ΜΠΕΝΤΟΝΙΤΗΣ ΟΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΣΤΑ ΤΕΧΝΙΚΑ ΕΡΓΑ

Transcript

1 ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΥΠΟΔΟΜΗΣ Πτυχιακή εργασία ΜΠΕΝΤΟΝΙΤΗΣ ΟΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΣΤΑ ΤΕΧΝΙΚΑ ΕΡΓΑ Σπουδαστής: Βάβουρας Χρυσοβαλάντης Επιβλέπων: Κονιτόπουλος Γεώργιος Θεσσαλονίκη, Οκτώβριος 2013 I

2 Ευχαριστίες Η πτυχιακή αυτή εργασία, αποτελεί την τελευταία υποχρέωσή μου στον κύκλο σπουδών του τμήματος ΠΕΥ, και θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους όσους συνέλαβαν στην ολοκλήρωση της προσπάθειας αυτής. Καταρχάς ευχαριστώ τον επιβλέποντα καθηγητή του θέματος της πτυχιακής αυτής, κ. Κονιτόπουλο Γεώργιο, που ήταν διαθέσιμος ανελλιπώς, κατά τις εργάσιμες - και μη ημέρες, να με συμβουλέψει για κάθε ζήτημα που με απασχολούσε. Ευχαριστώ τη γυναίκα μου, Θεοδώρα, για την ψυχολογική υποστήριξη που μου πρόσφερε, και που με εμπιστεύτηκε, μου συμπαραστάθηκε με καλοσύνη, και με ενθάρρυνε να περατώσω τις σπουδές μου. Ευχαριστώ τη μαμά μου, που περισσότερο από εμένα αξίζει συγχαρητήρια, για το δύσκολο έργο που ανέλαβε να με μεγαλώσει χωρίς να μου λείψει τίποτα, παρέχοντάς μου ακόμα και την ευκαιρία να σπουδάσω, με δικές της προσωπικές θυσίες, με τον ιδρώτα της και με τον αγώνα της. Πάνω από όλους ευχαριστώ τον Κύριό μου, τον Ιησού Χριστό, γιατί είμαι ζωντανός, και το πτυχίο που πρόκειται να λάβω αποτελεί αφορμή δόξας στον Θεό, γιατί κανένα πτώμα ποτέ του δεν πήρε πτυχίο. Τέλος, ευχαριστώ όλους εκείνους που έδωσαν πνευματικές μάχες για εμένα και με ενίσχυσαν με την προσευχή τους. Αφιερώνεται στη μνήμη του πατέρα μου... II

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σελ. Πρόλογος ο Κεφάλαιο Μπεντονίτης - Από την φύση μέχρι την αγορά Γνωριμία με το πέτρωμα Χημεία - Τύποι μπεντονίτη Ζήτηση μπεντονίτη ο κεφάλαιο Χρήσεις μπεντονίτη Εισαγωγή Κύριες χρήσεις Σφαιροποίηση σιδηρομεταλλεύματος Χυτήρια Άμμος υγιεινής κατοικίδιων ζώων Καθαρισμός υδάτων και υγρών αποβλήτων Βιομηχανία χάρτου Πετρελαιογεωτρήσεις υδρογεωτρήσεις Τεχνικά έργα Ειδικές χρήσεις Γεωργικές εφαρμογές Τεχνολογία κεραμικών Υγεία καλλυντικά Βιομηχανία τροφίμων Βιομηχανία χρωμάτων Χημική βιομηχανία Κατεργασία υλικών και παρασκευή προϊόντων Άλλες χρήσεις και εφαρμογές ο Κεφάλαιο Εφαρμογές μπεντονίτη στα τεχνικά έργα Εισαγωγή-Μέθοδοι βελτίωσης και ενίσχυσης εδαφών Στεγανοποίηση Χώροι υγειονομικής ταφής απορριμμάτων Στεγανοποίηση λεκάνης ΧΥΤΑ Τελική επικάλυψη και αποκατάσταση των ΧΥΤΑ Στεγανωτικά υλικά μπεντονιτικής βάσεως Οι μπεντονιτικές μεμβράνες (GCL) και η εκτεταμένη χρήση τους Άλλα μπεντονιτικά υλικά Ταφή και δέσμευση ραδιενεργών αποβλήτων Διατρήσεις τεχνολογίας Trenchless III

4 3.3.1 Εισαγωγή Μέθοδοι Κατευθυνόμενης διάτρησης - Οριζόντια κατευθυνόμενη διάτρηση (HDD) Μέθοδοι μη κατευθυνόμενης διάτρησης Τεχνικές Microtunneling Τεχνικές PipeJacking Οργάνωση εργοταξίου Μηχανήματα εκσκαφής Αίθουσα ελέγχου Σύστημα καθοδήγησης Συστήματα απομάκρυνσης των προϊόντων εκσκαφής Μονάδες ώθησης των σωλήνων Σύστημα λίπανσης Ενδιάμεσοι σταθμοί ώθησης Θεμελιώσεις & Έργα αντιστήριξης Βαθιές θεμελιώσεις Έργα αντιστήριξης Πασσαλοδιάφραγμα Τοίχοι τύπου Βερολίνου Διαφραγματικά τοιχώματα Κατασκευή οδηγών διαφραγμάτων (Οδηγά τοιχώματα) Εκσκαφή φατνωμάτων Κατασκευή και τοποθέτηση οπλισμού Σκυροδέτηση των διαφραγματικών στοιχείων (Πανέλα) Ένθετο φωτογραφικό υλικό έργων αντιστήριξης Ενεματώσεις εδάφους Βιβλιογραφία IV

5 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Αντικείμενο της παρούσας εργασίας, αποτελεί ένα βιομηχανικό ορυκτό που οι -όχι και τόσο συνηθισμένες- ιδιότητές του, το καθιστούν ξεχωριστό, και πιο συγκεκριμένα σε τεχνικές εφαρμογές, πολύτιμα αξιοποιήσιμο. Πρόκειται για τον μπεντονίτη, που παρά την σπουδαιότητά του είναι λίγο ή πολύ ξένος ακόμη και ανάμεσα στους πολιτικούς μηχανικούς. Στόχος της εργασίας αυτής είναι η πληροφόρηση και η ανάδειξη της πολυτιμότητας του υλικού, ενώ δεν πρέπει να παραλειφθεί και η σημαντική ποσότητα των κοιτασμάτων του εν λόγω ορυκτού πλούτου της χώρας μας. Η πρώτη μου επαφή με το υλικό, έγινε στα πλαίσια της πρακτικής μου άσκησης όπου ανέλαβα χρέη βοηθού επιβλέποντος μηχανικού της διευθύνουσας υπηρεσίας, κατά την φάση κατασκευής του διαφραγματικού τοίχου (όπως προβλεπόταν στην μελέτη) του κτιριακού έργου «Κατασκευή Πολιτιστικού Κέντρου Δήμου Αμπελοκήπων-Μενεμένης» που περιελάμβανε 6 ορόφους και δύο υπόγεια. Η εντύπωση της -πρωτόγνωρης στα μάτια μου- θιξοτροπικής συμπεριφοράς του υλικού, που εξέγειρε την περιέργειά μου σε αναζήτηση περισσότερων πληροφοριών, έγινε η αφορμή της συγγραφής αυτού του τεύχους. Καλή ανάγνωση! 1

6 Κεφάλαιο 1 ο Ο μπεντονίτης - Από την φύση μέχρι την αγορά 2

7 1.1 Γνωριμία με το πέτρωμα Η ονομασία του μπεντονίτη προέρχεται από την τοποθεσία Fort Benton της πολιτείας Wyoming των Η.Π.Α., όπου πρωτοανακαλύφθηκε και άρχισε να εξορύσσεται κατά τα τέλη του 19 ου αιώνα. Πρόκειται για μία πλαστική άργιλο που προέρχεται από την (in situ μετατροπή) εξαλλοίωση και αφυάλωση ηφαιστειακής τέφρας και αποτελείται από ορυκτά της ομάδας των σμεκτιτών (βλ. 1.2) και κυρίως από μοντμοριλλονίτη (σε ποσοστό μεγαλύτερο από 80%). Ο μοντμοριλλονίτης (Al 2 O 3.4SiO 2.vH 2 O) πήρε το όνομά του από τη γαλλική πόλη Montmorillon και ο όγκος του υπό ειδικές συνθήκες μπορεί να υπερπολλαπλασιασθεί. Όταν η περιεκτικότητα σε μοντμοριλλονίτη είναι μικρότερη (60% 80%), το υλικό χαρακτηρίζεται ως "μπεντονιτική άργιλος". Το χρώμα του μπεντονίτη ποικίλλει από λευκό μέχρι ανοικτοπράσινο ή ανοικτοκυανό, όταν είναι νεαρής ηλικίας, γίνεται όμως ανοικτοκίτρινο στην ατμοσφαιρική έκθεση και βαθμιαία ερυθρό ή καστανό. Είναι ένα πέτρωμα μαλακό, πλαστικό και πορώδες, λιπαρό ή σαπωνοειδή στην υφή και έχει έντονες κολλοειδείς ιδιότητες μέσα στο νερό, σχηματίζοντας μία ζελατινώδη ουσία υψηλού ιξώδους, ενώ ο όγκος του επεξεργασμένου-ενεργοποιημένου μπεντονίτη μπορεί να αυξηθεί έως και 20 φορές απορροφώντας εντόνως μόρια νερού. Η ευρεία χρήση του μπεντονίτη και οι πολλές εφαρμογές του οφείλονται στις χαρακτηριστικές του ιδιότητες, όπως η μεγάλη προσροφητική ικανότητα, η υψηλή πλαστικότητα, ο υψηλός βαθμός ιοντοανταλλαγής, η θιξοτροπική συμπεριφορά σε υδατικά αιωρήματα και η δυνατότητα να δρα ως συνδετικό ή στεγανοποιητικό υλικό. Συνώνυμα του μπεντονίτη είναι η ηφαιστειακή άργιλος, το ορυκτό σαπούνι και οι προσροφητικές άργιλοι. Σχετικά με αυτόν προϊόντα είναι ο υπο-μπεντονίτης με χαμηλή ή μέση ικανότητα διόγκωσης και ο μετα-μπεντονίτης (καλιούχος μοντμοριλλονίτης) με χαμηλή ικανότητα διόγκωσης και συνήθως χωρίς τις κολλοειδείς ιδιότητες των μπεντονιτών. Σήμερα ο όρος μπεντονίτης χρησιμοποιείται με ευρύτερη έννοια στο εμπόριο και αναφέρεται σε διαφορές αργιλικές αποθέσεις ποικίλου χρώματος που περιέχουν κυρίως σμεκτίτη και παρουσιάζουν πολύ μεγάλη επιφανειακή έκταση, εξαιτίας του ελάχιστου μεγέθους των κόκκων τους. Χαρακτηρίζονται από την ικανότητα να διογκώνονται στο νερό ή να λιώνουν και να ενεργοποιούνται από διάφορα οξέα. 3

8 Κοιτάσματα ορυκτού - Παραγωγή Τα κοιτάσματα του μπεντονίτη βρίσκονται συνήθως σε παραθαλάσσιες τοποθεσίες ηφαιστειογενών περιοχών και είναι διατεταγμένα σε ανώμαλες μάζες χωρίς κανένα προσανατολισμό. Τα μεγαλύτερα κοιτάσματα βρίσκονται στις Η.Π.Α., την Ελλάδα, την Ιταλία, την Ουγγαρία, την Αργεντινή, το Περού, τον Καναδά, το Μεξικό, τη Νότια Αφρική, τη Γερμανία, την Ισπανία, την Αλγερία, το Μαρόκο και την Κύπρο. Στην Ελλάδα τα σημαντικότερα κοιτάσματα απαντώνται πρωταρχικά στη Μήλο όπου βρίσκονται τα μεγαλύτερα αποθέματα μπεντονίτη της Ευρώπης, και στην Κίμωλο. Μικρότερης σημασίας κοιτάσματα υπάρχουν στη Μύκονο, τη Λέσβο, την Χίο και στην περιοχή Μέστης - Συκορράχης Έβρου. Η αρχή της εκμετάλλευσης του ορυκτού αυτού πλούτου τοποθετείται στη Μήλο το 1952 και γίνεται από την εταιρία Α.Ε.Ε. Αργυρομεταλλευμάτων & Βαρυτίνης, και την Γ. Μπούρλος, ομώνυμη εταιρία ενός εκ των πρώτων μελετητών του ελληνικού μπεντονίτη το 1953 προστίθεται σ αυτές και η εταιρία Μυκομπάρ, ενώ το 1955 σημειώνονται οι πρώτες φορτώσεις μπεντονίτη για το εξωτερικό. Τα ενδεικτικά συνολικά αποθέματα της χώρας εκτιμώνται σε εκατομμύρια τόνους και η ακαθάριστη αξία τους στα 3,5 δισεκατομμύρια. Η τιμή του μπεντονίτη εξαρτάται από το βαθμό επεξεργασίας, το μέγεθος των κόκκων και την συσκευασία. Η παγκόσμια παραγωγή του μπεντονίτη για τα έτη , σύμφωνα με τον ετήσιο κατάλογο 2008 της Γεωλογικής Υπηρεσίας των ΗΠΑ, παρουσιάζεται στον Πίνακα 1.1. Πληροφορίες για την παραγωγή σε Κίνα και Καναδά δεν παρατίθενται λόγω της έλλειψης επαρκών στοιχείων. Για την Κίνα η παραγωγή για το 2007 υπολογίζεται κοντά στους 3.1 Mt. Συνολικά, η παγκόσμια παραγωγή του μπεντονίτη για το έτος 2008 ανήλθε στους 11.7 Mt, με τις Η.Π.Α. να είναι ο βασικός προμηθευτής, με την Ελλάδα να φτάνει το 8% της συνολικής παραγωγής και την Τουρκία να ακολουθεί. Σύμφωνα με τα στοιχεία του Συνδέσμου Μεταλλευτικών Επιχειρήσεων η συνολική παραγωγή εξορυγμένου ορυκτού στον Κλάδο του Μπεντονίτη για την Ελλάδα κατά το έτος 2009 ανέρχεται σε t και κατά το έτος 2010 σε t, σημαντικά μικρότερη της παραγωγής του 2008, λόγω πτώσης της διεθνούς ζήτησης, ιδιαίτερα στον τομέα της χαλυβουργίας. Κάποιες χώρες επιδιώκουν το εμπόριο και στοχεύουν στη διεθνή αγορά εξάγοντας σημαντικές ποσότητες του προϊόντος. Τέτοιες είναι η Ελλάδα, η Αμερική, η Τουρκία, η Ινδία, η Αγγλία η Ολλανδία και άλλες. Από την απέναντι πλευρά, οι κύριες χώρες 4

9 που εισάγουν μπεντονίτη είναι ο Καναδάς, η Ολλανδία, η Γερμανία, η Αγγλία, η Ιαπωνία και η Γαλλία. Πίνακας 1.1 Παραγωγή μπεντονίτη σε τόνους [t] για τα έτη Χώρα Αζερμπαϊτζάν Αίγυπτος Αλγερία Αργεντινή Αρμενία Αυστραλία Βολιβία Βοσνία και Ερζεγοβίνη Βουλγαρία Βραζιλία Γερμανία Γεωργία Γουατεμάλα Ελλάδα Ζιμπάμπουε Η.Π.Α Ιαπωνία Ινδονησία Ιράν Ισπανία Ιταλία Κένυα Κοινοπολιτεία Ανεξαρτήτων Κρατών Κροατία Κύπρος Μαρόκο Μεξικό Μοζαμβίκη Μπούρμα Νέα Ζηλανδία Νότιος Αφρική Ουγγαρία Ουκρανία Πακιστάν Περού Πολωνία Ρουμανία Σερβία Σλοβακία Τουρκία Τουρκμενιστάν Τσεχία Φιλιππίνες Χιλή FYROM Σύνολο

10 Εξόρυξη επεξεργασία συσκευασία Ο μπεντονίτης συνήθως εξορύσσεται σε υπαίθρια λατομεία. Κάποιες φορές, εξορύσσεται και υπογείως, όπως στις Η.Π.Α, Αγγλία κ.λπ. Στη συνέχεια, υφίσταται φρύξη στους 80 C και κονιοποίηση. Ο κονιοποιημένος -συνήθως "ασβεστούχος"- μπεντονίτης, για τις περισσότερες εφαρμογές "ενεργοποιείται" (βλ. 1.2) με προσθήκη ανθρακικής σόδας (Na 2 CΟ 3 ) όπου το ασβέστιο (Ca 2+ ) αντικαθίσταται από νάτριο (Na + ) (εικ. 1.6), έτσι ώστε το υλικό να αποκτήσει τις επιθυμητές φυσικοχημικές ιδιότητες. Ακολουθεί ξήρανση στον ήλιο για την μείωση της φυσικής υγρασίας από 30% σε 22% (κατά βάρος) και η περαιτέρω μείωση σε 10% 15% με την ξήρανση σε κλιβάνους στους 600ºC. Η μεταφορά του στον τόπο όπου θα χρησιμοποιηθεί γίνεται είτε σε υδατοστεγείς συνθήκες όταν πρόκειται για χύδην μεταφορά, είτε συσκευασμένος σε πλαστικούς σάκους για την αποφυγή απορρόφησης υγρασίας. 1.2 Χημεία Τύποι μπεντονίτη Όπως αναφέρθηκε, ο μπεντονίτης αποτελείται από ορυκτά της ομάδας των σμεκτιτών (εικ. 1.1). Σμεκτίτες είναι μια οικογένεια αργιλικών ορυκτών που διογκώνονται όταν έρθουν σε επαφή με νερό ή άλλα υγρά που περιέχουν πολικά μόρια, και εμφανίζουν πολύ υψηλή ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων. Στην χημική τους δομή αποτελούνται από δύο στρώματα διατεταγμένων τετραέδρων πυριτίου περικλείοντας ένα στρώμα τετραεδρικής συμμετρίας αργιλίου και μαγνησίου. Εικ. 1.1 Φωτογραφία σμεκτίτη από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης 6

11 Σε κάποιες περιπτώσεις περιέχει σε μικρή αναλογία μπαϊντελλίτη ή άλλα ορυκτά της ομάδας του μοντμοριλλονίτη και σε κάποιο ποσοστό μη αργιλώδη ορυκτά. Οι πιο συνηθισμένες προσμίξεις του είναι: καολινίτης και άλλα αργιλικά ορυκτά, αλουνίτης, χαλαζίας, χριστοβαλίτης, άστριοι, μοσχοβίτης, πυρόξενοι κ.ά. Συγκεκριμένα, το προτεινόμενο μοντέλο δομής αποτελείται από δύο στρώματα τετραέδρων πυριτίου [SiO 4 ] 4-, στα οποία εμπεριέχεται το τρισθενές αργίλιο Al 3+ καθώς και τα κατιόντα Mg 2+, Fe 2+, Fe 3+, Li + (ανάλογα με την τοποθεσία προέλευσης του μπεντονίτη) σε οκταεδρική διάταξη (Εικ. 1.2). Από τις διάφορες αναλύσεις ορυκτών της ομάδας του μοντμοριλλονίτη φαίνεται ότι εκτός από Al 2 O 3 και SiO 2 περιέχουν και Fe 2 O 3, MgO, τα οποία αντικαθιστούν μέρος του Al 2 O 3. Επίσης περιέχουν K 2 O, Na 2 O, CaO καθώς και H 2 O λόγω της μεγάλης τους προσροφητικής ικανότητας. Εικόνα 1.2 Δομή του μπεντονίτη Ελλείψεις ή αντικατάσταση κατιόντων δημιουργούν αρνητικά φορτισμένες θέσεις οι οποίες συνήθως εξισορροπούνται από μονοσθενή και δισθενή κατιόντα. Το φορτίο και το μέγεθος του μονοσθενούς ή δισθενούς κατιόντος επηρεάζει και ελέγχει την ικανότητα διασποράς του στο νερό, καθώς και άλλες φυσικές του ιδιότητες που καθορίζουν το αντίστοιχο πεδίο για τις εφαρμογές του. 7

12 Έτσι, ανάλογα με το αν το υπό ανταλλάξιμη μορφή κατιόν στο μοντμοριλλονίτη είναι το ιόν του νατρίου (Na + ) ή το ιόν του ασβεστίου (Ca 2+ ) (Εικ. 1.3), οι φυσικοί μπεντονίτες χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: Εικόνα 1.3 Κατιόντα υπό ανταλλάξιμη μορφή (Ca 2 +, Na + ) και αρνητικά φορτισμένη επιφάνεια μπεντονίτη τους νατριούχους μπεντονίτες ή ισχυρά διογκούμενους μπεντονίτες (Wyoming type), οι οποίοι προσροφούν ικανές ποσότητες νερού και διογκώνονται (Εικ. 1.4) μέχρι και το 20-πλάσιο του αρχικού ξηρού όγκου τους. Σε περίσσεια ύδατος οι μπεντονίτες αυτοί παραμένουν ως αιωρήματα. τους ασβεστούχους μπεντονίτες (εδώ ανήκουν και οι καλιούχοι μπεντονίτες) ή μη διογκούμενους μπεντονίτες ή "μετα-μπεντονίτες", οι οποίοι προσροφούν μεν περισσότερο νερό από άλλες αργίλους, δεν διογκώνονται όμως σε αξιόλογο βαθμό και καθιζάνουν γρήγορα στο νερό. Στη φύση, μεταξύ των δύο κατηγοριών, υπάρχουν πολλές ενδιάμεσες μεταβατικές μορφές. Η διαφορά τους αποδίδεται κυρίως στη σχέση των περιεχόμενων οξειδίων του αργιλίου προς τα αλκάλια. Όσα περισσότερα αλκάλια (Na 2 O, K 2 O) περιέχει ένας μπεντονίτης, γεγονός που σημαίνει αντίστοιχη μείωση των οξειδίων του αργιλίου (Al 2 O 3 ), του σιδήρου (Fe 2 O 3 ) κλπ., τόσο πιο έντονη είναι η διογκωσιμότητά του. Εικόνα 1.4 Διόγκωση του μπεντονίτη Οι νατριούχοι μπεντονίτες παρουσιάζουν καλύτερη συμπεριφορά ως προς τη διογκωσιμότητα, τη διασπορά, τη συνδετική ικανότητα, το ιξώδες κλπ., σε σχέση με τους ασβεστούχους. Τα υδατικά διαλύματα/αιωρήματα των νατριούχων μπεντονιτών 8

13 επιδεικνύουν θιξοτροπικό και ζελατινοειδή χαρακτήρα, ακόμα και όταν η περιεκτικότητά τους σε στερεά φάση είναι χαμηλή. Αυτό συμβαίνει διότι τα κατιόντα νατρίου που βρίσκονται στο διαστρωματικό χώρο του μοντμοριλλονίτη, δεδομένου ότι είναι μονοσθενή, δεσμεύουν μόνο ένα από τα υπάρχοντα στο χώρο αυτό, ελεύθερα αρνητικά σθένη. Αντίθετα, τα κατιόντα ασβεστίου, ως δισθενή, δεσμεύουν δύο αρνητικά σθένη, τα οποία συνήθως βρίσκονται σε διαφορετικά στρώματα. Έτσι τα κατιόντα του νατρίου που είναι δεσμευμένα σε ένα μόνο στρώμα, παρέχουν ελευθερία κίνησης στα αργιλικά σωματίδια και συνεπώς προσδίδουν καλύτερη διασπορά, ιξώδες κ.α., ενώ τα κατιόντα του ασβεστίου που συνήθως συνδέουν μεταξύ τους ζεύγη στρωμάτων, συντελούν στην κροκίδωση του αργιλικού υλικού. Παρόμοια συμπεριφορά με τα ιόντα ασβεστίου (Ca 2+ ) παρουσιάζουν και τα ιόντα μαγνησίου (Mg 2+ ). Πιο πρακτικά, με προσθήκη Na-μπεντονίτη στο νερό, συγκριτικά μεγάλα φυλλάρια Na-μπεντονίτη διασκορπίζονται καλά και φουσκώνουν για να αυξήσουν το ιξώδες, την αντοχή πήκτωσης, τη δύναμη αιώρησης και την θιξοτροπία, καθιστώντας το αιώρημα κατάλληλο για πολφό γεωτρήσεων. Εκτός από τις πηκτικές και θιξοτροπικές ιδιότητες, ο Na-μπεντονίτης έχει καλή πλαστικότητα και λιπαντικότητα, υψηλή διατμητική και συμπιεστική αντοχή, αδιαπερατότητα και χαμηλή συμπιεστότητα και συνεκτικότητα και βρίσκει εφαρμογές σε επικαλύψεις για την αποφυγή κατακρημνίσεων, ως υδαρής κονία για την κατασκευή υγρομόνωσης σε τοίχους υπόγειων ορυγμάτων και για την επένδυση τεχνητών λιμνών. Επίσης, λόγω της εξαιρετικής πλαστικότητάς του και της αντοχής του σε ξήρανση χρησιμοποιείται για την σφαιροποίηση σιδηρομεταλλεύματος, και επιπρόσθετα, εξαιτίας των καλών συγκολλητικών χαρακτηριστικών, την θερμική αντοχή, την ρευστότητα, την υψηλή σταθερότητα και επαναφορά από πίεση, και την χαμηλή διαπερατότητα που διαθέτει, χρησιμοποιείται ως άμμος χυτηρίων. Ο Ca-μπεντονίτης (σαπουνόχωμα ή σαπουνοπηλός στην Αγγλία) μπορεί να αποχρωματίζει και ακόμα να αφαιρεί την οσμή, να αφυδατώνει και να ουδετεροποιεί ορυκτά, λαχανικά και ζωικά λίπη (χρησιμοποιείται στο ραφινάρισμα λιπών και για τη διαύγαση ρευστών). Ο Ca-μπεντονίτης έχει αρκετά υψηλή απορροφητική χωρητικότητα όταν θερμαίνεται στους C, και έτσι χρησιμοποιείται ως άμμος υγιεινής κατοικιδίων, ως φορέας ζιζανιοκτόνων, καθώς και σε χώρους απόθεσης αποβλήτων. 9

14 Ο εξορυσσόμενος μπεντονίτης σπάνια χρησιμοποιείται ως έχει. Στον πίνακα 1.2, δίνονται οι χημικές αναλύσεις διαφόρων τύπων μπεντονίτη. Ο πρώτος τύπος, μπεντονίτης Wyoming των Η.Π.Α., χαρακτηρίζεται ως Na-ούχος μπεντονίτης (Na 2 O=2,59%, CaO=0,52%), ενώ όλοι οι άλλοι είναι Ca-ούχοι μπεντονίτες (CaO:0,96 2,64%, Na 2 O:0,08 0,72%). Πίνακας 1.2 Χημικές αναλύσεις φυσικών μπεντονιτών διαφόρων προελεύσεων σε ποσοστά επί τοις 100 [%] SiO 2 Al 2 O 3 Σε ξηρό δείγμα FeO+Fe 2 O 3 TiO 2 CaO MgO Na 2 O H 2 O P 2 O 4 SO 3 Απώλεια Πύρωσης Σύνολο Η.Π.Α. Wyoming Η.Π.Α. Mississipi Ιταλία Ponze Γερμανία Mossburg Μήλος (Κώμια) Μήλος (Τρογαλάς) ίχνη ίχνη ίχνη ίχνη Οι μπεντονίτες οι οποίοι παρουσιάζουν υψηλή περιεκτικότητα σε ασβέστιο ή μαγνήσιο και χαμηλή περιεκτικότητα σε νάτριο, χαρακτηρίζονται ως "μπεντονίτες χαμηλής ποιότητας". Οι ιδιότητες αυτών των μπεντονιτών βελτιώνονται με ανταλλαγή των προσροφημένων από αυτούς ιόντων Ca 2+ ή Mg 2+ με ιόντα Na +. Καθώς το κατιόν του νατρίου έχει μικρή ιοντική ακτίνα εισχωρεί με ευκολία στα κρυσταλλικά επίπεδα του μοντμοριλλονίτη (εικ. 1.5). Η επεξεργασία μέσω της οποίας επιτυγχάνεται η αντικατάσταση των ανεπιθύμητων κατιόντων με επιθυμητά, καλείται "ενεργοποίηση" του μπεντονίτη. Υπάρχουν τρεις μέθοδοι για την ενεργοποίηση του μπεντονίτη με νάτριο: 1. Η "ξηρή μέθοδος" κατά την οποία ο ξηρός μπεντονίτης αλέθεται μαζί με ανθρακικό νάτριο και η ενεργοποίηση επέρχεται ως επί το πλείστον κατά τη χρήση του. 10

15 2. Η "υγρή μέθοδος", όταν ο μπεντονίτης με την προσθήκη υδατικού διαλύματος ανθρακικού νατρίου έρχεται στη μορφή πλαστικής μάζας-πάστας και η ενεργοποίηση λαμβάνει χώρα κατά τη διάρκεια της ζύμωσης. 3. Η ενεργοποίηση με υγρό διάλυμα, όταν το ανθρακικό νάτριο προστίθεται σε αιώρημα μπεντονίτη και η ενεργοποίηση συμβαίνει στο διάλυμα. Εικόνα 1.5 Ανταλλαγή των ενδοστρωματικών κατιόντων του μοντμοριλλονίτη από άλλα κατιόντα σύμφωνα με τις χημικές εξισώσεις: Ca-μπεντονίτης + Na 2 CO 3 CaCO 3 + Na-μπεντονίτης, όπως φαίνεται στην εικόνα 1.6 ή Mg-μπεντονίτης+ Na 2 CO 3 MgCO 3 + Na-μπεντονίτης Εικόνα 1.6 Η προσροφητική ικανότητα και η διογκωσιμότητα του μπεντονίτη πριν και μετά την ενεργοποίηση Με όξινη επεξεργασία και πύρωση κατά σειρά, για την απομάκρυνση των αλκαλίων και εν μέρει του Mg και Al, προκύπτει ποιότητα μπεντονίτη κατάλληλη για χρήση στη διύλιση του πετρελαίου. Οι απορροφητικές και καταλυτικές ιδιότητες μπορεί να επαυξάνονται δια μέσου επεξεργασίας του Ca-μπεντονίτη με οξέα (όξινη 11

16 ενεργοποίηση μοντμοριλλονίτη) ή του Na-μπεντονίτη με χημικά (οργανοάργιλοι). Σε αυτές τις περιπτώσεις ο μπεντονίτης βρίσκει εφαρμογή στο ραφινάρισμα λαδιών, λιπαρών ουσιών και διαλυτικών μέσων, έχει καταλυτική δράση, ως πηκτικό λιπαντικών και χρωμάτων, καθώς και στην παραγωγή φτωχού σε άνθρακα χαρτιού για φωτοαντίγραφα. Σε κάθε περίπτωση και ανάλογα με την χρήση που προορίζεται, χρειάζεται προσοχή ώστε ο μπεντονίτης να μην είναι ούτε υπερενεργοποιημένος ούτε υποενεργοποιημένος, διότι και στις δύο περιπτώσεις χάνει ένα μεγάλο μέρος από τις πολύτιμες ιδιότητές του. Χρήσεις Ca-Μπεντονίτη Εικόνα 1.7 Χρήσεις Na-Μπεντονίτη Ο χαρακτηρισμός του μπεντονίτη βάσει της ορυκτολογικής του σύστασης προσδιορίζεται με διάφορες μεθόδους που αναφέρονται επιγραμματικά παρακάτω (-η ανάλυσή τους δεν αποτελεί αντικείμενο της παρούσας εργασίας): - Περίθλαση ακτινών-χ (XRD) - Φασματοσκοπία Υπέρυθρου-Μετασχηματισμού Fourier (FTIR) - Μέτρηση ειδικής επιφάνειας Μέθοδος Β.Ε.Τ. - Μέθοδος προσρόφησης του MB Υπολογισμός ειδικής επιφάνειας - Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης Ηλεκτρονική ανάλυση Διασποράς ακτινών-χ (SEM EDS) - Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Διέλευσης (TEM) - Θερμική ανάλυση - Χημική Ανάλυση με Φασματοσκοπία Ατομικής Εκπομπής Επαγωγικά Συζευγμένου Πλάσματος (ICP-AES) 12

17 - Φασματοσκοπία φθορισμού ακτινών-χ (XRF) - Μέτρηση πυκνότητας με τη μέθοδο της άνωσης (ASTM) - Ποτενσιομετρία - Μέθοδοι προσδιορισμού της κατιοντοανταλλακτικής ικανότητας (CEC) με διαγωγιμετρία (Conductimetric method) ή με τιτλοδότηση (Titration methods) ή με άλλες μεθόδους. 1.3 Ζήτηση μπεντονίτη Η ζήτηση του μπεντονίτη, όπως και κάθε προωθούμενου προς πώληση υλικού, εξαρτάται γενικά από της συνθήκες της παγκόσμιας οικονομίας και ειδικά από τις συνθήκες των συγκεκριμένων αγορών που εξυπηρετεί. Ο μπεντονίτης βρίσκει ευρεία χρήση στα χυτήρια, στα έργα πολιτικού μηχανικού, στην σφαιροποίηση σιδηρομεταλλεύματος, στις γεωτρήσεις πετρελαίου, στην παραγωγή προσροφητικών υλικών, στη βιομηχανία χάρτου, σε ειδικές εφαρμογές στη χημική βιομηχανία, τα κεραμικά και τις ζωοτροφές, τον εμπλουτισμό των εδαφών στη γεωργία, τον καθαρισμό των υδάτων, τη μείωση των αέριων ρύπων κ.α. (βλ. κεφ.2). Κάθε προωθητική εταιρεία καλείται με διάφορες στρατηγικές να ανταπεξέλθει στις προκλήσεις των εκάστοτε οικονομικών συνθηκών. Η S&B Βιομηχανικά Ορυκτά ΑΕ, είναι ο σημαντικότερος παραγωγός ελληνικού μπεντονίτη. Ιδρύθηκε στη Μήλο το 1934 με την επωνυμία Α.Ε.Ε. Αργυρομεταλλευμάτων & Βαρυτίνης (Α&B) το 1952 έγινε η ένταξη του μπεντονίτη της Μήλου στα προϊόντα της A&B το 1964 πραγματοποιήθηκε η πρώτη εξαγωγή μπεντονίτη στις Η.Π.Α., ενώ το 2003 η Α&Β, για την καλύτερη διεθνή δικτύωσή της, προχώρησε στην αλλαγή της ονομασίας της και του λογοτύπου της σε «S&B Βιομηχανικά Ορυκτά Α.Ε.». Σήμερα δραστηριοποιείται εξορυκτικά και σε άλλες χώρες (ΗΠΑ, Γερμανία, Βουλγαρία, Ουγγαρία, Μαρόκο και Γεωργία), και αποτελεί επίσης τη μεγαλύτερη παραγωγό μπεντονίτη στην Ευρώπη, καθώς και τη μεγαλύτερη εξαγωγική εταιρεία μπεντονίτη στον κόσμο. Κατά το 2011, η εξόρυξη μπεντονίτη από τα ορυχεία της στη Μήλο ξεπέρασαν τους 1 εκατ. τόνους. Οι πωλήσεις κατευθύνονται κυρίως στο εξωτερικό καλύπτοντας όλη την ευρωπαϊκή αγορά καθώς και σημαντικές αγορές της Αμερικής (ΗΠΑ, Καναδάς). Η μεταφορά δια θαλάσσης του Ελληνικού μπεντονίτη στον Ανατολικό Καναδά, όπου χρησιμοποιείται για τη μετατροπή του σιδηρομεταλλεύματος σε pellets", είναι οικονομικά περισσότερο συμφέρουσα από 13

