Το νέο, αναθεωρηµένο, σύστηµα γεωτεχνικής ταξινόµησης GSI για ετερογενείς σχηµατισµούς, όπως ο φλύσχης

Transcript

1 Το νέο, αναθεωρηµένο, σύστηµα γεωτεχνικής ταξινόµησης GSI για ετερογενείς σχηµατισµούς, όπως ο φλύσχης The New, Revised, Geotechnical Classification GSI System for Heterogeneous Rock Masses, such as Flysch ΜΑΡΙΝΟΣ, Π. Β. ρ. Ε.Μ.Π., Τοµέας Γεωτεχνικής, Σχολή Πολ. Μηχ/κών, Γεωλόγος Παν/µιου Αθηνών ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Ο φλύσχης, σχηµατισµός µε έντονη ετερογένεια στη δοµή του και, σε ορισµένους τύπους του, πολύ ασθενής σχηµατισµός, απαιτεί ιδιαίτερη γεωτεχνική ταξινόµηση σύµφωνα µε τα τεχνικογεωλογικά χαρακτηριστικά που παρουσιάζει. Στην εργασία παρουσιάζεται το νέο αναθεωρηµένο διάγραµµα GSI για ετερογενείς βραχόµαζες, τόσο ως προς τις τιµές του δείκτη, όσο και ως προς την προσθήκη νέων τύπων που συναντώνται στη φύση, έπειτα από την ανάλυση στοιχείων µελέτης και κατασκευής 13 σηράγγων σε µεγάλη ποικιλία γεωλογικών συνθηκών. ABSTRACT: Flysch with high heterogeneity in its structure and in some types with very weak,,rock masses needs a particular geotechnical classification according to the engineering geological characteristics it presents. In this paper the new revised GSI system for heterogeneous rock masses is being presented, with new values and new types that meet in nature. Data from the design and construction of 13 tunnels in a wide variety of different geological conditions were assessed for this purpose. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο γεωτεχνικός σχεδιασµός απαιτεί τον αριθµητικό προσδιορισµό µίας σειράς γεωτεχνικών ιδιοτήτων και παραµέτρων του γεωυλικού για την ασφαλή και ρεαλιστική διαστασιολόγηση των τεχνικών έργων. Ενας τέτοιος προσδιορισµός για τις παραµέτρους µιας βραχόµαζας µπορεί να γίνει µε: α) εργαστηριακές δοκιµές, β) επιτόπου δοκιµές, γ) χρήση γεωτεχνικών ταξινοµήσεων (GSI, RMR, Q, κλπ) και δ) ανάστροφες αναλύσεις. Ως προς τις δοκιµές, τα δείγµατα δεν είναι δυνατόν να είναι πάντα αντιπροσωπευτικά της βραχόµαζας λόγω διαταραχής και ετερογένειας. Επιπροσθέτως, δεν είναι δυνατό να εκτελούνται επιτόπου δοκιµές σε κάθε περίπτωση τεχνικού έργου kατά την διάρκεια της µελέτης του, πρίν την κατασκευή του. Οι ανάστροφες αναλύσεις είναι ασφαλώς ο καλύτερος τρόπος εκτίµησης των γεωτεχνικών παραµέτρων αν µπορούν να γίνουν. Στις σήραγγες, π.χ. µπορούν αφού όµως έχει ήδη ξεκινήσει η κατασκευή αλλά πιά για επιβεβαίωση των παραδοχών του σχεδιασµού ή για τυχόν µικρές προσαρµογές του. Η απαίτηση λοιπόν αυτή ικανοποιείται σήµερα σε µεγάλο βαθµό κυρίως από την εξέλιξη της τεχνικογεωλογικής έρευνας ως προς την πρόσδωση τιµών, µέσω συστηµάτων γεωτεχνικής ταξινόµησης. Τα συστήµατα αυτά στην αρχή δηµιουργήθηκαν για την εκτίµηση της υποστήριξης υπογείων έργων ως εµπειρικός σχεδιασµός. Στη βάση µιας τέτοιας προσέγγισης έχουν κατασκευαστεί παγκοσµίως µε επιτυχία εκατοντάδες χιλιόµετρα σηράγγων. Πιο πρόσφατα όµως, άρχισαν να αλλάζουν τα εργαλεία σχεδιασµού των τεχνικών έργων µε τις αριθµητικές µεθόδους που υπάρχουν σήµερα να επιτρέπουν την ανάλυση της προοδευτικής αστοχίας της περιβάλλουσας βραχόµαζας και της αλληλοεπίδρασης µε την υποστήριξη Ωστόσο, αυτά τα αριθµητικά µέσα απαιτούν αξιόπιστα δεδοµένα για τις ιδιότητες της βραχοµάζας που περιβάλλει µια σήραγγα, ένα πρανές, ή µια θεµελίωση. Προέκυψε λοιπόν η 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 1

