ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ Ι ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΛΛΕΙΩΝ ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ Υ ΡΟΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ Ι ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ 6Η ΙΑΛΕΞΗ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΙΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑ ΠΡΑΝΩΝ -ΚΑΘΗΖΙΣΕΙΣ Α ΑΘΗΝΑ 2005

2 ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΙΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑ ΠΡΑΝΩΝ - ΚΑΘΗΖΙΣΕΙΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στο κεφάλαιο αυτό εξετάζονται οι σχέσεις που συνδέουν τα κατολισθητικά φαινόµενα, τις καθιζήσεις καθώς και την ευστάθεια των πρανών, µε τη γεωλογία Παρουσιάζονται τα γενικά χαρακτηριστικά των κατολισθήσεων, η σχετική τεχνική ορολογία, οι συνθήκες ευστάθειας των κλιτύων, οι υπάρχουσες κατατάξεις των πετρωµάτων καθώς και οι διάφορες ταξινοµήσεις τους από άποψη κατολισθητικότητας Περιγράφονται οι φυσικές διεργασίες καθώς και οι ανθρώπινες ενέργειες που διαταράσσουν την ισορροπία µιας φυσικής κλιτούς ή ενός τεχνητού πρανούς που τελικά οδηγούν σε αστοχία. Το κεφάλαιο περιλαµβάνει µια εκτενή περιγραφή των σπουδαιότερων µέτρων πρόληψης και αναχαίτισης των κατολισθήσεων και ολοκληρώνεται µε αναφορά στα φυσικά και ανθρωπογενή αίτια που προκαλούν καθιζήσεις, κατακόρυφες κινήσεις εδαφικών µαζών, που η µετάθεσή τους έχει σαν αποτέλεσµα ένα τµήµα της επιφανείας του εδάφους να βυθίζεται ίδεται και παράρτηµα σχετικών σχεδίων Hope Slide, πηγή Ministry of Environment Καναδάς Κατολίσθηση, Conecuh County, Alabama, 1997

3 ΟΡΟΛΟΓΙΑ ΣΕ ΜΙΑ ΣΥΝΘΕΤΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ Main scarp: Κύρια ουλή Μια απότοµη επιφάνεια αδιατάρακτου εδάφους γύρω από την περιφέρεια της µετακίνησης, που προκαλείται από την αποµάκρυνση του ολισθαίνοντας υλικού από το αδιατάρακτο υλικό. Η προέκταση της επιφάνειας της ουλής κάτω από το υλικό που µετατοπίστηκε αποτελεί την επιφάνεια θραύσης Minor scarp: ευτερεύουσα ουλή Εγκάρσιες ρωγµές ευτερεύουσα ουλή Κύρια ουλή Ρωγµές στέψης Κεφαλή Στέψη Μια απότοµη επιφάνεια του υλικού που µετατοπίστηκε, η οποία προέκυψε από διαφορικές κινήσεις µέσα στη µάζα που ολισθαίνει Head: Κεφαλή Τα ανώτερα τµήµατα της ολισθαίνουσας µάζας κατά µήκος της επαφής ανάµεσα στο µετακινηµένο υλικό και την κύρια ουλή Foot: Πόδι Ακτινωτές ρωγµές άκτυλο Πόδι Κύριο σώµα άκτυλο επιφάνειας θραύσης Επιφάνεια Θραύσης Το µέρος του µετατοπισθέντος υλικού που βρίσκεται κατάντι από το δάκτυλο Toe of surface of rupture: άκτυλο της επιφάνειας θραύσης Η διατοµή, συχνά θαµµένη, ανάµεσα στο κατώτερο µέρος της επιφάνειας θραύσης και στην αρχική επιφάνεια του εδάφους Toe: άκτυλο Το περιθώριο του πιο αποµακρυσµένου, από την κύρια ουλή, υλικού Επιφάνεια διαχωρισµού Crown: Στέψη Το υλικό που εξακολουθεί να βρίσκεται στη θέση του, πρακτικά χωρίς µετατόπιση, και που γειτονεύει µε τα υψηλότερα σηµεία της κύριας ουλής Main body: Κύριο σώµα Το τµήµα του µετατοπισθέντος υλικού που υπέρκειται της επιφάνειας θραύσης στην περιοχή ανάµεσα στην κύρια ουλή και το δάκτυλο της επιφάνειας θραύσης