18 τη μεταφορά του σιδηροδρομικά, από το πολύ πιο κοντινό Wyoming των Η.Π.Α. Άλλες αγορές μπεντονίτη γεωγραφικά, στις οποίες η S&B έχει σημαντική παρουσία, είναι εκείνες της Ανατολικής Μεσογείου, της Ρωσίας και φυσικά της Ελλάδας. Παρατηρώντας τις πωλήσεις μιας τέτοιας -παγκοσμίου εμβέλειας- εταιρείας, μπορεί κανείς να πληροφορηθεί για την διακύμανση της ζήτησης του προϊόντος. Παρακάτω καταγράφονται οι πωλήσεις μπεντονίτη της S&B τα τελευταία χρόνια όπως εκδόθηκαν από τα σχετικά ενημερωτικά έντυπα ετήσιων απολογισμών της εταιρείας. Ετήσιος απολογισμός πωλήσεων μπεντονίτη της Α&Β (τέως ονομασία της S&B) για το έτος 2000: Η Α&Β, όπως στα προηγούμενα έτη, διατήρησε την ηγετική της θέση στις ευρωπαϊκές αγορές μπεντονίτη κατά το Οι ενοποιημένες πωλήσεις μπεντονίτη του έτους ανήλθαν σε 36,6 δισ. δρχ ( 107,5 εκατ.), σε σχέση με 14,7 δισ. ( 43 εκατ.) το Στην αγορά μπεντονίτη για χυτήρια, οι ευνοϊκές οικονομικές συνθήκες (ευημερία, φορολογικά κίνητρα, χαμηλά επιτόκια) σε Ευρώπη και Αμερική, σε συνδυασμό με την εμφάνιση πληθώρας νέων μοντέλων αυτοκινήτων δημιούργησαν ισχυρή ζήτηση που ανέβασε τις πωλήσεις μπεντονίτη για χυτήρια στο 56% των συνολικών πωλήσεων μπεντονίτη το Στη σφαιροποίηση μεταλλεύματος, η έντονη κινητικότητα με εξαγορές και συγχωνεύσεις στην παγκόσμια χαλυβουργία, η ανάκαμψη των οικονομικών της Ασίας και η έντονη ζήτηση στην Αμερική και στην Ευρώπη οδήγησαν σε αυξημένη κατανάλωση σφαιριδίων (pellets) και άνοδο των τιμών. Οι πωλήσεις μπεντονίτη για σφαιροποίηση μεταλλεύματος απαρτίζουν το 16% των συνολικών πωλήσεων μπεντονίτη το Στην αγορά μπεντονίτη για έργα πολιτικού μηχανικού (11% των πωλήσεων το 2000), συνεχίστηκε η άνοδος των κρατικών δαπανών για δημόσια και κοινωφελή έργα. Η Α&Β κατέχει σημαντική θέση στην αγορά αυτή. - Στην αγορά γεωτρήσεων πετρελαίου, η άνοδος των τιμών πετρελαίου οδήγησε σε αύξηση της ερευνητικής δραστηριότητας, τροφοδοτώντας έτσι τη ζήτηση για αυτού του είδους μπεντονίτες, που ανήλθαν στο 2% των συνολικών πωλήσεων το

19 - Ο μπεντονίτης για άμμο υγιεινής κατοικίδιων ζώων ανήλθε σε 8% των συνολικών πωλήσεων μπεντονίτη το Στην ανταγωνιστική αυτή αγορά, το υλικό της Α&Β διοχετεύεται σε πελάτες στη Γερμανία, Γαλλία και Ιταλία. - Στην αγορά τριμμένων προϊόντων μπεντονίτη, οι συνθήκες της αγοράς δημιούργησαν στασιμότητα στις πωλήσεις. Τα προϊόντα της Α&Β κυκλοφορούν σε τελικούς καταναλωτές στις αγορές της Ανατολικής Μεσογείου, όπου και η βιομηχανική δραστηριότητα και η ζήτηση ήταν υποτονικές το Οι άλλες εμπορικές δραστηριότητες και εξειδικευμένες εφαρμογές του μπεντονίτη (π.χ. στη βιομηχανία χάρτου) αποτέλεσαν το 7% των ενοποιημένων πωλήσεων. - Οι πωλήσεις κλινοπτιλόλιθου, έχουν εδώ και ένα χρόνο προστεθεί στην παλέτα προϊόντων του Κέντρου Επιχειρηματικής Δραστηριότητας (Κ.Ε.Δ.) μπεντονίτη. Η κύρια χρήση του κλινοπτιλόλιθου είναι σε ζωοτροφές (χοίρων και πουλερικών). Η παροδική στασιμότητα και οι πτωτικές τάσεις στην ευρωπαϊκή αγορά των ζωοτροφών λόγω των προσφάτων κρίσεων (π.χ. διοξίνες), κράτησαν τις πωλήσεις κλινοπτιλόλιθου στο ίδιο επίπεδο με αυτό του Χυτήρια 56% Πωλήσεις Μπεντονίτη 2000 Ανάλυση ανά χρήση Λοιπά 7% Σφαιροποίηση Σιδήρου 16% Γεωτρήσεις Πετρελαίου 2% Έργα Πολιτικού Άμμος Υγιεινής 8% Πωλήσεις Μπεντονίτη 2000 Ανάλυση ανά περιοχή Ελλάδα 1,7% Μηχανικού 11% Ε.Ε. (εκτός Ελλάδας) 75,5% Β. Αμερική 18,9% Λοιπές περιοχές 3,9% 15

20 Ετήσιος απολογισμός πωλήσεων μπεντονίτη της Α&Β (τέως ονομασία της S&B) για το έτος 2001: Το 2001 η Α&Β ανακηρύχθηκε ως ο μεγαλύτερος παραγωγός μπεντονίτη στην Ευρώπη, ισχυροποιώντας την ηγετική της θέση στις ευρωπαϊκές αγορές μπεντονίτη, με ενοποιημένες πωλήσεις του εν λόγω υλικού που ανήλθαν σε 110 εκατ. ξεπερνώντας τους τόνους παγκοσμίως. Θετικές ήταν οι εξελίξεις κατά το 2001 σε όλες σχεδόν τις αγορές που αφορούν στις χρήσεις του μπεντονίτη. - Η κύρια αγορά των χυτηρίων, που αντιπροσωπεύει το 52% των συνολικών πωλήσεων του μπεντονίτη, διατηρήθηκε στην Ευρώπη στα υψηλά επίπεδα του 2000, με αυξημένη ζήτηση προϊόντων υψηλών προδιαγραφών, καθώς οι γερμανικές και γαλλικές αυτοκινητοβιομηχανίες επεκτείνουν σημαντικά τα μερίδιά τους στην αγορά σε βάρος των ιαπωνικών. Παράλληλα, αυξήθηκε ο κύκλος εργασιών της Α&Β στις ΗΠΑ σαν συνέπεια περαιτέρω επένδυσης, εξυπηρετώντας ένα δυναμικά αναπτυσσόμενο χυτήριο στην Georgia. - Η αγορά σφαιροποίησης σιδηρομεταλλεύματος επηρεάστηκε αρνητικά από την κρίση που πλήττει τον κλάδο της χαλυβουργίας στη Βόρειο Αμερική, εντούτοις, η Α&Β διεύρυνε το πελατολόγιό της και κινήθηκε σταθερά στις αγορές της Ευρώπης και της Νοτίου Αμερικής. Οι πωλήσεις της σε βιομηχανίες σφαιροποίησης σιδηρομεταλλεύματος αναλογούν στο 13% του συνόλου των πωλήσεων μπεντονίτη. - Για εφαρμογές σε έργα πολιτικού μηχανικού, η Α&Β προσφέρει ήδη μια πλήρης σειρά προϊόντων που χρησιμοποιούνται σε μεγάλα τεχνικά έργα, όπως είναι η διάνοιξη σηράγγων και μικρο-σηράγγων, η κατασκευή διαφραγματικών τοιχίων, οι εγκαταστάσεις υπόγειων δικτύων με τη μέθοδο της κατευθυνόμενης οριζόντιας διάτρησης, καθώς και η στεγανοποίηση Χώρων Υγειονομικής Ταφής Απορριμμάτων (Χ.Υ.Τ.Α.), με πωλήσεις που αντιστοιχούν στο 7% του συνόλου. - Η Α&Β έχει ισχυρή θέση στην ευρωπαϊκή αγορά μπεντονίτη για άμμο υγιεινής κατοικίδιων ζώων (7% του συνόλου των πωλήσεων), όπου στρατηγική της αποτελεί ο επιλεκτικός εφοδιασμός ισχυρών διανομέων για πελάτες υψηλών απαιτήσεων. - Η Α&Β δραστηριοποιείται ενεργά σε εξειδικευμένες αγορές υψηλής προστιθέμενης αξίας, εφοδιάζοντας βιομηχανίες χάρτου, χημικών, κεραμικών 16

21 και οίνου στην Κεντρική και Βόρεια Ευρώπη. Χυτήρια 52% Πωλήσεις Μπεντονίτη 2001 Ανάλυση ανά χρήση Ειδικές Εφαρμογές 2% Άμμος Υγιεινής 7% Σφαιροποίηση Σιδήρου 13% Χύδην Προϊόντα (μέσω δικτύων διανομής για τις αγορές των χυτηρίων, έργων πολιτικού μηχανικού και Έργα Πολιτικού Μηχανικού 7% Πωλήσεις Μπεντονίτη 2001 Ανάλυση ανά περιοχή Ε.Ε. (εκτός Ελλάδας) 82% γεωτρήσεων) 19% Λοιπές περιοχές 6% Β. Αμερική 11% Ελλάδα 1% Ετήσιος απολογισμός πωλήσεων μπεντονίτη της Α&Β (τέως ονομασία της S&B) για το έτος 2002: Κατά τη διάρκεια του 2002, η Α&Β σταθεροποίησε την ηγετική της θέση στις διεθνείς αγορές μπεντονίτη παραμένοντας η μεγαλύτερη παραγωγός μπεντονίτη στην Ευρώπη. Αποτελεί ήδη μία από τις σημαντικότερες παραγωγούς στον κόσμο με 20 ορυχεία και εγκαταστάσεις επεξεργασίας σε 8 χώρες. Οι ενοποιημένες πωλήσεις της χρονιάς σε 30 χώρες παγκοσμίως, ξεπέρασαν τα 109 εκατ., πλησιάζοντας τους τόνους. Θετικές ήταν οι εξελίξεις και κατά το 2002 σε όλες σχεδόν τις αγορές που αφορούν στις χρήσεις του μπεντονίτη. - Η κύρια αγορά των χυτηρίων, που αντιπροσωπεύει το 51% των συνολικών πωλήσεων του μπεντονίτη, διατηρήθηκε στην Ευρώπη στα επίπεδα του 2001, παρά τη γενική οικονομική ύφεση. Παρατηρήθηκε περαιτέρω αύξηση της ζήτησης από τις γερμανικές και γαλλικές αυτοκινητοβιομηχανίες για εξειδικευμένα προϊόντα υψηλών προδιαγραφών. Η μονάδα Α&Β στην Georgia των ΗΠΑ παρουσίασε αξιόλογη άνοδο των πωλήσεών της, 17

22 βασιζόμενη στη μεταφορά προηγμένης τεχνογνωσίας από την Ευρώπη σε προϊόντα προς χρήση των χυτηρίων. - Οι πωλήσεις των χύδην προϊόντων, που αναλογούν στο 31% των συνολικών, και ειδικότερα αυτών προς τη βιομηχανία σφαιροποίησης σιδηρομεταλλεύματος (που αντιπροσωπεύουν το 14% του συνόλου) σημείωσαν μείωση, καθώς επηρεάστηκαν από την παγκόσμια ύφεση που πλήττει τον κλάδο της χαλυβουργίας. Η ύφεση αυτή επέδρασε κυρίως στις πωλήσεις της Α&Β στη Βόρεια Αμερική και τη Ρωσία, ενώ αυτές προς τις αγορές της Δυτικής Ευρώπης και της Νότιας Αμερικής παρέμειναν στα ίδια επίπεδα με το Στα έργα πολιτικού μηχανικού, οι πωλήσεις του Κλάδου Μπεντονίτη, που αντιστοιχούν στο 7% του συνόλου του, αυξήθηκαν κατά 5% σε σχέση με το 2001 συνεχίζοντας να καλύπτουν τις ανάγκες όλων των πεδίων εφαρμογών που εξυπηρετούνται από τα προηγούμενα έτη. - Το 2002, οι πωλήσεις της άμμου υγιεινής κατοικίδιων ζώων αυξήθηκαν κατά 10% σε σχέση με την προηγούμενη χρονιά και ανέρχονται πλέον στο 8% του συνόλου. Η στρατηγική της εξακολουθεί να περιλαμβάνει τον επιλεκτικό εφοδιασμό ισχυρών διανομέων και την ανάπτυξη και διάθεση νέων προϊόντων που απευθύνονται σε πελάτες υψηλών απαιτήσεων. - Στις εξειδικευμένες αγορές, οι πωλήσεις μπεντονίτη σημείωσαν αύξηση πάνω από 20% και επεκτάθηκαν σε χώρες εκτός της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Οι αγορές που εξυπηρετούνται είναι οι ίδιες με το 2001, δηλαδή βιομηχανίες χάρτου, χημικών, κεραμικών, και παραγωγής οίνου. Χυτήρια 51% Πωλήσεις Μπεντονίτη 2002 Ανάλυση ανά χρήση Ειδικές Εφαρμογές 3% Άμμος Υγιεινής 8% Σφαιροποίηση Σιδήρου Χύδην 14% Προϊόντα (μέσω δικτύων διανομής για τις αγορές των χυτηρίων, έργων πολιτικού μηχανικού και γεωτρήσεων) 17% Έργα Πολιτικού Μηχανικού 7% 18

23 Πωλήσεις Μπεντονίτη 2002 Ανάλυση ανά περιοχή Ε.Ε. (εκτός Ελλάδας) 82% Λοιπές περιοχές 7% Β. Αμερική 10% Ελλάδα 1% Ετήσιος απολογισμός πωλήσεων μπεντονίτη της S&B για το έτος 2003: Τo 2003, ο Κλάδος Μπεντονίτη της (πλέον) S&B Βιομηχανικά Ορυκτά Α.Ε. διατήρησε την ηγετική του θέση στις διεθνείς αγορές μπεντονίτη ως ο Νο1 παραγωγός στην Ευρώπη με 28 ορυχεία και εγκαταστάσεις επεξεργασίας σε 9 χώρες και παρουσίασε οριακή αύξηση των πωλήσεων, παρά την οικονομική στασιμότητα στην Ευρώπη και τις δυσμενείς συνθήκες για εξαγωγές προς τη Βόρεια Αμερική, οι οποίες προέκυψαν από την αύξηση των ναύλων και την πτώση του δολαρίου. Οι ενοποιημένες πωλήσεις σε 30 χώρες ξεπέρασαν τα 110 εκατ. και τους 1 εκατ. τόνους παγκοσμίως. - Στην κύρια αγορά των χυτηρίων, οι πωλήσεις, που αντιπροσωπεύουν το 53% του Κλάδου Μπεντονίτη, αυξήθηκαν κατά 4% το 2003, παρά την οικονομική ύφεση. Η αύξηση αυτή προήλθε από την άνοδο των πωλήσεων προϊόντων υψηλών προδιαγραφών. Επιπλέον, η εταιρεία προχώρησε στην παραγωγή και διάθεση νέων επικουρικών προϊόντων που απευθύνονται σε εξειδικευμένες διαδικασίες στα χυτήρια, όπως είναι η παραγωγή του πυρήνα των καλουπιών. - Οι πωλήσεις των χύδην προϊόντων, που αναλογούν στο 28% των συνολικών, και ειδικότερα αυτές προς το βιομηχανικό κλάδο της σφαιροποίησης σιδηρομεταλλεύματος, σημείωσαν μείωση σε σχέση με την προηγούμενη χρονιά. Κύρια αιτία ήταν η σημαντική υποχώρηση του δολαρίου έναντι του ευρώ, η οποία έπληξε τα έσοδα των πωλήσεων που γίνονται σε δολάρια στις αγορές της Βόρειας Αμερικής και της Ρωσίας. - Στα έργα πολιτικού μηχανικού, οι πωλήσεις του Κλάδου, που αντιστοιχούν στο 7% του συνόλου, μειώθηκαν οριακά λόγω της στασιμότητας των κατασκευαστικών έργων στη Δυτική Ευρώπη. 19

24 - Η S&B συνεχίζοντας την ίδια στρατηγική, εξακολουθεί να κατέχει ισχυρή θέση στην ευρωπαϊκή αγορά μπεντονίτη για άμμο υγιεινής κατοικίδιων ζώων. Το 2003, οι πωλήσεις διατηρήθηκαν στα επίπεδα της προηγούμενης χρονιάς και ανέρχονται περίπου στο 8% του συνόλου. - Στις εξειδικευμένες αγορές όπου ο Κλάδος Μπεντονίτη δραστηριοποιείται ενεργά εξυπηρετώντας τις βιομηχανίες χάρτου, χημικών, κεραμικών και παραγωγής οίνου, οι πωλήσεις σημείωσαν εντυπωσιακή αύξηση άνω του 25%. Παράλληλα, η δραστηριότητα επεκτάθηκε σε χώρες εκτός της Ευρωπαϊκής Ένωσης, διευρύνθηκε η πελατειακή βάση και ενδυναμώθηκε η παρουσία της Εταιρείας στην αγορά της βιομηχανίας χάρτου. Χυτήρια 53% Πωλήσεις Μπεντονίτη 2003 Ανάλυση ανά χρήση Ειδικές Εφαρμογές 4% Άμμος Υγιεινής 8% Πωλήσεις Μπεντονίτη 2003 Ανάλυση ανά περιοχή Σφαιροποίηση Σιδήρου Χύδην 13% Προϊόντα (μέσω δικτύων διανομής για τις αγορές των χυτηρίων, έργων πολιτικού μηχανικού και γεωτρήσεων) 15% Έργα Πολιτικού Μηχανικού 7% Ευρώπη (εκτός Ε.Ε.) 3% Λοιπές περιοχές Β. Αμερική 4% 7% Ελλάδα 1% Ε.Ε. (εκτός Ελλάδας) 85% Ετήσιος απολογισμός πωλήσεων μπεντονίτη της S&B για το έτος 2004: Το 2004, o Κλάδος Μπεντονίτη της S&B Βιομηχανικά Ορυκτά Α.Ε. ενδυνάμωσε την ανταγωνιστικότητά του βελτιστοποιώντας και επεκτείνοντας την εφοδιαστική του αλυσίδα, και δίνοντας ιδιαίτερη έμφαση στην καινοτομία, με επένδυση σε πρόγραμμα έρευνας και ανάπτυξης πετυχαίνοντας την ανάπτυξη νέων προϊόντων προστιθέμενης αξίας αλλά και την εφαρμογή της ήδη υπάρχουσας παλέτας προϊόντων και υπηρεσιών 20

25 σε καινούργιες χρήσεις. Καταλαμβάνει την Νο1 θέση παραγωγού μπεντονίτη στην Ευρώπη και την Νο2 παγκοσμίως με 29 ορυχεία και εγκαταστάσεις επεξεργασίας σε 9 χώρες. Οι ενοποιημένες πωλήσεις σε 45 χώρες έφτασαν τα 120 εκατ., υπερβαίνοντας τους 1,1 εκατ. τόνους μπεντονίτη παγκοσμίως. Ο Κλάδος Μπεντονίτη κατάφερε να επιτύχει αύξηση σε ενοποιημένες πωλήσεις κατά 9% σε σύγκριση με το 2003, παρά το γεγονός ότι οι πωλήσεις επηρεάστηκαν αρνητικά από τη συνεχή αύξηση των θαλάσσιων ναύλων. - Οι πωλήσεις στην αγορά των χυτηρίων αυξήθηκαν κατά 6% το 2004, αποτελώντας το 51% του Κλάδου Μπεντονίτη σημειώνοντας σημαντική επιτυχία στην παροχή ολοκληρωμένων λύσεων προσαρμοσμένων στις ανάγκες των πελατών, προσφέροντας νέα προϊόντα που απευθύνονται σε εξειδικευμένες διαδικασίες στα χυτήρια. - Οι πωλήσεις των χύδην προϊόντων, (συμπεριλαμβανομένων και των πωλήσεων για σφαιροποίηση σιδήρου), που αναλογούν στο 28% των συνολικών, σημείωσαν αύξηση σε σχέση με την προηγούμενη χρονιά. Παρά το γεγονός ότι οι πωλήσεις στις αγορές σφαιροποίησης σιδηρομεταλλεύματος στη Βόρεια Αμερική και τη Ρωσία επηρεάστηκαν αρνητικά από τη συνεχόμενη πτωτική τάση του δολαρίου έναντι του ευρώ, η οικονομική ανάκαμψη στην Ευρώπη και η αυξημένη δραστηριότητα στην εξόρυξη πετρελαίου ενίσχυσαν τις πωλήσεις του Κλάδου σε άλλες εφαρμογές και γεωγραφικές περιοχές. - Το 2004, η παρατεταμένη ύφεση στον κατασκευαστικό κλάδο και στα έργα υποδομής στην Κεντρική Ευρώπη έπληξε την αγορά προϊόντων που χρησιμοποιούνται στα έργα πολιτικών μηχανικών. - Η S&B ισχυροποίησε τη θέση της στην ευρωπαϊκή αγορά μπεντονίτη για άμμο υγιεινής κατοικίδιων ζώων, αυξάνοντας τις πωλήσεις της κατά 50% σε σχέση με το 2003, επεκτείνοντας την παλέτα των προϊόντων της και ακολουθώντας πάντα την ίδια στρατηγική των προηγούμενων χρόνων. - Στις εξειδικευμένες αγορές σημειώθηκε και αυτήν την χρονιά όπως και την προηγούμενη, εντυπωσιακή αύξηση των πωλήσεων (άνω του 25%). Ιδιαίτερα ισχυρή ήταν η δραστηριότητα της Εταιρείας στην αγορά της βιομηχανίας χάρτου. Η διευρυμένη πελατειακή βάση, καθώς και η επέκταση της Εταιρείας 21

26 σε χώρες εκτός της Ευρωπαϊκής Ένωσης, συνέβαλαν σημαντικά στη θετική απόδοση του Κλάδου σε όλες τις αγορές ειδικών εφαρμογών. Πωλήσεις Μπεντονίτη 2004 Ανάλυση ανά χρήση Χυτήρια 51% Ειδικές Εφαρμογές 5% Άμμος Υγιεινής 11% Πωλήσεις Μπεντονίτη 2004 Ανάλυση ανά περιοχή Σφαιροποίηση Σιδήρου 12% Χύδην Προϊόντα (μέσω δικτύων διανομής για τις αγορές των χυτηρίων, έργων πολιτικού μηχανικού και γεωτρήσεων) 16% Έργα Πολιτικού Μηχανικού 5% Λοιπές περιοχές 7% Β. Αμερική 5% Ευρωπαϊκή Ένωση 88% Ετήσιος απολογισμός πωλήσεων μπεντονίτη της S&B για το έτος 2005: Το 2005 ο Κλάδος Μπεντονίτη της S&B ενέτεινε τις προσπάθειές του για να ενισχύσει και να εμπλουτίσει το χαρτοφυλάκιο των προϊόντων του, με ακόμα περισσότερες βιομηχανικές λύσεις προστιθέμενης αξίας. Τα αποτελέσματα έφθασαν σε επίπεδα ρεκόρ πετυχαίνοντας αύξηση πωλήσεων κατά 7,9 καθώς οι ενοποιημένες πωλήσεις σε 50 χώρες ανήλθαν σε 130 εκατ. και πλέον η εταιρεία καταλαμβάνει τους τίτλους: Νο1 παραγωγός μπεντονίτη στην Ευρώπη, Νο1 εξαγωγέας μπεντονίτη παγκοσμίως και Νο2 παραγωγός μπεντονίτη παγκοσμίως, με 29 ορυχεία και εγκαταστάσεις επεξεργασίας σε 9 χώρες. Οι σημαντικότατες αυξήσεις στο κόστος ναύλων εξισορροπήθηκαν από μεγαλύτερη παραγωγικότητα, βελτίωση στην αλυσίδα προμηθειών και αναπροσαρμογές τιμών. - Παρά το γεγονός ότι οι παραδοσιακές ευρωπαϊκές αγορές χυτηρίων της Γερμανίας και της Γαλλίας παρουσίασαν σχεδόν μηδενική ανάπτυξη, η S&B πέτυχε σημαντικά αποτελέσματα σε αυτό τον κλάδο, με αύξηση πωλήσεων 6%. Ο αυξημένος όγκος πωλήσεων στην αγορά των χυτηρίων οφείλεται εν 22

27 μέρει στις επιτυχείς προσπάθειες επέκτασης σε νέες περιοχές. Επιπλέον, προωθήθηκε στην αγορά νέα γενιά προσθετικών για την κατασκευή καλουπιών, καθώς και συστήματα ολοκληρωμένων λύσεων για την αντιμετώπιση του προβλήματος των υψηλών εκπομπών καυσαερίων στα χυτήρια. - Στις αγορές σφαιροποίησης και γεωτρήσεων, συντονισμένες προσπάθειες οδήγησαν σε αύξηση πωλήσεων 32%. Νέα μακροπρόθεσμα συμβόλαια συνέβαλαν ιδιαίτερα σε αυτά τα αποτελέσματα. - Στην αγορά έργων πολιτικού μηχανικού, δεδομένης της στασιμότητας στον τομέα των κατασκευών στην Ευρώπη το 2004, οι προσπάθειες επικεντρώθηκαν στην απόκτηση νέων συμβολαίων, κυρίως με την εισαγωγή νέων προϊόντων και τη μεγιστοποίηση των υπηρεσιών τεχνικής υποστήριξης για υπόγεια και ειδικών θεμελιώσεων έργα. Με τη βοήθεια του διευρυμένου χαρτοφυλακίου προϊόντων της, η IBECO (ο Κλάδος της Διεύθυνσης Μπεντονίτη για έργα πολιτικού μηχανικού) πέτυχε αύξηση των πωλήσεων, με έμφαση στις εφαρμογές στεγανοποίησης. - Στην αγορά άμμου υγιεινής για κατοικίδια προωθήθηκαν νέα καινοτόμα προϊόντα, συνεισφέροντας σε αύξηση των πωλήσεων. - Στις εξειδικευμένες αγορές οι πωλήσεις αυξήθηκαν κατά 34%, ως αποτέλεσμα προσέλκυσης νέων πελατών, κυρίως από τη βιομηχανία χάρτου, καθώς και εξάπλωσης σε νέες αγορές, κυρίως στην Ασία. Πωλήσεις Μπεντονίτη 2005 Ανάλυση ανά χρήση Χυτήρια 50,2% Ειδικές Εφαρμογές 5,0% Άμμος Υγιεινής 10,0% Σφαιροποίηση Σιδήρου 14,7% Χύδην Προϊόντα (μέσω δικτύων διανομής για τις αγορές των χυτηρίων, έργων πολιτικού μηχανικού και γεωτρήσεων) 13,6% Έργα Πολιτικού Μηχανικού 6,5% 23

28 Πωλήσεις Μπεντονίτη 2005 Ανάλυση ανά περιοχή Λοιπές περιοχές 5,6% Β. Αμερική 8,3% Ευρωπαϊκή Ένωση 86,1% Ετήσιος απολογισμός πωλήσεων μπεντονίτη της S&B για το έτος 2006: Για το 2006 ο Κλάδος Μπεντονίτη της S&B είναι ο Νο1 παραγωγός μπεντονίτη στην Ευρωπαϊκή Ένωση και ο Νο2 παγκοσμίως επικεντρώνοντας τις προσπάθειές του και αυτήν την χρονιά στην εισαγωγή νέων καινοτόμων προϊόντων, στη στρατηγική τοποθέτηση κοντά στις μεγάλες βιομηχανίες-πελάτες, στη διεύρυνση των πωλήσεων μέσα στις αγορές με υψηλό δείκτη ανάπτυξης και στην εφαρμογή νέων προγραμμάτων ελέγχου του κόστους. Η επιτυχής εισαγωγή νέων προϊόντων, σε συνδυασμό με την αυξανόμενη ζήτηση από τις αγορές της Ευρώπης και της Ασίας, είχαν ως αποτέλεσμα νέο ρεκόρ πωλήσεων ύψους 136 εκατ. σε 50 χώρες αξιοποιώντας στο έπακρον τα 36 ορυχεία και εγκαταστάσεις επεξεργασίας σε 13 χώρες. Παράλληλα, οι προσπάθειες για βελτίωση στην προμήθεια πρώτων υλών, για βελτιστοποίηση της παραγωγικής διαδικασίας και για απλοποίηση της προμηθευτικής αλυσίδας, επέδρασαν θετικά στην περαιτέρω μείωση του κόστους, η οποία εξισορρόπησε σε σημαντικό βαθμό τα αναμενόμενα υψηλά κόστη ναύλων και ενέργειας. - Η ευρωπαϊκή αγορά χυτηρίων, την οποία εξυπηρετεί η S&B με σειρά προϊόντων υπό την εμπορική επωνυμία ΙΚΟ, παρουσίασε ανάπτυξη ιδιαίτερα αισθητή στη Γερμανία και την Ισπανία, ενώ οι αγορές της Γαλλίας και της Ιταλίας παρέμειναν στάσιμες. Επίσης, παρακολουθώντας τις τάσεις ανάπτυξης στην Ανατολική Ευρώπη και στη Μεσόγειο, η επιχειρηματική μονάδα χυτηρίων ενέτεινε την παρουσία της στην Τουρκία και επένδυσε σε νέα μονάδα επεξεργασίας, κοντά στις αναπτυσσόμενες αλυσίδες χυτηρίων της Πολωνίας. Η επιδίωξη περαιτέρω διαφοροποίησης του χαρτοφυλακίου προϊόντων για χυτήρια οδήγησε στη διερεύνηση νέων εφαρμογών των 24

29 βιομηχανικών ορυκτών σ αυτή την αγορά, οι οποίες θα αναπτυχθούν περαιτέρω κατά το Οι πωλήσεις στις αγορές σφαιροποίησης σιδηρομεταλλεύματος και γεωτρήσεων αυξήθηκαν πέρυσι κατά 13%, γεγονός που αποδίδεται κυρίως στην αυξημένη ζήτηση αλλά και στις επιτυχείς προσπάθειες ανάπτυξης των πωλήσεων στις αγορές της Ανατολικής Ευρώπης. Η βελτιωμένη ποιότητα προϊόντων και υπηρεσιών βοήθησε στην ανάπτυξη νέων σχέσεων με τους πελάτες αυτών των αγορών, οι οποίοι αρχίζουν να εκτιμούν την αξία των ποιοτικών προϊόντων. Επίσης, οι επιτυχείς προσπάθειες επέκτασης σε νέες αγορές σφαιροποίησης σιδηρομεταλλεύματος στη Νότια Αμερική και γεωτρήσεων στην Ανατολική Μεσόγειο κατέδειξαν σημαντικό δυναμικό ανάπτυξης. Η εκμετάλλευση αυτών των ευκαιριών θα αποτελέσει βραχυπρόθεσμα τον κύριο άξονα ενδιαφέροντος των δραστηριοτήτων της επιχειρηματικής μονάδας χύδην προϊόντων μπεντονίτη. - Οι πωλήσεις της γραμμής προϊόντων για έργα πολιτικού μηχανικού, υπό την εμπορική επωνυμία IBECO, είχαν αύξηση πάνω από 10%, εν μέρει λόγω της αυξημένης δραστηριότητας έργων υποδομής στην Ανατολική Ευρώπη αλλά και της γενικότερης ανάπτυξης στις περιβαλλοντικές εφαρμογές. Στη Δυτική Ευρώπη η δραστηριότητα διάνοιξης σηράγγων ανακάμπτει, μετά από κάποια χρόνια στασιμότητας. Η ανάπτυξη νέων προϊόντων και η εξειδικευμένη τεχνική εξυπηρέτηση ήταν και εξακολουθούν να είναι ο κύριος παράγοντας στην προσέλκυση νέων έργων. Στα άμεσα σχέδια της IBECO είναι να προσφέρει ένα διευρυμένο χαρτοφυλάκιο προϊόντων και υπηρεσιών στους μεγαλύτερους εργολάβους διεθνώς. - Στην αγορά άμμου υγιεινής κατοικιδίων, τα προϊόντα χωρίς εμπορική επωνυμία κερδίζουν την προτίμηση των καταναλωτών εις βάρος των ποιοτικότερων προϊόντων μεγάλων εμπορικών επωνυμιών. Επίσης, ο ανταγωνισμός στην προμήθεια της πρώτης ύλης εντείνεται συνεχώς από τους παραγωγούς μπεντονίτη χαμηλότερης ποιότητας. Παρ όλα αυτά, η S&Β επιμένει να παρέχει υψηλής ποιότητας προϊόντα στην αγορά της Ευρώπης, όπου οι πωλήσεις αυξήθηκαν οριακά σε σύγκριση προς το Ακολουθώντας την έντονη ανάπτυξη των προηγούμενων ετών, οι πωλήσεις στις εξειδικευμένες εφαρμογές μπεντονίτη αυξήθηκαν περισσότερο από 25%. Η πελατειακή βάση στη βιομηχανία χάρτου συνέχισε να διευρύνεται προς νέες 25