2 ανάγκη για κάποια µέθοδο εκτίµησης των ιδιοτήτων της βραχοµάζας από τις ιδιότητες του άρρηκτου πετρώµατος και από τα χαρακτηριστικά των ασυνεχειών της βραχοµάζας. Έτσι το κριτήριο αστοχίας της βραχόµαζας, το οποίο ανέπτυξαν οι Hoek και Brown κρίθηκε πως θα ήταν χωρίς αξία εάν δεν µπορούσε να συνδυαστεί µε άµεσες παρατηρήσεις της τεχνικής γεωλογίας για τη φύση και τη δοµή της βραχόµαζας. Στα πλαίσια αυτά, δηµιουργήθηκε η ταξινόµηση GSI (Geological Strength Index = Γεωλογικός είκτης Αντοχής) και συνδέεται αριθµητικά µε το κριτήριο αστοχίας Hoek Brown. Ο δείκτης GSI επεκτάθηκε στη συνέχεια και για τις ασθενείς βραχόµαζες από τους Hoek, Marinos and Benissi (1998) και για ετερογενείς βραχόµαζες όπως ο φλύσχης (Marinos and Hoek 2001). Η ιδιαιτερότητα των φλυσχικών σχηµατισµών επικεντρώνεται στην ποικίλουσα ετερογένεια, στην συµµετοχή λιθολογικών µελών µε χαµηλή αντοχή µέσα στις βραχόµαζες που διαµορφώνουν και στην τεκτονική διαταραχή, έως καταστροφή, της αρχικής δοµής. Η ποιότητα του φλύσχη µπορεί λοιπόν να εµφανίζεται αδιατάρακτη, ελαφρώς πολύ κερµατισµένη, έντονα διατµηµένη ή και µε χαοτική δοµή. Λόγω των πτωχών του γενικά ιδιοτήτων και ασαφειών στο γεωτεχνικό του χαρακτηρισµό, ο φλύσχης µπορεί να δηµιουργεί δυσκολίες στο σχεδιασµό και κατασκευή των τεχνικών έργων. Στον Ελλαδικό χώρο ο φλύσχης ή οι φλυσχοειδείς σχηµατισµοί απαντώνται σε πλήθος περιοχών. Στην παρούσα έρευνα αναλύθηκαν στοιχεία από το σχεδιασµό και την κατασκευή 13 σηράγγων της Εγνατίας Οδού. Για το σκοπό αυτό δηµιουργήθηκε µία κεντρική τράπεζα δεδοµένων, η οποία ονοµάστηκε «Σύστηµα Ανάλυσης Πληροφοριών Σηράγγων» - TIAS (Tunnel Information Analysis System) (Μαρίνος, 2007) όπου συγκεντρώθηκαν, επεξεργάστηκαν και εισήχθησαν ένα πολύ µεγάλο πλήθος δεδοµένων, τα οποία αναλύθηκαν ώστε να αποτελέσουν πηγή για την εξαγωγή πληροφοριών συσχετίσεων και συµπερασµάτων. Οι ποικίλες γεωλογικές συνθήκες κάτω από διαφορετικό κάθε φορά τασικό περιβάλλον, τόσο σε ήπιο όσο και σε έντονο τεκτονισµό, προσέφεραν πληθώρα πληροφοριών που αφορούν στις τεχνικογεωλογικές συνθήκες αλλά και στη γεωτεχνική συµπεριφορά των διαφόρων τύπων βραχόµαζας του σχηµατισµού αυτού. Οι συµπεριφορές αυτές αναλύθηκαν και αξιολογήθηκαν µε στόχο την τεχνικογεωλογική και γεωτεχνική θεώρηση κάθε τύπου φλυσχικής βραχόµαζας. 2. ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΠΡΟΤΥΠΟ ΦΛΥΣΧΗ 2.1 Γενικά Ο φλύσχης αποτελείται από κλαστικά ιζήµατα και συνδέεται µε την τεκτονική εξέλιξη µιας λεκάνης ιζηµατογένεσης. Κλείνει τον κύκλο ιζηµατογένεσης πριν την παροξυσµική πτύχωση και ορογένεση της λεκάνης, αφού είχε ήδη προηγηθεί χέρσευση στη γειτονική περιοχή που προσέφερε τα κλαστικά υλικά από τη διάβρωσή της. Λιθολογικά ο φλύσχης, αποτελείται από συνεχείς εναλλαγές στρωµάτων ψαµµίτη και λεπτόκοκκων πηλιτικών στρωµάτων µε διαφορετικά πάχη και ποικίλουσα αναλογία στη συµµετοχή τους µε αποτέλεσµα να παρουσιάζονται εναλλαγές διαφόρων λιθολογικών τύπων φλύσχη. Οι πιο συνηθισµένοι είναι αυτοί του παχυστρωµατώδη ψαµµίτη, των τυπικών εναλλαγών ψαµµίτη-ιλυολίθου και της ιλυολιθικής µάζας µε λεπτές ενστρώσεις Σπανιώτερα µπορεί να απαντώνται και κροκαλοπαγή. Η ιδιαιτερότητα των φλυσχικών σχηµατισµών επικεντρώνεται στην ποικίλουσα ετερογένεια κα την τεκτονική καταπόνηση. Ο φλύσχης διαµορφώνει ως