4 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ Τα διάφορα συστήµατα ταξινόµησης των κατολισθητικών φαινοµένων βασίζονται σε µια ή περισσότερες από τις ακόλουθες παραµέτρους: Τα δυο γνωστότερα συστήµατα ταξινόµησης των κατολισθήσεων είναι αυτά που προτάθηκαν από τον Sharpe 1939 και Varnes 1958, έχοντας ως βασικές παραµέτρους τύπος υλικού κατολίσθησης περιεχόµενη υγρασία τύπος κίνησης (κατάπτωση, ολίσθηση, ροή) ταχύτητα κίνησης αίτιο κίνησης σχέση ολίσθησης επιφάνεια ολίσθησης (επίπεδη, περιστροφική) τοποθεσία ολίσθησης γεωµετρία και µορφολογία περιβαλλοντολογικό καθεστώς µέγεθος και σπουδαιότητα σχέση µε ενεργότητα (ενεργή κατολίσθηση, ανενεργής, παλιά) µηχανισµός ολίσθησης κλιµατικές συνθήκες

5 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ HEIM 1885 κατολισθήσεις µορφής λεπτής φέτας ταχείες, µε κλίση πρανούς απότοµη βραδείες, µε κλίση πρανούς ήπια απλοί τύποι κατολισθήσεων κατολισθήσεις δι αποκοπής σε πετρώµατα in situ σε µάζες µεταφερόµενων υλικών ολισθήσεις στρώµα προς στρώµα στρώµα σκληρό πάνω σε άργιλο αργιλικά υλικά πάνω σε σκληρό στρώµα κατολισθήσεις δια περιστροφής καταπτώσεις µικτές κατολισθήσεις πολύπλοκες κατολισθήσεις συνδυασµός κατολισθήσεων δια αποκοπής & καταπτώσεων BAY 1939 κατολισθήσεις επιφανειακές ή εξαλλοιώσεις βαθείες κατολισθήσεις PENTA 1956 κατολισθήσεις κατακρηµνίσεις γαιών αργίλων εναλλαγών αργιλικών µε άλλα πετρώµατα βραχώδων πετρωµάτων κλαστικών υλικών κατολισθήσεις εξαιτίας διαβρώσεως της βάσεως καταρρεύσεις καθιζήσεις τύπους µικτούς και πολύπλοκους

6 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ DESIO 1959 κατολισθήσεις δια καταρρεύσεως χαώδους µορφής µη συνεκτικών υλικών ή υλικών που µεταπίπτουν σε µη συνεκτικά όταν διαποτιστούν µε νερό Στους διάφορους τύπους των πετρωµάτων όπως έχουν διακριθεί από την άποψη της κατολισθητικότητας, µπορεί να λάβουν χώρα οι εξής τύποι κατολισθήσεων: ΥΛΙΚΑ ΜΗ ΣΥΝΕΚΤΙΚΑ κατολισθήσεις δια διαρρεύσεως συµβαίνουν κατά την διάρκεια περιόδων βροχής, σε εδάφη αργιλώδη ΥΛΙΚΑ ΗΜΙΣΥΝΕΚΤΙΚΑ κατολισθήσεις δια ολισθήσεως βραχώδων υλικών, συχνά στρωσιγενών, πάνω στο υπόβαθρό τους κατολισθήσεις δια θραύσεως αιφνίδια και απρόβλεπτη απόσπαση πρανούς, κίνηση περιστροφική κατολισθήσεις δια κατακρηµνίσεως αιφνίδια και απρόβλεπτη απόσπαση από πρανή µεγάλης κλίσης µικτές κατολισθήσεις συνδυασµοί τύπων ΥΛΙΚΑ ΨΕΥ ΟΣΥΝΕΚΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ΣΥΝΕΚΤΙΚΑ