30 ασιατικές αγορές, όπου η εφαρμογή του μπεντονίτη ως προσθετικού στη μεταποίηση χαρτιού κερδίζει σταθερά ευρύτερη αποδοχή. Χυτήρια 48,2% Πωλήσεις Μπεντονίτη 2006 Ανάλυση ανά χρήση Ειδικές Εφαρμογές 5,9% Άμμος Υγιεινής 9,5% Πωλήσεις Μπεντονίτη 2006 Ανάλυση ανά περιοχή Σφαιροποίηση Σιδήρου 15,7% Χύδην Προϊόντα (μέσω δικτύων διανομής για τις αγορές των χυτηρίων, έργων πολιτικού μηχανικού και γεωτρήσεων) 13,8% Έργα Πολιτικού Μηχανικού 6,9% Λοιπές περιοχές 4,3% Ευρωπαϊκή Ένωση 87,1% Β. Αμερική 8,6% Ετήσιος απολογισμός πωλήσεων μπεντονίτη της S&B για το έτος 2007: Κατά το 2007 τα έσοδα, από πωλήσεις σε 53 χώρες, του Κλάδου Μπεντονίτη αυξήθηκαν κατά 26,9%, φθάνοντας το νέο ρεκόρ των 173 εκατ., ως αποτέλεσμα ισχυρής οργανικής ανάπτυξης σε όλες τις αγορές αλλά και της ενσωμάτωσης (από τομάιο 2007) των πωλήσεων της CEBO International B.V με την εξαγορά του 50% των μετοχών της από την S&B. Η CEBO δραστηριοποιείται στη μεταποίηση του μπεντονίτη, για διάφορους βιομηχανικούς σκοπούς, όπως την παραγωγή πετρελαίου και ιλύων γεώτρησης που χρησιμοποιούνται στα τεχνικά έργα εκμετάλλευσης υπεδάφους και στην περιβαλλοντική μηχανική. Επίσης, δόθηκε μεγάλη έμφαση στη γεωγραφική διεύρυνση του δικτύου κοιτασμάτων και μονάδων παραγωγής του Κλάδου, ειδικά στην Ευρώπη, την Αφρική και τη Βόρεια Αμερική. Η εταιρεία έχει πλέον στην κατοχή της 42 ορυχεία και εγκαταστάσεις επεξεργασίας σε 14 χώρες και κατέχει την Νο1 θέση στην παραγωγή μπεντονίτη στην Ευρωπαϊκή Ένωση, και τη Νο2 παγκοσμίως. 26

31 - Στην κύρια αγορά των χυτηρίων, τα έσοδα από πωλήσεις αυξήθηκαν κατά 18,9%. Η ανάπτυξη αυτή αποδίδεται κυρίως στη ζωηρή αγορά της Γερμανίας και στην επιτυχή προώθηση προϊόντων προστιθέμενης αξίας, όπως επίσης στην αυξημένη ζήτηση προϊόντων στις αγορές της Ανατολικής Ευρώπης και της Ανατολικής Μεσογείου. - Οι πωλήσεις στις αγορές σφαιροποίησης σιδηρομεταλλεύματος και γεωτρήσεων παρά τις πιέσεις του ανταγωνισμού από την ενίσχυση του ευρώ έναντι του αμερικανικού δολαρίου και τις σημαντικότατες αυξήσεις των ναύλων, είχαν μια καλή χρονιά χάρη στην προσέλκυση νέων πελατών στη Βραζιλία, τη Ρωσία, την Ινδία και την Κίνα, και στην ανάπτυξη των δραστηριοτήτων γεωτρήσεων πετρελαίου και φυσικού αερίου, καθώς επίσης και στην αυξημένη ζήτηση για βελτιωμένης ποιότητας σφαιρίδια σιδηρομεταλλεύματος από τη χαλυβουργία παγκοσμίως. - Η παρουσία της S&B στην αγορά γεωτρήσεων πετρελαίου & φυσικού αερίου ενισχύθηκε μέσω της απόκτησης του 50% του μετοχικού κεφαλαίου στη CEBO. Επιπλέον, αυτή η εξαγορά ενδυνάμωσε και την ήδη ηγετική θέση του Κλάδου σε άλλες βιομηχανικές αγορές για προϊόντα βασισμένα στον μπεντονίτη, όπως η σφαιροποίηση σιδηρομεταλλεύματος, τα έργα πολιτικού μηχανικού και η άμμος υγιεινής κατοικιδίων. - Το 2007, οι πωλήσεις στα έργα πολιτικού μηχανικού & περιβάλλοντος ξεχώρισαν λόγω του αυξημένου μεριδίου που κατέκτησαν στην αγορά διάνοιξης σηράγγων της δυτικής Ευρώπης, μέσω εξειδικευμένων λύσεων, όπως η παροχή συμβουλευτικών τεχνικών υπηρεσιών και η προμήθεια συμπληρωματικών υλικών μπεντονίτη. Παρόμοια τάση παρατηρήθηκε στην αναπτυσσόμενη αγορά των γεωτρήσεων και ειδικών θεμελιώσεων της ανατολικής Ευρώπης, λόγω της υψηλής απόδοσης των προϊόντων. - Στην αγορά άμμου υγιεινής κατοικιδίων, ο Κλάδος Μπεντονίτη σημείωσε αύξηση πωλήσεων, και παράλληλα εντατικοποίησε τις προσπάθειες για την ανάπτυξη καινοτόμων προϊόντων, σε συνεργασία με σημαντικό προμηθευτή στο τμήμα της αγοράς υψηλών προδιαγραφών. - Οι εξειδικευμένες εφαρμογές μπεντονίτη είχαν μία ακόμα χρονιά ισχυρής ανάπτυξης. Κύριος παράγοντας ήταν η ανοδική τάση στη βιομηχανία χάρτου 27

32 διεθνώς και οι αυξημένες πωλήσεις μπεντονίτη σε εφαρμογές της χημικής βιομηχανίας. Πωλήσεις Μπεντονίτη 2007 Ανάλυση ανά χρήση Χυτήρια 45,2% Σφαιροποίηση Σιδήρου 12,8% Γεωτρήσεις 1,6% CEBO 10,4% Ειδικές Εφαρμογές 5,1% Άμμος Υγιεινής 7,2% Έργα Πολιτικού Μηχανικού 8,1% Χύδην Προϊόντα (μέσω δικτύων διανομής για τις αγορές των χυτηρίων, έργων πολιτικού μηχανικού και γεωτρήσεων) 9,6% Πωλήσεις Μπεντονίτη 2007 Ανάλυση ανά περιοχή Α. Ευρώπη 7,0% Λοιπές περιοχές 3,4% Β. Αμερική 7,6% Ευρωπαϊκή Ένωση 82,0% ΟΙ Ετήσιος απολογισμός πωλήσεων μπεντονίτη της S&B για το έτος 2008: Κατά το 2008, στρατηγικός στόχος για τον Κλάδο Μπεντονίτη της S&B ήταν η σωστή εκμετάλλευση της επέκτασης των ορυκτών αποθεμάτων και του δικτύου επεξεργασίας που πραγματοποιήθηκε το προηγούμενο έτος. Στόχευσε στο να βελτιωθεί η αποδοτικότητα και να επεκταθούν οι πωλήσεις της σε νέες αγορές και χρήσεις. Επιχειρησιακά αντιμετώπισε αστάθεια στις αγορές της. Η αρχή του έτους την προκάλεσε να αντεπεξέλθει στην πλήρη δυναμικότητα της αλυσίδας τροφοδοσίας, ενώ το τέλος του έτους στην κατάρρευση της ζήτησης και στην προσπάθεια μείωσης των αποθεμάτων της. Παρόλα αυτά οι πωλήσεις αυξήθηκαν κατά 20%, και οι ενοποιημένες πωλήσεις σε 57 χώρες έφτασαν τα 207 εκατ., καταγράφοντας νέο ρεκόρ. Ο αριθμός των ορυχείων και εγκαταστάσεων επεξεργασίας σε 14 χώρες έφτασε τα 44 και η εταιρεία εξακολουθεί να φέρει τους τίτλους Νο1 παραγωγού μπεντονίτη στην Ευρωπαϊκή Ένωση και Νο2 παραγωγού μπεντονίτη παγκοσμίως. 28

33 - Στην αγορά χυτηρίων, η διατήρηση ηγετικής θέσης συνοδεύτηκε και από αύξηση των πωλήσεων κατά 13%. Η αγορά χυτηρίων, στενά συνδεδεμένη με τον κλάδο της αυτοκινητοβιομηχανίας, βρέθηκε εκτεθειμένη στο ασταθές κλίμα που επικράτησε το Οι πωλήσεις στην αγορά σφαιροποίησης σιδηρομεταλλευμάτων το 2008 ξεπέρασαν κάθε ιστορικό επίπεδο και αυξήθηκαν κατά 20% αντικατοπτρίζοντας την υψηλή ζήτηση για χαλυβουργικά προϊόντα. Οι δυσμενείς συναλλαγματικές ισοτιμίες και τα υπερβολικά υψηλά ναύλα είχαν αρνητικές επιπτώσεις στα περιθώρια κερδοφορίας, καθώς πολλοί πελάτες σε αυτόν τον τομέα εξυπηρετούνται από πολυετείς συμφωνίες με σημαντικές σταθερές συνιστώσες τιμών. Η S&B διατήρησε την ηγετική της θέση σε αυτή την αναπτυσσόμενη αγορά και αύξησε το μερίδιό της στην Ανατολική Ευρώπη. - Το 2008, η S&B ενδυνάμωσε την παρουσία της στην αγορά γεωτρήσεων πετρελαίου και φυσικού αερίου εκμεταλλευόμενη πλήρως την εξαγορά του 50% της Cebo International B.V κατά το προηγούμενο έτος. Η εξαγορά αυτή συνεισέφερε το 14% περίπου των συνολικών πωλήσεων του Κλάδου Μπεντονίτη το Οι πωλήσεις για χρήση σε έργα πολιτικού μηχανικού έφτασαν σε επίπεδα ρεκόρ το Έχοντας μεγαλώσει και βελτιστοποιήσει την εφοδιαστική της αλυσίδα, η S&B κατάφερε να εξυπηρετήσει ένα εκτεταμένο πρόγραμμα διάφορων κατασκευών σε ολόκληρη την Ευρώπη παρέχοντας logistics ανωτέρου επιπέδου, προϊόντα προδιαγραφών προσαρμοσμένων στις ανάγκες του εκάστοτε πελάτη και επιτόπου τεχνική υποστήριξη. Επιπλέον, το 2008 αποτέλεσε ένα εξαιρετικά δυναμικό έτος όσον αφορά στην κατασκευή σηράγγων στη Δυτική Ευρώπη, ενώ ταυτόχρονα συνέχισαν να μεγαλώνουν οι αγορές των γεωτεχνικών έργων και των γεωτρήσεων στην Ανατολική Ευρώπη και στη Ρωσία. - Στην αγορά άμμου υγιεινής κατοικιδίων, κατάφερε να αυξήσει τις ποσότητες κοκκώδους μπεντονίτη με τις οποίες προμηθεύει τους κυριότερους πελάτες της. Το επίτευγμα αυτό οφείλεται στην ευρεία και ποιοτικά ανώτερη ποικιλία των προϊόντων της, σε συνδυασμό με τις επιτυχημένες διαφημιστικές 29

34 καμπάνιες και το αποτελεσματικό δίκτυο διανομής των πελατών της πανευρωπαϊκά. - Στην αγορά της χαρτοβιομηχανίας παρατηρήθηκαν και αυτήν την χρονιά σημαντικές αναταραχές, καθώς μεγάλες χαρτοποιίες έκλεισαν τα εργοστάσιά τους και προμηθευτές χημικών προχώρησαν σε ενοποιήσεις. Εν μέσω εξαιρετικά έντονου ανταγωνισμού, η S&B απέκτησε νέους πελάτες το 2008 προωθώντας υψηλής ποιότητας υπέρλεπτα προϊόντα λευκού μπεντονίτη. - Στην αγορά εξειδικευμένων εφαρμογών, η χρήση του μπεντονίτη ως λειτουργικού συμπληρώματος στις ζωοτροφές αυξήθηκε σημαντικά, τόσο ώστε να αντικαταστήσει σε μεγάλο ποσοστό τα δημητριακά, σε περιόδους που η τιμή τους ήταν πολύ υψηλή. Επίσης, οι πωλήσεις της S&B στον τομέα των εξειδικευμένων χημικών εφαρμογών σημείωσαν αύξηση το 2008, ειδικά στον κλάδο των καταλυτών και των τροποποιητών ροής. Πωλήσεις Μπεντονίτη 2008 Ανάλυση ανά χρήση Χυτήρια 50% Γεωτρήσεις 1% CEBO 15% Σφαιροποίηση Σιδήρου 13% Πωλήσεις Μπεντονίτη 2008 Ανάλυση ανά περιοχή Έργα Πολιτικού Μηχανικού 9% Άμμος Υγιεινής Ειδικές 7% Εφαρμογές 5% Α. Ευρώπη 8% Λοιπές περιοχές 2% Β. Αμερική 13% Δ. Ευρώπη 77% 30

35 Ετήσιος απολογισμός πωλήσεων μπεντονίτη της S&B για το έτος 2009: Για τον Κλάδο του Μπεντονίτη, η επιτάχυνση της οικονομικής ύφεσης το 2009 είχε ως αποτέλεσμα την κατάρρευση της ζήτησης. Η εταιρεία αντέδρασε γρήγορα και προσάρμοσε την παραγωγική της βάση στα νέα δεδομένα, κρατώντας 40 ορυχεία και εγκαταστάσεις επεξεργασίας σε 13 χώρες, διατηρώντας όμως ακέραια την υψηλή ποιότητα των προϊόντων της και το επίπεδο παροχής υπηρεσιών προς τους πελάτες της. Έτσι, οι πωλήσεις του Κλάδου σε 57 χώρες ήταν 153,7 εκατ., ποσό σημαντικά χαμηλότερο - κατά 26% - σε σύγκριση με τις πωλήσεις ρεκόρ του Το 2009, η αγορά των χυτηρίων διεθνώς επηρεάστηκε σημαντικά από την ύφεση αλλά οι πωλήσεις των νέων προϊόντων της S&B συνέχισαν να αυξάνονται παρά τη δυσμενή συγκυρία με την απόκτηση καινούργιων πελατών στην Ευρώπη. - Η αγορά σφαιροποίησης σιδήρου επηρεάστηκε από τις αντίξοες συνθήκες της βιομηχανίας χάλυβα, και η παραγωγή σφαιριδίων σημείωσε πτώση μεγαλύτερη του 40%. - Στην ευρωπαϊκή αγορά έργων πολιτικού μηχανικού, η οικονομική κρίση επηρέασε τα ιδιωτικά χρηματοδοτούμενα κατασκευαστικά έργα, κυρίως στην Ανατολική Ευρώπη, με αντίκτυπο στις πωλήσεις των προϊόντων για ειδικές θεμελιώσεις. Ο τομέας γεωτεχνικών έργων παγκοσμίως παρέμεινε ισχυρός το 2009, με δυνατή ζήτηση σε προϊόντα μόνωσης με βάση τον μπεντονίτη. - Οι αγορές γεωτρήσεων πετρελαίου και φυσικού αερίου στη Βόρεια Θάλασσα παρουσίασαν σημαντική υστέρηση, εξαιτίας της πτώσης των τιμών του πετρελαίου και των δυσκολιών χρηματοδότησης νέων έργων. - Στην αγορά άμμου υγιεινής κατοικιδίων, η ζήτηση μειώθηκε καθώς οι καταναλωτές παρέτειναν το χρόνο χρήσης κάθε συσκευασίας. Η γκάμα των ποιοτικά ανώτερων προϊόντων επηρεάστηκε περισσότερο. - Η οικονομική ύφεση είχε άμεσο αντίκτυπο στην αγορά της χαρτοβιομηχανίας. Η κατανάλωση χαρτιού για την έκδοση περιοδικών και εφημερίδων σημείωσε πτώση λόγω της μείωσης της διαφημιστικής δαπάνης. Η ζήτηση για χαρτί συσκευασίας ελαττώθηκε επίσης, ως συνάρτηση της πτώσης των εξαγωγών. 31

36 Χυτήρια 47% Πωλήσεις Μπεντονίτη 2009 Ανάλυση ανά χρήση Σφαιροποίηση Σιδήρου 10% Έργα Πολιτικού Μηχανικού 16% Γεωτρήσεις 11% Ειδικές Εφαρμογές 7% Άμμος Υγιεινής 9% Πωλήσεις Μπεντονίτη 2009 Ανάλυση ανά περιοχή Α. Ευρώπη 6% Λοιπές περιοχές 3% Δ. Ευρώπη 75% Β. Αμερική 16% Ετήσιος απολογισμός πωλήσεων μπεντονίτη της S&B για το έτος 2010: Κατά τη διάρκεια του 2010 το οικονομικό περιβάλλον παρουσίασε σημαντική βελτίωση κι αυτό είχε θετική επίδραση στις περισσότερες από τις αγορές που εξυπηρετεί ο Κλάδος του Μπεντονίτη. Για κάποιες εξ αυτών μάλιστα, όπως η αγορά των χυτηρίων και της σφαιροποίησης σιδηρομεταλλευμάτων, η επιχειρηματική μας δραστηριότητα ξεπέρασε τα αναμενόμενα επίπεδα, απαιτώντας την άμεση ανταπόκρισή μας, προκειμένου να ικανοποιήσουμε την ταχέως ανακάμπτουσα ζήτηση. Οι ενοποιημένες πωλήσεις του Κλάδου σε 58 χώρες με την αξιοποίηση 40 ορυχείων και εγκαταστάσεων επεξεργασίας σε 12 χώρες έφτασαν τα 190,4 εκατ., ποσό που αντιπροσωπεύει αύξηση της τάξεως του 23,9% σε σχέση με το Η παγκόσμια βιομηχανία χυτηρίων, άμεσα συνδεδεμένη με την αυτοκινητοβιομηχανία, σημείωσε σημαντική ανάκαμψη το Οι πωλήσεις στην αγορά χυτηρίων αυξήθηκαν σημαντικά, σημειώνοντας τις μεγαλύτερες αυξήσεις στη Γερμανία και στη Γαλλία και γενικότερα στην Ευρώπη. Στις Η.Π.Α., η παραγωγή της βιομηχανίας χύτευσης μετάλλων παρουσίασε μέτρια ανάκαμψη, σχεδόν 10% σε σχέση με την προηγούμενη χρονιά. - Το 2010 ήταν χρονιά-ρεκόρ για την παγκόσμια παραγωγή χάλυβα, με διψήφιο ποσοστό ανάπτυξης στην Ευρώπη και στη Βόρεια Αμερική, καθώς και στη 32

37 Μέση Ανατολή. Η παραγωγή χάλυβα είναι ο κινητήριος μοχλός ζήτησης σφαιριδίων σιδηρομεταλλεύματος και κατ επέκταση, η ζήτηση μπεντονίτη για την σφαιροποίηση σιδηρομεταλλευμάτων ανέκαμψε με γοργούς και σταθερούς ρυθμούς. - Στην αγορά των γεωτρήσεων, η ανάκαμψη στην παραγωγή πετρελαίου και φυσικού αερίου στη Βόρεια Θάλασσα είχε θετική επίδραση στη ζήτηση μπεντονίτη και βαρυτίνης για υγρά γεωτρήσεων. - Μία άλλη αγορά η οποία σημείωσε ανάκαμψη κατά το 2010, ήταν αυτή του χαρτιού και χαρτονιού, κυρίως λόγω της αυξημένης ζήτησης υλικών συσκευασίας. Ως αποτέλεσμα, η συγκεκριμένη βιομηχανία αναπτύχθηκε κατά 10% σε σχέση με το Όσον αφορά στα έργα Πολιτικού Μηχανικού, η ζήτηση ήταν σχετικά υψηλή καθ όλη τη διάρκεια του Ωστόσο, κατά το 2010, η ζήτηση έργων πολιτικού μηχανικού, και πιο συγκεκριμένα έργων υποδομής, παρουσίασε ύφεση. Αιτία ήταν κυρίως η κρίση η οποία επεκτάθηκε στην Ανατολική Ευρώπη και τις χώρες της Κοινοπολιτείας Ανεξάρτητων Κρατών (CIS), αλλά και η επιβράδυνση των κρατικών προγραμμάτων οικονομικής τόνωσης της αγοράς. Οι εξελίξεις αυτές είχαν δυσμενείς επιπτώσεις στις πωλήσεις του Κλάδου, σε αυτή την αγορά. - Η αγορά άμμου υγιεινής κατοικιδίων συνέχισε να είναι αδύναμη κατά το 2010, καθώς οι καταναλωτές στράφηκαν προς φθηνότερα προϊόντα ιδιωτικής ετικέτας. - Στην αγορά των περιβαλλοντικών έργων, η επέκταση της τεχνογνωσίας και παροχής υπηρεσιών του Κλάδου Μπεντονίτη στον τομέα των έργων περιβάλλοντος, επέτρεψε την επί τόπου απορρύπανση υπόγειων υδάτων και εδαφών. Χυτήρια 53% Πωλήσεις Μπεντονίτη 2010 Ανάλυση ανά χρήση Γεωτρήσεις 9% Σφαιροποίηση Σιδήρου 14% Έργα Πολιτικού Μηχανικού 12% Άμμος Υγιεινής 6% Ειδικές Εφαρμογές 6% 33

38 Πωλήσεις Μπεντονίτη 2010 Ανάλυση ανά περιοχή Α. Ευρώπη 6% Λοιπές περιοχές 3% Δ. Ευρώπη 72% Β. Αμερική 19% Ετήσιος απολογισμός πωλήσεων μπεντονίτη της S&B για το έτος 2011: To 2011 ο Κλάδος του Μπεντονίτη σημείωσε μία από τις καλύτερες επιδόσεις του σε επίπεδο πωλήσεων, υποστηριζόμενος από μέτρια ανάπτυξη στις περισσότερες αγορές που εξυπηρετεί. Οι πωλήσεις έφτασαν τα 208,8 εκατ., ποσό που αντιπροσωπεύει αύξηση 9,7% σε σύγκριση με το Η παγκόσμια βιομηχανία των χυτηρίων συνέχισε τη σταθερή άνοδό της για δεύτερη συνεχόμενη χρονιά, έπειτα από την ύφεση του Διεθνώς, οι πωλήσεις προϊόντων και λύσεων για χυτήρια αυξήθηκαν κατά 10% σε σχέση με την προηγούμενη χρονιά. - Η ζήτηση μπεντονίτη για τη σφαιροποίηση σιδηρομεταλλευμάτων παρέμεινε σταθερή το 2011 και σημειώθηκαν πωλήσεις αντίστοιχες με αυτές της προηγούμενης χρονιάς. Η παραγωγή χάλυβα είναι καθοριστικός παράγοντας γι αυτή την αγορά. Παρά την ανάπτυξή της σε διεθνές επίπεδο κατά τη διάρκεια του έτους, η παραγωγή του χάλυβα μετριάστηκε κατά το δεύτερο εξάμηνο του 2011, παρουσιάζοντας διαφοροποιήσεις από περιοχή σε περιοχή, και καταγράφοντας αισθητά χαμηλά ποσοστά στην Ευρώπη. - Στην αγορά των γεωτρήσεων, οι αυξημένες τιμές πετρελαίου υποστήριξαν την ανάκαμψη στην παραγωγή πετρελαίου και φυσικού αερίου, γεγονός που επέδρασε θετικά στη ζήτηση για υγρά γεωτρήσεων. Οι πωλήσεις που προήλθαν από τα υλικά γεώτρησης σημείωσαν αύξηση της τάξης του 9% σε σχέση με το Η αγορά έργων Πολιτικού Μηχανικού αναπτύχθηκε με διαφορετικούς ρυθμούς στις περιοχές όπου δραστηριοποιούμαστε. Στην Ευρώπη, η συνεχιζόμενη ύφεση στα έργα υποδομής και έργα πολιτικού μηχανικού, διατήρησαν τον κύκλο εργασιών στα ίδια επίπεδα με την προηγούμενη 34

39 χρονιά. Αντίθετα, στη Βόρεια Αμερική, οι πωλήσεις στην Αμερικανική αγορά έργων Πολιτικού Μηχανικού, αυξήθηκαν σημαντικά με την προώθηση της τεχνολογίας IBECO, όπου ειδικά επεξεργασμένοι πολφοί μπεντονίτη χρησιμοποιούνται για τη διάνοιξη υπόγειων σηράγγων και ειδικών έργων θεμελιώσεων. - Οι πωλήσεις μπεντονίτη στη βιομηχανία χάρτου συνέχισαν ανοδικά κατά το Διευρύνθηκε επιτυχώς η χρήση του μπεντονίτη και τα πλεονεκτήματα που προσφέρει σε διάφορες βιομηχανίες χαρτοπολτού, προσφέροντας άμεση τεχνική υποστήριξη, καθώς και εξειδικευμένα προϊόντα και εξοπλισμό. - Η αγορά άμμου υγιεινής κατοικιδίων δεν παρουσίασε αλλαγή κατά το 2011 και συνέχισε να κινείται υποτονικά, καθώς οι καταναλωτές στράφηκαν προς προϊόντα ιδιωτικής ετικέτας. Πωλήσεις Μπεντονίτη 2011 Ανάλυση ανά χρήση Χυτήρια 57% Σφαιροποίησ η Σιδήρου 12% Έργα Πολιτικού Μηχανικού 11% Άμμος Υγιεινής Ειδικές 5% Εφαρμογές Γεωτρήσεις 6% 9% Πωλήσεις Μπεντονίτη 2011 Ανάλυση ανά περιοχή Α. Ευρώπη 6% Λοιπές περιοχές 4% Δ. Ευρώπη 71% Β. Αμερική 19% 35

40 Η ζήτηση μπεντονίτη στην διεθνή αγορά για το έτος 2012 Κατά τη διάρκεια του 2012, η ζήτηση μπεντονίτη στην αγορά της σιδηρομεταλλουργίας, για τη σφαιροποίηση σιδηρομεταλλευμάτων, παρουσίασε αύξηση. Στην αγορά των χυτηρίων, υπήρξε σημαντική επιβράδυνση της βιομηχανικής δραστηριότητας στο δεύτερο εξάμηνο του έτους, που οφείλεται στην επίπτωση που είχε στη ζήτηση η υποτονική παραγωγή στην αυτοκινητοβιομηχανία. Μείωση της ζήτησης σημειώθηκε και στα έργα πολιτικού μηχανικού, λόγω περιορισμένου αριθμού νέων έργων υποδομής με την ασθενή δραστηριότητα στον ευρωπαϊκό κλάδο των κατασκευών. Αντίθετα, η αγορά γεωτρήσεων πετρελαίου και φυσικού αερίου κατέγραψε ανοδική πορεία, έχοντας θετική επίδραση στη ζήτηση μπεντονίτη. Η S&B όμως, ως ο μεγαλύτερος εξαγωγέας μπεντονίτη παγκοσμίως, ακόμα και εν μέσω αυτών των σημαντικών κοινωνικών και οικονομικών προκλήσεων του έτους, κατάφερε να αυξήσει την λειτουργική κερδοφορία της. 36

41 Κεφάλαιο 2 ο Χρήσεις μπεντονίτη 37

42 2.1 Εισαγωγή Η χρήση των βιομηχανικών ορυκτών στην καθημερινή μας ζωή, εκτιμάται υψίστης σημασίας παρατηρώντας τα οφέλη από τα βελτιωτικά αποτελέσματα και τις καινοτομίες που αποβαίνουν από την χρήση τους. Ο μπεντονίτης πρωτοανακαλύφθηκε κατά τα τέλη του 19 ου αιώνα, έγινε όμως ευρέως γνωστός από το 1930 όπου καθιερώθηκε η χρησιμοποίησή του στη διύλιση, τη διήθηση, τον καθαρισμό και τον αποχρωματισμό του πετρελαίου. Αργότερα αντικαταστήθηκε στις παραπάνω χρήσεις από άλλες αργίλους, βρήκε όμως νέα σημαντικά πεδία εφαρμογών εξαιτίας των ποικίλων φυσικοχημικών ιδιοτήτων του, είτε αυτές είναι εγγενείς είτε διαμορφώνονται μετά από κατάλληλη επεξεργασία. Σήμερα φημίζεται ως το προϊόν με τις 1000 χρήσεις και εφαρμογές και κατέχει μια ισχυρή παρουσία στις διεθνείς αγορές χρησιμοποιούμενος σε ένα ευρύ φάσμα βιομηχανικών εφαρμογών, αλλά και στον κατασκευαστικό κλάδο, προσφέροντας προϊόντα και βιομηχανικές λύσεις σε μεγάλα έργα υποδομών καθώς και γεωτρήσεων πετρελαίου και φυσικού αερίου. Έντονη και συνεχής προσπάθεια γίνεται για περαιτέρω επέκταση του προϊόντος με την προσαρμογή των ιδιοτήτων του, πάντα σύμφωνα με τις ανάγκες της αγοράς, και με την ανάπτυξη νέων καινοτόμων βιομηχανικών λύσεων. 2.2 Κύριες χρήσεις μπεντονίτη Σφαιροποίηση σιδηρομεταλλεύματος Ο μπεντονίτης, λόγω της συνδετικής του ικανότητας και της δυνατότητας να δημιουργεί νέες κρυσταλλικές φάσεις, χρησιμοποιείται ευρέως στη σφαιροποίηση (pelletizing) του κονιοποιημένου σιδηρομεταλλεύματος. Η κονιοποίηση γίνεται ώστε 38

43 να απομακρυνθούν οι διάφορες προσμίξεις και να κρατηθεί το χρήσιμο καθαρό σιδηρομετάλλευμα. Εν συνεχεία το σιδηρομετάλλευμα σφαιροποιείται με τη βοήθεια του μπεντονίτη, που λειτουργεί ως συνδετικό υλικό. Τα σφαιρίδια αυτά, αποτελούν την πρώτη ύλη τροφοδοσίας των υψικαμίνων με σκοπό την παραγωγή χυτοσιδήρου ή χάλυβα, προϊόντων που χρησιμοποιούνται ως πρώτες ύλες στην χαλυβουργία Χυτήρια Στα χυτήρια χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι χύτευσης των μετάλλων, ανάλογα με τον τύπο του κράματος και το μέγεθος των χυτών. Ο μπεντονίτης χρησιμοποιείται σε μίγματα προϊόντων άνθρακα και άλλων πρόσθετων υλικών και δρα ως συνδετικό υλικό των κόκκων της χαλαζιακής άμμου με την οποία κατασκευάζονται τα καλούπια χυτεύσεως. Αναμιγνύεται με άμμο και νερό με σκοπό να καταστήσει την άμμο πλαστική και συνεκτική, ώστε να μπορεί να διαμορφωθεί γύρω του ένα πρότυπο και να κατασκευαστούν εκμαγεία συγκεκριμένων διαστάσεων και σχήματος που προορίζονται κυρίως για την παραγωγή εξαρτημάτων αυτοκινήτων, βιομηχανικών και γεωργικών μηχανημάτων κ.α. Το σύστημα μπεντονίτη και νερού λειτουργεί ως λειαντικό, ελαττώνοντας την τριβή μεταξύ των κόκκων της άμμου. Οι ιδιότητες των μπεντονιτών, οι οποίες παίζουν καθοριστικό ρόλο στη χύτευση των μετάλλων είναι η υγρή και ξηρή αντοχή σε συμπίεση, η υγρή αντοχή σε εφελκυσμό, η αντοχή σε συμπίεση σε υψηλές θερμοκρασίες και η ρευστότητα του μίγματος αργίλου-άμμουνερού. Η ποιότητα της άμμου καλουπιών, η οποία έχει ως συνδετικό υλικό τον μπεντονίτη, καθορίζεται από την ποιότητα της χύτευσης, της μορφοποίησης και του βαθμού επανάκτησής της μετά τη χύτευση. 39

44 2.2.3 Άμμος υγιεινής κατοικίδιων ζώων Η χρήση του μπεντονίτη ως προσροφητικό υλικό με τη μορφή άμμου υγιεινής κατοικίδιων ζώων τον καθιστά τελικό καταναλωτικό παρά βιομηχανικό προϊόν. Οι προτιμήσεις των καταναλωτών και οι πολιτικές προώθησης που ακολουθούν οι κύριοι παραγωγοί, διαφοροποιούν την αγορά αυτή από χώρα σε χώρα ως προς τις πρώτες ύλες που επιλέγονται. Το συγκριτικό πλεονέκτημα του μπεντονίτη είναι ότι απορροφά τα υγρά απορρίμματα των ζώων σχηματίζοντας συνεκτικά συσσωματώματα που μπορούν εύκολα να απομακρυνθούν, επιτρέποντας την περαιτέρω χρησιμοποίηση της υπόλοιπης άμμου υγιεινής. Χάρη στις εξαιρετικές ιδιότητές του, ο μπεντονίτης αποκτά ολοένα και μεγαλύτερο μερίδιο της αγοράς, αντικαθιστώντας άλλα προσροφητικά υλικά Καθαρισμός υδάτων και υγρών αποβλήτων Το περιβαλλοντικό πρόβλημα της πρόκλησης διαταραχών στο υδάτινο οικολογικό σύστημα από την παρουσία τοξικών ενώσεων, όπως οι χουμικές ενώσεις και τα χρώματα, είναι σημαντικό και σύνηθες και απαιτεί αποτελεσματικές μεθόδους για την επίλυσή του. Μια από τις βασικές διεργασίες απομάκρυνσης των ρυπογόνων ουσιών είναι η προσρόφηση σε διάφορους τύπους ενεργού άνθρακα, η οποία έχει μελετηθεί ευρύτατα με πλήθος εφαρμογών σε εγκαταστάσεις καθαρισμού. Ο μπεντονίτης αποτελεί εναλλακτικό προσροφητικό μέσο του ενεργού άνθρακα. Η υψηλή προσροφητική και ιοντοανταλλακτική ικανότητα του μπεντονίτη είναι σημαντική ιδιότητα εξαιρετικά επωφελής για την επεξεργασία και τον καθαρισμό διαφόρων 40