εκ τούτου ασθενείς και σύνθετες βραχόµαζες σύµφωνα µε τα παρακάτω τεχνικογεωλογικά χαρακτηριστικά: Σύνθετη βραχόµαζα Εναλλαγές στρωµάτων από ικανούς - µεγάλης γενικά αντοχής ψαµµίτες και µη ικανούς - µικρής γενικά αντοχής ιλυολίθους ή, αργιλικούς σχιστολιθους. Έντονη γενικά στρωσιγένεια, διακριτοποιηµένη και µε τα επίπεδα στρώσης να δηµιουργούν ασυνέχειες µε µεγάλη εµµονή και µικρή γενικά αντοχή, λόγω του ιλυολιθικού υλικού Ποικίλα πάχη στρωµάτων (λεπτοστρωµατώδης δοµή, κλίµακας cm έως παχυστρωµατώδης, κλίµακας µέτρων) Τεκτονική διαταραχή που µεταβάλλει την αρχική δοµή και µπορεί να δηµιουργήσει τεκτονικά µίγµατα και χαοτικές δοµές Ασθενής βραχόµαζα Παρουσία αργιλικών πετρωµάτων Έντονη τεκτονική καταπόνηση που υποβαθµίζει, λόγω ρωγµάτωσης και 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 2

3 διατµήσεων, την όποια αρχική ποιότητα της βραχόµαζας Αποσάθρωση των ιλυολιθικών - αργιλικών µελών και επιδεκτικότητα αυτών στο φαινόµενο της σχιστοποίησης - σχάσης (slaking) Επίδραση του νερού στην υποβάθµιση της ποιότητας, σηµαντική για τα ιλυολιθικά - αργιλικά µέλη του σχηµατισµού 2.2 Τύποι Βραχοµαζών Φλύσχη Για την αξιολόγηση των τεχνικογεωλογικών χαρακτηριστικών και του γεωτεχνικού χαρακτηρισµού, των βραχοµαζών του φλύσχη, διακριτοποιήθηκαν και ταξινοµήθηκαν σε συγκεκριµένους τύπους λαµβάνοντας υπόψη τα παραπάνω χαρακτηριστικά (Σχήµα 1). Σχήµα 1. Τύποι βραχοµαζών φλύσχη Figure 1. Flysch rock mass types 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 3

4 3. ΝΕΟ ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗΣ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ GSI ΓΙΑ ΕΤΕΡΟΓΕΝΕΙΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΕΣ 3.1 Γενικά Ο φλύσχης ως σύνθετος και σε ορισµένους τύπους του πολύ ασθενής σχηµατισµός µε έντονη ετερογένεια στη δοµή του, απαιτεί ιδιαίτερη γεωτεχνική ταξινόµηση σύµφωνα µε τα τεχνικογεωλογικά χαρακτηριστικά που παρουσιάζει. Μία τέτοια ταξινόµηση έγινε µε τις αρχές εισαγωγής του συστήµατος GSI για τις ετερογενείς βραχόµαζες από τους Marinos και Hoek (2001). Οι αρχές της ταξινόµησης αυτής, όπως ισχύει και µέχρι σήµερα, βασίζεται στην κατά περίπτωση επικράτηση του ψαµµίτη ή του ιλυολίθου (ή αργιλικού σχιστολίθου) και στην τεκτονική διαταραχή του σχηµατισµού στο σύνολό του. Η εµπειρία διάνοιξης 13 σηράγγων σε περιβάλλον φλύσχη και η καταγραφή των αστοχιών και των παραµορφώσεων οδήγησε στην αξιολόγηση και επαναθεώρηση των τιµών GSI για κάθε τύπο βραχόµαζας. Κατά την κατασκευή των σηράγγων εφαρµόστηκαν ελαφρύτερες έως αρκετά ελαφρύτερες διατοµές υποστήριξης σε βραχόµαζες αδιατάρακτης, µέτριας και διαταραγµένης δοµής, καθώς µετρήθηκαν µικρότερες συγκλίσεις. Οι εφαρµοσθείσες διατοµές αντιστοιχούν σε υψηλότερες τιµές GSI και σε συνδυασµό µε τα τεχνικογεωλογικά χαρακτηριστικά κάθε βραχόµαζας φλύσχη που καταγράφησαν στα µέτωπα χαρτογράφησης, προτείνονται αλλαγές στο διάγραµµα ταξινόµησης GSI για τις ετερογενείς βραχόµαζες. Με βάση λοιπόν τη διακριτοποίηση των διαφόρων µορφών του φλύσχη που παρουσιάσθηκε στην προηγούµενη παράγραφο και κατόπιν των ανωτέρω παρατηρήσεων, προτείνεται το νέο διάγραµµα για τη βαθµονόµηση των ετερογενών σχηµατισµών, όπως του φλύσχη. Το νεό διάγραµµα παρουσιάζεται στο Σχήµα 2. Το σύστηµα GSI που προτείνεται για τον ετερογενή σχηµατισµό του φλύσχη έχει αρκετές διαφορές στις τιµές που προτείνει για κάθε