7 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ VARNES 1958 ΤΥΠΟΣ ΥΛΙΚΟΥ, ΠΡΙΝ ΤΗΝ ΚΙΝΗΣΗ ΤΥΠΟΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗΣ ΥΠΟΒΑΘΡΟ ΕΠΙΚΡΑΤΟΥΝ ΤΑ Α ΡΟΜΕΡΗ ΥΛΙΚΑ Ε ΑΦΟΣ ΕΠΙΚΡΑΤΟΥΝ ΤΑ ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΑ ΥΛΙΚΑ Πτώσεις Πτώσεις βράχων Πτώσεις κορηµάτων Πτώσεις γαιών Ανατροπές Ανατροπές βράχων Ανατροπές κορηµάτων Ανατροπές γαιών Ολισθήσεις Περιστροφικές Κάθιση βράχων Κάθιση κορηµάτων Κάθιση γαιών Μεταθετικές Ολίσθηση τεµάχους Ολίσθηση βράχων Ολίσθηση τεµάχους Ολίσθηση τεµάχους γαιών Ολίσθηση γαιών Πλευρικές εκτάσεις Έκταση βράχων Έκταση κορηµάτων Έκταση γαιών Ροές Ροή βράχων, βαθύς ερπυσµός Ροή κορηµάτων Ροή γαιών Σύνθετες Συνδυασµός δύο ή περισσότερων τύπων µετακίνησης

8 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗΣ ΠΡΑΝΩΝ ΚΑΤΑ VARNES ΠΤΩΣΕΙΣ (FALLS) ΑΝΑΤΡΟΠΕΣ (TOPPLES) Πρόκειται για απότοµες µετακινήσεις χαλαρών βράχων συµπαγών πετρωµάτων που αποσπώνται από οροφές ή απότοµα πρανή πτώσεις βράχων πτώσεις κορηµάτων πτώσεις γαιών Πρόκειται για την περίπτωση κατά την οποία η κίνηση του υλικού θεωρείται περιστροφική προς τα εµπρός και προκαλείται από την βαρύτητα και τις δυνάµεις που αναπτύσσονται ανατροπές βράχων ανατροπές κορηµάτων ανατροπές γαιών ιαφέρουν ως προς τον µηχανισµό θραύσης, ωστόσο µια πτώση ή µια ανατροπή µπορεί να αποτελεί προειδοποίηση για την εκδήλωση µεγαλύτερης αστοχίας

9 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗΣ ΠΡΑΝΩΝ ΚΑΤΑ VARNES ΟΛΙΣΘΗΣΕΙΣ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΕΣ (ROTATIONAL( SLIDES) κάθιση βράχων κάθιση κορηµάτων κάθιση γαιών Πρόκειται για ολίσθηση ή µετακίνηση κατά µήκος µιας ή περισσοτέρων επιφανειών θραύσης. Η πιο συνηθισµένη µορφή περιστροφικής ολίσθησης είναι η κάθιση (slump) µε µικρή παραµόρφωση, η οποία αποτελεί ίσως και το µεγαλύτερο ποσοστό αστοχιών που συναντάται σε φυσικά ή τεχνητά πρανή ΟΛΙΣΘΗΣΕΙΣ MΕΤΑΘΕΤΙΚΕΣ (TRANSLATIONAL( SLIDES) Ολίσθηση τεµάχους oλίσθηση τεµάχους, oλίσθηση βράχων oλίσθηση τεµάχους oλίσθηση τεµάχους γαιών, ολίσθηση γαιών Πρόκειται για ολίσθηση ή µετακίνηση όπου η µάζα προχωρεί προς τα έξω ή προς τα κάτω και έξω, κατά µήκος µιας κατά προσέγγιση επίπεδης ή οµαλά κυµατοειδούς επιφάνειας, µε πολύ µικρή περιστροφική κίνηση ή κάµψη