45 επιμολυσμένων υδάτων και των υδατικών απόβλητων που συνήθως προκύπτουν κατά τη λειτουργία των επιμεταλλωτηρίων, κλωστοϋφαντουργείων, χαρτοβιομηχανιών, φαρμακοβιομηχανιών, χρωματοβιομηχανιών κ.α., απορροφώντας βαρέα μέταλλα, οργανικούς ρυπαντές, σπάνιες γαίες και χρωστικές ουσίες. Οι οργανόφιλοι μπεντονίτες υποκαταστημένοι με οργανοαμμωνιακά ιόντα, απομακρύνουν εκλεκτικά οργανικούς ρυπαντές (βενζένιο, τολουένιο, ξυλένιο, χλωριωμένους υδρογονάνθρακες, φαινόλες, χλωροφαινόλες κ.ά.) από υδατικά διαλύματα παρά την παρουσία φυσικών οργανικών ενώσεων (π.χ. στα υπόγεια νερά) και η προσροφητική τους ικανότητα δεν παρεμποδίζεται από τις φυσικές οργανικές ενώσεις (χουμικό οξύ, φουλβικό οξύ κ.ά.) όπως συμβαίνει κατά την προσρόφηση σε ενεργό άνθρακα. Σε συνδυασμό με θειικό αργίλιο συμβάλλει στη διαύγαση πόσιμου νερού και αποβλήτων. Το θειικό αργίλιο κροκιδώνει τον μπεντονίτη που έχει ήδη απορροφήσει τοξικές και κολλοειδείς ενώσεις που δε θα μπορούσαν να κατακαθίσουν με άλλον τρόπο. Έχει τη δυνατότητα να μειώσει περίπου κατά 50% την περιεκτικότητα φθορίου στο πόσιμο νερό και ακόμα, είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικός ως ιζηματοποιητής για την απομάκρυνση μικροβίων, βακτηρίων και ιών από την υδατική φάση Βιομηχανία Χάρτου Τα βιομηχανικά ορυκτά χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία χάρτου ως χρωστικές ουσίες, και ως πληρωτικά υλικά επηρεάζοντας τις θεμελιώδεις ιδιότητες του χαρτιού, όπως η φωτεινότητα, η «καλυπτικότητα» και η αντοχή. Η κύρια χρήση του μπεντονίτη σε αυτόν τον τομέα συνίσταται στην παρασκευή ειδικών χαρτιών ανατύπωσης, χωρίς άνθρακα. Βοηθώντας στην απομάκρυνση ινών, χρωμάτων, ρητινών και άλλων ανεπιθύμητων ουσιών από τον χαρτοπολτό, συμβάλλει στη βελτίωση των ιδιοτήτων του χαρτιού. Επίσης, σε συνδυασμό με πολυμερή χρησιμοποιείται στη βελτίωση της συνοχής των συστατικών του πολφού αλλά και στον καθαρισμό του κυκλώματος του νερού με σκοπό την επαναχρησιμοποίησή του στη διαδικασία. Επιπλέον βρίσκει εφαρμογή στην επεξεργασία των τελικών 41

46 αποβλήτων της μονάδας, επιτυγχάνοντας τη μείωση του ρυπαντικού της φορτίου (BOD, COD). Η χρήση του μπεντονίτη στη βιομηχανία χάρτου έχει αυξηθεί σημαντικά την τελευταία δεκαετία και, με την κατάλληλη ορυκτολογική σύνθεση θα μπορούσε να διαδραματίσει σπουδαίο ρόλο στη βελτίωση της ποιότητας του χαρτοπολτού και στη μείωση του κόστους παραγωγής χαρτιού Πετρελαιογεωτρήσεις υδρογεωτρήσεις Ο μπεντονίτης χρησιμοποιείται στον πολφό των γεωτρήσεων πετρελαίου και νερού ελέγχοντας το ιξώδες και την πυκνότητα των διατρητικών πολφών. Ο κύριος ρόλος του είναι να στεγανοποιεί τα τοιχώματα των γεωτρητικών οπών, να απομακρύνει τα θραύσματα και τα παραπροϊόντα της γεώτρησης και να λιπαίνει την κεφαλή κοπής του γεωτρύπανου. Το είδος του υλικού που χρησιμοποιείται για τον πολφό της γεώτρησης (drilling mud), εξαρτάται από το βάθος και το είδος του πετρώματος που συναντά η γεώτρηση. Σε ορισμένες περιπτώσεις χρησιμοποιείται και βαρύτης προκειμένου να αυξηθεί το ειδικό βάρος του πολφού, ενώ σε πολύ βαθιές γεωτρήσεις ή σε γεωτρήσεις γεωθερμίας, χρησιμοποιείται ο σηπιόλιθος (2H 2 O.2MgO.3SiO 2 ), επειδή το ορυκτό αυτό είναι σταθερό σε μεγάλες θερμοκρασίες Τεχνικά έργα Πολλές είναι οι εφαρμογές του μπεντονίτη στα τεχνικά έργα εξαιτίας των συνδετικών του ιδιοτήτων, των ιδιοτήτων πλήρωσης, τη θιξοτροπία, το ιξώδες, τη στεγανότητα 42

47 και την ελαστικότητα που διαθέτει. Από τις πλέον διαδεδομένες χρήσεις του μπεντονίτη είναι ως θιξοτροπικό πρόσθετο, υποστηρικτικό και λιπαντικό μέσο σε διαφραγματικά τοιχώματα και θεμελιώσεις, σε σήραγγες, σε γεωτρήσεις οριζόντιας κατεύθυνσης, καθώς και σε διάνοιξη μικροσηράγγων με την μέθοδο της προώθησης σωλήνων. Επίσης, χρησιμοποιείται ως στεγανοποιητικό μέσω σε τεχνητές λίμνες, σε δεξαμενές, σε χώρους διάθεσης τοξικών ή ραδιενεργών αποβλήτων, στις ανασκαφές, μαζί με τσιμέντο σε στεγανοποιητικές τσιμεντενέσεις για τη συγκόλληση ρωγμών και ασυνεχειών πετρωμάτων και εδαφών, στους χώρους ταφής απορριμμάτων διασφαλίζοντας μακροχρόνια προστασία των υπόγειων νερών από ρυπαίνουσες ουσίες, ενώ τα προϊόντα του μπεντονίτη είναι απαραίτητα για την κατασκευή Γεωσυνθετικών Αργιλικών Επενδύσεων (GCLs). Πολφός μπεντονίτη και νερού χρησιμοποιείται ως διατρητικό ρευστό στην κατασκευή σηράγγων με την τεχνική «slurry shield» και γενικότερα στις γεωτρήσεις όπου απαιτείται άμεση υποστήριξη της εκσκαφής. Τέλος, στον τομέα των οικοδομικών υλικών χρησιμοποιείται για τη μεταφορά έτοιμου τσιμέντου σε κονίες γρήγορης πήξης, παρεμποδίζοντας την πήξη του κονιάματος μέσα στην μπετονιέρα. 2.3 Ειδικές χρήσεις μπεντονίτη Γεωργικές εφαρμογές Βιολογικό λίπασμα μπεντονίτη Συσκευασία: 25kg Ενδεικτική τιμή (καταλόγου 2013): 37,00 Η προσθήκη μπεντονίτη σε φτωχά εδάφη βοηθά στον εμπλουτισμό τους. Οι μπεντονίτες και κυρίως οι ασβεστούχοι, χρησιμοποιούνται ως ρυθμιστές της οξύτητας των εδαφών και έχουν τη δυνατότητα λόγω της ικανότητας κατακράτησης νερού να διατηρούν την υγρασία σε ξηρά και αμμώδη εδάφη με σκοπό την αξιοποίησή τους. Μπορούν επίσης να συμβάλλουν στην εξυγίανση μολυσμένων εδαφών, δεσμεύοντας ορισμένα βαρέα μέταλλα και παρεμποδίζοντας έτσι την απορρόφησή τους από τα φυτά, καθώς και να χρησιμοποιηθούν για ελεγχόμενη δέσμευση ζιζανιοκτόνων. Η 43

48 εφαρμογή του ως βελτιωτικό μέσο συμβάλλει στην αυξημένη απόδοση των καλλιεργειών, τη μικρότερη κατανάλωση νερού κατά την άρδευση και την ελάττωση της προσθήκης χημικών λιπασμάτων. Ερευνάται η δυνατότητα χρήσης των μπεντονιτών στην πρόληψη της διάβρωσης των εδαφών η τοποθέτησή τους σε βάθος μπορεί να δημιουργήσει ένα προστατευτικό στρώμα, το οποίο αντιστέκεται στη διείσδυση των υπογείων διαβρωτικών ή υφάλμυρων νερών. Τέλος ο μπεντονίτης εξουσιοδοτείται για την βιολογική μέθοδο παραγωγής σύμφωνα με τον κανονισμό (ΕΟΚ) αριθ.2092/ Τεχνολογία κεραμικών Λόγω της μεγάλης του πλαστικότητας, δεν μπορούν να κατασκευασθούν κεραμικά προϊόντα με υψηλή περιεκτικότητα σε μπεντονίτη, η προσθήκη όμως μιας μικρής ποσότητας (έως 5%, ανάλογα με το είδος του κεραμικού) αυξάνει την πλαστικότητα, το συντελεστή θραύσης και την ομοιογένειά τους και οδηγεί σε ομοιόμορφο στέγνωμα χωρίς τη δημιουργία ρωγμών. Μεγαλύτερη περιεκτικότητα αλλοιώνει το χρώμα, δεδομένου ότι ο μπεντονίτης περιέχει σίδηρο, ο οποίος σε υψηλή θερμοκρασία σχηματίζει σκούρα καφέ υαλώματα Υγεία καλλυντικά Ο μπεντονίτης τα τελευταία χρόνια δείχνει να επανακτά τη δημοτικότητά του ως εσωτερικό και εξωτερικό «καθαρτικό» τού οργανισμού. Εσωτερικά, καταναλώνεται ως συμπλήρωμα διατροφής, κυρίως για την αντιμετώπιση ελλείψεων του οργανισμού σε μεταλλικά στοιχεία και ως προϊόν detox. Εξωτερικά χρησιμοποιείται όπως όλοι οι 44

49 άργιλοι, για την απορρόφηση τοξινών, ακαθαρσιών και βαρέων μετάλλων από την επιδερμίδα. Αποτελεί κοινό συστατικό σε αποτοξινωτικές μάσκες και σε προϊόντα καθαρισμού. Είναι μία μοναδική, άοσμη, και άγευστη άργιλος, με γκρι ή μπεζ χρώμα, λεπτή υφή και βελούδινη αίσθηση. Ο μπεντονίτης δεσμεύει τις τοξίνες, χημικές ουσίες (θετικά φορτισμένες), ακαθαρσίες και βαρέα μέταλλα, ενώ αποδεσμεύονται από αυτόν ιχνοστοιχεία και μεταλλικά συστατικά που είναι χρήσιμα για την λειτουργία του οργανισμού μας. Μια σημαντική επωφελής επίδραση είναι και η -με μεγάλη ευκολία- παροχή ασβεστίου στα οστά. Επιπλέον, ευνοεί την οξυγόνωση των κυττάρων καθώς ελκύει υδρογόνο και επιτρέπει στα κύτταρα να αντικαταστήσουν την απώλεια με φρέσκο οξυγόνο. Τέλος έχει αλκαλική επίδραση στον οργανισμό (αυξάνει το ph) και, όταν λαμβάνεται σωστά, μπορεί να εξισορροπήσει τη βακτηριακή χλωρίδα του εντέρου. Σε μια έρευνα που διεξήχθη στο πανεπιστήμιο της Arizona ο μπεντονίτης έδειξε αποτελεσματικότητα στην καταπολέμηση του ιού του MRSA (χρυσίζοντα σταφυλόκοκκου), της σαλμονέλας και του E.Coli, γεγονός που τον καθιστά ελπιδοφόρο νέο στην καταπολέμηση των λοιμώξεων από ανθεκτικά στελέχη βακτηρίων. Επισημαίνεται πως τα βακτήρια αυτά δεν μπορούν να αναπτύξουν ανθεκτικότητα στον πηλό, όπως συμβαίνει με τα φάρμακα, για τον λόγο ότι δεν αντιμετωπίζονται με μηχανισμούς δράσης, αλλά αφαιρούνται. Ενδείκνυται: - Σε γαστρεντερολογικές διαταραχές (υπερέκκριση οξέων στομάχου, φούσκωμα, αέρια, δυσκοιλιότητα, μετεωρισμός) - Σε δερματολογικά προβλήματα (δερματίτιδες και αλλεργικές εκδηλώσεις) - Για την ταχεία επούλωση πληγών και τραυμάτων - Για την αποτοξίνωση του οργανισμού - Για τον εφοδιασμό του οργανισμού με απαραίτητα μέταλλα και ιχνοστοιχεία - Σε προϊόντα φροντίδας της στοματικής υγιεινής - Για την ταχεία ανάρρωση από διάρροια και εμετό. Διατροφή: Ο μπεντονίτης είναι πλούσιος σε απαραίτητα μεταλλικά στοιχεία, μεταξύ των οποίων ασβέστιο, χρώμιο, κάλιο, χαλκό, μαγνήσιο, μαγγάνιο, φώσφορο, θείο και ψευδάργυρο, ενώ δεν περιέχει αλουμίνιο. Συναντάται ως διατροφικό πρόσθετο με τον κωδικό Ε558, ως παράγοντας αντι-συσσωμάτωσης και γαλακτωματοποιητικό ή ως μέσο διαύγασης συνήθως σε παρασκευάσματα φυσικών χυμών (βλ ). Δεν έχει 45

50 καθοριστεί κάποιο ποσοτικό όριο καθημερινής λήψης και δεν υπάρχει έως σήμερα καμία γνωστή παρενέργεια από την βρώση του Ε Βιομηχανία τροφίμων Οι όξινα ενεργοποιημένοι μπεντονίτες, λόγω της αυξημένης ειδικής τους επιφάνειας και της εκλεκτικής προσροφητικής τους ικανότητας, είναι αποτελεσματικοί στον αποχρωματισμό, την απόσμηση, την αφυδάτωση και εξουδετέρωση βρώσιμων ελαίων ζωικής και φυτικής προέλευσης. Χρησιμοποιούνται, επίσης για τον αποχρωματισμό κρασιού, ξυδιού, μπύρας, χυμών, ποτών και μελιού. Άλλες εφαρμογές του μπεντονίτη στην βιομηχανία τροφίμων είναι η απομάκρυνση των προσμίξεων από εδώδιμα έλαια, η χρήση του ως σταθεροποιητικό υλικό διαφόρων αιωρημάτων ή γαλακτωμάτων, και η σφαιροποίηση και συσσωμάτωση ζωοτροφών Βιομηχανία χρωμάτων Οι μπεντονίτες δρουν ως φορείς αιώρησης και διόγκωσης και η δομή του πηκτώματος που σχηματίζουν θεωρείται ότι βελτιώνει την εξάπλωση του χρώματος στις διάφορες επιφάνειες, ενώ ταυτόχρονα περιορίζει τη διείσδυση του χρώματος σε πορώδεις επιφάνειες. Οι οργανόφιλοι μπεντονίτες που έχουν υποστεί κατεργασία με αλκυλαμίνες είναι υδρόφοβοι και χρησιμοποιούνται στην παρασκευή ειδικών ανθεκτικών χρωμάτων και βερνικιών (βλ ) Χημική βιομηχανία Όξινα ενεργοποιημένοι μπεντονίτες χρησιμοποιούνται ως καταλύτες σε πολλές βιομηχανικές διεργασίες όπως στην αλκυλίωση φαινολών, στο διμερισμό και πολυμερισμό ακόρεστων υδρογονανθράκων, στις Friedel Craft αντιδράσεις αλκυλίωσης και ακυλίωσης κ.α. 46

51 2.3.7 Κατεργασία υλικών και παρασκευή προϊόντων Ο μπεντονίτης χρησιμοποιείται για την σταθεροποίηση γαλακτωμάτων στα καλλυντικά, για την παρασκευή αλοιφών και κρεμών, και σε άλλα προϊόντα οικιακής χρήσης σαν μαλακτικό σε απολυμαντικά, σε καθαριστικά κ.α. Επίσης χρησιμοποιείται στην παρασκευή διαυγαστικών και αποχρωστικών γαιών, με ικανότητα στον αποχρωματισμό, την απόσμηση, την αφυδάτωση και την εξουδετέρωση φυτικών και ζωικών βρώσιμων ελαίων και ορυκτελαίων, λιπαντικών, παραφινών, κηρών και άλλων ουσιών, βάση της ικανότητας του μοντμοριλλονίτη να προσροφά οργανικά μόρια μεταξύ των στρωμάτων του. Σημαντική είναι η χρήση τους στην αναγέννηση των χρησιμοποιημένων ορυκτελαίων. Οι οργανόφιλοι μπεντονίτες που έχουν κατεργαστεί με αλκυλαμίνες είναι υδρόφοβοι και χρησιμοποιούνται στην παρασκευή ειδικών χρωμάτων, ανθεκτικών στη φωτιά βερνικιών, στόκου, κεριών, μελανιών, ρητινών και λιπαντικών ανθεκτικών σε υψηλές θερμοκρασίες Άλλες χρήσεις και εφαρμογές Πέρα από τις προαναφερθείσες χρήσεις, ο επεξεργασμένος μπεντονίτης έχει κι άλλες σχετικές εφαρμογές σε πλαστικά, σε αφυγραντικά κ.α. Με κατάλληλη εφαρμογή μπορεί να μειώσει ακόμα και αέριους ρύπους (π.χ. στα χυτήρια) ή να σκορπιστεί στους στάβλους ως αποσμητικό απορροφώντας τις δυσάρεστες μυρωδιές. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί στην πυρόσβεση δασικών πυρκαγιών, αφού δύναται να διατηρεί μεγάλα ποσά νερού πάνω στα φυτά και κοντά στο μέτωπο της φωτιάς. Τελευταία δοκιμάζεται η χρησιμοποίηση μπεντονιτών για βελτίωση και αξιοποίηση μέχρι και αμμωδών εκτάσεων (ερήμων κ.α.). 47

52 Eικόνα από τα έντυπα της S&B 48

53 Κεφάλαιο 3 ο Εφαρμογές μπεντονίτη στα τεχνικά έργα 49

54 3.1 Εισαγωγή - Μέθοδοι βελτίωσης και ενίσχυσης εδαφών Η ιδέα της βελτίωσης και ενίσχυσης του εδάφους άρχισε να εφαρμόζεται από αρχαιοτάτων χρόνων. Η βασική στρατηγική του πλήθους των τεχνικών βελτίωσης, είναι να βρεθεί η πιο κατάλληλη, αποτελεσματική και οικονομική μέθοδος που να βελτιώνει το έδαφος, αυξάνοντας την ασφάλεια των γεωτεχνικών έργων. Οι μέθοδοι βελτίωσης μπορούν να διαχωριστούν στις παρακάτω γενικές ομάδες: α) Προσωρινές τεχνικές βελτίωσης εδάφους με περιορισμένο χρόνο εφαρμογής, κατά την περίοδο της κατασκευής (ηλεκτρική όσμωση, ψύξη εδάφους κλπ.). β) Μόνιμες (διαρκείς) τεχνικές βελτίωσης εδάφους, που εφαρμόζονται χωρίς την επιβολή ξένων προς το έδαφος στοιχείων (δυναμική συμπύκνωση, μέθοδοι μαζικής δόνησης κλπ.). γ) Μόνιμες (διαρκείς) τεχνικές βελτίωσης εδάφους που εφαρμόζονται με την επιβολή ξένων προς το έδαφος στοιχείων (οπλισμένο έδαφος, τσιμεντενέσεις, γενικά ενέσεις με διάφορα ενέματα, βαθιές μίξεις με διάφορα μίγματα όπως τσιμέντου, ασβέστου, μπεντονίτη κλπ.) Οι τεχνικές βελτίωσης και ενίσχυσης του εδάφους εφαρμόζονται: - Στα θεμέλια κτιρίων για την μείωση των καθιζήσεων, τον έλεγχο της διαπερατότητας ή την αύξηση της φέρουσας ικανότητας του εδάφους. - Σε εργασίες εκσκαφής για καλύτερη πλευρική αύξηση της αντοχής σε σήραγγες ή τάφρους και μείωση της διαπερατότητας. - Στην οδοποιία, στις υποβάσεις δρόμων για αύξηση της φέρουσας ικανότητας του εδάφους, μείωση της διάβρωσης και μείωση του μεταβολών του όγκου. - Σε σταθεροποίηση των πρανών για να αυξηθεί η αντοχή του εδάφους σε διάβρωση, να μειωθεί η διαπερατότητα, να μειωθεί ο δείκτης κενών. - Σε κατασκευές συγκράτησης (αποθήκευσης) ύδατος για την δημιουργία όσο το δυνατόν υδατοστεγανών κατασκευών, δεξαμενές, χωματερές (Χ.Υ.Τ.Α.). όπως φράγματα, κανάλια, - Στην προστασία περιβάλλοντος, αυξάνοντας την αντίσταση του εδάφους στην φυσική αποσάθρωση από αέρα ή το νερό, περιορίζοντας την μόλυνση του εδάφους με μείωση της μεταφορικής ικανότητας των μολυσμένων ουσιών δημιουργώντας συσσωματώματα που μετατρέπονται σε πολυδυσκίνητες χημικές μορφές. 50

55 3.2 Στεγανοποίηση Χώροι Υγειονομικής Ταφής Απορριμμάτων Εικ. 3.1 Στεγανοποίηση ΧΥΤΑ Στεγανοποίηση λεκάνης ΧΥΤΑ Σύμφωνα με τις οδηγίες της Ευρωπαϊκής Ένωσης, ο μπεντονίτης, λόγω της υδατοστεγανότητάς του, συνίσταται ως στεγανοποιητικό υλικό στη δημιουργία ΧΥΤΑ και στην αποκατάσταση παλαιών χώρων ταφής απορριμμάτων για τη μακροχρόνια προστασία του υδροφόρου ορίζοντα από το ρυπαντικό φορτίο των απορριμμάτων. Εφαρμόζεται ως στεγανοποιητικό της βάσης και ως επικάλυψη των χωματερών, καθώς επίσης και στην κατασκευή περιφερειακών, καθέτων τοιχωμάτων που λειτουργούν ως διαφράγματα. Ο σωστός σχεδιασμός ενός σύγχρονου ΧΥΤΑ (ΕΛΟΤ ΤΠ ) προβλέπει τη στεγανότητα του πυθμένα και των περιμετρικών πρανών, για να ελαχιστοποιήσουν την πιθανότητα διαφυγής του στραγγίσματος προς το υπέδαφος. Ο σχεδιασμός και η κατασκευή της μόνωσης αποσκοπεί στην ελαχιστοποίηση ή και πρακτικά στο μηδενισμό της διαφυγής στραγγίσματος και διαρροής βιοαερίου από τη βάση και τα πλευρικά τοιχώματα. Σύμφωνα με τις τεχνικές προδιαγραφές ΧΥΤΑ (ΚΥΑ /97/ΦΕΚ 1010Β/ ) το σύστημα μόνωσης του πυθμένα πρέπει να πληροί τις απαιτήσεις υδροπερατότητας και πάχους, οι οποίες αντιστοιχούν σε στρώμα αργίλου με k=10-9 m/s και πάχος D=1 m. Ο συντελεστής υδροπερατότητας πρέπει να ελέγχεται πριν την κατασκευή με επαρκή αριθμό δοκιμών. Σε περίπτωση που τα διαθέσιμα υλικά δεν κρίνονται κατάλληλα, τότε μπορεί να γίνει ανάμειξή τους με επεξεργασμένα υλικά, όπως π.χ. ο μπεντονίτης ή να χρησιμοποιηθούν συνθετικά (πολυμερή). Πριν την κατασκευή της στεγανής στρώσης συνιστάται ο καθαρισμός και η εξομάλυνση της φυσικής επιφάνειας του εδάφους. H συμπύκνωση των επάλληλων στρώσεων πρέπει να γίνεται σε μικρό χρονικό διάστημα, ώστε να 51

56 αποφευχθεί η παρατεταμένη έκθεση της μονωτικής επιφάνειας στην ηλιακή ακτινοβολία. Ο εργαστηριακός έλεγχος καταλληλότητας των υλικών της αργιλικής στρώσης περιλαμβάνει: κοκκομετρική διαβάθμιση, περιεχόμενη υγρασία, ποσοστά αργιλικού και οργανικού υλικού, όρια πυκνότητας, συντελεστής υδροπερατότητας, μέτρο συμπίεσης, διατμητική αντοχή, και πυκνότητα κατά Proctor. Τα στεγανά υποστρώματα κατασκευάζονται από μια ποικιλία φυσικών και τεχνητών υλικών και διακρίνονται στις εξής κατηγορίες: 1. Άκαμπτα υποστρώματα - Σκυρόδεμα (εκτοξευόμενο ή οπλισμένο) Το εκτοξευόμενο αποτελείται από μίγμα τσιμέντου, άμμου και νερού, που εκτοξεύεται με πίεση πάνω στο προετοιμασμένο έδαφος. Στα μαλακά εδάφη δεν ενδείκνυται η χρήση του, λόγω της μικρής αντοχής στη θραύση. Το οπλισμένο σκυρόδεμα είναι πιο ανθεκτικό, αλλά έχει προβλήματα διαρροής από τις ρωγμές διαστολής συστολής. - Τσιμέντο Εάν στην περιοχή του χώρου απόθεσης υπάρχει αμμοχάλικο, τότε προστίθεται τσιμέντο και νερό και συμπαγοποιείται. Είναι πιο οικονομική μέθοδος από το οπλισμένο σκυρόδεμα, αλλά δεν εξασφαλίζει την ομοιογένεια του υποστρώματος. - Άσφαλτος Κατασκευάζεται όπως τα εύκαμπτα οδοστρώματα και η τοποθέτησή του γίνεται σε επάλληλα στρώματα. Δεν είναι πολύ ανθεκτικό υλικό στην επίδραση των πολύ ενεργών και διαβρωτικών διασταλαζόντων υγρών. 2. Εύκαμπτα υποστρώματα (με φυσικά υλικά) - Συμπαγές έδαφος Η καταλληλότητα ενός φυσικού εδάφους μετά από κάποια συμπαγοποίηση, ως στεγανό υπόστρωμα εξαρτάται από την υδροπερατότητά του (υδραυλική αγωγιμότητα, k). Αποδεκτές τιμές του k είναι 10-9 m/s. - Χημικά επεξεργασμένο έδαφος Συνήθως προστίθενται στο έδαφος πολυφωσφορικά οξέα ή βιτουμενιούχα υγρά. - Μπεντονίτης Ο μπεντονίτης όταν προσροφά το νερό το δεσμεύει διογκούμενος και μειώνεται περισσότερο η -έτσι κι αλλιώς- χαμηλή υδροπερατότητά του. Η χρήση του μπεντονίτη ως στεγανό υπόστρωμα έτυχε ευρείας αποδοχής, λόγω του μικρού κόστους και της ευκολίας τοποθέτησης. Τα στραγγίσματα που περιέχουν οργανικούς 52

57 διαλύτες ή υψηλές συγκεντρώσεις οξέων και βάσεων μειώνουν την υδροπερατότητα του μπεντονίτη κατά δύο τάξεις μεγέθους. Εκτός από αμιγή μπεντονίτη χρησιμοποιείται συνήθως μείγμα φυσικού εδάφους με μπεντονίτη. Η μείξη αυτή μειώνει σημαντικά την υδροπερατότητα των εδαφών. 3. Με χρήση συνθετικών υλικών - Συνθετικές μεμβράνες και γεωσυνθετικές μεμβράνες ή συνθετικές γεωμεμβράνες Οι συνθετικές μεμβράνες κατασκευάζονται από πλαστικό ή καουτσούκ σε διάφορους τύπους και παραλλαγές. Πιο συγκεκριμένα, τα κυριότερα είδη υλικών που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή τους είναι: το πολυαιθυλένιο (PE), το χλωριωμένο πολυαιθυλένιο (CPE), το χλωροθειωμένο πολυαιθυλένιο (CSPE), το πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC), το βουτύλιο (Butil), το πολυχλωροπροπάνιο (Neoprene) και η πολυολεφίνη. Οι κυριότερες τιμές που καθορίζουν και τις ιδιότητες των συνθετικών μεμβρανών είναι: το πάχος, η υδροπερατότητα, το ειδικό βάρος, η περιεκτικότητα σε άνθρακα, η αντοχή (στη ρηγμάτωση, γήρανση, θερμοκρασία, ανάπτυξη βακτηρίων κλπ). Τα ασθενέστερα σημεία των συνθετικών μεμβρανών για διαρροή των στραγγισμάτων είναι οι συρραφές, γι αυτό χρειάζεται έλεγχος των συγκολλήσεων. Το μειονέκτημα αυτό αντιμετωπίζεται με τη χρήση σύνθετων μεμβρανών δηλ. μιας συνθετικής μεμβράνης, που τοποθετείται στην οροφή μιας συμπυκνωμένης αργιλικής στρώσης. Τελευταία χρησιμοποιούνται οι γεωσυνθετικές αργιλικές μεμβράνες (Geosynthetic Clay Liners, GCL), που αποτελούνται από μια αργιλική στρώση μπεντονίτη (μπεντονιτικές μεμβράνες), η οποία παρεμβάλλεται μεταξύ δύο συνθετικών μεμβρανών ή μια αργιλική στρώση συγκολλημένη πάνω σε μια συνθετική μεμβράνη. Οι μεμβράνες GCL κατασκευάζονται βιομηχανικά και διατίθενται έτοιμες στο εμπόριο, επιτυγχάνοντας εξαιρετικά μικρές τιμές της υδροπερατότητας και συνεπώς μειωμένη πιθανότητα διαρροής των στραγγισμάτων. Περισσότερα για τις μπεντονιτικές μεμβράνες αναφέρονται στην ενότητα Τελική επικάλυψη και αποκατάσταση των ΧΥΤΑ Η τελική αποκατάσταση ενός ΧΥΤΑ μετά το πέρας των εργασιών απόθεσης (>20 έτη) και την τοποθέτηση της τελικής επικάλυψης πρέπει να είναι συμβατή με το περιβάλλον. Η τελική επικάλυψη έχει ως στόχο την ελαχιστοποίηση της κατείσδυσης και συνεπώς τον περιορισμό του παραγόμενου στραγγίσματος. Συνήθως προτιμούνται εδαφικά υλικά ή μπεντονίτης ή μείγμα φυσικού εδάφους και 53

58 μπεντονίτη. Το πάχος του στεγανού καλύμματος καθορίζεται από τις υδρολογικές συνθήκες της περιοχής του χώρου απόθεσης των απορριμμάτων και τις πιθανές χρήσεις του χώρου μετά την τελική αποκατάστασή του. Επιπλέον η τελική επικάλυψη αποτρέπει τη διαφυγή του βιοαερίου προς τα ανώτερα στρώματα, καθώς και την εκπομπή ανεπιθύμητων οσμών. Δημιουργεί δε το κατάλληλο υπόστρωμα για την ανάπτυξη κατάλληλης βλάστησης και σταθερό σχετικά έδαφος για τη στήριξη ελαφρών κατασκευών που μπορεί να περιλαμβάνουν οι νέες χρήσεις. Ο σχεδιασμός της τελικής επικάλυψης πρέπει να συνεκτιμά τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του ΧΥΤΑ, τις προβλεπόμενες νέες χρήσεις και τεχνικοοικονομικά στοιχεία, ώστε να εφαρμοσθεί η βέλτιστη λύση. Η τελική επικάλυψη αποτελείται από τις εξής στρώσεις από κάτω προς τα επάνω: - Η πρώτη στρώση πάχους 0,15 0,60 m αποτελείται από χονδρόκοκκα υλικά (αμμοχάλικες) και αποτελεί τη βάση πάνω στην οποία κάθεται η στεγανή στρώση. - Η -στεγανή- δεύτερη στρώση πάχους 0,5 m (με k 10-9 m/s) αποτελείται από μίγμα εδάφους-μπεντονίτη ή εναλλακτικά από συνθετική γεωμεμβράνη. - Η τρίτη στρώση έχει πάχος 0,3 1,0 m, ανάλογα με τις κλιματικές συνθήκες. Λειτουργεί ως προστασία του δεύτερου στρώματος και περιλαμβάνει ένα επιφανειακό εδαφικό στρώμα πάχους 0,1 0,3 m για την ανάπτυξη της χλωρίδας. Το αδρανές υλικό, που απαιτείται συνολικά για την κάλυψη των απορριμμάτων, ανέρχεται στο 20 25% του συνολικού τους όγκου. Μετά το κλείσιμο του ΧΥΤΑ συνιστάται η υδρογεωλογική παρακολούθησή του με γεωτρήσεις από τις οποίες λαμβάνονται δείγματα νερού από τον πιο ρηχό υδροφόρο και αναλύονται ποιοτικά, τουλάχιστον δύο φορές το χρόνο, για 30 χρόνια, μέχρις ότου δηλαδή μειωθεί σημαντικά το ρυπαντικό φορτίο των στραγγισμάτων. Η μελέτη αποκατάστασης πρέπει να αποτελεί μέρος ενός ολοκληρωμένου σχεδιασμού της λειτουργίας του ΧΥΤΑ και να λαμβάνει υπόψη τα περιβαλλοντικά δεδομένα της περιοχής. Η εκπόνηση της μελέτης αποκατάστασης γίνεται με τη συνεργασία επιστημόνων πολλών ειδικοτήτων (αρχιτέκτονα τοπίου, δασολόγου, γεωπόνου, υδρογεωλόγου, πολιτικού μηχανικού) και αποβλέπει: - στην αισθητική αποκατάσταση του τοπίου σε συμφωνία με το περιβάλλον - στην ανάπτυξη πανίδας και χλωρίδας, και - στη δημιουργία ευελιξίας για μελλοντικές χρήσεις γης. 54

59 Εκτός της βλάστησης διαμορφώνονται δρόμοι προσπέλασης, χώροι στάθμευσης αυτοκινήτων και ελαφρές κατασκευές, ενώ αποφεύγονται κτίρια από σκυρόδεμα και πολυόροφα κτίρια Στεγανωτικά υλικά μπεντονιτικής βάσεως Οι μπεντονιτικές μεμβράνες (GCL) και η εκτεταμένη χρήση τους Εικ. 3.2 Διάφοροι τύποι μπεντονιτικών μεμβρανών του εμπορίου Οι μπεντονιτικές μεμβράνες είναι εγκιβωτισμένος μπεντονίτης σε ομοιογενή στρώση με τη μέθοδο sandwich, όπου η μια πλευρά είναι η πλευρά στήριξης και υφίσταται συνήθως από φύλλα πολυαιθυλενίου υψηλής πυκνότητας (HDPE) ή από συμπυκνωμένα φύλλα γεωϋφάσματος, και η άλλη πλευρά είναι η πλευρά συγκράτησης και υφίσταται συνήθως από πολυεστερικό πλέγμα ή από μη υφαντό γεωύφασμα. Ομοιάζουν με τάπητες διαδρόμων εκτός από την περίπτωση όπου ο μπεντονίτης στηρίζεται και συγκρατείται αμφίπλευρα με πεπιεσμένο χαρτόνι σε τετράγωνα φύλλα της τάξης του 1,5m 2. Το πάχος οποιουδήποτε από τους παραπάνω τύπους είναι της τάξης των 6mm. Ανάλογα με τις επικρατούσες υδρολογικές συνθήκες, τον επιθυμητό συντελεστή ασφάλειας στεγάνωσης και τις περιστασιακές τεχνικές ιδιοτροπίες της κάθε κατασκευής, επιλέγεται ο κατάλληλος τύπος μπεντονιτικής μεμβράνης. Ομοιάζουν με τάπητες διαδρόμων. Εκτός από την εφαρμογή τους στην περίπτωση των ΧΥΤΑ που αναφέρθηκε παραπάνω, βρίσκουν εφαρμογή και στην στεγανοποίηση υπογείων, σε υπόγεια parking αυτοκινήτων και σε δώματα κτιρίων με πρόβλεψη ανάπτυξης συστημάτων ταρατσόκηπων (roof-gardens), σε δεξαμενές, σε λιμνοδεξαμενές και κατασκευές διαμόρφωσης στεγανολεκάνης, σε κανάλια μεταφοράς ύδατος, σε σήραγγες, φράγματα, διαφραγματικούς τοίχους, και γενικά σε υπόγεια τεχνικά έργα από σκυρόδεμα όπου υπάρχει υδροφόρος ορίζοντας ή παρουσία υπόγειων υδάτων με κυμαινόμενη στάθμη. Το μεγάλο πλεονέκτημά τους βρίσκεται στη δυνατότητα 55