βραχόµαζα σε σχέση µε το παλιό, χωρίς όµως να αλλάζει τη φιλοσοφία του. Στο διάγραµµα αυτό προτείνονται αυξήσεις των τιµών του GSI από 10 αλλά και έως και 35 για τις µέτρια διαταραγµένες έως αδιατάρακτες δοµές αντίστοιχα. Οι διαφορές στις τιµές αυτές παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. Πίνακας 1. ιαφορές µεταξύ των διαγραµµάτων του 2001 και του νέου προτεινοµένου για το δείκτη GSI για ετερογενείς βραχόµαζες, όπως ο φλύσχης. Table 1. GSI differences between the 2001 chart and the new one for heterogeneous rock masses, such as flysch. GSI (2000) Μέση τιµή GSI (2001) Αντιστοίχηση µε τον τύπο προτεινοµένου διαγράµµατος GSI (2007) Μέση τιµή GSI (2007) A 55 I 65 B 45 III 55 C IV 50 D 35 V 45 E 30 V 45 F 20 X 20 G * 20 II (ή VI) 55 (ή 40) H 15 XI 15 * Περιπτώσεις κατηγορίας G µε ιλυόλιθο και όχι αργιλικό σχιστόλιθο. Επί πλέον µε το νέο διάγραµµα χαρακτηρίζονται και δοµές που µπορεί να έχει ο φλύσχης και δεν περιλαµβάνονται στο διάγραµµα του 2000 (VII, VIII, IX) Σύµφωνα µε το κριτήριο αστοχίας Hoek and Brown η τιµή του GSI αποµειώνει την αντοχή της βραχόµαζας µε βάση τη δοµή και την ποιότητα των ασυνεχειών της. Η ενδεχόµενη χαµηλή αντοχή του ιλυολίθου ή αργιλικού σχιστόλιθου λαµβάνεται υπόψη στο κριτήριο µέσω της µονοαξονικής αντοχής (σ ci ). H έντονη παρουσία του ιλυολίθου πρέπει να λαµβάνεται αρνητικά υπόψη στις έντονα διαταραγµένες τεκτονικά βραχόµαζες εκεί όπου αυτές έχουν συντελέσει στην έντονη διάτµηση. Σε τεκτονικά µέτρια έως καθόλου διαταραγµένες δοµές η παρουσία του ιλυολίθου δεν πρέπει να «τιµωρεί» διπλά την βραχόµαζα και µέσω του GSI. Έτσι, στην περίπτωση αδιατάρακτων έως απλώς κερµατισµένων δοµών που επικρατεί ο ιλυόλιθος οι τιµές πρέπει να είναι πιο υψηλές. Η παρουσία του ιλυολίθου µειώνει πάντως την τιµή του GSI λόγω της πτωχής ποιότητας των ασυνεχειών του, δηλαδή οι τιµές πρέπει να µειώνονται µέχρι και την κατηγορία «Πτωχή». Οι τιµές λοιπόν των κερµατισµένων δοµών του φλύσχη όπου επικρατεί ο ιλυόλιθος λαµβάνουν 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 4

5 τιµές από 25 για τις έντονα πτυχωµένες δοµές, οι οποίες όµως διατηρούν τη δοµή τους, έως 65 για τις αδιατάρακτες. Ένα άλλο χαρακτηριστικό των λιθότυπων του φλύσχη το οποίο επηρεάζει σηµαντικά την αντοχή της βραχόµαζας είναι το πάχος των πάγκων του ψαµµίτη. Στις βραχόµαζες του φλύσχη όπου η παρουσία του ψαµµίτη είναι έντονη αλλά εναλλάσσεται συχνά µε τον ιλυόλιθο, το πάχος του ικανού µέλους του σχηµατισµού διαδραµατίζει σηµαντικό ρόλο τόσο στην ευστάθεια του σχηµατισµού όσο και στα χαρακτηριστικά της αντοχής του. Όπου το πάχος των ψαµµιτικών πάγκων είναι µικρό (10-20cm) και εναλλάσσεται µε τους ιλυολιθικούς πάγκους, τα δύο πετρώµατα συµµετέχουν κατά την αναλογία τους στη δοµή και στην αντοχή της βραχόµαζας, ειδικά όταν δεν είναι έντονα διαταραγµένα αλλά απλώς κερµατισµένα. Στην περίπτωση όµως, όπου τα ψαµµιτικά στρώµατα έχουν µεγαλύτερα πάχη (~50cm) και διατηρούν τη συνέχειά τους και δεν έχουν απολεπτυνθεί, τότε η δοµή είναι πιο µαζώδης - συµπαγής και τα ιλυολιθικά στρώµατα «χάνονται» µέσα στην φλυσχική αυτή µάζα και διαδραµατίζουν λιγότερο σηµαντικό ρόλο στη συνολική δοµή και στην αντοχή της βραχόµαζας. Αυτή η διαφορά βέβαια αφορά στη συνολική αντοχή της βραχόµαζας, η οποία θα παραλάβει τα φορτία και αντιστοιχεί σε ευρεία κλίµακα γύρω από το τεχνικό και όχι στη δοµική