10 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗΣ ΠΡΑΝΩΝ ΚΑΤΑ VARNES ΠΛΕΥΡΙΚΕΣ ΕΚΤΑΣΕΙΣ έκταση βράχων έκταση κορηµάτων έκταση γαιών Επικρατεί η πλευρική διάταση που διευκολύνεται από διατµητικές ή εφελκυστικές ρωγµές Θεωρούνται ως ο τύπος των κατολισθήσεων µε την εκδήλωση µερικών από τα πιο καταστροφικά φαινόµενα µετακίνησης πρανών, σε απώλειες ζωής και καταστροφής περιουσιών ιακρίνονται δυο τύποι πλευρικών εκτάσεων: εκείνες όπου η µετατόπιση κατανέµεται σε όλη την εκτεινόµενη µάζα εκείνες όπου δηµιουργείται κερµατισµός και διάταση συνεκτικού υλικού, είτε του υποβάθρου είτε εδάφους, λόγω υγροποίησης ή πλαστικής ροής των υπερκειµένων υλικών

11 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗΣ ΠΡΑΝΩΝ ΚΑΤΑ VARNES ΡΟΕΣ ΑΠΟΣΑΘΡΩΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΓΑΙΩΝ Πρόκειται για µετακινήσεις αποσαθρωµάτων και προϊόντων διάβρωσης, που προκαλούνται από τους ατµοσφαιρικούς παράγοντες και ελέγχονται από το χαρακτήρα των αποσαθρωµάτων και τη µορφολογία των πρανών, ανάλογα µε τη φύση των υλικών και τη συνεκτικότητα τους οι ροές γαιών διακρίνονται σε: ροές λάσπης (mud flows) ροές γαιών (earth flows) ροές αποσαθρωµάτων (debris flow) Συµπαρασύρεται υλικό από τη χειµαρική απορροή µετά από ισχυρή βροχόπτωση µε µεγάλη ταχύτητα προς τα κάτω Αφθονούν στο φλύσχη και στα νεογενή. Υπόκεινται σε εύκολη ολίσθηση µετά από διαβροχή τους από τη βροχή, αναπτύσσοντας µεγάλες ταχύτητες µετακίνησης

12 ΑΙΤΙΑ ΤΩΝ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ Η µετακίνηση ενός πρανούς ή µιας µάζας, αποτελεί στην ουσία θραύση των υλικών του πρανούς κάτω από την επίδραση των διατµητικών τάσεων που επενεργούν στο πρανές Το φαινόµενο των κατολισθήσεων δεν µπορεί να θεωρηθεί µονοσήµαντο, οι παράγοντες δε που υπεισέρχονται στο πρόβληµα είναι πολλοί και αλληλοεξαρτώµενοι. Η ισορροπία ενός πρανούς είναι δυνατό να διαταραχθεί αφ ενός µεν από την αύξηση: του φαινόµενου ειδικού βάρους των υλικών που συνθέτουν το πρανές του βάρους λόγω επιβολής φορτίων της ανώσεως που εξασκείται από τα υπόγεια νερά της πιέσεως του νερού των πόρων του ύψους και του πλάτους της εκτοµής και αφ ετέρου δε από την ελάττωση: της συνοχής της εσωτερικής γωνίας τριβής των υλικών που συνθέτουν το πρανές της τριβής µεταξύ των υλικών της κλιτυός και του υποβάθρου

13 ΑΙΤΙΑ ΤΩΝ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ Οι περισσότερες και µεγαλύτερες σε έκταση και ένταση κατολισθήσεις που εκδηλώθηκαν στον Ελληνικό χώρο αποτελούν κατά κύριο λόγο, ζώνες παλαιότερης ενεργοποίησης (α) και οφείλονται στις (β) γεωλογικές διεργασίες κλιµατικές διεργασίες ενώ οι πρόσφατες κατολισθητικές κινήσεις προκαλούνται κυρίως από τις (α) (β) ανθρώπινες δραστηριότητες ακραίες ατµοσφαιρικές κατακρηµνίσεις (υψηλές και απότοµες βροχοπτώσεις, παρατεταµένες χιονοπτώσεις, µεγάλη διάρκεια παγετού)