60 διόγκωσης του μπεντονίτη που μπορεί να αυτοσφραγίζεται σε περίπτωση τραυματισμού. Εφαρμόζεται κάτω από οποιαδήποτε θερμοκρασία περιβάλλοντος και στερεώνεται με ευκολία, στο σκυρόδεμα ή σε διαμορφωμένες επιφάνειες στη φάση πριν την σκυροδέτηση οριζόντιων επιφανειών, όπως εδαφόπλακες, αναπτύγματα radiez και πλάκες σκυροδέματος γενικότερα, αλλά και επί κάθετων επιφανειών όπως διαφράγματα, τοίχους αντιστήριξης, πασσαλοσανίδες, μικρο-πάσσαλους και λοιπά συστήματα γεωστήριξης. Όταν εγκιβωτίζονται ανάμεσα σε δύο σκληρές στρώσεις πχ ανάμεσα σε δύο στοιχεία σκυροδέματος ή ανάμεσα σε συμπυκνωμένο (δίχως μεγάλες κοιλότητες) έδαφος η μεμβράνη από μπεντονίτη έχει τη δυνατότητα να συγκρατεί τα εισρέοντα ύδατα και να σφραγίζει μικροκοιλότητες ή τραυματισμούς. Οι προδιαγραφές των μηχανικών ιδιοτήτων του υλικού των γεωμεμβρανών ορίζονται με τυπικές τιμές κατά DIN και αφορούν την εφελκυστική αντοχή του σε θραύση και σε διαρροή, την επιμήκυνσή του σε θραύση και σε διαρροή, την αντοχή σε σχίσιμο και σε διάτρηση, την αντοχή σε εφελκυσμό κατά θραύση, το όριο σχισίματος και την πολυαξονική επιμήκυνσή του σε θραύση. Τοποθέτηση μπεντονιτικών μεμβρανών Η τοποθέτηση των μεμβρανών γίνεται με αλληλοεπικάλυψη τουλάχιστον 10 εκατοστών μεταξύ των φύλλων τα οποία ράβονται μεταξύ τους με συρραπτικό καθώς το πλέον ευπαθές σημείο στις μπεντονιτικές μεμβράνες είναι να διεισδύσει σκυρόδεμα ή κάποιο ξένο σώμα ανάμεσα στις αλληλοεπικαλύψεις και από εκεί να Εικόνα 3.3 Οριζόντια στερέωση μπεντονιτικών μεμβρανών εισχωρούν τα ύδατα παρακάμπτοντας τη στεγανωτική στρώση. Τα συρραμμένα φύλλα πακτώνονται με ειδικές καρφίδες στις αλληλοεπικαλύψεις τους (ανά 3m περίπου για οριζόντιες επιφάνειες (εικ. 3.3) και ανά 0,5 0,7m για κάθετες επιφάνειες) καθώς και σε ενδιάμεσα σημεία αν κριθεί αναγκαίο για τη συγκράτησή τους. Πέρα από αυτήν την στερέωση, στην περίπτωση διαμόρφωσης στεγανολεκάνης γίνεται και γραμμική στερέωση στην στέψη με ήλωση σε οδηγό στήριξης, ενώ μπορεί να παραληφθεί 56

61 η στερέωση του πυθμένα (εικ. 3.4). Ομοίως στην περίπτωση κάλυψης κάθετων τοιχωμάτων (εικ. 3.5), τις περισσότερες φορές απαιτούνται αναπτύγματα οδηγών στήριξης (λάμες) ως σημεία ανάρτησης των συρραμμένων φύλλων. Εικόνα 3.4 Στερέωση των μεμβρανών σε οδηγούς στήριξης Εικόνα 3.5 Κάλυψη κάθετων τοιχωμάτων Μπεντονιτικές μεμβράνες Συμφέρουσα οικονομική λύση Σε γενικές γραμμές η στεγανοποίηση της λεκάνης ενός υπογείου με μπεντονιτικές μεμβράνες σε περιοχή με υψηλό υδροφόρο ορίζοντα κρίνεται -αν όχι η καλύτερη- ως μία από τις καλύτερες λύσεις. Το γεγονός ότι δεν απαιτούνται προστατευτικές στρώσεις όπως συμβαίνει με άλλες εφαρμογές, καθιστά το κόστος εφαρμογής του υλικού εξαιρετικά ανταγωνιστικό. Ακόμα και σε περίπτωση αστοχίας (συμβάν που οφείλεται σχεδόν πάντα σε πλημμελές υπόστρωμα), η εμφάνιση υγρασίας είναι τοπική και κατά συνέπεια, μία τοπική επέμβαση με διεισδυτικά στεγανωτικά υλικά δίνει άμεσα τη λύση στο πρόβλημα και με πολύ μικρό κόστος. Η μόνη περίπτωση όπου ένα πρόβλημα εισροής ύδατος να κάνει διαδρομές μεγαλύτερες ενώ έχουν εφαρμοσθεί μπεντονιτικές μεμβράνες, είναι όταν δεν έχει τοποθετηθεί ορθά το μπεντονιτικό κορδόνι (βλ ) στον αρμό διακοπής παλαιού με νέο σκυρόδεμα. Σ αυτή την περίπτωση το νερό μπορεί να κινηθεί κατά μήκος του αρμού διακοπής εργασιών και να εμφανίσει υγρασίες πολύ μακρύτερα από το σημείο εισροής του. Για αυτό θεωρείται υψίστης σημασίας η εξομάλυνση της στάθμης του σκυροδέματος στα τοιχία ώστε να διασφαλίζεται η επιτυχής σφράγιση του αρμού. 57

62 Άλλα μπεντονιτικά υλικά Για την ορθή τοποθέτηση των μπεντονιτικών μεμβρανών λαμβάνονται πρόσθετα μέτρα διασφάλισης της στεγανότητας και μέτρα εξομάλυνσης των προς κάλυψη επιφανειών. Κοιλότητες ή φωλεές μεγαλύτερες των 3 εκατοστών στο σκυρόδεμα είναι καλό να σφραγίζονται με επισκευαστικό μη συρρικνούμενο κονίαμα για την αποφυγή διάχυσης του μπεντονίτη μέσα σ αυτές. Η λύση εξασφαλίζεται και πάλι με μπεντονιτικής βάσεως υλικά, όπως το μπεντονιτικό κορδόνι, οι κόκκοι μπεντονίτη και ο στόκος μπεντονίτη. Μπεντονιτικό κορδόνι (εικ. 3.6): Διαστελλόμενο κορδόνι ορθογωνικής διατομής από Εικόνα 3.6 Μπεντονιτικό κορδόνι φυσικό, καθαρό, νατριούχο μπεντονίτη και ειδικά πρόσθετα, για την εξασφάλιση στεγάνωσης σε αρμούς διακοπής επαναληπτικών σκυροδετήσεων σε υπόγειες κατασκευές. Υψηλή ικανότητα διόγκωσης με παρουσία νερού πάνω από 600%. Δυνατότητα αντιμετώπισης υδροστατικής πίεσης με ύψος στήλης νερού μέχρι και 33 m. Φέρει αυτοκόλλητη αφαιρούμενη ταινία ασφαλείας και νήμα πλέγματος (για καλύτερη συγκράτηση του μπεντονίτη). Για έργα σε παραθαλάσσια ζώνη, με παρουσία υφάλμυρου ή αλμυρού νερού, συστήνεται η εφαρμογή ειδικού τύπου μπεντονιτικού κορδονιού ανθεκτικού στα άλατα (Salt Resistant). Το μπεντονιτικό κορδόνι τοποθετείται στο μέσον αρμών διακοπής εργασιών ανάμεσα σε παλαιό και νέο σκυρόδεμα με στόχο την αποφυγή εισροής υδάτων απ αυτό το ευπαθές σημείο. Με την προσθήκη βουτιλικού καουτσούκ στην ύλη του μπεντονιτικού κορδονιού προκύπτει ένα νέο προϊόν (εικ. 3.7) με μικρότερη ικανότητα διόγκωσης (400%), που όμως πέρα από την εξασφάλιση στεγάνωσης σε αρμούς διακοπής επαναληπτικών σκυροδετήσεων, μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για περιμετρική στεγάνωση Εικόνα 3.7 Κορδόνι μπεντονίτη και βουτιλικού καουτσούκ αγκυρίων σε τοίχους αντιστήριξης πρανών. Αυτός ο τύπος μπεντονιτικού κορδονιού έχει μεγαλύτερη ευχέρεια να αποδώσει τις επιθυμητές ιδιότητες με ανάλογη κατεργασία. Με ειδικά πρόσθετα σε αυτό το προϊόν μπορεί να προκύψει τύπος κατάλληλος για αλμυρό ή υφάλμυρο νερό ακόμη και με δυνατότητα αντιμετώπισης υδροστατικής πίεσης με ύψος στήλης νερού έως και 45m. Άλλη παραλλαγή του 58

63 προϊόντος προκύπτει με επικάλυψη της διατομής κατά μήκος με έναν υμένα ασφαλείας. Ο υμένας αυτός διασπάται όταν έρχεται σε επαφή με τους υψηλούς δείκτες αλκαλικότητας του νωπού σκυροδέματος (ph 11). Ο τύπος αυτός διογκώνεται με την παρουσία νερού πάνω από 400%, σε αλκαλικό περιβάλλον και είναι κατάλληλος για ύψος στήλης νερού μέχρι και 100 m. Πλεονεκτεί έναντι των υπολοίπων στο ότι μπορεί να εφαρμοστεί και να παραμείνει εντός του καλουπιού (ξυλότυπος) πριν τη σκυροδέτηση, εκτεθειμένο στη βροχή ή σε λιμνάζοντα νερά, για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Μια ακόμη παραλλαγή είναι με βιομηχανική ενσωμάτωση δύο κορδονιών. Έτσι προκύπτει ένα υψηλής πυκνότητας, διαστελλόμενο, διπλό κορδόνι για την εξασφάλιση ταχείας στεγάνωσης, σε εφαρμογές όπου απαιτείται γρήγορη σχετικά αποκαλούπωση. Διογκώνεται με υψηλή ταχύτητα με την παρουσία νερού μέχρι και 800%. Κόκκοι μπεντονίτη: Χρησιμοποιούνται για το γέμισμα κενών και για τη διαμόρφωση Εικόνα 3.8 Σάκος συσκευασίας κόκκων μπεντονίτη καμπύλων λουκιών περιμέτρου, σε σημεία συναρμογής επιπέδων, πριν την εφαρμογή και τοποθέτηση της μεμβράνης στεγάνωσης. Συσκευάζονται σε σάκους χωρητικότητας άνω των 20kg υλικού (εικ. 3.8). Στόκος μπεντονίτη: Είναι στόκος από μικρόκοκκους μπεντονίτη και χρησιμοποιείται Εικόνα 3.9 Πλαστικό δοχείο συσκευασίας στόκου μπεντονίτη για το στοκάρισμα και τη διευθέτηση εξάρσεων επιφανειών και για τη διαμόρφωση καμπύλων λουκιών περιμέτρου πριν την εφαρμογή και τοποθέτηση της μεμβράνης στεγάνωσης, και μεταγενέστερα, για εξασφάλιση στεγάνωσης των διατρημάτων στα σημεία στήριξης της μεμβράνης. Εφαρμόζεται επίσης ως σφραγιστικό υλικό που γεφυρώνει τη μπεντονιτική μεμβράνη με εξοχές που διακόπτουν τη συνέχεια της υγρομόνωσης (πχ σίδερα). Τέλος, όπου το μπεντονιτικό κορδόνι δεν μπορεί να τοποθετηθεί λόγω ανωμαλίας της στάθμης, πρέπει να γεφυρώνεται με στόκο μπεντονίτη. Συσκευάζεται σε πλαστικά δοχεία χωρητικότητας άνω των 20kg υλικού (εικ. 3.9). 59

64 3.2.3 Ταφή και δέσμευση ραδιενεργών αποβλήτων Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η χρήση του μπεντονίτη στην εξουδετέρωση των ραδιενεργών αποβλήτων. Η χρήση του μπεντονίτη για τη δέσμευση των ραδιενεργών αποβλήτων στηρίζεται στην ιδιότητα της πυροσυσσωμάτωσης που παρουσιάζει ο μοντμοριλλονίτης όπου κατά την πύρωση στους 900 C C, χάνει την ιοντοανταλλακτική του ικανότητα και έτσι συγκρατεί σταθερά τα ραδιενεργά κατιόντα, τα οποία έχει προσλάβει λόγω ιοντοανταλλαγής, σε χαμηλές θερμοκρασίες. Εικόνα 3.10 Χρήση μπεντονίτη στην ταφή ραδιενεργών αποβλήτων Τα ραδιενεργά απόβλητα αποθηκεύονται μέσα σε χαλύβδινα δοχεία και θάβονται στη γη. Ο μπεντονίτης χρησιμοποιείται στην ταφή των ραδιενεργών αποβλήτων (εικ. 3.10) για διάφορους λόγους. Καταρχάς, λόγω της πλαστικότητάς του, δημιουργεί ένα προστατευτικό περίβλημα γύρω από αυτά τα δοχεία εμποδίζοντας τη μετάδοση μεγάλων πιέσεων από τα περιβάλλοντα πετρώματα στα δοχεία με τα ραδιενεργά απόβλητα, ενώ ταυτόχρονα εξασφαλίζει ισχυρή πρόσφυση με το περιβάλλον πέτρωμα, με ικανότητα αυτοπροσαρμογής μετά από τεκτονικές διαταραχές. Κατά δεύτερον, απαιτείται η υψηλή υδατοστεγανότητα του μπεντονίτη ώστε να περιορίζεται όσο το δυνατόν περισσότερο η πρόσβαση του νερού στα δοχεία ώστε να επιβραδύνεται η διάβρωσή τους. Έτσι τα δοχεία διαβρώνονται πολύ αργά και διατηρούνται ως έχουν, τουλάχιστον για χίλια χρόνια. Κατά τη διάρκεια αυτού του χρονικού διαστήματος, η τοξικότητα των υψηλά ραδιενεργών αποβλήτων ελαττώνεται στο 1% της αρχικής τους τιμής. Τέλος, η πολύ χαμηλή υδραυλική αγωγιμότητα του συμπαγούς μπεντονίτη, εξασφαλίζει ότι τα ραδιενεργά ακτίνια μπορούν να φτάσουν το περιβάλλον πέτρωμα μόνο μέσω διάχυσης από το στρώμα του μπεντονίτη. Αυτή η διάχυση γίνεται με ανταλλαγή κατιόντων εντός του μοντμοριλλονίτη, μια διαδικασία που υπολογίστηκε ότι ανεβάζει το χρόνο που χρειάζονται τα ακτίνια να διαπεράσουν το στρώμα του μπεντονίτη σε χρόνια. Η τοξικότητα των περιεχομένων αποβλήτων μετά από αυτό το χρονικό διάστημα αντιστοιχεί σε αυτή των φυσικών κοιτασμάτων ουρανίου. 60

65 3.3 Διατρήσεις Τεχνολογίας Trenchless Εισαγωγή Ο όρος "Trenchless Technology", μπορεί να αποδοθεί ως η "Τεχνολογία χωρίς τάφρους στην επιφάνεια του εδάφους" δηλαδή υπόγεια εκσκαφή, ή αλλιώς, υπόγεια διάνοιξη για την εγκατάσταση αγωγών. Η τεχνολογία της υπόγειας διάνοιξης περιλαμβάνει μια σειρά από σύγχρονες μεθόδους εργασίας για την επισκευή ή ανανέωση ή -τις περισσότερες φορές- την εγκατάσταση νέων υπόγειων δικτύων (αγωγών ακαθάρτων, αγωγών αποστράγγισης όμβριων υδάτων, κεντρικών αγωγών νερού και αερίου, αγωγών πετρελαίου, αγωγών για εγκατάσταση καλωδίων ηλεκτρισμού ή τηλεπικοινωνιών), χρησιμοποιώντας τεχνικές που ελαχιστοποιούν ή εξαλείφουν την ανάγκη για εκσκαφή τάφρου στην επιφάνεια του εδάφους. Επέκταση εφαρμογής των μεθόδων υπόγειας διάνοιξης αποτελούν τεχνικές κατασκευής μεγαλύτερων διατομών, τετραγωνικών ή κυκλικών, για εγκατάσταση υπόγειων διαβάσεων πεζών, υπόγειων διαβάσεων οδών, κατασκευή ακροβάθρων υπόγειων γεφυρών και του καταστρώματος αυτών, υπόγειων σταθμών μετρό, χώρων στάθμευσης, χώρων αποθήκευσης κτλ. Η τεχνική αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ξεπερασθούν τα εμπόδια που υπάρχουν στην επιφάνεια και σχετίζονται με την πορεία κατασκευής ενός έργου, αλλά και για να ελαχιστοποιηθεί η διατάραξη των δραστηριοτήτων στην επιφάνεια του δρόμου που συχνά συνδέεται με τις μεθόδους ανοικτού ορύγματος για την κατασκευή αγωγών σε αστικές περιοχές. Αυτές οι κατασκευαστικές μέθοδοι είναι ικανές να αντιμετωπίσουν και τα δύο είδη εδαφών: συνεκτικά εδάφη και μη συνεκτικά εδάφη σε ξηρές ή υγρές συνθήκες. Επίσης υπάρχουν διαθέσιμες τεχνικές και μηχανήματα για εκσκαφή σε βράχους ή σε μικτές εδαφικές συνθήκες με κροκάλες και ογκόλιθους. Επομένως οι παραπάνω μέθοδοι μπορούν να εφαρμοσθούν σε κάθε τύπο εδάφους. Τεχνικά Πλεονεκτήματα Τα τεχνικά πλεονεκτήματα που συνδέονται με τις μεθόδους υπόγειας διάνοιξης είναι: - Άμεση συνήθως, και ισχυρή υποστήριξη της σήραγγας που διανοίχθηκε. - Μικρός κίνδυνος μετακινήσεων στην επιφάνεια. - Ελάχιστη επιφανειακή ενόχληση. - Μειωμένες απαιτήσεις για εκτροπές δικτύων κοινής ωφέλειας σε αστικές περιοχές. 61

66 - Δεν υπάρχουν απαιτήσεις για δευτερεύουσα επένδυση. - Σημαντικά λιγότερες συνδέσεις από ότι μια σήραγγα με προκατασκευασμένα στοιχεία. - Πρόληψη εισροών υπόγειου νερού με την χρήση σωλήνων με στεγανές και εύκαμπτες συνδέσεις. - Αποτροπή της καταστροφής του οδοστρώματος και μείωσης της ζωής αυτού. Πλεονεκτήματα στην Ασφάλεια Η τεχνική Trenchless είναι εκ φύσεως μια ασφαλής μέθοδος εργασίας από ότι η κατασκευή με ανοικτή εκσκαφή ή η παραδοσιακή κατασκευή με προκατασκευασμένα στοιχεία. Κατά την εξέταση των κινδύνων που συνδέονται με το βάθος, με τη μεγάλη διατομή ή με τις ανοικτές εκσκαφές, υπάρχει ο γενικός κανόνας για την Ασφάλεια και Υγεία για τη μείωση του κινδύνου: «Αν είναι δυνατή η χρήση τεχνολογίας υπόγειας διάνοιξης "trenchless" να αποφεύγεται η χρήση μεθόδων εκσκαφή ορύγματος σε πρώτη φάση». Με δεδομένο το διαφορετικό μέγεθος της ομάδας εργασίας μεταξύ των δύο τεχνικών και της αποτελεσματικής μείωσης των εργατοωρών, οι πιθανότητες για να γίνει ατύχημα με τις τεχνικές υπόγεια διάνοιξης είναι σημαντικά λιγότερες. Πλεονεκτήματα για το περιβάλλον Υπάρχουν ουσιαστικά περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα που προκύπτουν από τη χρήση των μεθόδων υπόγειας διάνοιξης όταν συγκρίνονται με την παραδοσιακή προσέγγιση των ανοικτών ορυγμάτων. Τυπικά, οι μέθοδοι υπόγειας διάνοιξης θα μειώσουν τις ποσότητες των μπαζών που εξέρχονται προς απόθεση, με συνακόλουθο και τη μείωση των υλικών λατομείου που απαιτούνται για την πλήρωση των ορυγμάτων. Αυτό με την σειρά του οδηγεί στην μείωση της κίνησης των οχημάτων και ακολούθως στην σχετιζόμενη παρενόχληση στην επιφάνεια. Οι μέθοδοι για την εγκατάσταση νέων αγωγών χωρίζονται σε δύο κατηγορίες ανάλογα με τις δυνατότητες κατεύθυνσης της χρησιμοποιούμενης μεθόδου εκσκαφής: Μέθοδοι Κατευθυνόμενης Διάτρησης ( 3.3.2) 1. Οριζόντια κατευθυνόμενη διάτρηση [Horizontal Directional Drilling (HDD)] Μέθοδοι Μη Κατευθυνόμενης Διάτρησης ( 3.3.3) 2. Τεχνικές μικροσηράγγων [Microtunneling (MT)] 3. Τεχνικές ώθησης σωλήνα [Pipejacking (PJ)] 62

67 Βέβαια, με την πρόοδο της τεχνολογίας και την συσσώρευση εμπειρίας, ορισμένοι κατασκευαστές έχουν αναπτύξει συστήματα Pipejacking και Microtunneling με δυνατότητα να αλλάζουν την κατεύθυνση ακολουθώντας καμπύλες πορείες με μεγάλη ακτίνα, διαγράφοντας δηλαδή μεγάλα ανοικτά τόξα. Η HDD όμως είναι η μόνη μέθοδος κατευθυνόμενης διάτρησης που έχει δυνατότητες μεγάλων αλλαγών της κατεύθυνσης, ακόμη και επανακαθορισμού μιας νέας διαδρομής, αν εμφανιστούν αξεπέραστα εμπόδια στην πορεία της πρώτης, διαγράφοντας μια νέα - πιο βαθιά πορεία και χωρίς καμιά επίπτωση από την πρώτη διάτρηση Μέθοδοι Κατευθυνόμενης διάτρησης Οριζόντια κατευθυνόμενη διάτρηση [Horizontal Directional Drilling (HDD)] Είναι μια μέθοδος διάτρησης που περιλαμβάνεται στην κατηγορία μεθόδων υπόγειας διάνοιξης χωρίς τομές στην επιφάνεια (Trenchless) και ξεκίνησε να εφαρμόζεται στα τέλη της δεκαετίας του 1960 με την υιοθέτηση τεχνολογιών προερχόμενων από τις τεχνικές των υδρογεωτρήσεων και την ενσωμάτωση αυτών των τεχνικών στην βιομηχανία κατασκευής δικτύων κοινής ωφέλειας. Η τεχνική HDD περιλαμβάνει την διάτρηση μιας πιλοτικής γεώτρησης κατά μήκος μιας προτεινόμενης διαδρομής με την χρήση μιας διατρητικής στήλης με κατάλληλα στελέχη διάτρησης. Η πιλοτική οπή έχει διάμετρο που συνήθως κυμαίνεται από 75 mm έως 150 mm. Η διαδικασία ολοκληρώνεται σε τρία βήματα. Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την διάτρηση της πιλοτικής οπής στην κεντρική γραμμή (center line) της προτεινόμενης διαδρομής. Για την εργασία αυτής της διάτρησης χρειάζεται ο ακόλουθος εξοπλισμός (εικ. 3.11) : Καταρχάς το μηχάνημα διάτρησης που είναι εγκατεστημένο στην επιφάνεια του εδάφους, δεύτερον μια ειδική Εικόνα 3.11 Μηχάνημα ΗDD διατρητική κεφαλή εγκατεστημένη στην κορυφή της διατρητικής 63

68 στήλης, τρίτον τα στελέχη διάτρησης τα οποία θα αποτελέσουν τη διατρητική στήλη και τέταρτον το κατάλληλο διατρητικό υγρό. Η διάτρηση ξεκινά κατευθείαν σε μια τομή του εδάφους όπως φαίνεται στην εικόνα Στην κορυφή της διατρητικής στήλης τοποθετείται ειδική διατρητική κεφαλή με ενσωματωμένο μηχανισμό αλλαγής κατεύθυνσης. Ανάλογα της περιστροφής της διατρητικής στήλης και της ώθησης που δέχεται η στήλη επιτυγχάνεται ο έλεγχος της πορείας ή η αλλαγή της πορείας της προς ορισμένη κατεύθυνση. Για την παρακολούθηση της θέσης της κεφαλής ως προς το βάθος ή την ευθυγραμμία της διάτρησης τοποθετείται πίσω από την κεφαλή ένας πομπός ραδιοκυμάτων (εικ. 3.14) που μεταδίδει συνεχώς σήματα, και σε όλη την διάρκεια της διάτρησης. Στην εικόνα 3.12 δίνεται μια σχηματική αναπαράσταση της διαδικασίας διάτρησης κάτω από ένα δίαυλο ναυσιπλοΐας και την καθοδήγηση αυτής προς την απέναντι πλευρά. Εικόνα 3.12 Σχηματική αναπαράσταση διάτρησης με τη μέθοδο HDD και η καθοδήγησή της Τα προϊόντα της εκσκαφής από την διαδικασία διάτρησης απομακρύνονται από την γεώτρηση μέσω ενός πολφού, που ονομάζεται και διατρητικό υγρό, και αποτελείται από μπεντονίτη και νερό, μερικές φορές όμως στο υδαρές αυτό διάλυμα προστίθεται και πολυμερές για να βελτιωθεί η ικανότητα του πολφού να κρατά ανοικτή την οπή της διάτρησης. Ο πολφός, σε αυτήν αλλά και στις επόμενες μεθόδους διάτρησης που θα αναλυθούν παρακάτω, χρησιμοποιείται για τους ακόλουθους ουσιαστικούς λόγους: - μεταφέρει τα προϊόντα εκσκαφής έξω από την γεώτρηση - λειτουργεί ως λιπαντικό για τη διατρητική στήλη μειώνοντας τις τριβές αυτής με τα τοιχώματα της γεώτρησης - ενεργεί ως μέσο ψύξης της κοπτικής κεφαλής - αποτελεί τον παράγοντα σταθεροποίησης των τοιχωμάτων της διάτρησης. 64

69 Γύρω από την θέση έναρξης της διάτρησης εκσκάπτεται μια τάφρος για να συγκεντρώσει το υγρό της διάτρησης που εξέρχεται από την οπή, είτε για να καθαρισθεί αυτό από τα τεμάχια του εδάφους που μεταφέρει για να χρησιμοποιηθεί και πάλι στη συνέχεια είτε για να συγκεντρωθεί και να απορριφθεί με κατάλληλη διαδικασία. Τα πιο κοινά συστήματα καθοδήγησης είναι τα λεγόμενα "Walkover", στα οποία ένας δέκτης ραδιοκυμάτων κινείται στην επιφάνεια του εδάφους κατά μήκος της προδιαγεγραμμένης διαδρομής και λαμβάνει τα ραδιοσήματα που εκπέμπει ο πομπός της κεφαλής της διατρητικής στήλης όπως φαίνεται στην εικόνα Μέσω της επεξεργασίας αυτών των σημάτων αποτυπώνεται η θέση, ο προσανατολισμός, η θερμοκρασία και η κατάσταση της μπαταρίας του πομπού τη δεδομένη στιγμή. Ο δέκτης μπορεί να λαμβάνει το σήμα από την διατρητική κεφαλή από βάθος έως και 40m με την προϋπόθεση αυτός να βρίσκεται ακριβώς επάνω από την διάτρηση. Εικόνα 3.13 Σχηματική παράσταση συστήματος καθοδήγησης τύπου Walkover Εικόνα 3.14 Εγκατάσταση πομπού ραδιοκυμάτων στην κεφαλή της διατρητικής στήλης Για να ξεπερασθούν οι δυσκολίες που αφορούν την ακριβή παρακολούθηση της διαδρομής αλλά και για να ξεπερασθεί το πρόβλημα του βάθους έχουν αναπτυχθεί τα λεγόμενα "Hard Wire" ή "Wire Line" συστήματα καθοδήγησης. Σε αυτά ένα καλώδιο διατρέχει κάθε στέλεχος της στήλης και μεταδίδει τα δεδομένα από τον καταγραφέα που υπάρχει στην κοπτική κεφαλή προς την κονσόλα ελέγχου. Αυτό το σύστημα ξεπερνά τον περιορισμό του βάθους και παρέχει υψηλότερο βαθμό αξιοπιστίας καθώς μπορεί να λειτουργεί σε κάθε περιβάλλον καθώς παρουσιάζει μεγάλη ανθεκτικότητα στα χτυπήματα και τους κραδασμούς. Μειονέκτημα του συστήματος αποτελεί το υψηλό αρχικό κόστος κεφαλαίου και η μειωμένη παραγωγικότητα λόγο χρονοβόρας διαδικασίας αλλαγής στελέχους και της εμπλοκής του σύρματος στα σπειρώματα των στελεχών διάτρησης. Το δεύτερο βήμα ξεκινά μετά την ολοκλήρωση της πιλοτικής διάτρησης. Περιλαμβάνει την διεύρυνσή της οπής με κατάλληλο διευρυντήρα που τοποθετείται στο άκρο της διατρητικής στήλης όπου είναι τοποθετημένη η κοπτική κεφαλή, όταν 65

70 αυτή εξέλθει στη επιφάνεια του εδάφους ή μέσα στη τάφρο εξόδου. Ο διευρυντήρας έλκεται πίσω μαζί με τη διατρητική στήλη στο σημείο έναρξης της διάτρησης από το γεωτρύπανο, ενώ ταυτόχρονα περιστρέφεται και διευρύνει την πιλοτική οπή που υπάρχει ήδη. Πίσω από τον διευρυντήρα είτε ακολουθούν και πάλι στελέχη διάτρησης μεγαλύτερης διαμέτρου είτε ο τελικός σωλήνας που θα αποτελέσει και των αγωγό λειτουργίας. Γενικά ένας κανόνας που εφαρμόζεται κατά τη διεύρυνση της οπής είναι: η διάμετρος της διευρυμένης διάτρησης να είναι 1,5 φορά μεγαλύτερη από την εξωτερική διάμετρο των στελεχών της διατρητικής στήλης. Αυτό επιτρέπει την ομαλή παράσυρση των προϊόντων εκσκαφής στο εξωτερικό. Επίσης αυτό το κενό παρέχει στα στελέχη διάτρησης επαρκή χώρο για να καμφθούν με ασφάλεια ακολουθώντας την καμπύλη τροχιά της διάτρησης χωρίς να υπάρχει μεγάλος κίνδυνος να σπάσουν στις ενώσεις τους. Η διεύρυνση της οπής μπορεί να γίνει σε περισσότερα από ένα περάσματα. Αν η διεύρυνση γίνει σε ένα πέρασμα, τότε πίσω από τον διευρυντήρα προσαρμόζεται και ακολουθεί ο τελικός σωλήνας (-βήμα 3). Το τρίτο βήμα περιλαμβάνει την εγκατάσταση του νέου σωλήνα και ονομάζεται έλκυση "Pullback". Ο σωλήνας προσαρμόζεται στο τέλος της διατρητικής στήλης ακριβώς πίσω από το διευρυντήρα, με ειδικό εξάρτημα ελεύθερου στροφέα (swivel), για να αποτρέψει την περιστροφή του σωλήνα λόγο της περιστροφής του διευρυντήρα, κατά τη έλκυση της διατρητικής στήλης. Ο διευρυντήρας εξασφαλίζει ότι η οπή θα παραμείνει ανοικτή κατά την έλκυση καθώς επίσης επιτρέπει και την άντληση του λιπαντικού από την οπή. Η διαδικασία ολοκληρώνεται όταν ο νέος σωλήνας φθάσει στο γεωτρύπανο, στην αρχή της διάτρησης όπου και αποσυνδέονται όλα τα εξαρτήματα και τα στελέχη που χρησιμοποιήθηκαν για την εργασία της διάτρησης. Ο κύριος παράγοντας μελέτης στα έργα HDD είναι ο υπολογισμός της σωστής πίεσης, της σωστής ποιότητας και της σωστής ποσότητας του πολφού που θα χρησιμοποιηθεί στη διάτρηση. Υπάρχει ένα πλήθος από ενδεχόμενους κινδύνους που μπορούν να προκαλέσουν δυσκολίες στην ολοκλήρωση ενός έργου. Τέτοιοι κίνδυνοι είναι η κατάρρευση της διάτρησης λόγω απώλειας του πολφού, ο ακατάλληλος πολφός, η εισροή νερού στην διάτρηση, η διόγκωση του εδάφους λόγω υψηλής πίεσης πολφού, το μικρό βάθος από την επιφάνεια ή η γρήγορη έλκυση του διευρυντήρα. Η ελαχιστοποίηση αυτών των κινδύνων μπορεί να γίνει με τη χρήση 66

