµιουργία ήραγγας ε θαλάια περιοχή και παρουιάζεται λογιµικό που κατακευάτηκε για να επιλέγει τον κατάλληλο τύπο ήραγγας υγκεντρώνοντας τα παραπάνω κριτήρια. Η εργαία ολοκληρώνεται µε τα υνολικά υµπεράµατα (Κεφ.13). 12

13 2. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Βραχόµαζα είναι ένα αυνεχές τερεό µέο το οποίο αποτελείται από βραχώδες υλικό που διατέµνεται από γεωλογικές αυνέχειες και αποτελεί τη φυική κατάταη ενός πετρώµατος, όπως αυτό υναντάται επιτόπου και ε µεγάλη έκταη (Κούκης & Σαµπατάκης 2007). Με το γενικό όρο αυνέχεια ορίζεται οποιαδήποτε µηχανική διακοπή τη υνέχεια του πετρώµατος, που έχει µηδενική ή χαµηλή αντοχή ε εφελκυµό (Τουτρέλης 1985). Πρακτικά περιλαµβάνει τις διακλάεις (επιφάνεια αποχωριµού τεµαχών τεκτονικής προέλευης (ρωγµάτωη) πάνω την οποία δεν παρατηρείται χετική µετακίνηη των παρειών), τις αθενείς διατρώεις (επιφάνεια αποχωριµού παράλληλη µε την αρχική επιφάνεια ιζηµατογένεης του υλικού, που διαχωρίζει τα διάφορα τρώµατα του υλικού), τα αθενή επίπεδα χιτότητας (επιφάνεια που προήλθε από παράλληλο προανατολιµό φυλλωδών ορυκτών των µεταµορφωµένων πετρωµάτων), τις αθενείς ζώνεις και τις µεταπτώεις. Υπάρχουν επιπλέον και οι µικροκοπικής κλίµακας αυνέχειες όπως η εκλεκτική εξαλλοίωη οριµένων ορυκτών, οι µικρορωγµές κ.ά. οι οποίες επηρεάζουν τις εργατηριακές δοκιµές αντοχής. Η µηχανική υµπεριφορά του βραχώδους υλικού όπως προδιορίζεται εργατηριακά είναι προφανές ότι δεν µπορεί να επεκταθεί τη βραχόµαζα, καθόον οι εκτιµούµενες παράµετροι αναφέρονται τα υγιέτερα δείγµατα του βράχου που είναι απαλλαγµένα από αυνέχειες. H προϊτορία της φόρτιης παίζει ηµαντικό ρόλο τη µελέτη της βραχόµαζας. Ο χρόνος ως παράγοντας που επηρεάζει τη βραχόµαζα έχει µεγάλη ηµαία, αφού η γεωλογική δρατηριότητα υνεχίζεται εαεί αν και το χρόνο ζωής ενός τεχνικού έργου οι τεκτονικές δρατηριότητες θεωρούνται αµελητέες. Φαινόµενα όµως όπως ο ερπυµός (η υνεχόµενη αύξηη της παραµόρφωης µε ταθερή τάη) και της χαλάρωης (η υνεχόµενη µείωη της παραµόρφωης µε ταθερή τάη) έχουν χρονική διάταη ε αντίθεη µε τη θεωρία ελατικότητας -τη βάη της µηχανικής και κατ επέκταη και της βραχοµηχανικής- που είναι αµετάβλητη χρονικά. Ένα υπόγειο έργο καλείται να ανακατανείµει τις υπάρχουες τάεις του βραχώδους υλικού κατά τρόπο ώτε να είναι εφικτή η παραµονή του µέα τη βραχόµαζα τόο κατά τη διάρκεια κατακευής όο και κατά τη διάρκεια λειτουργίας του έργου. Η παρουία του υπόγειου νερού έχει επίης µεγάλη ηµαία αν και οι πιέεις των πόρων δε λαµβάνονται υπόψη γιατί ο βράχος θεωρείται υµπαγές υλικό το οποίο έχει επίδραη η υδραυλική του αγωγιµότητα µόνο µέω των αυνεχειών. Ο χεδιαµός ενός τεχνικού έργου ε βραχώδεις γεωλογικούς χηµατιµούς προϋποθέτει τη διερεύνηη όλων των παραγόντων εκείνων που επηρεάζουν άµεα τη µηχανική υµπεριφορά της βραχόµαζας. Μία υτηµατική ταξινόµηη της βραχόµαζας µπορεί να δώει αρκετά ικανοποιητική πληροφόρηη µε την ανάπτυξη κατάλληλων κριτηρίων, ώτε να επιτυγχάνεται η υτηµατική κατάταξη της βραχόµαζας ε υγκεκριµένες κατηγορίες και 13

14 οµάδες που κάθε µια να έχει παρόµοια µηχανική υµπεριφορά, οπότε και να απαιτεί ενιαία αντιµετώπιη (π.χ. αντιτήριξη). Η ανάπτυξη µιας τέτοιας ταξινόµηης και η υχέτιη των κατακευατικών απαιτήεων του έργου µε τις επιµέρους κατηγορίες της ταξινόµηης προϋποθέτει την ύπαρξη ενός ηµαντικού δείγµατος πραγµατικών περιτατικών τα οποία να πιτοποιούν την εφαρµοιµότητά της. Σήµερα οι ταξινοµήεις της βραχόµαζας αποτελούν τη βάη του εµπειρικού χεδιαµού τεχνικών έργων ε βραχώδεις χηµατιµούς, ενώ η αξιοπιτία τους θεωρείται υνήθως δεδοµένη εφόον βαίζεται την αποκτηθεία εµπειρία από προηγούµενα έργα. Αν και η εφαρµογή των υτηµάτων ταξινόµηης είναι ιδιαίτερα ελκυτική δεν πρέπει να υποκαθιτά τη γεωλογική και την τεχνική κρίη την εκτίµηη της υµπεριφοράς της βραχόµαζας. Η χρηιµοποίηη των υτηµάτων ταξινόµηης της βραχόµαζας έχουν τους παρακάτω βαικούς τόχους: Πρώτον να ταξινοµηθεί η βραχόµαζα ε επιµέρους κατηγορίες που η κάθε µία να χαρακτηρίζεται από παρόµοια µηχανική υµπεριφορά οπότε να απαιτεί και ενιαία αντιµετώπιη. εύτερον να διευκολυνθεί ο χεδιαµός τεχνικών έργων το βράχο δίνοντας ποιοτικά και ποοτικά τοιχεία και παραµέτρους της βραχόµαζας που απαιτούνται την επίλυη των τεχνικών προβληµάτων χεδιαµού. Τρίτον να αποτελεί µια κοινή βάη υνεννόηης µεταξύ των επιτηµονικών ειδικοτήτων που αχολούνται µε τα γεωτεχνικά προβλήµατα. 2.1 ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ Ο Terzaghi το 1946 πρότεινε ένα πρώτο ύτηµα ταξινόµηης όπου υχέτιε τα χαρακτηριτικά της βραχόµαζας (αντοχή πετρώµατος και βαθµός κερµατιµού) µε τα φορτία που αναµένονται την επένδυη της ήραγγας ανάλογα µε τις διατάεις της διατοµής. Οι κατηγοριοποιήεις της βραχόµαζας ήταν εντελώς ποιοτικές. Το 1958 ο Lauffer ειήγαγε την έννοια του «χρόνου αυτοϋποτήριξης» δηλαδή της χρονικής διάρκειας ευτάθειας του ανυποτήρικτου τµήµατος µετά την εκκαφή που υχετίζεται άµεα µε τις διάφορες κατηγορίες βραχόµαζας. Το 1967 οι Deere et al. ειήγαγαν το «είκτη Ποιότητας Πετρώµατος» (RQD) που αποτελεί µια απλή και πρακτική µέθοδο περιγραφής της ποιότητας του πετρώµατος από τα δείγµατα µιας δειγµατοληπτικής γεώτρηης. Με βάη το δείκτη RQD προτάθηκαν κατηγορίες ποιότητας βραχόµαζας οι οποίες τη υνέχεια υχετίτηκαν µε τις αντίτοιχες απαιτήεις υποτήριξης. Τα µέχρι τώρα περιγραφέντα υτήµατα ταξινόµηης βαίζονται αποκλειτικά ε ποιοτικές περιγραφές και εκτιµήεις των χαρακτηριτικών της βραχόµαζας οι οποίες έχουν µεγάλη υποκειµενικότητα και δεν λαµβάνουν υπόψη κρίιµες παραµέτρους που χετίζονται µε τις αυνέχειες όπως ο προανατολιµός τους, το υλικό πλήρωης, η τραχύτητα κ.ά. Το 1972 οι Wickam, Tiedemann και Skinner πρότειναν την ταξινόµηη RSR (Rock Structure Rating) που αποτελεί την πρώτη ποοτική µέθοδο για την περιγραφή της ποιότητας της βραχόµαζας και 14

15 την επιλογή των απαιτήεων υποτήριξης. Το ύτηµα αυτό λαµβάνει υπόψη τρεις βαικούς παράγοντες που επηρεάζουν τη υµπεριφορά της βραχόµαζας: α) την υφή και δοµή του πετρώµατος, β) την επίδραη των αυνεχειών ε χέη µε τη διεύθυνη διάνοιξης και γ) την επίδραη των υπόγειων νερών. Επίης, λαµβάνονται υπόψη οι κατακευατικοί παράγοντες και τα γεωµετρικά χαρακτηριτικά του έργου την τελική ταξινόµηη (µέγεθος διατοµής βραχόµαζας, µέθοδος-τρόπος εκκαφής). Η ειαγωγή καθαρά ποοτικών περιγραφών των διαφόρων κριτηρίων ταξινόµηης της βραχόµαζας έγινε από τον Bieniawski (1973) που πρότεινε τη γεωµηχανική ταξινόµηη (ύτηµα RMR-Rock Mass Rating) και από τους Barton, Lien και Lude (1974) οι οποίοι πρότειναν το ύτηµα Q. Τα υτήµατα αυτά επεκτάθηκαν διεθνώς και περιέλαβαν ποοτικά τοιχεία χετικά µε τις απαιτήεις των πιο ύγχρονων µέτρων υποτήριξης ηράγγων όπως τα αγκύρια και το εκτοξευόµενο κυρόδεµα. Το 1994 ο Hoek πρότεινε το γεωλογικό δείκτη αντοχής (GSI-Geological Strength Index) που αποτελεί ένα ύτηµα ταξινόµηης για την εκτίµηη της αποµείωης της αντοχής της βραχόµαζας µέω της εφαρµογής του κριτηρίου θραύης Hoek-Brown για διαφορετικές γεωλογικές υνθήκες. Το 1995 ο Palmstrom πρότεινε το ύτηµα RMi (Rock Mass index) που βαίζεται ε παρατηρήεις υπαίθρου και απλές µετρήεις των βαικών παραµέτρων της βραχόµαζας. Ο δείκτης αυτός εκφράζει την αντοχή της βραχόµαζας και µπορεί να χρηιµοποιηθεί για υποτηρίξεις υπόγειων έργων, για την επίλυη του κριτηρίου θραύης Hoek-Brown και για την εκτίµηη της ικανότητας διάτρηης των µηχανηµάτων ολοµέτωπης διάνοιξης ηράγγων (TBM). 2.2 ΣΥΣΤΗΜΑ RMR Είναι γνωτό αν «Σύτηµα Bieniawski», προτάθηκε αρχικά το 1973 ενώ πήρε την τελική του µορφή το Περιλαµβάνει δύο τάδια. Στο πρώτο τάδιο η περιοχή για την οποία θα γίνει η ταξινόµηη διαχωρίζεται ε επιµέρους ζώνες και ε καθεµία από τις ζώνες αυτές τα κύρια χαρακτηριτικά της βραχόµαζας (λιθολογική ύταη, προανατολιµός και απόταη αυνεχειών, φυική κατάταη γεωλογικού χηµατιµού) φαίνονται µακροκοπικά παρόµοια. Τα όρια των ζωνών αυτών οριοθετούνται υνήθως από τις διάφορες γεωλογικές δοµές (π.χ. ρήγµατα, ζώνες διάτµηης ή από τις µεταβολές της λιθολογικής ύταης των γεωλογικών χηµατιµών). Στο δεύτερο τάδιο γίνεται για κάθε ζώνη, µε υτηµατική εργαία υπαίθρου ή λεπτοµερή εξέταη δειγµάτων από δειγµατοληπτικές γεωτρήεις, προδιοριµός οριµένων κριτηρίων τα οποία είναι: - Αντοχή ε ανεµπόδιτη (µονοαξονική) θλίψη του βραχώδους υλικού: εκτιµάται µε την εκτέλεη εργατηριακής δοκιµής αντοχής ε ανεµπόδιτη θλίψη ή µε τη χρήη της δοκιµής ε ηµειακή φόρτιη ή µε τη χρήη του φυριού Schmidt-L ή από επιτόπου µετρήεις µε τη χρήη του κλαικού γεωλογικού φυριού. 15

16 - είκτης ποιότητας πετρώµατος (RQD): εκτιµάται από µετρήεις ε βραχώδη δείγµατα γεωτρήεων ή µε υτηµατικές µετρήεις της απόταης των αυνεχειών και τον υπολογιµό του δείκτη Jv (υνολικό άθροιµα της επιµέρους πυκνότητας των κυρίων υτηµάτων αυνεχειών) µε χρήη της χέης του Palmstrom (1982): RQD= Jv (RQD=100 για Jv<4.5) (2.1) Άλλος τρόπος υπολογιµού είναι µε βάη τη µέη απόταη των αυνεχειών µε χρήη της χέης των Priest & Hudson (1976): s 0.1 RQD= 100e + (2.2) S - Απόταη µεταξύ αυνεχειών: εκτιµάται από µετρήεις υπαίθρου και τατιτική επεξεργαία των µετρήεων της απόταης για κάθε ύτηµα αυνεχειών χωριτά. - Κατάταη αυνεχειών: εκτιµάται από µετρήεις υπαίθρου της τραχύτητας, του ανοίγµατος, της αποάθρωης των τοιχωµάτων και του υλικού πλήρωης των αυνεχειών. Κατόπιν γίνεται τατιτική επεξεργαία όλων των µετρήεων για υγκεκριµένο ύτηµα αυνεχειών για την εκτίµηη των επικρατέτερων τατιτικά τιµών. - Υδρογεωλογικές υνθήκες: εκφράζεται ποιοτικά µε την ύπαρξη ή όχι υπόγειου νερού και ποοτικά µε την εκτίµηη των υδροτατικών πιέεων που αναπτύονται τις αυνέχειες. - Προανατολιµός των αυνεχειών ε χέη µε τη γεωµετρία του τεχνικού έργου: γίνεται αρχικά προδιοριµός των κυρίων υτηµάτων αυνεχειών τα οποία διατέµνουν τη βραχόµαζα και τη υνέχεια υγκρίνεται ο προανατολιµός των κύριων υτηµάτων αυνεχειών µε τον προανατολιµό και τα χαρακτηριτικά των κύριων γεωµετρικών τοιχείων του τεχνικού έργου. Το τελικό αποτέλεµα είναι η τελική βαθµονόµηη της βραχόµαζας (RMR) και η ταξινόµηή της ε µια από τις πέντε (5) κατηγορίες. Στο τρίτο τάδιο η ολοκλήρωη της κατάταξης της βραχόµαζας έχει αν αποτέλεµα τον καθοριµό της µηχανικής υµπεριφοράς της και την ποοτική εκτίµηη των µηχανικών παραµέτρων της και των απαιτήεων υποτήριξής της. Το ύτηµα RMR είναι ένα πολύ καλό ύτηµα ταξινόµηης µε ευρεία εφαρµογή για ήραγγες. Τα οβαρότερα µειονεκτήµατα (Κούκης-Σαµπατάκης 2007) είναι ότι έχει περιοριµένη αξιοπιτία ε πολύ πτωχής ποιότητας βραχόµαζες και µαλακά πετρώµατα. εν εφαρµόζεται ε όλες τις δυνατές εντατικές κατατάεις της βραχόµαζας ε µια ήραγγα. Ζώνες διαταραγµένες από ρήγµατα µε έντονες πτυχώεις δεν καλύπτονται από τις παραµέτρους βαθµονόµηης. Η βαθµονόµηη δεν είναι αρκετά ευαίθητη τις µεταβολές των επιµέρους παραµέτρων που τη υνθέτουν. 16

17 2.3 ΣΥΣΤΗΜΑ Q Βαίζεται τον ποοτικό προδιοριµό του δείκτη ποιότητας της βραχόµαζας Q που δίνεται από τη χέη: RQD J r J w Q= (2.3) J n J a SRF Όπου: RQD: ο δείκτης ποιότητας πετρώµατος Jn: αριθµητικός παράγοντας του πλήθους των υτηµάτων αυνεχειών Jr: αριθµητικός παράγοντας της τραχύτητας των αυνεχειών Ja: αριθµητικός παράγοντας του βαθµού αποάθρωης των τοιχωµάτων των αυνεχειών Jw: υντελετής αποµείωης λόγω ύπαρξης νερού τις αυνέχειες SRF: υντελετής αποµείωης λόγω των επιτόπου τάεων Ο λόγος (RQD/Jn) αντιπροωπεύει την υφή της βραχόµαζας. Ο λόγος (Jr/Ja) αντιπροωπεύει την τραχύτητα και τα χαρακτηριτικά τριβής των τοιχωµάτων των αυνεχειών ή του υλικού πλήρωης και αποτελεί ένα υγκριτικό µέτρο της διατµητικής αντοχής των βραχωδών τεµαχών. Ο λόγος (Jw/SRF) αποτελεί ένα υνδυαµό της επίδραης α) των υδροτατικών πιέεων που επηρεάζουν τη διατµητική αντοχή των αυνεχειών προκαλώντας µείωη της ορθής ενεργής τάης ή ακόµα απόπλυη του υλικού πλήρωης και β) των επιτόπου τάεων που έχουν προκαλέει ύνθλιψη του πετρώµατος. Η µεθοδολογία για την ταξινόµηη είναι αντίτοιχη µε αυτή που περιγράφεται για το ύτηµα RMR µε τρία βαικά τάδια και µε µόνη διαφορά τις παραµέτρους. Στο παράρτηµα φαίνονται εποπτικά όλοι οι πίνακες µε τις παραµέτρους και τις αντίτοιχες παραµέτρους για κάθε περίπτωη βραχόµαζας. 2.4 ΣΥΣΤΗΜΑ RMi O δείκτης RMi εκφράζει την αντοχή της βραχόµαζας ουιατικά ε ανεµπόδιτη (µονοαξονική) θλίψη και µπορεί να χρηιµοποιηθεί ε διάφορους υπολογιµούς όπως για υποτηρίξεις υπόγειων έργων, για την επίλυη του κριτηρίου θραύης Hoek-Brown για τη βραχόµαζα, καθώς και για την εκτίµηη της ικανότητας διάτρηης των µηχανηµάτων ολοµέτωπης διάνοιξης ηράγγων. Ο δείκτης βραχόµαζας (RMi Rock Mass Index) ορίζεται από τις παρακάτω χέεις: Για έντονα διακλαµένη βραχόµαζα: 17

18 RMi 2 D = c JP= c 0. jcvb (D=0.37jC -0.2 ) (2.4) Για υµπαγές πέτρωµα: RMi= C f = C 0. 5 C (2.5) Db C : η αντοχή ε ανεµπόδιτη (µονοαξονική) θλίψη του βραχώδους υλικού που αναφέρεται ε βραχώδη δείγµατα διαµέτρου 50mm jc: αριθµητικός παράγοντας της κατάταης των αυνεχειών που εκτιµάται απ το υνδυαµό της εξάπλωης της αυνέχειας (jl), της τραχύτητας (jr) και της αποάθρωης των τοιχωµάτων (ja), ενώ η τιµή του δίνεται από τη χέη: (jc)=(jl)(jr)/(ja) (2.6) Vb: ο µέος όγκος των βραχωδών τεµαχών ε m³ (η ιοδύναµη διάµετρος των τεµαχών ε m εκφράζεται από την παράµετρο: D= 3 Vb (2.7) Jp: αριθµητικός παράγοντας που αντιπροωπεύει το βαθµό τεµαχιµού της D βραχόµαζας λόγω αυνεχειών και δίνεται από τη χέη: jp=0.2 jc Vb (2.8) f: αριθµητικός παράγοντας που εκφράζει το κατά πόο υµπαγές είναι το πέτρωµα. Η τιµή του δίνεται από τη χέη: f=(0.05/db) 0.2 (2.9) Για (jp) η βραχόµαζα θεωρείται υµπαγής και είναι f=0.5, ενώ για (jp)<0.50 η βραχόµαζα θεωρείται διακλαµένη και εφαρµόζεται η παραπάνω χέη. 2.5 ΣΥΣΤΗΜΑ GSI Το ύτηµα GSI είναι ένα ύτηµα ταξινόµηης που εκτιµά την αντοχή της βραχόµαζας για διαφορετικές γεωλογικές υνθήκες και βαίζεται ε παρατηρήεις υπαίθρου. Τόο η υφή του πετρώµατος όο και η επιφάνεια των αυνεχειών λαµβάνονται υπόψη και οδηγούν τον υπολογιµό της τιµής του GSI (Geological Strength Index είκτης Γεωλογικής Αντοχής). Γίνεται διάκριη για οµογενείς και ετερογενείς βραχόµαζες οι οποίες εµφανίζουν διαφορετική υµπεριφορά. 18

19 Εικ. 1 Εκτίµηη GSI ε οµογενείς βραχόµαζες 19

20 Εικ. 2 Εκτίµηη GSI ε ετερογενείς βραχόµαζες 2.6 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ GSI TOOL Στα πλαίια της µεταπτυχιακής εργαίας αναπτύχθηκε το βοηθητικό πρόγραµµα GSI Tool που υπολογίζει την τιµή του δείκτη γεωλογικής αντοχής (GSI) ανάλογα µε το πώς χαρακτηρίζει ο χρήτης τη δοµή της βραχόµαζας και την κατάταη της επιφάνειας των αυνεχειών. Το πρόγραµµα δίνει ένα εύρος τιµών για το GSI και ο χρήτης ανάλογα µε τα τοιχεία και την εικόνα που διαθέτει για το πέτρωµα, επιλέγει την τελική τιµή. Κατακευάτηκε µε τη βοήθεια της γλώας προγραµµατιµού Visual Basic. 20

21 Εικ.3 Οµογενείς βραχόµαζες Εικ.4 Ετερογενείς βραχόµαζες 21

22 Εικ.5 Πίνακας GSI (οµογενείς βραχόµαζες) Εικ.6 Πίνακας GSI (ετερογενείς βραχόµαζες) 22

23 Εικ.7 Οδηγίες προγράµµατος Εικ.8 Ιτορικό προγράµµατος 23

24 Εικ.9 Απάντηη προγράµµατος 3. ΤΡΟΠΟΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ 3.1 ΜΕΘΟ ΟΣ ΝΑΤΜ Η βαική ιδέα πίω από τη µέθοδο ΝΑΤΜ είναι η ενεργοποίηη της αντοχής της περιβάλλουας της εκκαφής ώτε να περιοριτεί το ελάχιτο η απουµπίεη και η χαλάρωή της βραχόµαζας. Αυτό επιτυγχάνεται µε την τοποθέτηη άµεης υποτήριξης κυρίως από εκτοξευόµενο κυρόδεµα και αγκύρια που ενιχύουν την περιβάλλουα βραχόµαζα και υµβάλλουν την πίεη ταθεροποίηης που προκύπτει από το φαινόµενο της θολωτής δράης. Η χεδιαµός της διάνοιξης εξαρτάται από την επιφάνεια της τελικής διατοµής και από την ποιότητα της βραχόµαζας. Συνήθως γίνεται εκκαφή που πραγµατοποιείται ε τρεις φάεις από πάνω προς τα κάτω. Η πρώτη φάη εκκαφής περιλαµβάνει το θόλο ή την τοξωτή άνω ηµιδιατοµή η οποία µπορεί να εκαπτεί και ε περιότερες υποφάεις κατά πλάτος της ήραγγας. Η δεύτερη φάη γίνεται το υπόλοιπο τµήµα παραλληλόγραµµου χήµατος. Η τρίτη φάη περιλαµβάνει το ανετραµµένο τόξο. Είναι επίης δυνατή η εκκαφή µε πλευρικές τοές η οποία εφαρµόζεται ε περιπτώεις έργων µεγάλων διατάεων ή µεγάλης διατοµής ήραγγες που κατακευάζονται ε βραχόµαζα χαµηλής ποιότητας. Ο κύκλος εργαιών που ακολουθείται είναι: (α) ιαµόρφωη των µετώπων τα τόµια µε την τοποθέτηη προπλαιίων καθώς και µέτρων προταίας 24