συµπεριφορά της βραχόµαζας όπου η παρουσία του ιλυολίθου, ανεξάρτητα του πάχους των ψαµµιτών, δρα τις περισσότερες φορές αρνητικά στην ευστάθεια και οδηγεί σε ολισθήσεις πάγκων ή σφηνών. Στην περίπτωση αυτή το πάχος ορίζει ανάλογα και το µέγεθος των διαχωριζόµενων τεµαχών. Σχήµα 2. Figure 2. Το νέο διάγραµµα ταξινόµησης GSI για ετερογενείς βραχόµαζες όπως ο φλύσχης The new GSI classification chart for heterogeneous rock masses such as flysch 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 5

6 3.2 Ταξινόµηση ανά τύπο βραχόµαζας Στην παράγραφο αυτή αναφέρονται τα τεχνικογεωλογικά χαρακτηριστικά και η βαθµονόµηση, για τους τύπους του φλύσχη που παρουσίασαν βασικές διαφορές µε το αρχικό σύστηµα αλλά και για τους πιο σύνθετους. Η βραχόµαζα του τύπου I δεν µπορεί να είναι πολύ κερµατισµένη σε µεγάλη κλίµακα παρά µόνο σε πολύ µικρές ζώνες. Η επίδραση των λεπτών ιλυολιθικών υµένων ανάµεσα στις στρώσεις περιορίζεται στην υποβοήθηση της εκδήλωσης δοµικών-βαρυτικών ασταθειών. Η τιµή του GSI που προκύπτει από το νέο διάγραµµα ξεκινά από 60 και µπορεί να φτάσει και 75. Στον τύπο αυτής της βραχόµαζας τοποθετήθηκε πολύ ελαφριά κατηγορία υποστήριξης (εκτοξευµένο σκυρόδεµα και αγκύρια) µε ανάλογες τιµές GSI ακόµα και σε περιοχή σηµαντικών υπερκειµένων (~150m), χωρίς προβλήµατα παραµορφώσεων. Η προβολή της βραχόµαζας τύπου ΙΙ στο νέο διάγραµµα του GSI αποτελεί µία από τις σηµαντικότερες αλλαγές σε σχέση µε το παλιό σύστηµα µε το οποίο προκύπτει µια διαφορά της τάξης των µονάδων ανάλογα µε το πόσο αδιατάρακτη είναι η βαθµονοµούµενη βραχόµαζα και πόσο στρωµατώδη δοµή έχει. Κατά την κατασκευή των σηράγγων σε τέτοιο περιβάλλον, δεν παρατηρήθηκαν αξιόλογες συγκλίσεις (ακόµα και σε υπερκείµενα 245m, σήραγγα Ανηλίου) και τελικά εφαρµόστηκαν αρκετά πιο ελαφριές κατηγορίες διατοµής άµεσης υποστήριξης σε σχέση µε τις προβλεπόµενες, χωρίς προβλήµατα παραµορφώσεων, και οι οποίες αντιστοιχούν στο φάσµα GSI που προτείνεται. Η βραχόµαζα είναι µαζώδης ενώ δεν παρατηρούνται διατµήσεις παρά µόνο τοπικά κατά µήκος των ασυνεχειών οι οποίες λαµβάνονται υπόψη στην ποιότητα ασυνεχειών. Ο κερµατισµός είναι ελάχιστος µε ασυνέχειες σε αραιή διάταξη χωρίς εµµονή. Η τιµή του GSI που προκύπτει από το νέο διάγραµµα που προτείνεται είναι από 45 έως 60. Η προβολή του τύπου IV στο νέο διάγραµµα του GSI προκαλεί αλλαγή σε σχέση µε το παλιό σύστηµα µε τιµές περίπου 10 µονάδες υψηλότερα. Η βραχόµαζα του τύπου IV αποτελείται από εναλλαγές σε ίσες αναλογίες ψαµµιτών και ιλυολίθων χωρίς όµως η βραχόµαζα να είναι έντονα διαταραγµένη και έντονα πτυχωµένη. Οι στρώσεις είναι διακριτοποιηµένες και έχουν µεγάλη εµµονή, αλλά αντίθετα οι διακλάσεις έχουν µικρή ανάπτυξη λόγω της µεγάλης διαφοράς στην παραµορφωσιµότητα των δύο υλικών και της διάθλασής των διακλάσεων από τον ψαµµίτη στα ιλυολιθικά στρώµατα. Λόγω της µη έντονης διαταραχής και πτύχωσης της βραχόµαζας αυτή βαθµονοµείται στο νέο διάγραµµα µε τιµές από 45 έως 55 ανάλογα την ποιότητα των ασυνεχειών. Η τιµή αυτή µπορεί να αυξηθεί λίγο περισσότερο (κατά 5 µονάδες) αν οι ψαµµιτικοί πάγκοι συµµετέχουν µε µεγάλο πάχος (>40cm). Η βραχόµαζα, ανάλογα µε τον προσανατολισµό των στρώσεων, σε σχέση µε την σήραγγα µπορεί να συµπεριφερθεί ανισότροπα όσον αφορά τις παραµορφώσεις. Η προβολή της βραχόµαζας του τύπου VI στο νέο διάγραµµα του GSI προκαλεί επίσης (όπως και στον