71 ενός αποτελεσματικού σχεδίου διάτρησης και ενός πλάνου χρήσης των υγρών της διάτρησης. Τα εδάφη στα οποία εφαρμόζεται με επιτυχία η μέθοδος είναι κυρίως ομοιογενή μαλακά εδάφη όπως ιλύς, άμμοι, οι ομοιογενείς άργιλοι αλλά και συμπαγείς σχηματισμοί βράχων. Η μέθοδος δεν αποδίδει καλά σε περιοχές με εδάφη χαλικώδη με εναλλαγές, ή σε εδάφη με ογκόλιθους ή κροκάλες και σε μη συνεχή στρώματα βράχου. Οι εναλλασσόμενοι εδαφικοί σχηματισμοί στα μικτά εδάφη προκαλούν δυσκολίες στον έλεγχο της κατεύθυνσης (πχ. αμμώδη εδάφη ή τα στρώματα ασβεστόλιθου). Σ αυτές τις περιπτώσεις η πιθανότητα της απώλειας των υγρών της διάτρησης στα κενά ή στις εναλλαγές των στρωμάτων σε μικτά εδάφη είναι πολύ υψηλή με συνέπεια την αύξηση της διάρκειας της διάτρησης για λόγους ασφαλείας και κατ επέκταση την αύξηση του κόστος των εργασιών. Εικόνα 3.15 Διάτρηση HDD κάτω από δίαυλο ναυσιπλοΐας Το πεδίο εφαρμογής της μεθόδου HDD είναι κυρίως η εγκατάσταση συνεχόμενων γραμμών σωλήνων υπό πίεση και σωληνώσεων προστασίας αγωγών με μέγιστη διάμετρο σωλήνα τα 1,2m. Το μήκος που μπορεί να επιτύχει αυτή μέθοδος είναι αρκετά μεγάλο. Στην εικόνα 3.15 φαίνεται ένα πέρασμα με τη μέθοδο HDD κάτω από έναν δίαυλο ναυσιπλοΐας μήκους διάτρησης 477m που έγινε στην Γερμανία Μέθοδοι Μη Κατευθυνόμενης Διάτρησης Οι μέθοδοι που παρουσιάζονται πιο κάτω ονομάζονται μη κατευθυνόμενες γιατί η πορεία της διάνοιξης που ακολουθούν είναι σχεδόν σε ευθεία γραμμή. Στο κατακόρυφο επίπεδο ο πυθμένας του αγωγού πρέπει να είναι σε ευθεία με συγκεκριμένη κλίση που ενώνει τα δύο σημεία αρχής και τέλους της σήραγγας. Στο οριζόντιο επίπεδο συνήθως είναι και πάλι σε ευθεία γραμμή αλλά υπάρχει η 67

72 δυνατότητα να διαγράψει και κάποια καμπύλη τροχιά με χρήση ειδικών μεθόδων οδήγησης. Ο όρος Microtunneling, διάνοιξη μικρο-σήραγγας, αφορά σήραγγες μικρής διαμέτρου, από 150mm έως 1000mm, πράγμα που σημαίνει ότι όλες οι εργασίες γίνονται με τηλεκατευθυνόμενα μηχανήματα χωρίς την ανάγκη ύπαρξης προσωπικού μέσα στην σήραγγα. Ο όρος Pipejacking, ώθηση σωλήνα, προέρχεται από την τεχνική που χρησιμοποιείται για την κατασκευή της επένδυσης της σήραγγας με την ώθηση των σωλήνων που την αποτελούν. Η τεχνική αυτή εφαρμόζεται κυρίως σε μεγάλες διαμέτρους, που μπορεί να φτάσουν τα 20m, χωρίς να αποκλείει την εφαρμογή της και σε μικρές. Σύμφωνα με τους ελληνικούς κανονισμούς, η μικρότερη εσωτερική διάμετρος αγωγού που επιτρέπεται να εργάζονται άνθρωποι εντός αυτού είναι, τα 1200mm. Οι διατρήσεις με εσωτερική διάμετρο πάνω από 1000mm, ανεξάρτητα αν υπάρχει προσωπικό εντός της σήραγγας ή όχι, κατασκευάζονται μόνο με αυτήν την τεχνική Τεχνικές Microtunneling (MT) Η διάνοιξη σηράγγων με τις τεχνικές Microtunneling είναι ένα υποσύνολο των τεχνικών που περιγράφονται από τον όρο Pipejacking και θα αναλυθούν πιο κάτω. Τα κύρια χαρακτηριστικά που συνθέτουν την τεχνική Microtunneling (MT) είναι τα ακόλουθα: 1. Η εκσκαφή είναι πλήρως μηχανοποιημένη και γίνεται με μηχάνημα miniτbm (mini Tunnel Boring Machine μικρά μηχανήματα διάνοιξης σηράγγων) 2. Παρέχεται άμεση και ισχυρή υποστήριξη της εκσκαφής. 3. Η υποστήριξη της εκσκαφής είναι οι ωθούμενοι σωλήνες (Pipejacking) από το φρεάτιο εισόδου που ακολουθούν το μηχάνημα εκσκαφής. 4. Το μηχάνημα είναι τηλεχειριζόμενο και καθοδηγούμενο από την επιφάνεια. 5. Δεν υπάρχουν εργαζόμενοι στο υπόγειο τμήμα του έργου. 6. Η διάνοιξη γίνεται μεταξύ δύο φρεατίων. 7. Η εσωτερική διάμετρος του αγωγού είναι μικρότερη από 1,0 m. Δύο είναι τα κυρίαρχα συστήματα απομάκρυνσης των προϊόντων εκσκαφής για τη μέθοδο Microtunneling, 1) με σύστημα ατέρμονα κοχλία (Auger) για περιορισμένες εύκολες εδαφικές συνθήκες. Για πιο δύσκολες εδαφικές συνθήκες και σε εδάφη με υψηλά φορτία νερού, χρησιμοποιείται η μέθοδος 2) με υδραυλική μεταφορά με 68

73 σύστημα ανακυκλώσιμου πολφού (Slurry). Υπάρχουν αναφορές για ανάπτυξη και ενός τρίτου συστήματος μεταφοράς των προϊόντων εκσκαφής από το μέτωπο 3) με την μεταφορά με υποπίεση (vacuum extraction) για συγκεκριμένα εδάφη και όχι για μαλακά εδάφη κάτω από τον υδροφόρο ορίζοντα. Στην ενότητα , περιγράφεται αναλυτικά η λειτουργία της δεύτερης κατηγορίας. Η διαδικασία εγκατάστασης της τελικής επένδυσης των μικροσηράγγων είναι η ίδια με εκείνη που ακολουθείται στις τεχνικές ωθούμενου σωλήνα Τεχνικές PipeJacking (PJ) Η τεχνική του ωθούμενου σωλήνα (Pipejacking), είναι εκείνη που η εγκατάσταση της τελικής επένδυσης της σήραγγας που διανοίγεται, γίνεται με σταδιακή ώθηση προκατασκευασμένων σωλήνων μέσα στο έδαφος οι οποίοι χρησιμεύουν ως άμεση υποστήριξη όλων των προηγούμενων τμημάτων και, με την ώθηση, του τμήματος που μόλις έχει εκσκαφθεί. Οι σωλήνες είναι ειδικά σχεδιασμένοι ώστε να μπορούν να εξασφαλίσουν την σταθερότητα της οροφής και την ασφάλεια των εργασιών κατά την διαδικασία της κατασκευής της σήραγγας, αλλά και να δεχθούν μεγάλα αξονικά φορτία καθώς ωθούνται προς τα εμπρός, από ισχυρά υδραυλικά έμβολα. Η μέθοδος παρέχει μια ευέλικτη, αρθρωτή, στεγανή και τελειωμένη γραμμή σωλήνων καθώς προχωρά η εκσκαφή της σήραγγας. Δεν υπάρχει θεωρητικό όριο για τον μέγιστο αριθμό, ανεξάρτητων σωλήνων που μπορούν να ωθηθούν, όμως παρ' όλα αυτά, πρακτικά θέματα μηχανικής και οικονομικής φύσης μπορούν να θέσουν περιορισμούς. Περάσματα εκατοντάδων μέτρων είτε σε ευθεία γραμμή είτε σε καμπύλη είτε σε μια σειρά από καμπύλες και ευθείες έχουν ήδη κατασκευαστεί και στην Ελλάδα. Για την εφαρμογή της μεθόδου και την εγκατάσταση δικτύου σωλήνων χρησιμοποιώντας την τεχνική ωθούμενου σωλήνα, απαιτείται η κατασκευή δύο φρεατίων. Το ένα φρεάτιο, στην αρχή της διαδρομής, ονομάζεται φρεάτιο έναρξης ή φρεάτιο εργασίας, ενώ το άλλο φρεάτιο, στο τέλος της διαδρομής, ονομάζεται φρεάτιο άφιξης. Τα φρεάτια αυτά βρίσκονται συνήθως στις θέσεις των ανθρωποθυρίδων επίσκεψης του τελικού και ολοκληρωμένου αγωγού. Οι διαστάσεις και η μέθοδος κατασκευής του φρεατίου έναρξης διαφέρει ανάλογα με τις ειδικές απαιτήσεις για κάθε πέρασμα, με τα οικονομικά δεδομένα να είναι ο παράγοντας 69

74 κλειδί. Η διάμετρος του φρεατίου διαφέρει ανάλογα με την χρησιμοποιούμενη μέθοδο ώθησης, όμως μπορεί να μειωθεί αν απαιτείται από ειδικές περιστάσεις. Η ανάπτυξη του εργοταξίου γίνεται στην περιοχή του φρεατίου εργασίας. Το εργοτάξιο οργανώνεται στην επιφάνεια του εδάφους και αποτελείται από τις Εικόνα 3.16 Γενική διάταξη εργοταξίου κατασκευής Pipejacking με μηχάνημα slurry υποστηρικτικές εγκαταστάσεις για το μηχάνημα εκσκαφής της σήραγγας, την αποθήκη των προϊόντων εκσκαφής και την αποθήκη των τσιμεντοσωλήνων. Στην εικόνα 3.16 παρουσιάζεται η γενική διάταξη ενός εργοταξίου διάνοιξης μικροσήραγγας με την μέθοδο ωθούμενου σωλήνα με χρήση τηλεκατευθυνόμενου μηχανήματος τεχνολογίας slurry Οργάνωση Εργοταξίου Η οργάνωση του εργοταξίου (για εργασίες με τις μεθόδους μη κατευθυνόμενης διάτρησης) εξαρτάται από τις ακόλουθες ανεξάρτητες λειτουργικές μονάδες που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή της σήραγγας. Μηχάνημα εκσκαφής της σήραγγας. ( ) Αίθουσα ελέγχου. ( ) Σύστημα καθοδήγησης. ( ) Σύστημα απομάκρυνσης των προϊόντων εκσκαφής. ( ) Μονάδα ώθησης και τροφοδοσίας των προκατασκευασμένων σωλήνων επένδυσης της σήραγγας. ( ) Σύστημα λίπανσης. ( ) Ενδιάμεσοι σταθμοί ώθησης (αν χρειαστούν). ( ) Στη συνέχεια γίνεται μια σύντομη περιγραφή αυτών των λειτουργικών μονάδων με μια εκτεταμένη ανάλυση του μηχανήματος πίεσης πολφού, του συστήματος απομάκρυνσης των προϊόντων εκσκαφής του, και του συστήματος λίπανσης. 70

75 Μηχανήματα Εκσκαφής Tunnel Boring Machine (TBM), [Μηχανήματα Διάνοιξης Σηράγγων] Εικόνα 3.17 Υπάρχουν διάφοροι τύποι μηχανημάτων διάνοιξης σηράγγων με διαφορετικές μεθόδους εκσκαφής με σκοπό να καλύψουν τις ιδιαιτερότητες των εκάστοτε συνθηκών και απαιτήσεων. Στις περισσότερες περιπτώσεις η επιλογή της μεθόδου και κατ επέκταση του μηχανήματος εκσκαφής βασίζεται στις απαιτήσεις για υποστήριξη του μετώπου της σήραγγας. Αποτελούνται από μια κυλινδρική ασπίδα (Shield) που μπορεί να είναι είτε ανοικτού μετώπου είτε κλειστού μετώπου και περιλαμβάνει άλλες φορές μια περιστρεφόμενη κοπτική κεφαλή για σκληρά εδάφη, και άλλες φορές περιστρεφόμενες κοπτικές λεπίδες για μαλακά εδάφη. Υπάρχουν διαθέσιμοι διαφορετικοί σχεδιασμοί σε κεφαλές για να ταιριάζουν σε ευρύ φάσμα εδαφικών συνθηκών. Α) Μηχανήματα ανοικτού μετώπου (ή σημειακής εκσκαφής μετώπου) Το μειονέκτημα των μηχανημάτων σημειακής εκσκαφής του μετώπου έγκειται στον κίνδυνο μεγάλων καθιζήσεων σε χαλαρά εδάφη με μικρό χρόνο αυτοϋποστήριξης, λόγω μη ελεγχόμενης στήριξης του μετώπου. - Ανοικτή Ασπίδα Χειρωνακτικής εκσκαφής [Open Hand Shield (OHS)] Εικόνα 3.18 Πρόκειται για μια ανοικτή ασπίδα μέσα στην οποία λαμβάνει χώρα χειρωνακτική εκσκαφή του μετώπου μικρής διαμέτρου. Η είσοδος και εργασία προσωπικού 71

76 επιτρέπεται μόνο για εσωτερική διάμετρο μεγαλύτερη από 1200mm και για πολύ περιορισμένο μήκος για λόγους ασφάλειας και υγείας των εργαζομένων. - Ανοικτή Ασπίδα με Μηχανικό Εκσκαφέα, [Buckhoe Shield (BS)] Εικόνα 3.19 Αυτή είναι μια ανοικτή ασπίδα στην οποία έχει προσαρμοσθεί μια μπούμα μηχανικού εκσκαφέα με οπίσθιο κάδο με σκοπό την εκσκαφή από το εσωτερικό της ασπίδας. Στην βάση της ασπίδας υπάρχει μεταφορική ταινία για την αποκομιδή των προϊόντων εκσκαφής από το μέτωπο. - Ανοικτή Ασπίδα με μπούμα Σημειακής Κοπής, [Cutter Boom Shield (CBS), Road header] Εικόνα 3.20 Είναι μια ανοικτή ασπίδα παρόμοια με την προηγούμενη αλλά σ αυτήν έχει προσαρμοσθεί μια μπούμα με κοπτική κεφαλή σημειακής κοπής για την εκσκαφή. Η μεταφορά των προϊόντων εκσκαφής στον κάδο μεταφοράς γίνεται και εδώ με μεταφορική ταινία που είναι τοποθετημένη στο κάτω σημείο της ασπίδας. Στην εικόνα 3.21 φαίνεται το CBS που χρησιμοποίησε η ΑΤΤΙΚΟ ΜΕΤΡΟ για την κατασκευή της σήραγγας Στ. Δάφνη Στ. Αγ. Ιωάννης του βασικoύ έργου, μήκους 765m και για το τμήμα Στ. Ανθούπολη Στ. Περιστέρι της επέκτασης της Γραμμής 2, μήκους 910m. Εικόνα 3.21 Μηχάνημα CBS 72

77 Β) Μηχανήματα κλειστού μετώπου (ή ολομέτωπης κοπής μετώπου) - Μηχάνημα σκληρού βράχου με πέδιλα ώθησης (ΤΒΜ-Granite) Εικόνα 3.22 Οι μηχανές ολομέτωπης κοπής με πέδιλα είναι κατάλληλες για εφαρμογή σε σκληρό βράχο με μέση έως υψηλή ευστάθεια μετώπου εκσκαφής διαμέτρου κυμαινόμενης από 2 μέχρι περισσότερο από 14μ. Κατά τη διάρκεια εκσκαφής/προχώρησης οι μηχανές στηρίζονται σε πέδιλα τα οποία ασκούν δύναμη επί των τοιχωμάτων της σήραγγας. Η κεφαλή κοπής αποτελείται από περιστρεφόμενους κοπτικούς δίσκους και κινείται από υδραυλικούς ή ηλεκτρικούς κινητήρες. Ενδέχεται να απαιτείται υποστήριξη της οροφής με αγκύρια βράχου, μεταλλικά πλαίσια και εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, μέτρα που μπορούν να παρθούν επιτόπου πίσω από το πέδιλο στήριξης ή την ασπίδα της κεφαλής κοπής, ανάλογα με τη διάμετρο εκσκαφής και του διαθέσιμου χώρου στην κυρίως περιοχή εργασίας. - Earth Pressure Balance Machine (EPBM), [Μηχάνημα Εξισορρόπησης Πίεσης Εδάφους] Εικόνα 3.23 Πρόκειται για κλειστού μετώπου ΤΒΜ στο οποίο το εκσκαπτόμενο υλικό μεταφέρεται από το μέτωπο με έναν κοχλία ζύγισης ή έναν κοχλία μεταφοράς. Οι συνθήκες εδάφους που θεωρούνται ιδανικές για τη λειτουργία μηχανημάτων ΕΡΒ, είναι λεπτόκοκκο μαλακό έδαφος κάτω από τον υδροφόρο ορίζοντα, αργιλώδη και ιλυώδη εδάφη, ενώ η τυπική διάμετρος του μηχανήματος κυμαίνεται από 2 έως 14 και πλέον μέτρα. Το μέτωπο υποστηρίζεται από το ίδιο το εκσκαπτόμενο υλικό που παραμένει υπό πίεση πίσω από την κοπτική κεφαλή και μπροστά από το εμπρός 73

78 διάφραγμα του μηχανήματος. Η πίεση ελέγχεται από το ρυθμό διέλευσης του υλικού από τον κοχλία ζύγισης ή από βαλβίδες στον κοχλία μεταφοράς. Η κοπτική τους κεφαλή (εικ. 3.24) είναι εξοπλισμένη με σκαπτικά εργαλεία όπως δίσκοι κοπής ή σιαγώνες σύνθλιψης ή σιαγώνες εκχωμάτωσης. Τα πρώτα χρησιμοποιούνται σε σχηματισμούς βράχου και πετρωμάτων, τα δεύτερα χρησιμοποιούνται στα αμμώδη εδάφη και τα τελευταία σε συνεκτικά εδάφη. Στις περιπτώσεις εδαφών μικτών συνθηκών, η κοπτική κεφαλή πρέπει να εξοπλίζεται με εργαλεία διαφόρων τύπων. Εικόνα 3.24 Το μεγαλύτερο ΕΡΒ διαμέτρου 15,20m για την κατασκευή αστικού αυτοκινητοδρόμου στη Μαδρίτη - Pressurized Slurry Machine (PSM), [Μηχάνημα Πίεσης Πολφού] Εικόνα 3.25 Είναι κλειστού μετώπου ΤΒΜ με υδραυλική μεταφορά του εκσκαπτόμενου υλικού από το μέτωπο με τη μορφή υδαρούς πολφού. Στις περιπτώσεις χαλαρών, μη συνεκτικών εδαφών, όπως για παράδειγμα χαλίκια, άμμος και εξαιρετικά ρηγματωμένος βράχος, πιθανώς σε συνδυασμό με μεγάλη διαπερατότητα και υψηλή στάθμη υπογείων υδάτων, απαιτείται στήριξη του μετώπου με τη χρήση μπεντονιτικού εναιωρήματος. Η απαιτούμενη για την στήριξη του μετώπου πίεση, ρυθμίζεται μέσω του ελέγχου της ταχύτητας παροχής του μπεντονίτη των αντλιών τροφοδοσίας και άντλησης των υλικών εκσκαφής. Το πεδίο εφαρμογής των ασπίδων πολφού περιλαμβάνει κοκκομετρίες εδαφών που χαρακτηρίζονται σαν άμμοι και λεπτομερή χαλίκια. Το ποσοστό της ιλύος με μεσαίου ή μεγάλου μεγέθους κόκκων 74

79 δεν πρέπει να υπερβαίνει το 30%. Στην περίπτωση εδαφών με ποσοστά συνεκτικών κόκκων μεγαλύτερα από αυτό υπάρχει το ρίσκο της επικόλλησης στην κοπτική κεφαλή ή στον θάλαμο εκσκαφής. Στην εικόνα 3.26 φαίνεται η τομή μιας κεφαλής μηχανήματος πίεσης πολφού και παρουσιάζεται η διάταξη των εξαρτημάτων που την αποτελούν. Εικόνα 3.26 Διάταξη των κύριων εξαρτημάτων σε Μηχάνημα MT τεχνολογίας slurry 1. Κοπτική κεφαλή 2. Θάλαμος του θραυστήρα 3. Θραυστήρας 4. Πίνακας στόχου 5. Κύρια ρουλεμάν κεφαλής 6. Πίνακας ενεργοποίησης 7. Κινητήρες 8. Ακροφύσια πλήρωσης του κενού της υπερεκσκαφής 9. Ακροφύσια πλήρωσης του κενού της κοπτικής κεφαλής 10. Ανθρωποθυρίδα 11. Θέση αναρρόφησης 12. Έμβολο ελέγχου κατεύθυνσης Τα μηχανήματα πολφού έχουν ως βασικό πλεονέκτημα τη συνεχή εργασία μέχρι να ολοκληρωθεί η πλήρης ώθηση ενός προκατασκευασμένου σωλήνα συνήθως 2,5m έναντι των άλλων συμβατικών τεχνολογιών στις οποίες για την ίδια εργασία απαιτείται τακτική (6 9 φορές) διακοπή για ανέλκυση των προϊόντων εκσκαφής στην επιφάνεια του φρεατίου και επιστροφή του κάδου μεταφοράς στη θέση φόρτωσης. Λόγω του πλεονεκτήματος αυτού τα μηχανήματα με τεχνολογία Slurry έχουν σαφώς μεγαλύτερη απόδοση από μηχανήματα ανοικτού μετώπου. Υπάρχουν διαθέσιμοι διαφορετικοί σχεδιασμοί σε κεφαλές ώστε να ταιριάζουν σε ευρύ φάσμα εδαφικών συνθηκών και να μπορούν να συνεργασθούν με τους εσωτερικούς θραυστήρες για την αντιμετώπιση κροκάλων ή μικρών βράχων. Πιο κάτω παρουσιάζονται κοπτικές κεφαλές με διαφορετική σχεδίαση για διαφορετικούς τύπους εδάφους. Εικόνα 3.27 Κεφαλή σχεδιασμένη για βράχο με υψηλή αντοχή 75

80 Στην εικόνα 3.27 παρουσιάζεται μια κεφαλή σχεδιασμένη για διάτρηση σε βράχο με υψηλή αντοχή. Σε περίπτωση που φθαρούν τα κοπτικά μπορούν να αντικατασταθούν χειρονακτικά με την προϋπόθεση ότι η εσωτερική διάμετρος της διατρητικής στήλης ξεπερνά τα 1200mm. Εικόνα 3.28 Κεφαλή σχεδιασμένη για μικτές συνθήκες Στην Εικόνα 3.28 παρουσιάζεται μια κεφαλή σχεδιασμένη για μικτές συνθήκες. Χρησιμοποιεί λεπίδες και νύχια για συνεκτικά εδάφη καθώς επίσης και κοπτικά δίσκου για να θρυμματίζει τεμάχια ή στρώματα βράχου. Αυτό σημαίνει ότι και τα πιο δύσκολα προβλέψιμα εδάφη μπορούν να διατρηθούν με αυτήν την κεφαλή. Εικόνα 3.29 Κεφαλή σχεδιασμένη για μαλακά εδάφη Στην εικόνα 3.29 παρουσιάζεται μια κεφαλή σχεδιασμένη για πολύ μαλακά έως ρέοντα εδάφη. Τα ανοίγματα στην κεφαλή όταν ευθυγραμμισθούν απομακρύνουν την κατάλληλη ποσότητα εδάφους που ταιριάζει στην προχώρηση του σωλήνα. Τα πλεονεκτήματα του μηχανήματος με πολφό σε σύγκριση με τα μηχανήματα ΕΡΒ είναι τα εξής: Ευκολία οδήγησης Μικρότερες καθιζήσεις Χαμηλότερη ροπή Μικρότερη δύναμη κοπτικής κεφαλής Τα υλικά εκσκαφής δεν εκτίθενται στο περιβάλλον της σήραγγας μέχρι να φθάσουν στην μονάδα διαχωρισμού Καθαρότερο περιβάλλον σήραγγας 76

81 Δυνατότητα χρήσης θραυστήρα στην περιοχή της κεφαλής κοπής Η απαιτούμενη πίεση προσδιορίζεται και ελέγχεται από το σύστημα Αυτόματος υπολογισμός της απαιτούμενης πίεσης Τα μειονεκτήματα του μηχανήματος με εναιώρημα είναι τα εξής: Χρήση πρόσμικτων Μονάδα διαχωρισμού Μόλυνση μπεντονίτη Δεν μπορεί να εκμεταλλευτεί το αυτό-υποστηριζόμενο έδαφος (δηλαδή χωρίς ανοικτό τρόπο λειτουργίας) Απαιτεί εργοταξιακό χώρο μεγάλων διαστάσεων Υψηλότερο χρηματικό κόστος κεφαλαίου Απαιτείται μεγαλύτερη ισχύς λειτουργίας Πολύπλοκη διαδικασία αποκομιδής προιόντων εκσκαφής Μέτρια ταχύτητα εκσκαφής - Μηχάνημα συμπιεσμένου αέρα [Compressed Air Machine (CAM)] Και σε αυτόν τον τύπο χρησιμοποιείται (μπεντονιτικό) αιώρημα υποστήριξης του μετώπου, αλλά η πίεση του αιωρήματος υποστήριξης επιτυγχάνεται μέσω ενός συστήματος πεπιεσμένου αέρα. Η εκσκαφή πραγματοποιείται με την περιστροφή της κεφαλής κοπής, όπου τα υλικά εκσκαφής αναμειγνύονται με τον μπεντονίτη στον θάλαμο εκσκαφής. Το εκσκαφθέν υλικό απομακρύνεται συνεχώς ή περιοδικά μέσω ενός συστήματος ανακούφισης της πίεσης, το οποίο παίρνει το υλικό από το θάλαμο μέσα στη σήραγγα. Λόγω της τεχνολογικής εξέλιξης των PSM και EPB και τον περιορισμό των περιβαλλοντικών τους επιπτώσεων σε βαθμό μικρότερο από τον βαθμό περιβαλλοντικών επιπτώσεων των CAM, τα τελευταία χρόνια δεν προτιμάται αυτός ο τύπος μηχανήματος ολομέτωπης κοπής. - Μηχάνημα διπλής ασπίδας [Double Shield (DS)] Εικόνα

82 Το κύριο πεδίο εφαρμογής αυτού του τύπου μηχανήματος είναι η βραχόμαζα, η ποιότητα σύστασης της οποίας κυμαίνεται από βράχο άριστης έως κακής κατάστασης. Το μηχάνημα διπλής ασπίδας είναι ένα μηχάνημα πλήρους μετώπου κοπτικής κεφαλής με δύο ομάδες εμβόλων ώθησης που επενεργούν στα τοιχώματα της σήραγγας (ακτινικά έμβολα στήριξης) ή στα προκατασκευασμένα στοιχεία επένδυσης της σήραγγας. Η μέθοδος ώθησης που χρησιμοποιείται σε οποιαδήποτε στιγμή εξαρτάται από τον τύπο εδάφους που συναντάται. Το μηχάνημα διπλής ασπίδας έχει το πλεονέκτημα ότι η τοποθέτηση της επένδυσης με προκατασκευασμένα στοιχεία μπορεί να γίνει ταυτόχρονα, κατά τη διάρκεια της διαδικασίας προχώρησης του ΤΒΜ και της εκσκαφής. Τα έμβολα της κοπτικής κεφαλής, τα οποία παρατάσσονται μεταξύ της εμπρόσθιας και της οπίσθιας ασπίδας, προεκτείνονται ώστε να ωθήσουν προς τα εμπρός την κοπτική κεφαλή, την ίδια στιγμή που πραγματοποιείται η εγκατάσταση της επένδυσης με προκατασκευασμένα στοιχεία. Αφού ολοκληρωθεί η διαδρομή εκσκαφής και η συναρμολόγηση του δακτυλίου, τα πέδιλα στήριξης ανασύρονται και η οπίσθια ασπίδα ωθείται προς τα εμπρός από τα έμβολα ώθησης της ασπίδας, τα οποία στηρίζονται στον τελευταίο τοποθετημένο δακτύλιο. Στα πλέον αδύναμα τμήματα, εάν η αντοχή του τοίχου δεν επαρκεί για τα πέδιλα στήριξης, τότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια ομάδα βοηθητικών εμβόλων προώθησης στο πίσω τμήμα της ασπίδας, ώστε να ωθήσουν το μηχάνημα στηριζόμενα στην επένδυση με προκατασκευασμένα στοιχεία. - Μηχάνημα μικτών συνθηκών μετώπου με ασπίδα [Mixed face shield TBM / Universal TBM] Τα μετατρεπόμενου τρόπου λειτουργίας μηχανήματα επιτρέπουν την αλλαγή του τρόπου διάνοιξης κατά τη διάρκεια της εκσκαφής και μπορούν να είναι χρήσιμα στις περιπτώσεις όπου οι συνθήκες του εδάφους και των υπόγειων υδάτων μεταβάλλονται. Αυτού του τύπου τα μηχανήματα ΤΒΜ δίνουν την δυνατότητα καλύτερης προσαρμογής στις συνθήκες εδάφους που συναντώνται σε διάφορα τμήματα της σήραγγας. Λειτουργούν ως μηχανήματα εξισορρόπησης της πίεσης του εδάφους (EPB), πίεσης πολφού (PSM), και συμπιεσμένου αέρα (CAM). Για κάθε μετατροπή του τρόπου λειτουργίας απαιτείται μηχανική παρέμβαση για την αλλαγή της διαμόρφωσης του μηχανήματος και χρησιμοποιείται διαφορετική μέθοδος εξαγωγής 78

83 των προϊόντων εκσκαφής. Γι αυτό είναι εξοπλισμένο με ατέρμονα μεταφορικό κοχλία, αντλία εναιωρήματος και θραυστήρα, πράγμα που σημαίνει ότι η χρήση του μηχανήματος περιορίζεται σε διανοίξεις μεγάλης διαμέτρου, λόγω του χώρου που απαιτείται για τον επιπλέον ειδικό εξοπλισμό. Η μετατροπή θεωρητικά είναι δυνατή σε διάστημα μιας ή δυο ημερών. - Μηχάνημα μικτού μετώπου με διπλή ασπίδα [Double Shield Universal TBM (DSU)] Η αμφιβολία των αναμενόμενων γεωλογικών συνθηκών που πρόκειται να αντιμετωπισθούν κατά τη διάνοιξη μιας σήραγγας, οδήγησε τα τελευταία χρόνια στην κατασκευή ενός νέου τύπου μηχανήματος, ώστε να μειωθεί κατά πολύ το μέγεθος του ρίσκου. Όμως το αρχικό κόστος κεφαλαίου για την απόκτηση ενός τέτοιου μηχανήματος, καθώς και η συνεχής συστηματική φροντίδα του μετώπου εκσκαφής καθ όλο το μήκος της σήραγγας, καθιστά την επιλογή ενός τέτοιου μηχανήματος αντιοικονομική και μη συμφέρουσα Αίθουσα Ελέγχου Τα μηχανήματα κλειστού τύπου είναι όλα τηλεχειριζόμενα, επομένως δεν υπάρχει η ανάγκη για την παρουσία του χειριστή του μηχανήματος ή άλλου προσωπικού μέσα στην σήραγγα. Όλοι οι χειρισμοί, οι έλεγχοι λειτουργίας και η καθοδήγηση του μηχανήματος γίνονται από την αίθουσα ελέγχου που είναι τοποθετημένη σε κοντέινερ στην επιφάνεια του φρεατίου εργασίας. Στην αίθουσα αυτή υπάρχει ο εξοπλισμός που αναπαριστά όλα τα δεδομένα που καταγράφονται από διάφορους αισθητήρες που παρακολουθούν ένα μεγάλο πλήθος παραμέτρων λειτουργίας του μηχανήματος. Στην εικόνα 3.31 φαίνεται ένας πίνακας ελέγχου στον οποίο υπάρχουν οθόνες κλειστού κυκλώματος τηλεόρασης, οθόνες αναπαράστασης λειτουργιών, διακόπτες λειτουργίας για τον σταθμό ώθησης, για τις αντλίες πολφού κλπ. Όλα τα παραπάνω είναι πλήρως αυτοματοποιημένα και ελεγχόμενα μέσω ηλεκτρονικού υπολογιστή. Εικόνα 3.31 Διάταξη του πίνακα ελέγχου μηχανήματος PSM 79

84 Σύστημα καθοδήγησης. Είναι απολύτως απαραίτητο για τον χειριστή του ΤΒΜ να έχει συνεχώς την πληροφορία για την ακριβή θέση του μηχανήματος με σκοπό να κρατήσει το μηχάνημα όσο το δυνατόν πιο κοντά στην προκαθορισμένη διαδρομή. Για το σκοπό αυτό έχουν αναπτυχθεί διάφορα συστήματα καθοδήγησης που βασίζονται στην ευθεία διάδοση μιας ακτίνας λέιζερ Συστήματα απομάκρυνσης των προϊόντων εκσκαφής. Αναλόγως της μεθόδου εκσκαφής και της τεχνολογίας του μηχανήματος σχεδιάζεται το σύστημα μεταφοράς των προϊόντων εκσκαφής. Η μεταφορά γίνεται κυρίως με δύο τρόπους: α) με μηχανική μεταφορά και β) με υδραυλική μεταφορά. Α) Μηχανική μεταφορά Η μηχανική μεταφορά των προϊόντων εκσκαφής εφαρμόζεται κυρίως σε μηχανήματα ανοικτού μετώπου εκσκαφής καθώς και σε μηχανήματα ΕΡΒ. Στα μηχανήματα ανοικτού μετώπου τα προϊόντα εκσκαφής, μετά την αποκοπή τους από την αρχική τους θέση στο μέτωπο, συσσωρεύονται στο δάπεδο της σήραγγας και οδηγούνται με μεταφορική ταινία από το εμπρός μέρος του μηχανήματος πίσω από τον χειριστή, στο σημείο όπου υπάρχει ο κάδος μεταφοράς (εικ. 3.32). Εικόνα 3.32 Φόρτωση του κάδου μεταφοράς Εικόνα 3.33 Κάδος μεταφοράς και ηλεκτροκίνητος συρμός Ο κάδος είναι τοποθετημένος πάνω σε ηλεκτροκίνητο συρμό που τροφοδοτείται με ηλεκτρικό ρεύμα από συσσωρευτές υγρού τύπου όπως φαίνεται στην εικόνα Ο ηλεκτροκίνητος συρμός μαζί με τον κάδο κινούνται πάνω σε σιδηροτροχιές ελαφρού τύπου, μέχρι το αρχικό φρεάτιο εργασίας. Εκεί υπάρχει εγκατεστημένος γερανός για την ανέλκυση του κάδου στην επιφάνεια και την εκκένωσή του. Σε κάποια άλλα συστήματα η κίνηση του κάδου-βαγονιού πραγματοποιείται με σύστημα συρματόσχοινων που τραβούν τον κάδο μέχρι την έξοδο της σήραγγας. 80