25 από καταπτώεις βραχωδών τεµαχίων τα πρανή των τοµίων. (β) Τοπογραφική χάραξη της γραµµής ελάχιτης εκκαφής. (γ) Εξόρυξη βράχου µε µηχανική εκκαφή ή χρήη εκρηκτικών. Τα βήµατα που ακολουθούνται κατά την προχώρηη της εκκαφής είναι η αποµάκρυνη επιφαλών όγκων αµέως µετά την εξόρυξη, η αποκοµιδή των προϊόντων εκκαφής και η γεωλογική αποτύπωη του µετώπου και των τοιχωµάτων της εκκαφής µε βάη τα διάφορα υτήµατα ταξινόµηης. Τα µέτρα άµεης υποτήριξης είναι τα αγκύρια, το εκτοξευόµενο κυρόδεµα, τα µεταλλικά πλαίια, οι δοκοί και ράβδοι προπορείας κ.ά. Η µόνιµη επένδυη κατακευάζεται από οπλιµένο κυρόδεµα, υνήθως µετά την ολοκλήρωη της διάνοιξης και της άµεης υποτήριξης του υνόλου του µήκους της ήραγγας, οπότε και έχουν ολοκληρωθεί οι µετακινήεις-παραµορφώεις τη βραχόµαζα και έχει επέλθει ιορροπία των επιτόπου τάεων. Η ιδιαιτερότητα της µεθόδου ΝΑΤΜ περιλαµβάνει τη διάνοιξη ηράγγων µε : 1. Ελεύθερο µέτωπο εκκαφής, δηλαδή χωρίς πίεη το µέτωπο µε µηχανικά µέα (π.χ. ΤΒΜ) 2.Αµεη υποτήριξη του τοιχώµατος της ήραγγας µε εκτοξευόµενο κυρόδεµα ή/και αγκύρια βράχου, δηλαδή χωρίς υποτήριξη µε υµβατικές µεθόδους (π.χ. ξύλινες δοκούς) χωρίς άµεη υποτήριξη µε µεταλλικό κέλυφος (απίδα) και χωρίς άµεη εφαρµογή τελικής επένδυης από προκατακευαµένα τοιχεία ή έγχυτο κυρόδεµα Η επιτυχής διάνοιξη και προωρινή υποτήριξη ηράγγων µε τη µέθοδο ΝΑΤΜ βαίζεται ε ηµαντικό βαθµό τη υτηµατική παρακολούθηη της υµπεριφοράς της ήραγγας και τη υνεχή προαρµογή των χαρακτηριτικών της διάνοιξης και υποτήριξης µε βάη τα αποτελέµατα της παρακολούθηης (π.χ. τροποποίηη του βήµατος εκκαφής και της διαδικαίας τοποθέτηης των µέτρων προωρινής υποτήριξης, πύκνωη ή αραίωη των µέτρων προωρινής υποτήριξης, τροποποίηη του πάχους του εκτοξευόµενου κυροδέµατος, τροποποίηη του µήκους των αγκυρίων, προθήκη αγκυρίων ε χαρακτηριτικές θέεις κλπ). Η παρακολούθηη της υµπεριφοράς της ήραγγας γίνεται µέω υτηµατικών µετρήεων και κατάλληλης αξιολόγηής των. Κατά τη διάνοιξη και υποτήριξη ηράγγων υνήθως µετρούνται τα εξής (Καββαδάς 2005): 1. Μετακινήεις: του τοιχώµατος της ήραγγας, της βραχόµαζας που περιβάλλει τη ήραγγα και της επιφάνειας του εδάφους. 2. Πιέεις: της βραχόµαζας το εκτοξευόµενο κυρόδεµα, υδατικές πιέεις το έδαφος που περιβάλλει τη ήραγγα. 3. υνάµεις: εφελκυµός τα αγκύρια, θλίψη/κάµψη τα χαλύβδινα πλαίια. 4. Παροχή διηθήεων υπογείων υδάτων. Τα πλεονεκτήµατα της ΝΑΤΜ ε χέη µε άλλες µεθόδους είναι τα εξής: - Προαρµόζεται εύκολα ε µεταβαλλόµενες γεωτεχνικές υνθήκες. Συνεπώς δύκολα αποτυγχάνει ακόµη και ε περιπτώεις όπου οι παραδοχές της µελέτης διαφέρουν ηµαντικά από τις επιτόπου υνθήκες 25

26 - Πλεονεκτεί ε περιπτώεις έντονα διογκούµενων εδαφών όπου η µηχανική διάνοιξη (ΤΒΜ) µπορεί να αποτύχει πλήρως - Προαρµόζεται εύκολα ε µεταβολές της γεωµετρίας της διατοµής (π.χ. διευρύνεις της διατοµής) - Πλεονεκτεί ε διατοµές µεγάλου µεγέθους (πολλαπλές φάεις) - Μπορεί να εφαρµοθεί τη διάνοιξη µη-κυκλικών διατοµών - Επιτρέπει ευκολότερη τεγάνωη της ήραγγας µε υνθετική µεµβράνη (που τοποθετείται µεταξύ της άµεης και της τελικής επένδυης) - Περιλαµβάνει µηχανικό εξοπλιµό χετικώς µικρού κότους και υνεπώς πλεονεκτεί οικονοµικά ε ήραγγες µικρού µήκους - εν απαιτεί µεγάλη αρχική οικονοµική επένδυη, αλλά έχει υψηλό κότος προωπικού - Σε οµοιογενείς γεωτεχνικές υνθήκες επιτυγχάνουν ταχύτερους ρυθµούς διάνοιξης - Υπάρχουν κατάλληλα µηχανήµατα πρακτικώς για όλους τους τύπους των εδαφών. Υπάρχει µεγάλο πρόβληµα ε περιπτώεις µεταβαλλόµενων γεωτεχνικών υνθηκών - Σε οµοιογενείς γεωτεχνικές υνθήκες και ήραγγες µεγάλου µήκους επιτυγχάνουν µικρότερο λειτουργικό κότος. Έχουν µικρό κότος προωπικού, αλλά υψηλή αρχική επένδυη - Ελέγχουν καλύτερα το µέτωπο εκκαφής ε περιπτώεις ατάθειας (π.χ. εδάφη µικρής αντοχής, άµµοι) ή λόγω έντονης ειροής νερού µέω της εφαρµογής αντι-πίεης και της "κλειτής" κεφαλής 3.2 ΜΕΘΟ ΟΣ ΝΤΜ Η µέθοδος αυτή βαίζεται το ύτηµα ταξινόµηης της βραχόµαζας Q. Εφαρµόζεται για διακλαµένο πέτρωµα µε εύρος αντοχών ε µονοαξονική θλίψη 3 έως 300MPa και για αργιλικές ζώνες µε ιχυρές επιτόπου τάεις. Οι υνήθεις µέθοδοι εκκαφής υνίτανται ε διάτρηη και χρήη εκρηκτικών, µηχανήµατα ολοµέτωπης κοπής (ΤΒΜ) για κληρά πετρώµατα και µηχανική εκκαφή ε αργιλικές ζώνες. Η προωρινή και µόνιµη υποτήριξη περιλαµβάνει ινοπλιµένο εκτοξευόµενο κυρόδεµα, υτηµατική τοποθέτηη αγκυρίων, περιταιακά αγκύρια, δακτύλιο από ινοπλιµένο εκτοξευόµενο κυρόδεµα µε χαλύβδινες ράβδους και προκατακευαµένα µε κυρόδεµα πλαίια. Η προωρινή υποτήριξη αποτελεί µέρος της µόνιµης υποτήριξης, δε χρηιµοποιείται ενίχυη µε µεταλλικό πλέγµα, δε χρηιµοποιείται εκτοξευόµενο κυρόδεµα που παρακευάζεται αν ξηρό µίγµα (gunite) αλλά µόνο αν υγρό µίγµα και δε χρηιµοποιούνται άκαµπτα ή εύκαµπτα µεταλλικά πλαίια. Η µέθοδος ΝΤΜ εφαρµόζεται κυρίως ε διακλαµένες βραχόµαζες που έχουν την τάη να δηµιουργούν υπερεκκαφές και όπου η διάνοιξη γίνεται µε τη χρήη εκρηκτικών. 26

27 3.3 ΜΕΘΟ ΟΣ CUT & COVER Με τη µέθοδο αυτή κατακευάζονται υνήθως ήραγγες µικρού βάθους. Στην πράξη ανοίγεται µια τάφρος και αφού κατακευατεί µέα της η ήραγγα γίνεται επίχωη. Προβλέπεται προωρινή αντιτήριξη για την εκκαφή. Επίης ο τόχος είναι η τµηµατική επίχωη του ορύγµατος έτι ώτε να µην διακόπτεται η κυκλοφορία για µεγάλο χρονικό διάτηµα. Ενδείκνυται για ρηχές κατακευές και όταν δεν υπάρχουν ιδιοκτηίες την εγγύτερη περιοχή του έργου. 3.4 ΜΕΘΟ ΟΣ ΜΕ ΤΒΜ Υπάρχουν δύο κύριες κατηγορίες µηχανηµάτων εκκαφής ηράγγων: (α) Τα µηχανήµατα ηµειακής κοπής που προβάλλουν ένα περιοριµένο τµήµα του µετώπου εκκαφής και χρηιµοποιούνται ε ήραγγες µη κυκλικής διατοµής µε ενδεικτική ταχύτητα προχώρηης 8-10µ. την ηµέρα. (β) Τα µηχανήµατα ολοµέτωπης εκκαφής που προβάλλουν όλη την έκταη του µετώπου εκκαφής και εκκάπτουν µόνο κυκλικές διατοµές. Αποτελούνται από την κεφαλή κοπής, το ύτηµα προώθηης της κοπτικής κεφαλής και της απίδας µαζί µε το ύτηµα µετάδοης της κίνηης περιτροφής της κοπτικής κεφαλής, καθώς και το ύτηµα µεταφοράς και αποκοµιδής των προϊόντων εκκαφής και την απίδα. Υπάρχουν οι εξής τύποι ΤΒΜ ολοµέτωπης εκκαφής: (1) ΤΒΜ ανοικτού τύπου χωρίς απίδα για προωρινή υγκράτηη των τοιχωµάτων, κατάλληλο για καλής ποιότητας βραχόµαζες (2) ΤΒΜ µε απλή ή διπλή απίδα για µέτρια και πτωχής ποιότητας βραχόµαζες (3) ΤΒΜ µε απίδα εξιορρόπηης της πίεης εδάφους για αταθείς εδαφικές κατατάεις µε εφαρµογή ε µαλακά και πλατικά γεωϋλικά (4) ΤΒΜ κλειτού µετώπου όπου η υποτήριξη του µετώπου γίνεται µε τη βοήθεια µπετονίτη και χρηιµοποιείται ε αµµώδη και χαλικώδη εδάφη Τα πλεονεκτήµατα της χρήης µηχανηµάτων ολοµέτωπης εκκαφής είναι η υψηλή ταχύτητα προχώρηης ε χέη µε τις κλαικές µεθόδους εξόρυξης, η µικρή διαταραχή της βραχόµαζας, οι µειωµένες δονήεις, η διαµόρφωη οµοιόµορφης διατοµής, η ηµαντική µείωη των υπερεκκαφών, η τυποποίηη της υποτήριξης και η αυξηµένη αφάλεια των εργαζοµένων. Τα µειονεκτήµατα είναι το υψηλό κότος, οι µειωµένες επιδόεις, η προβληµατική υµπεριφορά ε δύκολες γεωλογικές υνθήκες και τα προβλήµατα ε ειροές υπόγειων νερών. 4. ΜΕΤΡΑ ΥΠΟΣΤΗΡΙΞΗΣ ΣΗΡΑΓΓΩΝ 1. ιάνοιξη και προωρινή υποτήριξη: 27

28 Σκοπός: προωρινή ευτάθεια της διατοµής και περιοριµός των παραµορφώεων (ύγκλιη τοιχώµατος, καθιζήεις εδάφους) 2. Τελική επένδυη Σκοπός: ανάληψη µακροχρόνιων και υδραυλικών φορτίων, τεγανότητα και αιθητική του εωρραχίου Μέτρα βελτίωης της ευτάθειας του µετώπου: - Αύξηη του αριθµού των φάεων εκκαφής (µείωη των διατάεων του µετώπου) - ιαµόρφωη του µετώπου µε κλίη ως προς την κατακόρυφο (εδαφικός τάκος) - Ενίχυη του µετώπου µε αγκύρια (υνήθως fiberglass) - Ενίχυη της οροφής µε ράβδους ή δοκούς προπορείας (spiles, forepoling) - Κατακευή τιµεντενέεων το µέτωπο (ε διαπερατούς χηµατιµούς) - Προωρινή κάλυψη του µετώπου µε εκτοξευόµενο κυρόδεµα (ε περιπτώεις διακοπής των εργαιών διάνοιξης) 1. Εκτοξευόµενο κυρόδεµα (shotcrete) Η παιπάλη πυριτίου είναι µια λεπτόκοκκη ποζολάνη η οποία αντιδρά µε το υδροξείδιο του αβετίου (Ca(OH)2) που παράγεται κατά την ενυδάτωη του τιµέντου και υντελεί την αύξηη της αντοχής του κυροδέµατος και τη µείωη της διαπερατότητάς του Με την προθήκη της ποζολάνης επιτυγχάνεται µείωη της αναπήδηης (rebound) κατά την εκτόξευη, βελτίωη της πρόφυης τη βραχόµαζα και δυνατότητα αύξηης του πάχους της τρώης του νωπού κυροδέµατος (λόγω αύξηης του ιξώδους και της πρόφυης) έως και ε 200mm. Η πλατιµότητα και η εφελκυτική αντοχή του εκτοξευόµενου κυροδέµατος µπορούν να αυξηθούν µε την προθήκη µεταλλικών ινών (steel fιbres) οι οποίες δρουν ως οπλιµός Η προθήκη µεταλλικών ινών ως οπλιµού του εκτοξευόµενου κυροδέµατος τείνει να αντικατατήει την όπλιη µε µεταλλικά πλέγµατα (wire mesh reinforcement). Η υνήθης αναλογία µεταλλικών ινών είναι kg ανά κυβικό µέτρο κυροδέµατος Η προθήκη µεταλλικών ινών πλεονεκτεί ως προς τη χρήη µεταλλικού πλέγµατος και για τους εξής λόγους: * εν προκαλεί αυξηµένη αναπήδηη του κυροδέµατος * εν υπόκειται ε ηλεκτρολυτική διάβρωη επειδή οι ίνες δεν είναι υνεχείς * Η χρήη των ινών είναι ταχύτερη και κατακευατικά ευκολότερη ιδίως όταν η επιφάνεια της βραχόµαζας είναι ανώµαλη. Η χρήη µεταλλικού πλέγµατος πλεονεκτεί το δάπεδο της ήραγγας (λόγω κότους) και όπου αναµένεται πιθανή ρηγµάτωη του εκτοξ. κυροδέµατος (καλύτερος έλεγχος κατάρρευης) 2. Αγκύρια βράχου ιακρίνονται ε δυο κατηγορίες : Προεντεταµένα αγκύρια (tensioned cables) 28

29 Αποτελούνται από χαλύβδινους τένοντες (strands) και βαίζονται την ενεργητική φόρτιη της βραχόµαζας λόγω της προένταης. Παθητικά αγκύρια (rock-bolts) Η λειτουργία τους βαίζεται τη φόρτιη λόγω της παραµόρφωης της βραχόµαζας Τα παθητικά αγκύρια διακρίνονται ε: αγκύρια υνεχούς πρόφυης (fully bonded) Πρόφυη µε τιµεντένεµα Πρόφυη µε ρητινένεµα Αµεης πρόφυης (Swellex, Split-set, κλπ) αγκύρια πρόφυης άκρου (end anchored) (υνήθως είναι διατελλόµενης κεφαλής) Στα αγκύρια υνεχούς πρόφυης ανήκουν οι εξής τύποι: (α) Οι ηλώεις βράχου (grouted nails) Αποτελούνται από χαλύβδινη ράβδο (StIV, Φ20-25mm) η οποία τοποθετείται εντός οπής (διαµέτρου 38-50mm) που πληρούται µε ένεµα (τιµεντένεµα ή ένεµα υνθετικής ρητίνης). Οι ηλώεις αυτές είναι υνήθως προωρινές, µπορούν όµως να λειτουργήουν και ως µόνιµες µε κατάλληλη προταία από τη διάβρωη. (β) Οι ηλώεις χωρίς ενεµάτωη τύπου Swellex (Atlas-Copco) ή τύπου Split- Set (Ingersoll-Rand) Αποτελούνται από κοίλη µεταλλική διατοµή και αποκτούν υνεχή πρόφυη µε τη βραχόµαζα µε ειπίεη νερού το εωτερικό της διατοµής που προκαλεί τη διόγκωή της. Εχουν µικρή διάρκεια ζωής (λόγω έλλειψης προταίας από τη διάβρωη και λόγω της λεπτότοιχης διατοµής). Το κύριο πλεονέκτηµά τους είναι ότι αναλαµβάνουν φορτία πολύ γρήγορα επειδή δεν απαιτούν την πήξη του ενέµατος για την επίτευξη πρόφυης. 3. Χαλύβδινες νευρώεις Λειτουργούν κυρίως ως οπλιµός του εκτοξευόµενου κυροδέµατος για την αύξηη της δυκαµψίας και της πλατιµότητάς του αλλά και για τη βελτίωη της δυνατότητας ανάληψης φορτίων Είναι των εξής τύπων : Τυποποιηµένες διατοµές, υνήθως πλατύπελµες ΗΕΒ ικτυωτά πλαίια (lattice girders). Αποτελούνται από ράβδους οπλιµού και υνδετήρες µε τη µορφή χωροδικτυώµατος Συτοιχίες χαλύβδινων ράβδων οπλιµού (π.χ. 4-6 ράβδοι Φ28 ε παράλληλη διάταξη, υνδεδεµένες µε εγκάριους υνδετήρες) Συνήθως θεωρείται ότι τα µέτρα προωρινής υποτήριξης παύουν να αναλαµβάνουν φορτία µε την πάροδο του χρόνου µετά την κατακευή της τελικής επένδυης, επειδή: 1. Το εκτοξευόµενο κυρόδεµα της προωρινής υποτήριξης έχει µεγαλύτερο ερπυµό από το έγχυτο κυρόδεµα της τελικής επένδυης. 29

30 2. Τα χαλύβδινα πλαίια υνήθως δεν έχουν την απαραίτητη επικάλυψη και διαβρώνονται. 3. Τα αγκύρια διαβρώνονται και έρπουν λόγω παρεµπόδιης της µετακίνηης της κεφαλής τους. Αρχές χεδιαµού της τελικής επένδυης ηράγγων : 1. Η τελική επένδυη αναλαµβάνει µέρος (ή το ύνολο) των φορτίων της περιβάλλουας βραζόµαζας (υνήθως θεωρείται ότι η προωρινή υποτήριξη καθίταται ανενεργή την µόνιµη κατάταη της ήραγγας). 2. Η τελική επένδυη υνήθως κατακευάζεται µετά την ολοκλήρωη της διάνοιξης και άµεης υποτήριξης του υνόλου του µήκους της ήραγγας αλλά οπωδήποτε αφού η ήραγγα ιορροπήει µε την άµεη υποτήριξη. Η τελική επένδυη χεδιάζεται να αναλάβει τα εξής φορτία: 1. Το φορτίο των προωρινών αγκυρίων (ε βραχόµαζα µε έντονα ερπυτική υµπεριφορά, ή πιθανότητα διάβρωης των αγκυρίων). 2. Το φορτίο των χαλύβδινων πλαιίων ε περίπτωη που έχουν ανεπαρκή επικάλυψη και µπορούν να διαβρωθούν 2. Το φορτίο του εκτοξευόµενου κυροδέµατος ε περίπτωη που έχει έντονο ερπυµό (π.χ. λόγω των προµίκτων). 3. Μέρος του φορτίου του εκτοξευόµενου κυροδέµατος, ώτε το αποµένον φορτίο του εκτοξευόµενου κυροδέµατος να ικανοποιεί τις απαιτήεις αφαλείας µονίµου έργου (κατά την άµεη υποτήριξη της ήραγγας το εκτοξευόµενο κυρόδεµα µπορεί να λειτουργεί µε µειωµένο υντελετή αφαλείας) 4. Τυχόν αυξηµένα µακροχρόνια φορτία της βραχόµαζας λόγω ερπυµού 5. Τυχόν υδατικές πιέεις λόγω πληµµελούς αποτράγγιης ή απρόβλεπτης απόφραξης του υτήµατος αποτράγγιης 6. Τυχόν φορτία από µελλοντικές κατακευές που φορτίζουν τη ήραγγα 7. Τυχόν ειµική επιφόρτιη της ήραγγας Η διαδικαία εκκαφής και βαθµιαίας υποτήριξης της ήραγγας επιτρέπει την ελεγχόµενη αποτόνωη της βραχόµαζας (µέω της ύγκλιης του τοιχώµατος). Έτι αναπτύεται το «φαινόµενο θόλου» τη βραχόµαζα και µειώνεται η πίεη την άµεη υποτήριξη. Η ανάλυη της διάνοιξης και άµεης υποτήριξης πρέπει να προοµοιώνει όλες τις φάεις διάνοιξης και υποτήριξης της ήραγγας. Ειδικότερα απαιτείται η προοµοίωη : 1. Της ύγκλιης της βραχόµαζας πριν από την τοποθέτηη των µέτρων άµεης υποτήριξης. Η ύγκλιη αυτή υµβαίνει: πριν το µέτωπο εκκαφής φθάει τη υγκεκριµένη θέη το διάτηµα που µεολαβεί µεταξύ της εκκαφής και της τοποθέτηης των µέτρων άµεης υποτήριξης 30

31 Τα ανωτέρω µπορούν να προοµοιωθούν είτε µέω του υντελετή αποτόνωης των τάεων (λ) (καµπύλες Panet) είτε µέω µιας ιοδύναµης αποµείωης του µέτρου ελατικότητας (Ε/Εο <1) 2. Της βαθµιαίας ενεργοποίηης των µέτρων άµεης υποτήριξης π.χ. της βαθµιαίας αύξηης του µέτρου ελατικότητας του εκτοξευόµενου κυροδέµατος, της βαθµιαίας αύξηης της υνάφειας των αγκυρίων πλήρους πάκτωης µε τιµεντένεµα, της ατελούς επαφής των χαλύβδινων πλαιίων µε τη βραχόµαζα κλπ. 5. ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ 5.1 ΚΡΙΤΗΡΙΟ MOHR-COULOMB Θεωρώντας ένα τµήµα βράχου που υπόκειται τις κύριες τάεις 1 και 3, η ορθή και η διατµητική τάη ε ένα κεκλιµένο επίπεδο δίνονται από τις χέεις: = cos 2β (5.1) τ = sinβ (5.2) 2 Όπου β: η γωνία µεταξύ της διεύθυνης της 1 και του κεκλιµένου επιπέδου. Οι παραπάνω χέεις µπορούν να παραταθούν από τον κύκλο του Mohr για διάφορες κατευθύνεις του κεκλιµένου επιπέδου. Για κάθε ζεύγος (1, 3) που προκαλεί ατοχία, υφίταται ένας κύκλος µε αποτέλεµα τη δηµιουργία µιας οµάδας κύκλων. Η περιβάλλουα που περικλείει τους κύκλους λέγεται περιβάλλουα του Mohr. Κάθε κύκλος που δηµιουργείται για ένα ζεύγος τάεων (1, 3) που ακούνται τη βραχόµαζα ο οποίος αγγίζει ή τέµνει την περιβάλλουα, προκαλεί ατοχία. Το κριτήριο Mohr-Coulomb ορίζει ότι η ατοχία ε ένα επίπεδο πραγµατοποιείται όταν: τ = τ s + µ (5.3) Όπου, τ η ορθή και διατµητική τάη το επίπεδο, µ=tanφ, µ και φ είναι ο υντελετής και η γωνία εωτερικής τριβής και τ s είναι η διατµητική δύναµη. Αν οι, τ αναχθούν τις χέεις που είδαµε για την περιβάλλουα προκύπτει ότι: τ - µ= ( sin 2β + µ cos 2β) µ (5.4)

32 Με τη µέγιτη τιµή να πραγµατοποιείται για tan2β=1/µ=cotφ, µε αποτέλεµα να προκύπτει: sin 2β = 1,cos 2β = µ (5.5) 2 1+ µ 2 1+ µ 2 2 Το κριτήριο ατοχίας γίνεται: ( 1 µ µ ) ( 1+ µ + µ ) 2τ s + (5.6) 1 3 = Από τα παραπάνω οι αρχικές χέεις για,τ παίρνουν τη µορφή: = sinφ (5.7) τ = cosφ (5.8) ΚΡΙΤΗΡΙΟ HOEK-BROWN To 1980 οι Hoek και Brown πρότειναν ένα µη γραµµικό κριτήριο αντοχής της βραχόµαζας βαιµένο ε εµπειρικές θεωρήεις από διάφορα τεχνικά έργα. Η βαική παραδοχή ήταν η βραχόµαζα η οποία διατέµνεται από πολλαπλά υτήµατα αυνεχειών από τα οποία όµως κανένα δεν δηµιουργεί δυνητική ατάθεια, ώτε η βραχόµαζα να µπορεί να θεωρηθεί αν «ιότροπη» και χωρίς την παρουία λεπτοµερών υλικών τη δοµή της. Το αρχικό κριτήριο που βαίζεται τα χαρακτηριτικά του βραχώδους υλικού περιγράφεται από την παρακάτω χέη: mb ci 1 = s (5.9) ci 3 Όπου 1, 3 : η µέγιτη και ελάχιτη ενεργή κύρια τάη κατά τη θραύη (αξονική και πλευρική ενεργή τάη αντίτοιχα) ci : η αντοχή ε µονοαξονική θλίψη του βραχώδους υλικού mb και s : ταθερές που εξαρτώνται από τις ιδιότητες του βραχώδους υλικού και τα χαρακτηριτικά της βραχόµαζας Για το βραχώδες υλικό η παραπάνω χέη έχει εφαρµογή µε τιµές s=1 και mb=mi. Οι τιµές του mi µπορούν να υπολογιτούν από τριαξονικές εργατηριακές δοκιµές ε κυλινδρικά δείγµατα του βραχώδους υλικού. Το 1988 οι Hoek και Brown πρότειναν την εκτίµηη των s, mb µε το ύτηµα ταξινόµηης RMR θεωρώντας εντελώς τεγνές υνθήκες βραχόµαζας και ευνοϊκό προανατολιµό αυνεχειών. Για αδιατάρακτες βραχόµαζες (µετά από ήπια χρήη εκρηκτικών ή εκκαπτικών µηχανηµάτων) ιχύουν οι εξής χέεις: 32