τύπο ΙΙ) σηµαντικότατη αλλαγή σε σχέση µε το παλιό σύστηµα το οποίο βαθµονοµούσε την βραχόµαζα µε τιµές κατά 20 περίπου µονάδες χαµηλότερες (τύπος G στο παλιό διάγραµµα). Στις βραχόµαζες αυτές εφαρµόστηκαν διατοµές ελαφρύτερης κατηγορίας υποστήριξης (σχεδιασµένες για GSI=35) σε σχέση µε αυτή που προβλέπονταν. Η βραχόµαζα είναι συνεχής, ελάχιστα πτυχωµένη, αλλά έντονα στρωσιγενής µε επιφάνειες ασυνεχειών (στρώσεις, διακλάσεις) µε τα ψαµµιτικά στρώµατα να υποβοηθούν στην καλή δοµή της. Λόγω της µη έντονης διαταραχής και πτύχωσης της βραχόµαζας, αυτή βαθµονοµείται µε τιµές από 35 έως 45 ανάλογα την ποιότητα των ασυνεχειών. Ο τύπος VIIΙ είναι ίδιας λιθολογικής σύστασης µε τον τύπο V, αλλά λόγω εντονότερης τεκτονικής καταπόνησης, η βραχόµαζα είναι πολύ πτυχωµένη. Η βραχόµαζα, στο νέο διάγραµµα GSI, βαθµονοµείται µε τιµές από 20 έως 35, ανάλογα την ποιότητα των ασυνεχειών. Η δοµή είναι έντονα διαταραγµένη µε τα στρώµατα των ιλυολίθων να έχουν διατµηθεί αλλά να διατηρούν την στρωσιγένειά τους και την παραλληλία τους µε τα αντίστοιχα των ψαµµιτών. Η βραχόµαζα, λόγω της µικροπτύχωσης και διαταραχής, προσεγγίζει πλέον την ισότροπη συµπεριφορά. Οι στρώσεις, ενώ εµµένουν, δεν έχουν σταθερή γεωµετρία και δεν µπορούν να διαµορφωθούν σηµαντικά µπλοκ. Οι ιλυολιθικοί πάγκοι διατηρούν την πρωτογενή τους αντοχή, χωρίς να έχουν διατµηθεί στο εσωτερικό της µάζας τους σηµαντικά. Οι διακλάσεις από την άλλη, δεν έχουν µεγάλη εµµονή, λόγω της παραµορφωσιµότητας του ιλυολίθου. Έτσι, οι 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 6

7 ασυνέχειες είναι ολισθηρές ενώ τοπικά µπορεί να είναι αργιλοποιηµένες αλλά το βασικό χαρακτηριστικό της βραχόµαζας είναι η έντονα πτυχωµένη και τοπικά µόνο διατµηµένη δοµή. Η βραχόµαζα του τύπου IX είναι κατακερµατισµένη λόγω έντονης τεκτονικής καταπόνησης και όταν το υλικό του φλύσχη είναι κυρίως ψαµµίτης,δηλαδή ψαθυρής φύσης γεωυλικό. Η βραχόµαζα λόγω του κατακερµατισµού της συµπεριφέρεται ως ισότροπη. Τέτοια βραχόµαζα µπορεί να απαντάται και σε ιλυολιθικό περιβάλλον µόνο όταν ο ιλυόλιθος είναι πολύ ψαθυρός (π.χ. µεταϊλυόλιθος). Τονίζεται ότι η µορφή αυτή δεν είναι χαρακτηριστική ενός τυπικού φλύσχη καθώς τα ιλυολιθικά πετρώµατα γενικά δεν είναι τόσο ισχυρής αντοχής ώστε να παραµορφωθούν τυπικά ψαθυρά. Συχνά όµως απαντάται σε σειρές τύπου φλύσχη όπως ο Αθηναϊκός Σχιστόλιθος και συναντήθηκε στα έργα του Μετρό των Αθηνών. Η βραχόµαζα βαθµονοµείται µε τιµές από 25 έως 40 ανάλογα την ποιότητα των ασυνεχειών. Ο τύπος της βραχόµαζας Χ χαρακτηρίζεται από οριακά δοµηµένη µορφή ένα στάδιο πριν την χαοτική δοµή. Η βραχόµαζα αυτή είναι η εξέλιξη στην τεκτονική καταπόνηση του τύπου V σε VIII και έπειτα στην παρούσα. Ο ιλυόλιθος είναι έντονα πτυχωµένος και διατµηµένος αλλά τα ψαµµιτικά στρώµατα εξακολουθουν να ακολουθούν αυτήν την παραµόρφωση, λόγω του µικρού τους πάχους, αν και έντονα πλέον τεµαχισµένα. Κατά συνέπεια οι ψαµµιτικές στρώσεις συντελούν σε µια λιγότερο κακή ποιότητα και διατηρούν την παραλληλία τους µε τα αντίστοιχα των ιλυολίθων, αλλά δεν µπορούν να διαµορφωθούν σε συνεχή τεµάχη. Η βραχόµαζα είναι πάντα ετερογενής λόγω της παρουσίας και των δύο γεωυλικών αλλά εδώ πλέον συµπεριφέρεται συνολικά ισότροπη. Η αντοχή των ιλυολιθικών τεµαχών έχει ελαττωθεί σηµαντικά αλλά αυτό δεν πρέπει να επηρεάζει την τιµή του GSI καθώς λαµβάνεται ήδη υπόψη στο