85 Η τεχνική μηχανικής μεταφοράς, όπως είπαμε και πιο πάνω μπορεί και εφαρμόζεται και σε μηχανήματα ΕΡΒ στα οποία το έδαφος μετατρέπεται σε μια παχύρευστη εδαφική μάζα σε μορφή πάστας και φορτώνεται σε κάδους για τη μεταφορά της μέχρι τις εγκαταστάσεις απόρριψης και αποθήκευσης. Στις τεχνικές μηχανικής μεταφοράς των προϊόντων εκσκαφής υπάγεται και η μεταφορά των προϊόντων εκσκαφής με ατέρμονες κοχλίες που εφαρμόζεται μόνο σε Μicrotunneling όπως έχει αναφερθεί στην ομώνυμη ενότητα. Β) Υδραυλική μεταφορά Η μέθοδος υδραυλικής μεταφοράς εφαρμόζεται σε μηχανήματα Pipejacking ή Micrοtunneling που χρησιμοποιούν την τεχνική εκσκαφής και υποστήριξης του μετώπου με πολφό υπό πίεση. Ο πολφός που χρησιμοποιείται, είναι συνήθως ένα αιώρημα μπεντονίτη ή ένα ειδικά σχεδιασμένο τεχνητό πολυμερές με νερό (ή ένας συνδυασμός των δύο) που παρασκευάζεται, ωριμάζει και αποθηκεύεται σε στεγανές δεξαμενές, στο εργοτάξιο που έχει οργανωθεί στην επιφάνεια του φρεατίου έναρξης. Η κίνηση του πολφού γίνεται μέσω σωληνώσεων κατάλληλης διαμέτρου όπου αντλείται από ισχυρές αντλίες πολφού. Η μία αντλία ωθεί τον πολφό προς το μέτωπο εκσκαφής στην κεφαλή του μηχανήματος, και η άλλη το αντλεί από την κεφαλή και το ωθεί προς το σύστημα καθαρισμού του πολφού. Στον θάλαμο κοπής ο πολφός αναμιγνύεται με το εκσκαφθέν έδαφος και αυτό το μείγμα περνά μέσα από τον -ενσωματωμένο στο μηχάνημα- θραυστήρα για κροκάλες. Στον θραυστήρα υπάρχει ένα τύμπανο σε μορφή κώνου, ο οποίος με έκκεντρη περιστροφική κίνηση σπάει τα τεμάχια του πετρώματος που ξεπερνούν ένα συγκεκριμένο μέγεθος και εξασφαλίζει ότι κανένα εδαφικό τεμάχιο μεγαλύτερο από το μέγεθος που μπορεί να μεταχειρισθεί το σύστημα του πολφού δεν θα εισέλθει στη γραμμή των επιστρεφόμενων του συστήματος. Το μείγμα αντλείται στην επιφάνεια όπου τα τεμάχια του εδάφους αφαιρούνται από το αιώρημα με αποαμμωτές ή με την βαρύτητα σε δεξαμενές καθίζησης ή με χρήση κεντρόφυγων δυνάμεων μέσα σε υδροκυκλώνες κλπ. Μερικές φορές προστίθενται χημικά κροκιδωτικά για να βελτιστοποιηθεί η απόδοση του συστήματος. Στα σύγχρονα συστήματα καθαρισμού, ο πολφός σε όλα τα στάδια της διαδικασίας παρακολουθείται λεπτομερώς και προσαρμόζεται, με την προσθήκη επιπλέον χημικών, έτσι ώστε το αιώρημα να αποκτά τις απαιτούμενες ιδιότητες για την υποστήριξη του μετώπου, αλλά και να γίνεται πιο ευμεταχείριστο στην διαδικασία καθαρισμού του και στο σύστημα ανακύκλωσής του. Το διάλυμα αυτό 81

86 ανακυκλώνεται και επαναχρησιμοποιείται για την συνεχή εκσκαφή της σήραγγας, όσο αυτό διατηρεί τα προκαθορισμένα χαρακτηριστικά του. Επομένως είναι κρίσιμης σημασίας η σχεδίαση (εικ. 3.34) ενός αξιόπιστου συστήματος διαχείρισης του πολφού και του εξοπλισμού που απαιτείται για το διαχωρισμό των προϊόντων εκσκαφής από τον πολφό, ώστε το μηχάνημα εκσκαφής να λειτουργεί με επιτυχία χωρίς διακοπές. Εικόνα 3.34 Διάταξη του συστήματος υδραυλικής μεταφοράς Μονάδες ώθησης των σωλήνων (Main Jacking Station). Ο κύριος σταθμός ώθησης, ή αλλιώς, η μονάδα ώθησης σωλήνων είναι ανεξάρτητη από τις υπόλοιπες λειτουργικές μονάδες και χρησιμοποιείται για την ώθηση της στήλης των σωλήνων προς τα εμπρός παρέχοντας την απαραίτητη δύναμη ώθησης στην ασπίδα. Η συνολική δύναμη ώθησης που απαιτείται κάθε φορά, εξαρτάται από τις εδαφικές συνθήκες που συναντώνται, από το μήκος της στήλης των σωλήνων και από τον τύπο της χρησιμοποιούμενης ασπίδας όσον αφορά την υπερκοπή. Υπερκοπή ονομάζεται ο κενός χώρος που δημιουργείται κατά την διάτρηση μεταξύ της εξωτερικής διαμέτρου του αγωγού και του εδάφους που τον περιβάλλει. Εικόνα 3.35 Κύριος σταθμός ώθησης σε συστολή των εμβόλων Εικόνα 3.36 Κύριος σταθμός ώθησης σε πλήρη έκταση των εμβόλων 82

87 Η διάταξη των εμβόλων του κύριου σταθμού ώθησης επηρεάζει τη διάμετρο του φρεατίου εργασίας. Για την εργασία σε πολύ περιορισμένο χώρο έχει αναπτυχθεί η παράλληλη διάταξη των εμβόλων με τον σωλήνα (εικ. 3.37). Εικόνα 3.37 Κύριος σταθμός ώθησης με παράλληλη διάταξη εμβόλων και σωλήνα Σύστημα Λίπανσης Ο έλεγχος και ο περιορισμός της δύναμης ώθησης των σωλήνων είναι από τις σημαντικότερες παραμέτρους για την επιτυχημένη εφαρμογή της μεθόδου ωθούμενου σωλήνα. Οι δυνάμεις τριβής εξαρτώνται κυρίως από τις τριβές που αναπτύσσονται στην εξωτερική επιφάνεια των σωλήνων που έρχεται σε επαφή με το περιβάλλον υπέδαφος. Η μείωση της εξωτερικής τριβής γίνεται εφικτή αν μειωθεί ο συντελεστής τριβής των επιφανειών αυτών. Για τον λόγο αυτό είναι απαραίτητη η χρήση λιπαντικού το οποίο παρεμβάλλεται μεταξύ των επιφανειών αυτών. Το λιπαντικό που συνήθως χρησιμοποιείται είναι ένα υδατικό διάλυμα μπεντονίτη με κάποια χημικά βελτιωτικά πρόσθετα. Έτσι, σχεδόν σε κάθε πέρασμα που εφαρμόζεται η μέθοδος ωθούμενου σωλήνα αναπτύσσεται εντός της διατρητικής στήλης, ένα σύστημα λίπανσης, με την τοποθέτηση ενός προσωρινού δικτύου σωλήνων διανομής του λιπαντικού, βαλβίδες ελέγχου της ροής, ειδικές υποδοχές (sockets) στον αγωγό για την εισπίεση του λιπαντικού και δεξαμενές αποθήκευσης του έτοιμου προς χρήση λιπαντικού. Η τυπική διάταξη ενός συστήματος λίπανσης εντός των σωλήνων, φαίνεται στην εικόνα Εικόνα 3.38 Σχηματική παράσταση συστήματος λίπανσης 83

88 Η χρήση μπεντονιτικού αιωρήματος ως λιπαντικό στη μέθοδο ωθούμενου σωλήνα είναι κοινή πρακτική στις μέρες μας. Το λιπαντικό όμως θα λειτουργήσει αποτελεσματικά αν δημιουργηθεί ένα διακριτό στρώμα λιπαντικού μεταξύ των ολισθαινόντων επιφανειών των σωλήνων και της επιφάνειας του εκσκαμμένου εδάφους. Αν το έδαφος καταρρεύσει πάνω στους σωλήνες, η αποτελεσματικότητα του λιπαντικού βαθμιαία θα μειωθεί. Η πρώτη, λοιπόν, και ίσως η πιο σπουδαία λειτουργία του μπεντονιτικού αιωρήματος είναι να παρέχει την απαραίτητη εσωτερική πίεση για να σταθεροποιήσει την οπή της σήραγγας. Ο πολφός πρέπει να σχεδιάζεται ώστε να σχηματίζει έναν υμένα (filter cake) στο περιβάλλον έδαφος χωρίς εκτεταμένη διαρροή του υλικού ώστε η εσωτερική πίεση να διατηρείται στο απαραίτητο επίπεδο για να υπερνικά τις πιέσεις από το υπόγειο νερό και να σταθεροποιεί την οπή της σήραγγας. Πρέπει επίσης να γεμίζει πλήρως το κενό της υπερκοπής για να διατηρήσει την οπή ανοικτή, μειώνοντας τις εδαφικές μετακινήσεις τόσο βραχυπρόθεσμα όσο και μακροπρόθεσμα. Ο μπεντονίτης αναμιγνύεται με νερό, και το διάλυμα, μένοντας σε ηρεμία μερικές ώρες πριν την χρήση ώστε να διογκωθούν τα σωματίδια του ορυκτού, αποκτά κολλοειδής ιδιότητες. Το έτοιμο διάλυμα αντλείται και εισπιέζεται στο κενό της υπερκοπής, στην εξωτερική επιφάνεια των σωλήνων, μέσω του προσωρινού δικτύου συστήματος λίπανσης. Οι παράγοντες που επηρεάζουν περισσότερο την αποτελεσματικότητα του μπεντονιτικού αιωρήματος είναι: Η ποιότητα και ο τύπος του μπεντονίτη. Η συνοχή του αιωρήματος. Ο έλεγχος της πίεσης εισπίεσης. - Υψηλής ποιότητας μπεντονίτης διογκώνεται γρήγορα και παρέχει τη λίπανση και το απαραίτητο ιξώδες. Πρόσθετη επεξεργασία του νερού για την σκληρότητα και την οξύτητά του μπορεί επίσης να βοηθήσει στην μεγιστοποίηση της διατμητικής αντοχής του αιωρήματος. - Η συνοχή του αιωρήματος αποδεικνύεται ότι έχει μεγάλη επίδραση στην αποτελεσματικότητα της λίπανσης, αφού ένα συνεκτικό αιώρημα έχει καλύτερα διατμητικά αποτελέσματα από ένα με μικρότερη συνοχή. - Μια μικρότερη πίεση εισπίεσης με σταθερή ροή έχει μια πιο ομοιόμορφη κατανομή σε αντίθεση με τις υψηλές πιέσεις που μπορεί να οδηγήσουν το αιώρημα σε ορισμένες περιοχές έναντι άλλων. Αν ρυθμίσουμε το κενό της υπερκοπής μπορούμε 84

89 να αναμένουμε διαφορετικές αντιδράσεις του εδάφους σε σχέση με τη σταθερότητα του περιβάλλοντος υπεδάφους. i) Σε σταθερό έδαφος, η οπή της εκσκαφής παραμένει σταθερή και η επαφή των σωλήνων με το περιβάλλον έδαφος γίνεται στο περιορισμένο κεντρικό κάτω τμήμα της περιμέτρου των σωλήνων (στο invert των σωλήνων). Σε αυτή την περίπτωση το εισπιεζόμενο αιώρημα μπεντονίτη λειτουργεί ως λιπαντικό στο δακτυλιοειδές κενό. Ο συντελεστή τριβής (μ) μεταξύ της επιφάνειας των σωλήνων και του υπεδάφους μειώνεται σημαντικά και ως εκ τούτου και η συνολική δύναμη ώθησης μειώνεται. Με σκοπό να δημιουργηθεί ένα λιπαντικό στρώμα, το λιπαντικό πρέπει να γεμίσει πλήρως το δακτυλιοειδές κενό και να μην ρέει ανεξέλεγκτα μέσα στο έδαφος. Καθοριστικές παράμετροι για αυτό, είναι η διαπερατότητα του εδάφους και η ικανότητα του λιπαντικού να έχει περιορισμένο βάθος διείσδυσης μέσα στο έδαφος. ii) Σε ασταθές έδαφος, η οπή της εκσκαφής θα καταρρεύσει πάνω στην συστοιχία των σωλήνων και θα τις καλύψει περιμετρικά. Εδώ απαιτείται η ικανότητα του μπεντονιτικού αιωρήματος να σταθεροποιήσει το περιβάλλον έδαφος και να διατηρήσει το δακτυλιοειδές άνοιγμα ανοικτό. iii) Σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να απαιτείται και μια τρίτη λειτουργία του μπεντονιτικού αιωρήματος, σε σκληρό βράχο. Σε κερματισμένο βράχο μεμονωμένα τεμάχια πέφτουν από την βραχόμαζα μέσα στο κενό της υπερκοπής, κατά τη διάρκεια της εργασίας προώθησης των σωλήνων. Αυτά τα τεμάχια έχουν την τάση να συσσωρεύονται μέσα στο δακτυλιοειδές κενό σε ορισμένα σημεία σχηματίζοντας κατά κάποιο τρόπο δακτυλίδια που στην χειρότερη περίπτωση μπορούν να αναγκάσουν την συστοιχία των σωλήνων να κολλήσει. Ο ρόλος του αιωρήματος μπεντονίτη είναι να αποτρέψει την συσσώρευση αυτών των τεμαχίων, κρατώντας τα σε αιώρηση και μεταφέροντάς τα. Πιο αναλυτικά, η λειτουργία του λιπαντικού ως υγρό εξισορρόπησης πίεσης με σκοπό τη σταθεροποίηση του υπεδάφους, δημιουργεί μία ζώνη στο υπέδαφος με μειωμένη διαπερατότητα. Για να ικανοποιήσει αυτή την εργασία, η διατμητική αντοχή τ f, η πυκνότητα και η σταθερότητα του αιωρήματος καθώς και η συμπεριφορά διείσδυσης μέσα στο έδαφος είναι οι πιο καθοριστικές παράμετροι. Η μεταφορά της υδροστατικής πίεσης βαθμιαία από το αιώρημα μπεντονίτη στα τεμάχια της μικροδομής του υπεδάφους εξαρτάται από το χρόνο. Για το σκοπό αυτό, στην διεπιφάνεια ή σε κάποιο βάθος διείσδυσης από τη διεπιφάνεια του υπεδάφους 85

90 σχηματίζεται μια ζώνη, στην οποία η διαπερατότητα είναι μικρότερη από το υπέδαφος. Σε αυτή τη ζώνη η πίεση κατανέμεται μεταξύ του αιωρήματος και του υπεδάφους που υποστηρίζεται, και η διαφορά πίεσης μετατρέπεται σε ενεργή τάση που δρα πάνω στα τεμάχια της δομής του υπεδάφους. Η διαφορά πίεσης του λιπαντικού είναι συνήθως 0,1 0,2 bar περισσότερο από την επιτόπου πίεση εδάφους ή την πίεση του υπόγειου νερού. Ο μηχανισμός της δημιουργία της ζώνης με την μειωμένη διαπερατότητα εξαρτάται από δύο παραμέτρους. Μέσα στο περιβάλλον υπέδαφος το οποίο πρέπει να υποστηριχθεί υπάρχει άμεση σχέση μεταξύ του μηχανισμού της κατανομής και της εξισορρόπησης της πίεσης και του τρόπου διείσδυσης του μπεντονιτικού αιωρήματος μέσα στο υπέδαφος. 1. Η πρώτη καθοριστική παράμετρος είναι η σχέση του μεγέθους των τεμαχίων του μπεντονίτη στο αιώρημα και του μεγέθους των ρωγμών σε βράχους ή του μεγέθους των πόρων στα μαλακά εδάφη, 2. Η δεύτερη καθοριστική παράμετρος είναι η διατμητική αντοχή τ f του μπεντονιτικού αιωρήματος. Με σκοπό να μεταφέρει την υδροστατική πίεση βαθμιαία στη μικροδομή των τεμαχίων του υπεδάφους για/με την δημιουργία της ζώνης περιορισμένης διαπερατότητας, τρείς μηχανισμοί είναι πιθανοί (βλ. Πιν. 3.1, σελ.87): - ο σχηματισμός μιας εξωτερικής μεμβράνης (filter cake), - ο σχηματισμός μιας εσωτερικής μεμβράνης, - η διείσδυση του αιωρήματος στο περιβάλλον υπέδαφος. Η ικανότητα του αιωρήματος να κρατά τα σωματίδια υπό άνωση (εναιώρημα) έχει μεγάλο ενδιαφέρον για τη μέθοδο ωθούμενου σωλήνα, που εκτελούνται σε κερματισμένο σκληρό βράχο καθώς μπορεί να αποτρέψει τα τεμάχια, τα οποία έχουν αποσπασθεί από την βραχόμαζα, να συγκεντρωθούν στον πυθμένα της εκσκαφής. Έχει προαναφερθεί ότι μια μεγάλη ποσότητα από θραύσματα που συγκεντρώνονται σε κρίσιμα σημεία, είναι σε θέση να εμποδίσουν την ώθηση σε βαθμό που τελικά οι σωλήνες να κολλήσουν εντελώς. Κριτήρια για την επιλογή του κατάλληλου μπεντονιτικού αιωρήματος Σημαντική παράμετρος της επιλογής του κατάλληλου μπεντονιτικού αιωρήματος είναι ο λόγος του χαρακτηριστικού μεγέθους τεμαχίων d10 (μαλακά εδάφη) και του 86

91 μεγέθους των ρωγμών 2a (βράχος), αντίστοιχα, σε σχέση με το μέγεθος των τεμαχίων του μπεντονιτικού αιωρήματος. Ενεργός διάμετρος ή χαρακτηριστικό μέγεθος τεμαχίων d10, ορίζεται ως η διάμετρος από την οποία διέρχεται από κόσκινο το 10% του δείγματος εδάφους. Είναι ιδιαίτερα χρήσιμη καθώς συνδέεται με τη δυνατότητα ροής του νερού μέσα στο έδαφος. Μικρή τιμή της ενεργού διαμέτρου δείχνει ότι το έδαφος περιέχει μεγάλο ποσοστό λεπτόκοκκου υλικού. Πρέπει να σημειωθεί ότι οι ιδιότητες του εδάφους επηρεάζονται σημαντικά από το λεπτόκοκκο υλικό που περιέχει. Το μέγεθος των αιωρούμενων τεμαχίων του μπεντονίτη είναι περίπου 20 μm (=0,02 mm). Αν το μέγεθος των τεμαχίων του μπεντονιτικού αιωρήματος υπερβαίνει το μεγαλύτερο μέγεθος του πόρου του εδάφους d10 ή το μέγιστο μέγεθος ρωγμής 2a σε σκληρούς βράχους αντίστοιχα, τα τεμάχια του μπεντονιτικού αιωρήματος συγκεντρώνονται στη διεπιφάνεια του περιβάλλοντος εδάφους και του κενού της υπερκοπής. Το νερό του αιωρήματος ρέει μέσα από τις ρωγμές και την εξωτερική μεμβράνη και δημιουργεί μια σχεδόν μη διαπερατή μεμβράνη, η οποία καλύπτει τη ζώνη των ρωγμών και εγκλωβίζει τα τεμάχια του εδάφους στις κατέχουσες θέσεις τους (Πίνακας 3.1, στήλη 1). Έτσι η διείσδυση του μπεντονιτικού αιωρήματος στο έδαφος σταματά, και η πίεση βαθμιαία μεταφέρεται απευθείας από τη μεμβράνη στην δομή των τεμαχίων του εδάφους και σταθεροποίει την οπή. Ειδικά η εξωτερική μεμβράνη δημιουργείται σε καλά διαβαθμισμένο έδαφος (d 10 0,2mm). Πίνακας 3.1 Σχηματισμός μεμβράνης ανάλογα με το μέγεθος των ρωγμών (οπών) 2a και του χαρακτηριστικού μεγέθους των τεμαχίων d10. Αν το μέγεθος των τεμαχίων του αιωρήματος βρίσκεται μεταξύ του ελάχιστου και του μέγιστου μεγέθους των οπών, το αιώρημα με τα τεμάχια του μπεντονίτη διεισδύουν μέσα στο έδαφος και συγκεντρώνονται με την μορφή λαιμού μπουκαλιού 87

92 (bottleneck) στους πόρους ή στις ρωγμές. Βαθμιαία οι πόροι ή οι ρωγμές μπλοκάρουν από αυτά τα συσσωματώματα των τεμαχίων του μπεντονίτη. Το βάθος που αυτά διεισδύουν εξαρτάται από το λόγο του μέσου όρου του μεγέθους των τεμαχίων του αιωρήματος και του μέσου όρου του μεγέθους των πόρων ή των ρωγμών. Αυτό είναι η αποκαλούμενη εσωτερική μεμβράνη (inner filter cake) (Πίνακας 3.1, στήλη 2). Σε αυτό το βάθος διείσδυσης η διαπερατότητα του εδάφους μειώνεται δραματικά. Επειδή όμως η μεταβίβαση της πίεσης βαθμιαία προς τη δομή των τεμαχίων του εδάφους λαμβάνει χώρα σε κάποιο βαθμό μέσω της μεμβράνης του ατελούς ιζήματος και σε κάποιο βαθμό από την ενεργοποίηση της διατμητικής αντοχής του μπεντονιτικού αιωρήματος κατά μήκος των πόρων ή των ρωγμών, το βάθος διείσδυσης δεν μπορεί να υπολογισθεί επ ακριβώς. Εμπειρικά, η δημιουργία της εξωτερικής μεμβράνης λαμβάνει χώρα - σε συνεκτικά εδάφη με d10 0,06 mm και - σε μη συνεκτικά εδάφη με d10 < 1 mm ή - σε σκληρό βράχο με 2a < 1 mm. Η εσωτερική μεμβράνη αναπτύσσεται - σε μη συνεκτικά εδάφη με d10 = 1 6 mm ή - σε σκληρό βράχο με 2a = 1 6 mm. Σύμφωνα με το DIN 4126, 2004, μπορεί να γίνει μια χονδρική εκτίμηση της καταλληλότητας του μπεντονιτικού αιωρήματος συγκρίνοντας το με τις τιμές της ελάχιστης διατμητικής αντοχή τ f που αναγράφονται στον πίνακα 3.2. Πίνακας 3.2 Ελάχιστη διατμητική αντοχή minτ f (DIN 4126,2004) Η ελάχιστη διατμητική αντοχή minτ f είναι αποτελέσματα του τύπου που δίνεται από την σχέση: d 10 = το χαρακτηριστικό μέγεθος των τεμαχίων [mm] calφ = η υπολογιζόμενη γωνία εσωτερικής τριβής του εδάφους [ ] γ = το ειδικό βάρος του εδάφους υπό άνωση [kg/m 2 ] 88

93 Εάν τα αιωρούμενα σωματίδια είναι μικρότερα και από το μικρότερο μέγεθος των ρωγμών του υπεδάφους (Πίνακας 3.1, στήλη 3), το μπεντονιτικό αιώρημα διεισδύει πλήρως στο περιβάλλον υπέδαφος και μεταφέρει τις διατμητικές τάσεις στο μέγεθος της διατμητικής του αντοχής. Με την παραδοχή ότι η διείσδυση σταματά σε κάποιο βάθος, το ολοκλήρωμα της διατμητικής τάσης πάνω στην επιφάνεια των τεμαχίων του εδάφους ή πάνω στην επιφάνεια των ρωγμών είναι ίση με την διαφορά πίεσης εξισορρόπησης μεταξύ του δακτυλιοειδούς κενού και της πίεσης του εδάφους και/ή της πίεσης του νερού των πόρων του εδάφους. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, η διαφορά στην πίεση μεταφέρεται ισοδύναμα, στην δομή των τεμαχίων του υπεδάφους, με τις διατμητικές τάσεις διαμέσου του βάθους διείσδυσης και υποστηρίζει την οπή όσον αφορά τις ενεργές τάσεις. Το βάθος διείσδυσης εξαρτάται από την διαφορά πίεσης Δp, τη διατμητική αντοχή τ f του μπετονιτικού αιωρήματος και το χαρακτηριστικό μέγεθος των τεμαχίων d 10 ή το μέγεθος των ρωγμών 2a αντίστοιχα. Η καθοριστική παράμετρος είναι η διαπερατότητα του εδάφους. Για τον σχεδιασμό των ρεολογικών χαρακτηριστικών του μπετονιτικού αιωρήματος, ο υπολογισμός της διατμητικής αντοχής τ f σε σχέση με το βάθος διείσδυσης s, μπορεί να γίνει με χρήση των τύπων που περιέχονται στον πίνακα 3.3 κάνοντας μια προσπάθεια προσέγγισης του βάθους διείσδυσης έως ότου το μπεντονιτικό αιώρημα ηρεμήσει μέσα στο υπέδαφος. Για λόγους οικονομίας απαιτείται να ελαχιστοποιηθεί, κατά το δυνατόν, το βάθος διείσδυσης, γιατί με την αύξηση του βάθους διείσδυσης, αυξάνεται αναλογικά και η ποσότητα του μπεντονιτικού αιωρήματος που πρέπει να εισπιεσθεί. Πίνακας 3.3 Το βάθος διείσδυσης s σε σχέση με τη διατμητική αντοχή τ f (DIN 4126, 2004) d 10 = το χαρακτηριστικό μέγεθος των τεμαχίων σε μαλακά εδάφη [mm] 2a = το μέγεθος των ρωγμών σε σκληρά εδάφη [mm] τ f = η διατμητική αντοχή του μπεντονιτικού αιωρήματος [N/m 2 ] s = το βάθος διείσδυσης του μπεντονιτικού αιωρήματος στο υπέδαφος [mm] Δp = η διαφορά (βαθμίδα) πίεσης μεταξύ του μπεντονιτικού αιωρήματος στο δακτυλιοειδές κενό και της πίεσης του εδάφους και/ή της πίεσης του νερού στο υπέδαφος [N/m 2 ] με εύρος τιμών 0,1 0,3 bar. 89

94 Όσον αφορά τον υπολογισμό της αντοχής του μπεντονιτικού αιωρήματος, που περιγράφει την ικανότητα μεταφοράς του κρατώντας τα αποκομμένα τεμάχια του πετρώματος υπό άνωση, η απαιτούμενη διατμητική αντοχή του μπετονιτικού αιωρήματος σε σχέση με τη διάμετρο των τεμαχίων, υπολογίζεται με τον τύπο: τ f = διατμητική αντοχή του μπεντονιτικού αιωρήματος [N/m 2 ] d Particle = διάμετρος τεμαχίων [mm] γ Particle = Ειδικό βάρος των τεμαχίων [Kg/m 3 ] γ Suspension = Ειδικό βάρος του μπετονιτικού αιωρήματος [Kg/m 3 ] Όταν το λιπαντικό είναι σε κίνηση μέσα στο δακτυλιοειδές κενό, το υψηλό ιξώδες του μπεντονιτικού αιωρήματος θα αποτρέψει την βύθιση των τεμαχίων. Αν το λιπαντικό είναι ακίνητο μέσα στο κενό η αντοχή του τζελ του αιωρήματος θα αποτρέψει την βύθιση των τεμαχίων. Μια ελάχιστη διαφορά μεταξύ της πυκνότητας του μπεντονιτικού αιωρήματος και της πυκνότητας των τεμαχίων έχει θετικό αποτέλεσμα στην ικανότητα μεταφοράς Ενδιάμεσοι Σταθμοί Ώθησης (ΕΣΩ) Λόγω του πεπερασμένου των δυνάμεων που αναπτύσσουν οι κύριοι σταθμοί ώθησης καθώς και του ορίου των τάσεων που μπορούν να δεχθούν οι σωλήνες, όταν χρειάζεται να μεγαλώσει το μήκος της ωθούμενης στήλης ή να ξεπερασθούν οι αυξημένες τριβές, σε δεδομένο μήκος διαδρομής δημιουργείται η ανάγκη για επιπλέον δύναμη. Αυτή την πρόσθετη δύναμη την παίρνει η συστοιχία των σωλήνων από μια διάταξη που ονομάζεται Ενδιάμεσος Σταθμός Ώθησης (ΕΣΩ) (Εικόνες 3.39 και 3.40). Εικόνα 3.39 Ενδιάμεσος σταθμός ώθησης σε συστολή των εμβόλων Εικόνα 3.40 Ενδιάμεσος σταθμός ώθησης σε πλήρη ανάπτυξη των εμβόλων. 90

95 Ο Ενδιάμεσος Σταθμός Ώθησης είναι ένας δακτύλιος που αποτελείται από υδραυλικά έμβολα τοποθετημένα μέσα σε χαλύβδινα πλαίσια, και εισάγεται στην στήλη των σωλήνων σε στρατηγικό σημείο. Ένας ενδιάμεσος σταθμός διαιρεί την στήλη των σωλήνων σε δύο μέρη. Περισσότεροι ενδιάμεσοι σταθμοί χωρίζουν την στήλη των σωλήνων σε περισσότερα μέρη. Είναι ισοδύναμο σαν να έχουμε πολλά Pipejacking με μικρότερο μήκος σε λειτουργία την ίδια στιγμή σε μία διάτρηση με τον κάθε ενδιάμεσο σταθμό να χρησιμοποιεί το πίσω από αυτόν μήκος σωλήνων ως τοίχο αντίδρασης. Κάθε ενδιάμεσος σταθμός ελέγχεται ανεξάρτητα από τον χειριστή του. 3.4 Θεμελιώσεις & Έργα αντιστήριξης Ανάλογη με την χρησιμοποίηση μπεντονίτη στα έργα οριζόντιων διατρήσεων, ως θιξοτροπικό πρόσθετο, υποστηρικτικό και λιπαντικό μέσο, είναι και η εφαρμογή του στις κάθετες διατρήσεις που αποτελούν οι βαθιές θεμελιώσεις (πασσαλοθεμελιώσεις) και τα υπόγεια έργα αντιστήριξης (τοίχοι με πασσαλοσανίδες, τοίχοι τύπου Βερολίνου, διαφραγματικά τοιχώματα) Βαθιές θεμελιώσεις Οι θεμελιώσεις με πασσάλους αποτελούν την πιο διαδεδομένη μέθοδο βαθιών θεμελιώσεων, κυρίως λόγω της δυνατότητας της εύκολης προσαρμογής τους σε μεγάλο εύρος κατασκευών και εδαφών. Η επιλογή βαθιάς θεμελίωσης γίνεται στις περιπτώσεις που δεν επαρκούν οι επιφανειακές θεμελιώσεις, συνήθως όταν συντρέχουν κάποιοι από τους παρακάτω λόγους: (α) κακή ποιότητα επιφανειακής στρώσης εδάφους (μικρή φέρουσα ικανότητα και μεγάλες αναπτυσσόμενες καθιζήσεις) (β) σημαντικά φορτία ανωδομής (κυρίως σημαντικά σεισμικά φορτία) σε συνδυασμό με χαμηλή ποιότητα εδάφους γ) παραλαβή εφελκυστικών φορτίων (π.χ. λόγω άνωσης) ή φορτίων ανατροπής του κτιρίου (λόγω οριζόντιας φόρτισης όπως ωθήσεις γαιών, θαλάσσια κύματα, προσκρούσεις πλοίων, σεισμός, άνεμος κλπ.) (δ) ειδικές κατασκευές (π.χ. βάθρα γεφυρών, παράκτιες κατασκευές) (ε) ενδεχόμενο ρευστοποίησης εδάφους κατά τη διάρκεια του σεισμού 91

96 Οι πάσσαλοι μεταφέρουν τα φορτία της ανωδομής σε χαμηλότερα στρώματα εδάφους. Συνεπώς γίνεται εκμετάλλευση της φέρουσας ικανότητας του εδάφους σε σημαντικά βάθη πέραν της επιφανειακής εδαφικής στρώσης. Οι μηχανισμοί παραλαβής φορτίων από τους πασσάλους είναι δυο: - Μεταφορά φορτίων στο έδαφος μέσω πλευρικής τριβής - Μεταφορά φορτίων στο έδαφος μέσω της αντίστασης αιχμής Ανάλογα με την ποιότητα και τη στρωματογραφία του εδάφους μπορεί να αναπτύσσεται ο ένας μόνο από τους παραπάνω μηχανισμούς, οπότε οι πάσσαλοι διακρίνονται σε πασσάλους τριβής ή πασσάλους αιχμής, ή να αναπτύσσονται παράλληλα και οι δυο μηχανισμοί. Συνήθως οι πάσσαλοι διατάσσονται σε ομάδες συνεργαζόμενων πασσάλων, που ενώνονται μεταξύ τους στην κορυφή με κεφαλόδεσμο (εικ. 3.41). Εικόνα 3.41 Κεφαλόδεσμοι πασσάλων Τύποι πασσάλων Η ταξινόμηση των πασσάλων σε κατηγορίες γίνεται με διάφορους τρόπους. Ως κριτήριο ταξινόμησης μπορεί να χρησιμοποιηθεί: α) το υλικό κατασκευής τους (ξύλο, χάλυβας, οπλισμένο σκυρόδεμα), β) η μορφή της διατομής τους (κυκλική, ορθογωνική, πολυγωνική), γ) ο τρόπος μεταβίβασης των δυνάμεων στο έδαφος (πάσσαλοι αιχμής, πάσσαλοι τριβής), δ) ο τρόπος καταπόνησης τους (θλιβόμενοι πάσσαλοι, εφελκυόμενοι πάσσαλοι, καμπτόμενοι πάσσαλοι) και ε) η μέθοδος κατασκευής τοποθέτησης τους. Ο τελευταίος τρόπος ταξινόμησης ανταποκρίνεται καλυτέρα στη μηχανική συμπεριφορά των πασσάλων και η χρήση του έχει καθιερωθεί τα τελευταία χρόνια σε παγκόσμια κλίμακα. Σύμφωνα με αυτόν, προκύπτουν οι: 92