33 RMR m = m e (5.10) b i RMR s = e (5.11) Για διαταραγµένες βραχόµαζες (µετά από χρήη εκρηκτικών) ιχύουν οι ακόλουθες χέεις: RMR m = m e (5.12) b i RMR s = e (5.13) Για να υµπεριληφθούν οι έντονα διακλαµένες βραχόµαζες µε µηδενική εφελκυτική αντοχή οι Hoek, Wood και Shah πρότειναν το τροποποιηµένο κριτήριο που περιγράφεται από τη χέη: m b = ci (5.14) ci α Ακολούθηαν υνεχείς τροποποιήεις µε τόχο να υµπεριληφθεί ολόκληρο το εύρος της ποιότητας της βραχόµαζας, δηλαδή να ληφθούν υπόψη τόο οι µέτριας µέχρι πολύ πτωχής ποιότητας βραχόµαζες όο και πολύ πτωχής ποιότητας βραχόµαζες µε αυξηµένη παρουία λεπτοµερών υλικών. Το κριτήριο Hoek-Brown πήρε τη γενικευµένη του µορφή µετά το 1994 µε την παρακάτω χέη: m b 3 = ci + s (5.15) ci α Σε αδιατάρακτη βραχόµαζα µε GSI>25 ιχύουν οι παρακάτω χέεις: GSI m = m e (5.16) b i GSI s = e (5.17) α=0.5 33

34 Σε αδιατάρακτη πτωχής ποιότητας βραχόµαζα για GSI<25 ιχύουν οι παρακάτω χέεις: s=0 α=0.65-(gsi/200) (5.18) Για το βραχώδες υλικό ιχύει: mb=mi, s=1 και α=0.5 Οι πλέον πρόφατες εξελίξεις έχουν οδηγήει την εφαρµογή των ακόλουθων χέεων ανεξάρτητα της τιµής του GSI: m b = m e i GSI D (5.19) s= e GSI D (5.20) GSI /15 3 ( e 20 / ) 1 a= e 2 (5.21) O παράγοντας διατάραξης D εξαρτάται από το βαθµό διατάραξης που έχει υποτεί η βραχόµαζα από την επίδραη εκρηκτικών ή από την ανακατανοµή και αποτόνωη των τάεων και κυµαίνεται από 0 για αδιατάρακτες βραχόµαζες µέχρι 1 για πολύ διαταραγµένες. Οι τιµές της ταθεράς mi προδιορίζονται από πίνακες κατά λιθολογικό τύπο πετρώµατος. Το κριτήριο Hoek-Brown υχετίζεται µε το κριτήριο Mohr-Coulomb µέα από τις χέεις του Balmer (1954) οι οποίες υχετίζουν τις ορθές και διατµητικές τάεις (τα, n) µε τις κύριες τάεις ( 1, 3) ως εξής: 1 + 3k n = (5.22) k+ 1 ( + ) 1 3 k τ = (5.23) k+ 1 Όπου k = (5.24) 1 3 Κατά τους Hoek at al. (2002) έχουµε: k 1 mb = = 1+ am b 3 ci 3 + s a 1 (5.25) 34

35 35 ( ) ( ) = ) )(2 2(1 6 sin α α α α α φ n b b n b b m s m m s am (5.26) c = ( ) [ ]( ) ( ) ( ) [ ] ) ( ) )(2 (1 ) ( α α α α α α α n b b n b n b ci m s m m s m a s a (5.27) όπου ci n max 3 3 = (5.28) max 0.47 Η = γ cm cm (5.29) c cm φ φ sin 1 cos 2 = (5.30) ( ) [ ] ) )(2 2( a a s m s m a s m a b b b ci cm = (5.31) = o cm p ε (5.32)

36 5.3 ΚΡΙΤΗΡΙΟ GRIFFITH Σχήµα 1 ιάγραµµα τάεως-βραχύνεως Σαν όλκιµη υµπεριφορά χαρακτηρίζεται η πλατική εκείνη κατάταη του υλικού την οποία καθώς ε αυτό αυξάνεται η µόνιµη παραµόρφωή του, υνεχίζει να αυξάνεται και η αντίταή του προς το επιβαλλόµενο φορτίο. Η περιοχή Γ (χήµα 1) που αρχίζει από το όριο ελατικότητας και φθάνει µέχρι το ηµείο, όπου µηδενίζεται η κλίη d/dε, αντιτοιχεί την περιοχή της όλκιµης υµπεριφοράς της βραχόµαζας. Πέρα από το ηµείο, η βραχόµαζα βρίκεται ε ψαθυρή κατάταη όπου η ικανότητά της να ανθίταται το επιβαλλόµενο φορτίο µειώνεται, καθώς αυξάνεται η µόνιµη παραµόρφωή της. Γενικά ψαθυρά καλούνται εκείνα τα υλικά που θραύονται χωρίς να υποτούν ηµαντικές παραµορφώεις. Χαρακτηριτικό γνώριµά τους είναι ότι η αντοχή τους ε θλίψη είναι πάντα πολύ µεγαλύτερη από εκείνη ε εφελκυµό. Γι αυτό και τα ψαθυρά πετρώµατα έχουν τις περιότερες ε αριθµό και έκταη αυνέχειες.. Η θεωρία ατοχίας Griffith αναφέρεται τα ψαθυρά υλικά και υποτηρίζει ότι: (i) Τα ψαθυρά υλικά περιέχουν προανατολιµένες ρωγµές µικροκοπικής κλίµακας (µικρορωγµές) που το επίπεδο µπορεί να θεωρηθούν ότι έχουν χήµα ελλείψεως. (ii) Νέες ρωγµές µπορεί να δηµιουργηθούν όταν η εφελκυτική τάη την αιχµή µιας ρωγµής είναι αρκετά υψηλή, ώτε να δώει την ενέργεια που απαιτείται για να δηµιουργήει νέες επιφάνειες ρωγµών. Η υνθήκη αυτή για * 2γΕ ένα ελατικό υλικό καθορίζεται από τη χέη: t = (5.33) πc Όπου: Ε=το µέτρο ελατικότητας του υλικού γ=η ειδική επιφανειακή ενέργεια, δηλ. η ενέργεια που απαιτείται για να χηµατιθεί µια µονάδα νέας επιφάνειας ρωγµής c=το µιό του µήκους ρωγµής (iii) Η διεύθυνη επεκτάεως κάθε ρωγµής είναι πάντα κάθετη προς τη διεύθυνη της µέγιτης εφελκυτικής τάεως που αναπτύεται ε αυτή. 1/ 2 36

37 ΛΟΙΠΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ H ιτορία των εµπειρικών κριτηρίων ατοχίας της βραχόµαζας είναι µεγάλη. Σταθµός αυτής της ιτορίας είναι το κριτήριο Hoek-Brown (1980). Από τη δεκαετία του 1960 µέχρι ήµερα έχουν προταθεί διάφορα κριτήρια τα οποία παραθέτουµε παρακάτω: (5.34) (Murrel 1965) (5.35) (Hobbs 1964) (5.36) (Bodonyi 1970) (5.37) (Franklin 1971) (5.38) (Bieniawski 1974, Yudhbir et al. 1983) (5.39) (Ramamurthy et al. 1985) (5.40) (Yoshida 1990) (5.41) (Fairhust 1964) (5.42) (Balmer 1952, Shorey et al. 1989) Οι ταθερές a, b, α, m, s προδιορίζονται µαζί µε τις µονοαξονικές τάεις c και t µε τατιτική ανάλυη (υνήθως γραµµική παλινδρόµηη) αποτελεµάτων δοκιµών. 6. ΘΕΩΡΙΕΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΣΗΡΑΓΓΩΝ 6.1 ΘΕΩΡΙΑ ΚΥΛΙΝ ΡΟΥ ΜΕ ΠΑΧΙΑ ΤΟΙΧΩΜΑΤΑ Θεωρούµε κυλινδρικό ωλήνα µε παχιά τοιχώµατα ο οποίος υποβάλλεται ε εωτερική (p α ) και εξωτερική πίεη (p b ). Το πρόβληµα είναι αξονουµµετρικό και µηδενίζονται οι διατµητικές τάεις (τ rθ =τ θr =0). ( ) ( ) ( ) b t c b c c b c a c c b c b c b c b s b a a a + = + + = + + = + = + = + + = + = + + = + = α α α α α

38 Σχήµα 2 - Κύλινδρος υπό εωτερική και εξωτερική πίεη Προκύπτει (Σακελλαρίου 2009) ότι: D r = C 2 r (6.1) D θ = C+ 2 r (6.2) 1 D u r= (1 2ν ) Cr+ 2G r C = D= 2 2 ( b pb α pa) 2 2 ( b a ) ( p p ) a 2 a 2 2 ( b a ) b b 2 (6.4) (6.5) (6.3) 6.2 ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ KIRSCH Εφόον ο βράχος δέχεται τάεις κάτω από το όριο ελατικότητας, δηλαδή κάτω από το µιό της αντοχής ε µονοαξονική θλίψη και εφόον οι αυνέχειες είναι αραιές και κλειτές, µια ήραγγα µπορεί να προοµοιωθεί µε µια οπή ε ένα δίκο απείρων διατάεων ε κατάταη επίπεδης παραµόρφωης. Για την περίπτωη οπής κυκλικού χήµατος και µε την παραδοχή ότι το µέο είναι οµογενές, ιότροπο και γραµµικά ελατικό, εφαρµόζουµε τις ακόλουθες χέεις: 38

39 39 Όπου k είναι ο λόγος της οριζόντιας προς την κατακόρυφη τάη το άπειρο. Σχήµα 3 - Ταικό πεδίο γύρω από ήραγγα κατά Kirsch ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ) (6.10 sin (6.9) cos (6.8) sin (6.7) cos (6.6) cos = + + = + = = + + = θ α ν θ α ν θ τ θ θ θ θ θ r k Gr pa u r k k Gr pa u r a r a k p r a k r a k p r a r a k r a k p r r r

40 6.3 ΣΧΕΣΕΙΣ MOHR-COULOMB Για ήραγγα κυκλικής διατοµής ε υνθήκες επίπεδης παραµόρφωης µε ιότροπη γεωτατική ένταη ( vo = ho =p o ) πριν τη διάνοιξη της ήραγγας και έδαφος ελατικό-απολύτως πλατικό, οι τάεις για ατοχία κατά Mohr- Coulomb δίνονται από τις εξής χέεις (Καββαδάς 2005): - Για επίλυη την πλατική περιοχή (R<r<rp), όπου rp ακτίνα της πλατικής περιοχής και φ 0 είναι: NΦ 1 2c Nφ r 2c NΦ = + r p (6.11) Ν 1 R φ ΝΦ 1 θ = r N 2c N (6.12) Φ + Φ Όπου Νφ=tan²(45+φ/2) (6.13) Για φ=0 έχουµε: r r = p+ 2c ln (6.14) R = r + 2c (6.15) Θ - Για επίλυη την ελατική περιοχή παίρνουµε: 1 r = po c2d(1 K o ) 2 r 1 Θ = po + c2d(1 K o ) 2 r (6.16) (6.17) Όπου E(1 ν ) D = (6.18) (1+ ν )(1 2ν ) Η ταθερά c2 προδιορίζεται από την απαίτηη ιότητας των τάεων το όριο µεταξύ ελατικής και πλατικής περιοχής. Στην περίπτωη που δεν υπάρχει πλατική περιοχή, η ταθερά c2 προδιορίζεται από τη χέη: r (r = R) = p. 40

41 Σχήµα 4 Κατανοµή τάεων γύρω από κυκλική οπή 6.4 ΚΑΜΠΥΛΕΣ ΣΥΓΚΛΙΣΗΣ-ΑΠΟΤΟΝΩΣΗΣ Κατά τη διάνοιξη ηράγγων οι µετακινήεις του εδάφους αρχίζουν ε θέεις αρκετά εµπρός από το µέτωπο διάνοιξης, δηλαδή πριν το µέτωπο εκκαφής της ήραγγας φθάει ε κάποια υγκεκριµένη θέη. Το Σχήµα 5 παρουιάζει µια τέτοια καµπύλη (ΑΒΓ ) εξέλιξης της ύγκλιης για ανυποτήρικτη ήραγγα, ε διάγραµµα x - ur όπου (ur) είναι η ύγκλιη της οροφής της ήραγγας και (x) είναι η απόταη από το µέτωπο εκκαφής. Από το χήµα φαίνεται ότι ένα ηµαντικό ποοτό της υνολικής ύγκλιης (uro), της τάξεως του 30-35% της υνολικής ύγκλιης, υµβαίνει εµπρός από το µέτωπο της ήραγγας. Στο ίδιο χήµα φαίνεται και η αντίτοιχη καµπύλη ύγκλιης-αποτόνωης. Συνεπώς, ε κάθε θέη (x) κατά µήκος του άξονα της ήραγγας αντιτοιχεί µέω της καµπύλης x-ur µια τιµή της ύγκλιης του τοιχώµατος (ur). Για τη υγκεκριµένη τιµή (ur) αντιτοιχεί µέω της καµπύλης ύγκλιης-αποτόνωης µια τιµή της πίεης (p), η οποία είναι µικρότερη από την αρχική γεωτατική πίεη (po). Η πίεη (p) ονοµάζεται ιοδύναµη εωτερική πίεη επειδή προκαλεί την ίδια ύγκλιη του τοιχώµατος της ήραγγας µε αυτήν που υµβαίνει ε απόταη (x) από το µέτωπο της ήραγγας. Σηµειώνεται ότι εάν η υµπεριφορά του εδάφους παρουιάζει χαρακτηριτικά έντονης χαλάρωης (δηλαδή µείωη της αντοχής µε παρατεταµένη παραµόρφωη) τότε η διατοµή της ήραγγας δεν ιορροπεί, η ύγκλιη της οροφής αυξάνει απεριόριτα και η διατοµή καταρρέει. 41

42 Σχήµα 5 Καµπύλες ύγκλιης-αποτόνωης και καµπύλες Panet ε ανυποτήρικτη ήραγγα Η υχέτιη της ύγκλιης (ur) του τοιχώµατος της ήραγγας µε την απόταη (x) από το µέτωπο εκκαφής είναι πολύ χρήιµη γιατί επιτρέπει την εκτίµηη της ύγκλιης του τοιχώµατος της ήραγγας που έχει υµβεί πριν από την εφαρµογή της προωρινής υποτήριξης. Σηµειώνεται ότι ακόµη και την περίπτωη όπου η προωρινή υποτήριξη εφαρµόζεται ακριβώς τη θέη του µετώπου της ήραγγας, κάποια ύγκλιη έχει ήδη υµβεί (της τάξεως του 30-35% της υνολικής ύγκλιης). Η ύγκλιη της βραχόµαζας πριν από την εφαρµογή των µέτρων υποτήριξης υντελεί την αποτόνωη της βραχόµαζας και τη µείωη των πιέεων που θα ακηθούν επί των µέτρων υποτήριξης. Κατά υνέπεια, η εκτίµηη της ως άνω ύγκλιης επηρεάζει ηµαντικά το χεδιαµό των µέτρων υποτήριξης. Στα επόµενα εκτιµάται η ύγκλιη του τοιχώµατος της ήραγγας υναρτήει της απόταης (x) από το µέτωπο εκκαφής. Η ύγκλιη ur(x) του τοιχώµατος ανυποτήρικτης ήραγγας ε απόταη (x < 0 ) πίω από το µέτωπο της εκκαφής (που βρίκεται τη θέη x = 0 ) δίνεται από την προεγγιτική χέη (Panet, 1995): u R ( x) u ( o) + [ u u ( o) ] = R R R m 1 m+ ξ ( x / R) 2 (6.19) ur = η τελική ύγκλιη του τοιχώµατος της ήραγγας ε µεγάλη απόταη (x = - ) πίω από το µέτωπο εκκαφής. R = η ακτίνα της ήραγγας ξ = uer / ur = υντελετής που ιούται µε το λόγο της ελατικής προς την ελατοπλατική τελική ύγκλιη. Για ιότροπη βραχόµαζα η ελατική τελική ύγκλιη δίνεται από τη χέη: ur(o) = ύγκλιη του τοιχώµατος το µέτωπο εκκαφής της ήραγγας (θέη x = 0) 42

43 m = υντελετής Οι τιµές των δύο τελευταίων υντελετών εξαρτώνται από το υντελετή υπερφόρτιης της βραχόµαζας Ns = 2po / cm (cm = αντοχή της βραχόµαζας ε µοναξονική θλίψη). Το Σχήµα 4 παρουιάζει τις αντίτοιχες καµπύλες ε διατοµή ήραγγας που υποτηρίζεται µε εκτοξευόµενο κυρόδεµα. Σχήµα 6 Καµπύλες ύγκλιης-αποτόνωης και Panet ε ήραγγα υποτηριζόµενη µε εκτοξευόµενο κυρόδεµα Η καµπύλη x-ur ακολουθεί τη διαδροµή ΑΓ Ε και η τελική ύγκλιη (ure) είναι µικρότερη από την αντίτοιχη ύγκλιη της ανυποτήρικτης διατοµής (uro). Αντιτοίχως, την τελική κατάταη ιορροπίας (κατάταη Ε) ακείται πίεη (pe) την προωρινή υποτήριξη. Εάν ( ) είναι η κατάταη κατά τη τιγµή της τοποθέτηης των µέτρων προωρινής υποτήριξης (ε απόταη xd πίω από το µέτωπο διάνοιξης της ήραγγας), τότε το ηµείο αντιτοιχεί µια τιµή της ύγκλιης (ur ) και µια ιοδύναµη εωτερική πίεη (p ). Ο βαθµός αποτόνωης (deconfinement ratio) των εδαφικών τάεων κατά την τοποθέτηη των µέτρων προωρινής υποτήριξης ορίζεται από τη χέη: λ=1-(p /po) (6.20) όπου (po) είναι η αρχική γεωτατική πίεη και (p ) είναι η ιοδύναµη εωτερική πίεη που αντιτοιχεί τη θέη τοποθέτηης των µέτρων προωρινής υποτήριξης. Η υχέτιη µεταξύ της ιοδύναµης εωτερικής πίεης (p), ή του βαθµού αποτόνωης λ 1 p/po, και της ύγκλιης του τοιχώµατος της ήραγγας (ur) περιγράφεται από την καµπύλη ύγκλιης-αποτόνωης (convergenceconfinement curve). 43

44 Ο υνδυαµός των καµπύλων Panet (Σχήµα 5) και της καµπύλης ύγκλιηςαποτόνωης της ανυποτήρικτης διατοµής επιτρέπει την εκτίµηη της ύγκλιης του τοιχώµατος ε κάθε θέη (x) του άξονα της ήραγγας. Η µέθοδος είναι η εξής: 1. Υπολογίζεται ο υντελετής υπερφόρτιης (Νs). 2. Από τη υγκεκριµένη καµπύλη Panet (Σχήµα 5) και τη υγκεκριµένη τιµή (x) υπολογίζεται ο βαθµός αποτόνωης (λ) και τη υνέχεια η ιοδύναµη εωτερική πίεη p = po (1-λ). 3. Υπολογίζεται η καµπύλη ύγκλιης-αποτόνωης µε βάη τις ελατικές παραµέτρους (Ε, ν) και τις παραµέτρους αντοχής (c, φ) του εδάφους. 4. Από την καµπύλη ύγκλιης-αποτόνωης και για την τιµή της πίεης (p) που υπολογίθηκε παραπάνω, υπολογίζεται η ύγκλιη της διατοµής (ur). Σχήµα 7 Καµπύλες Panet ε ανυποτήρικτη ήραγγα Πράγµατι, µέω των καµπύλων Panet, µπορεί να υπολογιθεί η εωτερική πίεη (p) που αντιτοιχεί ε υγκεκριµένη απόταη (x) τοποθέτηης των µέτρων προωρινής υποτήριξης ως προς το µέτωπο διάνοιξης της ήραγγας. Στη υνέχεια, η προοµοίωη της διάνοιξης και υποτήριξης της ήραγγας γίνεται ε δυο φάεις ως εξής: (1) Η εωτερική πίεη µειώνεται από (po) ε (p). Η ύγκλιη της διατοµής που προκύπτει αντιτοιχεί τη µετακίνηη του τοιχώµατος πριν από την τοποθέτηη της προωρινής υποτήριξης. (2) Τοποθετούνται τα µέτρα προωρινής υποτήριξης (αγκύρια, εκτοξευόµενο κυρόδεµα κλπ) και τη υνέχεια η εωτερική πίεη µειώνεται από (p) το µηδέν. Αυτή η µείωη της εωτερικής πίεης προκαλεί κάποια περαιτέρω ύγκλιη του τοιχώµατος και φόρτιη των µέτρων προωρινής υποτήριξης. Είναι προφανές ότι όο αργότερα τοποθετηθούν τα µέτρα προωρινής 44

45 υποτήριξης τόο µικρότερο φορτίο θα αναλάβουν και τόο µεγαλύτερη θα είναι η υνολική ύγκλιη του τοιχώµατος της ήραγγας. 7. ΥΠΟΘΑΛΑΣΣΙΕΣ ΣΗΡΑΓΓΕΣ Οι υποθαλάιες ήραγγες κατακευάζονται για να υνδέουν υγκοινωνιακά δύο περιοχές που χωρίζονται µε τµήµα θάλαας. Βρίκονται κάτω από τον πυθµένα της θάλαας. Υπάρχουν αρκετά τέτοια έργα ε όλο τον κόµο, ενώ υπό υζήτηη είναι οριµένες ηµαντικές επεµβάεις όπως αυτή της ύνδεης των τενών του Γιβραλτάρ. Εικ. 10 Χάρτης αποτύπωης υποθαλάιας ήραγγας Seikan Εικ. 11 Σχηµατική τοµή ήραγγας Seikan 45

46 Α/Α Έργο Έτος ολοκλήρωης Πέτρωµα ιατοµή (m²) Συνολικό µήκος (km) Ελάχιτη εδαφική κάλυψη (m) Χαµηλότερο επίπεδο κάτω από θάλαα (m) 1 Vardo 1981 Aµµώδες Ellingsoy 1987 Γνεύιος Valderoy 1987 Γνεύιος Kvalsund 1988 Γνεύιος Godoy 1989 Γνεύιος Hvaler 1989 Γνεύιος Flekkeroy 1989 Γνεύιος Nappstraumen 1990 Γνεύιος Fannefjord 1991 Γνεύιος Maursund 1991 Γνεύιος Byfjord 1992 Φυλλίτης Mastrafjord 1992 Γνεύιος Freifjord 1992 Γνεύιος Hitra 1994 Γνεύιος Tromsoysund 1994 Γνεύιος Bjoroy 1996 Γνεύιος Sloverfjord 1997 Γνεύιος North Cape 1999 Αµµώδες Oslofjord 2000 Γνεύιος Froya 2000 Γνεύιος Ibestad 2000 Σχιτόλιθος, γρανίτης Bomlafjord 2000 Γνελυιος, φυλλίτης Skatestraumen 2002 Γνεύιος Halsnoy 2008 Γνεύιος Eiksundet 2007 Γνεύιος, αβετόλιθος Πίνακας 1 Νορβηγικές υγκοινωνιακές ήραγγες Εικ. 12 Σχηµατική τοµή ήραγγας της Μάγχης 46