14 ΑΙΤΙΑ ΤΩΝ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΑΥΞΗΣΗ ΤΗΣ ΙΑΤΜΗΤΙΚΗΣ ΤΑΣΗΣ ΠΑΡΟ ΙΚΕΣ ΓΗΙΝΕΣ ΤΑΣΕΙΣ Σεισµικές δονήσεις ονήσεις από εκρήξεις Εξώθηση υποκείµενου πλαστικού υλικού ΑΦΑΙΡΕΣΗ ΠΛΕΥΡΙΚΗΣ ΥΠΟΣΤΗΡΙΞΗΣ ιάβρωση από υδρορεύµατα ιάβρωση από κύµατα ιάλυση και αποκόµιση υλικών ηµιουργία νέων πρανών από προηγούµενες µετακινήσεις Υποσκαφή στο πόδι πρανούς ηµιουργία ταµιευτήρων ΦΥΣΙΚΗ ΡΑΣΗ Αύξηση νερού των πόρων Συγκέντρωση πλευρικών κορηµάτων Επιφόρτιση λόγω βλάστησης Επιφόρτιση µε τα νερά της βροχής και των πηγών ΑΝΘΡΩΠΙΝΕΣ ΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ Κατασκευή επιχωµάτων Επιφόρτιση από σκουπιδότοπο Βάρος κτιρίων Επιφόρτιση από απώλειες νερού αγωγών, δεξαµενών Καλλιέργεια και άρδευση πρανούς ΠΛΕΥΡΙΚΗ ΠΙΕΣΗ Παρουσία νερού σε ρωγµές και κοιλότητες Πάγωµα νερού σε ρωγµές ιόγκωση αργίλων ή ανυδρίτη Κινητοποίηση της παραµένουσα τάσης ΜΕΙΩΣΗ ΤΗΣ ΙΑΤΜΗΤΙΚΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΙΚΕΣ ΙΑ ΙΚΑΣΙΕΣ Αποσύνδεση αργίλων και κοκκώδων πετρωµάτων Ενυδάτωση αργιλικών ορυκτών Ξήρανση σχιστολίθων Αποσάθρωση ΑΡΧΙΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΩΝ ΚΑΙ ΤΟΥ ΠΡΑΝΟΥΣ Λιθολογική σύσταση Υφή των υλικών Ασυνέχειες Ρήγµατα Επίπεδα στρώσης Έντονη τεκτονική καταπόνηση των σχηµατισµών Φυλλώδης διάταξη των ορυκτών στους σχιστολίθους Σχιστότητα Ζώνες τεκτονικού κερµατισµού Συµπαγή στρώµατα πάνω σε ασθενή πλαστικά Εναλλαγή διαπερατών και ηµιπερατών πετρωµάτων Προσανατολισµός του πρανούς και η κλίση του ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΤΩΝ ΕΝΕΡΓΩΝ ΤΑΣΕΩΝ ΛΟΓΩ ΠΕΡΙΕΚΤΙΚΌΤΗΤΑΣ ΝΕΡΟΥ ΣΤΟΥΣ ΠΟΡΟΥΣ Βροχοπτώσεις Λιώσιµο χιονιού Αποψίλωση Προοδευτικός ερπυσµός ράση ριζικού συστήµατος των δένδρων Άλλα αίτια ΕΝΑΥΣΜΑ ΚΙΝΗΣΗΣ Παρατεταµένες βροχοπτώσεις Τήξη χιονιού Έντονη διάβρωση Υποσκαφή στο πόδι του πρανούς για κατασκευές Αποψίλωση Καλλιέργεια πρανούς ιαρροή από τεχνητές πηγές Γρήγορη µεταβολή στάθµης νερού Σεισµοί Τεκτονικές κινήσεις Εκρήξεις Κυκλοφορία βαρέων οχηµάτων Λειτουργία παρακείµενου βιοµηχανικού συγκροτήµατος Ξήρανση Λατόµευση Αναδάσωση πρανών