97 Α) Πάσσαλοι έμπηξης (μεγάλης ή μικρής εκτοπίσεως) (εικ. 3.42) - Προκατασκευασμένοι πάσσαλοι έμπηξης από χάλυβα, οπλισμένο σκυρόδεμα και σπανιότερα από ξύλο. Οι διατομές χάλυβα ανοιχτού τύπου (ανοιχτοί σωλήνες ή διατομές τύπου διπλού Τ κτλ) είναι μικρής εκτοπίσεως. - Πάσσαλοι έμπηξης επί τόπου σκυροδέτησης, όπου γίνεται έμπηξη χαλύβδινου σωλήνα με φραγμένη αιχμή και στη συνέχεια πλήρωση με σκυρόδεμα (ο σωλήνας μπορεί να αφαιρεθεί ή και να παραμείνει). Η τοποθέτηση των διαφόρων ειδών πασσάλων έμπηξης πραγματοποιείται είτε με απευθείας έμπηξη στο έδαφος είτε με διείσδυση μέσω δονήσεων, ενώ σε ειδικές περιπτώσεις υποβοηθιέται με υδραυλική υποσκαφή (έκπλυση νερού). Η εκλογή των κατάλληλων μηχανημάτων εξαρτάται άμεσα από τον τύπο του πασσάλου, το ίδιο βάρος του, το υλικό του και το έδαφος. Η έμπηξη των πασσάλων στο έδαφος πραγματοποιείται με πασσαλοπήκτες, οι οποίοι χρησιμοποιούν κριό που κινείται με τη βοήθεια ορθοστάτη. Ο ορθοστάτης αναρτάται αρθρωτά από το ικρίωμα του πασσαλοπήκτη ή από γερανό ή από εκσκαφέα εξασφαλίζοντας αφενός την κεντρική και αξονική εισαγωγή του φορτιού με την καθοδήγηση του κριού και αφετέρου την ακρίβεια της θέσης του πασσάλου με την καθοδήγηση του σκούφου κρούσης. Έχουν αναπτυχθεί πολλά διαφορετικά είδη πασσαλοπηκτών. (Αναφέρονται ονομαστικά: Ατμοκίνητοι πασσαλοπήκτες, Πασσαλοπήκτες ελεύθερης πτώσης, Δηζελοκίνητοι πασσαλοπήκτες, Ατμόσφυρες, Δονητικοί πασσαλοπήκτες και Υδραυλικοί πασσαλοπήκτες.) (a) Έμπηξη σωλήνωσης (b) Διεύρυνση αιχμής (c) Εισαγωγή οπλισμού και (αφαίρεση σωλήνα με ταυτόχρονη) σκυροδέτηση και συμπύκνωση (d) Κατασκευασμένος πάσσαλος Εικόνα 3.42 Πάσσαλοι έμπηξης μεγάλης εκτοπίσεως με αφαίρεση της σωλήνωσης 93

98 Β) Πάσσαλοι εκσκαφής ή φρεατοπάσσαλοι (πάσσαλοι δίχως εκτόπιση) Είναι έγχυτοι πάσσαλοι σε διάτρημα-εκσκαφή το οποίο είναι αντιστηριζόμενο με σωλήνωση ή μπεντονίτη (εικ. 3.43). (a) Καθορισμός θέσης πασσάλου, αρχική διάνοιξη, προσωρινή σωλήνωση επιφανειακά (b) Εισαγωγή μπεντονίτη (c) Διάτρηση με συνεχή παροχή μπεντονίτη έως το επιθυμητό βάθος (d) Τοποθέτηση οπλισμού και σκυροδέτηση από κάτω προς τα πάνω με ταυτόχρονη απομάκρυνση μπεντονίτη (e)-(f) Ολοκλήρωση της σκυροδέτησης και αφαίρεση της προσωρινής σωλήνωσης Εικόνα 3.43 Κατασκευή φρεατοπασσάλων με χρήση μπεντονίτη Οι φρεατοπάσσαλοι παρουσιάζουν σημαντικά πλεονεκτήματα τα τελευταία χρόνια: - Είναι δυνατή η κατασκευή πασσάλων μεγάλης διαμέτρου και μήκους σε κάθε τύπο εδάφους (ακόμη και σε σκληρά εδάφη) - Δεν δημιουργούνται δονήσεις κατά την κατασκευή τους σε αντίθεση με τους πασσάλους έμπηξης. Συνεπώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν και δίπλα σε υπάρχουσες κατασκευές. - Κατασκευαστικές εταιρείες στον ελληνικό χώρο έχουν αποκτήσει σημαντική εμπειρία στην κατασκευή των φρεατοπασσάλων ενώ παράλληλα έχουν εξελιχθεί και τα γεωτρητικά μηχανήματα (εικ. 3.44), με αποτέλεσμα τη βελτίωση της ποιότητας και τον περιορισμό του κόστους. Εικόνα 3.44 Γεωτρητικό μηχάνημα 94

99 3.4.2 Έργα αντιστήριξης Πασσαλοδιάφραγμα Η πασσάλωση δεν σχετίζεται πάντα άμεσα με τη θεμελίωση της κατασκευής, αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διαδοχική πυκνή διάταξη αλληλοτεμνόμενων πασσάλων, για τη συγκράτηση των πρανών εκσκαφής (εικ. 3.45). Εικόνα 3.45 Πασσαλοδιάφραγμα Εικόνα 3.46 Καλούπι και κατασκευή οδηγού Η κατασκευή τοίχου με αλληλοτεμνόμενους πασσάλους (ή μικροπασσάλους) περιλαμβάνει τις εξής τυπικές διαδικασίες (εικ. 3.47) : 1. Κατασκευή των οδηγών (εικ. 3.46) από οπλισμένο σκυρόδεμα, για την καθοδήγηση του σκαπτικού εργαλείου του γεωτρύπανου. 2. Εκσκαφή σε πρώτη φάση των άοπλων πασσάλων και σκυροδέτησή των. Συνήθως χρησιμοποιείται σκυρόδεμα μικρής αντοχής ώστε να κόβεται εύκολα. 3. Εκσκαφή των οπλισμένων πασσάλων ανάμεσα από τους άοπλους αποκόπτοντας τμήμα των, αριστερά και δεξιά. 4. Τοποθέτηση του σιδηρού οπλισμού και σκυροδέτηση του πασσάλου. Εικόνα 3.47 Βήματα κατασκευής πασσαλοδιαφραγμάτων 95

100 Τοίχοι τύπου Βερολίνου Μια άλλη -πιο αραιή- διάταξη αποτελούν οι -λεγόμενοι- τοίχοι τύπου Βερολίνου. Αυτός ο τρόπος αντιστήριξης εφαρμόζεται κυρίως σε συνεκτικά εδάφη, βραχώδη ή ημιβραχώδη, ή γενικά σε σταθερά εδάφη που δεν υπάρχει σημαντική υδροφορία. Το σύστημα αντιστήριξης αποτελείται από: 1. Τα κατακόρυφα στοιχεία (μεταλλικοί πάσσαλοι ή πάσσαλοι από οπλισμένο σκυρόδεμα), που τοποθετούνται σε απόσταση περίπου 1,5 έως 2,5 μέτρων μεταξύ των. 2. Το σύστημα ανάληψης των οριζόντιων φορτίων, το οποίο αποτελείται από προεντεταμένες αγκυρώσεις ή οριζόντιες αντηρίδες. 3. Το σανίδωμα («πέτσωμα») μεταξύ των κατακόρυφων πασσάλων που κατασκευάζεται σε φάσεις κατά τη πορεία των εκσκαφών και αποτελείται κυρίως από εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, (gunite) ή μερικές φορές από ξύλινες δοκούς. Η τυπική διαδικασία της κατασκευής ενός τοίχου Βερολίνου, περιλαμβάνει τις εξής φάσεις: 1 η φάση: Εγκατάσταση κατακόρυφων μεταλλικών πασσάλων ή κατασκευή φρεατοπασσάλων (εικ. 3.48). Εικόνα 3.48 Διάταξη φρεατοπασσάλων Τοποθέτηση οπλισμού 96

101 2 η φάση: Κατασκευή κεφαλόδεσμου (Προετοιμασία καθαρισμός σιδέρωμα έγχυση) (εικ. 3.49). Εικόνα 3.49 Κατασκευή κεφαλόδεσμου σε φρεατοπασσάλους 3 η φάση: Σταδιακή εκσκαφή, με λήψη μέτρων αγκύρωσης (κατασκευή προεντεταμένων αγκυρώσεων) (εικ. 3.50) ή αντιστήριξης (εφαρμογή εσωτερικού συστήματος αντιστήριξης με αντηρίδες) (εικ. 3.51) ή συνδυασμό τους (εικ. 3.52) και διάστρωση εκτοξευόμενου σκυροδέματος (εικ. 3.53) ή "σανίδωμα" με ξύλινες δοκούς (εικ. 3.54). Εικόνα 3.50 Διάτρηση αγκυρίων σε φρεατοπασσάλους 97

102 Εικόνα 3.51 Σταθμός Περιστερίου. Αντιστήριξη με μεταλλικές αντηρίδες (για την αποφυγή αγκυρώσεων που διασταυρώνονται) Εικόνα 3.52 Σταθμός Ανθούπολης. Η πρώτη σειρά κατασκευάστηκε με μεταλλικές αντηρίδες προς αποφυγή προβλημάτων με τα όμορα κτίσματα και τα δίκτυα Ο.Κ.Ω. Οι υπόλοιπες σειρές κατασκευάστηκαν με προεντεταμένες αγκυρώσεις. 98

103 Εικόνα 3.53 Τοποθέτηση οπλισμού (πλέγματα) και διάστρωση εκτοξευόμενου σκυροδέματος (Gunite) ανάμεσα σε μεταλλικούς πασσάλους Εικόνα 3.54 "Σανίδωμα" με ξύλινες δοκούς μεταξύ κατακόρυφων μεταλλικών πασσάλων (κλασσική μέθοδος "Βερολίνειου τοίχους") και εφαρμογή προεντεταμένων αγκυρώσεων μέσω οριζόντιων μεταλλικών δοκών διπλών UPN. 99

104 Διαφραγματικά τοιχώματα Οι διαφραγματικοί τοίχοι αποτελούν εναλλακτική περίπτωση των πασσαλότοιχων και έχουν εξελιχθεί σε ένα σημαντικό στοιχείο των υπόγειων κατασκευών. Χρησιμοποιούνται: - ως περιμετρικά τοιχώματα ορυγμάτων με υψηλές απαιτήσεις ακαμψίας - ως τοίχοι αντιστήριξης στην περίπτωση κατακρημνίσεων της εδαφικής επιφάνειας, στην κατασκευή λιμανιών, κατασκευή φρεάτων κλπ. - ως εξωτερική (μόνιμη) επένδυση ορυγμάτων για την περίπτωση κατασκευής μονού τοίχου - ως μεμονωμένο στοιχείο ποικίλου σχεδιασμού για την παραλαβή κατακόρυφων φορτίων ή λοξών εφελκυστικών δυνάμεων - ως καθαρά στεγανό τοίχωμα για την κατακόρυφη στεγανοποίηση του υπεδάφους, ιδίως σε φράγματα και αποθήκες απορριμμάτων. Αυτή η μέθοδος εφαρμόζεται κυρίως στις περιπτώσεις που ο υδροφόρος ορίζοντας είναι πάνω από την τελική στάθμη εκσκαφής και ιδιαίτερα: - σε αμμώδεις αμμοχαλικώδεις εδαφικούς σχηματισμούς υψηλής υδατοπερατότητας - σε μαλακούς αργιλικούς - ιλυώδεις εδαφικούς σχηματισμούς - αλλά ακόμη και σε ημιβραχώδεις σχηματισμούς, έντονα κερματισμένους, με υψηλή διαπερατότητα. Χαρακτηριστικό του τρόπου εκτέλεσης είναι, ότι η εκσκαφή γίνεται υπό την συνεχή υποστήριξη ενός θιξοτροπικού υγρού που συνήθως είναι κάποιο αιώρημα από μπεντονίτη και νερό, των οποίων η σύνθεση καθορίζεται ανάλογα με την περίπτωση. Οι εργασίες εκσκαφής πραγματοποιούνται με διάφορες μεθόδους σύμφωνα με το μηχάνημα που χρησιμοποιείται: - Αρπάγη σε συρματόσχοινα - Αρπάγη σε βάκτρο - Φρέζα διάτρησης με υδραυλική υποσκαφή - Φτυάρια σε υδραυλικούς εκσκαφείς - Συρτοί κάδοι σε εκσκαφείς με συρματόσχοινα 100

105 Τα στάδια κατασκευής των διαφραγματικών τοίχων είναι τα εξής: 1. Κατασκευή οδηγών διαφραγμάτων (guide walls). 2. Αφαίρεση εδαφικού υλικού (εκσκαφή φατνωμάτων) με χρήση αιωρήματος μπεντονίτη. 3. Τοποθέτηση Οπλισμού. 4. Έγχυση σκυροδέματος άντληση μπεντονίτη Κατασκευή οδηγών διαφραγμάτων (Οδηγά τοιχώματα) Η (προσωρινή) αυτή κατασκευή των οδηγών είναι ιδιαίτερα σημαντική για την επιτυχή κατασκευή των τοίχων. Κατασκευάζονται με επιτόπου έγχυση σκυροδέματος ή είναι προκατασκευασμένα τεμάχια και έχουν κατά κύριο λόγο τις ακόλουθες λειτουργίες: - Καθοδήγηση της αρπάγης εκσκαφής - Υποστήριξη της ανώτερης εδαφικής περιοχής - Εξισορρόπηση των διακυμάνσεων της στάθμης του υποστηρικτικού υγρού - Ανάρτηση του σιδηρού οπλισμού και των μεταλλικών σωλήνων σκυροδέτησης (Tremie Pipe) Τα οδηγά τοιχώματα μπορούν να λάβουν διάφορες μορφές διατομών (εικ. 3.55). Εικόνα 3.55 Μορφές οδηγών τοιχωμάτων για την περίπτωση της επί τόπου έγχυσης. (Όπου, α = εσωτερική απόσταση των οδηγών τοιχωμάτων) a) Οδηγά τοιχώματα για σταθερά εδάφη και φυσιολογική καταπόνηση από τα μηχανήματα εκσκαφής b) Οδηγά τοιχώματα για μη συνεκτικά εδάφη και φυσιολογική καταπόνηση από τα μηχανήματα εκσκαφής c) Οδηγά τοιχώματα για σταθερά εδάφη και υψηλή καταπόνηση από τα μηχανήματα εκσκαφής d) Οδηγά τοιχώματα για σταθερά εδάφη και φυσιολογική καταπόνηση από τα μηχανήματα εκσκαφής Για την κατασκευή τους, προηγείται εκσκαφή σε πλάτος μεγαλύτερο του συνολικά απαιτούμενου πλάτους των οδηγών και του τοίχου. Κατόπιν, με τη χρήση γεωδαιτικού οργάνου προσδιορίζεται και επισημαίνεται η ακριβής θέση για το στήσιμο των καλουπιών που μπορεί να είναι εγκατάσταση κοινών ξυλοτύπων ή 101

106 προσωρινή τοποθέτηση μεταλλοτύπων (εικ. 3.56) που μετά από την σκυροδέτηση και το πέρας κατάλληλου χρονικού διαστήματος αφαιρούνται για να τοποθετηθούν σε νέα θέση. Η εξασφάλιση της κατακορυφότητας των καλουπιών επιτυγχάνεται με χρήση αλφαδιού. Πριν την σκυροδέτηση των οδηγών, σε κάθε περίπτωση, προηγείται ο σχηματισμός του οπλισμού τους που συχνά αποτελείται απλώς από μια σχάρα. Εικόνα 3.56 Λίπανση μεταλλότυπου για την αποτροπή συγκόλλησής του με το σκυρόδεμα Το ύψος των οδηγών εξαρτάται από τα τοπικά δεδομένα και ανέρχεται γενικά σε 1,20 μέχρι 1,50m. Ο πόδας του οδηγού τοιχώματος θα πρέπει να εδράζεται πάνω σε σταθερό έδαφος (-για προκατασκευασμένα τεμάχια, πάνω σε σταθεροποιητικές στρώσεις αδρανών), ώστε να αποφεύγονται φαινόμενα έκπλυσης κάτω από τον πόδα του οδηγού τοιχώματος κατά την φάση εκσκαφής των φατνωμάτων. Σημειώνεται επίσης ότι η ελεύθερη απόσταση των τοιχωμάτων των οδηγών που ορίζουν την θέση εκσκαφής του φατνώματος, πρέπει να είναι 4-5cm μεγαλύτερη από το πάχος του διαφραγματικού τοίχου. Μετά την κατασκευή τους, τα οδηγά τοιχώματα γεμίζονται με έδαφος ή αντιστηρίζονται με αντηρίδες, ώστε να κρατηθούν σε σταθερή θέση Εκσκαφή φατνωμάτων Με την βοήθεια κάποιου από τα μηχανήματα που αναφέρθηκαν παραπάνω γίνεται η αφαίρεση του εδαφικού υλικού κατά φατνώματα. Για την κατασκευή κάθε φατνώματος, αφού το μηχάνημα αφαιρέσει το υλικό μέχρι το απαιτούμενο βάθος, κινείται παράλληλα προς το μήκος του φατνώματος τόσο όσο χρειάζεται για να πετύχει το επιθυμητό πλάτος φατνώματος σύμφωνα με την μελέτη, και σκάβει πάλι μέχρι το κατάλληλο βάθος. Εφόσον το μηχάνημα διαθέτει άκαμπτο κατακόρυφο 102

107 Εικόνα 3.57 Υδραυλική αρπάγη προσαρτημένη σε άκαμπτο οδηγό οδηγό (εικ. 3.57), πριν από την έναρξη εκσκαφής του εδαφικού υλικού γίνεται πάντα ο ανάλογος έλεγχος της κατακορυφότητας του άκαμπτου οδηγού με χρήση αλφαδιού. Για την προσωρινή αντιστήριξη των κατακόρυφων σκαμμένων παρειών και καθ όλη τη διάρκεια της εκσκαφής, είναι απαραίτητη η χρήση αντιστηρικτικού υγρού, του οποίου βασικό συστατικό είναι ο μπεντονίτης. Το μπεντονιτικό αυτό αιώρημα πρέπει να είναι κατάλληλης σύνθεσης και να έχει σαφώς καθορισμένα χαρακτηριστικά: Ο μπεντονίτης, που φτάνει στο εργοτάξιο σε ξηρή μορφή σκόνης μέσα σε σάκους (εικ. 3.58), αναμιγνύεται στη δεξαμενή παρασκευής με καθαρό νερό το οποίο πρέπει να έχει ph μεταξύ 7,0 και 8,5. Έτσι δημιουργείται αιώρημα το οποίο εξασφαλίζει την ευστάθεια του σκάμματος για την περίοδο που είναι αναγκαία, από την έναρξη της διάτρησης μέχρι την ολοκλήρωση της σκυροδέτησης. Εικόνα 3.58 Σάκοι μπεντονίτη σε ξηρή μορφή Εικόνα 3.59 Δεξαμενή ωρίμανσης μπεντονιτικού αιωρήματος Το νερό που χρησιμοποιείται πρέπει να είναι απαλλαγμένο από οξέα, αλκάλια και μεγάλες ποσότητες αλάτων ή άλλων οργανικών ουσιών. Η θερμοκρασία μάλιστα του νερού, αλλά και του μπεντονιτικού διαλύματος δεν πρέπει να είναι χαμηλότερη των 5 C. Το νεοπαρασκευασθέν αιώρημα μεταφέρεται με αντλία από τη δεξαμενή παρασκευής, στη δεξαμενή ωρίμανσης (εικ. 3.59) όπου μετά από 6 έως 12 ώρες αποκτά τις ιδιότητές του. Κατά τη διάρκεια της ωρίμανσης το διάλυμα πρέπει να αναδεύεται ανά τακτά χρονικά διαστήματα έτσι ώστε να βελτιστοποιηθούν ορισμένες από τις ιδιότητές του όπως η πυκνότητα και το ιξώδες. Επίσης πραγματοποιούνται οι 103

108 απαιτούμενες δοκιμές σε δείγματα του αιωρήματος έτσι ώστε να αποδειχθεί κατάλληλο για χρήση. Για τον έλεγχο των ιδιοτήτων του αιωρήματος διεξάγονται συγκεκριμένοι έλεγχοι. Οι έλεγχοι αυτοί πραγματοποιούνται με κατάλληλα όργανα (κατά ISO 9001) σύμφωνα με τον κανονισμό ΕΝ 1538 και τις σχετικές προδιαγραφές που ορίζει το Αμερικανικό Ινστιτούτο Πετρελαίου (A.P.I. Recommended Practice Standard Procedure for Testing Water-Based Drilling Fluids, Practice 13B-1). Οι προϋποθέσεις που πρέπει να πληροί το αιώρημα ορίζονται από τις τιμές των χαρακτηριστικών ιδιοτήτων του κατά pren 1536 και παρουσιάζονται στον πίνακα 3.4. Οι επιτρεπόμενες τιμές διαφοροποιούνται ανάλογα με τρεις καταστάσεις: Νεοπαρασκευασθέν αιώρημα, χρησιμοποιούμενο αιώρημα, και αιώρημα πριν την σκυροδέτηση. Πίνακας 3.4 Επιτρεπόμενες τιμές μπεντονιτικού αιωρήματος Ιδιότητες Μονάδα Όρια Όρια Πριν την Μπεντονίτη Μέτρησης Καθαρού Χρησιμοποιημένου σκυροδέτηση Πυκνότητα gr/cm 3 <1,10 <1,25 <1,25 Ιξώδες Sec Περιεκτικότητα σε άμμο % κ.ο. Δεν εφαρμόζεται ph Δεν εφαρμόζεται <5 Δεν εφαρμόζεται Κατά τη διάρκεια της σκυροδέτησης αντλείται το χρησιμοποιημένο διάλυμα και μεταφέρεται στη δεξαμενή καθίζησης. Στη συνέχεια διοχετεύεται σε σύστημα απαμμώσεως και τελικά οδηγείται στη δεξαμενή ωρίμανσης για να ξαναχρησιμοποιηθεί. Παρά τη διαδικασία απαμμώσεως, το διάλυμα αυτό παρουσιάζει αυξημένη περιεκτικότητα σε άμμο και μετά από αρκετές επαναλήψεις η πυκνότητα του διαλύματος θα αποκτήσει τιμές μη αποδεκτές. Σε αυτή την περίπτωση η δεξαμενή εκκενώνεται και καθαρίζεται. Παρόλα αυτά, οι τιμές του πίνακα 3.4 μπορούν να αναπροσαρμοστούν σε περιπτώσεις όπως: Εδάφη με υψηλή διαπερατότητα Αρτεσιανές συνθήκες Πολύ μαλακά εδάφη Παρουσία αλμυρού νερού 104

109 Κατασκευή και τοποθέτηση οπλισμού Σε ιδιαίτερη θέση στο εργοτάξιο, γίνεται η συναρμολόγηση των οπλισμών των διαφραγματικών τοίχων σε κατάκλιση, σύμφωνα με τα σχέδια που της μελέτης. Κατασκευάζονται κατά αυτόν τον τρόπο οι κλωβοί οπλισμών που αντιστοιχούν σε κάθε φάτνωμα. Είναι ιδιαίτερα σημαντικό κατά την άρση και τοποθέτηση του οπλισμού να περιοριστούν οι παραμορφώσεις του κλωβού. Για να αυξηθεί η δυσκαμψία, οι κλωβοί ενισχύονται με ράβδους διαγώνιου και εγκάρσιου οπλισμού σε κατάλληλη διάταξη και συγκολλούνται. Επίσης κατά την συναρμολόγηση του οπλισμού, αν η μελέτη προβλέπει περάσματα αγκυρώσεων ή αντιστήριξη με αντηρίδες, τοποθετούνται σωλήνες από PVC (εικ. 3.60) για την πρώτη περίπτωση ή συγκολλείται μεταλλική βάση (εικ. 3.61) πάνω στον έτοιμο κλωβό για την δεύτερη, στις θέσεις όπου πρόκειται να περάσουν οι αγκυρώσεις ή να εδραστούν οι αντηρίδες αντίστοιχα, σύμφωνα πάντα με τα σχέδια της μελέτης. Ο έτοιμος κλωβός ανυψώνεται με γερανό για να μεταφερθεί στη θέση που πραγματοποιήθηκε η αφαίρεση του εδαφικού υλικού. Η ανύψωση αυτή γίνεται με την προσάρτηση από το γερανό μιας δοκού διατομής І από τα άκρα της οποίας αναρτάται σε συγκεκριμένες θέσεις ο κλωβός. Με αυτή την διάταξη, μικραίνει ακόμα περισσότερο η παραμόρφωση του κλωβού. Κατά την σταδιακή βύθιση του σιδηρού οπλισμού μέσα στο φάτνωμα, ανά 4m βύθισης τοποθετούνται προκατασκευασμένοι αποστατήρες από σκυρόδεμα, ώστε να εξασφαλιστεί η επικάλυψη των οπλισμών από σκυρόδεμα κατά την σκυροδέτηση. Επίσης, όπου συναντώνται οι σωλήνες από PVC, φράζεται η διατομή του σωλήνα με πολυστυρένιο (φελιζόλ) ώστε να μην διεισδύσει σκυρόδεμα μέσα στο σωλήνα (εικ. 3.60). Εικόνα 3.60 Λεπτομέρεια της πρόβλεψης για αγκύρωση και του προκατασκευασμένου αποστατήρα από σκυρόδεμα Εικόνα 3.61 Συγκολλημένη μεταλλική πλάκα για την έδραση αντηρίδας Όταν ο κλωβός έχει φτάσει σε μικρή απόσταση από τον πυθμένα (της τάξης των λίγων εκατοστών του μέτρου), σταθεροποιείται με σίδερα που τον διαπερνούν 105

110 εγκάρσια και εδράζονται στους οδηγούς (εικ. 3.62). Στη συνέχεια τοποθετείται ο μεταλλικός αρμός στα άκρα του φατνώματος (εφόσον τα εκατέρωθεν πανέλα δεν έχουν κατασκευαστεί) και ακολουθεί η σκυροδέτηση. Η επιφάνεια του μεταλλικού αρμού που έρχεται σε επαφή με το σκυρόδεμα, λιπαίνεται ομοίως με τους μεταλλότυπους κατασκευής των οδηγών για τους ίδιους λόγους. Εικόνα 3.62 Ανάρτηση του κλωβού με εγκάρσιες μεταλλικές ράβδους πάνω στους οδηγούς και τοποθέτηση αρμού στο άκρο του φατνώματος Είναι σημαντικό να τονιστεί ότι μέχρι να αρχίσει η σκυροδέτηση, το μπεντονιτικό αιώρημα ελέγχεται ως προς τις ιδιότητές του, ενώ παράλληλα πραγματοποιείται ανακύκλωσή του υλικού μέσω αποαμμωτών ώστε να διασφαλιστεί η ποιότητα του διαλύματος Σκυροδέτηση των διαφραγματικών στοιχείων (Πανέλα) Η σκυροδέτηση του εκάστοτε στοιχείου πραγματοποιείται με τη μέθοδο του βυθιζόμενου σωλήνα (Tremie Pipe). Σύμφωνα με αυτή τη μέθοδο, μέσα στην εκσκαμμένη διατομή στην οποία έχει τοποθετηθεί ο οπλισμός και είναι πλήρης διαλύματος μπεντονίτη, βυθίζεται μεταλλικός σωλήνας (εικ. 3.63), που έχει συνολικό μήκος, λίγο περισσότερο από αυτό του κατασκευαζόμενου στοιχείου, και στο κάτω άκρο του φέρει τάπα για να εμποδιστεί η διείσδυση του διαλύματος μπεντονίτη μέσα στο σωλήνα. Εικόνα 3.63 Τοποθέτηση σωλήνα Tremie 106

111 Ο σωλήνας δεν είναι ενιαίος, αλλά αποτελείται από τμήματα μήκους μισού περίπου μέτρου που συνδέονται μεταξύ τους. Στο άνω άκρο του, προσαρμόζεται χοάνη (εικ. 3.64) μέσω της οποίας άγεται το σκυρόδεμα μέσα στον σωλήνα. Με τη μέθοδο αυτή το σκυρόδεμα δεν ρίχνεται από την επιφάνεια, γεγονός που θα προκαλούσε απόμιξη του σκυροδέματος, αλλά μέσω του σωλήνα μεταφέρεται στον πυθμένα της οπής όπου πραγματοποιείται η διάστρωση. Εικόνα 3.64 Τοποθέτηση της χοάνης στην κεφαλή του σωλήνα Tremie. Ο σωλήνας στηρίζεται στους οδηγούς Αρχικά ο σωλήνας είναι εδρασμένος στον πυθμένα του φατνώματος, ενώ για να αρχίσει η σκυροδέτηση, ο σωλήνας ανέρχεται κατά 0,1m. Κατά τη διάρκεια της διάστρωσης πρέπει το κάτω άκρο του σωλήνα να διατηρείται τουλάχιστον 1,5m κάτω από το επίπεδο στο οποίο έχει φτάσει το σκυρόδεμα. Εν συνεχεία, καθώς ανεβαίνει η στάθμη του σκυροδέματος, ο σωλήνας ανασύρεται και κατά τμήματα αφαιρείται μέρος του από την κορυφή. Ιδιαίτερα σημαντική είναι η αποφυγή ανάπτυξης οριζοντίου αρμού, δηλαδή η διασφάλιση της συνέχειας της σκυροδέτησης. Δεν επιτρέπεται διακοπή της σκυροδέτησης για διαστήματα μεγαλύτερα των 30min. Σε περίπτωση μικρής διακοπής της διάστρωσης πρέπει να χρησιμοποιούνται επιβραδυντικά πήξης. Στην επιτυχή διεξαγωγή της εργασίας αυτής είναι πολύ σημαντική η οργάνωση του εργοταξίου και οι εντολές του επιβλέποντος μηχανικού, ώστε αφενός μεν να υπάρχουν οι απαραίτητες ποσότητες σκυροδέματος για τη φάση της σκυροδέτησης, αφετέρου δε ο ρυθμός της αφαίρεσης του εδαφικού υλικού να μην είναι μεγαλύτερος από τον ρυθμό σκυροδέτησης. Καθώς πραγματοποιείται η διάστρωση του σκυροδέματος και ανέρχεται η στάθμη του, αντλίες συλλέγουν το διάλυμα μπεντονίτη από την επιφάνεια και το οδηγούν στη δεξαμενή αποθήκευσης, αφού βέβαια γίνουν οι απαραίτητοι έλεγχοι και οι διαδικασίες εξυγίανσης του. Όταν το πλάτος του φατνώματος είναι μεγαλύτερο των 5m, πρέπει να διασφαλίζεται η ομοιόμορφη ανοδική κίνηση του σκυροδέματος που σύμφωνα με τις τεχνικές προδιαγραφές το μέγιστο επιτρεπόμενο μήκος διάνυσης είναι τα 2,5m (προς κάθε 107

112 πλευρά). Για τον λόγο αυτό, στις συγκεκριμένες περιπτώσεις απαιτούνται 2 σωλήνες Tremie που μοιράζονται στο πλάτος του φατνώματος (εικ. 3.65). Οι τεχνίτες που εκτελούν τη σκυροδέτηση, φροντίζουν κατά τακτά χρονικά διαστήματα να τροφοδοτούν εναλλασσόμενα τις δύο χοάνες. Εικόνα 3.65 Χρήση δύο σωλήνων σε φάτνωμα μεγάλου μήκους Τέλος, το ύψος της σκυροδέτησης πραγματοποιείται υψηλότερα από την οριστική στάθμη του πανέλου, ώστε αργότερα κατά τις εργασίες γενικών εκσκαφών, το τμήμα αυτό αποκόπτεται για να αποκαλυφθεί το υγιές σκυρόδεμα. Οι εκσκαφές ξεκινούν μετά το πέρας κατάλληλης περιόδου ώστε να πήξει το σκυρόδεμα και να αποκτήσει ικανοποιητικές αντοχές. Η αφαίρεση των έγχυτων οδηγών γίνεται με σφύρα και ακολουθεί σταδιακή εκσκαφή όπως στις περιπτώσεις των πασσαλοφραγμάτων, με λήψη των απαραίτητων μέτρων αντιστήριξης Ένθετο φωτογραφικό υλικό έργων αντιστήριξης (πηγή: Έργα Αντιστήριξης. Ημερίδα Συλλόγου Πολιτικών Μηχανικών Ελλάδας, 2010) Εικόνα 3.66 Αντιστήριξη με αγκυρώσεις που διασταυρώνονται 108

113 Εικόνα 3.67 Διαφραγματική Αρπάγη (Μπένα) σε συρματόσχοινα Εικόνα 3.68 Κατασκευή οδηγών διαφράγματος 109

114 Εικόνα 3.69 Δίκτυο Μπεντονιτικού αιωρήματος Εικόνα 3.70 Κατασκευή και τοποθέτηση οπλισμού διαφραγματικού πανέλου 110

115 Εικόνα 3.71 Εκσκαφή εδαφικού υλικού μεταξύ των οδηγών του διαφραγματικού τοίχου με ταυτόχρονη ανακύκλωση μπεντονιτικού αιωρήματος Εικόνα 3.72 Διαφραγματικός τοίχος «Fashion Car» στην Πειραιώς (Καμίνια) Εσωτερικό σύστημα αντιστήριξης με μεταλλικές αντηρίδες και κεντρικούς μεταλλικούς πασσάλους 111

116 Εικόνα 3.73 Αλληλοτεμνόμενοι πάσσαλοι (3 υπόγεια στην Ακτή Κονδύλη στην Μάργα του Πειραιά) Αντιστήριξη 1ης σειράς με προεντεταμένες αγκυρώσεις και 2ης σειράς με μεταλλικές αντηρίδες Εικόνα 3.74 Αλληλοτεμνόμενοι πάσσαλοι (3 υπόγεια στην Ακτή Κονδύλη στην Μάργα του Πειραιά) Αντιστήριξη 1ης και 2ης σειράς με μεταλλικές αντηρίδες 112

117 Εικόνα 3.75 Αλληλοτεμνόμενοι πάσσαλοι (2 υπόγεια στην Πλατεία Αγίου Νικολάου στον Βόλο) Μία σειρά μεταλλικών αντηρίδων Εικόνα 3.76 Διαφραγματικός τοίχος με πανέλα πάχους 60cm και βάθος εκσκαφής 12m (Ακτή Ποσειδώνος στο Μοσχάτο) Δύο σειρές μεταλλικών αντηρίδων 113

118 Εικόνα 3.77 Διαφραγματικός τοίχος (Hondos Center) στην Πάτρα Μία σειρά μεταλλικών αντηρίδων Εικόνα 3.78 Αλληλοτεμνόμενοι μικροπάσσαλοι (2 υπόγεια) Δικαστικού Μεγάρου Τρικάλων Δύο σειρές προεντεταμένων αγκυρώσεων 114

119 Εικόνα 3.79 Διαφραγματικό Τοίχος (Κτίριο Stefanescu) στο Βουκουρέστι Ρουμανίας Εικόνα 3.80 Διαφραγματικός τοίχος (Κτίριο Delea Ceche) στο Βουκουρέστι Ρουμανίας 115

120 Εικόνα 3.81 Τοίχος Βερολίνου (Κτίριο ALPHA BANK) στη Λεωφόρο Αθηνών Εικόνα 3.82 Τοίχος Βερολίνου (Κτίριο Αγροτικής Ασφαλιστικής) στη Λεωφόρο Συγγρού 116