47 Εικ. 13 Σχηµατική αποτύπωη ήραγγας της Μάγχης 8. ΕΠΙΚΑΘΗΜΕΝΕΣ ΣΗΡΑΓΓΕΣ Οι επικαθήµενες το βυθό ήραγγες κατακευάζονται είτε από χάλυβα είτε από κυρόδεµα. Αποτελούνται υνήθως από επιµέρους τοιχεία (πονδύλους) τα οποία τελικώς υνδέονται µεταξύ τους την τελική θέη και χηµατίζουν τη ήραγγα.. Κάθε πόνδυλος είναι φραγιµένος τις δύο άκρες του ώτε να µην ειέρχεται το νερό το εωτερικό του και να επιπλέει. Η κατακευή τους ολοκληρώνεται είτε ε νηοδόχο την ξηρά, είτε καθελκύονται όπως τα πλοία και ολοκληρώνονται τη θάλαα κοντά την τελική τους θέη. Το ύνηθες βάθος νερών τα οποία κατακευάζονται είναι τα 5-30 µ, πανιότερα 100µ. O πόνδυλος βυθίζεται ταδιακά µέχρι να ακουµπήει το βυθό. Κάθε νέος πόνδυλος που βυθίζεται προαρµόζεται τον προηγούµενο και ύτερα γίνεται άντληη του νερού που υπάρχει τη ύνδεη και αφαιρούνται τα προωρινά διαχωριτικά τοιχώµατα. Χρειάζεται προοχή την επίδραη των παλιρροιών και των αποθέεων ιζηµάτων. Το γεγονός ότι οι πόνδυλοι κατακευάζονται την ξηρά εξαφαλίζει υψηλή κατακευατική ποιότητα και αξιοπιτία. Μπορούν να κατακευατούν ε εδάφη που κρίνονται ακατάλληλα για κατακευή ηράγγων µετωπικής εκκαφής, όπως για παράδειγµα ε µαλακά και αλλουβιακά εδάφη και ε περιοχές µε έντονη ειµικότητα. Η τοποθέτηη τους µπορεί να γίνει ακριβώς κάτω από το βυθό, υνήθως 1-2 µ κάτω από την επιφάνεια του βυθού έτι επιτυγχάνονται µικρά µήκη και οµαλότερες κλίεις. Αποφεύγεται η επένδυη ε ακριβά µηχανήµατα ΤΒΜ. Η παρουία τους δεν εµποδίζει την κυκλοφορία των πλοίων. Οι απαιτήεις εξαεριµού µπορεί να είναι καθοριτικές για τα χαρακτηριτικά της ήραγγας. 47

48 Εικ. 14 Καθέλκυη τµήµατος ήραγγας Εικ. 15 Κατακευή πονδύλων ήραγγας την ξηρά Απαιτούµενες εργαίες είναι η βυθοµέτρηη, για την πλήρη απεικόνιη της µορφής του βυθού, η γεωφυική έρευνα, για τον καθοριµό των υποκείµενων εδαφικών τρώεων και οι εκκαφές και η λήψη εδαφικών δειγµάτων κατά µήκος της διαδροµής που θα ακολουθήει το τούνελ για την επικύρωη των αποτελεµάτων της γεωφυικής έρευνας Εικ. 16 Επίχωη ήραγγας το βυθό 48

49 Η έδραη της ήραγγας µπορεί να γίνει ε αδρανές υλικό που θα επιτρωθεί το βυθό µε ειδικά µηχανήµατα. Συνήθως χρειάζεται και πααλόµπηξη ώτε να είναι υγιές το εδαφικό υπότρωµα και να µπορεί να παραλάβει το φορτίο της επικαθήµενης ήραγγας το οποίο είναι µεγάλο. Στην παρακάτω εικόνα φαίνεται χηµατικά τόο η οριζοντιογραφία όο και µια ενδεικτική τοµή και διατοµή της επικαθήµενης ήραγγας το τµήµα Άκτιο-Πρέβεζα. Εικ. 17 Ζεύξη Ακτίου - Πρέβεζας Εικ. 18 Επικαθήµενη ήραγγα τα Η.Α.Ε. 49

50 8.1 ΘΕΜΕΛΙΩΣΗ ΜΕ ΠΑΣΣΑΛΟΥΣ Η θεµελίωη µε παάλους είναι µια ειδική τεχνολογία που χρηιµοποιείται τα περιότερα οβαρά γεωτεχνικά έργα. Οι πάαλοι χρηιµοποιούνται υνήθως ε αποθέεις µαλακών ή χαλαρών εδαφών, που είναι κατά κόρον τα υποθαλάια εδαφικά τρώµατα, για µεταβίβαη το έδαφος υψηλών φορτίων µε ταυτόχρονο περιοριµό των καθιζήεων. Για τον ποοτικό προδιοριµό της φέρουας ικανότητας ενός παάλου δεχόµατε ότι το φορτίο της ανωδοµής µεταβιβάζεται το έδαφος µέω του παάλου µέω της αντοχής της αιχµής του (Qb) και της αντοχής από πλευρικές τριβές (Qs), οπότε ιχύει η χέη: Pu=Qb+Qs. H φέρουα ικανότητα του παάλου εξαρτάται από πολλούς παράγοντες όπως το υλικό, τη µορφή και τον τρόπο κατακευής του παάλου, καθώς και το είδος του περιβάλλοντος εδάφους. Οι πάαλοι διακρίνονται ε δύο κατηγορίες: τους παάλους µε εκτόπιη που διακρίνονται επιπλέον ε προκατακευαµένους-εµπηγνυόµενους και ε επιτόπου εγχυνόµενους και τους παάλους χωρίς εκτόπιη. Τα πλεονεκτήµατα των προκατακευαµένων παάλων µε εκτόπιη είναι ότι µπορούν να εµπηχθούν ε προκαθοριµένη διάταξη, είναι κατάλληλοι για να περιβάλλονται από µαλακούς χηµατιµούς, η ποιότητά τους ελέγχεται πριν την έµπηξη, επανεµπηγνύονται ε περίπτωη ανύψωης, η κατακευή τους δεν επηρεάζεται από τα υπόγεια ύδατα, επιτυγχάνονται µεγάλα µήκη και είναι κατάλληλοι για θαλάιες κατακευές. Τα µειονεκτήµατά τους είναι η ανύψωη του εδάφους κατά την έµπηξη, ότι δε µεταβάλλεται εύκολα το µήκος τους, ότι µπορούν να κατατραφούν κατά την έµπηξη και ότι είναι δύκολη η έµπηξη για µεγάλη διατοµή. Τα πλεονεκτήµατα των εµπηγνυόµενων επί τόπου εγχυνόµενων παάλων είναι ότι µπορούν να εµπηχθούν ε προκαθοριµένο βάθος, το µήκος τους µπορεί να καθοριθεί κατά την έµπηξη, την περίπτωη τάθµης υπόγειων υδάτων κατακευάζονται µε κλειτό ωλήνα. Τα µειονεκτήµατά τους είναι η ανύψωη της παρακείµενης εδαφικής επιφάνειας, η πιθανή ανύψωη γειτονικών παάλων, ο έλεγχος της ακεραιότητας των παάλων, η προοχή που χρειάζεται κατά την εξόλκευη του ωλήνα επενδύεως. Τα πλεονεκτήµατα των παάλων χωρίς εκτόπιη είναι ότι δεν προκαλούν ανύψωη του περιβάλλοντος εδάφους, το µήκος τους µπορεί να καθοριθεί κατά την κατακευή τους, επιτυγχάνονται µεγάλα µήκη-µεγάλη διάµετρος, η πολύ µικρή επίδραη τις υπάρχουες κατακευές. Τα µειονεκτήµατα είναι ότι η διαδικαία διατρήεως µπορεί να χαλαρώει τα κοκκώδη εδάφη, δυκολίες κατά τη κυροδέτηη του παάλου κάτω από το νερό, καθώς και η επίτευξη της προδιαγεγραµµένης ποιότητας κυροδέµατος. Τα βαικά κριτήρια για την επιλογή του τύπου παάλου ε ένα έργο είναι: α) Η θέη και ο τύπος της ανωδοµής, β) Οι υνθήκες υπεδάφους καθώς και η τάθµη των υπόγειων υδάτων, γ) οι ειδικές επιτόπου υνθήκες (π.χ. άλατα και οξείδια που µπορεί να προβάλλουν τους παάλους, δ) η διάρκεια ζωής του έργου και ε) οι δυνατότητες και το κότος κατακευής. Οι πιο διαδεδοµένες 50

51 µέθοδοι υπολογιµού του οριακού φορτίου (φορτίου θραύης) παάλου είναι: α. Μέθοδοι βαιζόµενες ε µετρηθείες ιδιότητες του εδάφους και τη βοήθεια τατικών τύπων φέρουας ικανότητας, β. Εµπειρικές µέθοδοι βαιζόµενες ε αποτελέµατα επιτόπου δοκιµών, γ. Μέθοδοι που βαίζονται ε παρατηρήεις κατά τη διείδυη µε κρούη των παάλων (δυναµικοί τύποι), δ. Μέθοδοι που βαίζονται την εξίωη της µετάδοης κύµατος κατά την κρούη για την έµπηξη παάλου, ε. Μέθοδοι µε τις οποίες αξιολογούνται δοκιµατικές φορτίεις παάλων. Για τις µεθόδους βαιζόµενες ε τατικούς τύπους οι γενικές αρχές υπολογιµού θεωρούν ότι ο πάαλος είναι απειροµήκης µε πλάτος Β (διδιάτατο πεδίο τάεων, πρόβληµα επιπέδου παραµόρφωης), έδαφος πλήρως πλατικό που υπακούει το κριτήριο Mohr-Coulomb, επιλέγεται µηχανιµός θραύης, η διατµητική αντοχή ενεργοποιείται πλήρως κατά τη τιγµή της οριακής ιορροπίας, γίνεται διόρθωη των αποτελεµάτων µε υντελετές µορφής. Εποµένως οι γνωτές λύεις έχουν προεγγιτικό χαρακτήρα, δεν εξετάζουν την επίδραη του ρυθµού φόρτιης και δεν εξετάζουν την επίδραη της υµπιετότητας του εδάφους. Πιο υγκεκριµένα προτείνονται οι εξής λύεις: - Η φέρουα ικανότητα του παάλου κυκλικής διατοµής ανά µονάδα επιφάνειας δίδεται κατά Terzaghi από τη χέη: qu=1.3cnc + γ1znq + 0.3γ2ΒΝγ (8.1) Όπου οι υντελετές Νc, Nq, Nγ εξαρτώνται από τη γωνία τριβής του παάλου Σχήµα 8 Φ.Ι. κατά Terzaghi 51

52 - Η αντοχή αιχµής του παάλου ανά µονάδα επιφανείας δίδεται από τη χέη (Μeyerhof 1951): Qu=cNc + ksγ1dnq + γ2βνγ/2 (8.2) Όπου: ks=υντελετής ωθήεως των γαιών επί της παραπλεύρου επιφάνειας του παάλου Νc, Nq, Nγ=υντελετές Φ.Ι. εξαρτώµενοι από τη γωνία τριβής φ και από το λόγο παάλου D/B, καθώς και από τη µεθοδολογία κατακευής του παάλου. Σχήµα 9 Φ.Ι. κατά Meyerhof Η αντοχή του παάλου λόγω πλευρικών τριβών ε υνεκτικά εδάφη αναλύεται µε αναφορά ε ολικές και ενεργές τάεις. Η ανάλυη µε αναφορά ε ολικές τάεις έχει εφαρµογή για την περίπτωη βραχυχρόνιας φόρτιης παάλων εντός κορεµένου αργιλικού εδάφους και βαίζεται τη χέη: fs=α Cu (8.3), όπου: fs: οριακή τριβή παάλου ανά µονάδα επιφάνειας α=υντελετής υνάφειας µεταξύ παάλου και εδάφους ο οποίος εξαρτάται από τον τύπο του περιβάλλοντος εδάφους, το υλικό και τον τρόπο κατακευής του παάλου και τη γεωµετρία του παάλου Cu=ατράγγιτη διατµητική αντοχή του περιβάλλοντος εδάφους Η ανάλυη µε αναφορά ε ενεργές τάεις δίδεται από τη χέη: f s= hs tanδ (8.4), όπου: δ =ενεργός γωνία τριβής της διεπιφάνειας εδάφους-παάλου hs=ενεργός οριζόντια τάη κατά τη θραύη 52

53 Για µη υνεκτικά εδάφη η ανά µονάδα επιφάνειας αντοχή λόγω πλευρικών τριβών δίνεται από τη χέη: Fs=K v tanδ (8.5), όπου: Κ=υντελετής ωθήεως επί του παάλου δ =γωνία τριβής της διεπιφάνειας παάλου-εδάφους v=ενεργός κατακόρυφη τάη Ο χεδιαµός της θεµελίωης γίνεται αφού ληφθεί υπόψη ο υντελετής αφαλείας ο οποίος επιλέγεται λαµβάνοντας υπόψη τη φύη του υπεδάφους, τις τυχόν µεταβολές του καθώς και την αξιοπιτία της µεθόδου µε την οποία προδιορίθηκε η φέρουα ικανότητα του παάλου. Ενδεικτικά αναφέρουµε ότι το επιτρεπόµενο φορτίο θραύης για εµπηγνυόµενους παάλους ε άργιλο είναι (Tomlinson, 1986) η µικρότερη τιµή µεταξύ: Puα = (Qb+Qs)/2.5 και Puα=(Qb/3) + (Qs/1.5) (8.6) Αντίτοιχοι τύποι υπάρχουν και για τις µεθόδους που βαίζονται ε αποτελέµατα επιτόπου δοκιµών. Για παράδειγµα η εκτίµηη της φέρουας ικανότητας παάλων βάει αποτελεµάτων πενετροµετρήεων CPT είναι: Pu=Qb+Qs=(1/λ)qcbAb+(1/µ)qcAs (8.7), όπου: qb: αντοχή αιχµής του παάλου ανά µονάδα επιφάνειας 1/λ: µειωτικός υντελετής για την αντίταη αιχµής qcb: µέη αντίταη αιχµής κώνου την επριοχή της αιχµής του παάλου Αb: εµβαδόν διατοµής της βάης του παάλου 1/µ: µειωτικός υντελετής για την αντίταη πλευρικής τριβής qc: µέη αντίταη αιχµής κώνου κατά το ύψος του παάλου Αs: παράπλευρη επιφάνεια του παάλου Για την εκτίµηη της φέρουας ικανότητας βάει δυναµικών τύπων ο πάαλος κατά την έµπηξη θεωρείται τερεό ώµα, η τατική και δυναµική αντίταη του παάλου θεωρούνται ίες και η τατική φέρουα ικανότητα θεωρείται ανεξάρτητη του χρόνου. Μια από τις πιο διαδεδοµένες χέεις είναι ο τύπος του Ηiley: R=kWh h n / (s+c/2) (8.8), όπου Wh=το βάρος της φύρας h=το ύψος πτώεως της φύρας s=διείδυη/κτύπο την τελική φάη διείδυης n=η αποδοτικότητα της φύρας κατά την κρούη c=η υνολική ελατική παραµόρφωη του υτήµατος πάαλος-έδαφος k=υντελετής εξαρτώµενος από τον τύπο της φύρας Για την εκτίµηη της φέρουας ικανότητας παάλου µε εξίωη µετάδοης κύµατος (θλιπτικού κύµατος µεταδιδόµενου από την κεφαλή τη βάη του παάλου µέω του κριού, δηλαδή του βάρους που πρώχνει τον πάαλο προς το έδαφος) θεωρούµε ότι ο πάαλος είναι γραµµικό τοιχείο και ότι η απόκριη του παάλου είναι γραµµικά ελατική. 53

54 Όον αφορά τις προκύπτουες καθιζήεις, η καθίζηη την κορυφή αξονικά φορτιζόµενου αυµπίετου παάλου µε φορτίο P δίνεται από τη χέη: Ρ=PI/Ed, όπου d=διάµετρος παάλου Ι=εµπειρικός υντελετής Για οµάδα παάλων παίζει ρόλο και η γεωµετρική τους διάταξη η οποία είναι καθοριτική για την κατανοµή των φορτίων και τον υπολογιµό καθιζήεων και φέρουας ικανότητας. 9. ΠΛΩΤΕΣ ΣΗΡΑΓΓΕΣ Είναι ήραγγες που βρίκονται µέα το υδάτινο ώµα µεταξύ του βυθού και της επιφάνειας του νερού. Βρίκονται υπό άνωη. Αν η απόταη που υνδέουν είναι µικρή, τότε µπορούν να τηρίζονται µόνο τα δύο άκρα αν µια υποβρύχια γέφυρα. Πρέπει να αντέχουν ε δυναµικά φορτία όπως αυτά του ειµού, των κυµάτων, της παλίρροιας, των ρευµάτων και των προκρούεων µε πλοία ή µεγάλα θηλατικά. Συµβάλλουν την απουµφόρηη της κυκλοφορίας θαλάιων διαδροµών και την προταία της αιθητικής του τοπίου και του θαλάιου οικουτήµατος. Μέχρι ήµερα δεν έχει κατακευατεί καµιά πλωτή ήραγγα, όµως οι µηχανικοί έχουν προτείνει υγκεκριµένες τεχνικές λύεις ε πιθανές µελλοντικές κατακευές. Αυτές είναι: α) η ανάρτηη της ήραγγας µε καλώδια από ειρά από πλωτές πλατφόρµες που υγκρατούν την κατακευή από το να πέει το βυθό, β) η υγκράτηη της κατακευής από καλώδια που υνδέονται µε το βυθό όταν η άνωη είναι ε θέη να ανεβάει επικίνδυνα τη ήραγγα προς την επιφάνεια του νερού, γ) η τήριξη της ήραγγες από πυλώνες που βρίκονται µέα το νερό µε αποτέλεµα τη δηµιουργία µιας υποθαλάιας γέφυρας-ήραγγας, δ) η τήριξη της ήραγγας µόνο τα άκρα κατάλληλη µόνο για µικρά ανοίγµατα. 54

55 Εικ.19 Σκίτο πλωτής ήραγγας Εικ. 20 Τρόποι τήριξης πλωτών ηράγγων 55

56 Τα φορτία που καλούνται να αναλάβουν οι πλωτές ήραγγες είναι: 1. Μόνιµα φορτία: ίδιο βάρος, υδροτατική πίεη, άνωη. 2. Λειτουργικά φορτία: από κυκλοφορία οχηµάτων, από φορτίεις κατά την κατακευή 3. Παραµορφωτικά φορτία που προκαλούν γεωµετρικές αλλαγές: διαφορικές καθιζήεις, µεταβολές θερµοκραίας. 4. Περιβαλλοντικά φορτία: κύµατα, ρεύµατα, παλίρροιες, πάγος, αλλαγές την πυκνότητα του νερού. 5. Τυχηµατικά φορτία: έκρηξη, φωτιά, απώλεια άνωης, ατοχία το ύτηµα τήριξης, ύγκρουη µε πλοίο, πτώη αντικειµένων. Εικ. 21 Βαικοί τύποι πλωτής ήραγγας 56

57 Εικ. 22 Μοντέρνος τύπος πλωτής ήραγγας 9.1 ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΓΚΥΡΩΣΗΣ Το πιο ηµαντικό ίως κοµµάτι µιας πλωτής ήραγγας είναι το ύτηµα αγκύρωής της το οποίο µπορεί να γίνει µε δύο τρόπους: είτε µε την αγκύρωη της ήραγγας µε καλώδια το βυθό για να µην ανέλθει την επιφάνεια από τη δύναµη της άντωης, είτε µε την ύνδεή της µε πλωτήρες που βρίκονται την επιφάνεια του νερού και υµβάλλουν τη υγκράτηη της ήραγγας από το να βυθιτεί. Τελευταία µέθοδος είναι η υµβατική θεµελίωη της ήραγγας όταν πρόκειται για ήραγγα µε υποτύλωη δηλαδή για µια βυθιµένη ουιατικά κλειτή γέφυρα. Είναι ηµαντικό να τονίουµε ότι δεν έχει κατακευατεί ποτέ πλωτή ήραγγα οπότε δεν υπάρχει γνώη από εµπειρία και τυχόν προβλήµατα που θα είχαν δηµιουργηθεί κατά την κατακευή. Οι εξωτερικές δυνάµεις που ακούνται την αγκυρωµένη κατακευή εξαιτίας της δράης των κυµατιµών, του ανέµου και των ρευµάτων προκαλούν µετατόπιη της κατακευής από τη θέη ιορροπίας της. Ο κοπός του υτήµατος αγκύρωης είναι ο περιοριµός αυτής της µετατόπιης και η υγκράτηη της κατακευής όο το δυνατόν πληιέτερα την απαιτούµενη θέη χωρίς την εφαρµογή πολύ µεγάλων δυνάµεων υγκράτηης τις γραµµές αγκύρωης. Η δηµιουργία µεγάλων δυνάµεων υγκράτηης µπορεί να αποφευχθεί µε την κατάλληλη χεδίαη του υτήµατος αγκύρωης, ώτε να παρέχει επαρκή ελατικότητα την αγκυρωµένη κατακευή. Αυτό επιτυγχάνεται µέω των δυνάµεων επαναφοράς οι οποίες εφαρµόζονται την 57

58 αγκυρωµένη κατακευή όταν η τελευταία µετακινηθεί από τη θέη ιορροπίας λόγω των εξωτερικών περιβαλλοντικών φορτίεων. Οι εξωτερικές δυνάµεις και οι κινήεις του κάφους απαρτίζονται από τατικές υνιτώες µεγάλου πλάτους και υψηλόυχνες υνιτώες λόγω της δράης των κυµατιµών. Αυτές οι δυνάµεις και οι κινήεις επηρεάζουν τη τατική και δυναµική υµπεριφορά του υτήµατος αγκύρωης. Στην πραγµατικότητα η δυναµική υµπεριφορά ενός υτήµατος αγκύρωης επηρεάζεται από τρεις τύπους διέγερης (χαµηλόυχνες κινήεις λόγω κυµατιµών και ανεµοπιέεων, υψηλόυχνες διεγέρεις λόγω κυµατιµών και ταλαντώεις λόγω τροβιλότητας του πεδίου ροής). Ο κύριος κοπός τω υτηµάτων αγκύρωης είναι η δηµιουργία µιας ελατικής ύνδεης µε τον πυθµένα. Η ευκαµψία ή ακαµψία ενός υτήµατος µπορεί να επιτευχθεί µε τρεις διαφορετικούς τρόπους: (α) µε τη βαρύτητα: αλυοειδής (δηλαδή η µορφή που παίρνει µια γραµµή αγκύρωης το νερό υπό την επίδραη του βάρους της µόνο) και τα προδεδεµένα βάρη, (β) µε την άντωη: υτήµατα αγκύρωης ενός κλάδου και πλατφόρµες το ηµείο πρόδεης, (γ) µε την ελατικότητα των υλικών: γραµµές από νάιλον ή προπυλένιο ή µακριά χαλύβδινα υρµατόχοινα.. Σχήµα 10 Σύτηµα αγκύρωης πολλαπλών κλάδων Όταν έχουµε δύο γραµµές αγκύρωης και οι δυνάµεις µεταβάλλονται µε το χρόνο, το ύτηµα αγκύρωης εµποδίζει τις µεγάλες µετακινήεις αφού λειτουργεί αν ιοδύναµο ελατήριο που παραλαµβάνει δυνάµεις και προς τις δύο κατευθύνεις. Οι µετακινήεις αυτές δεν πρέπει να ξεπερνούν µια δεδοµένη τιµή που τίθεται για λειτουργικούς λόγους και η οποία λαµβάνεται ως ένα ποοτό του βάθους του νερού. Ο περιοριµός των µετακινήεων επιτυγχάνεται µε την προένταη, δηλαδή φροντίζοντας να επιβάλλουµε αρκετή τάη τα δύο χοινιά ακόµη και µε µηδενικό εξωτερικό φορτίο, ώτε η ιοδύναµη ταθερά επαναφοράς να είναι αρκετά υψηλή. Το χήµα 10 δείχνει 58

59 χηµατικά τη τατική υµπεριφορά ενός υτήµατος αγκύρωης δύο κλάδων υπό την επίδραη µιας εξωτερικά επιβαλλόµενης οριζόντιας δύναµης Ηex. Για ένα ύτηµα αγκύρωης πολλαπλών κλάδων η τατική ανάλυη δίδει την εξής χέη για την οριζόντια µετατόπιη δx (Μαυράκος 2007): Hp H 1 H wd Hp wd δ x= D cosh 1 cosh 1 (9.1) wd wd w H1 w H p Όπου: Η1: οριζόντια δύναµη την κορυφή (κλάδος 1) Η2: οριζόντια δύναµη την κορυφή (κλάδος 2) Ηp: οριζόντια δύναµη προένταης w: βάρος ανά µονάδα µήκους D: βάθος νερού 9.2 ΦΟΡΤΙΣΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΩΝ Η πιο απλή περίπτωη κυµατιµού είναι ο απλός αρµονικός κυµατιµός (κύµατα Airy) για τον οποίο η ανύψωη της ελεύθερης επιφάνειας και το δυναµικό του πεδίου ροής δίνονται από τις ακόλουθες χέεις, εφόον υµπίπτει η διεύθυνη προχώρηης του κυµατιµού µε τη διεύθυνη του θετικού ηµιάξονα των x:: H ζ ( x, t) = cos( kx ωt) (9.2) 2 H g cos[ k( z+ d)] φ( x, z, t) = sin( kx ωt) (9.3) 2 ω cosh( kd) Όπου: k=o αριθµός κύµατος που ιούται µε k=2π/λ λ=το µήκος κύµατος ω=η κυκλική υχνότητα του κύµατος d=το βάθος του νερού Η γραµµική θεωρία κυµατιµών έχει αν βαική υπόθεη τον απειροτό λόγο ύψους προς µήκος κύµατος (Η/λ) για όλα τα βάθη του νερού (d/λ). Πρακτικά θεωρείται ότι δίνει καλά αποτελέµατα για H/λ < 1/50. Μία κατακευή που εκτίθεται την επίδραη θαλάιων κυµατιµών υπόκειται ε δυνάµεις που προκαλούνται από διάφορους µηχανιµούς. Οι κύριοι τύποι είναι οι ακόλουθοι (Μαυράκος 1997): 59