κριτήριο Hoek-Brown, µέσω του σ ci Οι ολισθηρές έως αργιλοποιηµένες ασυνέχειες δεν είναι το πιο βασικό χαρακτηριστικό της βραχόµαζας αλλά η έντονα πτυχωµένη και τοπικά διατµηµένη δοµή. Η βραχόµαζα βαθµονοµείται µε τιµές από 15 έως 25 ανάλογα την ποιότητα των ασυνεχειών. Η προβολή αυτή στο νέο διάγραµµα του GSI ταυτίζεται µε αυτή του παλαιού διαγράµµατος του GSI (2000) και οι τιµές αυτές επιβεβαιώθηκαν και κατά τη διάνοιξη σηράγγων στο υλικό αυτό. Στον τύπο ΧΙ η βραχόµαζα έχει την πτωχότερη ποιότητα που µπορεί να απαντηθεί σε φλύσχη. Έχει προκύψει από έντονη τεκτονική διαταραχή σε ζώνες µεγάλων επωθήσεων ή εφιππεύσεων, τεκτονικών λεπίων. Ο ιλυόλιθος είναι πλήρως διατµηµένος και είναι έντονα φυλλοποιηµένος µε πολύ ολισθηρές ασυνέχειες και αργιλοποιηµένες ζώνες. Η βραχόµαζα έχει χαοτική δοµή και τα όποια ψαµµιτικά στρώµατα που αρχικά δοµούσαν την βραχόµαζα πλέουν µέσα στην διατµηµένη µάζα και έχουν µετατραπεί σε πολύ µικρά κερµατισµένα τεµάχη. Η βραχόµαζα πλέον συµπεριφέρεται ισότροπα. Η βραχόµαζα βαθµονοµείται µε τιµές από 10 έως 20. Στην περίπτωση όπου τα πιο σκληρά ψαµµιτικά τεµάχη είναι αρκετά και έχουν πιο συνεχή και συγκεκριµένη διάταξη τότε οι γεωτεχνικές ιδιότητές εκτιµώνται µε διαφορετική λογική, αυτήν των τεκτονικών µιγµάτων µε έντονη δοµική ανοµοιοµορφία (beamrocks-block in matrix rocks) όπου περιγράφονται αρκετά ικανοποιητικά από τους Wakabayashi and Medley (2004). 4. ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΑΝΤΟΧΗΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΙΜΟΤΗΤΑΣ Λόγω της ετερογένειας που παρουσιάζεται στις περισσότερες µορφές του φλύσχη, είναι δύσκολο να ληφθεί άµεσα από εργαστηριακές δοκιµές µια τελική µέση ζυγισµένη τιµή του άρρηκτου τεµάχους. Για το λόγο αυτό, προτείνονται για κάθε τύπο του φλύσχη, αναλογίες και ποσοστά αποµείωσης για τα ψαµµιτικά και ιλυολιθικά µέλη του. Οι προτεινόµενες αναλογίες των παραµέτρων αντοχής του άρρηκτου υλικού σ ci, του πετρογραφικού δείκτη m i και του µέτρου παραµορφωσιµότητας E i για τον ιλυολίθο και τον ψαµµίτη, στους κατά περίπτωση τύπους βραχόµαζας του φλύσχη, παρουσιάζονται στον Πίνακα 2 κατ αναλογία του πίνακα από τους Marinos and Hoek, 2001 και κατ εύλογη εκτίµηση. Σηµειώνεται, ότι η ζυγισµένη αυτή τιµή πρέπει να λαµβάνεται και από το κατά περίπτωση ποσοστό συµµετοχής του κάθε γεωυλικού στην κατά περίπτωση βραχόµαζα. Από την επεξεργασία εργαστηριακών δοκιµών που εισήχθησαν στη βάση TIAS για τα µέλη του φλύσχη, προέκυψε ότι η µονοαξονική θλιπτική αντοχή του ψαµµίτη είναι στα επίπεδα των 40-45Mpa, και του τυπικού ιλυολίθου είναι περίπου 15-20Μpa ενώ για τους αργιλικούς σχιστολίθους κυµαίνεται περί τα 10MPa. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 7

8 Πίνακας 2. Aναλογίες των σ ci, m i και E i των λιθολογικών µελών για την εκτίµηση της ζυγισµένης τιµής των αντίστοιχων παραµέτρων του άρρηκτου φλύσχη ανάλογα µε τον τύπο της βραχόµαζας. Table 2. Suggested proportions of σ ci, m i and E i values for each flysch rock type to be considered for the intact rock property determination Aναλογίες των σ ci, m i και E i των λιθολογικών µελών για την εκτίµηση Τύπος της ζυγισµένης τιµής των Φλύσχη αντίστοιχων παραµέτρων του «άρρηκτου» φλύσχη ανάλογα µε τον τύπο της βραχόµαζας. I, ΙΙΙ Χρησιµοποιείστε τις τιµές για τους ψαµµιτικούς πάγκους II,VI Χρησιµοποιείστε τις τιµές για τους IV ιλυολιθικούς