60 α. υνάµεις Froude-Kryloff: Ακούνται το νοητό περίγραµµα της κατακευής από τους θαλάιους κυµατιµούς. Η βαική παραδοχή για τον προδιοριµό τους είναι ότι η παρουία του ώµατος δεν παραµορφώνει το πεδίο ροής, το ώµα δηλαδή είναι αν να µην υπάρχει. β. υνάµεις περίθλαης (diffraction): Εάν λάβουµε υπόψην την παρουία του ώµατος και την παραµόρφωη που υφίταται το πεδίο ροής λόγω αυτής, θεωρήουµε όµως το ώµα ακίνητο, τότε θα πρέπει το δυναµικό της ροής του απλού αρµονικού κυµατιµού να προτεθεί και ένα επιπλέον δυναµικό που οφείλεται ακριβώς την παραµόρφωη και ονοµάζεται δυναµικό περίθλαης. Οι δυνάµεις που βρίκονται υνυπολογίζοντας τα δύο δυναµικά ονοµάζονται δυνάµεις περίθλαης. Στα πλαίια της γραµµικής θεωρίας η υπέρθεη ηµαίνει άθροιη των δύο δυναµικών. γ. υνάµεις ακτινοβολίας (radiation): Εάν επιπλέον θεωρήουµε την κατακευή κινούµενη, τότε δηµιουργούνται κυµατιµοί και κατ επέκταη ένα δυναµικό ροής που µε τη ειρά της επάγει το ώµα δυνάµεις. Στα πλαίια της γραµµικής θεωρίας το δυναµικό αυτό προτίθεται τα δύο προηγούµενα δυναµικά. δ. υνάµεις αντίταης: Οφείλονται τη υνεκτικότητα του πεδίου ροής και είναι ανάλογες µε το τετράγωνο της ταχύτητας. - Οι δυνάµεις ακτινοβολίας και οι δυνάµεις Froude-Kryloff αναφέρονται ως αδρανειακές δυνάµεις ρευτού (fluid inertia forces). - Στην υδροδυναµική ανάλυη η κατακευή θεωρείται ως άκαµπτο ώµα. Η ποικιλία τις γεωµετρικές µορφές, τις διατάεις και τις υνθήκες κάθε περιοχής δεν επιτρέπουν ενιαία µεθοδολογική προέγγιη για την υδροδυναµική ανάλυη. - Η υµπεριφορά της κατακευής θεωρείται γραµµική για την πιο απλή περίπτωη των υπολογιµών. Σε οριµένες όµως περιπτώεις δεν µπορούν να παραληφθούν µη γραµµικά φαινόµενα όπως δυνάµεις αντίταης, µη γραµµικός υνδυαµός υνιτωών της κίνηης, δυνάµεις κυµατιµού ανώτερης τάξης, µη γραµµικές δυνάµεις επαναφοράς κ.ά. 60

61 Σχήµα 11 Κύµα προπίπτον ε κύλινδρο Η δύναµη ανά µονάδα µήκους του κυλινδρικού τοιχείου είναι άθροιµα των αδρανειακών δυνάµεων και των δυνάµεων αντίταης και δίδεται από την ακόλουθη χέη (τύπος του Morison): 2 dfx πd du ρ = CMρ + CD D u u (9.4) dz 4 dt 2 D=η διάµετρος του κυλίνδρου du =η τοπική επιτάχυνη του ωµατιδίου του ρευτού τον κεντρικό άξονα dt του κυλίνδρου C M =υντελετής αδρανείας C D =υντελετής αντίταης u=τιγµιαία ταχύτητα του ωµατιδίου ρευτού - Οι υντελετές C M και C D προδιορίζονται πειραµατικά - Ο τύπος εφαρµόζεται µόνο: α. Όταν η δύναµη αντίταης είναι ηµαντική β. Για λεπτά υδροδυναµικά ώµατα γ. Για κυλινδρικά ώµατα 61

62 ΜΕΡΟΣ Β 10. ΣΤΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ - ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑΤΑ Είναι ενδιαφέρον να διερευνηθεί η µελέτη ηράγγων ε θαλάιο περιβάλλον µε τη βοήθεια εξειδικευµένου λογιµικού Examine2D της Rocscience το οποίο χρηιµοποιώντας τη µέθοδο των υνοριακών τοιχείων αναλύει τατικά ήραγγες µέα ε βράχο ή έδαφος. Η περίπτωη πλωτών ηράγγων δε µελετάται, καθώς αφενός ξεφεύγει από τις δυνατότητες του προγράµµατος και αφετέρου µεγαλύτερη ηµαία έχει η µελέτη της θεµελίωης των άκρων της ήραγγας και τυχόν πλωτήρων ή αγκυρώεων παρά της ίδιας της ήραγγας τουλάχιτον από την άποψη της γεωµηχανικής. Η µέθοδος υνοριακών τοιχείων βαίζεται τη διαµέριη του υνόρου µιας επιφάνειας ε επιµέρους τµήµατα. Στόχος είναι η επίλυη του φυικού προβλήµατος µε την επίλυη µερικών διαφορικών εξιώεων τα ηµείακόµβους του υνόρου. Είναι διαφορετική τεχνική από αυτή των πεπεραµένων τοιχείων που απαιτεί τη διαµέριη της επιφάνειας και όχι του υνόρου. Όπως είναι φυικό η µέθοδος υνοριακών τοιχείων οδηγεί ε µικρότερο ύτηµα αλγεβρικών εξιώεων υγκριτικά µε τα πεπεραµένα τοιχεία (Crouch & Starfield, 1983). Η βαική διάκριη την τεχνική των υνοριακών τοιχείων είναι ε άµεη και έµµεη µέθοδο. Γενικά ε οποιοδήποτε υνοριακό πρόβληµα, κάποιες από τις υνοριακές παραµέτρους δίδονται ως περιοριµοί, ενώ οι υπόλοιπες προέρχονται από τη υνολική λύη του προβλήµατος. Στην έµµεη µέθοδο βρίκουµε πρώτα τις λύεις που ικανοποιούν τις υγκεκριµένες υνοριακές υνθήκες και έπειτα υπολογίζουµε τις υπόλοιπες υνοριακές παραµέτρους ε χέη µε τις υπολογιζόµενες λύεις. Στην άµεη µέθοδο, χρηιµοποιούνται οριµένα θεµελιώδη θεωρήµατα και υπολογίζουµε άµεα τις άγνωτες υνοριακές παραµέτρους από αλγεβρικές εξιώεις που υχετίζονται µε τις άγνωτες υνοριακές παραµέτρους. Το Examine2D εφαρµόζει την έµµεη µέθοδο υνοριακών τοιχείων. Ο κοπός των παρατιθέµενων παραδειγµάτων είναι η µελέτη των αναπτυόµενων τάεων και παραµορφώεων το χώρο που περικλείει η ήραγγα µε έµφαη τη διατοµή της ήραγγας και την επιφάνεια του εδάφους. Η προοµοίωη υποθαλάιων ηράγγων γίνεται µε άκηη πίεης το εδαφικό ύνορο ίης µε την πίεη του υπερκείµενου υδάτινου τρώµατος. Για πεδίο ταθερών κυρίων τάεων ακείται επιπλέον και πίεη ίη µε αυτή του υπερκείµενου εδαφικού τρώµατος. Συγκεκριµένα, έχουν επιλεγεί τα εξής παραδείγµατα: 1. Σήραγγα ε αβετολιθικό τρώµα µε πίεη την άνω επιφάνεια του τρώµατος ίη µε την πίεη 50µ. νερού και 20µ. υπερκείµενου εδαφικού τρώµατος (ταθερό πεδίο τάεων). 62

63 2. Σήραγγα ε αβετολιθικό τρώµα µε πίεη την άνω επιφάνεια του τρώµατος ίη µε την πίεη 100µ. νερού και 20µ. υπερκείµενου εδαφικού τρώµατος (ταθερό πεδίο τάεων). 3. Σήραγγα ε αβετολιθικό τρώµα ε µ. βάθος ιοδύναµο µε πίεη 1.02ΜPa την άνω επιφάνεια του γεωλογικού τρώµατος (µεταβαλλόµενες µε το βάθος - βαρυτικές - τάεις). 4. Σήραγγα ε αβετολιθικό τρώµα ε µ. βάθος ιοδύναµο µε πίεη 1.52ΜPa την άνω επιφάνεια του γεωλογικού τρώµατος (µεταβαλλόµενες µε το βάθος - βαρυτικές - τάεις). 5. Σήραγγα ε ιζηµατογενές τρώµα από γύψο µε πίεη την άνω επιφάνεια του τρώµατος ίη µε την πίεη 50µ. νερού και 20µ. υπερκείµενου εδαφικού τρώµατος (ταθερό πεδίο τάεων). 6. Σήραγγα ε χιτόλιθο µε πίεη την άνω επιφάνεια του τρώµατος ίη µε την πίεη 50µ. νερού και 20µ. υπερκείµενου εδαφικού τρώµατος (ταθερό πεδίο τάεων). 7. Σήραγγα ε γνεύιο µε πίεη την άνω επιφάνεια του τρώµατος ίη µε την πίεη 50µ. νερού και 20µ. υπερκείµενου εδαφικού τρώµατος (ταθερό πεδίο τάεων). Η επίλυη της ανάλυης των ηράγγων γίνεται µε το κριτήριο Mohr-Coulomb. Οι γεωτεχνικές παράµετροι (φ, c κλπ.) προκύπτουν από το λογιµικό RocLab της Rocscience µε κατάλληλη προαρµογή του διαγράµµατος Mohr-Coulomb. Παρακάτω παρατίθενται οι παραδοχές και εποπτικά οι αναπτυόµενες τάεις και µετακινήεις για τις αναφερθείες περιπτώεις ΣΗΡΑΓΓΑ 1 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΗΡΑΓΓΑΣ 1: Βάθος d=20m (απόταη κέντρου ήραγγας από επιφάνεια) Ακτίνα r=5m Σταθερό ταικό πεδίο Από πρόγραµµα RocLab: Πέτρωµα: Κρυταλλικός αβετόλιθος (µε GSI=70) Μέτρο ελατικότητας Ε= ΜPa Λόγος του Poisson: ν=0.25 Συνοχή: c=1.771μpa Γωνία τριβής: φ=61.33º Εφελκυτική αντοχή = 0.651MPa 63

64 Εικ.23 - Αποτελέµατα προγράµµατος RocLab ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ Ι (I) ΣΗΡΑΓΓΑ 1 ΜΕ Ε ΑΦΙΚΗ ΠΙΕΣΗ 500kPa (ιοδύναµη µε 50m νερού) + 520kPa (πίεη υπερκείµενου εδαφικού τρώµατος πάχους 20m) Εικ.24 - Κατακόρυφη µετακίνηη 64

65 Εικ.25 - Οριζόντια µετακίνηη Εικ.26 - Συνολική µετακίνηη 65

66 Εικ.27 - Τάη xx Εικ.28 - Τάη yy 66

67 Κατακόρυφη µετακίνηη Κατακόρυφη µετακίνη Απόταη (m) Εικ.29 - ιάγραµµα επιφανειακής κατακόρυφης µετακίνηης Εικ.30 Συντελετής µείωης αντοχής (SF<1) 67

68 ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΙΙ (II) ΣΗΡΑΓΓΑ 1 ΜΕ Ε ΑΦΙΚΗ ΠΙΕΣΗ 1000kPa (ιοδύναµη µε 100m νερού) + 520kPa (πίεη υπερκείµενου εδαφικού τρώµατος πάχους 20m) Εικ.31 - Κατακόρυφη µετακίνηη Εικ.32 - Οριζόντια µετακίνηη 68

69 Εικ.33 - Συνολική µετακίνηη Εικ.34 - Τάη xx 69

70 Εικ.35 - Τάη yy Επιφανειακή κατακόρυφη µετακίνηη Κατακόρυφη µετακίνηη Απόταη (m) Εικ.36 - ιάγραµµα επιφανειακής κατακόρυφης µετακίνηης 70

71 Εικ.37 Συντελετής µείωης αντοχής (SF<1) ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΙΙΙ (IIΙ) ΣΗΡΑΓΓΑ 1 ΣΕ Ε ΑΦΟΣ ΒΑΘΟΥΣ m (ιοδύναµο µε πίεη 1,02ΜPa το εδαφικό ύνορο ε ταικό πεδίο µε βαρυτικές τάεις) c=1.811mpa, φ=59.70º Εικ.38 - Κατακόρυφη µετακίνηη 71

72 Εικ.39 - Οριζόντια µετακίνηη Εικ.40 - Συνολική µετακίνηη 72

73 Εικ.41 - Τάη xx Εικ.42 - Τάη yy 73

74 Εικ.43 - ιάγραµµα επιφανειακής κατακόρυφης µετακίνηης Εικ.44 Συντελετής µείωης αντοχής (SF<1) 74

75 ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΙV (IV) ΣΗΡΑΓΓΑ 1 ΣΕ Ε ΑΦΟΣ ΒΑΘΟΥΣ m (ιοδύναµο µε πίεη 1,52ΜPa το εδαφικό ύνορο ε ταικό πεδίο µε βαρυτικές τάεις) c=1.861mpa, φ=58.39º Εικ.45 Κατακόρυφη µετακίνηη Εικ.46 Οριζόντια µετακίνηη 75

76 Εικ.47 Συνολική µετακίνηη Εικ.48 Τάη xx 76

77 Εικ.49 Τάη yy Εικ.50 ιάγραµµα επιφανειακής κατακόρυφης µετακίνηης 77

78 Εικ.51 Συντελετής µείωης αντοχής (SF<1) 10.2 ΣΗΡΑΓΓΑ 2 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΗΡΑΓΓΑΣ 2: Βάθος d=20m (απόταη κέντρου ήραγγας από επιφάνεια) Ακτίνα r=5m Σταθερό ταικό πεδίο Από πρόγραµµα RocLab: Πέτρωµα: Chalk (ιζηµατογενές πέτρωµα από γύψο µε GSI=15) Μέτρο ελατικότητας Ε=546.73ΜPa Λόγος του Poisson: ν=0.25 Συνοχή: c=0.049μpa Γωνία τριβής: φ=35.27º Εφελκυτική αντοχή = 0.004MPa 78

79 Εικ.52 - Αποτελέµατα προγράµµατος RocLab ΣΗΡΑΓΓΑ 2 ΜΕ Ε ΑΦΙΚΗ ΠΙΕΣΗ 500kPa (ιοδύναµη µε 50m νερού) + 520kPa (πίεη υπερκείµενου εδαφικού τρώµατος πάχους 20m) [ταικό πεδίο µε ταθερές τάεις] Εικ.53 - Κατακόρυφη µετακίνηη 79

80 Εικ.54 - Οριζόντια µετακίνηη Εικ.55 - Συνολική µετακίνηη 80

81 Εικ.56 - Τάη xx Εικ.57 - Τάη yy 81

82 Επιφανειακή κατακόρυφη µετακίνηη Κατακόρυφη µετακίνηη Απόταη (m) Εικ.58 - ιάγραµµα επιφανειακής κατακόρυφης µετακίνηης Εικ.59 Συντελετής µείωης αντοχής (SF<1) ΚΑΘΟΡΙΣΜΟΣ ΠΛΑΣΤΙΚΗΣ ΖΩΝΗΣ Η οριοθέτηη της πλατικής ζώνης µιας κυκλικής ήραγγας είναι λυµένη τη δηµοίευη των Massinas & Sakellariou (2009). Ο τύπος από τον οποίο µπορεί 82

83 κανείς να υπολογίει τις υντεταγµένες της πλατικής ζώνης είναι ο ακόλουθος: 1 λ 2 [ 2Μο + κ ( λ 1) ] [ Υ+ Pi( λ 1) ] 2Μ [ Υ+ P ( λ 1) ] rc di ri cosβ = cos (10.1) ri d c rc β ο ο Όπου Μο=κ²+r c 2 sin 2 β και ακόµη: d c = βάθος κέντρου πλατικής ζώνης από την επιφάνεια di = βάθος κέντρου κυκλικής ήραγγας από την επιφάνεια Po = οµοιόµορφη επιφανειακή πίεη Pc = κρίιµη πίεη που περιορίζει την περαιτέρω επέκταη της πλατικής ζώνης P i = εωτερική πίεη την περιφέρεια της ήραγγας r c = ακτίνα πλατικής ζώνης r i = ακτίνα κυκλικής ήραγγας β = διπολική υντεταγµένη κ = απόταη του πόλου από την αρχή των υντεταγµένων ε διπολικές λ = ταθερά το κριτήριο Mohr-Coulomb χετιζόµενη µε τη γωνία τριβής του εδάφους Υ = ταθερά το κριτήριο Mohr-Coulomb χετιζόµενη µε τη γωνία τριβής και τη υνοχή του εδάφους Αµέως µετά τη διάνοιξη µιας ήραγγας αναπτύονται τάεις και κατ επέκταη και παραµορφώεις γύρω από τη διατοµή και την ευρύτερη περιοχή γύρω από τη ήραγγα. Η τατική ανάλυη µιας ήραγγας έχει ως αποτέλεµα τη δηµιουργία τάεων την πλατική περιοχή που ηµαίνει ότι η παραµόρφωη αυξάνεται υνεχώς µε ταθερή την τιµή της ακούµενης τάης. Η περιοχή αυτή κινδυνεύει ηµαντικά από τη δηµιουργία ατοχίας και γι αυτό είναι ηµαντική η οριοθέτηή της. Σύµφωνα µε τους Μαίνα & Σακελλαρίου (2009) η απόκριη µιας ήραγγας την ακούµενη πίεη εξαρτάται από το πάχος του υπερκείµενου γεωλογικού τρώµατος (βαθιά ή αβαθής ήραγγα), την ακτίνα της διατοµής της ήραγγας, το αρχικό ταικό πεδίο (πριν τη διάνοιξη), τις ιδιότητες της βραχόµαζας και την εωτερική υποτηρικτική πίεη (λόγω προωρινών υποτηρικτικών µέτρων). Σηµαντικό ρόλο τη µορφή της πλατικής ζώνης παίζει η χέη της ακτίνας µε το βάθος της ήραγγας (Bray 1987). Στις αβαθείς ήραγγες (d/r 7) η πλατική ζώνη µπορεί να φτάει µέχρι την επιφάνεια δηµιουργώντας κίνδυνο και τις υπέργειες κατακευές. 83

84 Distance from tunnel axis (m) Depth (m Tunnel Plastic Zone Pi/Po=0.3 Plastic Zone Pi/Po=0.15 Plastic Zone Pi/Po=0.05 Pi/Po=0 Plastic Zone Pi/Po=0.4 Plastic Zone Pi/Po=0.2 Plastic Zone Pi/Po=0.1 Plastic Zone Pi/Po=0.02 Σχήµα 12 Πλατική ζώνη ήραγγας 84

85 10.3 ΣΗΡΑΓΓΑ 3 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΗΡΑΓΓΑΣ 3: Βάθος d=20m (απόταη κέντρου ήραγγας από επιφάνεια) Ακτίνα r=5m Σταθερό ταικό πεδίο Λόγος του Poisson: ν=0.25 Από πρόγραµµα RocLab: Πέτρωµα: Σχιτόλιθος (µε GSI=45) Μέτρο ελατικότητας Ε= ΜPa Συνοχή: c=0.239μpa Γωνία τριβής: φ=55.54º Εφελκυτική αντοχή = 0.055MPa Εικ.60 - Αποτελέµατα RocLab 85

86 ΣΗΡΑΓΓΑ 3 ΜΕ ΠΙΕΣΗ ΣΤΟ Ε ΑΦΙΚΟ ΣΥΝΟΡΟ 500kPa (ιοδύναµη µε 50m νερού) + 520kPa (πίεη υπερκείµενου εδαφικού τρώµατος πάχους 20m) [ταθερό ταικό πεδίο] Εικ.61 Κατακόρυφη µετακίνηη Εικ.62 Οριζόντια µετακίνηη 86

87 Εικ.63 Συνολική µετακίνηη Εικ.64 Τάη xx 87

88 Εικ.65 Τάη yy Επιφανειακή κατακόρυφη µετακίνηη Κατακόρυφη µετακίνηη Απόταη (m) Εικ.66 Επιφανειακή κατακόρυφη µετακίνηη 88

89 Εικ.67 Συντελετής µείωης αντοχής (SF<1) 10.4 ΣΗΡΑΓΓΑ 4 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΗΡΑΓΓΑΣ 4: Βάθος d=20m (απόταη κέντρου ήραγγας από επιφάνεια) Ακτίνα r=5m Σταθερό ταικό πεδίο Από πρόγραµµα RocLab: Πέτρωµα: Γνεύιος (µε GSI=80) Μέτρο ελατικότητας Ε= ΜPa Λόγος του Poisson: ν=0.25 Συνοχή: c=5.255μpa Γωνία τριβής: φ=69.6º Εφελκυτική αντοχή = 1.384MPa 89

90 Εικ.68 Κατακόρυφη µετακίνηη Εικ.69 Οριζόντια µετακίνηη 90

91 Εικ.70 Τάη xx Εικ.71 Τάη yy 91

92 Επιφανειακή κατακόρυφη µετακίνηη Κατακόρυφη µετακίνηη Απόταη (m) Εικ.72 Επιφανειακή κατακόρυφη µετακίνηη Εικ.73 Συντελετής µείωης αντοχής (SF<1) 10.5 ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΤΑ KIRSCH Οι εξιώεις του Kirsch είναι από τις πιο διαδεδοµένες αναλυτικές επιλύεις για κυκλικές ήραγγες και ε φάη προµελέτης ή θεωρητικής έρευνας µπορεί να φανούν πολύ χρήιµες. Κρίθηκε κόπιµο να γίνει µια ύγκριη των αποτελεµάτων των αναλυτικών τύπων κατά Kirsch και της µεθόδου των υνοριακών τοιχείων προκειµένου να εντοπιτούν διαφορές και οµοιότητες και να ερµηνευτούν ποιοτικά οι διαφοροποιήεις τις τάεις και τις 92

93 παραµορφώεις. Η επίλυη των τύπων έγινε µε την εφαρµογή ε Excel που διαθέτει το εργατήριο οµικής Μηχανικής της ΣΑΤΜ ΕΜΠ η οποία παράγει διαγράµµατα τάεων ε πολικούς άξονες τα τοιχώµατα και την οροφή (άνω µέρος) της ήραγγας, καθώς και τις αντίτοιχες µετατοπίεις. Για την επίλυη k=1, δηλαδή οι οριζόντιες µε τις κατακόρυφες τάεις είναι ίες ΣΗΡΑΓΓΑ 1 ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ Ι R ιάγραµµα 1 Τάεις κατά Kirsch Σύγκλιη οροφής = Σύγκλιη τοιχωµάτων = 0.23mm 93

94 ΣΗΡΑΓΓΑ 1 ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΙΙ R ιάγραµµα 2 Τάεις κατά Kirsch Σύγκλιη οροφής = Σύγκλιη τοιχωµάτων = 0.35mm 94

95 ΣΗΡΑΓΓΑ 2 R ιάγραµµα 3 Τάεις κατά Kirsch Σύγκλιη οροφής = Σύγκλιη τοιχωµάτων = 11.65mm 95

96 ΣΗΡΑΓΓΑ 3 R ιάγραµµα 4 Τάεις κατά Kirsch Σύγκλιη οροφής = Σύγκλιη τοιχωµάτων = 1.21mm 96

97 ΣΗΡΑΓΓΑ 4 R ιάγραµµα 5 Τάεις κατά Kirsch Σύγκλιη οροφής = Σύγκλιη τοιχωµάτων = 0.08mm 10.6 ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Στο παράδειγµα της ήραγγας 1 - περ.ι, οι προκύπτουες µετακινήεις είναι πολύ µικρές (λιγότερο από 1cm) γεγονός που δείχνει ότι η πίεη που ακείται το εδαφικό ύνορο (1.02ΜPa) απορροφάται µε επιτυχία από το αβετολιθικό τρώµα πάχους 20m. Οι επιφανειακές µετακινήεις είναι επίης αµελητέες, εποµένως ο κίνδυνος καθιζήεων από τη τατική ανάλυη 97

98 είναι πολύ µικρός. Φυικά αγνοείται ο παράγοντας του ειµού που µπορεί να αλλάξει άρδην την κατάταη, αλλά η ανάλυη που γίνεται είναι αποκλειτικά τατική και όχι δυναµική. Οι κατακόρυφες µετακινήεις χηµατίζουν καµπύλες που διαχέονται χεδόν οµοιόµορφα µέα το γεωλογικό τρώµα όπως δείχνει η εικ.29. Υπάρχει οµοιοµορφία ως προς κάθετο άξονα όπως αναµένεται λόγω της υµµετρικής γεωµετρίας του προβλήµατος. Ίδια υµµετρία εµφανίζεται και για τις οριζόντιες µετακινήεις, καθώς και για τις τάεις (xx, yy). Ατοχία δεν ηµειώνεται όπως δείχνει η εικ.30 η οποία απεικονίζει το δείκτη µείωης αντοχής (strength factor) που είναι ίος µε το λόγο της αντοχής του πετρώµατος δια της επιβαλλόµενης τάης, οπότε όταν ο δείκτης είναι µικρότερος του 1 έχουµε ατοχία. Στο παράδειγµα της ήραγγας 1- περ.ιι, οι προκύπτουες µετακινήεις είναι πολύ µικρές, οπότε και πάλι ο κίνδυνος καθιζήεων είναι αµελητέος. Τα δύο αυτά παραδείγµατα µελετούν υποθαλάια ήραγγα διότι θεωρούν οµοιόµορφη πίεη το εδαφικό ύνορο ίη µε την πίεη του υπερκείµενου ύδατος (γ 1t/m³). Τα δύο επόµενα παραδείγµατα (Σηρ.1- παρ.ιιι & παρ.ιv) απεικονίζουν υπόγεια ήραγγα ε τέτοιο βάθος, ώτε να προκύπτει η ίδια πίεη το ύνορο της ήραγγας µε αυτό της υποθαλάιας ήραγγας. Πλέον οι τάεις µεταβάλλονται βαρυτικά, δηλαδή ανάλογα του βάθους. Ουιατικά αντικαθίταται η πίεη του νερού µε κατάλληλο εδαφικό τρώµα που ακεί την ίδια πίεη. Παρατηρούµε ότι οι αναπτυόµενες τάεις και µετακινήεις είναι µικρότερες. Οµοίως και οι επιφανειακές µετακινήεις είναι αµελητέες. Η διαφορά που διαπιτώνεται τις προκύπτουες µετακινήεις οφείλεται το ότι η ήραγγα βρίκεται ε µεγαλύτερο βάθος και οι τάεις κατανέµονται πιο οµαλά αφού απορροφούνται από το παχύτερο πλέον τρώµα. Το τρώµα του νερού αντικαθίταται από αντίτοιχου βάρους γεωλογικό τρώµα. Η δυκαµψία του γεωλογικού τρώµατος µειώνει τις αναπτυόµενες τάεις και µετακινήεις ε χέη µε την υποθαλάια ήραγγα. Η ήραγγα δεν ατοχεί ούτε τη µία ούτε την άλλη περίπτωη και εµφανίζεται µόνο µια κυκλική ζώνη γύρω από τη ήραγγα όπου ο δείκτης αντοχής (SF) είναι µειωµένος χωρίς να πέφτει κάτω από 1. Το πέµπτο παράδειγµα (Σήραγγα 2) απεικονίζει µια ήραγγα ε αθενές πέτρωµα (chalk) µε ταθερό ταικό πεδίο και πίεη 1.02ΜPa. Τόο η γωνία τριβής όο και η υνοχή, καθώς και το µέτρο ελατικότητας έχουν πολύ δυµενέτερες τιµές εξαιτίας της χαλαρότητας και ευπάθειας του πετρώµατος. Όπως είναι αναµενόµενο οι µετακινήεις είναι πολύ µεγαλύτερες (15-20 φορές µεγαλύτερες) και οι επιφανειακές µετακινήεις είναι επικίνδυνες. ηµιουργείται µεγάλη πλατική ζώνη, ένδειξη ότι το πέτρωµα θα ατοχήει ε πολλά ηµεία, κάτι που επιβεβαιώνεται από το SF (strength factor) όπως δείχνει η εικ.59. Σχετικά µε το πάχος της πλατικής ζώνης που υποδεικνύει το τµήµα του υπεδάφους που ατοχεί, ύµφωνα µε τη µεθοδολογία των Μαίνα & Σακελλαρίου, προκύπτει 4.57µ. για ανυποτήρικτη ήραγγα. Η εωτερική 98

99 πίεη της υποτήριξης πρέπει να προεγγίει το 40% της πίεης που ακείται τη ήραγγα προκειµένου να µην έχουµε τη δηµιουργία πλατικής ζώνης και εποµένως να µην ατοχήει κανένα ηµείο του υπεδάφους. Η µεθοδολογία αυτή µπορεί να καθορίει µε χετική ακρίβεια το είδος και το πάχος της εωτερικής υποτήριξης η οποία χρειάζεται η ήραγγα και πρέπει να ακεί κατ ελάχιτον µια εωτερική προτατευτική πίεη ίη µε 0.40Pi, όπου Pi η πίεη που ακείται τη διατοµή της ήραγγας. Αν βάλουµε και ένα υντελετή αφαλείας είναι προφανές ότι θα έχουµε αύξηη του πάχους της εωτερικής επένδυης της ήραγγας. Το έκτο παράδειγµα (Σήραγγα 3) απεικονίζει µια ήραγγα ε χιτόλιθο µε ταθερό ταικό πεδίο και πίεη 1.02ΜPa. Η αντοχή του πετρώµατος δεν επαρκεί για να αντιµετωπιτεί η πίεη των 1.02MPa κι έτι παρουιάζεται οριακή ατοχία γύρω από τη διατοµή της ήραγγας (εικ.67). Παρόλα αυτά το µεγαλύτερο τµήµα του υπεδάφους αντιτέκεται επιτυχώς την πίεη, χωρίς να ατοχεί, χωρίς όµως αυτό να αλλάζει ε κάτι την έκβαη του προβλήµατος. Το έβδοµο παράδειγµα (Σήραγγα 4) απεικονίζει µια ήραγγα ε γνεύιο µε ταθερό ταικό πεδίο και πίεη 1.02ΜPa. Η αντοχή του πετρώµατος είναι τέτοια, ώτε να µην προκαλείται ατοχία ε κανένα ηµείο του υπεδάφους (εικ.73). Το επόµενο ηµείο χολιαµού είναι η ύγκριη των λύεων µε τη µέθοδο των υνοριακών τοιχείων και µε τις χέεις του Kirsch. Το διάγραµµα 6 υποδεικνύει ότι δεν υπάρχει κάποια αφής χέη των δύο λύεων υπό την έννοια ότι άλλοτε τα αποτελέµατα κατά Kirsch είναι µεγαλύτερα και άλλοτε τα αποτελέµατα του Examine2D (ως προς τη µετακίνηη της οροφής). Αυτό µπορεί να οφείλεται το ότι η επίλυη κατά Kirsch προϋποθέτει άπειρο χώρο υπεδάφους και ο περιοριµός ε ένα βάθος 20m δεν επιτρέπει την οµαλή εµφάνιη των αποτελεµάτων. Σε κάθε περίπτωη οι διαφορές ε απόλυτα µεγέθη ε τάεις και µετακινήεις είναι µικρές έως αµελητέες. Σε χετικά όµως µεγέθη οι διαφορές είναι ηµαντικές όπως δείχνει το διαγρ.6, αφού π.χ. τη ηρ.1-περ.ιι η µετακίνηη κατά Kirsch είναι πολλαπλάια (9 φορές) µεγαλύτερη. Η πιο ουιατική διαφορά εµφανίζεται τη ήραγγα 2 όπου έχουµε διευρυµένη ατοχία και η µέθοδος υνοριακών τοιχείων δίνει υπερδιπλάιες µετακινήεις. Η εξήγηη που µπορεί να δοθεί είναι ότι επειδή η ανάλυη που κάνει η µεθοδολογία κατά Kirsch είναι αποκλειτικά ελατική, ενώ την πραγµατικότητα δηµιουργείται µια εκτεταµένη πλατική περιοχή, τα αποτελέµατα είναι ελαφρώς αλλοιωµένα. 99

100 Μετακίνηη οροφής Μετακίνη ΜΣΣ Kirsch 0 ΣΗΡ.1-ΠΕΡ.Ι ΣΗΡ.1-ΠΕΡ.ΙΙ ΣΗΡ.2 ΣΗΡ.3 ΣΗΡ.4 Τύπος Σήραγγας ιάγραµµα 6 Μετακινήεις κατά Kirsch και ΜΣΣ 100

101 ΜΕΡΟΣ Γ 11. ΕΜΠΕΙΡΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Έµπειρο Σύτηµα (expert system) ή ύτηµα γνώης (knowledge-based system) είναι ένα ευφυές πρόγραµµα Η/Υ που χρηιµοποιεί γνώη και διαδικαίες εξαγωγής υµπεραµάτων για να λύει προβλήµατα που είναι αρκετά δύκολα, ώτε να χρειάζονται τη υνδροµή της ανθρώπινης εξειδικευµένης εµπειρίας (πείρας) για να λυθούν. Κατά τη Βρετανική Εταιρία Υπολογιτών, ένα έµπειρο ύτηµα θεωρείται αν η ενωµάτωη τον υπολογιτή µιας βαιµένης-τη-γνώη υνιτώας κατά τέτοιο τρόπο ώτε το ύτηµα να µπορεί να δίνει µια ευφυή υµβουλή ή να παίρνει ευφυείς αποφάεις χετικά µε κάποια λειτουργία επεξεργαίας. Μια πρόθετη επιθυµητή χαρακτηριτική ιδιότητα, που από πολλούς θεωρείται ουιώδη, είναι η ικανότητα του έµπειρου υτήµατος να αιτιολογεί, όταν του ζητηθεί, τον τρόπο κέψης του κατάλληλα κατανοητά από αυτόν που το ζήτηε. Τα παραπάνω χαρακτηριτικά επιτυγχάνονται µε προγραµµατιµό βαιµένο ε κανόνες. Η γνώη τα έµπειρα υτήµατα µπορεί να προέρχεται είτε από εµπειρογνώµονες είτε από βιβλία και δηµοιεύεις. Τα πλεονεκτήµατα των έµπειρων υτηµάτων είναι: - Άµεη και υνεχής διαθειµότητα: όποτε χρειάζεται, είναι τη διάθεη του πελάτη ε αντίθεη µε τον εµπειρογνώµονα, ενώ και η ανταπόκριή του είναι πολύ πιο γρήγορη από αυτή ενός ειδικού.. - Μειωµένο κότος: το κότος για υµβουλές/υνεργαία από εµπειρογνώµονες είναι πολύ υψηλότερο ε χέη µε την αγορά ενός προγράµµατος Η/Υ έµπειρο ύτηµα. - Αντοχή το χρόνο: διατηρείται παντοτινά και η γνώη τους παραµένει ή και αυξάνεται ε αντίθεη µε τους εµπειρογνώµονες που είναι προωρινοί. - Αξιοπιτία και ταθερότητα: δεν επηρεάζεται από εξωγενείς υνθήκες και παράγει αιτιολογηµένα υµπεράµατα. - Εκπαίδευη: µπορεί να χρηιµοποιηθεί για την εκπαίδευη ενός µη ειδικού - Πρόβαη προς πληροφορίες: δίδει επιλεκτική και προαρµοµένη πρόβαη τη βάη δεδοµένων του. - Συτηµατοποίηη γνώης: η κατακευή ή και χρήη ενός έµπειρου υτήµατος δίνει την ευκαιρία για υτηµατική υλλογή και επεξεργαία διακορπιµένων πληροφοριών από διακριτές πηγές. - Ευκολία προαρµογής: η διακριτοποίηη της γνώης και του µηχανιµού εξαγωγής υµπεραµάτων δίνει την ευκαιρία, ώτε το έµπειρο ύτηµα να προαρµόζεται τις εξελίξεις της γνώης αλλάζοντας παραµέτρους όπως οι τιµές µεταβλητών του µετά από παρέµβαη του χρήτη. 101

102 - Κατάλληλα για ελλιπή δεδοµένα: µπορούν να λύουν προβλήµατα όταν δεν υπάρχουν ακριβή ή πλήρη δεδοµένα, φαινόµενο που εµφανίζεται υχνά τα πραγµατικά προβλήµατα. - Επεξηγηµατικότητα: εξηγούν µε αφήνεια τον τρόπο µε τον οποίο φτάνουν ε µια λύη. - Αντικειµενικότητα: ειδικά όταν η γνώη προέρχεται από πολλούς ειδικούς. Μειονεκτήµατα Έµπειρων Συτηµάτων: - Πιθανότητα λάθους γνωµάτευης: λόγω του ότι τηρίζονται ε υγκεκριµένες εµπειρικές γνώεις, µπορεί να οδηγήουν ε εφαλµένα υµπεράµατα - Περιοριµένη γνώη ε υγκεκριµένο τοµέα: το γεγονός αυτό εµποδίζει την αξιολόγηη εάν ένα πρόβληµα εντάεται πράγµατι το εύρος γνώης του υτήµατος. - Έλλειψη κοινής λογικής: βαίζονται µόνο ε υγκεκριµένη γνώη και κανόνες και δεν έχουν αίθηη της κοινής πραγµατικής λογικής µε αποτέλεµα να είναι ε θέη να δώουν παράλογα αποτελέµατα. - Απουία έµπνευης περιοριµένο πεδίο κέψης. Η κατακευή ενός έµπειρου υτήµατος περιλαµβάνει την εξής δοµή: Ειδικός Μηχανικός γνώης Βάη γνώης έµπειρου υτήµατος Ένα επιτυχηµένο έµπειρο ύτηµα πρέπει να έχει υψηλή επίδοη, να δίνει λύη ε ύντοµο χρονικό διάτηµα, να είναι αξιόπιτο και κατανοητό ως προς τη υλλογιτική του και ευέλικτο ως προς την προαρµογή νέας γνώης. Η δοµή του διαφέρει από τα υµβατικά προγράµµατα ως εξής: εδοµένα + Αλγόριθµοι = Προγράµµατα Γνώη + Εξαγωγή υµπεραµάτων = Έµπειρα Συτήµατα Οι κύριες διαφορές των εµπείρων υτηµάτων από τα υµβατικά προγράµµατα είναι: - Ο διαχωριµός της γνώης και του τρόπου χρηιµοποίηής της - Η χρήη υψηλού επιπέδου εξειδικευµένης γνώης ε ένα υγκεκριµένο τοµέα - Η ευριτική, και όχι αλγοριθµική, φύη της διατιθέµενης γνώης Τα έµπειρα υτήµατα είναι κατάλληλα τις εξής περιπτώεις: - Προβλήµατα διαγνωτικής - εν υπάρχει καθιερωµένη θεωρία - Η ανθρώπινη εµπειρία είναι πάνια - Τα δεδοµένα περιέχουν αβεβαιότητα Ενώ είναι ακατάλληλα για τις ακόλουθες περιπτώεις: 102

103 - Καθαρά υπολογιτικά προβλήµατα - Υπάρχει µαθηµατική λύη - Φθηνοί εµπειρογνώµονες - Τα δεδοµένα είναι ακριβή Κάθε πλήρες έµπειρο ύτηµα έχει τέερις υνιτώες: 1. Τη βάη γνώης: περιέχει όλη τη γνώη του υτήµατος. Αποτελείται από τη τατική βάη γνώης η οποία δε µεταβάλλεται κατά τη διάρκεια εκτέλεης του προγράµµατος και τη δυναµική βάη γνώης που περιέχει τα µερικά υµπεράµατα που δηµιουργούνται κατά την εκτέλεη του προγράµµατος, καθώς και την τελική λύη του προβλήµατος. 2. Τη µηχανή εξαγωγής υµπεραµάτων: είναι υπεύθυνη για το χειριµό της βάης γνώης και την εξαγωγή υµπεραµάτων από αυτήν. Χωρίζεται ε δύο µέρη, το διερµηνέα και το χρονοπρογραµµατιτή. Ο διερµηνέας αποτελείται υνήθως από αλγορίθµους που υλοποιούν µε κάποιο τρόπο την αντίτοιχη υλλογιτική. Ο χρονοπρογραµµατιτής αποφαίζει πότε και µε ποια ειρά θα χρηιµοποιηθούν τα διάφορα τοιχεία της βάης γνώης. 3. Τη υνιτώα λήψης της γνώης: υποβάλλει ερωτήµατα προς το χρήτη και αντλεί πληροφορίες. 4. Τη υνιτώα ερµηνείας: απαντά ε δύο βαικά ερωτήµατα, πώς κατέληξε ε ένα υµπέραµα και γιατί ζητά κάποια πληροφορία από το χρήτη. Τρόποι παράταης γνώης: - έντρα αποφάεων - Σηµαντικά δίκτυα - Κατηγορικός λογιµός Η µηχανή εξαγωγής υµπεραµάτων έχει να κάνει µε αβέβαια δεδοµένα τα οποία απαιτούν ειδικές µεθόδους αντιµετώπιης όπως ααφής λογική, λογική Bayesian, λογική πολλαπλών τιµών, µέθοδος υντελετών αβεβαιότητας κ.ά. Στην κατηγορηµατική λογική η έννοια µιας πρόταης έχει µια ακριβή και καλά οριµένη ηµαία. Συγκεκριµένα µια πρόταη θεωρείται ότι αληθεύει τότε και µόνο τότε εάν η αλήθεια όλων των υποθέεων του υνεπάγεται την αλήθεια των υµπεραµάτων του. Από υπολογιτική άποψη είναι ωφέλιµο να έχουµε ένα ενιαίο τρόπο απόδειξης ο οποίος να διεκπεραίωνε την απόδειξη, ανάγοντας τις διάφορες διαδικαίες λογικής αιτιολόγηης ε µια µοναδική λογική πράξη. Μια τέτοια τεχνική τηρίζεται την αρχή της απόφαης µε βάη την οποία ελέγχουµε την ύπαρξη ή όχι αντίφαης. Η απόδειξη γίνεται µε αντίκρουη της αντίφαης. ηλαδή για να αποδείξουµε την αλήθεια ενός γεγονότος προπαθούµε να αποδείξουµε ότι 103

104 η άρνηη του γεγονότος αυτού οδηγεί ε αντίφαη µε τα γνωτά γεγονότα (δηλαδή ότι δεν ικανοποιείται). Για να περιγράψουµε ένα πρόβληµα τεχνητής νοηµούνης πρέπει να κάνουµε τα ακόλουθα (Τζαφέτας 2005): 1. Να ορίουµε ένα χώρο κατάταης που περιέχει όλες τις δυνατές (ή και µη δυνατές) περιπτώεις (υνδυαµούς κλπ.) των χετικών αντικειµένων. 2. Να καθορίουµε µία ή περιότερες κατατάεις που περιγράφουν υνθήκες από τις οποίες µπορεί να αρχίει η διαδικαία επίλυης του προβλήµατος. Οι κατατάεις αυτές ονοµάζονται αρχικές κατατάεις. 3. Να καθορίουµε µία ή περιότερες κατατάεις που είναι αποδεκτές αν λύεις του προβλήµατος. Οι κατατάεις αυτές ονοµάζονται κατατάεις τόχου. 4. Να καθορίουµε ένα ύνολο κανόνων που περιγράφουν τις ενέργειες που είναι διαθέιµες. Τα χαρακτηριτικά του προβλήµατος που µας οδηγούν τον προδιοριµό της πιο κατάλληλης ευρετικής µεθόδου είναι τα εξής: - Αν το πρόβληµα µπορεί να διαπατεί ε ένα ύνολο ανεξάρτητων µικρότερων και πιο εύκολων προβληµάτων. - Αν µερικά βήµατα µπορούν να αγνοηθούν εάν αποδειχθούν ακατάλληλα. - Αν µία λύη του προβλήµατος είναι καλή, χωρίς να γίνει ύγκριη µε άλλες δυνατές λύεις. - Αν η βάη γνώης που θα χρηιµοποιηθεί για τη λύη του προβλήµατος είναι εωτερικά υνεπής. - Αν χρειάζεται µεγάλη ποότητα γνώης για τη λύη του προβλήµατος ή αν η γνώη χρηιµεύει µόνο για να περιορίει την ανίχνευη. - Αν χρειάζεται αλληλεπίδραη χρήτη-υπολογιτή προκειµένου να βρεθεί η λύη. Ένας τρόπος για να λύουµε κάποιο πρόβληµα είναι µε τη βοήθεια των γράφων ή δέντρων ακολουθιών των κανόνων που εφαρµόζονται και των κατατάεων που προκύπτουν. Τα δέντρα αυτά ονοµάζονται δέντρα ανίχνευης ή έρευνας. Στην κορυφή του δέντρου εικονίζεται µια περιγραφή της αρχικής κατάταης. Οι διάφοροι κανόνες που µπορούν να εφαρµοθούν παριτάνονται µε τους κλάδους που οδηγούν ε κατερχόµενους κόµβους. Οι κόµβοι αυτοί παριτούν τις κατατάεις που προκύπτουν µετά από την εφαρµογή των κανόνων. Ένα δέντρο ανίχνευης αναπτύεται µέχρι που να πάρουµε µια βάη δεδοµένων η οποία να ικανοποιεί τις υνθήκες τερµατιµού. Αν ο τρόπος ανίχνευης από την αρχική κατάταη την κατάταη τόχου λέγεται «ευθύς» (ορθός), τότε και το ύτηµα που προκύπτει λέγεται ευθύ ή ορθό ύτηµα παραγωγής. Αν ξεκινήουµε από την κατάταη τόχου και µε ανάτροφες κινήεις προχωρήουµε προς την αρχική κατάταη, τότε το ύτηµα λέγεται ανάτροφο ύτηµα παραγωγής. 104

105 Οι ιδιότητες που πρέπει να έχει οποιοδήποτε ύτηµα δοµηµένης παράταης της γνώης ενός πεδίου είναι: - Επάρκεια παράταης: ικανότητα παράταης όλων των µορφών της γνώης του πεδίου. - Επάρκεια υλλογιµού: ικανότητα χειριµού των δοµών που παριτάνει έτι ώτε να παράγονται νέες δοµές οι οποίες αντιτοιχούν ε νέα γνώη που προκύπτει από τη παλιά. - Αποδοτικότητα υλλογιµού: ικανότητα προθήκης πληροφορίας τη δοµή της γνώης η οποία να κάνει τους µηχανιµούς υλλογιµού να δίνουν µεγαλύτερη προοχή προς τις πιο κατάλληλες κατευθύνεις. - Αποδοτικότητα λήψης πληροφορίας: ικανότητα εύκολης αποδοχής νέας πληροφορίας. Οι τεχνικές δοµηµένης παράταης που έχουν αναπτυχθεί χωρίζονται ε δηλωτικές (π.χ. κατηγορικός λογιµός) και διαδικατικές (τις οποίες η γνώη παρίταται υπό τη µορφή διαδικαιών χρηιµοποίηης της γνώης). Η παράταη της γνώης µε τα ηµαντικά ή ηµαιολογικά ή εννοιολογικά δίκτυα τηρίζεται την παλιά και πολύ απλή ιδέα ότι η µνήµη απαρτίζεται από υχετίεις (υνδέεις) µεταξύ εννοιών. Για την παράταη και επεξεργαία της γνώης προς εξαγωγή υµπεραµάτων από αβέβαια δεδοµένα υπάρχουν τρεις γενικές περιγραφές: - Τεχνική υντελετών βεβαιότητας: ο υντελετής βεβαιότητας δίνει ένα µέτρο της ιγουριάς που έχουµε για κάποιο γεγονός µε βάη τη µαρτυρία που έχουµε τη διάθεή µας. - Πιθανοθεωρητική Τεχνική Bayes - Τεχνική αξίας κανόνων: αντιτοιχούµε µια τιµή (αξία) ε κάθε τοιχείο µαρτυρίας (κανόνα) κατά τη διαδικαία υλλογιµού και κάνουµε πρώτα την ερώτηη που έχει τη µεγαλύτερη τιµή. Η τεχνική Shafer-Dempster ανήκει την κατηγορία των παράλληλων υµπεραµατολογιών (υλλογιτικών) βεβαιότητας, οι οποίες χειρίζονται την αβεβαιότητα ως ξεχωριτές οντότητες µε διαδικαίες χαλαρά υνδεδεµένες. Ο µηχανιµός εξαγωγής υµπεραµάτων χειρίζεται τη γνώη αν να είναι βέβαιη, ενώ ακολουθεί µια παράλληλη µορφή υµπεραµατολογίας αβεβαιότητας, που υπολογίζει την αβεβαιότητα µετά από κάθε νέα µαρτυρία. Η µέθοδος αποτελείται από τέερα βαικά ηµεία: - Τα βαικά τοιχεία τα οποία τηρίζεται η θεωρία. Σε αυτά περιλαµβάνονται µια άλγεβρα προτάεων που περιγράφουν το πεδίο οριµού, υναρτήεις βεβαιότητας και υναρτήεις αξιολόγηης των αποτελεµάτων. - Την κωδικοποίηη των µαρτυριών ε µορφή επεξεργάιµη από τη θεωρία. - Το µηχανιµό ανανέωης ο οποίος καθορίζει τον τρόπο µετάβαης από µια κατάταη βεβαιότητας ε κάποια άλλη. - Το µηχανιµό απόφαης. Ααφής λογική Ααφή υτήµατα 105