πάγκους Λεπτά στρώµατα: Μειώστε την τιµή του ψαµµίτη κατά 10% και χρησιµοποιείστε την πλήρη τιµή του ιλυολίθου Παχιά στρώµατα: Χρησιµοποιείστε ισοδύναµα τις τιµές του ψαµµιτικού και ιλυολιθικού πάγκου V,VII, VIII Μειώστε τις ψαµµιτικές τιµές κατά 20% και χρησιµοποιείστε την πλήρη τιµή του ιλυολίθου IX X XI Χρησιµοποιείστε τις πλήρες τιµές των εµπλεκόµενων γεωυλικών Μειώστε τις ψαµµιτικές τιµές κατά 30% και χρησιµοποιείστε την πλήρη τιµή του ιλυολίθου Χρησιµοποιείστε την πλήρη τιµή του ιλυολίθου ή αργιλικού σχιστολίθου Σηµείωση: Η τελική ζυγισµένη τιµή πρέπει να λαµβάνει προφανώς υπ όψη και τα ποσοστά συµµετοχής των δύο µελών στη σύσταση της βραχόµαζας και όχι να προκύπτει από τον µέσο όρο. Σε περίπτωση που η υπολογιζόµενη τιµή βρεθεί χαµηλότερη από αυτή του ασθενέστερου υλικού, χρησιµοποιείστε την τελευταία. 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η πρόσφατη εµπειρία από τη διάνοιξη 13 σηράγγων στον Ελληνικό χώρο, µέσα από τους φλυσχικούς σχηµατισµούς κάτω από ιδιαίτερα δύσκολες γεωλογικές συνθήκες, προσέφερε ιδανικό υλικό µε µεγάλη ποικιλία για την συµπεριφορά και την παραµετροποίηση των γεωυλικών αυτών. Στην παρούσα έρευνα, ο φλύσχης ταξινοµείται σε 11 λιθότυπους (I έως ΧΙ) ανάλογα µε τα ποσοστά συµµετοχής των ψαµµιτικών έναντι των ιλυολιθικών µελών και ανάλογα µε την τεκτονική τους διαταραχή. Προτείνεται το νέο διάγραµµα ταξινόµησης του δείκτη GSI για τη βαθµονόµηση των ετερογενών τεκτονικά διαταραγµένων σχηµατισµών, όπως ο φλύσχης µε το οποίο αναθεωρείται το διάγραµµα του 2001, τόσο ως προς τη θέση των εκεί ταξινοµηµένων τύπων φλύσχη όσο και µε την προσθήκη νέων τύπων που συναντώνται στη φύση. Στο διάγραµµα αυτό προτείνονται αυξήσεις των τιµών του GSI από 10 έως και 35 µονάδες για τις µέτρια διαταραγµένες έως αδιατάρακτες δοµές αντίστοιχα, όπως τεκµηριώνονται από τις εµπειρίες κατασκευής σηράγγων σε αυτούς τους τύπους. 6. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Ο συγγραφέας επιθυµεί να ευχαριστήσει θερµά τον Αν. Καθηγητή ΕΜΠ Γ. Τσιαµπάο για την υποστήριξη και την ενθάρρυνσή του, κατά τη διάρκεια της έρευνας αυτής και την Εγνατία Οδό Α.Ε. για την ανάθεση σχετικού ερευνητικού προγράµµατος. 7. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Hoek, E., Marinos, P. and Benissi, M., (1998), Applicability of the Geological Strength Index (GSI) classification for very weak and sheared rock masses. The case of the Athens Schist Formation. Bul. of Eng. Geol. and the Envir., 57(2), pp Marinos P. V. (2007). Geotechnical classification and engineering geological behaviour of weak and complex rock masses in tunneling, Doctoral thesis, School of Civil Engineering, Geotechnical Department, National Technical University of Athens (NTUA), Athens, July (in greek). Marinos, P., Hoek, E., (2001), Estimating the geotechnical properties of heterogeneous rock masses such as flysch. Bul. of Eng. Geol. and the Envir., 60, pp Marinos P., Marinos V., Hoek E. (2007). Geological Strength Index (GSI). A characterization tool for assessing engineering properties for rock masses. Proc. of the International Workshop on Rock Mass Classification in Underground Mining, Vancouver, Canada. Wakabayashi, J. and Medley, E.W., (2004), Geological characterization of mélanges for practitioners. Felsbau, 22(5), pp ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 8