106 Η αρχιτεκτονική των ααφών υτηµάτων περιλαµβάνει τέερις µονάδες (Τζαφέτας 2005): 1. Μία βάη ααφών κανόνων της µορφής ΕΑΝ-ΤΟΤΕ (Ααφής βάη γνώης) 2. Μια ααφή υλλογιτική µηχανή (µηχανιµό εξαγωγής ααφών υµπεραµάτων ή αποφάεων) 3. Μια µονάδα ααφοποίηης (ααφοποιητική µονάδα διεπαφής) η οποία µετατρέπει τα δεδοµένα ειόδου ε ααφή ύνολα. 4. Μια µονάδα αποααφοποίηης (αποααφοποιητική µονάδα διεπαφής) η οποία µετατρέπει τα ααφή υµπεράµατα/αποφάεις ε αφώς καθοριµένη/ντετερµινιτική µορφή. Η ααφής βάη γνώης περιέχει εκτός από ααφείς (γλωικούς) κανόνες και ένα τµήµα βάης αριθµητικών δεδοµένων τα οποία απαιτούνται για τη διαδικαία εξαγωγής των αποτελεµάτων. Οι κανόνες της βάης γνώης λαµβάνονται υνήθως από τους εµπειρογνώµονες ή και από διαδικαίες προοµοίωης. Η ααφής υλλογιτική µηχανή αποτελεί τον πυρήνα του ααφούς υτήµατος και περιέχει τη λογική λήψης αποφάεων. Η µονάδα ααφοποίηης εκτελεί τις παρακάτω εργαίες: - Μετράει (παραλαµβάνει)τις µη ααφείς τιµές των ειόδων του υτήµατος. - Απεικονίζει τις περιοχές µεταβολής των τιµών ειόδου ε κατάλληλα υπερύνολα αναφοράς. - Ααφοποιεί τις ειερχόµενες τιµές των ειόδων δηλαδή τις µετατρέπει ε ααφή ή γλωική µορφή. Η µονάδα αποααφοποίηης εκτελεί τις εξής δύο εργαίες: - Απεικονίζει τις περιοχές µεταβολής των µεταβλητών εξόδου ε αντίτοιχα υπερύνολα µεταφοράς. - Αποααφοποιεί τα αποτελέµατα που δίνει η ααφής υλλογιτική µηχανή, δηλαδή τα µετατρέπει ε ντετερµινιτική (µη ααφή) µορφή για παραπέρα χρήη από επόµενα υτήµατα ή διεργαίες απόφαης. Μερικά από τα πιο γνωτά έµπειρα υτήµατα πάνω τα οποία βαίτηκε η ανάπτυξη πολλών άλλων µεταγέτερων εµπείρων υτηµάτων είναι τα εξής: MYCIN, PROSPECTOR, INTERNIST-I, INTERNIS-II και CASNET. Το έµπειρο ύτηµα PROSPECTOR αναπτύχθηκε το Ερευνητικό Ιντιτούτο του Stanford για να βοηθήει τους γεωλόγους την αναζήτηη υπόγειων ορυκτών αποθεµάτων. Υλοποιήθηκε απευθείας τη γλώα INTERLISP και περιέχει εξελιγµένες υνιτώες απόκτηης της γνώης και επεξήγηης. Η βάη γνώης αποτελείται από περιότερους από 1000 κανόνες και χρηιµοποιεί µια ρητή ταξινοµία γεωλογικών όρων µε περιότερα από 1000 τοιχεία. Το ύτηµα υποβάλλει ερωτήµατα προς το χρήτη ο οποίος παρέχει πληροφορίες 106

107 για την υπό εξέταη περιοχή. Το ύτηµα µε βάη τη βεβαιότητα του χρήτη για την είοδο δίνει ένα µέτρο βεβαιότητας για την απάντηη. Το ύτηµα PROSPECTOR τηρίζεται ε κανόνες που υνδέουν την παρατηρούµενη µαρτυρία (Ε) υγκεκριµένων γεωλογικών ευρηµάτων µε υποθέεις (Η) που υµπεραίνονται από τη µαρτυρία. Ένας τυπικός κανόνας έχει τη µορφή: ΕΑΝ Ε ΤΟΤΕ Η (µε βαθµό) ΒΥ, ΒΚ Όπου ο αριθµός ΒΥ δείχνει το βαθµό βεβαιότητας που έχουµε να είναι παρούα η µαρτυρία Ε την υπόθεη Η (Βαθµός Υπέρ) και ο αριθµός ΒΚ δείχνει το βαθµό βεβαιότητάς µας να µην είναι παρούα η µαρτυρία Ε την υπόθεη Η (Βαθµός Κατά). Ο αριθµός ΒΥ ονοµάζεται υντελετής επάρκειας και ο αριθµός ΒΚ ονοµάζεται υντελετής αναγκαιότητας. Το ύτηµα υνοδεύει κάθε τοιχείο µαρτυρίας και κάθε υπόθεη µε ένα βαθµό βεβαιότητας P που εκφράζει την πιθανότητα παρουίας (ύπαρξης) της µαρτυρίας ή την πιθανότητα ιχύος (αλήθειας)της υπόθεης. Οι τιµές των βαθµών βεβαιότητας ΒΥ και ΒΚ ορίτηκαν κατά το κτίιµο του υτήµατος και παραµένουν αµετάβλητες κατά τη λειτουργία αυτού. Οι υντελετές βεβαιότητας της µαρτυρίας και των υποθέεων (Ρ) ορίτηκαν και αυτές κατά την κατακευή του µοντέλου, αλλά µπορούν να µεταβάλλονται µε βάη τη νέα πληροφορία που δίνει ο χρήτης. Η ανανέωη (διάδοη) των πιθανοτήτων Ρ γίνεται µε βάη τον κανόνα του Βayes. Το τµήµα του υτήµατος που εκτελεί τη διάδοη των πιθανοτήτων προς τα εµπρός το υλλογιτικό δίκτυο αποτελεί το υλλογιτικό µηχανιµό (µηχανιµό εξαγωγής υµπεραµάτων) του PROSPECTOR. Επειδή η επεξεργαία των κανόνων ξεκινάει από το «ΕΑΝ» και προχωράει προς το «ΤΟΤΕ», ο µηχανιµός του υτήµατος ακολουθεί την ορθή αλυίδα υλλογιµού. Η διάδοη των πιθανοτήτων δεν µπορεί να ξεκινήει πριν ο χρήτης τροφοδοτήει το ύτηµα µε ένα καινούργιο τοιχείο πληροφορίας. Εποµένως, η υλλογιτική µηχανή του υτήµατος πρέπει να αποφαίζει κάθε φορά τι ερωτήεις να κάνει το χρήτη. Εξετάζει τους κανόνες που υποτηρίζουν την τρέχουα υπόθεη τόχου και κάνει την καλύτερη δυνατή ερώτηη που µπορεί χετικά µε τη µαρτυρία των κανόνων αυτών. Η απάντηη την καλύτερη αυτή ερώτηη έχει τη µεγαλύτερη επίδραη πάνω την πιθανότητα του κόµβου του τόχου. Οι κύριες κατηγορίες των εργαιών τις οποίες µπορούν να εκτελέουν τα έµπειρα υτήµατα είναι: πρόβλεψη, διάγνωη, χεδίαη, χεδιαµός, παρακολούθηη, επιδιόρθωη, διδακαλία, έλεγχος υµπεριφοράς, προοµοίωη και παροχή υµβουλών. Οι κύριες περιοχές εφαρµογής των έµπειρων υτηµάτων είναι ιατρική, χηµεία, γεωλογία, φυική, µαθηµατικά, τεχνολογία, διοίκηη, βιοµηχανία, ροµποτική, νοµική επιτήµη κλπ. Η γνώη ε ένα έµπειρο ύτηµα µπορεί να προέρχεται από διάφορες πηγές όπως τεχνικές εκθέεις, βάεις δεδοµένων, εγχειρίδια, εµπειρικά δεδοµένα και 107

108 προωπική εµπειρία. Η κυρίαρχη πηγή γνώης είναι ο εµπειρογνώµονας. Ο µηχανικός γνώης λαµβάνει τη γνώη αυτή µέω άµεης επικοινωνίας µε τον εµπειρογνώµονα. Τα βαικά χαρακτηριτικά που πρέπει να έχει το πρόβληµα για να είναι δυνατή η ανάπτυξη ενός έµπειρου υτήµατος είναι τα εξής: - Το πρόβληµα δεν απαιτεί κοινή λογική. - Το πρόβληµα απαιτεί µόνο ικανότητες αντίληψης. - Οι εµπειρογνώµονες µπορούν να εξηγήουν τις µεθόδους τους µε αφήνεια. - Υπάρχουν ικανοί εµπειρογνώµονες που µπορούν να εκτελέουν το έργο µε επιτυχία. - Οι εµπειρογνώµονες υµφωνούν τις λύεις που δίνουν. - Το έργο δεν είναι εξαιρετικά δύκολο. - Το πρόβληµα έχει κατανοηθεί επαρκώς. Οι φάεις ανάπτυξης ενός έµπειρου υτήµατος περιλαµβάνουν: Αναγνώριη (εντοπιµός των ηµαντικών πλευρών του προβλήµατος) Αντίληψη (κατανόηη και οριµός εννοιών) ιατύπωη (παράταη γνώης) Υλοποίηη (καθοριµός κανόνων) Έλεγχος (δοκιµαία εγκυρότητας κανόνων) Αναπαράταη γνώης είναι ένα ύνολο υντακτικών και ηµαιολογικών παραδοχών οι οποίες καθιτούν δυνατή την περιγραφή ενός κόµου. Τα δοµικά τοιχεία που έχει κάθε µέθοδος αναπαράταης γνώης είναι (Βλαχάβας & λοιποί 2006): - το υντακτικό, δηλαδή ο οριµός των υµβόλων που χρηιµοποιεί και οι κανόνες µε τους οποίους τα ύµβολα αυτά µπορούν να υνδυατούν. - η ηµαιολογία, δηλαδή ο καθοριµός των εννοιών που αποδίδονται τα ύµβολα και υνδυαµούς υµβόλων που επιτρέπει το υντακτικό. Έχει ηµαία να διαχωρίουµε τις έννοιες: δεδοµένα, πληροφορία και γνώη, έτι ώτε γίνει κατανοητή η αναγκαιότητα της ύπαρξης των µεθόδων αναπαράταης της γνώης. Τα δεδοµένα είναι µη-οργανωµένα και µηεπεξεργαµένα γεγονότα. Συνήθως τα δεδοµένα αποτελούν κάποιες µετρήιµες ή υπολογίιµες τιµές των ιδιοτήτων των αντικειµένων. Είναι τατικά, δηλαδή από τη τιγµή που θα καταγραφούν δεν αλλάζουν. Η πληροφορία αποτελείται από δεδοµένα τα οποία έχουν φιλτραριτεί και µορφοποιηθεί κατάλληλα. Η πληροφορία έχει νόηµα, κοπό και υνάφεια, ώτε να διευκολύνει τη διαδικαία λήψης αποφάεων. Η γνώη είναι πληροφορία που έχει υποτεί µια ειρά ειδικών ελέγχων για την πιτοποίηή της. Ουιατικά αναδεικνύει τη ηµαντικότητα της πληροφορίας υχετίζοντάς τη µε χρήιµα υµπεράµατα ή αναγκαίες ενέργειες. Τέλος, θα µπορούε να προτεθεί και η έννοια της «οφίας» ή «µετα-γνώης» ως η ικανότητα να χρηιµοποιεί κάποιος τη γνώη αποδοτικά µε βαικές ιδιότητες την ικανότητα αναθεώρηης της γνώης, τη µάθηη από τα λάθη, τη διορατικότητα και την ικανότητα πρόβλεψης. 108

109 Τα βαικά είδη υλλογιτικής είναι τρία: - η υνεπαγωγική υλλογιτική: το υµπέραµα που εξάγεται είναι λογικό επακόλουθο του γενικού κανόνα και του γεγονότος που καταγράφεται ως αληθές µε απόλυτη βεβαιότητα. - η επαγωγική υλλογιτική: η εξαγωγή υµπεραµάτων από ένα ύνολο παραδειγµάτων µε την ορθότητα των υµπεραµάτων να µην είναι εγγυηµένη. - η απαγωγική υλλογιτική: ξεκινά µε ένα παρατηρούµενο γεγονός το οποίο αποτελείς υµπέραµα ενός κανόνα και υποθέτει ότι οι υνθήκες τις οποίες βαίζεται το υµπέραµα είναι έγκυρες. Ωτόο δεν υπάρχει τρόπος να εγγυηθεί ότι οι υποθέεις που κάνει για τις υνθήκες είναι έγκυρες. Γι αυτό υνήθως χρειάζεται επιβεβαίωη της υπόθεης µε τη χρήη άλλων τεχνικών. Η απαγωγική υλλογιτική χρηιµοποιείται κυρίως ε προβλήµατα όπου οι παρατηρήεις αποτελούν υµπτώµατα, τα αίτια των οποίων δεν είναι απευθείας παρατηρήιµα. Μερικές από τις πιο ύγχρονες και εξελιγµένες υλλογιτικές των υτηµάτων γνώης οι οποίες αναπτύχθηκαν ώτε να µειώουν την ανάγκη για ενωµάτωη της εµπειρικής γνώης είναι η υλλογιτική βαιµένη ε µοντέλα, η ποιοτική υλλογιτική και η υλλογιτική βαιµένη ε περιπτώεις. Η ανάπτυξη των υλλογιτικών αυτών οδήγηε τη γενίκευη του όρου έµπειρα υτήµατα ε υτήµατα γνώης, ώτε να υµπεριλάβει και τα υτήµατα τα οποία η γνώη δεν προέρχεται µόνο από ειδικούς. Η υλλογιτική βαιµένη ε µοντέλα βαίζεται ε µαθηµατικά µοντέλα (περιγράφουν µε αναλυτικές εξιώεις ένα ύτηµα), τοχατικά µοντέλα (περιγράφουν τη τατιτική λειτουργία ενός υτήµατος) και αιτιοκρατικά µοντέλα (περιγράφουν ένα ύτηµα µέω των αλληλεπιδράεων των επιµέρους τµηµάτων του). Η ποιοτική υλλογιτική βαίζεται την ποιοτική κατανόηη ενός φυικού υτήµατος δηµιουργώντας ένα ποιοτικό µοντέλο. Η υλλογιτική βαιµένη ε περιπτώεις βαίζεται τη χρήη καταγεγραµµένης εµπειρίας για την επίλυη νέων προβληµάτων. Χρηιµοποιεί παραδείγµατα προβληµάτων που αντιµετωπίτηκαν επιτυχώς το παρελθόν προκειµένου να επιλυθεί το τρέχον πρόβληµα µε παραπλήιο τρόπο. Η επιλογή των κατάλληλων περιπτώεων βαίζεται την οµοιότητά τους µε την τρέχουα. Η προταιακή λογική αποτελεί την απλούτερη µορφή µαθηµατικής λογικής. Κάθε γεγονός του πραγµατικού κόµου αναπαρίταται µε µια λογική πρόταη, η οποία χαρακτηρίζεται είτε ως αληθής είτε ως ψευδής, δηλαδή µπορεί να έχει δυο λογικές τιµές. Η κατηγορηµατική λογική αποτελεί επέκταη της κατηγορηµατικής λογικής. Ο κόµος περιγράφεται αν ένα ύνολο αντικειµένων, ιδιοτήτων και χέεων που προδίνονται ε αυτά, δίνοντας έτι τη δυνατότητα για αναπαρατάεις που είναι κοντινότερες την ανθρώπινη εµπειρία. 109

110 Η µη-µονότονη λογική έχει ως χαρακτηριτικό ότι η προθήκη νέων αξιωµάτων είναι δυνατό να µειώει το ύνολο των δυνατών υµπεραµάτων, αφαιρώντας κάποια που αποδεικνύονται εφαλµένα µετά την προθήκη. Έχει ως πλεονεκτήµατα ότι κάθε φορά που προτίθεται ένα νέο γεγονός δε χρειάζονται νέοι έλεγχοι για τη υνέπεια της γνώης του υτήµατος και ότι για κάθε νέο γεγονός που αποδεικνύεται δεν είναι απαραίτητη η καταγραφή των γεγονότων πάνω τα οποία βαίζεται η αλήθεια του, αφού δεν υπάρχει κίνδυνος αποµάκρυνης παλιότερων γεγονότων. Υπάρχουν δύο είδη κανόνων, αυτοί που εκφράζουν διαδικατική γνώη και αυτοί που εκφράζουν δηλωτική. Και τα δύο είδη, οι υνθήκες είναι µια ακολουθία από κατηγορήµατα τα οποία υνδέονται µεταξύ τους µε ύζευξη (AND) ή διάζευξη (OR). ιαδικατική γνώη: ΑΝ οι υνθήκες αληθεύουν ΤΟΤΕ εκτέλεε τις ενέργειες. ηλωτική γνώη: ΑΝ οι υνθήκες αληθεύουν ΤΟΤΕ αληθεύει και το υµπέραµα. Ανάλογα µε το είδος κανόνων που χρηιµοποιούν, τα υτήµατα κανόνων µπορούν να χωριτούν ε δύο µεγάλες κατηγορίες: - Συτήµατα εξαγωγής υµπεραµάτων, όπου οι κανόνες εκφράζουν δηλωτική γνώη, δηλαδή γνώη που δηλώνει µια αλήθεια για τον κόµο του προβλήµατος, αλλά δεν αναφέρει ρητά πότε και πώς εφαρµόζεται. - Συτήµατα παραγωγής, όπου οι κανόνες εκφράζουν διαδικατική γνώη, δηλαδή γνώη για το ποιες υγκεκριµένες ενέργειες πρέπει να εκτελετούν δεδοµένης µιας κατάταης. 12. ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ ΣΗΡΑΓΓΩΝ Ο χεδιαµός ηράγγων ε θαλάιο περιβάλλον µπορεί να βαιτεί ε ένα πλήθος κριτηρίων που προέρχονται από τις µελετητικές και κατακευατικές ανάγκες ενός τέτοιου έργου. Φυικά πρέπει να γίνει διάκριη ανάλογα µε το αν αναφερόµατε ε υποθαλάια, επικαθήµενη ή πλωτή ήραγγα τοχεύοντας όµως ε µια ενοποιηµένη θεώρηη που θα έχει αν αποτέλεµα τη διαµόρφωη ενός πρακτικού εργαλείου υποβοήθηης τεχνικών αποφάεων χετικά µε τη δηµιουργία µιας ήραγγας ε µια θαλάια περιοχή. ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΣΗΡΑΓΓΩΝ ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ Σχήµα 13 οµή χεδιαµού ηράγγων 110

111 Ο χεδιαµός οποιουδήποτε τύπου ήραγγας περιλαµβάνει τρεις κύριους άξονες που πρέπει να ληφθούν υπόψη τον τεχνικό χεδιαµό και περιλαµβάνουν τη µελέτη, την κατακευή και τη λειτουργία του έργου. Πρόκειται για τρεις αλληλένδετους τοµείς που ο ένας επηρεάζει τον άλλο. Ένας ωτός, ύγχρονος και ολοκληρωµένος χεδιαµός αντιµετωπίζει ενιαία και τις τρεις αυτές πλευρές του έργου και λαµβάνει εξ αρχής τα απαιτούµενα µέτρα προκειµένου να προληφθούν προβλήµατα ε οποιαδήποτε φάη. Η µελέτη µιας ήραγγας ε θαλάιο περιβάλλον κινείται ε τρία θεµατικά πεδία που επηρεάζουν καθοριτικά τη τατική και δυναµική ανάλυη της κατακευής και προδιορίζουν εποµένως το υνολικό δοµικό χεδιαµό. Πρόκειται για το γεωλογικό, το γεωτεχνικό και το υδροδυναµικό µοντέλο του έργου. Τα µοντέλα αυτά ερµηνεύουν ποιοτικά και ποοτικά το περιβάλλον του έργου η αλληλεπίδραη µε το οποίο πρέπει να είναι ε αρµονία, ώτε να υπάρχει αφάλεια για το έργο. ΜΕΛΕΤΗ ΣΗΡΑΓΓΑΣ (ΣΕ ΘΑΛΑΣΣΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ) ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ Υ ΡΟ ΥΝΑΜΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ Σχήµα 14 Μοντέλα µελέτης ήραγγας Η κατακευή µιας ήραγγας αποτελείται από τέερις παράγοντες-κλειδιά: τη µέθοδο κατακευής, τα µέτρα υποτήριξης κατά µήκος του άξονα και κατά πλάτος της διατοµής, την τελική επένδυη που καλείται να παραλάβει τα ηµαντικότερα φορτία και τις Η/Μ εγκατατάεις που επηρεάζουν καθοριτικά τη λειτουργικότητα του έργου και την ποιότητα χρήης του. 111

112 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΣΗΡΑΓΓΑΣ ΜΕΘΟ ΟΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΜΕΤΡΑ ΥΠΟΣΤΗΡΙΞΗΣ ΤΕΛΙΚΗ ΕΠΕΝ ΥΣΗ Η/Μ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ Σχήµα 15 Μέρη κατακευής ήραγγας 12.1 ΤΕΧΝΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ Η τεχνική ανάλυη που έχει προηγηθεί χετικά µε τη µελέτη και κατακευή υµβατικών, υποθαλάιων, επικαθήµενων το βυθό και πλωτών ηράγγων αποτελεί την πηγή των πληροφοριών που θα διαµορφώουν τα κριτήρια αξιολόγηης του έργου. Συγκεκριµένα, χετικά µε τις υποθαλάιες ήραγγες όλη η κατακευή γίνεται µέα τη βραχόµαζα. Τα υτήµατα ταξινόµηης της βραχόµαζας µπορούν να αποτελέουν µια πλούια πηγή τοιχείων χετικών µε τις απαιτούµενες ιδιότητες της µελετητικής και κατακευατικής µεθοδολογίας της υποθαλάιας ήραγγας η οποία καλείται να δεχτεί επιπλέον του βάρους της βραχόµαζας και το βάρος του θαλαινού νερού, καθώς και να αντιµετωπίει πιθανές ειροές θαλαινού νερού το χώρο της κατακευής της ήραγγας. Ξεκινώντας από το ύτηµα RMR µπορούµε να ειάγουµε ως κύρια κριτήρια αξιολόγηης της βραχόµαζας, την αντοχή ε θλίψη του βραχώδους υλικού, καθώς και το µήκος, την απόταη, την αποάθρωη των τοιχωµάτων, την τραχύτητα, το άνοιγµα, το υλικό πλήρωης και τον προανατολιµό των αυνεχειών, όπως επίης και την ύπαρξη υπόγειου νερού. Το ύτηµα Q προθέτει τις ιδιότητες της βραχόµαζας, την ύπαρξη νερού τις αυνέχειες. Το ύτηµα RMi επιβεβαιώνει αυτές τις ιδιότητες. Το ύτηµα GSI δίνει βάρος τη δοµή της βραχόµαζας και την κατάταη των αυνεχειών. Από τα παραπάνω γίνεται φανερό ότι η αντοχή του υµπαγούς και αδιάρρηκτου βραχώδους υλικού που µπορεί να προκύψει από πειράµατα, η κατάταη και η 112

113 πυκνότητα των αυνεχειών που προκύπτει οπτικά και η ύπαρξη υπόγειου νερού την περιοχή του έργου που ανιχνεύεται από τις γεωτρήεις και την πορεία του έργου αποτελούν βαικούς παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα της βραχόµαζας και καθιτούν εύκολη ή δυχερή τη διάνοιξη µιας υπόγειας ή και υποθαλάιας ήραγγας. Οι κατακευατικές τεχνικές επιβεβαιώνουν τα παραπάνω κριτήρια και προθέτουν τις εξής πληροφορίες: η ταχύτητα προχώρηης αυξάνει όο πιο οµοιογενείς είναι οι γεωτεχνικές υνθήκες κατά τον άξονα της ήραγγας, η διάνοιξη παρουιάζει προβλήµατα ε περίπτωη ατάθειας, δηλαδή για εδάφη µικρής αντοχής και υνεκτικότητας όπως είναι οι άµµοι που υναντώνται κατά κόρον το βυθό της θάλαας, η ειροή νερού θεωρείται οβαρό τεχνικό πρόβληµα που δηµιουργεί επιπλέον υδροτατικές πιέεις και ενδεχόµενα προβλήµατα το µηχανολογικό εξοπλιµό, η αλληλεπίδραη µε παράπλευρες κατακευές λόγω των παραγόµενων δονήεων είναι ηµαντικό πρόβληµα τις ήραγγες ε ατικές περιοχές και λιγότερο ε θαλάιες όπου οι κοντινότερες κατακευές βρίκονται υνήθως ε µεγάλη απόταη (φυικά αν εδράζεται κοντά την περιοχή του έργου κάποια γέφυρα ή κάποια πλατφόρµα εξαγωγής πετρελαίου, τότε µπορεί να υπάρξει οβαρό πρόβληµα). Για τις υποθαλάιες ήραγγες η πιο διαδεδοµένη κατακευατική µέθοδος είναι η διάνοιξη µε ΤΒΜ οπότε και χρειάζεται προοχή την επιλογή του τύπου του µηχανήµατος ανάλογα µε τις γεωλογικές υνθήκες, ενώ πρέπει να τονιτεί ότι η παραγόµενη διατοµή της ήραγγας είναι αναγκατικά αποκλειτικά κυκλική. Ως προς τα µέτρα υποτήριξης της ήραγγας απαιτούν κατακευατικά χέδια και επιτόπου παρακολούθηη του έργου και έχουν µικρό ενδιαφέρον ε µια µελέτη τεχνικής εφικτότητας που δεν µπορεί ακόµη να προδιορίει επακριβώς τις τεχνικές ανάγκες ενός τόο ύνθετου έργου όπως µια υποθαλάια ήραγγα. Τα κριτήρια ατοχίας της βραχόµαζας µπορούν να µας δώουν επιπλέον πληροφορίες για την ποιότητα του βραχώδους υλικού και τις απαιτήεις του έργου. Από το κριτήριο Mohr-Coulomb είναι εµφανής η ηµαία του υντελετή και της γωνίας εωτερικής τριβής του γαιώδους υλικού. Όο πιο µικρή είναι η εωτερική τριβή, τόο πιο χαλαρό είναι το υλικό και εποµένως είναι χαµηλότερες οι απαιτούµενες τάεις για την ατοχία του υλικού. Βέβαια από κατακευατικής άποψης όο πιο χαλαρό είναι το υλικό τόο πιο εύκολη και γρήγορη είναι η εκκαφή του, όµως η ετερογένεια του βραχώδους υλικού ε υνδυαµό µε τη χαλαρότητα οδηγεί ε υπερεκκαφές και αποτµήεις βραχώδους ή εδαφικού υλικού µε αποτέλεµα τελικά να είναι πιο αργή η προχώρηη της ήραγγας. Γενικά προτιµώνται οµογενείς και υµπαγείς βραχόµαζες χωρίς πολλά κενά και ανοµοιογένειες που µπορεί να καθυτερήουν δραµατικά την εκτέλεη του έργου. Τα ύγχρονα µηχανήµατα ΤΒΜ χεδιάζονται µε βάη τα γεωλογικά δεδοµένα και οποιαδήποτε οβαρή ετερογένεια µπορεί να αυξήει το κότος του µηχανήµατος ή ακόµη και να υποχρεώει την αντικατάταη της κεφαλής του. 113

114 Το κριτήριο Hoek-Brown καταδεικνύει τη ηµαία της δοµής της βραχόµαζας και της κατάταης των αυνεχειών. Όο πιο αποαθρωµένη και κατακερµατιµένη είναι η βραχόµαζα, τόο πιο χαµηλός είναι ο δείκτης γεωλογικής αντοχής (GSI) και αντίτοιχα µικρότερες είναι οι τάεις ατοχίας του βράχου. Η θεωρία του Griffith υπερτονίζει τη ηµαία της ύπαρξης ρωγµών των οποίων το µήκος και η ευκολία χηµατιµού οδηγεί ε όλο και πιο ταχεία ατοχία του υλικού. Τα υπόλοιπα εµπειρικά κριτήρια ατοχίας της βραχόµαζας επιβεβαιώνουν τα παραπάνω υµπεράµατα. Οι θεωρίες ανάλυης των ηράγγων µπορούν να δώουν νέα τοιχεία την προπάθεια αξιολόγηης του γεωτεχνικού µοντέλου της περιοχής του έργου. Όο µεγαλύτερη είναι η διάµετρος της διατοµής της ήραγγας τόο πιο αυξηµένες είναι οι προκύπτουες τάεις και τόο δυχερέτερη είναι προφανώς η διάνοιξη. Η ηµαία των γεωτεχνικών παραµέτρων (c, φ) είναι καθοριτική. Για τις υποθαλάιες ήραγγες οι οποίες κατακευάζονται εξ ολοκλήρου µέα τη βραχόµαζα ιχύουν όλα τα παραπάνω υµπεράµατα µε έµφαη το επιπλέον αναλαµβανόµενο βάρος του θαλαινού νερού. Σηµαντικός είναι ο κίνδυνος διαρροών θαλαινού ή υπόγειου νερού που µπορεί να δηµιουργήει επιπλέον υδροτατικές τάεις και να κατατρέψει τα µηχανολογικό εξοπλιµό. Για τις επικαθήµενες ήραγγες, η θεµελίωη τους το βυθό είναι το πιο κρίιµο ηµείο µελετητικά δεδοµένου ότι το µεγαλύτερο κοµµάτι της κατακευής πραγµατοποιείται την ξηρά (ε νηοδόχους). Η αντοχή των παάλων παίζει πρωτεύοντα ρόλο. Από τους χετικούς υπολογιτικούς τύπους µπορούµε να παρατηρήουµε ότι η υνοχή, η γωνία τριβής και το ειδικό βάρος του εδάφους όπως επίης και το είδος του υλικού (τραχύτητα, µέτρο ελατικότητας) επηρεάζουν τη µορφή της θεµελίωης και εποµένως και τη δυκολία του έργου. Οι υδροδυναµικές υνθήκες (ύψος και ταχύτητα κυµάτων, ταχύτητα-υχνότητα ρευµάτων και βάθος νερού) επηρεάζουν προφανώς τη τατική και δυναµική λειτουργία της κατακευής. Το ανάγλυφο του πυθµένα παίζει ηµαντικό ρόλο την έδραη της ήραγγας. Αν υπάρχουν υποθαλάια πρανή η δυκολία κατακευής είναι πολύ µεγάλη. Το βάθος του νερού έχει επίης µεγάλη ηµαία γιατί αφενός αυξάνει την υδροτατική πίεη και αφετέρου επαυξάνει τα υδροδυναµικά φαινόµενα. Για τις πλωτές ήραγγες είναι καθοριτική η έλλειψη κάποιου ολοκληρωµένου έργου που θα πρόφερε ηµαντικά τοιχεία τόο για τη µελέτη όο και για την κατακευή αντίτοιχων έργων. Το ύτηµα αγκύρωης αναµένεται να έχει πολύ ηµαντικό ρόλο τη δοµική λειτουργία του φορέα. Ο χετικός τύπος της µετατόπιης (π.χ. του πλωτήρα που τηρίζει τη ήραγγα) δείχνει ότι το βάθος του νερού επηρεάζει δυµενώς τη µετατόπιη, ενώ και το βάρος ανά µονάδα µήκους επηρεάζει τα αποτελέµατα των µετακινήεων. Οι φορτίεις από κυµατιµούς είναι πολύ ηµαντικές. Ο τύπος του Morison είναι ενδεικτικός για τον τρόπο επηρεαµού της κατακευής. Η ταχύτητα και η 114

115 επιτάχυνη του νερού επηρεάζει δυµενώς τη φόρτιη της ήραγγας από κύµατα. Το µέγεθος της κατακευής παίζει επίης µεγάλο ρόλο την ανάπτυξη δυνάµεων αντίταης και εποµένως την καταπόνηη της ήραγγας. Αναλυτική λύη δεν υπάρχει για οριζόντιο κύλινδρο µέα το νερό. Η υδροδυναµική ανάλυη γίνεται µε αριθµητικές µεθόδους και επίλυη των εξιώεων Navier-Stokes ΠΟΙΟΤΙΚΟΣ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΚΡΙΤΗΡΙΩΝ Σε ένα ύτηµα αποφάεων που αχολείται µε το ποιος τύπος ήραγγας είναι ο πιο κατάλληλος τεχνικά για ένα θαλάιο άνοιγµα, µπορούµε να παραθέουµε τα εξής κριτήρια µε µια ποιοτική διακριτοποίηη ε τρεις διαβαθµίεις ανάλογα µε τα αναµενόµενα χαρακτηριτικά από µετρήεις ή την προωπική εµπειρία και αντίληψη του µελετητή από παραπλήια ή κοντινά έργα: Ι. Υποθαλάια ήραγγα 1. οµή βραχόµαζας: καλή ικανοποιητική κακή 2. Κατάταη αυνεχειών: καλή ικανοποιητική κακή 3. Αντοχή βράχου: καλή ικανοποιητική χαµηλή 4. Ειροή υπόγειου νερού: αµελητέα µικρή µεγάλη 5. Γεωτεχνικές παράµετροι εδάφους: καλές ικανοποιητικές - κακές 6. Σειµικότητα: µικρή µέη υψηλή 7. Κίνδυνος ενεργού ρήγµατος: αµελητέος µικρός υψηλός ΙΙ. Επικαθήµενη ήραγγα 1. Υδροδυναµικές υνθήκες: καλές ικανοποιητικές κακές 2. Γεωτεχνικές παράµετροι εδάφους: καλές ικανοποιητικές - κακές 3. Απαιτήεις υτήµατος θεµελίωης: χαµηλές µέες υψηλές 4. Σειµικότητα: µικρή µέη υψηλή 5. Κίνδυνος εδαφικής ρευτοποίηης: αµελητέος µικρός υψηλός 6. Κίνδυνος επικάλυψης ή υποκαφής από ιζήµατα: αµελητέος µικρός υψηλός 7. Κίνδυνος ενεργού ρήγµατος: αµελητέος µικρός υψηλός 8. Ανάγλυφο πυθµένα: ήπιο ανώµαλο πολύ ανώµαλο 9. Βάθος νερού: µικρό µέο - µεγάλο ΙΙΙ. Πλωτή ήραγγα 1. Υδροδυναµικές υνθήκες: καλές ικανοποιητικές κακές 115

116 2. Απαιτήεις υτήµατος θεµελίωης: χαµηλές µέες υψηλές 3. Απαιτήεις υτήµατος αγκύρωης: χαµηλές µέες υψηλές 4. Κίνδυνος από τουνάµι ή παλίρροια: αµελητέος µικρός υψηλός Θα µπορούε κανείς να παραθέει και άλλα ποιοτικά κριτήρια ε µια ολοκληρωµένη-διεπιτηµονική αξιολόγηη του προβλήµατος µελέτης και κατακευής µιας ήραγγας ε θαλάιο περιβάλλον. Χαρακτηριτικά παραδείγµατα θα ήταν ο χρόνος και το κότος κατακευής, η ανθεκτικότητα ε πυρκαγιά ή η πιθανότητα ατυχήµατος (ύγκρουη οχηµάτων µέα τη ήραγγα ή ύγκρουη µε πλεούµενα). Όµως τόχος είναι η ανάλυη να παραµείνει ε τεχνικά θέµατα που άπτονται κυρίως του πεδίου του πολιτικού µηχανικού και να προφέρει µια προέγγιη το θέµα του δοµικού χεδιαµού ενός τέτοιου έργου χωρίς να µπαίνει ε θέµατα διαταιολόγηης. Γι αυτό και τα προτεινόµενα κριτήρια έχουν αφή τεχνικό-µελετητικό χαρακτήρα και ουιατικά µελετούν την αλληλεπίδραη της κατακευής µε το περιβάλλον της (θαλάιο και γαιώδες). Μία καθολική ανάλυη θα έπρεπε να λάβει υπόψη και ηλεκτροµηχανολογικά ζητήµατα τα οποία παίζουν καθοριτικό ρόλο τη µελέτη τέτοιων έργων (π.χ. αεριµός, φωτιµός, αεροδυναµικά φαινόµενα κ.ά) και ξεφεύγουν από το επιτηµονικό πεδίο µε το οποίο αχολείται η εργαία. Τέλος, δεν πρέπει να αµελήει κανείς τις περιβαλλοντικές επιπτώεις που µπορεί να επηρεάουν τη χωροθέτηη του έργου ή ακόµη και τη µέθοδο κατακευής ΠΟΣΟΤΙΚΟΣ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΚΡΙΤΗΡΙΩΝ Τα παραπάνω ποιοτικά κριτήρια πρέπει να ερµηνευτούν κατά τρόπο επιτηµονικό και αντικειµενικό και παράλληλα να ποοτικοποιηθούν κατάλληλα, ώτε το εργαλείο που θα διαµορφωθεί να παράγει αξιόπιτα και αντικειµενικά αποτελέµατα. Η διαβάθµιη, που έχει γίνει ε τρεις κατηγοριοποιήεις (καλό ικανοποιητικό κακό ή αµελητέα χαµηλή υψηλή) ανάλογα µε το κριτήριο, εξυπηρετεί την προέγγιη που µπορεί να κάνει κάποιος εµπειρογνώµονας ε φάη προµελέτης ή µελέτης κοπιµότητας. Ένας µηχανικός ε ένα δήµο ή µια νοµαρχία που καλείται να κάνει µια τεχνική ειήγηη για ένα τέτοιο έργο, πρέπει να έχει ένα εύχρητο εργαλείο που να µπορεί να το εµπιτευτεί και να το τροφοδοτήει µε πληροφορίες που είναι διαθέιµες ε ένα προκαταρτικό µελετητικό τάδιο. Έτι έχει αποφευχθεί η ειαγωγή ποοτικών προδιοριµών. Η ποιοτική βέβαια εκτίµηη των επιµέρους παραγόντων που επηρεάζουν κυρίως τη µελέτη, αλλά και την κατακευή και λειτουργία του έργου, βαίζεται ε ποοτικά δεδοµένα τα οποία περιγράφουµε παρακάτω. 116

117 ΥΠΟΘΑΛΑΣΣΙΑ ΣΗΡΑΓΓΑ Σχετικά µε τα κριτήρια που χετίζονται µε γεωτεχνικά ζητήµατα, πηγή πληροφοριών αποτελεί ο πίνακας προδιοριµού του δείκτη γεωλογικής αντοχής (GSI) όπως έχει διαµορφωθεί από τους Ηoek & Marinos (2000) µε δοκιµαµένα καλά αποτελέµατα. Για τη δοµή της βραχόµαζας µπορούµε να δώουµε την εξής τεχνική περιγραφή για κάθε διαβάθµιη: - Καλή δοµή βραχόµαζας θεωρείται ο άτρωτος βράχος µε λίγες αυνέχειες ε µεγάλη απόταη ή η αδιατάρακτη βραχόµαζα µε πολύ καλό αλληλοκλείδωµα µε τρεις ορθογώνια τεµνόµενες οικογένειες αυνεχειών. - Ικανοποιητική δοµή βραχόµαζας θεωρείται η µερικώς διαταραγµένη βραχόµαζα µε γωνιώδη τεµάχη που χηµατίζονται από τέερις ή περιότερες οικογένειες αυνεχειών. - Κακή δοµή βραχόµαζας θεωρείται η ιχυρά κατακερµατιµένη βραχόµαζα µε πτωχό αλληλοκλείδωµα και παρουία γωνιωδών ή τρογγυλεµένων τεµαχών ή φυλλώης, χιτοποιηµένη και τεκτονικώς διατµηµένη αθενής βραχόµαζα. Για την κατάταη των αυνεχειών η διαβάθµιη έχει ως εξής: - Καλή όταν έχουµε πολύ τραχείες µη αποαθρωµένες επιφάνειες ή τραχείες ελαφρά αποαθρωµένες και οξειδωµένες επιφάνειες. - Ικανοποιητική όταν έχουµε λείες µετρίως αποαθρωµένες και εξαλλοιωµένες επιφάνειες. - Κακή όταν έχουµε επιφάνειες ολίθηης πολύ αποαθρωµένες µε υλικό πλήρωης µε γωνιώδη θραύµατα ή µε µαλακό αργιλικό υλικό πλήρωης. Για την αντοχή της βραχόµαζας µπορούµε να λάβουµε υπόψη την τιµή του δείκτη γεωλογικής αντοχής (GSI) όπως προκύπτει από τον πίνακα των Hoek & Marinos o οποίος καθορίζει το αποτέλεµα του πλέον διαδεδοµένου κριτηρίου ατοχίας της βραχόµαζας, του κριτηρίου Hoek-Brown. Με βάη τον πίνακα αυτό µπορούµε να καθορίουµε ότι: - Καλή αντοχή έχουµε για GSI= Ικανοποιητική αντοχή έχουµε για GSI= Χαµηλή αντοχή έχουµε για GSI=5-35 Για την ειροή υπόγειου νερού το χώρο της ήραγγας οι διαβαθµίεις έχουν ως εξής: - Αµελητέα όταν οι ερευνητικές γεωτρήεις ή τοιχεία από γειτονικά έργα υποδεικνύουν χαµηλή υδαρότητα τα τρώµατα που βρίκονται κοντά το τόµιο της ήραγγας - Μικρή όταν τα τρώµατα το χώρο του έργου είναι κορεµένα - Μεγάλη όταν υπάρχουν ενδείξεις για υπόγεια ροή ύδατος λόγω υδραυλικής κλίης 117

118 Για την ποιότητα των γεωτεχνικών παραµέτρων του εδάφους µε τις οποίες αναφερόµατε κυρίως τη γωνία τριβής και τη υνεκτικότητα, έχουµε τα εξής: - Καλές για υγιή εδάφη µε υψηλή πυκνότητα κόκκων - Ικανοποιητικές για εδάφη µε µέη πυκνότητα κόκκων - Κακές για αποαθρωµένα χαλαρά εδάφη µε χαµηλή πυκνότητα κόκκων Για το µέγεθος της ειµικότητας λαµβάνεται υπόψη ε ποια από τις τρεις ζώνες ειµικής επικινδυνότητας (κατά τον Ε.Α.Κ.) ανήκει η περιοχή του έργου (µε βάη το υντελετή α όπου α=α/g µε Α: ειµική επιτάχυνη εδάφους και g επιτάχυνη βαρύτητας), εποµένως έχουµε: - Μικρή ειµικότητα για ζώνη ειµικής επικινδυνότητας Ι (α=0.16) - Μέη ειµικότητα για ζώνη ειµικής επικινδυνότητας ΙΙ (α=0.24) - Υψηλή ειµικότητα για ζώνη ειµικής επικινδυνότητας ΙΙΙ (α=0.36) Για τον κίνδυνο ενεργού ρήγµατος λαµβάνεται υπόψη αν υπάρχει κοντά την περιοχή του έργου µε βάη ιτορικά τοιχεία ενεργό ρήγµα που έχει δώει ειµό αρκετά µεγάλης ένταης, οπότε ο κίνδυνος είναι: - Αµελητέος όταν δεν υπάρχει ενεργό ρήγµα - Μικρός όταν υπάρχει ενεργό ρήγµα που έχει δώει µικρούς ειµούς - Υψηλός όταν υπάρχει ενεργό ρήγµα που έχει δώει ειµούς αρκετά µεγάλης ένταης και πάνω ΕΠΙΚΑΘΗΜΕΝΗ ΣΗΡΑΓΓΑ Σχετικά µε τα κριτήρια που αφορούν τη ειµικότητα, την παρουία ενεργού ρήγµατος και τις γεωτεχνικές παραµέτρους ιχύουν τα ίδια µε παραπάνω. Επιπλέον έχουµε: Για τις υδροδυναµικές υνθήκες ιχύει ότι είναι: - Καλές όταν οι κυµατιµοί και τα ρεύµατα είναι ήπιας ένταης, δηλαδή για κλειτούς κόλπους µε χετικά ήπιες ανεµολογικές υνθήκες. - Ικανοποιητικές όταν οι κυµατιµοί και τα ρεύµατα είναι µεαίας ένταης, δηλαδή για ανοιχτούς κόλπους ή κλειτούς κόλπους µε ιχυρά ρεύµατα και ανέµους. - Κακές όταν οι κυµατιµοί και τα ρεύµατα είναι µεγάλης ένταης δηλαδή για ανοιχτές υπεράκτιες περιοχές µε υψηλό κυµατιµό και ιχυρούς ανέµους. Για τις απαιτήεις του υτήµατος θεµελίωης ιχύουν τα παρακάτω: - Είναι χαµηλές όταν η έδραη γίνεται µόνο ε εξυγιαντική τρώη χωρίς ειδικά γεωτεχνικά έργα (π.χ. πάαλοι). - Είναι µέες όταν χρειάζεται ειδική ενίχυη του υπεδάφους µε αραιές πααλοµπήξεις ή τιµεντενέεις. 118

119 - Είναι υψηλές όταν ε όλο τον άξονα της ήραγγας το υπέδαφος είναι αθρό ε µεγάλο βάθος και χρειάζονται πάαλοι ε πυκνή διάταξη. Ο κίνδυνος εδαφικής ρευτοποίηης είναι: - Αµελητέος όταν δεν υπάρχει υδραυλική κλίη - Μικρός όταν υπάρχει υδραυλική κλίη και το έδαφος έχει µεγάλη πυκνότητα - Υψηλός όταν υπάρχει ηµαντική υδραυλική κλίη και το έδαφος είναι χαλαρό Ο κίνδυνος επικάλυψης ή υποκαφής από ιζήµατα είναι: - Αµελητέος όταν η ταχύτητα τριβής (τον πυθµένα) είναι αµελητέα - Μικρός όταν η ταχύτητα τριβής είναι µικρή και οι εδαφικοί κόκκοι είναι µικρού ή µέου µεγέθους - Υψηλός όταν η ταχύτητα τριβής είναι ηµαντική Το ανάγλυφο του πυθµένα είναι: - Ήπιο όταν ο πυθµένας είναι οµαλός (µικρή κλίη) - Ανώµαλο όταν υπάρχουν πτυχώεις (εναλλαγή κλίεων) - Πολύ ανώµαλο όταν υπάρχουν υποθαλάια πρανή Το βάθος του νερού είναι: - Μικρό για βάθος µικρότερο των 50µ. - Μέο για βάθος µ. - Μεγάλο για βάθος άνω των 100µ ΠΛΩΤΗ ΣΗΡΑΓΓΑ Για την περίπτωη πλωτής ήραγγας οι υδροδυναµικές υνθήκες εφαρµόζονται όπως παραπάνω, ενώ για τα υπόλοιπα κριτήρια όπως για τις απαιτήεις του υτήµατος θεµελίωης ιχύουν: - Χαµηλές όταν η θεµελίωη τα άκρα της ήραγγας γίνεται µόνο µε πέδιλα και υπάρχει υγκράτηη µε πλωτήρες ή υποτύλωη της ήραγγας µε τηρίγµατα. - Μέες όταν η θεµελίωη τα άκρα της ήραγγας γίνεται µε παάλους, αλλά θα προβλέπεται υποτύλωη ή αγκυρώεις κατά τον άξονά της για διαµοίραη του φορτίου. - Υψηλές όταν η θεµελίωη γίνεται µε βαθείς παάλους και δεν υπάρχει τατική υποτήριξη κατά τον άξονά της. Οι απαιτήεις του υτήµατος αγκύρωης είναι: - Χαµηλές όταν έχουµε µικρό βάθος νερού και µικρό αριθµό αγκυρώεων. - Μέες όταν έχουµε χετικά µεγάλο βάθος νερού και όχι µεγάλο αριθµό αγκυρώεων. 119

120 - Υψηλές όταν έχουµε µεγάλο βάθος νερού και πυκνή διάταξη αγκυρώεων ή όταν υπάρχει υγκράτηη της ήραγγας από το να ανέλθει µε αγκυρώεις οπότε ο ρόλος τους δεν είναι βοηθητικός, αλλά καθοριτικός. Ο κίνδυνος από τουνάµι ή παλίρροια µπορεί να είναι: - Αµελητέος όταν δεν υπάρχουν τοιχεία για παρουία τέτοιων φαινοµένων την περιοχή του έργου. - Μικρός όταν υπάρχουν ιτορικά τοιχεία για τουνάµι µε πολύ µεγάλη περίοδο επαναφοράς ή τοιχεία για περιοριµένη ε ύψος παλίρροια. - Υψηλός όταν υπάρχουν τοιχεία για παρουία τουνάµι µε περίοδο επαναφοράς κάτω των 100 χρόνων ή υπάρχει ηµαντική παλίρροια ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Τα παραπάνω κριτήρια µε τρεις διαβαθµίεις το κάθε ένα µπορούν να αποτελέουν τη βάη για ένα έγκυρο και αξιόπιτο ύτηµα αξιολόγηης για τον πιο ενδεικνυόµενο τύπο ήραγγας ε µια θαλάια περιοχή. Ένας τρόπος εκτίµηης της εφικτότητας και αξιοπιτίας κάθε µεθόδου είναι η βαθµολόγηη των κριτηρίων µε τρεις αριθµούς: 1 για χαρακτηριµό «υψηλό» ή «µεγάλο» ή «κακή» 2 για χαρακτηριµό «µέο» ή «µικρό» ή «ικανοποιητική» 3 για χαρακτηριµό «χαµηλό» ή «αµελητέο» ή «καλή» Ένας ιοταθµιµένος µέος όρος της βαθµολογίας οδηγεί τον υπολογιµό του δείκτη καταλληλότητας κάθε µεθόδου µε άριτα το 3 και χείριτο το 1. Όο πιο κοντά είναι ο βαθµός το 3 τόο περιότερο ενδείκνυται η χρήη της υγκεκριµένης µεθόδου κατακευής. Όο πιο κοντά είναι ο βαθµός το 1 τόο πιο δυχερής και επικίνδυνη είναι η υγκεκριµένη µέθοδος. Μια απλή ύγκριη των τριών βαθµών µπορεί να δώει τη ζητούµενη ως πιο κατάλληλη µέθοδο κατακευής η οποία προφανώς θα έχει τη µεγαλύτερη βαθµολογία ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ Η/Υ Το πρόγραµµα λειτουργεί µε βάη το περιγραφέν ύτηµα αξιολόγηης και δίνει τη βέλτιτη µέθοδο κατακευής ανάλογα µε την υψηλότερη βαθµολογία. Κατακευάτηκε ε παραθυρικό περιβάλλον µέω της γλώας προγραµµατιµού Visual Basic. 120

121 Εικ. 74 Κριτήρια για υποθαλάιες ήραγγες Εικ. 75 Κριτήρια για επικαθήµενες ήραγγες 121

122 Εικ. 76 Κριτήρια για πλωτές ήραγγες Εικ. 77 Οδηγίες προγράµµατος 122

123 Εικ. 78 Ιτορικό προγράµµατος Εικ. 79 Μήνυµα προς χρήτη 123